燃气涡轮气膜冷却的优化设计与气热性能研究

发布时间：2020-07-16 19:55

【摘要】：燃气轮机是一种目前被广泛应用于各工业领域的高精尖动力装置,随着科学技术和工业水平的不断发展,人们对燃气轮机的性能和循环热效率不断地提出更高的要求,更高的循环热效率伴随而来的是更高的涡轮前温度,燃气轮机冷却技术成为了解决高于材料许用温度越来越多的涡轮前进口温度的主要措施,其中,气膜冷却更是极为重要的一环。本文通过对几种常用孔型的数值计算,分析和总结了它们的结构引起的流场和传热特征变化对气膜冷却影响的优劣性,总结有利于气膜冷却的孔型结构,构建了双射流成型孔结构,并对其流场和气膜冷却性能进行了分析。本文通过模化得到某型航机高压涡轮导叶前腔气膜冷却孔原始方案,并对其进行了优化设计,在优化过程中总结出了对于燃气轮机涡轮导叶进行气膜冷却设计的设计规律,即“从前到后,优势互补,绝热设计,耦合验证”的规律,沿前缘向尾缘方向依次进行气膜冷却方案设计,通过考虑各排气膜冷却孔之间的的配合,实现更好的气膜冷却射流覆盖效果和冷却效率。同时校核了导向叶片的强度,对部分高应力区域进行了低应力设计。某型涡轮动叶采用全交叉肋结构设计,前缘和叶顶区域存在高温区域,本文对该涡轮动叶的前缘和叶顶冷却结构进行优化设计,通过分别分析和比较几种优化方案,选取合适的方案从而降低了叶片表面最高温度,减少了高温区域面积。针对设计的涡轮导叶吸力面仍然存在部分高温区域的情况,本文将双射流成型孔应用到某型高温涡轮一级导叶上,将把其作为吸力面斜孔的叶片和把圆孔作为吸力面斜孔的叶片在绝热和气热耦合条件下分别进行比较,发现将双射流成型孔应用于吸力面斜孔可以有效地改善吸力面冷却效果。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK472
【图文】：

的初温达到了 1600℃，最大功率已经超过 60%[1]。前仍被美国、英国、德国和日本断的局面，重型燃气轮机产品主小型燃气轮机产品主要用于驱动ls-Royce（RR）、和日本的川崎rbec 和日本的川崎为主的公司则乎代表的是世界上燃机制造业的公司达成合作，从而实现合作或场换技术”的手段，通过利用市气轮机的关键核心技术仍然牢牢的燃气轮机企业对国内燃气轮机困难[3]。诸多领域动力落后的状

图 1.2 燃气轮机透平冷却技术发展示意图[5]燃气轮机冷却技术的发展历程，随着燃气轮机有，从简单向复杂转变的过程。目前，燃气轮为了燃机涡轮叶片的主要冷却措施，同时，更轮机上。技术概述术包括内部冷却和外部冷却两大类。内部冷却在内部流动的同时通过与叶片内表面对流传热部冷却方式主要包括对流冷却、强化扰流冷却却气流或者热障涂层等将叶片外壁面与外界高的冷却方式。外部冷却方式包括气膜冷却、发机透平的典型冷却结构，其中图（a）为导叶。导叶内部分为若干个冷气腔，冷气从叶根或

第一章 绪论气流过扰流结构与金属叶片换热后经由尾缘射出。动叶的常见冷却结构则跟导叶有所不同，动叶内部一般也分为几个冷气腔室，冷叶根流入冷气腔室，叶片前缘通常采用冲击冷却和喷淋头气膜冷却相结合的冷却结部区域多采用内部蛇形通道和外部气膜冷却相结合的冷却结构，尾部则采用扰流柱结构以增强换热，为了降低叶顶温度还会在叶顶适当设置冷却结构。

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本文编号：2758437