大型汽轮机低压机组通流形式对气动性能影响研究

发布时间：2020-07-27 08:59

【摘要】：本文主要研究大型汽轮机组低压通流形式对气动性能的影响,确定适用于1200mm/1500mm超长叶片的最佳通流形状的控制方法和控制参数,完成通流形状以及先进叶型的选择对超长叶片气动性能影响规律的研究。为研究通流形状对叶栅气动性能的影响,基于静、动叶片轴向间隙约束不变设计了等压梯度、等速度梯度、五次曲线、维氏曲线型四类典型端壁型线,并选取8度、15度、20度、25度四种扩张角度对与上端壁型线进行匹配,对其进行数值模拟,探究不同端壁型线下的叶片气动性能,并进行对比分析。本文首先对原始型线下的叶栅流场进行了研究,分析了末级叶栅中的压力梯度和二次流损失机理,捕捉了原始叶栅中旋涡结构的演变过程以及静叶根部和中部的超声速下的速度场特性,了解了叶栅中的高损失区域和激波结构。通过控制子午型线的几何参数,能够实现等速度梯度、等压力梯度以及联合梯度的控制,从而对流场端区径向压力梯度进行控制和调整,优化叶栅内部流场,提高整体气动性能。改型后叶栅进口以及内部流动情况都得到了改善,叶栅顶部横向压力梯度减小,改善了末级的扩压流动分离。与原始型线下相比,出口总压损失明显降低同时出口气流角沿叶高分布更加均匀,静叶根部的激波强度有所降低。同种类型端壁型线下随着扩张角的增大,叶栅内部压力梯度波动幅度较大,激波强度明显增强,流动恶化。研究结果表明,叶型选择对叶栅流动影响显著,后加载叶型和正弯叶片是本文中叶型的主要特点。后部加载叶型减少了扩压段长度而正弯叶片则有利于低能流体向叶栅中部的流动。叶片正弯后沿叶高的压力分布整体呈C型,此外正弯叶片使负荷沿叶高分布均匀,同时也均化了出口气流角。通过对各个气动参数的探究,发现等压梯度型端壁型线在扩张角低于20度时综合性能较好,叶栅内部损失较小,大扩张角下维氏曲线型端壁型线的反动度分布以及顶部二次流现象能够减弱,性能较好。因此在小扩张角下可以选用等压梯度型端壁,大扩张角下应选用维氏曲线。实际应用时可以采用联合设计,对特定位置选取特定型线来提高气动性能。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK261
【图文】：

扩压器,流动形

如图 1-1 所示为 Fox[10]提出的四种扩压器内部的不同流动）代表了二维扩压器中上下端壁从稳定流动发展到两侧皆为扩压器的喉部尺寸，进口条件以及上下端壁的长度保持一致扩张角不同，图（a）到图（d）的过程中扩张角不断提高。流动依次经历了稳定流动，失速流动，完全失速流动和射流扩张角对流动形式有着重大影响。Norris[11,12]等针对简单扩数值计算对扩压器内部流动情况做了详细的讨论，端壁曲这扩压器内部的流动。Blanco[13]等评估了在不同扩张角下性能，发现不同扩张角下扩压器内部流场分布不同，针对流研究。a) Well behaved b) Transistory stall

扩压器,流道,端壁,动叶

图 1-2 S 型流道扩压器[14]-3 所示为 Duden[15]针对矩形动叶叶栅设计的子午面型线示扩张型端壁，动叶为三维叶型。动叶流道外端壁的主要设计沿叶展方向的压力梯度分布，尽量使其减小。设计的特点在适当调整，并不是一成不变的，在该特点下综合考察了动叶及端壁型线的选取等因素的影响。优化子午流道和叶型后6%，说明选取适当的叶型和端壁型线可以大大提高叶栅整

C型,压力分布,径向,端壁

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文降低能量损失的原理是基于叶片表面的附面层迁移。附弯扭或者倾斜后叶栅流道内沿叶片径向的压力会重新分布栅主流带走端壁的边界层流动，减少边界层流体在上下端二次流所导致的能量损失。叶片弯曲所造成的 C 型压力的迁移[41]，如图 1-4[42]所示为正倾斜叶片的压力分布示意端壁低能流体的流动趋势，叶型的构造导致顶部压力大于移动，同时根部的压力也大于中部，因此底部的流体也会的影响下减少了低能流体在上下端壁的集中聚集，而是向，优化了上下端壁处的流动情况，叶片正倾斜可以削弱顶

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