开式向心涡轮背部间隙流动分析及结构优化方法研究
发布时间：2021-07-20 10:14
分布式能源系统的广泛推广使得高效微型燃气轮机研制显得格外重要,而涡轮效率提升对提高微型燃气轮机效率有显著影响。背部间隙泄漏损失作为涡轮气动损失重要组成部分,研究影响泄漏损失因素及减少背部间隙泄漏损失的方法具有较大的意义。本文以某100kW燃气轮机的开式向心涡轮作为研究对象,通过对叶片背部间隙以及轮盘背部间隙的研究,主要完成以下工作:1.通过分析开式向心涡轮叶片背部间隙泄漏流场,阐述泄漏涡产生原因,获得背部间隙大小对泄漏损失的影响规律。2.通过对叶片背部小翼结构以及凹槽结构的研究,找到凹槽和小翼结构对背部泄漏损失影响规律。3.基于凹槽和小翼两种结构形式,通过对凹槽形状、大小、深度等设计参数优化,降低开式向心涡轮背部泄漏损失。4.建立压气机、涡轮以及两者之间空腔的CFD模型,研究空腔结构变化以及变工况条件下空腔内泄漏流量变化规律。通过以上研究工作,主要得到以下结论:1.开式向心涡轮叶片背部泄漏流在吸力面轮毂区域形成的旋涡结构是造成涡轮效率下降的重要原因。2.开式向心涡轮中采用合适的凹槽能有效提升效率,其中梯形-梯形凹槽结构形式最佳,配合小翼结构能将效率提高1.1%。3.凹槽深度和大小会显著...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CapstoneC65结构形式图
开式向心涡轮背部间隙流动分析及结构优化??图１．２?美国Ｈｏｎｙｗｅ丨１公司的ＡＰＵ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?ＡＰＵ?ｆｒｏｍ?Ｈｏｎｙｗｅｌｌ?ｉｎ?Ａｍｅｒｉｃａ??因为向心涡轮叶尖转速高，使得涡轮进口叶根处离心力大，同时涡轮进口温??度不断提升，导致向心涡轮在进口叶根处的强度问题尤为突出［８］，成为制约向心??涡轮强度设计的瓶颈。为降低进口叶根处应力，目前微小型燃气轮机通常采用幵??式向心涡轮［９］。图１．３为常规向心涡轮与开式向心涡轮几何结构形式的对比，由??图可知，与常规向心涡轮相比，开式向心涡轮削去向心涡轮进口叶根处的轮盘。??因此，国外也将开式向心涡轮称为深度扇形向心涡轮。开式向心涡轮这一结构变??化，能减少转子重量，使得轮盘离心力大幅度降低，进而降低叶片根部应力和应??变大小
度不断提升，导致向心涡轮在进口叶根处的强度问题尤为突出［８］，成为制约向心??涡轮强度设计的瓶颈。为降低进口叶根处应力，目前微小型燃气轮机通常采用幵??式向心涡轮［９］。图１．３为常规向心涡轮与开式向心涡轮几何结构形式的对比，由??图可知，与常规向心涡轮相比，开式向心涡轮削去向心涡轮进口叶根处的轮盘。??因此，国外也将开式向心涡轮称为深度扇形向心涡轮。开式向心涡轮这一结构变??化，能减少转子重量，使得轮盘离心力大幅度降低，进而降低叶片根部应力和应??变大小，提局祸轮工作寿命。??（ａ）常规向心涡轮?（ｂ）开式向心涡轮??图１．３开式向心涡轮与常规向心涡轮的几何对比图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃｏｎｔｒａｓｔ：?（ａ）?ｒａｄｉａｌ?ｔｕｒｂｉｎｅｓ；??（ｂ）?ｄｅｅｐｌｙ?ｓｃａｌｌｏｐｅｄ?ｒａｄｉａｌ?ｔ
【参考文献】：
期刊论文
[1]开式向心涡轮背部结构对效率的影响[J]. 雷开银,刘锡阳,董学智,高庆,谭春青. 燃气轮机技术. 2018(01)
[2]某小型涡轮不同篦齿封严结构性能分析[J]. 石书成,董学智,刘锡阳,高庆,陈海生,谭春青. 燃气轮机技术. 2015(01)
[3]翼梢小翼对涡轮间隙泄漏流动影响的数值研究[J]. 王大磊,邵伏永,郭昊雁,王维明. 推进技术. 2014(03)
[4]适用于车辆动力的微小型燃气轮机技术[J]. 沈烨. 农业科技与装备. 2012(11)
[5]高压涡轮冷却叶片叶顶结构气动与传热[J]. 虞跨海,杨茜,岳珠峰. 推进技术. 2012(02)
[6]涡轮轮毂封严冷气对主流影响实验研究[J]. 唐晓娣,刘火星,邹正平. 燃气涡轮试验与研究. 2008(04)
[7]轮毂封严气体对高压涡轮二次流动的影响[J]. 周杨,牛为民,邹正平,刘火星,李维. 推进技术. 2006(06)
[8]分布式能源系统与微型燃气轮机的发展与应用[J]. 杜建一,王云,徐建中. 工程热物理学报. 2004(05)
[9]先进微型燃气轮机的特点与应用前景[J]. 翁一武,苏明,翁史烈. 热能动力工程. 2003(02)
[10]微型燃气轮机技术[J]. 杨策,刘宏伟,李晓,买靖东. 热能动力工程. 2003(01)
博士论文
[1]开式向心涡轮背部间隙流的研究[D]. 何平.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[2]小型燃气轮机传热效应研究[D]. 龚建波.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009
本文编号：3292633
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)北京市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CapstoneC65结构形式图
开式向心涡轮背部间隙流动分析及结构优化??图１．２?美国Ｈｏｎｙｗｅ丨１公司的ＡＰＵ??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?ＡＰＵ?ｆｒｏｍ?Ｈｏｎｙｗｅｌｌ?ｉｎ?Ａｍｅｒｉｃａ??因为向心涡轮叶尖转速高，使得涡轮进口叶根处离心力大，同时涡轮进口温??度不断提升，导致向心涡轮在进口叶根处的强度问题尤为突出［８］，成为制约向心??涡轮强度设计的瓶颈。为降低进口叶根处应力，目前微小型燃气轮机通常采用幵??式向心涡轮［９］。图１．３为常规向心涡轮与开式向心涡轮几何结构形式的对比，由??图可知，与常规向心涡轮相比，开式向心涡轮削去向心涡轮进口叶根处的轮盘。??因此，国外也将开式向心涡轮称为深度扇形向心涡轮。开式向心涡轮这一结构变??化，能减少转子重量，使得轮盘离心力大幅度降低，进而降低叶片根部应力和应??变大小
度不断提升，导致向心涡轮在进口叶根处的强度问题尤为突出［８］，成为制约向心??涡轮强度设计的瓶颈。为降低进口叶根处应力，目前微小型燃气轮机通常采用幵??式向心涡轮［９］。图１．３为常规向心涡轮与开式向心涡轮几何结构形式的对比，由??图可知，与常规向心涡轮相比，开式向心涡轮削去向心涡轮进口叶根处的轮盘。??因此，国外也将开式向心涡轮称为深度扇形向心涡轮。开式向心涡轮这一结构变??化，能减少转子重量，使得轮盘离心力大幅度降低，进而降低叶片根部应力和应??变大小，提局祸轮工作寿命。??（ａ）常规向心涡轮?（ｂ）开式向心涡轮??图１．３开式向心涡轮与常规向心涡轮的几何对比图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃｏｎｔｒａｓｔ：?（ａ）?ｒａｄｉａｌ?ｔｕｒｂｉｎｅｓ；??（ｂ）?ｄｅｅｐｌｙ?ｓｃａｌｌｏｐｅｄ?ｒａｄｉａｌ?ｔ
【参考文献】：
期刊论文
[1]开式向心涡轮背部结构对效率的影响[J]. 雷开银,刘锡阳,董学智,高庆,谭春青. 燃气轮机技术. 2018(01)
[2]某小型涡轮不同篦齿封严结构性能分析[J]. 石书成,董学智,刘锡阳,高庆,陈海生,谭春青. 燃气轮机技术. 2015(01)
[3]翼梢小翼对涡轮间隙泄漏流动影响的数值研究[J]. 王大磊,邵伏永,郭昊雁,王维明. 推进技术. 2014(03)
[4]适用于车辆动力的微小型燃气轮机技术[J]. 沈烨. 农业科技与装备. 2012(11)
[5]高压涡轮冷却叶片叶顶结构气动与传热[J]. 虞跨海,杨茜,岳珠峰. 推进技术. 2012(02)
[6]涡轮轮毂封严冷气对主流影响实验研究[J]. 唐晓娣,刘火星,邹正平. 燃气涡轮试验与研究. 2008(04)
[7]轮毂封严气体对高压涡轮二次流动的影响[J]. 周杨,牛为民,邹正平,刘火星,李维. 推进技术. 2006(06)
[8]分布式能源系统与微型燃气轮机的发展与应用[J]. 杜建一,王云,徐建中. 工程热物理学报. 2004(05)
[9]先进微型燃气轮机的特点与应用前景[J]. 翁一武,苏明,翁史烈. 热能动力工程. 2003(02)
[10]微型燃气轮机技术[J]. 杨策,刘宏伟,李晓,买靖东. 热能动力工程. 2003(01)
博士论文
[1]开式向心涡轮背部间隙流的研究[D]. 何平.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[2]小型燃气轮机传热效应研究[D]. 龚建波.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2009
本文编号：3292633
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