重燃多級低反動度壓氣機(jī)設(shè)計及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用.pdf

1、重型燃汽輪機(jī)體現(xiàn)了一個國家頂尖的科學(xué)研究水平和機(jī)械制造業(yè)的尖端技術(shù),被譽(yù)為“裝備制造業(yè)皇冠上的明珠”。當(dāng)今國際先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)廠商先后推出了H級的重型燃?xì)廨啓C(jī),壓氣機(jī)的設(shè)計水平不斷提高。本文針對渦輪進(jìn)口初溫1700℃的地面重型燃?xì)廨啓C(jī),為達(dá)到其最高效率壓比點確定了16級壓比45以上的多級壓氣機(jī)設(shè)計目標(biāo),基于多級低反動度的設(shè)計思想,提出了一套多級壓氣機(jī)的設(shè)計流程并開發(fā)了相應(yīng)的設(shè)計平臺。
　　本文首先闡述了多級低反動度設(shè)計的設(shè)計思想

2、,通過調(diào)節(jié)動葉進(jìn)口預(yù)旋控制動葉擴(kuò)壓因子,避免動葉的流動分離,在大幅度提高總壓比的前提下保證動葉的高效流動;與此同時,靜葉或采用小彎角設(shè)計以控制靜葉的擴(kuò)壓因子,或采用大彎角輔以高效的主動流動控制手段以實現(xiàn)靜葉在較大擴(kuò)壓因子下的高效流動?；谶@樣的設(shè)計方案開發(fā)了一套多級低反動度壓氣機(jī)的設(shè)計平臺,并確定了初步的設(shè)計方案:16級吸附式壓氣機(jī)設(shè)計點壓比48以上,等熵效率尚有提升空間,僅為79％左右,多變效率87%,喘振裕度13.2%。
　　

3、采用商業(yè)軟件Numeca對初步方案進(jìn)行了數(shù)值模擬的研究,并對具有設(shè)計特點的特征級進(jìn)行了氣動性能的分析,證實了多級低反動度設(shè)計思想的可行性與初步方案在氣流角匹配以及徑向功分配上的不足。
　　本文將三維葉片技術(shù)應(yīng)用于多級壓氣機(jī)中間級的靜葉,通過對不同彎高彎角方案的比較研究,得出結(jié)論對于尺度較小的分離流動,適當(dāng)?shù)恼龔澢纯杀ＷC葉柵流動的高效性;但在主流區(qū)無法承擔(dān)端壁所帶來的負(fù)面影響時,將反彎曲葉片造型技術(shù)應(yīng)用于與之相對應(yīng)的靜葉片根部,同

4、時在根部角區(qū)布置抽吸結(jié)構(gòu),在吸力面與端壁之間的角區(qū)布置若干抽吸孔,通過將角區(qū)低能流體吸除來保證角區(qū)高效流動,這同時也是對渦輪冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計的配合。
　　本文最后的工作以吸附式壓氣機(jī)的附面層抽吸技術(shù)為主,以附面層抽吸以試驗和數(shù)值模擬的手段證實了以孔的形式取代槽進(jìn)行附面層抽吸同樣對流動有顯著的控制作用,抽吸的結(jié)構(gòu)對孔的不同位置同樣敏感。同時,針對抽吸方案的選取,開發(fā)了一套抽吸方案的自動優(yōu)化設(shè)計流程,并以基于某型多級低反動度壓氣機(jī)的最末級