離心壓縮機(jī)與汽輪機(jī)損失機(jī)理及時序效應(yīng)研究.pdf

1、本文針對葉輪機(jī)械中兩種重要的案例----離心空氣壓縮機(jī)的半開式葉輪級和大功率工業(yè)汽輪機(jī)的末三級，采用數(shù)值模擬方法分別進(jìn)行了定常與非定常計算與分析，考察了不同葉輪機(jī)械中的損失機(jī)理，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行基于時序效應(yīng)機(jī)理的裝配改進(jìn)研究，為工程中的實際應(yīng)用提供有利的參考。本研究分為兩個部分：
　　第一部分：離心空氣壓縮機(jī)半開式葉輪級內(nèi)流場的數(shù)值分析。首先以全周計算模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行設(shè)計工況下全通道流場的非定常分析;基于設(shè)計工況下擴(kuò)壓器流道內(nèi)的流

2、動分離，提出一種擴(kuò)壓器改型方法，改型后新的擴(kuò)壓器氣動性能得以提高，穩(wěn)定運行區(qū)間也得到拓寬;對兩種非設(shè)計工況下全通道流場也進(jìn)行了非定常分析，對近失速運行工況下的渦脫落頻率進(jìn)行了深入研究;計算結(jié)果為探究實際運行中的葉輪斷裂事故原因提供了有利參考。然后以該葉輪級為基礎(chǔ)對其進(jìn)行級內(nèi)的時序效應(yīng)研究;針對約化后的簡化模型，分別對8個時序位置的計算模型進(jìn)行數(shù)值計算，獲得了額定轉(zhuǎn)速下不同時序位置下的性能曲線，找到了不同工況下離心壓縮機(jī)運行的最優(yōu)時序位置

3、;得到離心壓縮機(jī)額定運行工況下由時序效應(yīng)產(chǎn)生的效率最大收益為0.4％，流量最大工況下效率最大收益為0.992％;基于效率極值點對應(yīng)的時序位置模型的非定常計算結(jié)果，研究了不同時序位置下離心壓縮機(jī)級內(nèi)的流動損失機(jī)理以及葉片表面的載荷特性，考察了時序效應(yīng)對離心壓縮機(jī)半開式葉輪級的影響:不同時序位置葉輪與擴(kuò)壓器的動靜干涉有差異，葉輪尾緣和擴(kuò)壓器前緣產(chǎn)生的損失差別較大;以此為依據(jù)，討論了真實葉片數(shù)模型內(nèi)的時序效應(yīng)，為今后該型離心壓縮機(jī)的設(shè)計和裝配

4、提供有利依據(jù)。
　　第二部分：大功率工業(yè)汽輪機(jī)末三級內(nèi)流場的數(shù)值分析。首先考察了末三級的葉頂間隙泄漏流動特點，前兩級葉頂處的流動損失以葉項泄漏渦和葉頂分離渦為主，最末級葉頂處的流動損失主要由葉頂泄漏渦產(chǎn)生;不同工況下葉頂間隙泄漏的尺寸及位置不同，每種工況下泄漏流隨時間的演化均呈現(xiàn)周期性，當(dāng)流量流量小于92％Q0時葉頂間隙泄漏渦幾乎不可識別;建立了損失模型，得到設(shè)計工況下的泄漏損失占總損失之比在22％-27％范圍內(nèi)呈周期性循環(huán)變化;