重燃多級低反動度壓氣機設計及相關技術應用.pdf

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

2、,通過調節(jié)動葉進口預旋控制動葉擴壓因子,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計以控制靜葉的擴壓因子,或采用大彎角輔以高效的主動流動控制手段以實現(xiàn)靜葉在較大擴壓因子下的高效流動?；谶@樣的設計方案開發(fā)了一套多級低反動度壓氣機的設計平臺,并確定了初步的設計方案:16級吸附式壓氣機設計點壓比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對初步方案進行了數(shù)值模擬的研究,并對具有設計特點的特征級進行了氣動性能的分析,證實了多級低反動度設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應用于多級壓氣機中間級的靜葉,通過對不同彎高彎角方案的比較研究,得出結論對于尺度較小的分離流動,適當?shù)恼龔澢纯杀ＷC葉柵流動的高效性;但在主流區(qū)無法承擔端壁所帶來的負面影響時,將反彎曲葉片造型技術應用于與之相對應的靜葉片根部,同

4、時在根部角區(qū)布置抽吸結構,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構設計的配合。
　　本文最后的工作以吸附式壓氣機的附面層抽吸技術為主,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行附面層抽吸同樣對流動有顯著的控制作用,抽吸的結構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)化設計流程,并以基于某型多級低反動度壓氣機的最末級