離心壓縮機與汽輪機損失機理及時序效應研究.pdf

1、本文針對葉輪機械中兩種重要的案例----離心空氣壓縮機的半開式葉輪級和大功率工業(yè)汽輪機的末三級，采用數(shù)值模擬方法分別進行了定常與非定常計算與分析，考察了不同葉輪機械中的損失機理，并以此為基礎進行基于時序效應機理的裝配改進研究，為工程中的實際應用提供有利的參考。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，進行設計工況下全通道流場的非定常分析;基于設計工況下擴壓器流道內(nèi)的流

2、動分離，提出一種擴壓器改型方法，改型后新的擴壓器氣動性能得以提高，穩(wěn)定運行區(qū)間也得到拓寬;對兩種非設計工況下全通道流場也進行了非定常分析，對近失速運行工況下的渦脫落頻率進行了深入研究;計算結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對其進行級內(nèi)的時序效應研究;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行數(shù)值計算，獲得了額定轉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運行的最優(yōu)時序位置

3、;得到離心壓縮機額定運行工況下由時序效應產(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的時序位置模型的非定常計算結果，研究了不同時序位置下離心壓縮機級內(nèi)的流動損失機理以及葉片表面的載荷特性，考察了時序效應對離心壓縮機半開式葉輪級的影響:不同時序位置葉輪與擴壓器的動靜干涉有差異，葉輪尾緣和擴壓器前緣產(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，為今后該型離心壓縮機的設計和裝配

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;