9FA重型燃?xì)廨啓C(jī)增容設(shè)計(jì)及第三級(jí)冷卻結(jié)構(gòu)數(shù)值研究.pdf

1、燃?xì)廨啓C(jī)自問(wèn)世以來(lái),被廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械動(dòng)力等行業(yè),發(fā)展迅速,在我國(guó)工業(yè)化建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著重要作用。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展迅速,設(shè)備更新?lián)Q代快,作為動(dòng)力機(jī)械裝置,反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)技術(shù)的綜合水平,高效燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)也被各國(guó)列入優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文以9FA原型機(jī)組為增容對(duì)象,除去壓氣機(jī)等部件耗功,原機(jī)組額定輸出功率為267MW,通過(guò)增容方案增容,機(jī)組功率要求達(dá)到300MW。增容方案為,在9FA機(jī)組的基礎(chǔ)上,進(jìn)口總溫總壓和

2、出口靜壓保持一致,改變子午通流面積,提高輸出功率,完成機(jī)組初期的增容氣動(dòng)方案計(jì)算。首先消化吸收并繼承原型機(jī)的透平結(jié)構(gòu),參照原型機(jī)透平的總體設(shè)計(jì)與冷氣分配,總體設(shè)計(jì)方案上參考9FA的三級(jí)透平,保證平均直徑不變,不改變透平輪盤結(jié)構(gòu)以保證可靠性,通過(guò)增加子午同流面積以滿足流量增加的要求;其次,在此基礎(chǔ)上對(duì)葉型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,并進(jìn)行級(jí)間的匹配優(yōu)化,從而達(dá)到提高性能的目的。增容后,燃?xì)饬髁吭龃?0％,基本滿足了功率要求,但同時(shí)由于各級(jí)功率分配系數(shù)改

3、變,級(jí)前總溫隨之改變。新工況下,機(jī)組葉型損失增大,整機(jī)效率下降0.4%;采用Isight優(yōu)化平臺(tái)和S2正問(wèn)題計(jì)算程序,利用遺傳算法加S2計(jì)算程序和模擬退火算法加近似模型分別對(duì)機(jī)組葉型優(yōu)化,對(duì)比選擇性能較優(yōu)的葉型作為增容后葉型方案,使其適應(yīng)新的工況。對(duì)擴(kuò)容后機(jī)組取流量約束±1%,通過(guò)葉型尋優(yōu),整機(jī)效率提高0.57%。最終計(jì)算結(jié)果表明,通過(guò)增容方案設(shè)計(jì),渦輪功率由521MW增到574MW,提高了10.17%,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　在冷卻

4、結(jié)構(gòu)上,參照9FA的葉片冷卻結(jié)構(gòu),針對(duì)增容后各級(jí)工況發(fā)生改變,通流面積增大,葉片高度增加進(jìn)行冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)?？紤]到燃?xì)饬髁吭龃?級(jí)前總溫也發(fā)生改變,需對(duì)9FA機(jī)組冷卻方案重新評(píng)估。以第三級(jí)渦輪為例,采用CFX軟件對(duì)增容前后第三級(jí)渦輪工作狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬。分析增容前后渦輪葉片表面溫度變化。發(fā)現(xiàn)隨著燃?xì)饬髁吭龃?以原冷氣方案提供的冷氣量冷卻第三級(jí)靜葉,第三級(jí)靜葉葉片表面最高溫度上升約6K,影響機(jī)組的工作壽命。為保證機(jī)組正常的使用,提高第三