大子午擴張渦輪變幾何設(shè)計研究.pdf

1、為適應(yīng)多變的環(huán)境和輸出功率的要求，現(xiàn)代高性能渦輪不可能始終處于設(shè)計點工作，而通過控制導(dǎo)葉喉部面積進而調(diào)節(jié)流量的變幾何渦輪，較傳統(tǒng)定幾何結(jié)構(gòu)在變工況時體現(xiàn)出更加優(yōu)秀的性能。大子午擴張渦輪由于沿著子午流道方向擴張角度過大，如直接加裝可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，會因間隙過大且在變工況時間隙大小發(fā)生變化劇烈而使渦輪效率嚴(yán)重下降。
　　本文以某五級大子午擴張渦輪為研究對象，首先對其進行了變幾何改型設(shè)計。通過數(shù)值模擬，分析討論了一般大子午擴張渦輪流道內(nèi)部和端區(qū)

2、的流場分布情況，并依此提出了一種基于臺階型式的適用于大子午擴張渦輪的變幾何改型方案；通過優(yōu)化設(shè)計，得到了一個最佳的端壁型線型式。計算結(jié)果表明，臺階的存在對頂部間隙泄漏有一定的抑制作用，且隨著臺階斜度的減小，泄漏量逐漸變大；得到的最優(yōu)端壁造型在實現(xiàn)大子午擴張渦輪導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動時間隙大小不變的前提下，流量與原型相比相差不大，加間隙后效率僅下降0.87％，新的端壁改型方案在設(shè)計點工況下表現(xiàn)良好。
　　其次，基于得到的最優(yōu)的端壁型線，本文對大子

3、午擴張渦輪進行了單級和多級的變工況性能計算，考察了導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動對相鄰動葉和后面級的影響。通過數(shù)值模擬，分別計算了導(dǎo)葉喉部面積從83.5%到131%變化過程中，大子午擴張渦輪第一級與整五級的性能變化，計算結(jié)果表明，隨著導(dǎo)葉轉(zhuǎn)角的開大，單級流量與功率逐漸增加，導(dǎo)葉端部泄漏量逐漸減小，效率先增加后減小；改型后的五級渦輪各級動葉泄漏量相對減小，總體性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)角變化規(guī)律與第一級類似，在變工況過程中效率下降相對更小；改型后的大子午擴張渦輪表現(xiàn)出優(yōu)秀的