船舶汽輪機葉柵氣動性能優(yōu)化與實驗.pdf

1、船用汽輪機一般由高壓汽輪機和低壓汽輪機兩部分組成，降低其通流部分葉柵氣動損失是提高船用汽輪機性能的重要手段。為了有效提高船用汽輪機的效率，必須要針對高壓汽輪機和低壓汽輪機葉柵結(jié)構(gòu)不同的特點，采用相應的方法改進優(yōu)化高壓汽輪機和低壓汽輪機的葉型，降低氣動損失。因此，本文通過實驗和數(shù)值模擬的方法，對新型船用高壓汽輪機和低壓汽輪機的葉型以及如何降低氣動損失進行了深入的研究。
　　論文的主要工作可總結(jié)為以下四個部分：
　　第一部分對某

2、船用高壓汽輪機第八級和第九級靜葉片進行了改進。將兩級原型為均勻加載葉型的靜葉片，優(yōu)化設計成小前緣小圓的后加載葉片。并進行了原型與改進型50％葉高處的平面葉柵氣動性能實驗。實驗發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的后加載葉型能縮短吸力面下游逆壓梯度段的長度，減小了逆壓梯度值，提高了沖角適應性；同時優(yōu)化后的后加載葉型的薄出氣邊既提高了尾流區(qū)的基礎壓力，又降低了尾流區(qū)寬度。在小于臨界馬赫數(shù)的各種實驗條件下，不同出口馬赫數(shù)和沖角的實驗結(jié)果表明，改進葉型的損失都低于原型。

3、
　　第二部分以某船用高壓汽輪機的末三級為研究對象，嘗試提高其效率。對于末三級的原型靜葉柵和優(yōu)化改進型葉柵進行了數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)原型流動損失偏高的原因為內(nèi)外端壁附近橫向二次流比較強烈，以及靜葉柵外端壁進口子午型線的突擴引起附面層流動分離。應用優(yōu)化設計的后加載靜葉能把氣動負荷峰值進一步后移，這樣既可以減小內(nèi)外端壁前半流道的橫向壓力梯度，降低兩端壁附近的橫向二次流損失，又可以提高整個葉高流道內(nèi)汽流的膨脹度，降低整個葉高的總壓損失。同

4、時發(fā)現(xiàn)，需要末三級優(yōu)化改型與外端壁子午修型匹配，才能較大幅度地在多工況下降低末三級的流動損失。
　　第三部分對某船用低壓汽輪機次末級和末級的動葉片進行了改進優(yōu)化研究。原型次末級動葉片是直葉片，末級葉片是扭葉片，同時葉柵外端壁有較大的擴散度。經(jīng)過改進研究后，將兩級動葉設計成優(yōu)化后的扭葉片，又把葉型吸力面的最低壓力點進一步移向下游，并在葉片兩端盡可能地后加載，同時匹配以圓柱形外端壁。對于優(yōu)化前后的動葉片環(huán)形葉柵進行了靜態(tài)氣動性能實驗研

5、究。結(jié)果表明：經(jīng)過優(yōu)化改進后的動葉片，削弱了葉柵兩個端壁區(qū)的橫向壓力梯度、以及外端壁的橫向二次流，降低了葉柵氣動損失。
　　第四部分以某船用低壓汽輪機次末級和末級兩級為研究對象，應用經(jīng)過實驗的新型低壓汽輪機動葉葉柵，同時研究設計出與之對應的新型靜葉葉柵，對原型低壓汽輪機的末兩級和優(yōu)化改進后的低壓汽輪機末兩級進行了數(shù)值模擬研究與對比。通過多個方案的數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化后的方案，二次流損失和外端壁分離流動損失降低，通過合理的動靜葉匹