大子午擴(kuò)張渦輪變幾何設(shè)計(jì)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(jì)點(diǎn)工作，而通過(guò)控制導(dǎo)葉喉部面積進(jìn)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(shí)體現(xiàn)出更加優(yōu)秀的性能。大子午擴(kuò)張渦輪由于沿著子午流道方向擴(kuò)張角度過(guò)大，如直接加裝可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，會(huì)因間隙過(guò)大且在變工況時(shí)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(jí)大子午擴(kuò)張渦輪為研究對(duì)象，首先對(duì)其進(jìn)行了變幾何改型設(shè)計(jì)。通過(guò)數(shù)值模擬，分析討論了一般大子午擴(kuò)張渦輪流道內(nèi)部和端區(qū)

2、的流場(chǎng)分布情況，并依此提出了一種基于臺(tái)階型式的適用于大子午擴(kuò)張渦輪的變幾何改型方案；通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了一個(gè)最佳的端壁型線型式。計(jì)算結(jié)果表明，臺(tái)階的存在對(duì)頂部間隙泄漏有一定的抑制作用，且隨著臺(tái)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(shí)現(xiàn)大子午擴(kuò)張渦輪導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(jì)點(diǎn)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(duì)大子

3、午擴(kuò)張渦輪進(jìn)行了單級(jí)和多級(jí)的變工況性能計(jì)算，考察了導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)相鄰動(dòng)葉和后面級(jí)的影響。通過(guò)數(shù)值模擬，分別計(jì)算了導(dǎo)葉喉部面積從83.5%到131%變化過(guò)程中，大子午擴(kuò)張渦輪第一級(jí)與整五級(jí)的性能變化，計(jì)算結(jié)果表明，隨著導(dǎo)葉轉(zhuǎn)角的開(kāi)大，單級(jí)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??；改型后的五級(jí)渦輪各級(jí)動(dòng)葉泄漏量相對(duì)減小，總體性能參數(shù)隨轉(zhuǎn)角變化規(guī)律與第一級(jí)類(lèi)似，在變工況過(guò)程中效率下降相對(duì)更小；改型后的大子午擴(kuò)張渦輪表現(xiàn)出優(yōu)秀的