船舶汽輪機(jī)葉柵氣動性能優(yōu)化與實(shí)驗(yàn).pdf

1、船用汽輪機(jī)一般由高壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī)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(jī)性能的重要手段。為了有效提高船用汽輪機(jī)的效率，必須要針對高壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī)葉柵結(jié)構(gòu)不同的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的方法改進(jìn)優(yōu)化高壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī)的葉型，降低氣動損失。因此，本文通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，對新型船用高壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī)的葉型以及如何降低氣動損失進(jìn)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(jī)第八級和第九級靜葉片進(jìn)行了改進(jìn)。將兩級原型為均勻加載葉型的靜葉片，優(yōu)化設(shè)計(jì)成小前緣小圓的后加載葉片。并進(jìn)行了原型與改進(jìn)型50％葉高處的平面葉柵氣動性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(chǔ)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(shí)驗(yàn)條件下，不同出口馬赫數(shù)和沖角的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)葉型的損失都低于原型。

3、
　　第二部分以某船用高壓汽輪機(jī)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(jìn)型葉柵進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)原型流動損失偏高的原因?yàn)閮?nèi)外端壁附近橫向二次流比較強(qiáng)烈，以及靜葉柵外端壁進(jìn)口子午型線的突擴(kuò)引起附面層流動分離。應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的后加載靜葉能把氣動負(fù)荷峰值進(jìn)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(jī)次末級和末級的動葉片進(jìn)行了改進(jìn)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(kuò)散度。經(jīng)過改進(jìn)研究后，將兩級動葉設(shè)計(jì)成優(yōu)化后的扭葉片，又把葉型吸力面的最低壓力點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行了靜態(tài)氣動性能實(shí)驗(yàn)研

5、究。結(jié)果表明：經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)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(jī)次末級和末級兩級為研究對象，應(yīng)用經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的新型低壓汽輪機(jī)動葉葉柵，同時研究設(shè)計(jì)出與之對應(yīng)的新型靜葉葉柵，對原型低壓汽輪機(jī)的末兩級和優(yōu)化改進(jìn)后的低壓汽輪機(jī)末兩級進(jìn)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