多级向心透平气动设计及间隙泄漏对性能的影响.pdf

《多级向心透平气动设计及间隙泄漏对性能的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文多级向心透平气动设计及间隙泄漏对性能的影响AERODYNAMICDESIGNONMULTI-STAGERADIALTURBINEANDTHEINFLUENCEOFGAPLEAKAGE张强哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK262学校代码：10213国际图书分类号：621.4密级：公开工学硕士学位论文多级向心透平气动设计及间隙泄漏对性能的影响硕士研究生：张强导师：黄洪雁教授申请学位：全日制工学硕士学科：动力机械及工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月24日授予学位单位：哈尔滨工业大

2、学ClassifiedIndex:TK262U.D.C:621.4DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringAERODYNAMICDESIGNONMULTI-STAGERADIALTURBINEANDTHEINFLUENCEOFGAPLEAKAGECandidate：ZhangQiangSupervisor：Prof.HuangHongyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerMachinery

3、andEngineeringAffiliation：EnergyScience&EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着技术的发展，更小单机质量、更高性能的向心透平成为国内外设计者追求的目标。由于向心透平内部流动结构非常复杂，要想设计出高性能的向心透平，就必须对其内部流场进行深入研究。同时，为了降低单机质量，缩减透平级数、增大向心透平单级膨胀比

4、成为设计者们关注的重点问题之一。本文以四级向心透平为原型，为了减小轴向尺寸，降低向心透平整体质量，将级数减少一级，在保证功率和效率的前提下，完成了三级向心透平的气动设计。级数减少后，向心透平单级膨胀比增大，常规静叶无法满足设计要求，所以在第一级采用缩放喷管来获得超音速气流。以一维预期结果为依据，通过数值计算评估了向心透平的三维气动性能，结果显示，缩放喷管出口马赫数接近一维预期值，所设计的向心透平轴端功率达到589kW，相对内效率达到63%以上，基本满足设计要求，验证了设计方法的合理性。本文通过数值模拟的手段，研究了不同顶

5、部间隙产生的泄漏流对向心透平的影响规律。计算结果显示，叶顶间隙的存在使流体从叶片压力侧泄漏向吸力侧，并在吸力侧产生泄漏涡，对流动造成影响，使距离顶部10%叶高范围内的气流出现偏转不足的现象，并且随着顶部间隙增大而表现的更加强烈。同时，顶部间隙高度增加时，泄漏流量逐渐增加，导致叶片负荷降低，尤其是对叶展中部以上范围内的叶片负荷影响较大。从损失的角度来看，叶顶间隙存在时，50%叶高以上范围内的总压损失系数有所增加，且由于泄漏流与主流的相互掺混，流动损失增大。此外，研究还发现，对向心透平而言，径向间隙对性能的影响程度大于轴向间

6、隙的影响程度。在保证安全的前提下，设置了变高度分布的顶部间隙，结果指出，变高度分布的顶部间隙有助于降低泄漏损失。通过对齿形汽封内部流场的数值模拟，分析了汽封腔室内的涡系结构，并且研究了泄漏流量及摩擦损失随着转速的变化规律。计算结果表明，气流在汽封结构内流动是由若干个节流过程组成的，压力呈现阶梯式下降的趋势，而速度则逐渐升高。各个汽封腔室内产生的旋涡结构，对气流产生了耗散作用，有助于阻止泄漏。随着向心透平转速的增加，间隙泄漏流量增大，在一定范围内，当转速从5000r/min增加到15000r/min时，泄漏流量增加了80k

7、g/h，总体来看，增加幅度较小。而摩擦损失随着转速增加呈现出近乎线性增大的趋势。关键词：向心透平；气动设计；数值模拟；顶部间隙；齿形汽封-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentoftechnology,thesmallerstand-alonequalityandhigher-performanceradialturbinehasbecomethegoalpursuedbydesignersathomeandabroad.Ifwewanttodesignahigh-perf

8、ormanceradialturbine,internalflowfieldmustbefurtherstudiedowingtothecomplexityofinternalflowsturctureoftheradialturbine.Atthesametime,inordertoreducethestand-a