【摘要】：許多艦船的動(dòng)力裝置使用蒸汽渦輪機(jī)組。在這種應(yīng)用背景下,機(jī)組的運(yùn)行特性為多工況和變轉(zhuǎn)速,由于在巡航工況其雙列速度級(jí)輸出的功率大約占所需總功率的70%,因此雙列速度級(jí)的氣動(dòng)性能對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性起至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)雙列速度的氣動(dòng)熱力設(shè)計(jì)是基于純沖動(dòng)式設(shè)計(jì)概念,級(jí)的總焓降基本由第一列噴管葉柵承擔(dān),第二列靜葉柵僅起改變氣流方向的作用,結(jié)果級(jí)流動(dòng)效率低下。為了改變傳統(tǒng)速度級(jí)的設(shè)計(jì)弱點(diǎn),本文將級(jí)的總焓降平均分配給兩列靜葉柵,同時(shí)兩列靜葉采用相同的反動(dòng)式葉型。本文借助ANSYS CFX商業(yè)軟件,對(duì)該型設(shè)計(jì)的雙列速度級(jí)進(jìn)行了數(shù)值模擬,以考核是否達(dá)到了改型設(shè)計(jì)的目的。改型速度級(jí)的全圓周數(shù)值模擬結(jié)果表明。由于第一列噴管葉柵承擔(dān)的焓降下降了近一半,因而與傳統(tǒng)速度級(jí)的第一列噴管葉柵比較,能夠大幅度降低由于高負(fù)荷造成的高流動(dòng)損失。對(duì)于第二列靜葉柵采用反動(dòng)式葉型替代傳統(tǒng)速度級(jí)的沖動(dòng)式葉型,使得流道因收斂劇烈而加長(zhǎng),不僅有利于均化氣流的周向分布,而且提高了第二列動(dòng)葉內(nèi)的做功能力,改善了整級(jí)的流動(dòng)狀態(tài)。在改型設(shè)計(jì)中,不僅均分了兩列靜葉柵承擔(dān)的焓降,而且適當(dāng)增高了兩列動(dòng)葉的反動(dòng)度,因而第一列噴管葉柵的背壓比級(jí)的背壓高出很多,這強(qiáng)化了噴管組流動(dòng)區(qū)氣流向間壁下游非流動(dòng)區(qū)的擴(kuò)散能力,這明顯降低了局部進(jìn)氣與噴管組非周期性分布引起的氣流參數(shù)的非定常波動(dòng)。同時(shí),加強(qiáng)了氣流由噴管組兩側(cè)邊界向非流動(dòng)區(qū)的流動(dòng),由此引起對(duì)應(yīng)動(dòng)葉產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相同或相反的力矩,使得第二列靜葉相對(duì)位置的壓力分布產(chǎn)生與靜葉的正常壓力分布不同的波動(dòng)。除了上述工作,本文還數(shù)值模擬了改型速度級(jí)的非定常流場(chǎng),研究了兩列靜葉不同CLOCKING位置,對(duì)級(jí)流動(dòng)特性的影響。在氣動(dòng)參數(shù)變化的一個(gè)周期內(nèi),CLOCKING位置不同,對(duì)應(yīng)不同的尾流傳輸特點(diǎn)。沿第一/第二列靜葉柵葉型壓力分布的非定常波動(dòng)遠(yuǎn)小于兩列動(dòng)葉柵,而且動(dòng)葉的壓力波動(dòng)主要由動(dòng)/靜葉柵之間的相互干擾所引起。CLOCKING效應(yīng)僅僅顯著影響第一列動(dòng)葉片的非定常流動(dòng)。因?yàn)樵谝粋�(gè)周期內(nèi)動(dòng)葉片的氣動(dòng)載荷波幅較高,而且局部進(jìn)氣導(dǎo)致的流動(dòng)非均勻性會(huì)加劇這一現(xiàn)象,故此在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先考慮CLOCKING效應(yīng)的作用,有可能改進(jìn)第一列動(dòng)葉的氣動(dòng)特性。數(shù)值結(jié)果證明,對(duì)于雙列速度級(jí),存在最佳CLOCKING位置,他對(duì)應(yīng)兩列靜葉錯(cuò)開1/4節(jié)距,此時(shí)級(jí)內(nèi)流動(dòng)最平穩(wěn),效率最高。
【圖文】：

圖 1-1 靜葉周向相對(duì)位置不同時(shí)透平的流動(dòng)效率max efficiency b) min圖 1-2 第二排靜葉柵熵時(shí)均值分布圖[10]末，Cizmas[32,33]和 Dorney[34]首先在工業(yè)蒸汽柵之間的 Clocking 效應(yīng)，得到與上述幾乎]中第一次闡述了 Fully Clocking 的意義，這是

而最低總效率恰好與第一排靜葉尾跡運(yùn)動(dòng)到第二排的靜葉節(jié)距中部相對(duì)應(yīng)（圖1-2，b）。Eulitz[31]應(yīng)用數(shù)值模擬方法，詳細(xì)研究了 1.5 級(jí)透平靜葉柵的 Clocking 效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果揭示，第二排靜葉出口流動(dòng)損失在 2%～4%范圍內(nèi)變化。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U674.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2661581