简讯

ГТД15000型燃气轮机是原苏联最近研制成功的一台具有高压比(20)、高燃气初温的简单循环燃气轮机,其通流部分气动性能优良,设计成供工业/舰船推进用。利用该燃气轮机的排气余热,已可提供燃蒸复合循环结构。该机组区别于一般船用燃气轮机的最大特点是动力涡轮可做成具有可倒车工作的通流部分,从而使燃气轮机本身可以直接倒车。这种倒车燃气轮机设计已取得了美国、英国、日本和西德的专利,并且也已成功地运用于原苏联的     

涡轮增压器离心压气机叶轮内部流场计算分析

本文根据叶轮部分的通流尺寸参数,首先采用UG NX软件生成初步的叶片及流道三维外形三维实体模型,并在IECM CFD软件中生成网格模型,然后在ANSYS-CFX软件中设置边界条件、选择合适的计算模型、设置收敛准则等,对涡轮叶轮部分进行流动数值模拟,获得了该部分的压力、速度等参数分布,并对其参数的分布情况进行了相应的分析.结果表明,各参数的变化规律对缩短叶轮机械设计周期、降低设计风险、改善叶轮机械气动性能以及探索叶轮机械气动设计的新方法提供了参考.     

燃气轮机通流部分三维设计的现代方法

据《теплоэнергетика》2 0 0 2年 9月号报道 ,近年来 ЦИАМ (中央巴拉诺夫П .И .航空发动机研究所 )在燃气轮机空气动力学领域内取得了重要的研究成果。ЦИАМ根据部门内积累的试验资料 ,制定了预测涡轮通流部分内气动力损失的方法 ;制定了基于欧拉方程的涡轮通流部分内无粘性和准粘性气体流动快速的二维和三维计算方法 ;制定了基于纳维尔 -斯托克斯方程的粘性气体流动的二维和三维计算方法。应用 ЦИАМ制定的燃气轮机设计新技术可使现代高效高负荷冷却涡轮建造的时间缩短、费用降低燃气轮机通流部分三维设计的现…     

船用燃气轮机动力涡轮可调导叶级的流场结构

基于耦合求解可压缩Favre平均Navier-Stokes方程及Menter的Baseline（BSL）双方程湍流模型．本文对一个考虑可调导叶设计的船用燃气轮机变几何动力涡轮进行了全流场的三维粘性数值模拟。计算结果表明，采用可调导叶技术，涡轮各级热力反动度发生了明显变化；可调导叶级的流动特性变化更显著影响变几何动力涡轮的气动性能；选取具有良好冲角适应性和跨音速性能的可调导叶是船用燃气轮机变几何动力涡轮气动设计的一个关键技术。由此，根据数值计算结果．重点分析可调导叶级的气动特性及其流场结构。     

某型动力涡轮气动分析及优化设计

以某型动力涡轮为研究对象,利用ANSYS-CFX软件对其进行数值模拟,分析其总体性能与内部流场。基于造型软件BladeGen对气动性能较差的第二级静叶进行拟合,获得参数化模型,针对原型流场的不良特性进行叶型优化设计与全三维通流计算。结果表明:该反力式涡轮的设计思想是使气流以较大负攻角流入叶栅,从而抑制叶片附面层增厚。相比于原型,优化后第二级静叶流场内的表面静压分布与马赫数分布明显改善,涡轮的总静效率提升了0.307%。本研究可为动力涡轮的气动设计与优化提供参考。     

燃气轮机压气机动叶片设计与计算

利用传统压气机叶片亚音速设计方法,针对某重型燃气轮机压气机某级动叶片,采用等环量与等进口气流角沿径向气流参数分布规律的方法设计了两种叶片。利用数值模拟的方法对两种叶片在额定工况与变攻角工况下的气动性能进行分析,探究了传统叶片设计方法在重型燃轮机设计中的可行性与适用范围。计算结果表明,本设计在压气机叶片中径处来流气体相对马赫数低于0.6的情况下是比较成功的,该方法可以应用于重型燃气轮机压气机和低亚声速级的叶片设计中。     

舰船燃气轮机变几何动力涡轮通流特性的数值研究

基于叶轮机械三维粘性值模拟技术，本文研究了一个舰船燃气轮机四级变几何动力涡轮的通流特性及其气动性能，并分析了它的主要气流参数随可调导叶转动的变化规律。结果表明，可调导叶级的通流特性将决定整个变几何动力涡轮的气动性能。关小导叶可导致可调导叶级动叶处于较大正攻角而引起吸力面分离流动；反之，开大导叶导致相应的较大负攻角造成压力面分离流动。然而关小导叶引起的吸力面三维分离涡流场将导致变几何动力涡轮的效率更显著的下降。     

多级涡轮三维黏性流场的数值模拟

采用多叶片排网格生成技术，利用实质为标准κ-ω模型的改进型BSL双方程湍流模型对一个四级低压动力涡轮进行了数值模拟，其中多叶片排间参数传递采用“混合平面”方法。通过设计工况下计算结果和设计参数的对比，分析了此型多级涡轮的气动特点。末级导叶正弯优化设计显示弯叶片提高了此型多级涡轮的通流性能，同时也表明了弯叶片优化设计时进行多级黏性流匹配计算的必要性。     

某重型燃气轮机燃烧室燃烧性能的数值模拟

对某重型燃气轮机的燃烧室分成火焰筒头部、全尺寸火焰筒、过渡段三部分进行了热态的数值模拟研究。对火焰筒头部采用轴向旋流器、不等间距喷燃孔等结构的燃烧室进行计算,得到了燃烧室的三维流场分布及温度分布。研究了旋流器安装角变化对燃烧性能的影响。计算结果很好地反映该重型燃气轮机燃烧室燃烧流动特点,为重型燃气轮机燃烧室的设计开发提供了重要参考。     

某燃气涡轮多级空气透平试验研究

为验证燃气涡轮的总体性能,将某重型燃气轮机涡轮末两级按0.5模化比模化后进行空气透平试验,建立了多级空气透平的试验系统,分析两级试验透平轮周效率、流量系数等特性参数随速比的变化。试验结果表明:空气透平设计工况效率达到了0.895,流量系数0.78,接近原燃气涡轮的设计值。试验结果验证了涡轮的总体性能,对燃气轮机涡轮的开发设计具有重要指导意义。     

燃气涡轮弯叶片特性研究

以燃气轮机涡轮第一级导叶为研究对象,借助数值模拟对涡轮导叶气动问题进行研究,针对于涡轮的工作特点,进行了多方案计算及对比,研究了不同弯扭叶片设计参数对涡轮叶栅气动性能的影响。结果表明:根部采用-15°弯角,即正弯15°,采用0.4弯高,即采用大弯高可以有效地降低端壁处低能流体的聚集,从而有效地降低横向二次流,采用上述弯叶片计算得到总压损失系数有所降低。     

船用增压器大膨胀比轴流涡轮气动技术研究进展

宽流量范围、高效、高压比设计是现代船用涡轮增压器的发展趋势,而轴流涡轮作为主要部件,其膨胀比和变工况效率要求亦将随之增加,加之特殊的通流形式与进排气环境,使得涡轮内部流动异常复杂,严重限制了大膨胀比涡轮气动性能的提高。本文从大膨胀比涡轮气动设计、大膨胀比涡轮中的复杂流动现象和流动机理,以及大膨胀比涡轮气动研究存在的问题3个方面对船用增压器大膨胀比轴流涡轮气动技术的研究进展进行综述,并指出未来应在宽工况大膨胀比涡轮激波主导非对称流动机理及调控方法方面深入开展研究,以期把涡轮气动设计参数与其内部复杂流动相关联,进而探求能显著改善大膨胀比涡轮全工况气动性能的设计策略和方案,从而为高效船用增压器涡轮研发提供技术支撑。     

透平机械高负荷叶片和大焓降级的研究进展

高负荷叶片和大焓降级的设计和应用可以有效地减少透平机械通流部分的级数和叶片只数,从而在保证气动效率和安全可靠条件下,有效地降低产品的开发设计制造成本,提高透平机械产品的竞争力.对透平机械高负荷叶片的研发和应用现状进行了综述,详细介绍了高负荷叶片的气动设计和气动性能的影响因素.结合燃气轮机大焓降级的特点,综述了高负荷叶片和大焓降级的型线设计和性能研究以及在汽轮机通流设计中的应用.论文最后对高负荷叶片和大焓降级在汽轮机通流设计中的应用前景和工作重点进行了展望.     

进口热斑存在时叶顶间隙对涡轮效率影响的数值计算

利用非线性谐波法对某型燃气轮机2级涡轮进行了数值计算,对比研究了存在进口热斑时,叶顶间隙对带冠涡轮与不带冠涡轮气动效率的影响,并分析了带冠涡轮封严齿表面温度场分布受叶顶间隙影响的变化规律,与实验结果的对比验证了计算的可信性。研究发现:叶顶间隙小于0.24 mm时,不带冠涡轮具有更高的效率;带冠涡轮泄漏流一部分通过叶顶间隙流失,一部分受壁面剪切力作用形成涡团,以动能的形式耗散在叶冠容腔内;封严齿与机匣之间形成的高速射流与容腔内涡流相互作用,导致封严齿表面温度场分布不均;叶顶间隙为0.1 mm时,封严齿温度最高,在叶型设计改进时应重点考虑第一齿的冷却设计。所得结论可为涡轮叶片设计改型和进一步改进冷却方案提供理论依据和决策参考。     

某重型燃气轮机17级轴流压气机特性预估计算研究

以某重型燃气轮机用17级轴流压气机为研究对象,建立了一种可用于多级轴流压气机特性预估的损失和落后角模型.运用流线曲率法计算得到了不同转速下的压气机特性变化曲线.并将其与全三维数值模拟结果进行了对比,验证了该模型在大流量多级轴流压气机特性预估方面的有效性.通过对设计点各级加工量、总压升分布以及各叶排落后角、效率沿径向分布的对比,验证了该模型在计算大流量多级轴流压气机设计点各级性能参数分布以及各叶排气动参数分布方面的可靠性.     

退化涡轮叶片形变对气动参数偏离的影响研究

涡轮叶片在服役过程中发生的形状变化会造成涡轮气动参数偏离,研究造成涡轮性能退化的主要形变因素是实现涡轮精准维护的重要环节。本文分析了实际涡轮叶片在长时间服役后的具体形变特征,以及形变特征与气动参数偏离值的关系;通过光学扫描获得退化涡轮全周叶片的形状数据,重构得到叶片特征几何参数;以几何参数为基础生成退化的涡轮流道,通过CFD仿真得到了燃气轮机在退化前后的详细气动参数;采用神经网络模型建立涡轮几何数据与气动数据之间的映射关系,并分析了模型中影响气动参数偏离的主要几何参数。结果表明:磨损烧蚀导致弦长变短是第1级静叶气动参数变化的主要诱因,而第1级动叶的气动参数则主要受喉道宽度的影响。     

燃气轮机中间扩压过渡管与进气收敛管的试验研究

前言对燃气轮机组整个通流部分来说,进、排气管、中间过渡管的轴向尺寸,几乎占整个通流部分有效轴向尺寸的1/2——2/3。因此对燃气轮机进、排气管、中间过渡管的精心设计至关重要。它的尺寸大小和空气动力性能的优劣,不仅直接影响到整个机组的体积、重量,外观等指标,而且对燃气轮机的效率和气动性能有着决定性的影响。可是目前还没有一套完善成熟的设计方法,只通过计算不需试验就能满足千变万化的设     

燃气透平静叶栅的弯扭气动设计分析方法

给出了一个适用于弯扭燃气涡轮静叶栅的气动设计分析通流计算方法。采用Ｓ２流面流函数方程做为主控方程，而热力气动参数的计算采用变热比求解方法，损失模型以修正的安利－马歇森模型为基础，二次流损失的计算考虑了弯叶片的影响。用此方法对一小展弦比涡轮级静叶栅进行不同弯曲角的弯扭联合成型气动设计，合理地反映了叶栅内流场特性。     

80 MW等级小F重型燃气轮机启动过程放风优化设计研究

以某成熟燃气轮机为原型，针对80 MW等级小F重型燃气轮机提出了两种放风优化方案。用定常三维/一维数值方法，分别模拟了原型设计和两种优化方案的燃气轮机启动过程，分析了放风量对压气机气动稳定性的影响，并以压气机失速裕度进一步评估了两种优化方案的可靠性。结果表明：随着压气机中间级放风量的增大，启动过程低转速阶段压气机气动稳定性增强，高转速阶段压气机气动稳定性降低；相较而言，压气机中间级放风量小的优化方案更能兼顾低、高转速的稳定运行，最终选择采用该方案作为80 MW等级小F重型燃气轮机的放风优化方案。     

某重型燃气轮机DLN燃烧室数值模拟-冷态分析

数值模拟是开展燃气轮机燃烧室性能分析的重要手段。本文通过外形3D扫描与内型工业CT扫描构建了某重型燃气轮机天然气DLN燃烧室的完整几何模型。通过对该完整三维建模进行高质量网格划分,并综合燃机循环分析给出的工况参数,开展了数值模拟分析。本文冷态模拟了燃烧室内流场、组分场,分析了空气流量分配特性、主喷嘴燃空掺混特性、速度场分布、总压恢复系数等。结果可为燃气轮机DLN燃烧室的分析与设计提供参考。