对某双级高压涡轮一级导叶进行了正弯设计,一方面为了提升气动性能,另一方面为了减小下游动叶的激振力。采用商业软件CFX对基准方案和弯曲方案进行了全三维粘性定常和非定常计算,结果表明:导叶采用正弯设计,端区损失明显减少,叶中损失略有增大,导叶总损失减少;同时导叶弯曲还改善了下游动叶的进气条件,减小了动叶损失,最终使得高压涡轮效率提高0.1个百分点。为评估导叶弯曲对动叶激振力的影响,以气动非定常计算的叶片表面压力为输入,采用ANSYS对弯曲前后一动叶身激振力进行了强度分析,分析结果表明一导采用弯叶片,改变了导叶尾迹形状同时使得动叶进口流场更均匀,带来一动激振力下降10%~15%,有利于强度设计。

针对双级高压气冷涡轮的低温试验状态模化方法,对以空气为工质、基于不同相似准则数的试验模化状态的流场相似性进行数值仿真。结果表明对于有冷气试验模化方法,采用出口马赫数与设计状态一致的模化方法可获得相似性较好的试验状态流场,此时反力度、载荷系数、马赫数均能保证良好的相似性,主要相似准则数偏差不超过5%;对于无冷气试验模化方法,保持涡轮几何不变并增大膨胀比使得等熵速比与设计状态的一致,或通过改变叶片数保证各排出口马赫数与设计状态的一致,均能显著改善无冷气模化状态与设计状态的流场相似性。其中前者反力度相似性接近98%,而后者载荷系数和马赫数的相似性达到了同样水平,但破坏了模型的几何相似。

为了获取叶尖间隙对涡轮性能的影响规律,通过对某型发动机高压涡轮第1、2级叶尖间隙的主动调控,进行叶尖间隙对涡轮性能影响的试验研究。采用精密传感器对叶尖间隙进行测量,通过试验得到不同叶尖间隙下涡轮效率、换算流量、换算功以及出口流场的变化数据。结果表明:第1、2级叶尖间隙每增大1%,涡轮效率约降低0.58%~0.69%;存在1个叶尖间隙变化对涡轮效率影响较明显的敏感区;叶尖间隙变化对叶尖出口流场有明显影响。

径向轮缘密封结构在增大主流燃气入侵阻力同时也会阻碍封严冷气的向上输送,为此提出了一种在径向轮缘密封的径向内齿上打孔来改善其封严性能的设计思路。针对Lisa1.5级高压涡轮实验台,设计了一种传统和五种带孔新型的径向轮缘密封,采用数值模拟方法评定了圆柱孔孔径D和孔心距Sh对封严性能的影响,并揭示了其改变封严特性的流动机理。结果表明:在设计封严冷气量工况下,相较于传统的径向轮缘密封结构,D为0.375mm和0.5mm的圆柱孔状径向轮缘密封具有更好的封严性能,其喷射的冷气与主流冷气混合后形成"屏障",阻止燃气的进一步入侵,使得封严效率分别提高大约2%和4%;Sh为0.75mm和1.825mm圆柱孔状径向轮缘密封可以提高封严效率4%左右,但Sh为0.75mm的密封结构会在盘腔内发生回流现象,导致燃气扩散,而Sh为1.825mm的密封结构由于圆柱孔远离燃气率先入侵位置,可...

蒸汽轮机高压级涡轮多为低展弦比直叶型设计，此类涡轮的二次流损失占整个流动损失的比重较大，现在的设计技术能够较好地设计出优秀的S1面叶型，但较难把握全三维的二次流损失。文中通过对单级某高压级涡轮导叶的优化设计改型，得到了较好的控制二次流损失的全三维直叶型。结果表明：最优全三维直叶型不是最优S1面叶型，二次流损失在流动中比重较大，设计中不容忽视：采用优化设计的方法，能够非常有效地提供最优直叶型，缩短设计周期。