本文介绍了在S2通流设计基础上,采用商用软件BladeGen作几何初步造型,利用基本截面变截面宽度扭曲、动叶多截面三维整体造型等多种手段来设计单级实验透平的过程,并进行了透平级三维流场数值模拟与分析,取得了基本性能参数与S2通流设计相一致的结果,为后续实验研究和数值模拟工作提供了可用的实验条件和可靠的设计数据.

超临界二氧化碳(S-CO2)循环发电技术是未来发电市场极具前景的发展方向,透平是循环的核心部件,直接决定S-CO2发电系统的动力性和经济性。借鉴蒸汽透平的设计理论和经验进行了300MW等级S-CO2系统透平设计,利用哈汽公司高性能叶型数据库进行三维叶型设计。三维气动性能分析表明,S-CO2透平气动性能优良,流量、效率、功率等指标满足设计要求。有限元分析表明,典型级动叶片应力、频率合格,设计方案可行。

采用自主研发的热力计算程序与高效叶型对兆瓦级S-CO2轴流透平进行了一维气动设计,根据所得结果展开建模造型,并利用FLUENT软件进行了三维气动数值分析,结果表明,研究中采用的一维气动设计方法具备可行性,且设计点气动性能优良,满足设计要求。

超临界二氧化碳透平被广泛用于太阳能发电系统中,但局部损失导致该透平流动中部分区域工质处于亚临界区。为了探究二氧化碳在跨临界区物性对透平的影响,进行了喷管实验和单级轴流透平的热力气动设计、三维造型及数值模拟。结果表明:二氧化碳物性在跨临界区急剧变化,易产生流动分离和回流等现象;设计透平在各工况下喷嘴尾缘、动叶吸力面前缘等局部压降区域易出现跨临界现象,并伴随有透平效率不同程度降低;增大出口压力、升高温度、调整转速或优化翼型,均可避免跨临界情况发生,从而提高透平效率。

轴流透平叶顶不可避免地存在泄漏问题,严重影响了透平的运行效率与安全,工程上通常在叶顶布置密封结构来降低泄漏流的影响。为了进一步提升叶顶密封性能,该文基于一个1.5级超临界二氧化碳轴流透平,在动叶叶顶布置串联式干气密封,讨论了不同密封间隙下的流动特性和气动性能,并通过热流固耦合方法研究了密封端面变形特性,验证了其可行性。结果表明串联式干气密封间隙为10mm时,无量纲相对泄漏量仅有2.43×10-5,透平效率相对于无泄漏结构仅降低了0.01%。随密封间隙增大,泄漏量增大,透平级内损失增大,效率降低。但在大密封间隙下,串联式干气密封结构相比于单级密封结构性能更突出。各个密封间隙下,密封端面内外径热力耦合轴向变形差均不超过27mm,且变形后透平可以维持较高效率。研究结果表明,超临界二氧化碳轴流透平叶顶布置串联式干气密...