实验轴流透平级设计及流场分析

　　1前言

　　为研究大型汽轮机组的低压排汽系统，本研究小组曾设计建立了一个1:15的300/600Mw汽轮机低压排汽缸实验装置，并进行了相关的实验和数值研究川，其主要目的是研究排汽缸的内部流动与气动性能并提出改进意见和建议。上述实验装置的进口是不带透平级的，仅考虑了进口有预旋和径向总压不均匀对排汽缸气动性能的影响。为了进一步研究排汽缸在有透平级时的性能以及排汽缸与透平级在非轴对称流场情况下的相互作用，需要在原有实验装置的排汽缸前面增加一级透平.

　　本文工作就是为该实验装置设计一级实验透平.原有的排汽缸模型比例为1:15，要使实验透平与实际透平的速度三角形基本相似，必须使实验透进口的平均速度与其转速相匹配。考虑到实验测量所用的一些重要部件(如滑环引电器)只能工作在相对较低的转速下，因而实验透平进口的平均速度能太高.另外，300/600MW汽轮机末级动叶的顶部为跨音速叶型(即缩放式流道)，而低速实验透平的动叶不能采用类似的叶型.

　　我们对实验透平级的设计提出了如下要求:(l)要与现有的实验装置相匹配(与风机风量、排汽缸实验件尺寸等相匹配);(2)实验透平级出口流场(如气流角径向分布)与300/600MW低压末级有一定的相似性;(a)动静叶流场要匹配，在实验工况下不能有明显分离流出现.

　　2透平级设计

　　2·152通流设计

　　52通流设计的目的是为实验透平级选取适当的工作参数，采用求解S:流面上的完全径向平衡方程的方法，结合损失模型，通过反问题(设计问题)计算，给出各排叶片的进出口参数供几何造型使用.S:通流设计时的进气条件为总温为288K，总压103362.6Pa，轴向进气;出口背压为一02235.6Pa.s:计算结果为:静叶出口平均气流角衣l=25.790，动叶出口平均气流角风=23.180，动叶转速3000r/而n.流量为0.65kg/s，功率为0.5kw.S₂通流设计方案虽然只是一个初步方案，但基本满足了低转速、小流量的实验条件，并为叶片造型提供了依据.

　　2.2叶片造型及静叶环、动叶轮制造

　　在实验透平级的设计过程中，曾考虑直接采用300/600Mw汽轮机末级的静动叶片来模化，但由于在造型过程中发现其静叶叶型超出了适用范围，因此决定依据S:方案提供的几何参数对静叶和动叶进行全新的叶片三维造型.

　　从制造工艺方面考虑，静叶片为直叶片，动叶片为扭叶片的方案，成本较低。但该方案存在着一定的难度.在静叶造型时，由于该实验件的中径/叶高(D/L，约为2.65)相对太小，根、顶截面的相对变化太剧烈，在尽量不改变L/B(叶高/轴向弦长)的情况下，无法使t/b在合理范围内。我们在寻找实验件制造单位的过程中了解到一种比较方便快捷的制造工艺一三维快速成形整体精密铸造.因为我们的实验件尺寸比较小，采用这种静叶环或动叶轮三维实体分层烧结、整体成形建模、精密铸造的工艺路线，成本低、周期短.其工艺为最小三维成形厚度.8mm，精度为士0.1~，能够满足对实验装置的精度要求，因此我们最终选择了这种制造工艺来加工实验件.这样我们有了更大的自由度来进行静动叶片造型.