为了提高工业汽轮机效率,实现节能减排和降低加工制造成本,对高转速工业汽轮机低压级组进行气动设计,并对其进行三维气动分析。完成了低压级组的一维设计、二维气动设计和叶型设计:动叶转速为6600r/min,进口总压为200kPa、进口总焓为2684.2kJ/kg、背压为7kPa下的流量为51.2t/h,总总效率为92.4%,总静效率为88.6%,达到设计要求。末级动叶的径高比为2.68,降低了转子的尺寸。三维流场分析显示:低压级组载荷分布均匀,级间匹配合理,气动性能良好;气动参数沿叶高分布均匀,叶片沿叶高具有良好的攻角特性。

边界层转捩流动的特征参数明显不同于层流或湍流,转捩流动的这些特征直接影响着流体的动力、传热特性.而通过有效地控制转捩起点、转捩区长度就可以有效改善流动效率.

通过开发高效的叶型提高汽轮机通流效率是汽轮机通流设计中最重要的手段之一,为提高汽轮机机组经济性,东方汽轮机有限公司开发一种高效叶型,为了解该叶型的气动性能,对该叶型开展了系统的气动性能试验研究,首先通过平面叶栅、环形叶栅试验得到叶栅详细的损失特性、通流能力等气动性能参数,最后通过多级空气透平试验验证叶型的通流效率,所获得的试验数据和分析结论为高效通流设计中叶型的合理选取提供了重要的基础理论和试验数据支撑。通过与原有叶型的对比结果表明,通流设计中采用新开发的高效叶型,通流效率得到明显的提升,有效提高了汽轮机机组的经济性。

针对汽轮机组中压缸典型级,采用弯曲、倾斜和反扭设计思想对静叶片进行三维设计。通过对不同方案的数值模拟,得出了效率、静叶和动叶漏汽量的变化,为汽轮机工程设计提供了有益的指导。文中选定典型级,在额定负荷和低负荷下,反扭叶片效率均高于其它方案。

为研究典型迷宫-刷子密封结构的泄漏特性,搭建了研究密封泄漏特性的试验平台,进行了变高低齿齿隙、变刷子间隙、变压比、变转速等泄漏特性试验。试验结果表明:迷宫-刷子密封的流量系数随着刷子密封的相对间隙增大而增大,且增大到某一值时(0.7~0.8)与原常规的迷宫式密封流量系数相同;相同的刷子密封间隙下,流量系数随着压比的增大而降低;密封流量系数随着转速的升高略有下降。试验结果对迷宫-刷子密封在燃气轮机上的应用具有重要指导价值。

为研究动叶间隙大小对压气机性能及流动的影响,以一台高亚声速一级半压气机级为研究对象,在设计间隙、0. 5倍、1. 5倍及2倍设计间隙下进行定常三维数值模拟。计算结果表明,随着间隙增大,压气机效率及总压比下降。大间隙下泄漏流增强,导致动叶叶尖及其下游区域损失增加,压气机转子效率随间隙增大而线性下降;同时,泄漏流的增强也恶化了动静叶匹配,导致静叶上端壁产生额外损失,压气机级效率下降幅度大于转子效率。