为提高离心压缩机气动性能,考虑二元叶轮优化多以构型参数为变量,不适用于变量间存在交互作用的三维叶片。以某三元叶轮为优化对象,考虑各变量间的交互作用,采用Bézier曲线加载叶片角,直接选取三维叶片型线为优化变量进行气动优化。结合CFD数值仿真、非线性映射能力较强的BP神经网络与全局寻优能力较强遗传算法,以提升等熵效率和压比为目标进行优化。结果表明设计工况下,优化后的叶轮等熵效率同比提升1.9%,压比同比提升0.3。三维叶片中部向吸力面偏移,叶片尾缘向压力面偏转可同时提升叶轮的效率和压比。

以某超临界汽轮机新型补汽阀为模型,对新型补汽阀进行了稳态和非稳态全三维数值模拟,根据各截面流线图、马赫数云图等,分析了新型补汽阀内的流动情况,并根据监测点分析阀门内的振动情况。

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。

使用数值计算方法研究了压比、内流马赫数、外流马赫数、吹风比、速度比等气膜冷却设计中常见的气动参数对气膜孔流量系数的影响。基于数值计算结果,提出了一种气膜孔流量系数的计算关联式。与文献中试验数据的对比表明,该关联式精度较高,可以为涡轮叶片冷却设计提供参考。

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。

为解决汽缸中分面局部汽密性薄弱问题,提出一种自紧式W形金属密封结构改善汽缸中分面局部汽密性的新方法。阐述自紧式W形密封的结构组成及改善汽缸局部汽密性工作机制。建立W形密封结构工作全过程有限元模型,分析工作全过程中W形密封结构的密封性能及压缩回弹性能,并研究各工作参数对接触压力、接触宽度的影响。结果表明,自紧式W形密封结构压缩-卸载后回弹率达到92.3%,具有优异回弹性能和重复使用性;高温承压后,接触区域最大接触应力及接触宽度均增大,具备良好的自紧特性;材料许可范围内,压缩量、工作压力增大,最大接触应力、接触宽度均增大,密封性能提高;温度升高,密封性能下降。W形密封结构可用于提高汽缸中分面汽密性薄弱区域密封性能。

动密封技术控制着旋转动静部件的泄漏流动,对透平性能具有显著影响,干气密封是S-CO2透平中广泛采用的一种高性能端面密封形式。基于哈汽公司自主研发的3MW S-CO2轴流透平,开展干气密封结构方案设计。利用流热耦合的数值计算方法,开展干气密封冷却方案优化。计算结果表明,当密封冷却气流量不小于0.75 kg/s时,密封结构表面温度满足设计要求。

超超临界机组密封动力特性受转子运动影响显著,极易诱发转子失稳。以某1000MW汽轮机超高压缸迷宫密封为例建立密封转子三维模型,采用改进的涡动方程和动网格技术实现微间隙转子多频涡动,分析了不同涡动半径对密封动力特性的影响。结果表明:随着涡动半径增加,直接刚度增大,有效阻尼增大。直接阻尼随频率增加先减小至不变。低频范围内,较大涡动半径下的有效阻尼较显著低,转子容易发生失稳。