针对叶片根中顶3个截面不同的安装角,设计了相应的高效宽负荷叶型,并采用数值模拟的方法,分析了叶型对负荷的适应性,重点分析了对攻角和马赫数的适应性。数值计算表明,以变工况性能较好的高效后加载叶型为母型开发的高效宽负荷叶型,可以实现机组变负荷运行时保持较高通流效率的目标,攻角变化范围为±30°、马赫数变化范围为0.2~0.6时叶型损失变化不超过0.5%。

从气液两相流出发,设计适用于核电汽轮机的高效小焓降叶型,从一维到准三维及三维层层递进,新设计的叶型速度、载荷分布合理,大幅度地减少叶型损失,降低流动损失,气动效率较为优越,可以显著提升核电机组高压缸的通流效率,降低热耗,提升机组的经济性,具有较好的应用前景和经济价值。

以1040mm静叶片为研究对象,对二维静叶叶型和三维叶型积叠方式进行优化,CFD数值计算表明,优化后末两级叶片总对静等熵效率提升1.37%,末级叶片根部反动度提升27.8%,1040mm末级长叶片气动性能及变工况能力得到显著提升。

基于叶片气动和结构振动仿真计算平台,建立了汽轮机长叶片流固耦合的三维计算模型。以国外某60 Hz汽轮机机组次末级叶片为例,分析了叶片流场的气动特性和整圈叶片结构场的振动特性,并进一步结合能量法准则,提出了汽轮机长叶片颤振预测和评估的方法。结果表明,机组流量和叶片节径振动形式对叶片颤振特性影响很大。对于当前次末级叶片,40%流量工况时,流场内压力脉动诱导叶片颤振发生的概率为80%-90%,因此在小流量工况下需慎重使用该类叶片。基于单向流固耦合的方法,能够有效且相对快速地分析流场中脉动压力作用下的周期功,获得叶片模态振动条件下的气动阻尼系数,从而预测叶片颤振特性。