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。

深入地研究了汽轮机通流部分基本设计参数对流动损失的综合影响,提出了能够有效提升通流效率的多级小焓降叶片气动设计方法,并结合各种流动损失的产生机理揭示了多级小焓降叶片气动设计方法在理论上的内在合理性。将多级小焓降叶片气动设计方法与其它准三维和三维叶片设计技术融合,应用于哈汽公司1000MW超超临界汽轮机高压通流的气动设计,随之进行的叶栅风洞试验和机组性能试验结果证实了多级小焓降叶片气动设计方法在工程设计中的有效性。

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。