透平葉片與汽輪機(jī)排汽系統(tǒng)氣動優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、冷凝式汽輪機(jī)排汽系統(tǒng)是將低壓缸末級出口余速動能加以利用的關(guān)鍵部件。多年來，國內(nèi)外學(xué)者對排汽系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)和進(jìn)汽條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究，發(fā)現(xiàn)末級透平與排汽系統(tǒng)之間存在強(qiáng)烈的相互作用，因此建議對末級葉片和排汽系統(tǒng)進(jìn)行一體化的優(yōu)化設(shè)計。而目前在設(shè)計末級葉片和排汽系統(tǒng)時，卻沒有考慮二者之間的相互作用，一體化優(yōu)化設(shè)計工作還處于起步階段。針對這一現(xiàn)狀，本文研究工作的目的是利用CFD技術(shù)和數(shù)值優(yōu)化方法對葉片和排汽系統(tǒng)氣動優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行研究，為開展一

2、體化優(yōu)化設(shè)計工作做準(zhǔn)備。
　　 本文以軸流式透平和軸向-徑向排汽系統(tǒng)為研究對象，提出和改造了三維葉片、端壁子午型線以及軸向一徑向排汽系統(tǒng)參數(shù)化造型方法并開發(fā)了參數(shù)化、智能化造型程序，在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)設(shè)計方法、響應(yīng)面近似建模方法和數(shù)值優(yōu)化算法相結(jié)合的優(yōu)化策略，并與參數(shù)化造型程序和CFD數(shù)值模擬軟件結(jié)合起來運(yùn)用于葉片和排汽系統(tǒng)的氣動優(yōu)化設(shè)計與分析中。本文的工作主要有以下幾個部分：
　　 1.改造了二維葉型、三維葉片參數(shù)

3、化造型方法，提出了端壁子午面和軸向一徑向排汽系統(tǒng)的參數(shù)化方法，并在AutoCAD平臺上進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化、智能化的造型要求。研究結(jié)果表明，本文開發(fā)的方法和程序能夠滿足末級葉片和排汽系統(tǒng)氣動設(shè)計的要求。
　　 2.采用將試驗(yàn)設(shè)計方法和響應(yīng)面近似建模方法與優(yōu)化算法相結(jié)合的策略，確立了葉片和排汽系統(tǒng)的優(yōu)化策略和優(yōu)化流程。
　　 3.分別對二維葉型及環(huán)形葉柵積疊線進(jìn)行優(yōu)化，驗(yàn)證了葉片參數(shù)化方法和優(yōu)化策略的適用性，同時分析

4、了積疊線形狀對葉片總壓損失系數(shù)的影響。
　　 4.對排汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的研究表明擴(kuò)壓器設(shè)計參數(shù)對整個排汽系統(tǒng)壓力恢復(fù)性能影響很大，分析了在均勻和非均勻兩種入口條件下，多個方案的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和流動特點(diǎn)后，得到的結(jié)論是在直流、總壓均勻分布的入口條件下擴(kuò)壓器外環(huán)入口處切角不宜過大，應(yīng)取值于14°附近；而背板斜切是必要的，但斜切角度以8°左右為宜；而在入口條件帶有一定的漩流角，且總壓沿徑向的某種線性分布條件下，排汽系統(tǒng)工作性能相比均勻入口