转子偏心对轴流涡轮气动性能的影响

摘要

由于转子轴具有一定的柔性，在制造误差或不平衡力的作用等影响下，高速旋转的转子轴心会发生偏离，造成各叶片顶端间隙沿圆周方向分布不均匀，这会影响涡轮的气动性能和结构稳定性。为了探索在不同平均叶顶间隙高度和运行工况下，不均匀叶顶间隙分布对涡轮机械转子偏心激振力和涡轮机械气动性能的影响规律，本文以某1.5级轴流涡轮为研究对象，通过设定不同的转子偏心距，用CFD方法模拟涡轮流道三维定常流场解。计算时共包括9种情况，即设定三种不同平均叶顶间隙高度（叶顶间隙高度与叶片高度比分别为0.7％、1.3％、1.9％），并在同一平均叶顶间隙高度下设定三种运行工况（大流量、设计流量和小流量）。
　　使用商用CFD软件FINETM/Turbo求解雷诺时均方程，以一方程Spalart-Allmaras湍流模型来封闭控制方程。通过网格无关性验证和与现有文献结论对比验证，来确认模拟结果的准确性。通过给出气动参数分布云图和变化曲线图，来阐述在不同平均叶顶间隙高度和运行工况下，转子偏心对涡轮转子偏心激振力和气动性能的影响规律。
　　通过对比分析可知:(1)所有情况下，偏心距越大，涡轮转子激振力越大;涡轮进口流量减小量越大。(2)平均叶顶间隙高度相同时，不同工况下影响规律相同。(3)由于粘性的作用，不同平均叶顶间隙高度下，涡轮转子偏心对气动性能的影响规律不同。当平均叶顶间隙高度小于1.3％时，涡轮等熵效率随着偏心距的增大而减小，反之则相反;当平均叶顶间隙高度大于1.3％时，涡轮总功率随着偏心距的增大而增大，反之则相反。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究目的及主要工作

1．4 论文的结构

第2章 数值方法与研究方案

2．1 引言

2．2 物理模型与数值模型简介

2．2．1 几何参数

2．2．2 算例设计

2．2．3 计算网格

2．3 计算方法

2．4 偏心设置方法

第3章 数值方法确认

3．1 引言

3．2 网格收敛性验证

3．2．1 验证气流角

3．2．2 各截面周向总压对比

3．2．3 验证流量

3．2．4 验证压比

3．2．5 验证等熵效率

3．3 运行工况的确定

3．4 小结

第4章 转子偏心对涡轮性能的影响

4．1 引言

4．2 不同情况下转子偏心对转子偏心激振力的影响

4．2．1 叶顶平均间隙高度对偏心激振力的影响

4．2．2 运行工况对偏心激振力的影响

4．3 不同间隙尺度的转子偏心对涡轮气动性能的影响

4．3．1 对涡轮进口流量的影响

4．3．2 对涡轮等熵效率的影响

4．3．3 对涡轮总功率的影响

4．4 小结

第5章 转子偏心对涡轮性能影响的原因分析

5．1 引言

5．2 转子偏心对偏心激振力的影响

5．3 转子偏心对涡轮气动性能的影响

5．3．1 偏心对流量的影响

5．3．2 偏心对等熵效率的影响

5．3．3 偏心对涡轮总功率的影响

5．4 转子偏心对主要物理量沿周向分布的影响

5．4．1 偏心对单叶片做功能力的影响

5．4．2 偏心对流道周向静压分布的影响

5．4．3 偏心对叶片表面静压分布的影响

5．5 偏心对损失和二次流周向分布的的影响

5．5．1 偏心对轴向流动的影响

5．5．2 偏心对横向流动的影响

5．5．3 偏心对叶片顶端二次流动的影响

5．6 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢