喷水量及喷水位置对部分进气轴向涡轮机性能影响特性

摘要

增加涡轮机入口温度有助于提升涡轮机性能,然而受限于材料的耐热强度,一般需采取额外的冷却措施。用于水下航行器的部分进气涡轮机具有短叶片及小尺寸的特点,使其难以设置复杂冷却结构。利用航行器外部海水作为冷却介质,采用射流冲击方式冷却涡轮盘及叶栅,通过数值仿真研究了不同喷水量和喷水位置下的涡轮机性能。研究结果表明:轴向喷水为0.2 kg/s时,轮盘前表面的最高温度降低40.1%,后表面的最高温度降低28.6%,轮盘的最大热应力降低33.8%;轴向喷水0.2 kg/s的同时加入径向喷水0.1 kg/s,轮盘前表面的最高温度降低46.2%,后表面的最高温度降低33.8%,轮盘的最大热应力降低36.7%;在相同径向喷水量下,涡轮机的效率以及轮盘前后表面的温度和热应力与轴向方向的冷却水量负相关。所得研究结果可为水下涡轮机的喷水冷却策略提供参考。