某重型燃机透平动叶冷却结构设计

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1、汽轮机技术V01．56No．5第56卷第5期2014年lO月TURBINETECHNOLOGY0ct．2014某重型燃机透平动叶冷却结构设计姜东坡，赵俊明(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：在对某重型中低热值燃机透平动叶冷却结构分析的基础上，采用流体计算软件建立气热耦合计算模型，完成叶片内外部流场和温度场气热耦合计算，并对冷却结构的换热效果进行分析，在不增大冷却流量的前提下增加湍流结构提高了叶片的冷却效果。关键词：重型燃机；数值模拟；热耦合；紊流结构分类号：TK474．71文献标识码：A文章编号：1001-5884(2014)05-0335

2、-02Designf0rtheCoolingStructureofTurbineBladesofaCertainTypeHeavy-dutyGasTurbineJIANGDong—po，ZHAOJun-ming，(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Basedontheanalysisofthecoolingstructureofturbinebladesofacertaintypeheavy—dutyILcalorificvaluegasturbines，couplingcalcul

3、ationmodelofgasandheatisestablishedbyusingfluidcalculationsoftwaretofinishthegasandheatcouplingcalculationoftheflowfieldandtemperaturefieldinsideandoutsidethebladesandanalyzetheheattransfereffectofthecoolingstructure，meanwhile，theaugmentofturbulencestructureimprovesthecoolingofblade

4、sunderthecircumstancethatthereisnoincreaseofthecoolingflow．Keywords：heavy-dutygasturbine；numericalsimulation；heatcoupling；turbulencestructure本文通过逐步改进叶片的冷却结构达到叶片的冷却设0前言计要求。对重型燃气轮机而言，提高涡轮进口燃气温度会改善燃1物理模型和计算方法机透平性能，如增大功率、提高效率等都具有非常重要的意义⋯，为此冷却技术、材料性能都需要较大的提升，目前第二本文所建立的模型如图1所示，采用UG对叶片及内部级

5、动叶相对于第一级动静叶的研究非常少，所处工作环境相结构进行三维建模。为了对比冷却结构对叶片冷却效果的对第一级温度低，对材料和冷却技术要求次之，但就目前越影响，采用以下3种方案，方案A：没有冷却结构。方案B：在来越高的燃气进口温度，如何找到一种经济性比较好的第二叶片内部开有若干冷却通道，冷却流体自叶片底部进入从叶级动叶冷却结构形式会越来越受到重视。本文将通过先进顶围带喷出与主燃气混合。方案C：至少在一个冷却通道内热耦合数值模拟I4对模型进行分析和改进。通常涡轮机、具有一连串的紊流结构。压缩机、风扇等叶片内部采用中空通道，冷却流体通过这些采用专业软件划分网格，计算

6、区域采用非结构化网格划中空通道对其内壁面进行对流冷却，为了更好的冷却效果常分，局部进行加密处理，当叶片网格数量超过600万、流体网采用：格超过650万时基本与网格数量无关，具体网格模型如图2(1)添加紊流促进装置，增大紊流度，缺点是流体经所示。计算模型选用k—s模型进行计算，固体域和流体域湍流促进装置产生较大的压力损失，必须通过提高冷却流体用耦合求解方法。采用拟合燃气进口周向角度和温度随叶压力进行补偿；高的分布、叶片前缘加入缝隙漏气、采用真实燃气物性参数(2)增大冷气流量，过多的冷气通过冷却叶片后进入燃等方法增加计算的合理性，计算模型如图3所示。气区和主燃气进

7、行掺混，增大了掺混损失，降低了透平的性能和效率；2计算结果分析(3)降低冷却冷气温度，常见的叶片冷却方式很少降低冷却流体的温度，因为降低冷却流体温度意味着增加多余的图4～图6分别表示A、B、C3种方案叶片表面温度分布降温装置，增加了系统的复杂性。云图，发现不同方案叶片表面中部温度都相对较高，符合进收稿日期：2013—10-18基金项目：国家863计划重型燃气轮机重大项目资助(项目编号：2008AA05A302)作者简介：姜东坡(1982一)，男，黑龙江绥化人，工程师。现从事燃气轮机透平研发工作。374汽轮机技术第56卷区问均匀分布，所以可用如下VB代码生成平均

8、失效概率为1×10次，顶事件失效总次数