某型燃气轮机透平转子空气系统数值计算

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1、第53卷第6期汽轮机技术V01．53No．62011年12月TURBINETECHNOL0GYDeC．2011某型燃气轮机透平转子空气系统数值计算杨其国，吕智强，张成义，于宁(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：根据流体动力学理论，针对某型燃气轮机透平转子空气系统进行了流体动力学计算，获得不同工况下透平转子冷却空气流量和各漏气孔的流量分配情况，满足实际工程分析的需要。关键词：空气系统；流量分配；流场特性分类号：V232．4文献标识码：A文章编号：1001-5884(2011)06-0406-02NumericalCalculationonSecondaryAirSystem

2、ofGasTurbineRotorYANGQi—guo，LVZhi-qiang，ZHANGCheng-yi，YUNing(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：BasedONthetheoryoffluiddynamics，thispaperfocusedoncalculationoffluiddynamicsofgasturbinerotorsecondaryairsystem，fluxofcoolingairforturbinerotorandeachoutlethavebeenobtainedondiferent

3、cases，meettherequirementofactualengineeringanalysis．Keywords：secondaryairsystem；fluxdistr噎bution：fluidcharacteristic分。由于结构的轴对称性，对第一和第三单元选取部分结构0前言进行计算即可，由于透平风扇结构复杂，因此第二单元进行全周模型计算。图2所示为透平转子空气系统通流部分的随着燃气透平进口温度的进一步提高，透平的冷却空气网格结构模型。量进一步加大，比例越来越大的冷却空气没有通过燃烧室加热而直接从压气机的不同位置直接引向透平的不同位置，而这部分空气在压气机压缩和透平膨胀过程中都

4、要扣除效率损失，降低了机组的功率和效率，因此冷却空气量的计算对整个机组热平衡以及透平冷却系统的设计非常重要I2J。＼哥队(6)(c)本文选取某型燃气轮机的透平转子空气系统进行研究，由于透平转子空气系统结构复杂，使用分块方法进行整体数图2网格模型值计算，确定整体透平转子冷却的空气流量、各个透平叶片的冷却空气流量分配情况以及透平冷却通流部分的流场特2空气系统计算性。根据流体动力学理论对上述各模型块进行流体动力学1物理模型计算，湍流模型采用—s模型，边界条件给定压力进口和压力出口边界条件，进口给定总压，出口给定静压。由于透平转子空气系统结构复杂，并涉及旋转问题，为2．1第一单元计算了方便计算，将其

5、流场区域进行结构划分，如图1所示，分为第一单元进口为压气机某级后抽气口，给定进口总压范围，出口为透平盘前端轴处，给定出口静压范围。模型的壁3个单元：压气机抽气部分，透平盘进口部分以及透平盘部监詈一～一图4所示为第一单元模型流场的马赫数、温度变化云收稿日期：2011-05-07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：杨其国(1962一)，男，天津人，研究员级高级工程师，主要从事汽轮机研制及管理工作。第6期杨其国等：某型燃气轮机透平转子空气系统数值计算407g蓬趱1咖1佥图6第二单元模型马赫数、温度变化云图结果确定进口总压范围为，有五个出

6、口。根据各个出口的位置及主燃气通道压力确定各个出口的静压。模型的壁面温0．1800．1850．1900．1950．2000．2050．2100．2150．220度由透平转子热分析结果给定，针对不同进I=I总压情况，通压差／MPa过第三单元计算确定各个出口的冷气分配，特别是用于冷却图3第一单元冷气流量占总流量的百分比第一级动叶的出口1的冷气流量情况。因此，在确定出口2、3、4、5静压的情况下计算出口1的冷气流量情况。图7给出了进El与出口1不同压差下进入透平盘的冷气流量占总流量的百分比情况。～芝图8给出了进口与出口1不同压差下出口1的冷气流量占总流量的百分比情况。图4第一单元模型马赫数、温度变

7、化云图域内流体都是亚音速流动，在节流部位流体速度增大，马赫数增大明显；温度在流动区域内变化不大，由于壁面温度的影响，流体温度略有增加。岫g2．2第二单元计算删第二单元进口为透平盘冷气人口，根据第一单元计算结趱果确定进口总压范围，出口为一级叶轮中心通道，给定出口上Ⅱ删静压范围。模型的壁面温度由透平转子热分析结果给定，针对不同进口总压情况，通过第二单元计算确定进入透平盘的佥冷气流量。图5给出了不同压差下第二单元冷