某重型燃机一级动叶空气流量特性研究

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1、Vo1．54No．4第54卷第4期汽轮机技术2012年8月TURBINETECHNOLOGYAug．2012某重型燃机一级动叶空气流量特性研究慕粉娟，冯永志，张宏涛(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046)摘要：对某重型燃机透平第一级动叶进行了冷态三维数值模拟及试验研究，分析了不同的压差下该叶片的内部空气流量特性，得到了叶片内部空气流量的分配比例。研究工作为工程化叶片冷却结构流量特性检测提供了依据。关键词：燃气轮机；气冷叶片；流量特-I生试验；数值模拟分类号：TK474．71文献标识码：A文章编号：1001-5884(2

2、012)0443273-02ResearchonAirFlowCharacteristicsofaHeavyGasTurbine1BladeMUFen-juan．FENGYong-zhi．ZHANGHong-tao(HarbinTurbineCompanyLimited，Harbin150046，China)Abstract：Thispaperimplementedcoolingstate3-dnumericalsimulationanalysisandairflowcharacteristictestresearchOilah

3、eavygasturbine1blade．Analyzedtheinternalairflowcharacteristicofthisbladeunderdifferentpressuredifferentialsandgotthebladeinternalairflowratedistributionproportion．Theresearchworksprovidethebasisforengineeringtestofthebladecoolingconfigurationairflowcharacteristic．Key

4、words：gasturbine；coolingblade；flowcharacteristicstest；numericalsimulation的冷却气体流动路径及进气方式。0前言重型燃气轮机是一种广泛应用于发电、独立能源系统和机械驱动领域的高效清洁动力装置。随着透平前燃气温度的不断提高，燃气轮机功率迅速增加。但是透平叶片在高温、大负荷环境中工作，其运行温度远远高于金属材料所能允许的温度，为了保证机组运行的可靠性，透平叶片的冷却问题越来越受到国内外生产研发者的重视J。燃机透平气冷叶片内流冷却通道中的冷气流量是影响透平气冷叶片冷

5、却效果的重要参数，它随着冷气进口总压与叶栅出口燃气静压比的变化而变化。为了确定透平气冷叶片内流冷却通道中的冷气流量能否满足设计要求，应该对透平气冷叶片进行冷气流动特性研究J。本文对某重型燃气轮机透平第一级动叶进行了三维数值模拟及试验研究，分析了不同的压差下该叶片的内部空气流量特性，得到了该叶片内部空气流量的分配。研究工作为图1叶片结构工程化叶片冷却结构流量特性检测提供了依据。由于该燃机一级动叶片工作温度高，因此根据冷却需要在内部蛇行通道设有斜置的肋片以增强换热，在叶片尾缘通1研究模型道设计了扰流结构，同时在叶片的外部也施加冷却保

6、护措施，即在叶片前缘设置三排气膜冷却孔，在叶片尾缘也设有本文基于UG软件，对所研究的某重型燃机透平一级动一排冷气喷射孔冷却叶片尾缘。叶进行了冷却结构建模。图1给出了所研究叶片的几何模型，可以看到，蛇行通道是该动叶片的主要结构特征，叶片内2数值研究冷结构有7个冷却腔组成两组蛇行通道，以实现对冷气压力独流动的控制。图虫以：：：”、“3”、“4”来区分不同回路采用CFX商业软件对该叶片的内部空气流量进行了三收稿日期：20114)1-05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：慕

7、粉娟(1983一)，女，工程师，主要从事燃气轮机透平设计。274汽轮机技术第54卷维数值模拟分析，由于叶片结构的复杂性，计算只针对叶片的系数，即流量系数，定义如下：的内部流体部分进行。空气由根部进入，其中前部蛇行通道由1和2进气，尾部蛇行通道由3和4进气，一部分空气由顶=簪部的出气孔及气膜孔排出，另一部分空气由叶片前缘三排气式中，q为流量；T为进口温度；p为进口压力；A为出口横截膜孔和尾缝气膜孔排出。面积。采用ICEM进行网格划分，由于内部冷却通道结构非常分别对数值计算结果和试验结果进行了分析对比。图4复杂，蛇行通道、气膜孔、肋

8、片及扰流结构叠加在一起使得整和图5分别给出了前腔和后腔空气流量的计算值与试验值个构造网格的难度非常大，而且即使能够解决拓扑关系，也对比结果，可以看出，空气流量是随着进出口压差的增大而会因为庞大的网格数而使得小型的Pc机难以承受，因此采增大，后腔计算值与试验值吻合