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《中国舰船研究院》 2011年
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汽轮机复速级特性研究

刘子亘  
【摘要】:船用汽轮机具有多工况、变转速的实际运行特性,其双列调节级在各工况下对于机组的经济性、安全性、各喷嘴组的匹配性具有极为重要的作用。传统船用汽轮机双列调节级为寇蒂斯级速度级,第二列静叶只起到转向导叶的作用,绝大部分的压降发生在喷嘴内,其结果导致调节级的级效率较低,而对于船用汽轮机常用的巡航工况,其调节级的功率占机组输出功率的70%左右,因此调节级的级效率对船用汽轮机的经济性影响极大,本课题采用半寇蒂斯级调节级,将压降以相同量级分配于两列静叶,以提高汽流动能的利用效率。基于该设计理念,建立相应的结构形式,以满足气动特性对结构的要求。 本文应用商业软件CFX数值模拟了这两种速度级的三维流场。指出该寇蒂斯级,第一列喷嘴静叶承担几乎整级的焓降,第一列动叶接近于纯冲动式,气动负荷很高。转向叶片采用了稍大的反动度,能够保证第二列动叶发出一定的输出功而不处于鼓风状态。尽管如此,级的流动损失仍然较高。 对半寇蒂斯级结构形式的新型速度级进行了全周数值模拟。指出将调节级的压降分解到两列静叶栅,能够降低第一列静叶的气动负荷,与寇蒂斯级比较,能较大降低因负荷高产生的流动损失。第二列静叶由冲动式叶栅变为反动式叶栅,并且流道具有较强的收敛性,使得气流在第二列动叶内的作功能力提高,同时也改善了该列动叶的气动性能,从而提高了调节级的流动效率。 通过对具有三组喷嘴的新型复速级进行计算,指出由于后继各列叶片承担的压降增大,第一级静叶喷嘴出口的压力远远高于调节级的背压,对非喷嘴区域的压力分布造成较大影响。半寇蒂斯级第二列静叶承担的压降较大,且具有较强的收敛性,使得气流参数在第二列静叶流道内进一步均化,同时第二列静叶弦长明显大于第一列动叶,有利于削弱第一列动叶入口气动参数的非定常波动。 对调节级前两级进行了非定常数值模拟,计算了两列静叶片的CLOCK效应,指出不同的CLOCK位置对应着不同的尾迹输运特点,在一个周期内,两列静叶片型面压力的非定常波动很小,动叶片型面压力的波动幅值远大于静叶片,且主要表现在动、静叶干涉的非定常效应上。
【学位授予单位】:中国舰船研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U664.113

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【参考文献】
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