基于驱动轴的间隙泄漏控制策略研究

• 作 者: 李冬
• 机 构: 哈尔滨工程大学
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 变几何涡轮 可调导叶 驱动轴 涡系结构 损失

目前国内外对变几何涡轮的研究主要集中在机组循环和外特性研究，对变几何涡轮的流场研究依然很少，且都忽略驱动轴结构对可调导叶间隙泄漏流动和涡系发展的影响，也对驱动轴存在而导致的损失分布变化没有研究。因此，对驱动轴结构给可调导叶流场带来的影响进行研究，并通过研究确定驱动轴安装位置、尺寸的最优选择方案以抑制泄漏流动具有实际意义和研究价值。针对实际生产中具有驱动轴结构的变几何涡轮可调导叶和研究设计模型的结构差异，首先，本文通过数值模拟方法对带驱动轴结构的可调导叶和无轴导叶进行了比较研究，给出了涡轮叶栅通道内的三维流动结构,特别是泄漏流动和泄漏涡的形成、发展。研究了驱动轴对间隙泄漏流动和损失分布的影响，探讨了驱动轴对可调导叶流道内涡系发展过程的影响，为变几何涡轮可调导叶的三维结构设计提供参考。结果表明，安装驱动轴可有效抑制泄漏流动进而控制泄漏涡的产生和发展过程，降低端部泄漏损失和出口总压损失。随后，本文重点研究基于驱动轴结构的涡系控制策略，研究如何选择驱动轴安装方案可达到对可调导叶间隙泄漏流动抑制作用的最佳效果。本文对不同驱动轴安装位置、不同驱动轴直径的可调导叶模型进行数值模拟，分析驱动轴直径、安装位置变化对可调导叶间隙泄漏流动抑制作用的影响以及对导叶出口气流角、损失分布的影响，研究通过合理优化驱动轴的安装位置和直径，有效地控制端部泄漏涡的发展和演变，以优化流场结构，达到减低损失的目的。结果表明，驱动轴对泄漏涡的抑制作用受驱动轴位置影响较大，对于本文所用叶片，在20%~50%弦长位置之间安装驱动轴是最佳选择；驱动轴直径的选择在保证应力要求的基础上，可依据间隙弦长考虑，驱动轴直径与间隙弦长比可作为驱动轴直径选择的参考参数。