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自改革开放以来，我国国民经济迅速发展，同时对电力的需求也日益增大，使得现在建设的电站数量与规模也在迅速增大，建设大容量发电机组的经济效益也日益显著。为建设高性能大容量的发电机组，首先面临的问题就是提高燃气轮机自燃烧室开始的燃气温度，而高温需求与材料的热疲劳强度是一个矛盾的问题，因此燃气轮机内部重要结构的冷却问题就显得尤为重要。透平护环是隔离透平内高温气体与发电机机体的关键部件，对保护发电机机体具有非常重要的保护作用。本文针对某型号F燃机透平护环，在热场、流场、热应力、疲劳等多学科下系统的研究了透平护环的气动热力学环境，并得到了对工程实际有重要意义的结论。本文根据计算流体力学知识，通过ANSYS/CFX软件对透平护环进行了流场、温度场的多场耦合分析。根据计算结果进行分析，获取护环内部冷空气、周围热空气和护环结构之间的换热性能，以及温度分布特性，并通过计算透平护环底部冷空气气膜的厚度判断护环冷却效果的优劣。在当代工程技术中，人们对热应力的分析逐渐重视了起来，燃气轮机作为一种大型的发电结构也是一个大型的产热结构，因此燃气轮机中的关键部件必然要考虑到热应力的影响。随着对结构性能要求的日益细致，使得对结构的疲劳寿命的研究显得越来越重要了。由于护环长期处于高温环境下，研究其热疲劳性质是十分必要的。本文通过热应力分析和疲劳寿命分析，分别计算了护环结构在一个运行周期内最大温度分布状态以及护环在燃气轮机启动和停机的过程中由温度变化造成的热应力疲劳寿命。基于以上的计算过程，为增大冷空气在护环外的气膜厚度。本文分别从热场、流场、强度等多个角度对护环做进一步的结构优化，以期获得更为理想的模型。本文以改善首危区域的温度分布作为优化方向，采用正交试验方法，设计多个变量。通过多次试验得到最终的结构优化结果，并再次对优化后的结构进行热应力分析以验证优化后的结果满足工程需要。