[发明专利]排气侧未完全封挡的倒车涡轮全三维鼓风损失确定方法

说明书

排气侧未完全封挡的倒车涡轮全三维鼓风损失确定方法，属于可倒车涡轮鼓风损失的计算方法。目前无法计算排气侧未完全封挡的可倒车涡轮反转时鼓风损失。本发明按出口侧挡板所能封挡的高度建立计算模型；计算域导入到网格划分程序，定义上、下出口面名称；将计算网格导入到全三维流场计算程序后，将计算域及叶片表面按右手定则设置反向旋转速度，设置边界条件；之后计算叶片表面扭矩及功率；改变反向旋转速度的大小重新计算，得到的转速与功率的数据并进行拟合，得到排气侧未完全封挡的可倒车涡轮反转时的鼓风损失与转速的关系曲线及函数关系式。本发明得到并简化了排气侧未完全封挡的可倒车涡轮反转时转速与鼓风损失函数关系式的计算方法。

技术领域

本发明涉及一种可倒车涡轮鼓风损失的计算方法，特别涉及排气侧未完全封挡的倒车涡轮全三维鼓风损失确定方法。

背景技术

燃气轮机从诞生之日起，便因功率密度大、反应迅速等特点，受到各国青睐。作为船舶主要动力装置之一的燃气轮机，不能直接倒车是其一大缺陷。目前我国燃气轮机的倒车问题是通过变距桨实现的。虽然变距桨使用的是常规齿轮箱，并能提供平衡的推力控制，但它存在一定的限制和一些缺点。首先，它传递功率有一定的上限，超过这一功率后要付出较大的代价。其次，与大功率燃气轮机匹配的变距桨、轴系和轴承等部件的尺寸、重量比常规的定螺距螺旋桨要大得多，而且更加昂贵。与定螺距桨相比水下部件更大的尺寸导致了在全功率下增加10％的船体阻力，在巡航工作下增加6％的阻力，并且变距桨的构造复杂、维修难度大，特别是在大功率燃气轮机上使用将使设计和系统更加复杂。可倒车燃气轮机的出现从根本上解决了这些问题，即燃气轮机同时具有正、反转的能力，倒车功率由燃气轮机直接提供。

而燃气轮机的倒车功能是通过可倒车涡轮实现的，这种涡轮的动叶片由双层叶片组成，内层叶片为正车涡轮叶片，外层叶片为倒车涡轮叶片，两层叶片连成一体，通过涡轮盘与轴输出功率。当燃气气流全部流经内层叶片时，正车涡轮叶片工作，此时倒车涡轮叶片反转；当燃气气流全部流经外层叶片时，倒车涡轮叶片工作，此时正车涡轮叶片反转。显然，当机组运行时始终有一层涡轮叶片处于反转状态，特别是机组长期处于正车运行状态，此时，倒车涡轮叶片会引起额外的鼓风损失，降低了机组的使用功率及效率。为此，可倒车涡轮设置了减小鼓风损失的挡板或者帽罩结构。

目前，现有技术中的常规涡轮叶片气动计算过程主要包括以下步骤：首先是根据涡轮叶片的叶型坐标信息，建立叶片叶身部分的三维实体模型，根据涡轮子午流道及叶片数目，建立子午流道的三维实体模型；以子午流道三维实体模型为基础，与叶身三维实体模型做布尔求差，得到全三维计算域。而后将计算域导入到网格划分程序，对该三维计算域定义不同的面并划分网格，输出全三维流场计算可以使用的网格文件。然后将网格文件导入到全三维流场计算程序中，定义边界类型及边界条件，设置计算方法，开始三维计算直至计算收敛。最后对全三维流场计算结果进行后处理，得倒功率、效率等气动参数。

由于可倒车涡轮转动方向的特殊性造成涡轮叶栅内部流动较为紊乱，加之减小鼓风损失的挡板或者帽罩结构的复杂性，导致采用常规的涡轮叶片气动计算过程无法开展排气侧未完全封挡的可倒车涡轮反转时鼓风损失计算。

关于倒车涡轮鼓风损失问题，国内外几乎没有研究人员进行研究，也尚未见有关倒车涡轮鼓风损失方面的报道。为解决排气侧未完全封挡的可倒车涡轮反转时鼓风损失无法计算的问题，得到排气侧未完全封挡的可倒车涡轮反转转速与鼓风损失的关系曲线及函数关系式。人们希望有排气侧未完全封挡的倒车涡轮全三维鼓风损失确定方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前无法计算排气侧未完全封挡的可倒车涡轮反转时鼓风损失的问题，而提出排气侧未完全封挡的倒车涡轮全三维鼓风损失确定方法。

排气侧未完全封挡的倒车涡轮全三维鼓风损失确定方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、在动叶出口下游顶部布置出口侧挡板，出口侧挡板板面与出口面截面平行，按出口侧挡板所能封挡的位置将倒车涡轮动叶出口面分割为上出口面和下出口面，由此建立三维计算域模型；