[发明专利]一种兆瓦级径向透平膨胀机可调喷嘴叶片的设计方法

权利要求书

1.一种兆瓦级径向透平膨胀机可调喷嘴叶片的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在一维设计中，给定喷嘴机构约束尺寸，喷嘴叶片(2)弦长/喷嘴出口节距为b/l_1n，喷嘴叶片(2)数Z_N；

步骤二：分析影响喷嘴设计的各个参数，研究对性能变化规律，修正相应初选参数：

a.在一维设计中，喷嘴与叶轮(1)径向间隙Δr，径向间隙Δr的相对定义如下：

式中D₁为叶轮(1)入口直径，D_1n为喷嘴出口直径；

b.在一维设计评估中，选定喷嘴进口直径D₀；

c.在一维设计评估中，选定叶片的进口气流角α₁，喷嘴出口气流角α_1n与叶片的进口气流角α₁相对应；

d.初步选定喷嘴出口直径与叶轮(1)入口直径比值D_1n/D₁；

e.在专业设计软件中完成以下三维设计，选取喷嘴叶型选取中重点关注大厚度进口和气动性能，以此叶型为基础进行喷嘴叶型设计，在进口端进行了局部加厚，进口段R15.77。

步骤三：专业软件三维分析综合评定喷嘴性能：

A.喷嘴叶型选定后，流场分析中重点关注流场分离尽量较小和保证叶栅通道内加速状态，使用专业设计软件生成喷嘴叶型流场的分布云图，对熵分布云图进行分析，除了在吸力面出口段存在较小的流动分离损失和尾迹损失外，整个流场没有其他损失存在；使用专业设计软件生成流场的绝对马赫数分布云图，并分析绝对马赫数分布云图，在叶栅通道内，速度分布层次明显，在整个通道内流动呈现明显的加速状态，不存在通道扩张的情况，完成对选定后的喷嘴叶型的初步校核；

B.分析喷嘴叶片叶型不同径向尺寸下，最大设计厚度的情况下，叶片数以及性能的变化，通过对比数据可知在保证相同出口流量的条件下，随着径向尺寸的增加，最大厚度是增大的，这样喷嘴叶片数相应的降低；随着径向尺寸的增加，性能降低；最终确定喷嘴叶片数；

步骤四：在一维设计中，初步定间隙值Δr，在三维计算过程中，在保证气动性能与效率兼顾的情况下，Δr最终取值15mm；

通过相关参数的选取与专业软件的设计相结合，分析可调喷嘴与膨胀机叶轮之间的间隙，形成满足膨胀机机组性能要求的喷嘴叶片型线a和线型b。

2.根据权利要求1所述的一种兆瓦级径向透平膨胀机可调喷嘴叶片的设计方法，其特征在于：步骤一中初步喷嘴的参数确定，喷嘴叶片(2)弦长/喷嘴出口节距为b/l_1n＝1.8，喷嘴叶片(2)数量Z_N＝21。

3.根据权利要求1所述的一种兆瓦级径向透平膨胀机可调喷嘴叶片的设计方法，其特征在于：步骤二中D₁＝440mm，D₀＝1.25D₁～1.5D₁，α₁＝65°～78°，D_1n/D₁＝1.05。

4.根据权利要求3所述的一种兆瓦级径向透平膨胀机可调喷嘴叶片的设计方法，其特征在于：所述α₁＝α_1n＝65°～78°。

5.根据权利要求1所述的一种兆瓦级径向透平膨胀机可调喷嘴叶片的设计方法，其特征在于：最终确定喷嘴叶片(2)数量为21。