[发明专利]一种反动式透平级组连接结构及其结构参数设计方法

说明书

本申请提供了一种反动式透平级组连接结构及其结构参数设计方法，叶轮机械技术领域。所述方法包括建模步骤，针对反动式透平的原始级组连接结构的通流部分建立模型；分析步骤，对模型进行气动性能分析，得出通流部分的的流场分布和气动参数，计算出总压损失系数；计算步骤，提取通流部分的结构参数，并确定结构参数的范围，对参数化的模型进行气动分析，获得最小总压损失所对应的结构参数。本申请采用建模的方式，以最小总压损失为设计目标，使得透平级组连接结构具有较好的气动过渡性能，进而在保证透平正常稳定工作的同时节约了能源。

技术领域

本申请涉及叶轮机械技术领域，尤其是涉及一种反动式透平级组连接结构及其结构参数设计方法。

背景技术

在叶轮机械中，透平的损失主要有两个部分，一部分是通流损失，另一部分是由于泄漏等引起的外部损失。当不考虑外部损失时，透平的通流损失又包括轮周损失、摩擦损失、部分进汽损失、级内漏气损失、湿汽损失等。

就大多数透平而言，工质从调阀流入进气道，经喷嘴和调节级叶片后沿着轴向膨胀，沿着各级做功，最后通过排气通道排出。在透平通流内部结构空间有限且存在表面粗糙度等限制条件下，由于摩擦、涡流、转向等阻力因素而产生压力下降，这部分压降损失作为摩擦损失中的一部分，是无法避免的。

为了提高透平的经济性，可以提高整个通流区段具有良好的气动性能，尽可能地减小摩擦阻力的作用，增大各个通流级组的有效焓降，提升透平的实际出力。

对于反动式透平而言，最为关键的是通流部分，其通流部分由转动部分与静止部分组成。对于转动部分，动叶安装在转子轮槽上，承担着扭矩传递的重任；对于静止部分，为了减少漏气和方便调整，将导叶安装在持环上。一组导叶和动叶合称一个透平级，它是反动式透平最基本的做功单元。通常将一个导叶持环及其内部多个串联的透平级称为一个级组，反动式透平一般由一个或多个级组组成，这些级组以及级组连接结构共同构成了透平的通流部分。

反动式透平通流内部流动状况复杂，特别是对于级组连接结构而言，因此现有的级组连接结构限制了透平经济性的提升。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种反动式透平级组连接结构及其结构参数设计方法，目的在于，优化现有级组连接结构，使得通流结构具有更好的气动性能，以提高透平的经济性。

第一方面，本申请提供一种反动式透平级组连接结构，所述反动式透平级组连接结构是利用如下所述的方法设计的。

第二方面，本申请提供一种反动式透平级组连接结构参数设计方法，所述方法包括：

建模步骤，针对反动式透平的原始级组连接结构的通流部分建立模型；

分析步骤，对所述模型进行气动性能分析，得出所述通流部分的流场分布和气动参数，计算出总压损失系数；

计算步骤，提取所述通流部分的部分结构参数，并确定所述结构参数的范围，对参数化的所述模型进行气动分析，获得最小总压损失所对应的结构参数。

本申请意识到反动式透平通流内部流动状况复杂，主要由于受到上游叶片流场分布的影响，不仅干扰较大，而且准确预测这种干扰的影响也是较为困难的。

更为具体的是，如果相邻两个级组之间的压力损失每降低1％，冷凝型透平整机内效率会提升约0.1～0.15％，背压型透平内效率会提高约0.2～0.35％。因此，级组连接处结构参数的合理选取对提升透平经济性具有重要的意义。而利用以上特征，本申请采用建模的方式，以最小总压损失为设计目标，使得透平级组连接结构具有较好的气动过渡性能，进而在保证透平正常稳定工作的同时节约了能源。

优选地，所述建模步骤还包括：

所述模型至少还经由级组推力、轴系振动和持环强度中的一者或者多者确定；