采用三維數(shù)值模擬技術(shù),研究了可調(diào)導葉轉(zhuǎn)動導致變幾何動力渦輪氣動性能變化的流場機理。結(jié)果表明,在較小的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi),采用大轉(zhuǎn)折角設(shè)計的可調(diào)導葉使渦輪處于大攻角運行。在大正攻角或大負攻角下可調(diào)導葉級動葉柵流道內(nèi)的三維分離流場結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生機理有很大差異,而且大正攻角造成的吸力面分離流動更使整個渦輪的效率顯著地下降。通過系統(tǒng)的機理分析,提出可調(diào)導葉宜采用較小轉(zhuǎn)折角的后部加載葉型,而變幾何動力渦輪可調(diào)導葉級動葉柵要采用較大負沖角的氣動設(shè)計原則。
關(guān)鍵詞:船用燃氣輪機;變幾何動力渦輪;大攻角流動特性;數(shù)值模擬

采用變幾何動力渦輪技術(shù)可以有效調(diào)節(jié)和優(yōu)化燃氣輪機各部件之間的匹配,提高燃氣輪機的加減速特性。如在起動過程中,開大可調(diào)導葉,不僅可以使壓氣機特性圖上的共同工作線遠離喘振邊界,而且可以把相對更多比例的焓降分配給燃氣發(fā)生器透平,讓它有更大的扭矩使轉(zhuǎn)子盡快加速,實現(xiàn)機組的快速起動;在動力渦輪甩負荷時,突然開大可調(diào)導葉可以立即使動力透平的焓降大幅度降低,使動力透平的效率急劇下降,在這種情況下甚至可使燃氣作用在動力透平的扭矩變成負的(和旋轉(zhuǎn)方向相反的扭矩) ,即成為制動扭矩,從而有效實現(xiàn)動力渦輪的超速保護。在低工況時,關(guān)小可調(diào)導葉,可降低渦輪的有效通流面積,從而減小流量和降低功率,減小壓氣機耗功,并維持較高的渦輪進口總溫,從而可獲得較高的循環(huán)效率,而將變幾何動力渦輪技術(shù)與回熱循環(huán)或間冷回熱循環(huán)配合使用,將會獲得更大的循環(huán)收益[1～4 ] 。