微型渦輪發(fā)電機雙級軸流渦輪設計.pdf

1、自1995年美國動力年會Capstone等公司推出了發(fā)電功率量級為25～75kw的微型渦輪發(fā)電機樣機，由于微型渦輪機具有能源利用率高，環(huán)境污染小，經(jīng)濟效益好等特點，便得到了迅速發(fā)展和廣泛應用。本文以NASA Lewis研究中心某外徑為128mm的微型軸流渦輪作為參考葉型，完成了南航微發(fā)所200kw微型渦輪發(fā)電機雙級軸流渦輪設計方案，并以微型渦輪機第一級渦輪靜葉作為初始方案，研究了適用于微型軸流渦輪的彎葉片設計技術(shù)和子午流道收縮技術(shù)，并將

2、所設計的大彎高小彎角J型彎曲靜葉應用于微型渦輪機第一級渦輪靜葉，提升了渦輪性能。本文的研究內(nèi)容主要分為以下幾個方面：
　　1.采用numeca對NASA Lewis研究中心某外徑為128mm的微型軸流渦輪進行了數(shù)值校驗，對比了網(wǎng)格密度和湍流模型對計算準確度的影響，結(jié)果表明numeca軟件能夠較準確的模擬微型軸流渦輪內(nèi)部流場，采用S-A湍流模型，80萬節(jié)點的網(wǎng)格密度，可以確?？缫粑⑿洼S流渦輪計算的準確度，數(shù)值計算與試驗結(jié)果的偏差不超

3、過±3％。
　　2.以 NASA Lewis研究中心某微型軸流渦輪作為參考葉型，完成了微型渦輪發(fā)電機兩級軸流渦輪氣動設計方案。并研究了葉片軸向弦長對渦輪流場的影響，結(jié)果表明，在保證葉片稠度一致和滿足最低加工精度要求的條件下，減少葉片軸向弦長，可減緩吸力面附面層堆積現(xiàn)象，渦輪輪緣功和效率較原型分別提高了了2.06%和1.28%。
　　3.基于微型渦輪機第一級渦輪靜葉，開展了彎曲靜葉設計技術(shù)研究。對比了正彎和J型彎靜葉對微型渦輪

4、流場的影響，認為正彎靜葉頂部出口氣流角增大，造成下游動葉葉尖泄漏損失增加，整體效率水平下降，而 J型彎方案抑制了下游動葉葉背中徑的流動分離，整體性能較原型有所提升；并研究了 J型靜葉彎高和彎角對渦輪性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明采用大彎高小彎角設計的J型靜葉提高了靜葉根部通流能力，同時合理分配了靜葉通道內(nèi)的負荷以及出口氣流方向，對渦輪級流場的改善效果更佳。J型靜葉彎高為1彎角為+5°時，渦輪輪緣功和級效率較原型分別提升0.94%和0.7%。本

5、文所設計的大彎高小彎角J型積迭規(guī)律同樣適用于常規(guī)尺度跨音渦輪，并且下游動葉對來流攻角的變化不特別敏感的情況。
　　4.基于微型渦輪機第一級渦輪靜葉，開展了端壁收縮靜葉技術(shù)研究。研究了高度收縮比 C、收縮段長度L以及銜接圓R2/R1比值對收縮靜葉流場的影響規(guī)律，確定了較佳的上端壁收縮型線，并將此端壁型線應用于微型渦輪機第一級渦輪，靜葉總壓恢復系數(shù)提高了0.27%，渦輪級輪緣功和效率分別提升了0.34和0.56%。端壁收縮型線與J型彎