高負荷氦氣壓氣機設(shè)計與改進研究.pdf

1、近年來,國際上提出了“第四代先進核能系統(tǒng)”的概念,這種核能系統(tǒng)具有良好的固有安全性,在經(jīng)濟上能夠和其它發(fā)電方式競爭,并具有建設(shè)期短等優(yōu)點。高溫氣冷堆是最有希望成為第四代先進核能系統(tǒng)的技術(shù)之一。高溫氣冷堆氦氣輪機是高溫堆的關(guān)鍵設(shè)備,而氦氣壓氣機的氣動設(shè)計是難點之一。
　　 本文以日本300MW高溫堆中的氦氣壓氣機總體參數(shù)為目標,應(yīng)用CFD軟件進行數(shù)值模擬開發(fā)氦氣擴壓葉柵,研究氦氣壓氣機氣動設(shè)計特點和氣體動力學(xué)方面的基本特性。分析氦

2、氣壓氣機重要設(shè)計參數(shù)的選取,并通過厚度分布疊加于中弧線,二次多項式控制中弧線折轉(zhuǎn)規(guī)律,四次多項式控制厚度分布規(guī)律,四次多項式控制最大厚度位置得到初始葉型。三維數(shù)值模擬結(jié)果顯示該葉型設(shè)計方案可以達到所需的氣動設(shè)計目標。
　　 針對氦氣壓氣機單級壓比小、級數(shù)多的特點,研究高負荷設(shè)計方案。采用大流量系數(shù)、大載荷系數(shù)、高反動度措施,數(shù)值模擬分析該高負荷氦氣葉柵的氣動性能和流場特點。針對高負荷帶來的嚴重三維分離特點,采取了中弧線最大彎度位

3、置控制、調(diào)整動葉負荷徑向分布、改變徑向相對厚度重新積疊、定制根部頂部葉型、靜葉彎曲設(shè)計等三維葉型改進和三維葉型設(shè)計技術(shù),達到了抑制角區(qū)分離流動、減弱通道渦強度和尺寸、減小頂部間隙損失的目的,提高葉柵內(nèi)流動性能,使得單級壓比由1.03提高至1.05,級數(shù)減少了6級,并在設(shè)計轉(zhuǎn)速全工況下,保證了高效率和寬的穩(wěn)定工作范圍。
　　 針對氦氣的特殊性對某新型速度三角形進行研究,探討其應(yīng)用特點,并采用數(shù)值模擬手段將該速度三角形應(yīng)用于氦氣壓氣

4、機三維葉柵中,達到進一步增加壓比的目的。研究反動度的選取對氦氣壓氣機葉柵氣動性能的影響,結(jié)果表明負荷越大,采用高反動度的優(yōu)勢越明顯。為了進一步接近設(shè)計目標,改變動葉負荷徑向分布,減少積聚于根部的低能流體;研究新型葉柵厚度對氣動性能的影響,結(jié)果表明,葉片減薄可以實現(xiàn)更好的擴壓,提高葉柵流動性能。新型速度三角形可以成功實現(xiàn)氦氣壓氣機高負荷目的,單級壓比增至1.08,級數(shù)減至6級。對比分析壓比和效率曲線,表明該新型高負荷設(shè)計在設(shè)計轉(zhuǎn)速下保證高