某型TRT机组进气蜗壳气动优化设计研究.pdf

2 0 1 1 年第 6 期 总第 1 4 8期 冶 金 动 力 ME T A L L U R G I C A L P O WE R 4 1 某型 T R T机组进气蜗壳气动优化设计研究 江海 ， 袁化成 1 成都发动机 集团 有限公司； 2 南京航空航天大学内流研究中心， 江苏南京 2 1 0 0 1 6 【 摘要】 对成都发动机 集团 有限公司某型T R T机组的进气蜗壳流道进行了三维数值仿真研究， 在分析 和揭示其内部三维流动特征的基础上， 对其进行了多轮气动优化设计。 在满足总体结构设计的基础上， 得到较 优的进气通道气动方案， 给出了其在不同流量下的性能， 并与原方案进行了对比。结果显示 气动优化设计后 的进气流道气动性能明显高于原方案， 出口截面流场较为均匀， 总压恢复系数均在 0 ．9 9 5以上， 表明本文气动 优化设计是成功的。 【 关键词 】 T R T ； T R T 进气流道 ； 数值仿真 【 中图分类号】T K 1 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 1 o 6 0 0 4 1 一 o 4 Re s e a r c h o n Ae r o d y n a mi c Op t i mi z a t i o n De s i g n o f Ai r I n l e t S c r o l l Ca s i n g o f a Ce r t a i n T y p e o f TRT Un i t J I ANG Ha i ，YUAN Hu a c h e n g 1 ．A V I C C h e n g d u E n g i n e G r o u p C o ． ， L t d ． ； 2 ．I n n e r F l o w R e s e a r c h C e n t e r , Na n j i n g U n i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s a n d A s tr o n a u t i c s ，N a n j i n g , J i a n g s u 2 1 0 0 1 6 ,C h i na 【 A b s t r a c t 】，I 1 le t h r e e d i m e n s i o n a l n u m e ri c a l s i m u la t i o n s t u d y w a s m a d e o n a i r in l e t s c r o l l c a s i n g fl o w c h a n n e l o f a c e r t a i n t y p e o f T I 汀 u n it o f A V I C C h e n g d u E n g in e G ro u p C o ． 。L t d ．B a s e d o n a n aly s i s a n d r e v e l a t i o n o f t h e i n t e r n a l t h r e e d i me n s i o n a l fl o w c h a r a c t e r s ， the a e r o d y n a mi c o p t i mi z a t i o n d e s i g n s o f a i r i n l e t s c r o l l e a s i n g fl o w c h a n n e l we r e c o n d u c t e d ． On the b a s i s o f me e t i n g t l l e n e e d s o f the o v e r a l l s t r u c t u r e d e s i gn ．a b e t t e r a e r o d y n a mi c s c h e me o f i n l e t c h a n n e l wa s a c h i e v e d a n d i t s p e rfo r ma n c e u n d e r d i f f e r e n t fl o w wa s u n d e r - s t o o d ．T h i s s c h e me Was c o mp are d wi t h t h e o rig i n al s c h e me ．T h e r e s u l t s s h o w e d tha t t h e a e rod y n a mi c p e r f o r ma n c e o f the i n l e t c h a n n e l o f o p t i mi z a t i o n d e s i g n w a s o b v i o u s l y h i g h e r tha n tha t o f the o rig i n a 1 ． nl e o u t l e t s e c t i o n fl o w fi e l d w a s e v e n ．T h e t o t al p r e s s u r e r e c o v e r y c o e ffic i e n t Was a b o v e 0 ． 9 9 5 ．Th e s e i n d i c a t e d tha t t h e a e r o d y n a mi c o p t i mi z a t i o n d e s i g n wa s s u c c e s s f u 1 ． 【 Ke y w o r d s 】T R T ；T R T i n l e t c h a n n e l ；n u m e ri c al s i mu l a t i o n 1 引言 作为二次能源回收装置， T I 汀运行时的效率直 接影响了其能源回收能力的大小。经过除尘的高炉 煤气通过进气通道进入透平， 驱动转子膨胀做工， 将 压力能和热能转化为机械能， 驱动发电机发电， 同时 还将起到调节高炉炉顶压力的作用【 】 。目前， T R T 进 气通道主要有轴向进气及径向进气两种，其中径向 进气由于其相对几何空间尺寸较小而在工程中被广 泛采用。 径向进气通道通常采用蜗壳形式， 其主要作 用是将径向气流转向轴向涡轮， 驱动涡轮做功。 气流 在进、 排气蜗壳内的流动十分复杂， 除存在近似的沿 蜗壳切向流动外， 同时还存在径向压力梯度， 以使气 流流动方向转向涡轮叶轮。气流流经进气蜗壳的流 动损失、蜗壳出口气流速度及其不均匀度等都将导 致涡轮做功能力发生变化。 研究表明， 进气蜗壳出口 压力分布的不均匀性还能诱发涡轮叶片振动 。 前期对成都发动机 集团有限公司某型 T R T 进气通道进行了三维数值仿真研究啊 ， 结果显示， 该 型T R T 进气蜗壳总体性能较优，流动损失较小， 但 其出口 气流周向截面速度分布不均， 将对下游转子 性能产生影响， 进而影响整机性能。 同时还可能存在 对下游静子叶片叶尖冲刷，造成叶片结构损坏。 此 外，由于气流不均匀产生的漩涡流动也将引起整机 震动。 因此有必要对其进气通道进行气动优化设计， 减小流动损失， 改善出口流场品质， 进而提高整机性 能 。 冶 金 动 力 M匝T AU U RGI CA L P OWE R 2 0 1 1 年第 6 期 总第 1 4 8期 0● 够 、 。” O_嵋 O 8 O 4 O． 2 E O ～ -0． 2 0． 4 I _ ” O B Z ，m X ， m A优化设计 前 B优化设计后 图6 优化设计前后进气蜗壳出口截面速度分布围 击0 ／ x 1 0 N n ／ t h A静温 比 I i l 0 ／ x l C N m J h B静压 比 } ‘ ． ． 唪 上} h r dg t‘ ； ， ] 、 ～ - 、 ． ’ P 。 I ； l 1 、 H， } l - J { ● 押 时 } ■ j * _I 】 ． I 。‘ ‘ 一 f 1 j } { {r r 【1 I i 1 0 ／ x I N ， 1． C总压 比 从图7 可以看出， 随着进气流量的逐渐增加， 静 在0 ．9 9 5 以上， 说明本文的气动优化设计是成功的。 压比、 静温比和总压恢复系数均逐渐减小。 在研究的 [参 考 文 献】 流量范围内， 气动优化设计后的静压比、 静温比及总 【 1 】郑 秀 平，T R T 技 术 及 其 节能 环 保 作 用 一 上 篇 叨 通用 机 械， 2 0 0 4 1 0 ． 璧苎 ， 篓 要 嚣 亲 。 本 文 的 气 动 优 化 设 计 是 成 功 的 。研究的来流工况下， ， 菇 磊 磊 社 ， l9 87 ． 优化设计后的总压恢复系数均在 0 ． 9 9 5以上。 『5 1 ．叶 长 青 ．叶 长 青 _高 炉 煤 气 余 压 透 平 发电 装 置 T R T 的 发 展 与 创 新 5 小结 [J1 ．节 能， 2 0 0 0 8 1 3 1 5 5 ． 1 对某型T R T 进气流道进行了多轮气动优化设 【6 】 ．俞 俊 权 ．高 炉 顶 压回 收 透 平 发电 装 置的 现 状 和 发 展 前 景 Ⅲ -冶 金 能 ， 给出了具有较优气动陛能的进排气气动设计 ， 江5 0 海 3 5 ，刘 0 - 栋 5 3 梁等威 发集团某系列T R T机组进排气蜗壳数 案 ； 值仿真 研究 ，中航工业余压、 余热高峰论坛， 成都， 2 0 0 9 ． 5 ．2 对优化设计后的进气流道进行了三维数值仿 收稿日 期2 0 1 1 0 5 1 0 真研究， 并与原气动方案的性能进行了对比， 结果表 作者简介 江 海 1 9 7 9 ～ ， 男， 成 都 发 动 机 集 团 科 能 公 司 副 总 设 计 明 气动优化设计后的 r R T进气 流道的性能明显高 师， 工程师。 于原方案， 出口截面流场较为均匀， 总压恢复系数均