燃氣渦輪無氣膜動葉設計流程及分析

陳朔，羅磊，王松濤

(哈爾濱工業大學 能源科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001)

燃氣渦輪無氣膜動葉設計流程及分析

陳朔，羅磊，王松濤

(哈爾濱工業大學 能源科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001)

為了進行渦輪動葉冷卻結構設計，采用一套設計流程，完成了某型渦輪第一列動葉無氣膜方案設計。結果表明：管網計算設計中，得出調整后冷卻結構的第一腔流量為16.85 g/s，第二腔流量為40.78 g/s，前緣最大溫度為1 169 K，低于材料許用溫度，滿足設計要求。三維導熱中的最大溫度相比管網計算得出的溫度有所上升，通過分析，管網計算未能考慮極值溫度，因此三維導熱計算是有必要的。從給出的三個截面溫度場可以看出，前緣位置存在一定高溫區，但最大溫度低于設計溫度，溫度場符合設計要求。

渦輪；動葉；冷卻；管網計算；溫度場

為了提高燃氣渦輪發動機的性能，渦輪前進口溫度不斷地被提高，一方面對渦輪葉片的材料提出了更新的要求[1]，另一方面對渦輪葉片冷卻結構的設計提出了更嚴峻的挑戰。燃氣渦輪發動機技術正處在高速發展時期[2]，現有推重比10的發動機渦輪進口溫度達到了1 800～2 000 K，而推重比15～20的發動機渦輪進口溫度將達到2 100～2 300 K，遠遠超過了材料的熔點溫度[3]。而美國國防部的“綜合高性能透平發動機技術(IHPTET)[4]把下一代發動機的渦輪進口溫度定為2 400 K，這給渦輪的冷卻結構設計帶來了更高的要求，因此，合理快速的完成冷卻結構的設計尤為重要。

國內外很多科研人員對渦輪冷卻結構設計進行了大量的研究。……