高负荷涡轮叶顶设计及结构参数对气热性能的影响机制.docxVIP

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2025-07-21 发布于北京
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高负荷涡轮叶顶设计及结构参数对气热性能的影响机制.docx

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第61卷第8期机械工程学报Vol.61No.8

2025年4月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGApr.2025

DOI：10.3901/JME.2025.08.283

高负荷涡轮叶顶设计及结构参数对气热

性能的影响机制*

李琛玺郭鹏程

(西安理工大学水利水电学院动力工程系西安710048)

摘要：为改善高负荷涡轮动叶叶顶气热性能，且针对级环境复杂工况下叶顶设计参数的影响机制不清晰，提出涡轮动叶叶顶新型设计，并在级环境下开展不同叶顶构型设计的气热性能研究，同时深入分析关键构型参数对气热性能的影响机制。具体研究如下：首先，建立凹槽叶顶压力面侧垂直肩壁构型(Shelf叶顶)与倾斜肩壁构型(Incline叶顶)两种叶顶构型设计。其次，详细的气热分析表明，相较于传统的凹槽叶顶设计，Shelf叶顶的泄漏量与主流的质量流量比相对增加9.24%，气动效率下降0.106%，平均换热系数略有增大；Incline叶顶的泄漏量与主流的质量流量比相对减小6.73%，效率增加0.155%，且总平均换热系数相对降低3.90%。进一步，探究关键叶顶构型参数知，增加叶顶凹槽深度均会改善两种构型叶顶的气动性能，但对两种构型叶顶的换热性能影响不一致；而增加构型平台的宽度，仅会改善Incline构型叶顶的气热性能。综上，构建了高负荷涡轮叶顶新构型设计，揭示了新构型下凹槽深度、构型平台宽度与叶顶气热性能的交互影响机制，为改善叶顶气热性能指明了优化方向。

关键词：高负荷涡轮；动叶叶顶；结构参数；性能；换热系数

中图分类号：V232

InfluenceofTipDesignandStructuralParametersonAerothermal

PerformanceinHigh-loadTurbine

LIChenxiGUOPengcheng

(DepartmentofPowerEngineering,SchoolofWaterResourcesandHydropower,

Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048)

Abstract：Toenhancetheaerothermalperformanceofthehigh-loadturbinebladetipandclarifytheunclearmechanismsoftipdesignparametersundercomplexconditionsofthestageenvironment，anoveldesignfortherotorbladetipisproposedandastudyontheaerodynamicandthermalperformanceofdifferentbladetipsisconductedinastageenvironment.Italsoprovidesadepthanalysisofthemechanismsbywhichkeyconfigurationparametersofthebladetipinfluenceitsaerodynamicandthermalperformance.Thespecificresearchesareasfollows:First，twobladetipconfigurationswereestablished:averticalshoulderwalldesignonthepressuresideofthesquealertip(Shelftip)andaninclinedshoulderwalldesign(Inclinetip).Secondly，detailedaerodynamicandthermalanalysesindicatethatcomparedtothetraditionalsquealertipdesign，theShelftipshowsa9.24%relativeincreaseintheleakagetomainstreammassflo