Turbine blade tip leakage loss investigation

Bien que les méthodes actuelles pour évaluer le dégagement des extrémités d’aubes utilisent des corrélations expérimentales pour calculer les pertes et fuites d’aubes de la turbine, ces valeurs ont été jugées incompatibles et donc nécessitent des améliorations. Par exemple, les anneaux d’aubes carénées de la turbine avec des joints droits ont des pertes de dégagement des extrémités améliorées par rapport aux anneaux d’aubes carénés de la turbine avec des joints étagés. L’un des objectifs de cette étude actuel était d’enquêter sur la manière dont la géométrie de l'extrémité des aubes contribue à les pertes et fuites d’aubes dans une turbine en rapprochant les anneaux d’aubes carénés de la turbine qui ont plusieurs configurations, chacune ayant une combinaison du diamètre extérieur (DE) droit, DE étagée, d’ailettes verticales et d’ailettes inclinées. Le deuxième objectif était d’élaborer une corrélation pour les pertes de dégagement des extrémités améliorées, en comparant des corrélations entre les valeurs expérimentales existant avec les résultats du calcul de la mécanique des fluids numérique (MFN), récupéré après l’analyse de simulation. Plus particulièrement, les simulations MFN ont été effectuées sur plusieurs configurations d’une turbine des premiers étages (PT). Ces configurations différait l’un de l’autre en terme de la géométrie des extrémités d’aubes (p.ex., caréné avec une dérive inclinée, caréné avec deux derives verticales) et une paroi d’enveloppe ou diamètre extérieur (p.ex., DE étroite, DE étagée) sur la zone de l’extrémité des aubes et ont été comparées selon ces caractéristiques. L’analyse de MFN était effectuée de tous les modèles et comportait le processus suivant : création de modèles CAD, étude du réseau, préparation des modèles pour maillage, et simulation MFN en exerçant les mêmes conditions limites. Une étude de l’indépendance par rapport à la grille a été effectuée sur une modèle pour vérifier la convergence de la grille. En raison de contraints de temps, des compromises ont été nécessaires et donc une dimension des ailettes d’environ 10 millions noeuds a été choisi. Toutes les configurations ont utilisées les memes paramètres pour la dimension des ailettes pour obtenir le même compte pour toutes les ailettes. Chaque configuration avait trois différents rapports portée-dégagement des extrémités d’aubes. Les résultats de la dynamique numérique des fluides a révélé que les configurations avec DE étagées avaient moins de pertes de dégagement des extrémités comparé aux configurations avec DE étroites. En outre, les ailettes verticales et les ailettes inclinées n’ont pas révélé une différence significative par rapport au flux de mass des extrémités d’aubes. La valeur de constant pour la corrélation expérimentale des pertes d’extrémités d’aubes a été modifié pour les configurations DE étagées et DE étroites en vue d’obtenir des nouvelles corrélations qui correspondaient aux efficacités d’analyse numériques de dynamique des fluides (MFN). Trois corrélations révisées des pertes d’extrémités d’aubes ont été acquises pour les configurations DE étroites, qui correspondaient à un, deux et trois ailette respectivement. D’autre part, pour les configurations DE étagées, une seule corrélation révisée a été obtenu pour n’importe quelle nombre de ailettes. Ces corrélations révisées, ont été implémentées dans l’outil Pre-Detailed Design System (PDDS), qui est une conception des interfaces multi-préliminaire. En outre, ces corrélations améliorées ont été validées pour un design d’une aube de turbine de gaz. Des recherches plus poussées devraient vérifier les corrélations améliorées sur d’autres designs d’aubes.

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