1+1/2对转涡轮在实际工作过程中,动叶承受着离心载荷、气动载荷和热载荷的共同作用,不可避免地发生形变。而且,1+1/2对转涡轮相比于常规涡轮,取消低压导叶后,为给低压动叶提供足够的气流预旋,高压动叶出口的气流角和相对马赫数要足够大,因而其高压动叶流场具有超音堵塞的特征。这导致在堵塞工况内喉道前流场不受背压变化影响,引起变工况时高压动叶前、后部温度的变化存在差异,最终导致其高压动叶前、尾缘的形变规律不同,呈现特殊性。动叶的径向形变会直接影响叶顶间隙高度,进而影响涡轮的工作性能和安全。因此,有必要研究1+1/2对转涡轮动叶的形变规律,进而分析其叶顶间隙高度的变化特点,优化其叶顶间隙主动控制方法。本文主要针对1+1/2对转涡轮高压动叶在变工况时的形变规律和叶顶间隙高度控制开展了研究工作,主要研究内容如下:1)利用热流固耦合模拟研究了某1+1/2对转涡轮高压动叶变工况时的形变规律,并结合流场变化分析了超音流场对叶片形变的影响作用,归纳了高压动叶径向形变与膨胀比变化的关系。首先以流场和动叶为整体进行了气热双向耦合计算,模拟了流场和叶片的换热过程,求解了叶片的温度场;然后根据所得温度场对叶片进行气弹和热弹单向耦合计算,获取了叶片的形变量。计算结果发现1+1/2对转涡轮高压动叶在变工况时的形变规律不同于常规亚音速涡轮动叶,在转速大于60%设计转速、膨胀比高于85%设计膨胀比的工况范围内,随着膨胀比降低,前缘叶高保持不变,而尾缘叶高明显增大。其原因为在该工况范围内高压动叶流场展向全超音堵塞,喉道上游流场不受膨胀比变化影响,下游流场的温度随膨胀比减小而升高。相应地,叶片前缘温度不变、后部温度升高,导致前缘叶高不变、尾缘因热膨胀伸长。2)提出了一种基于热流固耦合的三维冷热态尺寸换算方法,综合考虑了各个载荷对叶片的形变作用。根据热流固耦合计算得到的某1+1/2对转涡轮高压动叶形变量分布,将叶型控制线上各个方向的坐标值与形变量求差,反算得到冷态叶型尺寸,并重新积叠造型得到冷态叶片。对冷态叶片重新开展热流固耦合计算,得到涡轮工作时的热态尺寸叶片,并与原始设计叶型进行尺寸校对。对比结果显示计算得到的热态叶型与设计叶型较为吻合,尺寸误差在合理范围内。3)分析了 1+1/2对转涡轮高压动叶变工况时叶顶间隙高度的变化特点,针对发现的问题提出了一种能有效控制叶顶间隙的机匣冷却方法。1+1/2对转涡轮高压动叶在设计点附近膨胀比减小后尾缘叶高伸长会导致尾缘叶顶间隙高度明显减小,出现尾缘叶尖与机匣碰磨的安全隐患,对此可以通过减小设计点尾缘叶片高度的方法增大尾缘叶顶间隙高度,为叶片尾缘伸长留有裕度。但是,沿轴向逐渐增大的间隙高度导致30%轴向弦长之后叶顶间隙泄漏流速度增大,叶顶附近间隙流的剪切作用增强,形成的间隙泄漏涡强度增大;而且间隙泄漏流量增加,更多的间隙泄漏流对主流影响作用增大,流动损失增加,涡轮工作性能降低。为同时保证涡轮的效率和安全,引入三股独立调节的冷气分别冷却机匣上对应高压动叶前缘、过渡段和低压动叶尾缘的位置,通过控制机匣不同轴向位置的热膨胀量实现高压动叶前、尾缘叶顶间隙高度的分别控制。利用热流固耦合方法计算了采用分别冷却方法的机匣形变量,结果表明合理地分配冷气流量可以减弱高压动叶前、尾缘叶顶间隙高度的差异,保证叶顶间隙高度在合理范围内。