[發明專利]一種分軸式航改燃機動力渦輪一維匹配設計方法

有效

• 申請號: 201711247717.6
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108108528B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 尹釗;王濤;張華良;王連福;高慶;譚春青
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
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1.一種分軸式航改燃機動力渦輪一維匹配設計方法，所述分軸式航改燃機包括燃氣發生器和動力渦輪，所述動力渦輪位于燃氣發生器的下游，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

SS1.結合總體分析獲取動力渦輪流通能力下限

首先確定由壓氣機喘振裕度邊界所限制的動力渦輪流通能力下限，然后確定由燃燒室出口溫度所限制的動力渦輪流通能力下限，最后結合上述兩個流通能力下限范圍，即為動力渦輪流通能力下限線

SS2采用正交設計給定不同設計變量組合方案

對多個動力渦輪一維設計變量進行正交設計，所述一維設計變量包括載荷系數H_t、反力度Ω、流量系數軸向速比系數K_a和進出口中徑比按需要給定各參數的約束范圍及不同取值，并選擇正交表以獲得上述參數的不同組合方案；

SS3.動力渦輪一維反問題設計

按照燃氣輪機總體設計需求，針對步驟SS2中不同的參數組合方案，進行設計點下動力渦輪一維反問題設計，輸入參數包括設計點下的膨脹比π_PTd、流量G_PTd、轉速N_PT、級數，結合輸入參數和步驟SS2中確定的參數，通過反問題設計，獲得動力渦輪中徑處的一維氣動參數及初始流道尺寸；

SS4.動力渦輪一維正問題分析及設計修正

結合正問題方法修正步驟SS3中的一維反問題設計結果，首先，采用正問題分析方法評估動力渦輪在不同工況下的氣動性能，即效率特性及流量特性并提取設計點下的效率η_PTd和流量G_PT′；

然后，將G_PT′與G_PTd進行比對，得到差值ΔG_PT＝G_PTd-G_PT'，若殘差|ΔG_PT/G_PTd|＜0.02，則該方案可行，否則修正設計流量，即G_PTd'＝G_PTd+ΔG_PT；

再次，按G_d'進行反問題設計及正問題分析，直至殘差滿足要求，至此完成步驟SS2中所有組合方案的動力渦輪一維設計；

SS5.方案篩選及驗證

首先，進行方案篩選，提取步驟SS4中所有方案的動力渦輪流量特性線與步驟SS1中獲得的動力渦輪流通能力下限線進行對比，篩選后的方案應滿足在各轉速的上述不同膨脹比下，對應的折合流量均大于SS1中獲得的動力渦輪流量下限

然后，取篩選后方案中η_d最大的方案為最終方案；

最后，將該方案的動力渦輪特性結合燃氣發生器特性線即可獲得匹配該動力渦輪的整機共同工作線以進行最終的驗證。

2.根據權利要求1所述的分軸式航改燃機動力渦輪一維匹配設計方法，其特征在于：考慮超溫限制及喘振裕度限制，結合燃氣發生器特性，通過總體性能計算獲得動力渦輪流量特性下限，以指導動力渦輪設計。

3.根據權利要求1所述的分軸式航改燃機動力渦輪一維匹配設計方法，其特征在于：步驟SS1中，確定由壓氣機喘振裕度邊界所限制的動力渦輪流通能力下限的具體方法為：參考已有的燃氣發生器壓氣機特性，給定喘振裕度k，確定壓氣機在不同轉速下的該裕度對應的工況，并將上述工況定義為喘振裕度邊界，通過求解非線性方程組，獲得該邊界對應的動力渦輪流通能力。