[發明專利]一種船舶燃氣輪機壓氣機回流腔-擾流片式處理機匣設計方法

有效

• 申請號: 202011523677.5
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112685929B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 張舟;王琦;洪青松;金鵬;王廷;萬新超;張亮
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0三研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種船舶燃氣輪機壓氣機回流腔-擾流片式處理機匣設計方法，其特征是：

(1)選取回流腔-擾流片式處理機匣設計的典型工況：根據壓氣機氣動設計結果，選取各個工況中喘振裕度最小的工況作為典型工況；

(2)分析典型工況下近喘點的流場氣動參數分布，包括子午面的相對總壓和相對馬赫數分布；

(3)提取典型工況下近喘點軸向特征位置上動葉葉頂處的進口絕對氣流角α₁和進口相對氣流角β₁，進入回流腔后的氣體經過擾流片再次導流后重新進入主流區域，在設計時根據動葉葉頂處的進口絕對氣流角α₁和進口相對氣流角β₁來確定擾流片的進氣徑向角與排氣徑向角；進口絕對氣流角α₁和進口相對氣流角β₁通過整個壓氣機設計點下的全三維CFD計算求解獲得，以此確定擾流片的進氣徑向角與排氣徑向角；

(4)根據壓氣機實際結構確定回流腔的外徑和擾流片排氣段與進氣段的比值；

(5)選取擾流片外徑、擾流片長度和擾流片個數3個影響因素進行結構方案設計；

(6)對不同的結構設計方案分別進行數值計算，確定最優方案；

(7)對最優方案在設計工況下進行性能分析，判斷該方案的設計點性能是否達標；若不達標，則返回步驟(5)重新設計。

2.根據權利要求1所述的一種船舶燃氣輪機壓氣機回流腔-擾流片式處理機匣設計方法，其特征是：根據壓氣機的實際結構確定回流腔的外徑，后續通過調整擾流片的外徑來改變回流腔的深度；擾流片排氣段與進氣段的比值設定為1.55。

3.根據權利要求1所述的一種船舶燃氣輪機壓氣機回流腔-擾流片式處理機匣設計方法，其特征是：步驟(5)中采用正交實驗法得到不同影響因素下的方案，使用三因素三水平的設計，按照正交表進行排列組合，得到9種方案進行后續設計。

4.根據權利要求1所述的一種船舶燃氣輪機壓氣機回流腔-擾流片式處理機匣設計方法，其特征是：步驟(6)中對各級葉片通道、處理機匣結構采用的是定常單通道的求解，所生成的網格都為結構化網格，處理機匣網格與葉片通道網格的交接面采用完全非匹配連接方式；

數值計算求解中采取多塊網格分區技術，分別在轉子通道、葉頂間隙和防喘機匣內生成各自的結構化網格；葉片附近的貼體網格采用O型網格，葉片的前后延伸段采用H型網格，葉頂間隙和擾流片之間的計算域內采用“蝶形網格”拓撲結構；

在選擇最優方案時，依據以下三個指標來評判：

綜合穩定裕度改進量：

流量裕度改進量：

峰值效率改進量：

式中：π^*、η^*和M分別為總壓比、等熵絕熱效率和進口流量，下標os表示帶機匣處理的近穩定邊界點，bs表示實壁機匣近穩定邊界點；

選取各個方案中提高壓氣機穩定裕度最大同時峰值效率減小最少的方案作為最優方案。