[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

本發明的目的在于提供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，根據壓氣機氣動設計結果選取典型工況，確定回流腔?擾流片式處理機匣的軸向特征位置；提取特征位置上動葉葉頂處的進口絕對氣流角和進口相對氣流角，以此確定擾流片的進氣徑向角與排氣徑向角；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；再次對不同的結構設計方案分別進行數值計算，確定最優方案；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。本發明不僅局限于船舶燃氣輪機軸流壓氣機，同樣適用于各種帶有處理機匣的工業用燃氣輪機軸流壓氣機、航空發動機軸流壓氣機。

技術領域

本發明涉及的是一種燃氣輪機設計方法，具體地說是壓氣機設計方法。

背景技術

壓氣機作為船舶燃氣輪機最為重要的三大核心部件之一，其技術性能和可靠性直接影響著船舶燃氣輪機的安全性與經濟性指標的實現。船舶燃氣輪機要在保證設計點性能的同時，特別強調低工況下的寬裕度高效運行。這種大范圍變工況下的運行特點，使燃氣輪機在作為船舶動力系統推進或發電使用時的低工況穩定性問題十分突出，并往往成為機組性能的限制瓶頸，這就對船舶燃氣輪機壓氣機在非設計工況下的性能與穩定性提出了更高的要求。因此，為了使船舶燃氣輪機具有更寬的穩定工作范圍與更優秀的變工況性能，往往需要采用各種防喘擴穩技術，提高其壓氣機在低工況下的喘振裕度指標。

在各種壓氣機防喘擴穩技術中，處理機匣技術是提高壓氣機非設計工況喘振裕度常用的技術手段。自從上世紀六十年代發現機匣處理的擴穩效果以來，經過四十多年的研究，發現了多種有效的機匣處理結構，其中回流腔-擾流片式處理機匣作為一種新型的處理機匣結構形式，其擴穩效果要比傳統的處理機匣形式更好。隨著船舶燃氣輪機對壓氣機低工況喘振裕度指標要求的不斷提升，如何快速、有效地設計出滿足工程需求的回流腔-擾流片式處理機匣結構成為了亟需解決的問題。為此，必須發展船舶燃氣輪機壓氣機回流腔-擾流片式處理機匣的設計方法，形成適合工程設計應用的、能夠有效提高壓氣機低工況喘振裕度的船舶燃氣輪機壓氣機回流腔-擾流片式處理機匣設計技術，才能真正實現壓氣機的喘振裕度提升。

發明內容

本發明的目的在于提供解決船舶燃氣輪機壓氣機回流腔-擾流片式處理機匣設計問題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。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明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。

本發明還可以包括：