[發明專利]一種基于無量綱負荷控制參數的軸流壓氣機S2反問題設計方法

有效

• 申請號: 202011523712.3
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112699503B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 王琦;潘宏偉;王旭;張舟;毛冬巖;萬新超;鄧慶鋒
• 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: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
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本發明的目的在于提供一種基于無量綱負荷控制參數的軸流壓氣機S2反問題設計方法，通過展向扭曲規律設計、展向損失設計與典型S2流面流線曲率法求解來獲得軸流壓氣機的S2氣動設計方案。本發明通過載荷系數與反動度兩個關鍵無量綱參數進行軸流壓氣機各級動葉進口預旋的定制化設計，實現了壓氣機空間負荷在S2設計階段的主動控制，使軸流壓氣機的S2反問題通流設計達到了參數化、精細化的程度，有效提高了軸流壓氣機氣動設計精度，提升了氣動性能，十分適合工程設計應用。同時，該方法不僅局限于燃氣輪機軸流壓氣機，同樣適用于各種工業用軸流壓縮機、航空發動機軸流壓氣機/風扇的氣動設計過程。

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

壓氣機作為燃氣輪機的三大核心部件之一，其性能優劣直接影響著燃氣輪機的經濟性指標。未來燃氣輪機發展對壓氣機部件提出了極高的要求：一方面是級負荷水平的提升，一方面是在寬工況范圍內保證長期高效穩定運行。為此，設計出性能指標優秀并具有高可靠性的壓氣機，同時降低設計成本，縮短設計周期，已經成為現代葉輪機械設計領域的主要研究方向之一。

S1和S2流面計算程序已經被廣泛應用于壓氣機的先進氣動設計當中，并已成為國內外公認的壓氣機氣動設計體系核心。為了滿足燃氣輪機的發展對壓氣機氣動設計提出的挑戰，必須針對氣動設計體系中的核心環節開展深入的探索與研究工作，不斷更新設計思想與設計方法，使壓氣機的氣動設計實現質的飛躍。

發明內容

本發明的目的在于提供解決軸流壓氣機氣動設計中的空間負荷匹配設計問題的一種基于無量綱負荷控制參數的軸流壓氣機S2反問題設計方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種基于無量綱負荷控制參數的軸流壓氣機S2反問題設計方法，其特征是：

(1)展向扭曲規律設計：采用載荷系數ψ與反動度Ω兩個無量綱參數作為負荷控制參數；

(2)展向損失設計：根據各級均徑處壓比與損失情況，進行軸流壓氣機各級葉片的展向損失設計，獲得壓氣機各級動葉壓比的沿徑分布與各級動、靜葉損失系數的沿徑分布；

(3)典型S2流面流線曲率法求解：根據展向扭曲規律設計與展向損失設計獲得的沿徑分布設計結果，選取軸對稱子午流面作為典型S2流面，采用流線曲率法進行反問題求解，獲得軸流壓氣機各級動、靜葉片排沿徑向的氣動參數分布，從而獲得軸流壓氣機的S2氣動設計方案。

本發明還可以包括：

1、載荷系數ψ與反動度Ω通過動葉圓周速度U、動葉進出口絕對切向速度C_1u和C_2u進行計算：

載荷系數：表征軸流壓氣機級負荷能力的無量綱參數；

反動度：表征軸流壓氣機級中動、靜葉之間負荷分配情況的無量綱參數；

根據一維設計結果，提取各級均徑處的載荷系數ψ_ave與反動度Ω_ave，進行軸流壓氣機各級葉片的展向扭曲規律設計，獲得壓氣機各級動葉進口的預旋C_1u沿徑分布：

式中，R_ave1為該級動葉進口平均半徑；U_ave1為該級動葉進口均徑處圓周速度，Ω_ave為該級均徑處反動度；ψ_ave為該級均徑處載荷系數；n、m為扭曲規律設計指數：

當n＝1、m＝1時，為等環量扭曲規律；

當n＝-1、m＝1時，為等反動度扭曲規律；

當n∈(-1,1)、m＝1時，為居間扭曲規律，其中當n＝0、m＝1時為指數渦扭曲規律；