[发明专利]速度方向定制的燃气轮机高压压气机圆弧斜缝机匣处理方法

说明书

技术领域：

本发明属于叶轮机械领域，具体涉及一种速度方向定制的燃气轮机高压压气机圆 弧斜缝机匣处理方法。

背景技术：

燃气轮机中高压压气机的负荷越高，对其稳定工作范围的要求也越加苛刻。如果 压气机的稳定裕度过小，不仅限制了燃气轮机性能的提高，更有可能使其工作在非稳定流 动状态，将导致十分严重的后果。因而稳定裕度已成为高性能燃气轮机研制中必须确保的 重要技术指标之一。拓宽压气机的稳定工作范围，推迟气流失速和喘振的发生，对于提高燃 气轮机的性能和可靠性具有十分重要的意义，已成为燃气轮机设计者致力追求的目标。

压气机设计过程中，可采取流动控制的方法来提高稳定裕度。在诸多流动控制方 法中，机匣处理技术是一项被较早研究并成功运用的扩稳技术。它具有易于在结构上实现、 制造成本低、改型方便、可靠性高以及扩稳效果好等优点。其中，轴向缝类机匣处理是一种 扩稳效果显著的机匣处理结构，其结构有轴向缝、轴向斜缝等多种几何形式，如图1-图2所 示，在高速及低速压气机实验台上能够获得20％左右的稳定裕度提升量。但与此同时，轴向 缝类机匣处理会在拓宽稳定裕度的同时带来显著的峰值效率损失，效率损失量可达到5％ 左右。要在现代先进高压压气机上使用轴向缝类机匣处理，必须克服这一弊端，设计出在几 乎不影响峰值效率的情况下达到扩稳效果的机匣处理结构。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有轴向缝类机匣处理对高压压气机峰值效率影响严重 的弊端，以减少掺混损失为目的，基于压气机叶尖流场速度方向，提供了一种速度方向定制 的燃气轮机高压压气机圆弧斜缝机匣处理方法，在几乎不影响峰值效率的情况下拓宽燃气 轮机高压压气机的稳定工作范围。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

速度方向定制的燃气轮机高压压气机圆弧斜缝机匣处理方法，包括以下步骤：

1)利用数值模拟方法找到待处理高压压气机转子的峰值效率工况，确定该工况下 的转子叶尖速度场特征；

2)根据步骤1)中明确的峰值效率工况下的叶尖速度场特征，以及高压压气机动叶 叶尖几何特点，确定速度方向定制的圆弧斜缝的外形参数。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，利用网格生成软件对压气机计算域生成网 格，在出口边界施以静压出口边界条件；通过逐渐改变出口静压的大小，得到压气机特性 线，并在特性线上找到峰值效率工况。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，针对峰值效率工况的计算结果，后处理得到 周向平均后的叶尖三向绝对速度分量。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，速度方向定制的圆弧斜缝的外形参数包括： 处理缝的轴向处理范围、径向缝深、处理缝圆弧型线弦长的长度、圆弧型线的半径、前后端 面与机匣壁面的夹角、径向倾斜角、缝内圆角半径以及单个处理缝在周向方向上的弧度范 围。

本发明进一步的改进在于，处理缝轴向处理范围的起始位置位于叶尖前缘上游 0.1-0.3b_ax，终止位置位于叶尖前缘下游0.2-0.5b_ax，所述的径向缝深H取0.2-0.4b_ax；根据 处理缝在轴向方向上的范围，确定处理缝圆弧型线弦长的长度L＝0.3-0.7b_ax；其中，b_ax为 转子叶尖基元级叶型的轴向弦长。

本发明进一步的改进在于，根据圆弧型线弦长的长度L及叶尖基元叶型的安装角 β，确定圆弧型线的半径r₃＝L/[2sin(90°-β)]，且圆弧型线的弯曲方向与叶片的弯曲方向 相反。

本发明进一步的改进在于，结合叶尖速度方向确定处理缝的前后端面与机匣壁面 的夹角γ取30°-50°，处理缝的径向倾斜角α取30°-60°。