[发明专利]一种船舶燃气轮机压气机回流腔-扰流片式处理机匣设计方法

说明书

本发明的目的在于提供一种船舶燃气轮机压气机回流腔‑扰流片式处理机匣设计方法，根据压气机气动设计结果选取典型工况，确定回流腔‑扰流片式处理机匣的轴向特征位置；提取特征位置上动叶叶顶处的进口绝对气流角和进口相对气流角，以此确定扰流片的进气径向角与排气径向角；选取扰流片外径、扰流片长度和扰流片个数3个影响因素进行结构方案设计；再次对不同的结构设计方案分别进行数值计算，确定最优方案；对最优方案在设计工况下进行性能分析，判断该方案的设计点性能是否达标。本发明不仅局限于船舶燃气轮机轴流压气机，同样适用于各种带有处理机匣的工业用燃气轮机轴流压气机、航空发动机轴流压气机。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机设计方法，具体地说是压气机设计方法。

背景技术

压气机作为船舶燃气轮机最为重要的三大核心部件之一，其技术性能和可靠性直接影响着船舶燃气轮机的安全性与经济性指标的实现。船舶燃气轮机要在保证设计点性能的同时，特别强调低工况下的宽裕度高效运行。这种大范围变工况下的运行特点，使燃气轮机在作为船舶动力系统推进或发电使用时的低工况稳定性问题十分突出，并往往成为机组性能的限制瓶颈，这就对船舶燃气轮机压气机在非设计工况下的性能与稳定性提出了更高的要求。因此，为了使船舶燃气轮机具有更宽的稳定工作范围与更优秀的变工况性能，往往需要采用各种防喘扩稳技术，提高其压气机在低工况下的喘振裕度指标。

在各种压气机防喘扩稳技术中，处理机匣技术是提高压气机非设计工况喘振裕度常用的技术手段。自从上世纪六十年代发现机匣处理的扩稳效果以来，经过四十多年的研究，发现了多种有效的机匣处理结构，其中回流腔-扰流片式处理机匣作为一种新型的处理机匣结构形式，其扩稳效果要比传统的处理机匣形式更好。随着船舶燃气轮机对压气机低工况喘振裕度指标要求的不断提升，如何快速、有效地设计出满足工程需求的回流腔-扰流片式处理机匣结构成为了亟需解决的问题。为此，必须发展船舶燃气轮机压气机回流腔-扰流片式处理机匣的设计方法，形成适合工程设计应用的、能够有效提高压气机低工况喘振裕度的船舶燃气轮机压气机回流腔-扰流片式处理机匣设计技术，才能真正实现压气机的喘振裕度提升。

发明内容

本发明的目的在于提供解决船舶燃气轮机压气机回流腔-扰流片式处理机匣设计问题的一种船舶燃气轮机压气机回流腔-扰流片式处理机匣设计方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船舶燃气轮机压气机回流腔-扰流片式处理机匣设计方法，其特征是：

(1)选取回流腔-扰流片式处理机匣设计的典型工况：根据压气机气动设计结果，选取各个工况中喘振裕度最小的工况作为典型工况；

(2)分析典型工况下近喘点的流场气动参数分布，包括子午面的相对总压和相对马赫数分布；

(3)提取典型工况下近喘点轴向特征位置上动叶叶顶处的进口绝对气流角α₁和进口相对气流角β₁，进入回流腔后的气体经过扰流片再次导流后重新进入主流区域，在设计时根据动叶叶顶处的进口绝对气流角α₁和进口相对气流角β₁来确定扰流片的进气径向角与排气径向角；进口绝对气流角α₁和进口相对气流角β₁通过整个压气机设计点下的全三维CFD计算求解获得，以此确定扰流片的进气径向角与排气径向角；

(4)根据压气机实际结构确定回流腔的外径和扰流片排气段与进气段的比值；

(5)选取扰流片外径、扰流片长度和扰流片个数3个影响因素进行结构方案设计；

(6)对不同的结构设计方案分别进行数值计算，确定最优方案；

(7)对最优方案在设计工况下进行性能分析，判断该方案的设计点性能是否达标；若不达标，则返回步骤(5)重新设计。

本发明还可以包括：