[发明专利]优化压气机机匣处理提高稳定裕度的方法、系统、终端

说明书

本发明属于船舶推进用燃气轮机的压气机技术领域，公开了一种优化压气机机匣处理提高稳定裕度的方法、系统、终端，优化压气机机匣处理提高稳定裕度的方法包括：对原机带轴向斜槽和回流腔机匣及参数改进型机匣进行数值模拟，确定机匣处理的结构形式，通过增大轴向速度，采用整个环形进气，通过调整进气段入口，扩大进气角度，增加进气量；在出气段，采用倾斜收缩喷嘴作为出气口，增大出口速度，优化排气段，计算网格采用IGG/AutoGrid5进行单通道网格的划分，优化压气机机匣处理效果。本发明能够有效优化排气段处理机匣，在低工况下对压气机工作稳定裕度改善效果最好，稳定裕度提高了6.04％。

技术领域

本发明属于压气机技术领域，尤其涉及一种优化压气机机匣处理提高稳定裕度的方法、系统、终端。

背景技术

目前，压气机机匣处理的主要作用是减小失速点的流量，从而增加压气机的喘振裕度，在实际工作中，由于APU引气压力较高或出口负载变化导致压气机工作点逼近喘振边界，可能导致压气机的叶片断裂，甚至APU发动机熄火等严重故障。为了提高压气机的喘振裕度，目前航空发动机主要采用压气机级间放气、进口可调导叶等方法。采用级间放气会使压气机出口压力剧烈波动，并不适用于APU，而采用进口可调导叶结构复杂，会明显增加发动机的重量，且喘振裕度增加有限。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有压气机的机匣处理结构不能适应压气机进气量增大的需求，排气段处理机匣在低工况下喘振裕度不高。

解决以上问题及缺陷的难度为：

本发明的技术难点在于对原有机匣处理结构的改进，之后通过理论计算结合仿真实验的方法进行多次优化修正，得到效果较优的机匣处理结构。

解决以上问题及缺陷的意义为：

通过本发明，通过对现有机匣处理结构的优化改进，可以提高压气机在低工况下的喘振裕度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种优化压气机机匣处理提高稳定裕度的方法、系统、终端。

本发明是这样实现的，一种优化压气机机匣处理提高稳定裕度的方法，所述优化压气机机匣处理提高稳定裕度的方法包括：

对原机带轴向斜槽和回流腔机匣及参数改进型机匣进行数值模拟，确定参数改进型机匣的结构形式，并通过优化排气段、网格划分优化参数改进型机匣。

所述参数改进型机匣结构：

由喘振机理出发，当冲角增加时：①在压差作用下，气流进入机匣环形腔室并流向级的进口，使叶顶轴向速度增加，抑制叶顶气流分离；②循环流动把进入动叶的主流空气挤向轮毂，使轮毂处轴向速度增加；③腔室将脉动气流能量耗散，抑制了旋转分离的发展。

由前期对原型机匣处理计算，发现排气段对轴向速度的增加量较小，由于喘振发生主要是由于叶顶处轴向速度，流量减少，叶背发生气流分离导致，因此，针对发现问题对其进行改进，在原型机匣的基础上，改进排气段，增大轴向速度，改进结构如图13所示，将环形凹槽进气结构改为整个环形进气，调整进气段入口，扩大进气角度，增加进气量；在出气段，将出口改为倾斜收缩喷嘴，增大出口速度，计算低工况时的扩稳效果。

进一步，优化排气段包括：增大轴向速度，采用整个环形进气，通过调整进气段入口，扩大进气角度，增加进气量；在出气段，采用倾斜收缩喷嘴作为出气口，增大出口速度。

进一步，所述优化网格划分包括：

计算网格采用IGG/AutoGrid5进行单通道网格的划分，将计算区域分为主流区与机匣处理区；

对主流区网格拓扑结构采用O4H型结构，壁面附近的网格沿壁面法向方向按几何级数的规律加密，近壁面第一层网格距离固壁距离取0.001mm，将y+值控制在一定的低雷诺数湍流模型要求的范围之内，边界层外的网格均匀分布；