CN112464393B - 一种船舶燃气轮机压气机过渡段通流叶片造型方法 - Google Patents

一种船舶燃气轮机压气机过渡段通流叶片造型方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种船舶燃气轮机压气机过渡段通流叶片造型方法，本发明摒弃传统低压压气机轴向出气、进口导叶轴向进气的设计方式，通过低压压气机出口导叶、高压压气机进口导叶共同实现低压压气机和高压压气机之间的气流折转，由于气流不是轴向流动，过渡段支柱使用带折转角的翼型支柱不仅匹配过渡段非轴向流动时的来流角度，而且减小支柱厚度，降低损失。本发明低压压气机出口导叶和高压压气机进口导叶不需要太大的折转角，抑制了边界层分离，具有良好的空气动力学性能，过渡段支柱使用带折转角的翼型支柱，不仅满足安装供油管、转速传感器等零件需要，而且降低损失。本发明可以广泛应用于船舶燃气轮机领域过渡段通流叶片设计。

Description

一种船舶燃气轮机压气机过渡段通流叶片造型方法
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机造型方法，具体地说是船舶燃气轮机压气机造型方法。
背景技术
船舶燃气轮机为提高其变工况性能，多使用双轴结构，在低、高压压气机之间有过渡段结构，气流流经过渡段有较大损失，影响低、高压气机的总效率。过渡段中的损失主要来自低压压气机出口导叶、过渡段支柱和高压压气机进口导叶。气流流过低压压气机出口导叶时由于低压压气机出口轴向出气考虑，低压压气机出口导叶转折角较大，扩压因子较高，叶型损失较大；此外，由于过渡段布置供油管、转速传感器等零件需要，过渡段支柱尺寸大，气流绕流损失较大。
发明内容
本发明的目的在于提供降低过渡段流动损失的一种船舶燃气轮机压气机过渡段通流叶片造型方法。
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过渡段通流叶片造型方法，其特征是：
(1)确定低压压气机出口绝对气流角αout，以绝对气流角αout为出气角重新设计低压压气机出口导叶，以绝对气流角αout为进气角重新设计高压压气机进口导叶；
(2)确定供油管、转速传感器的尺寸和位置，供油管的轴心的轴向位置为bf1，周向位置为Zf1，直径为T1，转速传感器的轴心的轴向位置为bf2，周向位置为Zf2，直径为T2；
(3)中弧线采用四段圆弧衔接生成，四段圆弧衔接点是P、Q、G，其中P和Q点分别是供油管和转速传感器的轴心点，中弧线起始点为A、终点为C，中弧线的约束参数包括进口几何角α1、出口几何角α2、衔接点P、Q的轴向位置bf1、bf2和周向位置Zf1、Zf2以及弦长bt，根据以上参数确定中弧线，其中α1＝α2＝αout。
(4)以光滑曲线连接M、E、F、N设计厚度分布，厚度分布曲线根据参数前缘半径Rler、尾缘半径Rter、弦长bt、供油管的轴心的轴向位置bf1、转速传感器的轴心的轴向位置bf2以及供油管、转速传感器位置的槽道厚度C1和C2确定，约束参数是M点厚度分布坐标(Rler,0)、E点坐标(bf1,C1)、F点坐标(bf2,C2)、N点坐标(bt,Rter)；
(5)离散厚度分布曲线，提取厚度分布曲线的坐标(La1,Cz1)、(La2,Cz2)、(La3,Cz3)，把厚度分布曲线坐标加载到中弧线上，生成支柱翼型，其中Lai(i＝1,2…)是厚度分布曲线的轴向尺寸坐标值，Czi(i＝1,2…)是厚度分布曲线的厚度尺寸值。
本发明的优势在于：本发明低压压气机和高压压气机不需要轴向出气和轴向进气，低压压气机出口导叶和高压压气机进口导叶不需要太大的折转角，抑制了边界层分离，具有良好的空气动力学性能，过渡段支柱使用带折转角的翼型支柱，不仅满足安装供油管、转速传感器等零件需要，而且降低损失。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为过渡段通流传统设计叶型；
图3为本发明的通流叶型；
图4为中弧线的参数化；
图5为厚度分布的参数化；
图6为厚度分布的坐标提取；
图7为翼型型线设计图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-7，本发明主要特点是低压压气机出口导叶、过渡段支柱和高压压气机进口导叶的设计。摒弃图2所示传统低压压气机轴向出气，进口导叶轴向进气的设计方式。对于低压压气机和高压压气机之间的气流折转，如图3所示，本发明通过低压压气机出口导叶、高压压气机进口导叶共同实现，由于气流不是轴向流动，过渡段支柱做改进设计，过渡段支柱使用带折转角的翼型支柱不仅匹配过渡段非轴向流动时的来流角度，而且减小支柱厚度，降低损失。
本发明的支柱翼型可以适应来流非轴向进气情况，低压压气机出口导叶出口气流和高压压气机进口导叶的进口气流可以不是轴向，导叶的转折角可以不需要太大。
本发明一种船舶燃气轮机压气机过渡段通流叶片造型方法具体方法如下：
一、确定低压压气机出口绝对气流角αout，与轴向夹角以-10°～-20°为宜。以绝对气流角αout为出气角重新设计低压压气机出口导叶，以绝对气流角αout为进气角重新设计高压压气机进口导叶。
二、设计过渡段支柱。采用中弧线加载厚度分布形式生成叶型型线。具体如下：
(1)、确定供油管、转速传感器等零件的尺寸和位置。供油管的轴心的轴向位置bf1，周向位置Zf1，直径T1，转速传感器的轴心的轴向位置bf2，周向位置Zf2，直径T2。
(2)、图4所示，中弧线采用四段圆弧衔接生成，四段圆弧衔接点是P、Q、G，其中P和Q点是供油管和转速传感器的轴心点，中弧线起始点A、终点C。中弧线的约束参数是进口几何角α1，出口几何角α2，衔接点P、Q的轴向位置bf1、bf2和周向位置Zf1、Zf2，弦长bt，根据以上参数可以确定中弧线，其中α1＝α2＝αout。
(3)、如图5所示，以光滑曲线连接M、E、F、N设计厚度分布。厚度分布曲线根据参数前缘半径Rler、尾缘半径Rter、弦长bt、供油管的轴心的轴向位置bf1、转速传感器的轴心的轴向位置bf2以及供油管、转速传感器位置的槽道厚度C1和C2确定。约束参数是M点厚度分布坐标(Rler,0)，E点坐标(bf1,C1),F点坐标(bf2,C2)，N点坐标(bt,Rter),其中C1＝T1+5[mm]，C2＝T2+5[mm]；
(4)、如图6所示，离散厚度分布曲线，提取厚度分布曲线的坐标(La1,Cz1)、(La2,Cz2)、(La3,Cz3)等，如图7所示把厚度分布曲线坐标加载到中弧线上，生成支柱翼型，其中Lai(i＝1,2…)是厚度分布曲线的轴向尺寸坐标值，Czi(i＝1,2…)是厚度分布曲线的厚度尺寸值。

Claims (1)

1.一种船舶燃气轮机压气机过渡段通流叶片造型方法，其特征是：
(1)确定低压压气机出口绝对气流角αout，以绝对气流角αout为出气角重新设计低压压气机出口导叶，以绝对气流角αout为进气角重新设计高压压气机进口导叶；
(2)确定供油管、转速传感器的尺寸和位置，供油管的轴心的轴向位置为bf1，周向位置为Zf1，直径为T1，转速传感器的轴心的轴向位置为bf2，周向位置为Zf2，直径为T2；
(3)中弧线采用四段圆弧衔接生成，四段圆弧衔接点是P、Q、G，其中P和Q点分别是供油管和转速传感器的轴心点，中弧线起始点为A、终点为C，中弧线的约束参数包括进口几何角α1、出口几何角α2、衔接点P、Q的轴向位置bf1、bf2和周向位置Zf1、Zf2以及弦长bt，根据以上参数确定中弧线，其中α1＝α2＝αout；
(4)以光滑曲线连接M、E、F、N设计厚度分布，厚度分布曲线根据参数前缘半径Rler、尾缘半径Rter、弦长bt、供油管的轴心的轴向位置bf1、转速传感器的轴心的轴向位置bf2以及供油管、转速传感器位置的槽道厚度C1和C2确定，约束参数是M点厚度分布坐标(Rler,0)、E点坐标(bf1,C1)、F点坐标(bf2,C2)、N点坐标(bt,Rter)；
(5)离散厚度分布曲线，提取厚度分布曲线的坐标(La1,Cz1)、(La2,Cz2)、(La3,Cz3)，把厚度分布曲线坐标加载到中弧线上，生成支柱翼型，其中Lai，i＝1,2…，是厚度分布曲线的轴向尺寸坐标值，Czi，i＝1,2…，是厚度分布曲线的厚度尺寸值。
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