CN113792502B - 一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法 - Google Patents

一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法，包括以下步骤：通过三维CFD计算，获得压气机的特性曲线与低转速下喘振边界点时的失速区域位置，根据三维CFD计算获得的压气机特性曲线，获得压气机的共同工作线；然后依据最小喘振裕度要求，确定压气机的放气运行工况范围与初始放气量，根据失速区域位置，确定压气机级间放气位置，根据确定的放气位置与初始放气量，设计不同的放气量方案，对不同放气量方案进行压气机三维CFD计算，确定最终放气量方案。本发明可以获得压气机在低转速下防喘放气的最佳放气量，充分考虑了压气机喘振裕度提升与性能损耗之间的平衡，把级间放气对压气机内部流动的影响降至最低。

Description

一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机控制方法，具体地说是压气机防喘方法。
背景技术
压气机作为燃气轮机的三大核心部件之一，其性能优劣与可靠稳定直接影响着燃气轮机安全性、技术性与经济性指标的实现。同时，由于燃气轮机需要在具有高工况性能的同时，保证在全工况范围内的安全稳定运行，这就对其压气机的喘振裕度指标提出了较高的要求。因此，往往需要在压气机上采用各种防喘扩稳技术，以提高其在低转速下的喘振裕度。
在各种压气机防喘扩稳技术中，级间放气是提高喘振裕度最为常用的技术手段之一。通过级间放气使压气机的共同工作线向下平移，可以使压气机的喘振裕度得到提升；但是，由于将压气机内部经过压缩的气体在级间排出，可能会导致压气机本身的性能下降；同时长时间大量放气所带来的噪声与热量还可能对环境造成不良影响。为此，需要对压气机的级间放气方案进行详细的设计与分析，在喘振裕度提升与压气机性能变化、环境影响等方面进行综合评估。有鉴于此，必须发展燃气轮机压气机的级间放气防喘设计方法，形成适合于实际工程设计应用的压气机级间放气防喘设计技术。
发明内容
本发明的目的在于提供能解决低转速下喘振裕度不足问题等的一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法，其特征是：
(1)通过三维CFD计算，获得压气机的特性曲线与低转速下喘振边界点时的失速区域位置；
(2)根据三维CFD计算获得的压气机特性曲线，通过燃气轮机的总体性能仿真，获得压气机的共同工作线；然后依据压气机在全工况范围内安全稳定运行的最小喘振裕度要求，确定压气机的放气运行工况范围与初始放气量；
(3)根据三维CFD计算获得的压气机在低转速下近喘振点时的失速区域位置，确定压气机级间放气位置；
(4)根据确定的放气位置与初始放气量，设计不同的放气量方案；
(5)对不同放气量方案进行压气机三维CFD计算，并进行计算结果评估分析，确定最终放气量方案。
本发明还可以包括：
1、步骤(1)中通过三维CFD计算，获得压气机的特性曲线与低转速下喘振边界点时的失速区域位置，具体为：在给定压气机转速、进口总温和总压的基础上，通过改变压气机出口静压值获得压气机在该转速下的特性曲线，并寻找压气机数值计算的发散点，取临界发散点作为压气机在该转速下的喘振边界点。
2、步骤(2)中最小喘振裕度要求具体为：压气机在全工况范围内的最小喘振裕度不低于10％。
3、步骤(3)中所述的压气机级间放气位置为压气机失速发生级静叶前端机匣部位。
4、步骤(4)中所述的放气量方案具体为：以初始放气量占进口流量的百分比n％作为基础，在(n±2)％范围内均布设置3～5个样本，形成不同放气量方案。
5、步骤(5)中所述的进行计算结果评估分析具体为：以压气机喘振边界扩张量与内部流场改善情况作为评估标准，选择喘振边界扩张量最大、对失速团削弱最多且对叶根处流动分离影响最小的方案作为最终放气量方案。
本发明的优势在于：
1、本发明可以获得压气机在低转速下防喘放气的最佳放气量，充分考虑了压气机喘振裕度提升与性能损耗之间的平衡，把级间放气对压气机内部流动的影响降至最低。
2、本发明实现了压气机低转速下中间级防喘放气流量的快速设计，并且能够直接集成至现有的压气机防喘设计体系流程中，可有效缩短设计周期，提高设计效率。
3、本发明不仅局限于燃气轮机压气机，同样适用于各种工业用多级压缩机、航空发动机压气机的气动设计过程。
附图说明
图1为本发明的流程图。
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，本发明一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法通过以下步骤实现：
步骤一：压气机三维CFD计算分析。通过三维CFD计算，获得压气机的特性曲线与低转速下喘振边界点时的失速区域位置。通常是在给定压气机转速、进口总温和总压的基础上，通过改变压气机出口静压值获得压气机在该转速下的特性曲线，并寻找压气机数值计算的发散点，取临界发散点作为压气机在该转速下的喘振边界点。
步骤二：整机总体性能仿真分析。根据三维CFD计算获得的压气机特性曲线，以及其他部件在不同工况下的特性数据，通过燃气轮机的总体性能仿真，获得压气机的共同工作线；然后依据压气机在全工况范围内安全稳定运行的最小喘振裕度要求，确定压气机的放气运行工况范围与初始放气量。对于燃气轮机，一般要求压气机在全工况范围内的最小喘振裕度不低于10％。
步骤三：确定级间放气位置。根据三维CFD计算获得的压气机在低转速下近喘振点时的失速区域位置，确定压气机级间放气位置。通常选择压气机失速发生级静叶前端机匣部位作为级间放气位置。
步骤四：放气量方案设计。根据确定的放气位置与初始放气量，设计不同的放气量方案。本发明以初始放气量占进口流量的百分比n％作为基础，在(n±2)％范围内均布设置3～5个样本，形成不同放气量方案。
步骤五：不同方案三维CFD计算分析。对不同放气量方案进行压气机三维CFD计算，并进行计算结果评估分析，确定最终放气量方案。通常以压气机喘振边界扩张量与内部流场改善情况作为评估标准，一般选择喘振边界扩张量最大、对失速团削弱最多且对叶根处流动分离影响最小的方案作为最终放气量方案。
本发明提出的燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法，不仅局限于燃气轮机压气机，同样适用于各种工业用多级压缩机、航空发动机压气机的气动设计过程。

Claims (3)

1.一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法，其特征是：
(1)通过三维CFD计算，获得压气机的特性曲线与低转速下喘振边界点时的失速区域位置；
(2)根据三维CFD计算获得的压气机特性曲线，通过燃气轮机的总体性能仿真，获得压气机的共同工作线；然后依据压气机在全工况范围内安全稳定运行的最小喘振裕度要求，确定压气机的放气运行工况范围与初始放气量；
(3)根据三维CFD计算获得的压气机在低转速下近喘振点时的失速区域位置，确定压气机级间放气位置，压气机级间放气位置为压气机失速发生级静叶前端机匣部位；
(4)根据确定的放气位置与初始放气量，设计不同的放气量方案，放气量方案具体为：以初始放气量占进口流量的百分比n％作为基础，在(n±2)％范围内均布设置3～5个样本，形成不同放气量方案；
(5)对不同放气量方案进行压气机三维CFD计算，并进行计算结果评估分析，确定最终放气量方案，进行计算结果评估分析具体为：以压气机喘振边界扩张量与内部流场改善情况作为评估标准，选择喘振边界扩张量最大、对失速团削弱最多且对叶根处流动分离影响最小的方案作为最终放气量方案。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法，其特征是：步骤(1)中通过三维CFD计算，获得压气机的特性曲线与低转速下喘振边界点时的失速区域位置，具体为：在给定压气机转速、进口总温和总压的基础上，通过改变压气机出口静压值获得压气机在该转速下的特性曲线，并寻找压气机数值计算的发散点，取临界发散点作为压气机在该转速下的喘振边界点。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气流量设计方法，其特征是：步骤(2)中最小喘振裕度要求具体为：压气机在全工况范围内的最小喘振裕度不低于10％。
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