CN113919088A - 一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气位置设计方法 - Google Patents
一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气位置设计方法 Download PDFInfo
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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位置设计方法，包括以下步骤：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；然后依据压气机在全工况范围内安全稳定运行的最小喘振裕度，确定压气机的放气运行工况范围与放气量，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，进行压气机级间放气位置方案的设计，对不同级间放气位置方案进行压气机三维CFD计算，并进行计算结果评估分析，确定最终的放气位置方案。本发明可以获得压气机在低转速下的最佳级间防喘放气位置，把级间放气对压气机内部流动的影响降至最低。
Description
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
作为燃气轮机的三大核心部件之一，压气机的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。随着燃气轮机性能的飞速发展，时至今日，全工况下安全稳定运行已成为燃气轮机必需的技术要求，这就对其压气机在全转速范围内的稳定工作裕度提出了更大的挑战。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，级间放气防喘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有效提升；但由于将压气机内部经过压缩的气体在级间排出，很有可能会导致压气机本身的性能下降。鉴于以上原因，需要对压气机的级间放气方案特别是放气位置进行详细的设计与分析，在喘振裕度提升与压气机性能衰减之间进行综合评估。为此，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防喘放气结构的位置选择问题的一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气位置设计方法。
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位置设计方法，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，确定压气机的放气运行工况范围与放气量；
(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，进行压气机级间放气位置方案的设计；
(4)对不同级间放气位置方案进行压气机三维CFD计算，并进行计算结果评估分析，确定最终的放气位置方案。
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)中所述的最小喘振裕度不低于10％。
3、步骤(3)中级间放气位置方案设计具体为：以压气机失速发生级静叶、失速前一级静叶、失速后一级静叶三个位置的前端机匣部位作为放气位置方案。
4、步骤(4)中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的级间放气位置方案。
本发明的优势在于：
1、本发明充分考虑了压气机喘振裕度提升与本身性能衰减之间的平衡，可以获得压气机在低转速下的最佳级间防喘放气位置，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位置的快速设计，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位置设计方法的具体步骤为：
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：级间放气位置方案设计。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，进行压气机级间放气位置方案的设计。本发明以压气机失速发生级静叶、失速前一级静叶、失速后一级静叶三个位置的前端机匣部位作为放气位置方案。
步骤四：不同方案三维CFD计算分析。对不同级间放气位置方案进行压气机三维CFD计算，并进行计算结果评估分析，确定最终的放气位置方案。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的级间放气位置方案。
本发明提出的燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气位置设计方法，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 (5)
1.一种燃气轮机压气机低转速下中间级防喘放气位置设计方法，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，确定压气机的放气运行工况范围与放气量；
(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，进行压气机级间放气位置方案的设计；
(4)对不同级间放气位置方案进行压气机三维CFD计算，并进行计算结果评估分析，确定最终的放气位置方案。
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位置设计方法，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位置设计方法，其特征是：步骤(2)中所述的最小喘振裕度不低于10％。
4.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位置设计方法，其特征是：步骤(3)中级间放气位置方案设计具体为：以压气机失速发生级静叶、失速前一级静叶、失速后一级静叶三个位置的前端机匣部位作为放气位置方案。
5.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位置设计方法，其特征是：步骤(4)中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的级间放气位置方案。
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