CN114756979A - 一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法 - Google Patents

一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法 Download PDF

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王�琦
张舟
肖舒宁
万新超
洪青松
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Abstract

本发明的目的在于提供一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法，在确定压气机设计参数后，选择流量系数作为通流能力控制参数并进行逐级分布规律的参数化设计，通过控制各级的进口流量系数来控制轴向速度与流道尺寸，从而实现低压压气机各级通流能力的良好匹配。本发明通过关键控制参数的特定分布规律设计，实现了低压压气机内部各级之间通流能力的参数化匹配，提高了设计精度，缩短了设计周期。同时，本发明不仅局限于船用燃机低压压气机，同样适用于各种使用工况范围宽、低工况喘振裕度要求高的轴流压气机气动设计过程。

Description

一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机控制方法，具体地说是压气机控制方法。
背景技术
压气机作为船用燃气轮机最为重要的三大核心部件之一，其性能优劣直接影响着船用燃气轮机的技术性指标与经济性指标实现。随着船用燃气轮机效率、功率、稳定性等关键性能指标的不断提升，对压气机部件的设计提出了越来越高的要求。特别是对于低压压气机而言，要求其具备全工况范围内的宽喘振裕度与中高工况下的高效率，这使得高效率宽裕度低压压气机的气动设计成为船用燃气轮机设计体系中的核心难点。
由于多级轴流压气机内部流动机理十分复杂，固有的逆压梯度与多级相互干涉影响强烈，使其具有极高的设计难度。如何使压气机各级之间匹配良好，直接决定着压气机的效率与稳定工作范围。为此，必须探索和发展更具突破性与实用性的多级压气机级匹配设计技术，才能有力推动高效率宽裕度低压压气机设计体系的建立与完善。
发明内容
本发明的目的在于提供能解决船用燃机低压压气机级间通流匹配失衡所造成的低工况喘振裕度不足问题的一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法，其特征是：
(1)确定压气机设计参数，包括压气机进口条件、转速、流量、压比、级数、第一级动叶外径与轮毂比；
(2)选择级通流能力控制参数，采用流量系数φ作为通流能力控制参数，通过控制各级的进口流量系数来控制各级之间轴向速度与流道尺寸的匹配；
(3)流量系数φ逐级分布规律设计，给定流量系数φ与级序号i之间关系；
(4)一维反问题求解，将以上步骤获得的压气机设计参数与流量系数逐级分布结果作为输入变量，进行一维反问题求解，获得低压压气机各级通流能力的匹配设计方案。
本发明还可以包括：
1、步骤(3)中所述的给定流量系数φ与级序号i之间关系，采用如下方式：
根据压气机进口流量、转速、第一级动叶外径与轮毂比，确定第一级进口流量系数φ1；然后通过以下关系式确定各级流量系数φi：
Figure BDA0003527451010000021
本发明的优势在于：
1、本发明通过流量系数的逐级分布规律设计，实现了低压压气机内部各级之间通流能力的参数化匹配，有效解决了船用燃机低压压气机由于级间通流匹配失衡所导致的低工况喘振裕度不足问题，使船用燃机低压压气机的低工况性能得到了有效提升。
2、本发明可以实现船用燃机低压压气机气动方案的精细化设计，有效提高了船用燃机低压压气机的气动设计精度，缩短设计周期。
3、本发明不仅局限于船用燃机低压压气机，同样适用于各种使用工况范围宽、低工况喘振裕度要求高的轴流压气机气动设计过程。
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，本发明一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法的具体实施方式通过以下步骤实现：
步骤一：确定压气机设计参数。根据总体指标要求，确定低压压气机设计参数，包括压气机进口条件、转速、流量、压比、级数、第一级动叶外径与轮毂比等。
步骤二：选择级通流能力控制参数。采用流量系数φ作为通流能力控制参数，通过控制各级的进口流量系数来控制各级之间轴向速度与流道尺寸的匹配。
流量系数φ的定义如下：
Figure BDA0003527451010000031
其中C1a,m为压气机各级动叶进口平均半径处轴向速度，Uk为压气机各级动叶进口叶顶处圆周速度。
步骤三：流量系数φ逐级分布规律设计。
给定流量系数φ与级序号i之间关系如下：
根据压气机进口流量、转速、第一级动叶外径与轮毂比，确定第一级进口流量系数φ1；然后通过以下关系式确定各级流量系数φi：
Figure BDA0003527451010000032
步骤四：一维反问题求解。将以上步骤获得的压气机设计参数与流量系数逐级分布结果作为输入变量，进行一维反问题求解，获得低压压气机各级通流能力的匹配设计方案。
本发明提出的宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法具有通用性，不仅局限于船用燃机低压压气机，同样适用于各种使用工况范围宽、低工况喘振裕度要求高的轴流压气机气动设计过程。

Claims (2)

1.一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法，其特征是：
(1)确定压气机设计参数，包括压气机进口条件、转速、流量、压比、级数、第一级动叶外径与轮毂比；
(2)选择级通流能力控制参数，采用流量系数φ作为通流能力控制参数，通过控制各级的进口流量系数来控制各级之间轴向速度与流道尺寸的匹配；
(3)流量系数φ逐级分布规律设计，给定流量系数φ与级序号i之间关系；
(4)一维反问题求解，将以上步骤获得的压气机设计参数与流量系数逐级分布结果作为输入变量，进行一维反问题求解，获得低压压气机各级通流能力的匹配设计方案。
2.根据权利要求1所述的一种宽裕度船用燃机低压压气机级通流能力匹配方法，其特征是：步骤(3)中所述的给定流量系数φ与级序号i之间关系，采用如下方式：
根据压气机进口流量、转速、第一级动叶外径与轮毂比，确定第一级进口流量系数φ1；然后通过以下关系式确定各级流量系数φi：
Figure FDA0003527450000000011
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