CN115186398B - 一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法，以叶型弯角作为切入点，最终计算得到进口导叶叶片造型的关键角度参数。本发明能够快速、准确地计算出轴流压气机常用进口导叶叶型在设计状态下的造型关键角度参数，有效提高了设计精度，并且有效减少了通过三维计算来修正轴流压气机进口导叶叶片角度造型参数的次数，实现了流程化计算，可节省大量的设计迭代时间，缩短设计周期。同时，本发明不仅局限于燃气轮机轴流压气机，同样适用于各种工业用轴流压缩机、航空发动机轴流压气机/风扇的气动设计过程。

Description

一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机设计方法，具体地说是压气机设计方法。

背景技术

随着燃气轮机性能的不断提升，压气机作为燃气轮机的关键核心部件之一，其性能需求也在向着更强通流能力、更高压比、更高效率和更大喘振裕度的方向在不断发展，这对压气机的气动设计也提出了更高的要求。所谓压气机气动设计，其本质就是将压气机气动性能需求转换成几何造型的过程。而叶片的几何造型设计则是这个过程中最重要的关键环节之一。

如何将准三维通流设计结果转换为叶片的几何造型，其中的关键在于叶片造型角度参数的确定。叶片造型角度参数准确与否，直接决定着进入下一列叶片的气流方向与流场状态。可以说，合理、准确的叶片造型角度参数直接关系着气体在压气机的内部能否按设计预期流动，这对压气机气动性能指标的实现起着决定性的作用。

进口导叶作为轴流压气机中特殊的一类叶片，其叶型特征及设计方式与动、静叶片不同。而进口导叶又承担着调节整个压气机进口来流方向的重要作用，直接影响着压气机首级动叶的来流攻角、马赫数分布与增压能力等，这些都会对整个轴流压气机的气动性能产生重大影响。因此，必须针对进口导叶开展相应的设计手段与方法研究，不断形成技术突破。

发明内容

本发明的目的在于提供能解决轴流压气机气动设计中进口导叶叶片造型的关键角度参数确定问题的一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法，其特征是：

(1)计算叶型弯角，轴流压气机进口导叶叶型的预旋设计按照其出口切向速度的方向归为正预旋与反预旋两类，其中出口切向速度的方向与轴流压气机动叶选择方向相同为正预旋，相反则为反预旋；根据进口导叶叶型预旋类型与所在截面出口气流角α₂值的具体情况，进行叶型弯角ε的计算；

(2)确定出口几何角，叶型进口、出口几何角α_1k、α_2k分别为叶型中弧线在前、尾缘点切线与圆周方向的夹角，根据轴流压气机通流反问题设计结果，获得叶栅进口气流角α₁与出口气流角α₂，对于进口导叶，进口几何角α_1k＝α₁＝90°；出口几何角在正预旋时α_2k＝α_1k+ε，反预旋时α_2k＝α_1k-ε；

(3)确定进出口楔角，叶型进口、出口楔角χ₁、χ₂分别为叶型中弧线在前、尾缘点切线与弦线的夹角，根据进口导叶叶型的中弧线形式，确定进口、出口楔角χ₁、χ₂值；

(4)计算叶型安装角，根据进口几何角β_1k和进口楔角χ₁，计算进口导叶的叶型安装角，在正预旋时γ＝α_1k+χ₁，反预旋时γ＝α_1k-χ₁。

本发明还可以包括：

1、步骤(1)中所述的根据进口导叶叶型预旋类型与所在截面出口气流角α₂值的具体情况，进行叶型弯角ε的计算，采用如下方式：

式中，△α为气流转折角；b/t为叶栅稠度；为叶型相对最大厚度。

2、步骤(3)中所述的根据进口导叶叶型的中弧线形式，确定进口、出口楔角χ₁、χ₂值，采用如下方式：

当中弧线相对最大挠度位置取0.45时，χ₁＝0.6ε，χ₂＝0.4ε；

当中弧线相对最大挠度位置取0.5时，χ₁＝χ₂＝0.5ε。

本发明的优势在于：

1、本发明能够快速、准确地计算出轴流压气机常用进口导叶叶型在设计状态下的造型关键角度参数，有效提高了设计精度，提高了压气机的气动性能。

2、本发明有效减少了通过三维计算来修正轴流压气机进口导叶叶片角度造型参数的次数，实现了流程化计算，可节省大量的设计迭代时间，缩短设计周期。

3、本发明不仅局限于燃气轮机轴流压气机，同样适用于各种工业用轴流压缩机、航空发动机轴流压气机/风扇的气动设计过程。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为轴流压气机进口导叶叶片造型关键角度参数定义图。

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1-2，本发明一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法，通过以下步骤实现：

步骤一：计算叶型弯角。轴流压气机进口导叶叶型的预旋设计按照其出口切向速度的方向可以归为正预旋与反预旋两类，其中出口切向速度的方向与轴流压气机动叶选择方向相同为正预旋，相反则为反预旋；根据进口导叶叶型预旋类型与所在截面出口气流角α₂值的具体情况，进行叶型弯角ε的计算；

步骤二：确定出口几何角。叶型进口、出口几何角α_1k、α_2k分别为叶型中弧线在前、尾缘点切线与圆周方向的夹角。根据轴流压气机通流反问题设计结果，获得叶栅进口气流角α₁与出口气流角α₂，对于进口导叶，进口几何角α_1k＝α₁＝90°；出口几何角在正预旋时α_2k＝α_1k+ε，反预旋时α_2k＝α_1k-ε；

步骤三：确定进出口楔角。叶型进口、出口楔角χ₁、χ₂分别为叶型中弧线在前、尾缘点切线与弦线的夹角。根据进口导叶叶型的中弧线形式，确定进口、出口楔角χ₁、χ₂值；

步骤四：计算叶型安装角。根据进口几何角β_1k和进口楔角χ₁，可以计算进口导叶的叶型安装角，在正预旋时γ＝α_1k+χ₁，反预旋时γ＝α_1k-χ₁。

进一步的：步骤一中所述的“根据进口导叶叶型预旋类型与所在截面出口气流角α₂值的具体情况，进行叶型弯角ε的计算”，采用如下方式：

式中，△α为气流转折角；b/t为叶栅稠度；为叶型相对最大厚度。

进一步的：步骤三中所述的“根据进口导叶叶型的中弧线形式，确定进口、出口楔角χ₁、χ₂值”，采用如下方式：

当中弧线相对最大挠度位置取0.45时，χ₁＝0.6ε，χ₂＝0.4ε；

当中弧线相对最大挠度位置取0.5时，χ₁＝χ₂＝0.5ε。

Claims (3)

1.一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法，其特征是：

(1)计算叶型弯角，轴流压气机进口导叶叶型的预旋设计按照其出口切向速度的方向归为正预旋与反预旋两类，其中出口切向速度的方向与轴流压气机动叶选择方向相同为正预旋，相反则为反预旋；根据进口导叶叶型预旋类型与所在截面出口气流角α₂值的具体情况，进行叶型弯角ε的计算；

(2)确定出口几何角，叶型进口、出口几何角α_1k、α_2k分别为叶型中弧线在前、尾缘点切线与圆周方向的夹角，根据轴流压气机通流反问题设计结果，获得叶栅进口气流角α₁与出口气流角α₂，对于进口导叶，进口几何角α_1k＝α₁＝90°；出口几何角在正预旋时α_2k＝α_1k+ε，反预旋时α_2k＝α_1k-ε；

(3)确定进出口楔角，叶型进口、出口楔角χ₁、χ₂分别为叶型中弧线在前、尾缘点切线与弦线的夹角，根据进口导叶叶型的中弧线形式，确定进口、出口楔角χ₁、χ₂值；

(4)计算叶型安装角，根据进口几何角β_1k和进口楔角χ₁，计算进口导叶的叶型安装角，在正预旋时γ＝α_1k+χ₁，反预旋时γ＝α_1k-χ₁。

2.根据权利要求1所述的一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法，其特征是：步骤(1)中所述的根据进口导叶叶型预旋类型与所在截面出口气流角α₂值的具体情况，进行叶型弯角ε的计算，采用如下方式：

式中，△α为气流转折角；b/t为叶栅稠度；为叶型相对最大厚度。

3.根据权利要求1所述的一种轴流压气机进口导叶造型关键角度参数确定方法，其特征是：步骤(3)中所述的根据进口导叶叶型的中弧线形式，确定进口、出口楔角χ₁、χ₂值，采用如下方式：

当中弧线相对最大挠度位置取0.45时，χ₁＝0.6ε，χ₂＝0.4ε；

当中弧线相对最大挠度位置取0.5时，χ₁＝χ₂＝0.5ε。