CN115186399A - 一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法，进口导叶在叶顶部位具有正预旋，并从叶顶至叶根逐渐过渡为反预旋，通过控制进口导叶沿叶高各截面的出口预旋值，实现对第一级动叶叶顶相对马赫数的控制，从而有效改善压气机在低工况下的性能水平，提高了压气机的气动性能，并且本发明实现了进口导叶预旋沿叶高方向的定制设计，可有效提高设计精度，缩短设计周期。同时，本发明不仅局限于船用燃气轮机压气机，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的气动设计过程。

Description

一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机设计方法，具体地说是压气机导叶设计方法。

背景技术

随着船用燃气轮机性能水平的不断提升，压气机作为其三大核心部件之一，设计指标也在向着大流量、高压比、高效率和大喘振裕度的方向不断发展。特别是对于船用燃气轮机压气机而言，由于燃气轮机作为推进动力时独有的大范围变工况运行特点，压气机要在保证设计点性能的同时，还要强调低工况下的宽裕度高效运行，这就给压气机的气动设计带来了更大的挑战。

为了进一步提高压气机在宽工况范围内的性能指标，现代船用燃机压气机的气动设计日趋精细，各种先进技术发展迅速。其中，进口导叶作为调控压气机进气流量、来流马赫数等重要匹配参数的关键环节，需要在气动设计中特别考虑。

发明内容

本发明的目的在于提供能有效提升船用燃气轮机压气机在低工况下的性能水平的一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法，其特征是：

(1)沿径预旋设计：根据一维均径处通流设计结果，选择扭曲规律，进行压气机进口导叶的沿径预旋设计；

(2)S2反问题求解：给定进口导叶的沿径损失分布，与压气机其他各列叶片一起进行典型S2流面的流线曲率法求解；

(3)叶片造型设计：根据S2反问题求解结果，进行压气机进口导叶叶片造型设计参数的计算，并以此为基础，完成进口导叶的叶片造型设计。

本发明还可以包括：

1、步骤(1)中采用等反动度扭曲规律或居间扭曲规律，将压气机第一级动叶叶顶进口相对马赫数控制在1.0以下为设计目标。

2、步骤(2)中所述的给定进口导叶的沿径损失分布，采用给定进口导叶总压恢复系数沿径分布规律的方式。

3、步骤(3)中所述的进行压气机进口导叶叶片造型设计参数的计算，采用如下方式：

叶型弯角ε：

式中，α₂为出口气流角，△α为气流转折角；b/t为叶栅稠度；

为叶型相对最大厚度；

叶型进口几何角α_1k：

α_1k＝α₁＝90°；

叶型出口几何角α_2k：

叶型进口、出口楔角χ₁、χ₂：

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；

叶型安装角γ：

对进口导叶叶顶正预旋过渡至叶根反预旋的每个对应截面位置，按照预旋类型选择相应的计算方法，完成各截面叶型关键设计参数的计算，并以此为基础，完成进口导叶的叶片造型设计。

本发明的优势在于：

1、本发明通过控制进口导叶沿叶高各截面的出口预旋值，实现对第一级动叶叶顶相对马赫数的控制，从而有效改善压气机在低工况下的性能水平，提高了压气机的气动性能。

2、本发明实现了进口导叶预旋沿叶高方向的定制设计，可有效提高设计精度，缩短设计周期。

3、本发明不仅局限于船用燃气轮机压气机，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的气动设计过程。

附图说明

图1为本发明设计的过渡预旋式进口导叶示意图；

图2为本发明的流程图；

图3为导叶预旋方向及叶型设计关键参数定义图。

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1-3，参照图1所示，本发明一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计的方法，该进口导叶在叶顶部位具有正预旋，并从叶顶至叶根逐渐过渡为反预旋，通过控制各截面的出口预旋值，实现对第一级动叶叶顶相对马赫数的控制，从而实现压气机低工况性能的改善。

参照图2、3所示，本发明的具体实施方式通过以下步骤实现：

步骤一：沿径预旋设计。根据一维均径处通流设计结果，选择合适的扭曲规律，进行压气机进口导叶的沿径预旋设计。其中扭曲规律采用等反动度扭曲规律或居间扭曲规律，以将压气机第一级动叶叶顶进口相对马赫数控制在1.0以下为设计目标。

步骤二：S2反问题求解。采用给定进口导叶总压恢复系数沿径分布规律的方式，给定进口导叶的沿径损失分布，与压气机其他各列叶片一起进行典型S2流面的流线曲率法求解。

步骤三：叶片造型设计。根据S2反问题求解结果，进行压气机进口导叶叶片造型关键设计参数的计算。具体采用如下方式：

叶型弯角ε：

式中，α₂为出口气流角，△α为气流转折角；b/t为叶栅稠度；

为叶型相对最大厚度。

叶型进口几何角α_1k：

α_1k＝α₁＝90°

叶型出口几何角α_2k：

叶型进口、出口楔角χ₁、χ₂：

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。

叶型安装角γ：

对进口导叶叶顶正预旋逐渐过渡至叶根反预旋的每个对应截面位置，按照预旋类型选择相应的计算方法，完成各截面叶型关键设计参数的计算，并以此为基础，完成进口导叶的叶片造型设计。

本发明提出的一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶及其设计方法具有通用性，不仅局限于船用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的气动设计过程。

Claims (4)

1.一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法，其特征是：

(1)沿径预旋设计：根据一维均径处通流设计结果，选择扭曲规律，进行压气机进口导叶的沿径预旋设计；

(2)S2反问题求解：给定进口导叶的沿径损失分布，与压气机其他各列叶片一起进行典型S2流面的流线曲率法求解；

(3)叶片造型设计：根据S2反问题求解结果，进行压气机进口导叶叶片造型设计参数的计算，并以此为基础，完成进口导叶的叶片造型设计。

2.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法，其特征是：步骤(1)中采用等反动度扭曲规律或居间扭曲规律，将压气机第一级动叶叶顶进口相对马赫数控制在1.0以下为设计目标。

3.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法，其特征是：步骤(2)中所述的给定进口导叶的沿径损失分布，采用给定进口导叶总压恢复系数沿径分布规律的方式。

4.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机压气机过渡预旋式进口导叶设计方法，其特征是：步骤(3)中所述的进行压气机进口导叶叶片造型设计参数的计算，采用如下方式：

叶型弯角ε：

式中，α₂为出口气流角，△α为气流转折角；b/t为叶栅稠度；

为叶型相对最大厚度；

叶型进口几何角α_1k：

α_1k＝α₁＝90°；

叶型出口几何角α_2k：

叶型进口、出口楔角χ₁、χ₂：

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；

叶型安装角γ：

对进口导叶叶顶正预旋过渡至叶根反预旋的每个对应截面位置，按照预旋类型选择相应的计算方法，完成各截面叶型关键设计参数的计算，并以此为基础，完成进口导叶的叶片造型设计。

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