CN116950931A - 一种可调式压气机自循环机匣处理结构 - Google Patents
一种可调式压气机自循环机匣处理结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116950931A CN116950931A CN202310564409.5A CN202310564409A CN116950931A CN 116950931 A CN116950931 A CN 116950931A CN 202310564409 A CN202310564409 A CN 202310564409A CN 116950931 A CN116950931 A CN 116950931A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- casing
- compressor
- flow
- self
- pivot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/56—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
- F04D29/563—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable specially adapted for elastic fluid pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
- F04D27/0246—Surge control by varying geometry within the pumps, e.g. by adjusting vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本发明提供一种可调式压气机自循环机匣处理结构，基于现有的自循环式机匣处理的结构形式，在回流腔内设置微型可调导叶。根据气动设计得到不同工况下可调导叶的开度规律，设计可调导叶及转动机构的结构，并在机匣外部设置电动或液压装置驱动可调导叶，实现全工况可变调节。这种流场的被动控制方法能够有效控制压气机叶尖处间隙泄漏流的影响，削弱叶尖处的吸力面分离，改善动叶叶顶来流流量，提高压气机在不同转速下的稳定工作裕度，属于压气机流动控制领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调式压气机自循环机匣处理结构，属于压气机流动控制领域。
背景技术
燃气轮机在船舶动力和民用发电领域有着越来越广泛的应用，随着燃气轮机技术的不断发展以及对船舶运行环境的苛刻要求，提升燃气轮机性能对国家的船舶工业乃至国家的科技水平有着重要的影响。而现代燃气轮机正不断朝向高效率、高负荷和高稳定工作范围发展。
压气机是燃气轮机的核心部件之一。高性能的轴流压气机要求具有较少的级数，还需要有高压比、高通流能力、高效率和宽广的稳定工作范围。然而，这些要求之间本身就存在着一定的矛盾，过分的追求高压比、高效率就一定会牺牲压气机的稳定性。在实际运行工作中，压气机很难始终运行在设计工况下，就会导致各级的气流参数与其级参数不匹配，如果压气机的稳定运行工况线很窄，就会导致发动机进入旋转失速和喘振，这是实际运行所不允许出现的。因此，在压气机的设计中，高稳定裕度也是设计者必须要考虑的一个很重要的参数。
在原始设计的压气机中，如果稳定裕度满足不了要求，就需要通过别的控制方法来提高压气机的稳定裕度。现在主要有两大类提高稳定裕度的方法，即主动控制和被动控制。而主动控制技术还基本上处于实验室的探索阶段，现在还远达不到工程实际运用的需要。而被动控制技术的研究开展的很早，经过几十年的研究与发展，已经出现了多种控制技术，这其中运用最广泛的包括：压气机中间级放气、可调进口导叶和静叶、机匣处理、采用柔性叶片和开缝叶片等方法。相比于其它各种被动控制方法，机匣处理是一种简单而有效的控制技术，其应用越来越广泛，可以说，机匣处理是当前叶轮机械领域应用最为广泛的扩稳技术之一。目前应用在压气机上的机匣处理均采用固定样式，加工方便，应用简单，但涉及到一个最主要的问题是，压气机在设计工况下运作时，机匣处理将会带来额外的流动损失导致压气机效率下降。开发一款可调控机匣处理结构来应对压气机的不同工况具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了在有效改善压气机端区流动情况下，不过多影响压气机工作效率，同时又可以有效改善压气机稳定工作裕度。传统的处理机匣为了增加喘振裕度，必然会破坏原有已定型的流动状态，造成压气机效率的下降，一般设计点效率会降低2％以上，对于目前设计效率已经接近90％的先进船舶燃机压气机来讲，是非常可观的。
本发明的可调式压气机自循环机匣处理结构引入了变几何的流动控制思想，将压气机的部分机匣结构作为控制变量，直接干预燃机变工况过程中处理机匣的控制效果。通过旋转回流腔内的可转导叶，来实现增大或减小从叶顶尾缘向叶顶前缘的引气量大小，从而改善动叶叶顶区域的流动状况，在燃机变工况过程中达到最优的流动控制效果。
本发明的目的是这样实现的：包括电动机、滑动连杆、转轴、可转导叶、周向环，电动机、滑动连杆、周向环设置在压气机机匣外部，可转导叶、转轴镶嵌于处理机匣内部，转轴与可转导叶中心连接，压气机机匣a与压气机机匣b通过转轴连接固定，压气机机匣a与压气机机匣b中间空间形成回流腔，转轴穿过机匣b延伸至机匣外部，转轴与机匣b中间通过轴承进行固定于旋转，电动机通过滑动连杆与周向环相连接，滑动连杆在电动机的旋转下推动周向环的周向正、反方向旋转，位于机匣外部的转轴与周向环通过齿轮结构连接，周向环进行周向旋转时将带动转轴进行旋转。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述电动机有三个，等间距设置在机匣外部。
2.从引气孔处进行引气，通过可转导叶后，从排气孔进行排出；通过电动机的旋转，使整周回流腔内的可转导叶进行旋转，控制回流腔内流通面积的大小，增加或减小回流腔内流量，控制排气孔排出气体流量的大小，对压气机动叶顶端流场进行不间断调节。
3.排气孔与叶片前缘距离为弦长的5％～10％；引气孔与叶片尾缘距离为弦长的5％～10％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明基于现有的自循环式机匣处理的结构形式，在回流腔内设置微型可调导叶。根据气动设计得到不同工况下可调导叶的开度规律，设计可调导叶及转动机构的结构，并在机匣外部设置电动或液压装置驱动可调导叶，实现全工况可变调节。这种流场的被动控制方法能够有效控制压气机叶尖处间隙泄漏流的影响，削弱叶尖处的吸力面分离，改善动叶叶顶来流流量，提高压气机在不同转速下的稳定工作裕度。
本发明所述的压气机自循环式可调机匣处理结构，能够有效改善叶片端区流动，抑制叶顶泄漏涡对主流区以及后排静叶的影响，提高压气机在不同转速下的稳定工作裕度。
1.相比于传统的自循环机匣处理结构，本发明所述的自循环式可调机匣处理结构可以根据压气机不同工况对回流腔内部可转导叶进行旋转，解决了传统机匣处理结构在压气机设计工况下对压气机效率的影响。
2.相比于其他种机匣处理结构，本发明所述的自循环式可调机匣处理结构通过在动叶尾缘处进行引气，在动叶前缘处进行排气，不仅改善了叶片尾缘处吸力面的分离情况，而且改善了动叶叶顶处流量，提高了流动的稳定性。
3.相比于主动控制机匣处理结构，本发明所述的自循环式可调机匣处理结构，可以在不损失压缩流体的情况下，通过压气机内部压力梯度进行自动引气，降低了气体损耗。
4.本发明所述的自循环式可调机匣处理结构可以达到0％～100％的引气流量，可以较细致的调整动叶叶顶的流场。
附图说明
图1为所述的压气机自循环式可调机匣处理刨面图示意图；
图2为所述的压气机自循环式可调机匣处理三维立体示意图；
图3为所述的压气机自循环式可调机匣处理各具体参数设计技术路线图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
根据现有压气机实际工作情况，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，通过对压气机内部的流场分析来确定机匣处理的引气孔与排气孔的位置，回流腔内可转导叶的旋转角度，建立燃机在不同工况下，压气机失速边界、工作效率等与可转导叶旋转角度之间的内在联系。
对于所述压气机自循环式可调机匣处理结构，布置位置位于动叶叶顶处：
(1)排气孔位于动静叶中间处，与叶片前缘距离为弦长的5％～10％。
(2)引气孔与叶片尾缘距离为弦长的5％～10％。
对于所述压气机自循环式可调机匣处理结构，根据压气机转速的不同选择不同的可转导叶旋转角度，来控制回流腔内流量大小。
1、结构组成
图1为所述压气机自循环式可调机匣处理结构刨面图示意图，图2为所述的压气机自循环式可调机匣处理三维立体示意图。本发明所述压气机自循环式可调机匣处理结构是在压气机机匣上进行加工改造，其包含电动机9，滑动连杆8，转轴3，可转导叶4，周向环5等部件。
电动机9，滑动连杆8，周向环5位于压气机机匣外部，可转导叶4，转轴3镶嵌于处理机匣内部。转轴3穿过并固定于可转导叶4中心，转轴的转动将带动可转导叶的旋转。压气机机匣a62与压气机机匣b61通过转轴连接固定，机匣a与机匣b中间空间为回流腔10，转轴穿过机匣b延伸至机匣外部，转轴与机匣b中间通过轴承进行固定于旋转。机匣外部均匀分布三个小型电动机，电动机通过滑动连杆与周向环相连接，三个电动机以相同的转速旋转相同的角度，滑动连杆在电动机的旋转下推动周向环的周向正、反方向旋转。位于机匣外部的转轴与机匣外的周向环通过齿轮结构7的方式进行连接，周向环进行周向旋转时将带动其所接触的所有转轴进行旋转。
2、实施方式
本发明的工作原理如下所述：如图1所示，自循环式可调机匣处理从引气孔2处进行引气，通过可转导叶后，从排气孔1进行排出。通过电动机的旋转，可以使得整周回流腔内的可转导叶进行旋转，控制回流腔内流通面积的大小，以达到增加或减小回流腔内流量的目的，从而控制排气孔排出气体流量的大小，对压气机动叶顶端流场进行不间断调节。
附图3为所述的压气机自循环式可调机匣处理各具体参数设计技术路线图。首先根据理论依据，并通过三维计算结果，分析在不同转速下的压气机失速时的三维流场分布，预设自循环可调机匣处理的引气孔与排气孔的位置，预设可转导叶的旋转角度即确定自循环回流腔的流通面积。对预设的机匣处理结构进行三维数值仿真。根据三维数值仿真结果，如效率变化值，稳定工作裕度值等，来判断预设机匣处理参数是否满足所需要求，以及在失速边界处预设机匣处理参数是否对流场有较大影响，判断排气孔处是否有效的改善了叶顶来流流场。若不满足所需要求，根据具体的三维流场对机匣处理参数进行略微调整。
Claims (5)
1.一种可调式压气机自循环机匣处理结构，其特征在于：包括电动机、滑动连杆、转轴、可转导叶、周向环，电动机、滑动连杆、周向环设置在压气机机匣外部，可转导叶、转轴镶嵌于处理机匣内部，转轴与可转导叶中心连接，压气机机匣a与压气机机匣b通过转轴连接固定，压气机机匣a与压气机机匣b中间空间形成回流腔，回流腔的两端分别为排气孔和引气孔，转轴穿过机匣b延伸至机匣外部，转轴与机匣b中间通过轴承进行固定于旋转，电动机通过滑动连杆与周向环相连接，滑动连杆在电动机的旋转下推动周向环的周向正、反方向旋转，位于机匣外部的转轴与周向环通过齿轮结构连接，周向环进行周向旋转时将带动转轴进行旋转。
2.根据权利要求1所述的一种可调式压气机自循环机匣处理结构，其特征在于：所述电动机有三个，等间距设置在机匣外部。
3.根据权利要求1或2所述的一种可调式压气机自循环机匣处理结构，其特征在于：从引气孔处进行引气，通过可转导叶后，从排气孔进行排出；通过电动机的旋转，使整周回流腔内的可转导叶进行旋转，控制回流腔内流通面积的大小，增加或减小回流腔内流量，控制排气孔排出气体流量的大小，对压气机动叶顶端流场进行不间断调节。
4.根据权利要求1或2所述的一种可调式压气机自循环机匣处理结构，其特征在于：排气孔与叶片前缘距离为弦长的5％～10％；引气孔与叶片尾缘距离为弦长的5％～10％。
5.根据权利要求3所述的一种可调式压气机自循环机匣处理结构，其特征在于：排气孔与叶片前缘距离为弦长的5％～10％；引气孔与叶片尾缘距离为弦长的5％～10％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310564409.5A CN116950931A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种可调式压气机自循环机匣处理结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310564409.5A CN116950931A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种可调式压气机自循环机匣处理结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116950931A true CN116950931A (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=88459228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310564409.5A Pending CN116950931A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种可调式压气机自循环机匣处理结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116950931A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203809365U (zh) * | 2014-03-21 | 2014-09-03 | 西门子（中国）有限公司 | 燃气轮机导叶的驱动机构及其燃气轮机 |
| CN108138659A (zh) * | 2015-09-30 | 2018-06-08 | 西门子股份公司 | 压气机装置和燃气涡轮发动机 |
| CN108506241A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-09-07 | 重庆江增船舶重工有限公司 | 一种压缩机防喘阀的控制方法 |
| CN112041567A (zh) * | 2018-05-14 | 2020-12-04 | 株式会社Ihi | 离心压缩机 |
| CN212672114U (zh) * | 2020-03-20 | 2021-03-09 | 福州市虚谷技术有限公司 | 一种用于离心机的导叶调节机构 |
| CN113217464A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-06 | 江苏科技大学 | 一种组合式压气机机匣结构 |
-
2023
- 2023-05-18 CN CN202310564409.5A patent/CN116950931A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203809365U (zh) * | 2014-03-21 | 2014-09-03 | 西门子（中国）有限公司 | 燃气轮机导叶的驱动机构及其燃气轮机 |
| CN108138659A (zh) * | 2015-09-30 | 2018-06-08 | 西门子股份公司 | 压气机装置和燃气涡轮发动机 |
| CN108506241A (zh) * | 2018-03-21 | 2018-09-07 | 重庆江增船舶重工有限公司 | 一种压缩机防喘阀的控制方法 |
| CN112041567A (zh) * | 2018-05-14 | 2020-12-04 | 株式会社Ihi | 离心压缩机 |
| CN212672114U (zh) * | 2020-03-20 | 2021-03-09 | 福州市虚谷技术有限公司 | 一种用于离心机的导叶调节机构 |
| CN113217464A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-06 | 江苏科技大学 | 一种组合式压气机机匣结构 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 温华兵: "内燃机涡轮增压器噪声分析及控制技术", vol. 1, 31 January 2018, 上海科学技术出版社, pages: 87 - 88 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108254206B (zh) | 一种用于高总压比多级压气机性能试验的状态调节方法 | |
| CN103195757B (zh) | 一种结合附面层抽吸的对转压气机气动设计方法 | |
| KR20030081059A (ko) | 가변형상 터빈 | |
| CN111255744B (zh) | 一种控制压气机/风扇静子叶片吸力面流动分离的微喷气方法 | |
| CN112685929B (zh) | 一种船舶燃气轮机压气机回流腔-扰流片式处理机匣设计方法 | |
| GB1006147A (en) | Centrifugal gas compressors | |
| CN215595986U (zh) | 一种混流式风扇气动结构 | |
| CN101949305A (zh) | 涡轮增压器复合喷嘴装置 | |
| CN113107903B (zh) | 一种对转压气机可周向偏转的自循环机匣处理装置 | |
| CN105308272A (zh) | 半径流入式轴流涡轮机以及涡轮增压器 | |
| CN112464357A (zh) | 一种船舶燃气轮机轴流压气机低工况可转导叶转角规律设计方法 | |
| CN118313094B (zh) | 一种斜流风机的流道的设计方法、设计装置和斜流风机 | |
| CN113677595B (zh) | 包括导流叶片的涡轮喷射引擎短舱的进气管 | |
| CN107092763B (zh) | 具有可铸造性的透平机械叶轮的三维设计方法 | |
| CN210949272U (zh) | 一种小叶片独立设计的楔形整体式扩压器 | |
| US4011028A (en) | Axial-flow transsonic compressor | |
| CN112065737B (zh) | 一种基于超大展弦比的超高压比单级轴流压气机 | |
| CN116950931A (zh) | 一种可调式压气机自循环机匣处理结构 | |
| US4261685A (en) | Energy transfer machine | |
| CN109798258B (zh) | 一种风机气动结构 | |
| CN109630469B (zh) | 一种叶片串列式扩压器及其控制方法 | |
| KR20150082223A (ko) | 터빈엔진용 압축 조립체 | |
| US4279570A (en) | Energy transfer machine | |
| CN108374792B (zh) | 一种采用蜗壳流道截面A/r非线性分布的离心压气机 | |
| CN112989500B (zh) | 一种适用于对转升力风扇的进口分流扩稳设计方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |