CN117553015A - 燃气轮机压气机以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机压气机，包括：筒体形的机壳；轮毂，安装在机壳内；转子，可转动地安装在轮毂上，转子包括沿周向方向分布在轮毂外侧的多个转子叶片，机壳外壁沿周向方向设置有多个喷气部，每个喷气部与机壳内部连通，且靠近转子叶片的叶顶前缘设置，并被构造成朝向转子叶片喷气，以提高气流沿转子叶片的叶顶的轴向方向流动的流速；以及多个静子叶片，沿周向方向设置在轮毂上，每个静子叶片被构造成沿自身叶身附壁喷气，以减弱流经静子叶片的吸力面的气流的流动分离。

Description

燃气轮机压气机以及控制方法

技术领域

本发明的至少一种实施例涉及轴流压气机技术领域，具体涉及一种燃气轮机压气机以及控制方法。

背景技术

宽工况稳定、高效率运行是未来航空发动机以及燃气轮机压气机动力装备的发展要求和必然趋势，压缩系统作为其核心单元，其压比、效率、稳定工作裕度对航空发动机以及燃气轮机压气机性能有着重要影响，寻求能够兼顾效率和稳定性的压缩系统是航空发动机以及燃气轮机压气机气动稳定性领域的核心技术问题。

现有的燃气轮机压气机通常仅具有单一的用于朝向转子叶片的顶部喷气的结构或者仅具有单一的静子叶片沿自身叶身喷气的结构。由此，现有的燃气轮机压气机仅能单一扩宽燃气轮机压气机的稳定工作裕度，或者仅能单一提高燃气轮机压气机的工作效率。因此，现有的燃气轮机压气机存在无法同时兼顾扩宽燃气轮机压气机的稳定工作裕度以及提高燃气轮机压气机的工作效率，无法满足燃气轮机在起动、低速巡航、变工况运行等条件下的运行需要的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种燃气轮机压气机，通过在机壳外壁沿周向方向设置多个朝向转子叶片喷气的喷气部，以及将静子叶片构造成沿自身叶身附壁喷气，以兼顾提高气流沿转子叶片的叶顶的轴向方向流动的流速以及减弱流经静子叶片的吸力面的气流的流动分离。

根据本发明的实施例，提供了一种燃气轮机压气机，包括：筒体形的机壳；轮毂，安装在所述机壳内；转子，可转动地安装在所述轮毂上，所述转子包括沿周向方向分布在所述轮毂外侧的多个转子叶片，所述机壳外壁沿周向方向设置有多个喷气部，每个所述喷气部与所述机壳内部连通，且靠近所述转子叶片的叶顶前缘设置，并被构造成朝向所述转子叶片喷气，以提高气流沿所述转子叶片的叶顶的轴向方向流动的流速；以及多个静子叶片，沿周向方向设置在所述轮毂上，每个所述静子叶片被构造成沿自身叶身附壁喷气，以减弱流经所述静子叶片的吸力面的气流的流动分离。

根据本发明的实施例，所述喷气部被构造成弧形喷气通道，所述弧形喷气通道沿所述机壳的径向方向延伸且沿所述机壳的周向方向倾斜，所述弧形喷气通道沿所述机壳的径向方向的两端分别设置有输入口以及输出口，使得外部气流经所述输入口流入所述弧形喷气通道内部，并经所述输出口喷向所述转子叶片的叶顶；其中，所述弧形喷气通道的沿所述机壳的周向方向倾斜的沿纵向方向延伸的侧面为圆弧面。

根据本发明的实施例，所述喷气部的截面形成有相面对的第一侧边以及第二侧边，所述第一侧边包括依次平滑连接的沿机壳的径向方向延伸的第一直线段以及圆心位于截面内部的第一圆弧段，第二侧边包括依次平滑连接的沿机壳的径向方向延伸的第二直线段、圆心位于截面内部的第二圆弧段以及圆心位于截面外部的第三圆弧段。

根据本发明的实施例，所述第一圆弧段分别与所述第一直线段以及所述机壳相切，所述第二圆弧段与所述第二直线段相切，所述第三圆弧段的两端分别与所述第二圆弧段以及所述机壳相切。

根据本发明的实施例，所述喷气部的第一侧边的末端与所述转子叶片的叶顶前缘的距离L为所述转子叶片的叶顶与所述机壳的内壁之间间距的5倍；所述喷气部的第一侧边的末端以及第二侧边的末端之间的间距W为所述转子叶片的叶顶与所述机壳的内壁之间间距的8倍；并且/或者，所述喷气部的设置个数为所述转子叶片设置个数的二分之一。

根据本发明的实施例，所述静子叶片包括：静叶本体，所述静叶本体的吸力面沿所述静叶本体的前缘指向所述静叶本体的尾缘的方向依次包括第一吸力面以及第二吸力面；引气通道，沿所述机壳的径向方向形成在所述静叶本体的内部靠近所述静叶本体的前缘的一侧；以及喷气缝，沿所述机壳的径向方向延伸，形成在所述静叶本体的内部靠近所述静叶本体的尾缘的一侧，所述喷气缝与所述引气通道连通，使得外部气流经所述引气通道流入所述静叶本体内部，并依次经所述喷气缝以及喷气口流向所述第二吸力面，并流至所述静叶本体的尾缘。

根据本发明的实施例，所述喷气缝沿所述机壳的周向方向的长度为0.2-0.5mm。

根据本发明的实施例，所述第二吸力面与所述第一吸力面相切，所述喷气缝的靠近所述静叶本体的吸力面一侧的内壁与所述静叶本体的第二吸力面的靠近所述静叶本体的前缘的部分采用圆弧连接；其中，所述第二吸力面大致形成为半径为31.08mm的圆弧面。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于燃气轮机压气机的控制方法，适用于上述实施例所述的燃气轮机压气机，所述控制方法包括：根据燃气轮机压气机的进口处的气流的来流转速以及燃气轮气压气机的进口处的进口流量，通过扩稳增效模型获取与所述来流转速以及所述进口流量相对应的工况；在所述工况为稳定工况的情况下，通过扩稳增效模型获取与所述来流转速以及所述进口流量相对应的静子叶片喷气的第一质量流量，并沿自身叶身以第一质量流量喷气，以减弱静子叶片的吸力面的气流的流动分离；以及在所述工况为近失速点工况的情况下，通过扩稳增效模型获取喷气部喷气的第二质量流量以及静子叶片喷气的第三质量流量，使得喷气部以第二质量流量朝向转子叶片的叶顶喷气，以及静子叶片沿自身叶身以第三质量流量喷气，以提高气流沿转子叶片的叶顶的轴向方向流动的流速，同时减弱静子叶片吸力面的气流的流动分离。

根据本发明的实施例，所述扩稳增效模型通过以下步骤获得：根据燃气轮机压气机的进口处的气流的来流转速、燃气轮机压气机的进口处的气流的进口流量、静子叶片喷气的质量流量、喷气部喷气的质量流量，计算获得相对应的燃气轮机压气机的压气机效率、稳定工作裕度，以获得与不同来流转速、进口流量、静子叶片喷气的质量流量、喷气部的喷气的质量流量相对应的压气机效率、稳定工作裕度的多组数值；根据所述多组数值，基于神经网络算法，训练得到扩稳增效模型，以实现通过输入来流转速、进口流量，获得与所述来流转速、所述进口流量相对应的工况，以及与所述来流转速、所述进口流量相对应的静子叶片喷气的质量流量以及喷气部喷气的质量流量。

根据本发明的上述实施例的燃气轮机压气机，通过在机壳外壁沿周向方向设置多个朝向转子叶片喷气的喷气部，以及将静子叶片构造成沿自身叶身附壁喷气，以同时提高气流沿转子叶片的叶顶的轴向方向流动的流速以及减弱流经静子叶片的吸力面的气流的流动分离，使得同时兼顾扩宽燃气轮机压气机的稳定工作裕度以及提高燃气轮机压气机的工作效率，以满足燃气轮机在起动、低速巡航、变工况运行等条件下的运行需要。

附图说明

图1是本发明的实施例的燃气轮机压气机的转子叶片、喷气部以及静子叶片之间的装配示意图；

图2是本发明的实施例的燃气轮机压气机的机壳、轮毂、转子以及喷气部之间的装配示意图；

图3是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部与转子叶片之间的装配示意图；

图4是本发明的实施例的燃气轮机压气机的静子叶片的喷气示意图；

图5是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部与机壳的装配示意图；

图6是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部与机壳装配的俯视图；

图7是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部、机壳以及转子叶片装配的平面示意图；

图8是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部、机壳以及转子叶片之间装配尺寸的平面示意图；

图9是本发明的实施例的燃气轮机压气机的静子叶片的立体示意图；

图10是图9中A部分的局部放大图；

图11是本发明的实施例的用于燃气轮机压气机的控制方法的系统图；

图12是本发明的实施例的用于燃气轮机压气机的控制方法的流程图；以及

图13是本发明的实施例的燃气轮机压气机扩稳增效的效果示意图。

图中：

1-机壳；

2-轮毂；

3-转子；

31-转子叶片；311-叶顶前缘；312-叶顶；

4-喷气部；

41-弧形喷气通道；

411-输入口；

412-输出口；

413-第一侧边；4131-第一直线段；4132-第一圆弧段；

414-第二侧边；4141-第二直线段；4142-第二圆弧段；4143-第三圆弧段；

5-静子叶片；

51-叶身；

52-吸力面；521-第一吸力面；522-第二吸力面；

53-静叶本体；531-前缘；532-尾缘；

54-引气通道；

55-喷气缝；

56-喷气口；

6-进气口；

7-出气口；

8-导叶。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

根据本发明的一个方面的发明构思，提供了一种燃气轮机压气机，包括：筒体形的机壳；轮毂，安装在机壳内；转子，可转动地安装在轮毂上，转子包括沿周向方向分布在轮毂外侧的多个转子叶片，机壳外壁沿周向方向设置有多个喷气部，每个喷气部与机壳内部连通，且靠近转子叶片的叶顶前缘设置，并被构造成朝向转子叶片喷气，以提高气流沿转子叶片的叶顶的轴向方向流动的流速；以及多个静子叶片，沿周向方向设置在轮毂上，每个静子叶片被构造成沿自身叶身附壁喷气，以减弱流经静子叶片的吸力面的气流的流动分离。

图1是本发明的实施例的燃气轮机压气机的转子叶片、喷气部以及静子叶片之间的装配示意图；图2是本发明的实施例的燃气轮机压气机的机壳、轮毂、转子以及喷气部之间的装配示意图；图3是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部与转子叶片之间的装配示意图；图4是本发明的实施例的燃气轮机压气机的静子叶片的喷气示意图；图5是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部与机壳的装配示意图；图6是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部与机壳装配的俯视图；图7是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部、机壳以及转子叶片装配的平面示意图。

根据本发明的示例性实施例，请参照图1-图7，提供了一种燃气轮机压气机，包括筒体形的机壳1、轮毂2、转子3以及多个静子叶片5。轮毂2安装在机壳1内。转子3可转动地安装在轮毂2上。转子3包括沿周向方向分布在轮毂2外侧的多个转子叶片31。机壳1外壁沿周向方向设置有多个喷气部4，每个喷气部4与机壳1内部连通，且靠近转子叶片31的叶顶前缘311设置，并被构造成朝向转子叶片31喷气，以提高气流沿转子叶片31的叶顶312的轴向方向流动的流速。多个静子叶片5沿周向方向设置在轮毂2上，每个静子叶片5被构造成沿自身叶身51附壁喷气，以减弱流经静子叶片5的吸力面52的气流的流动分离。

在本实施例中，通过在机壳1外壁沿周向方向设置多个朝向转子叶片31喷气的喷气部4，以及将静子叶片5构造成沿自身叶身51附壁喷气，以同时提高气流沿转子叶片31的叶顶312的轴向方向流动的流速以及减弱流经静子叶片5的吸力面52的气流的流动分离，使得同时兼顾扩宽燃气轮机压气机的稳定工作裕度以及提高燃气轮机压气机的工作效率，以满足燃气轮机在起动、低速巡航、变工况运行等条件下的运行需要。

在本实施例中，机壳1上设置有多个开孔(图中未示出)，每个喷气部4的输出口412与一个开孔对应设置，使得多个喷气部4分别通过设置在机壳1上的多个开孔与机壳1内部连通，以实现向转子叶片31的叶顶312喷气。喷气部4沿机壳1的周向方向均匀布置。

喷气部4的输出口412采用康达效应(Coanda Effect)喷嘴结构，以形成气流沿转子叶片31的叶顶312附壁流动。

在一些示例性实施例中，参照图1、图3以及图5-图7，喷气部4被构造成弧形喷气通道41。弧形喷气通道41沿机壳1的径向方向延伸且沿机壳1的周向方向倾斜，弧形喷气通道41沿机壳1的径向方向的两端分别设置有输入口411以及输出口412，使得外部气流经输入口411流入弧形喷气通道41内部，并经输出口412喷向转子叶片31的叶顶312。其中，弧形喷气通道41的沿机壳1的周向方向倾斜的沿纵向方向延伸的侧面为圆弧面。

通过上述设置方式，外部气流经输入口411流入弧形喷气通道41内部，并经输出口412向转子叶片31的叶顶312附壁喷射，以提高气流沿转子叶片31的叶顶312的轴向方向流动的流速，增强沿轮毂2由转子叶片31流向静子叶片5的气流的流动动量，推迟燃气轮机压气机失速的发生，扩宽燃气轮机压气机的稳定工作裕度。

图8是本发明的实施例的燃气轮机压气机的喷气部、机壳以及转子叶片之间装配尺寸的平面示意图。

在一些示例性实施例中，参照图5-图8，喷气部4的截面形成有相面对的第一侧边413以及第二侧边414。第一侧边413包括依次平滑连接的沿机壳1的径向方向延伸的第一直线段4131以及圆心位于截面内部的第一圆弧段4132。第二侧边414包括依次平滑连接的沿机壳1的径向方向延伸的第二直线段4141、圆心位于截面内部的第二圆弧段4142以及圆心位于截面外部的第三圆弧段4143。

在一些示例性实施例中，参照图8，第一圆弧段4132分别与第一直线段4131以及机壳1相切，第二圆弧段4142与第二直线段4141相切，第三圆弧段4143的两端分别与第二圆弧段4142以及机壳1相切。

需要说明的是，在本实施例中，第一圆弧段4132的半径为R1，第二圆弧段4142的半径为R3，第三圆弧段4143的半径为R2。第二圆弧段4142的半径R3与第三圆弧段4143的半径R2近似相等，第三圆弧段4143的半径R2大于第一圆弧段4132的半径R1。

在一些示例性实施例中，参照图1-图3以及图8，喷气部4的第一侧边413的末端与转子叶片31的叶顶前缘311的距离L为转子叶片31的叶顶312与机壳1的内壁之间间距的5倍。喷气部4的第一侧边413的末端以及第二侧边414的末端之间的间距W为转子叶片31的叶顶312与机壳1的内壁之间间距的8倍。

在本实施例中，通过优化喷气部4的截面的第一侧边413和第二侧边414的形状，以及优化喷气部4的第一侧边413的末端与转子叶片31的叶顶前缘311的距离L和喷气部4的第一侧边413的末端以及第二侧边414的末端之间的间距W，使得喷气部4的输出口412为具有康达效应(Coanda Effect)喷嘴结构。

其中，在本实施例中，康达效应(Coanda Effect)指的是流体(水流或气流)由偏离原本流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时(也可以说是流体粘性)，只要曲率不大，流体就会顺着该物体表面流动。根据牛顿第三定律，物体施与流体一个偏转的力，则流体也必定要施与物体一个反向偏转的力。

参照图1-图2，喷气部4的设置个数为转子叶片31设置个数的二分之一。其中，喷气部4设置有8个，转子叶片31设置有16个，即每两个转子叶片31对应设置一个喷气部4。

图9是本发明的实施例的燃气轮机压气机的静子叶片的立体示意图；图10是图9中A部分的局部放大图。

在一些示例性实施例中，参照图4以及图9-图10，静子叶片5包括静叶本体53、引气通道54以及喷气缝55。静叶本体53的吸力面52沿静叶本体53的前缘531指向静叶本体53的尾缘532的方向依次包括第一吸力面521以及第二吸力面522。引气通道54沿机壳1的径向方向形成在静叶本体53的内部靠近静叶本体53的前缘531的一侧。喷气缝55沿机壳1的径向方向延伸，形成在静叶本体53的内部靠近静叶本体53的尾缘532的一侧，喷气缝55与引气通道54连通，使得外部气流经引气通道54流入静叶本体53内部，并依次经喷气缝55以及喷气口56流向第二吸力面522，并流至静叶本体53的尾缘532。

通过上述设置方式，使得外部气流经引气通道54流入静叶本体53内部，并依次经喷气缝55以及喷气口56流向第二吸力面522，并流至静叶本体53的尾缘532，以实现静子叶片5沿自身叶身51附壁喷气，从而提高静子叶片5的吸力面52内低能气流的动量，使其抵抗燃气轮机压气机内部通道内逆压梯度的能力增强，进而减弱流经静子叶片5的吸力面52的气流的流动分离，以提高燃气轮机压气机的效率。

喷气缝55平行布置于静子叶片5的吸力面52的不同轴向位置。其中，喷气缝55通常开设于静子叶片5发生流动分离的位置之前。

详细而言，喷气缝55可沿静子叶片5的前缘531指向静子叶片5尾缘532的方向设置在静子叶片5的顶部，其中，喷气缝55的靠近静子叶片5的尾缘532的一端通常开设于静子叶片5发生流动分离的位置之前。

在一些示例性实施例中，参照图9-图10，喷气缝55沿机壳1的周向方向的长度为0.2-0.5mm。

在本实施例中，静子叶片5沿自身叶身51附壁喷气的距离在整个静子叶片5内保持一致，考虑机械加工因素，喷气缝55沿机壳1的周向方向的长度为0.2-0.5mm。

在一些示例性实施例中，参照图9-图10，第二吸力面522与第一吸力面521相切，喷气缝55的靠近静叶本体53的吸力面52一侧的内壁与静叶本体53的第二吸力面522的靠近静叶本体53的前缘531的部分采用圆弧连接。其中，第二吸力面522大致形成为半径为31.08mm的圆弧面。

在本实施例中，第二吸力面522为20个圆弧面依次连接形成，其中该20个圆弧面的半径的平均值为31.08mm。

需要说明的是，在本实施例中，喷气部4以及静子叶片5分别与外接气源或者燃气轮机压气机的下游抽气管路连通，机壳1上分别设置有用于控制喷气部4与外部气源连通的第一阀门(图中未示出)以及用于控制静子叶片5内部与外部气源连通的第二阀门(图中未示出)，通过分别控制第一阀门以及第二阀门的开启与关闭，分别控制喷气部4以及静子叶片5是否向外喷气。其中，第一阀门以及第二阀门为比例电磁阀门。

图11是本发明的实施例的用于燃气轮机压气机的控制方法的系统图；图12是本发明的实施例的用于燃气轮机压气机的控制方法的流程图；图13是本发明的实施例的燃气轮机压气机扩稳增效的效果示意图。

根据本发明的示例性实施例，请参照图11-图13，提供了一种用于燃气轮机压气机的控制方法，适用于上述实施例所述的燃气轮机压气机。控制方法包括：根据燃气轮机压气机的进气口6处的气流的来流转速以及燃气轮气压气机的进气口6处的进口流量，通过扩稳增效模型获取与该来流转速以及该进口流量相对应的工况。在工况为稳定工况的情况下，通过扩稳增效模型获取与该来流转速以及该进口流量相对应的静子叶片5喷气的第一质量流量，并沿自身叶身51以第一质量流量喷气，以减弱静子叶片5的吸力面52的气流的流动分离。在工况为近失速点工况的情况下，通过扩稳增效模型获取喷气部4喷气的第二质量流量以及静子叶片5喷气的第三质量流量，使得喷气部4以第二质量流量朝向转子叶片31的叶顶312喷气，以及静子叶片5沿自身叶身51以第三质量流量喷气，以提高气流沿转子叶片31的叶顶312的轴向方向流动的流速，同时减弱静子叶片5吸力面52的气流的流动分离。

通过上述控制方法，使得在不同工况下，分别控制静子叶片5喷气的质量流量以及喷气部4喷气的质量流量，避免了喷气部4以及静子叶片5向外喷出的气流与燃气轮机压气机中的主流气流速度方向不一致引起的掺混损失，避免了因燃气轮机压气机的进气口6处的气流的来流转速以及气流的进口流量发生变化导致朝向转子叶片31的叶顶312附壁喷气的流动效果减弱，可以更大程度的减小损失，提高燃气轮机压气机的效率，扩宽稳定工作范围。

进一步地，当燃气轮机压气机运行时，通过静子叶片5沿自身叶身51附壁喷气，可以提升燃气轮机压气机的效率，通过喷气部4向转子叶片31的叶顶312附壁喷气，实现扩宽燃气轮机压气机的稳定工作裕度。但是，对于燃气轮机压气机的进气口6处的气流的来流转速以及气流的进口流量的不同，通常应对应于不同的静子叶片5喷气的质量流量以及喷气部4喷气的质量流量。改变来流转速以及进口流量时，需要实时调整静子叶片5喷气的质量流量以及喷气部4喷气的质量流量，否则会导致静子叶片5以及喷气部4的喷气速度与燃气轮机压气机的主流气流速度差距过大，增大掺混损失，反而降低燃气轮机压气机的流动状态。通过实时调控静子叶片5喷气的质量流量以及喷气部4喷气的质量流量，可以保证在全工况下对应的静子叶片5以及喷气部4的喷气量均为最佳喷气量，则可以保证燃气轮机压气机的效率达到最大，时刻在高效运行状态。

需要说明的是，在本实施例中，燃气轮机压气机沿轴向方向延伸的两端分别设置有进气口6以及出气口7，进气口6靠近转子3一侧设置，出气口7靠近静子叶片5一侧设置，转子3靠近进气口6的一侧还设置有用于引导气流的导叶8。

在一些示例性实施例中，参照图11-图13，扩稳增效模型通过以下步骤获得：

根据燃气轮机压气机的进气口6处的气流的来流转速、燃气轮机压气机的进气口6处的气流的进口流量、静子叶片5喷气的质量流量、喷气部4喷气的质量流量，计算获得相对应的燃气轮机压气机的压气机效率、稳定工作裕度，以获得与不同来流转速、进口流量、静子叶片5喷气的质量流量、喷气部4的喷气的质量流量相对应的压气机效率、稳定工作裕度的多组数值。

根据该多组数值，基于神经网络算法，训练得到扩稳增效模型，以实现通过输入来流转速、进口流量，获得与该来流转速、该进口流量相对应的工况，以及与该来流转速、该进口流量相对应的静子叶片5喷气的质量流量以及喷气部4喷气的质量流量。

为确保燃气轮机压气机高效安全运行，研究人员研究了多种流动控制的方法以提高燃气轮机压气机的效率，拓展燃气轮机压气机的稳定工作范围。沿转子叶片的叶顶附壁喷气具有在提升压气机失速裕度的同时，不降低或提高压气机的效率的优势，可以通过向转子叶片的叶顶高速射流改善转子叶片的叶顶位置处气流的流动，推迟转子旋转失速的发生。研究人员Suder等人对转子叶片顶部稳态喷气进行了较详细的数值模拟和实验验证，结果表明在燃气轮机压气机全转速范围采用向转子叶片顶部喷气均能有效拓宽稳定运行范围。2000年左右，中国科学院工程热物理研究所聂超群团队先后在两级和三级低速轴流压气机上进行了转子叶片的叶顶微喷气扩稳控制方法的实验研究，在喷气流量仅为燃气轮机压气机设计流量的0.045％-0.056％情况下，可以将压气机的稳定运行边界拓宽5.83％。喷气被应用于转子叶片的叶顶的同时，国内外很多学者也已证实了附壁喷气流动分离控制技术可以使流体沿着静子叶片的吸力面流动，减少流动分离，提升压气机效率。研究人员Hill等以赖特帕特森空军基地的三级燃气轮机压气机的进口导叶为原型对其进行优化，优化设计的目标函数是最小射流量和压力损失。研究表明，利用康达效应(Coanda Effect)的进口导叶具有良好的性能。德国汉诺威大学的Fischer将静子叶片附壁喷气应用于高速轴流压气机的静子叶片设计中，分析了燃气轮机压气机的主动流动控制对三维流场的影响。研究结果表明当采用1％的喷气量时，可使整体损失系数减小约21％。近几年，中国科学院工程热物理研究所杜娟团队通过实验和模拟验证了附壁喷气抑制流动分离效果的可行性。转子叶片的叶顶附壁喷气可以提高燃气轮机压气机的稳定工作裕度，静子叶片沿自身叶身附壁喷气可以提升压气机效率。

本实施例的燃气轮机压气机结合喷气部4朝向转子叶片31的叶顶312附壁喷气以及静子叶片5沿自身叶身51附壁喷气，为燃气轮机压气机在更宽工况、稳定高效运行的提供一种可行的技术途径。同时借助识别燃气轮机压气机的进气口6处的来流转速以及气流的进口流量的不同，实时调整静子叶片5喷气的质量流量以及喷气部4喷气的质量流量，以提升燃气轮机在起动、低速巡航、变工况运行等条件下的综合性能，具有重要的实用价值和科学意义。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃气轮机压气机，包括：

筒体形的机壳(1)；

轮毂(2)，安装在所述机壳(1)内；

转子(3)，可转动地安装在所述轮毂(2)上，所述转子(3)包括沿周向方向分布在所述轮毂(2)外侧的多个转子叶片(31)，所述机壳(1)外壁沿周向方向设置有多个喷气部(4)，每个所述喷气部(4)与所述机壳(1)内部连通，且靠近所述转子叶片(31)的叶顶前缘(311)设置，并被构造成朝向所述转子叶片(31)喷气，以提高气流沿所述转子叶片(31)的叶顶(312)的轴向方向流动的流速；以及

多个静子叶片(5)，沿周向方向设置在所述轮毂(2)上，每个所述静子叶片(5)被构造成沿自身叶身(51)附壁喷气，以减弱流经所述静子叶片(5)的吸力面(52)的气流的流动分离。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机，其中，所述喷气部(4)被构造成弧形喷气通道(41)，所述弧形喷气通道(41)沿所述机壳(1)的径向方向延伸且沿所述机壳(1)的周向方向倾斜，所述弧形喷气通道(41)沿所述机壳(1)的径向方向的两端分别设置有输入口(411)以及输出口(412)，使得外部气流经所述输入口(411)流入所述弧形喷气通道(41)内部，并经所述输出口(412)喷向所述转子叶片(31)的叶顶(312)；

其中，所述弧形喷气通道(41)的沿所述机壳(1)的周向方向倾斜的沿纵向方向延伸的侧面为圆弧面。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机压气机，其中，所述喷气部(4)的截面形成有相面对的第一侧边(413)以及第二侧边(414)，所述第一侧边(413)包括依次平滑连接的沿机壳(1)的径向方向延伸的第一直线段(4131)以及圆心位于截面内部的第一圆弧段(4132)，第二侧边(414)包括依次平滑连接的沿机壳(1)的径向方向延伸的第二直线段(4141)、圆心位于截面内部的第二圆弧段(4142)以及圆心位于截面外部的第三圆弧段(4143)。

4.根据权利要求3所述的燃气轮机压气机，其中，所述第一圆弧段(4132)分别与所述第一直线段(4131)以及所述机壳(1)相切，所述第二圆弧段(4142)与所述第二直线段(4141)相切，所述第三圆弧段(4143)的两端分别与所述第二圆弧段(4142)以及所述机壳(1)相切。

5.根据权利要求3所述的燃气轮机压气机，其中，所述喷气部(4)的第一侧边(413)的末端与所述转子叶片(31)的叶顶前缘(311)的距离L为所述转子叶片(31)的叶顶(312)与所述机壳(1)的内壁之间间距的5倍；所述喷气部(4)的第一侧边(413)的末端以及第二侧边(414)的末端之间的间距W为所述转子叶片(31)的叶顶(312)与所述机壳(1)的内壁之间间距的8倍；并且/或者，

所述喷气部(4)的设置个数为所述转子叶片(31)设置个数的二分之一。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机压气机，其中，所述静子叶片(5)包括：

静叶本体(53)，所述静叶本体(53)的吸力面(52)沿所述静叶本体(53)的前缘(531)指向所述静叶本体(53)的尾缘(532)的方向依次包括第一吸力面(521)以及第二吸力面(522)；

引气通道(54)，沿所述机壳(1)的径向方向形成在所述静叶本体(53)的内部靠近所述静叶本体(53)的前缘(531)的一侧；以及

喷气缝(55)，沿所述机壳(1)的径向方向延伸，形成在所述静叶本体(53)的内部靠近所述静叶本体(53)的尾缘(532)的一侧，所述喷气缝(55)与所述引气通道(54)连通，使得外部气流经所述引气通道(54)流入所述静叶本体(53)内部，并依次经所述喷气缝(55)以及喷气口(56)流向所述第二吸力面(522)，并流至所述静叶本体(53)的尾缘(532)。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机压气机，其中，所述喷气缝(55)沿所述机壳(1)的周向方向的长度为0.2-0.5mm。

8.根据权利要求6所述的燃气轮机压气机，其中，所述第二吸力面(522)与所述第一吸力面(521)相切，所述喷气缝(55)的靠近所述静叶本体(53)的吸力面(52)一侧的内壁与所述静叶本体(53)的第二吸力面(522)的靠近所述静叶本体(53)的前缘(531)的部分采用圆弧连接；

其中，所述第二吸力面(522)大致形成为半径为31.08mm的圆弧面。

9.一种用于燃气轮机压气机的控制方法，适用于权利要求1-8中任一项所述的燃气轮机压气机，所述控制方法包括：

根据燃气轮机压气机的进气口(6)处的气流的来流转速以及燃气轮气压气机的进气口(6)处的进口流量，通过扩稳增效模型获取与所述来流转速以及所述进口流量相对应的工况；

在所述工况为稳定工况的情况下，通过扩稳增效模型获取与所述来流转速以及所述进口流量相对应的静子叶片(5)喷气的第一质量流量，并沿自身叶身(51)以第一质量流量喷气，以减弱静子叶片(5)的吸力面(52)的气流的流动分离；以及

在所述工况为近失速点工况的情况下，通过扩稳增效模型获取喷气部(4)喷气的第二质量流量以及静子叶片(5)喷气的第三质量流量，使得喷气部(4)以第二质量流量朝向转子叶片(31)的叶顶(312)喷气，以及静子叶片(5)沿自身叶身(51)以第三质量流量喷气，以提高气流沿转子叶片(31)的叶顶(312)的轴向方向流动的流速，同时减弱静子叶片(5)吸力面(52)的气流的流动分离。

10.根据权利要求9所述的用于燃气轮机压气机的控制方法，其中，所述扩稳增效模型通过以下步骤获得：

根据燃气轮机压气机的进气口(6)处的气流的来流转速、燃气轮机压气机的进气口(6)处的气流的进口流量、静子叶片(5)喷气的质量流量、喷气部(4)喷气的质量流量，计算获得相对应的燃气轮机压气机的压气机效率、稳定工作裕度，以获得与不同来流转速、进口流量、静子叶片(5)喷气的质量流量、喷气部(4)的喷气的质量流量相对应的压气机效率、稳定工作裕度的多组数值；

根据所述多组数值，基于神经网络算法，训练得到扩稳增效模型，以实现通过输入来流转速、进口流量，获得与所述来流转速、所述进口流量相对应的工况，以及与所述来流转速、所述进口流量相对应的静子叶片(5)喷气的质量流量以及喷气部(4)喷气的质量流量。