CN203783965U - 一种用于300mw f级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于300MW F级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机，该压气机包括：压气机入口、中心转轴、轮盘、进口导叶、十三级动叶、前四级可调静叶、后九级不可调静叶、机匣，压气机出口。本实用新型压气机级负荷高于现有的大流量轴流压气机，能够使用较少的级数达到300MW F级重型燃机所需要的压比；使用新颖的二维叶型、三维叶片技术来解决负荷提高带来的流动控制问题；采用五级可调叶片，从而解决了负荷提高带来的启动困难和高温下的效率降低的问题。

Description

一种用于300MW F级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机

技术领域

本实用新型涉及压气机，尤其是一种用于300MW F级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机。 

背景技术

燃气轮机的工作原理是吸入经压气机压缩后的空气进入燃烧室，与燃料燃烧后产生高温烟气，烟气在透平内膨胀做功，通过轴将功输出给发电机或其他装置，可以说，压气机是燃气轮机的三大部件之一。 

燃气初温（即进入透平内膨胀前的烟气温度）是燃气轮机技术等级的标志，目前已经大规模商业应用的是F级重型燃气轮机。F级重型燃气轮机的燃气初温在1400℃左右，目前，技术成熟的F级重型燃气轮机的主要生产厂商有GE、三菱和西门子。GE、三菱和西门子分别为各自的F级重型燃气轮机设计开发了相应的压气机。 

压气机为了实现对空气的压缩，在压气机转轴与机匣上，交替依次设置动叶和静叶，一排动叶和一排静叶为一级，多级动叶和静叶进行串联构成通流部分，如图1所示，其总增压比和级数是压气机的重要技术特征。 

在F级重型燃气轮机压气机的整体布置方面，GE压气机为18级，总增压比为16.5，平均级压比为1.169；三菱压气机为17级，总增压比为18，平均级压比为1.185；西门子压气机为15级，总增压比为17，平均级压比为1.208。 

在叶片设计方面，上述厂家的F级重型燃机压气机采用NACA-65等系列叶型、双圆弧叶型等叶型。由于负荷水平不高，压气机动叶、静叶的轮毂、轮缘均直接采用直线型。 

在可调叶片方面，上述厂家均采用设计的压气机进口导叶均附带有调节装置，以在不同进口流量条件下改变叶片安装角用于提升整机的变工况性能，而其余叶片安装角均不可调。 

总体来说，目前GE、三菱和西门子的F级重型燃机压气机是在二代机技术的基础上设计开发的，其级负荷属于中低水平（级压比约为1.17～1.2）。其优点在于技术成熟，但是在目前压气机少级数、高负荷的发展趋势下已不具有先进性。 

实用新型内容

为了解决上述现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种用于300MW F级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机。该压气机增大了级负荷，有利于减少级数，进而缩短轴长、减少零件数，因此能够降低燃气轮机的制造、维修、运输、占地等成本，并提高燃机灵活性与可靠性。 

本实用新型提供的一种用于300MW F级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机包括：压气机入口1、中心转轴2、轮盘3、进口导叶4、十三级动叶5、前四级可调静叶6、后九级不可调静叶7、机匣8，压气机出口9，其中： 

所述压气机入口1位于整个压气机的最前端，用于吸入空气，其与所述机匣8通过支撑片进行连接； 

所述进口导叶4的一端通过转轴与所述机匣8的最前端连接，其相对于垂直于中心轴线的平面的角度通过转轴的旋转来调整； 

所述中心转轴2与轮盘3固连； 

所述十三级动叶5安装在所述进口导叶4之后，其沿轴向依次通过叶根10连接在所述轮盘3的外侧； 

所述前四级可调静叶6的一端通过转轴与所述机匣8连接，其相对于垂直于中心轴线的平面的角度通过转轴的旋转来调整； 

所述后九级不可调静叶7沿轴向依次通过叶冠11连接在所述机匣8的内侧； 

所述机匣8与所述轮盘3之间的空间形成通流部分，所述进口导叶4、十三级动叶5、十三级静叶6、7均位于所述通流部分中； 

所述机匣8的后端与所述轮盘3的后端形成一个扩张的环形通道，作为所述压气机的出口9； 

所述压气机的出口9与第十三级静叶所在的通流部分构成所述压气机 的扩压器，用于降低出口气体的速度，提高出口气体的压力。 

其中，所述动叶与所述静叶交替排列。 

其中，所述动叶包括叶根10和叶片5，所述叶根10通过环形燕尾形榫头与所述轮盘3连接。 

其中，所述不可调静叶包括叶冠11和叶片，所述静叶为仅通过叶冠11固定在所述机匣8上的悬臂静叶形式。 

其中，所述动叶和静叶叶片在不同高度位置上的叶型的进口叶型角17在高度方向上的分布为五次贝塞尔曲线；出口叶型角18在高度方向上的分布为五次贝塞尔曲线。 

其中，第一级动叶的进口条件跨音速，采用多圆弧叶型，即叶型的中弧线由多段相切圆弧构成；其余各动叶、静叶各个不同高度位置上的叶型均为曲率高阶光滑叶型。 

其中，所述叶型包括前缘14、吸力面15和压力面16，所述其余各动叶、静叶叶型的叶型前缘、吸力面、以及前缘与吸力面切点处的曲率均高阶光滑。 

其中，所述压气机进口导叶4根部前端与第十三级静叶根部后端的水平距离为3972mm，通流部分在进口导叶4前端处的内径为995.8mm，外径为2370.2mm，通流部分在第十三级静叶后端的内径为1748mm，外径为1890mm。 

其中，所述机匣8上在第七级静叶位置处和第十级静叶位置处分别贯通有两个沿轴向排列的第一通道12和第二通道13，所述通道12和13与所述机匣8与所述轮盘3所形成的空间相通，用于将所述空间内的少量空气引导至其他装置中，其中，所述第一通道（12）和第二通道（13）所引导的空气量与所述中心转轴（2）的转速相关：当所述中心转轴（2）的转速在2700转/分以下时，第一通道（12）、第二通道（13）引导的空气量分别为空气总流量的25%和20%，当转速为2700转/分时，第一通道（12）、第二通道（13）引导的空气量分别为空气总流量的16.5%和15.2%，当转速为3000转/分时，第一通道（12）、第二通道（13）引导的空气量分别为空气总流量的4%和2%。 

其中，所述通流部分的形式为：前七级动叶和静叶所处位置处的轮盘 上凸，机匣下凹，使得前七级动叶和静叶所处位置处的通流部分收缩，也就是说，所述前七级动叶和静叶所处位置处的通流部分的垂直轴线方向的截面面积不断减小，其中，所述轮盘3上凸的程度大于所述机匣8下凹的程度；后六级动叶和静叶所处位置处的轮盘和机匣的形状沿轴线几乎不变，从而使得后六级动叶和静叶所处位置处的通流部分的垂直轴线方向的截面面积基本不变。 

本实用新型所提供的一种用于300MW F级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机的优点在于： 

1、级负荷高于GE、三菱和西门子F级重型燃机现有的压气机，能够使用较少的级数达到300MW F级重型燃机所需要的压比； 

2、使用新颖的二维叶型、三维叶片技术来解决负荷提高带来的流动控制问题； 

3、采用5级可调叶片，而非上述公司F级重型燃机压气机的1级可调叶片来解决负荷提高带来的启动困难和高温下的效率降低的问题。 

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的压气机上半部分的剖面图。 

图2是根据本实用新型一实施例的动叶和静叶的结构示意图。 

图3是根据本实用新型一实施例的压气机的叶片叶型定义示意图。 

图4是根据本实用新型一实施例的压气机的叶型结构示意图。 

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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，对本实用新型进一步详细说明。 

考虑到大流量高负荷轴流压气机与中低负荷压气机相比其启动更为困难，因此，本实用新型的压气机采用了5级可调叶片（即入口导叶4、前四级可调静叶）的调节方案，以提高部分转速下的压气机裕度。 

图1是根据本实用新型一实施例的压气机上半部分的剖面图，如图1所示，所述压气机包括：压气机入口1、中心转轴2、轮盘3、进口导叶4、十三级动叶5、前四级可调静叶6、后九级不可调静叶7、机匣8，压气机 出口9，其中： 

所述压气机入口1位于整个压气机的最前端，用于吸入空气，其与所述机匣8通过支撑片进行连接； 

所述进口导叶4的一端通过转轴与所述机匣8的最前端连接，其相对于垂直于中心轴线的平面的角度可以通过转轴的旋转来调整； 

所述中心转轴2与轮盘3固连； 

所述十三级动叶5安装在所述进口导叶4之后，其沿轴向依次通过叶根10连接在所述轮盘3的外侧； 

所述前四级可调静叶6的一端通过转轴与所述机匣8连接，其相对于垂直于中心轴线的平面的角度可以通过转轴的旋转来调整； 

所述后九级不可调静叶7沿轴向依次通过叶冠11连接在所述机匣8的内侧； 

所述动叶与所述静叶交替排列； 

所述机匣8与所述轮盘3之间的空间形成通流部分，所述进口导叶4、十三级动叶5、十三级静叶6、7均位于所述通流部分中；所述通流部分的形式为：前七级动叶和静叶所处位置处的轮盘上凸，机匣下凹，使得前七级动叶和静叶所处位置处的通流部分收缩，也就是说，所述前七级动叶和静叶所处位置处的通流部分的垂直轴线方向的截面面积不断减小，其中，所述轮盘3上凸的程度大于所述机匣8下凹的程度；后六级动叶和静叶所处位置处的轮盘和机匣的形状沿轴线几乎不变，从而使得后六级动叶和静叶所处位置处的通流部分的垂直轴线方向的截面面积基本不变。 

所述机匣8的后端与所述轮盘3的后端形成一个扩张的环形通道，作为所述压气机的出口9； 

所述压气机的出口9与第十三级静叶所在的通流部分构成所述压气机的扩压器，用于降低出口气体的速度，提高出口气体的压力； 

所述机匣8上在第七级静叶位置处和第十级静叶位置处分别贯通有两个沿轴向排列的第一通道12和第二通道13，所述通道12和13与所述机匣8与所述轮盘3所形成的空间相通，用于将所述空间内的少量空气引导至其他装置中以改善所述压气机由于高负荷设计在启动过程中可能遇到的不稳定问题，并在正常运行过程中为透平提供冷却气体；其中，所引导 的空气量与所述中心转轴2的转速相关，比如当所述中心转轴2的转速在2700转/分以下时，第一通道12、第二通道13引导的空气量分别为空气总流量的25%和20%，当转速为2700转/分时，第一通道12、第二通道13引导的空气量分别为空气总流量的16.5%和15.2%，当转速为3000转/分时，第一通道12、第二通道13引导的空气量分别为空气总流量的4%和2%。 

所述压气机启动时，通过所述进口导叶4、前四级可调静叶6的转轴分别调节所述进口导叶4、所述前四级可调静叶叶片的角度，以改善压气机启动时空气的流通状况，减弱压气机启动过程中的失速现象、避免启动中出现喘振现象； 

所述压气机在夏季气温较高时，通过所述进口导叶4、前四级可调静叶6的转轴分别调节所述进口导叶4、所述前四级可调静叶叶片的角度，以增大空气流量，提高压气机效率； 

所述压气机工作时，中心转轴2旋转，带动轮盘3与十三级动叶5以相同的转速旋转，而十三级静叶和进口导叶4静止不动，空气从压气机入口1吸入，依次经过进口导叶4、各级动叶和各级静叶，空气压力不断升高，最终到达压气机出口。 

需要说明的是，由于本实用新型的压气机采用高负荷设计，启动过程中的失速、喘振问题，以及夏季气温较高时压气机效率的显著下降是其设计难点，为此，本实用新型的压气机采用进口导叶和前四级静叶角度可调的配置，而非现有技术的F级重型燃机压气机中仅有进口导叶的角度可调，同时本实用新型还针对不同的中心转轴转速以及不同的气温条件提供了进口导叶4和前四级可调静叶角度的配置方案，在所述压气机的启动过程中，所述进口导叶4、前四级静叶片6的角度由中心转轴2的转速来决定，随着转速的提高，进口导叶4、前四级静叶6的角度均增大，例如，当转速在2400转/分以下时，进口导叶4、前四级静叶6的角度分别为25°、32.5°、37.5°、40°、40.5°，当转速为2400转/分时，进口导叶4、前四级静叶6的角度分别为28°、34°、38°、40.3°、40.7°，当转速为2700转/分时，进口导叶4、前四级静叶6的角度分别为37°、39°、40.5°、41.8°、41.3°，当转速为3000转/分时，进口导叶4、前四级静叶6的角 度分别为45°、45°、43.5°、43°、42°；在夏季气温较高时，为了扩大压气机流量，提高压气机效率，同样需要对进口导叶4、前四级静叶6的角度进行调节，其角度分别为49°、47°、45°、43.5°、42.2°。 

其中，如图2所示，所述动叶包括叶根10和叶片5，所述动叶的叶片5采用不带叶冠、凸肩、凸台等的简单形式；所述叶根10通过环形燕尾形榫头与所述轮盘3连接。 

所述不可调静叶包括叶冠11和叶片7，所述不可调静叶为仅通过叶冠11固定在所述机匣8上的悬臂静叶形式。 

动叶和静叶叶片的截面形状称为叶型，如图3中的左图所示，由于同一叶片不同高度位置的气流条件不同，所述同一叶片不同高度位置的叶型不同；如图4所示，不同高度位置上的叶型的进口叶型角17，即叶型进口方向与轴向的夹角，在高度方向上的分布为五次贝塞尔曲线；出口叶型角18，即叶型出口方向与轴向的夹角，在高度方向上的分布为五次贝塞尔曲线，这样就使得所述进口叶型角17和出口叶型角18沿高度方向上的分布具有较好的高阶光滑性，有利于减少通流部分中二次流、角区分离等三维流动损失； 

另外，第一级动叶的进口条件跨音速（即第一级动叶顶部进口空气的速度超音速，其相对马赫数，即空气相对速度与音速的比值，达到1.3），采用多圆弧叶型，即叶型的中弧线（即叶型内切圆圆心的连线）由多段相切圆弧构成； 

由于负荷提高对二维叶型的扩散控制能力提出了更高的要求，因此本实用新型第二-十三级动叶及十三级静叶均采用曲率高阶光滑叶型，如图3中的右图所示，所述叶型可分为前缘14、吸力面15和压力面16，所述曲率高阶光滑叶型的前缘、吸力面、以及前缘与吸力面切点处的曲率均高阶光滑。本实用新型的上述叶片叶型能够改善叶型表面边界层的发展，抑制边界层分离，进而降低叶型损失，扩大叶型攻角范围，以满足高负荷气动设计对叶型的要求。 

其中，设计所述叶型的方法包括以下步骤： 

步骤（1），初始化： 

输入叶型的参数： 

前缘的圆心坐标(x^LE,y^LE)和半径r^LE， 

尾缘的圆心坐标(x^TE,y^TE)和半径r^TE， 

压力面上均匀分布的N个型值点，记为N=500，坐标分别记为其中P₁ ^ps为所述压力面与前缘小圆的切点，为压力面与尾缘小圆的切点， 

吸力面上均匀分布的N个型值点，记为坐标分别为N=500，其中P₁ ^ss为所述吸力面与前缘小圆的切点，为所述吸力面与尾缘小圆的切点； 

步骤（2），按以下步骤计算前缘点P₁的坐标和该前缘点P₁对应的圆心角θ₁： 

步骤（2.1），在所述前缘的圆心(x^LE,y^LE)建立一个直角坐标系，横轴x轴向右为正， 

步骤（2.2），按下式计算所述前缘点P₁(x₁,y₁)对应的圆心角θ₁以及P₁点的斜率k₁： 

x₁=x^LE+r^LE·cosθ₁，y₁=y^LE+r^LE·cosθ₁，k₁=-tanθ₁， 

θ₁=(θ_{ss_LE}+θ_{ps_LE})/2， 

其中： 

θ_{ss_LE}为吸力面与前缘的切点P₁ ^ss在前缘小圆上的圆心角，  ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ss}\_\mathrm{LE}}=\arctan \left(\frac{y_1^{\mathrm{ss}}-y^{\mathrm{LE}}}{x_1^{\mathrm{ss}}-x^{\mathrm{LE}}}\right)+\mathrm{\π},$

其中： 

θ_{ps_LE}为压力面与前缘的切点P₁ ^ss在前缘小圆上的圆心角，  ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ps}\_\mathrm{LE}}=\arctan \left(\frac{y_1^{\mathrm{ps}}-y^{\mathrm{LE}}}{x_1^{\mathrm{ps}}-x^{\mathrm{LE}}}\right)+2\mathrm{\π};$

步骤（2.3），对所述吸力面和压力面的叶型坐标使用三弯矩法进行样条拟合，求出所述吸力面和压力面各型值点P_i ^ss、P_i ^ps处的型线斜率，用和k_i ^ps(i＝1，2，....，N)表示， 

步骤（2.4），按下式求出所述吸力面各型值点P_i ^ss处的流向坐标 i=1,2,...,N和中间型值点的曲率i=2,...,N-1， 

$s_i^{\mathrm{ss}}=\left\{\begin{array}{c}0,i=1,\\ s_{i-1}^{\mathrm{ss}}+\sqrt{{(x_i^{\mathrm{ss}}-x_{i-1}^{\mathrm{ss}})}^2+{(y_i^{\mathrm{ss}}-y_{i-1}^{\mathrm{ss}})}^2},i=\mathrm{2,3},...,N,\end{array}\right.$

$C_i^{\mathrm{ss}}=(\mathrm{dx}\·\mathrm{ddy}-\mathrm{ddx}\·\mathrm{dy})/\left[{({\mathrm{dx}}^2+{\mathrm{dy}}^2)}^{1.5}\right],$

其中： 

$\mathrm{dx}=\frac{1}{2}\·(\frac{x_{i+1}^{\mathrm{ss}}-x_i^{\mathrm{ss}}}{s_{i+1}^{\mathrm{ss}}-s_i^{\mathrm{ss}}}+\frac{x_i^{\mathrm{ss}}-x_{i-1}^{\mathrm{ss}}}{s_i^{\mathrm{ss}}-s_{i-1}^{\mathrm{ss}}}),\mathrm{dy}=\frac{1}{2}\·(\frac{y_{i+1}^{\mathrm{ss}}-y_i^{\mathrm{ss}}}{s_{i+1}^{\mathrm{ss}}-s_i^{\mathrm{ss}}}+\frac{y_i^{\mathrm{ss}}-y_{i-1}^{\mathrm{ss}}}{s_i^{\mathrm{ss}}-s_{i-1}^{\mathrm{ss}}}),$

$\mathrm{ddx}=\frac{2}{s_{i+1}^{\mathrm{ss}}-s_{i-1}^{\mathrm{ss}}}\·(\frac{x_{i+1}^{\mathrm{ss}}-x_i^{\mathrm{ss}}}{s_{i+1}^{\mathrm{ss}}-s_i^{\mathrm{ss}}}-\frac{x_i^{\mathrm{ss}}-x_{i-1}^{\mathrm{ss}}}{s_i^{\mathrm{ss}}-s_{i-1}^{\mathrm{ss}}}),\mathrm{ddy}=\frac{2}{s_{i+1}^{\mathrm{ss}}-s_{i-1}^{\mathrm{ss}}}\·(\frac{y_{i+1}^{\mathrm{ss}}-y_i^{\mathrm{ss}}}{s_{i+1}^{\mathrm{ss}}-s_i^{\mathrm{ss}}}-\frac{y_i^{\mathrm{ss}}-y_{i-1}^{\mathrm{ss}}}{s_i^{\mathrm{ss}}-s_{i-1}^{\mathrm{ss}}}),$

同理，求出所述压力面各型值点处的流向坐标i=1,2,...,N以及曲率 i=2,...,N-1； 

步骤（3），使用三次贝塞尔曲线按以下步骤定义新的前缘吸力面侧型线，所述型线是指前缘与中部型线之间添加的一段过渡型线，以便使叶片前缘分别与吸力面、压力面的切点处曲率高阶光滑，以及吸力面侧型线的曲率高阶光滑： 

步骤（3.1），定义三次贝塞尔曲线的四个控制点P₁、P₂、P₃和P₄，其中除了P₁是所述前缘点外： 

P₂是原始的吸力面型线上也是优化后的前缘吸力面侧型线上的待定 点，P₃是位于前缘点P₁的切线和点P₂的切线的相交点P₀(x₀,y₀)这一个点和点P₁的连线上的一个待定点，P₄是位于前缘点P₁的切线和点P₂的切线的相交点P₀(x₀,y₀)这一个点和点P₂的连线上的一个待定点， 

步骤（3.2），按下述逐点迭代的步骤确定控制点P₂的位置坐标： 

步骤（3.2.1），选择吸力面上的某一型值点作为控制点P₂的初始值， 的横坐标x_j的取值满足1≤j≤N，令点的坐标为(x₂,y₂)，x₂=x_j，斜率为k₂，曲率为C₂， 

步骤（3.2.2），设定一组控制点P₃的坐标控制系数a₁和控制点P₄的控制系数a₂，0<a₁<1，0<a₂<1，其中： 

控制点P₃的坐标：x₃=a₁·x₁+(1-a₁)·x₀，y₃=a₁·y₁+(1-a₁)·y₀， 

控制点P₄的坐标：x₄=a₂·x₂+(1-a₂)·x₀，y₄=a₂·y₂+(1-a₂)·y₀， 

步骤（3.2.3），按步骤（3.2.2）得到的四个控制点生成三次贝塞尔曲线，并将该贝塞尔曲线插值为50个点，记为序号沿P₁向P₂的方向取，坐标为计算中间型值点的曲率 并计算与控制点P₂处吸力面型线曲率C₂的偏差  $\mathrm{error}\_C=|C_{49}^{\mathrm{LE}\_\mathrm{ss}}-C_2|,$

步骤（3.2.4），判断步骤（3.2.3）得到的error_C的值： 

若error_C<0.1，则优化后的前缘吸力面侧型线满足要求， 

若error_C≥0.1，则把控制点P′₂选为吸力面上的下一个型值点

步骤（3.2.5），重复步骤（3.2.1）～步骤（3.2.4），直到error_C<0.1为止，得到了一条由P₁、P′₃、P′₄、P′₂四个控制点确定的三次贝塞尔曲线，重新离散后的型值点为共50个，控制点P′₂为新的前缘与 吸力面的切点，并且满足在吸力面与前缘的切点处曲率的高阶光滑性； 

步骤（4），按步骤（3）所述的方法求出压力面与前缘切点处曲率高阶光滑的前缘压力面侧型线，离散后的型值点为共50个； 

步骤（5），以步骤（3）得到的优化后的前缘与吸力面的切点P′₂为起点，按如下步骤求取曲率高阶光滑的吸力面型线： 

步骤（5.1），设定：使用7个控制点的3次B样条曲线来表达曲率高阶光滑的吸力面型线的曲率分布C(s)，该B样条曲线的节点矢量取为U=[0,0,0,0,0.25,0.5,0.75,1,1,1,1]^T， 

步骤（5.2），把所述曲率分布曲线C(s)离散为N个点，用(s′₁,C′₁)，(s′₂,C′₂)，...，(s′_N,C′_N)表示，N=500，i=1,2,...,N，C′_i为曲率， 

步骤（5.3），按下式求出各离散点对应的曲线倾斜角

s′_i为B样条曲线上的序号为i的离散点的流向坐标，k′₂为优化后的曲率高阶光滑的前缘与吸力面的切点P′₂的斜率， 

步骤（5.4），按下式求出各离散点的横坐标和纵坐标(X′_i，Y′_i)： 

(x′₂，y′₂)为优化后的曲率高阶光滑的前缘与吸力面的切点P₂′的坐标， 

步骤（5.5），使用步骤（5.4）得到的各离散点的坐标进行三次样条插 值，得到与原始吸力面型线的有效型值点的横坐标对应的曲率高阶光滑的吸力面型线的纵坐标从而得到优化后的曲率高阶光滑的吸力面型线的型值点的坐标，同时求出曲率分布确定的曲率高阶光滑的吸力面型线与原始吸力面型线的偏差 $\mathrm{error}\_\mathrm{ss}=\max \left(\right|y_i^{{\mathrm{ss}}^{\&prime;}}-y_i^{\mathrm{ss}}),i_{P_2^{\&prime;}}\&le;i\&le;N,$ 为与优化后的控制点P₂′对应的离散点的序号， 

步骤（5.6），使用优化软件iSIGHT获得最优的曲率分布控制点： 

设定：曲率分布曲线的控制点为CP1～CP7，坐标分别为：(s_CP1,C_CP1)，(s_CP2,C_CP2)，...，(s_CP7,C_CP7)，其中： $s_{\mathrm{CP}1}=s_{i_{P_2^{\&prime;}}}^{\mathrm{ss}},C_{\mathrm{CP}1}=C_{i_{P_2^{\&prime;}}}^{\mathrm{ss}},s_{\mathrm{CP}7}=s_{N-1}^{\mathrm{ss}},C_{\mathrm{CP}7}=C_{N-1}^{\mathrm{ss}},$ 为吸力面上对应于控制点P₂′的序号为的离散点处的流向坐标 为吸力面上对应于控制点P₂′的序号为的离散点处的曲率，分别为原始吸力面型线倒数第二个型值点的流向坐标和曲率；优化变量为s_CP2～s_CP6，C_CP2～C_CP6；变量的约束为s_CP1≤s_CP2,s_CP3,s_CP4,s_CP5,s_CP6≤s_CP7，以及-10≤C_CP2,C_CP3,C_CP4,C_CP5,C_CP6≤10；目标函数为曲率高阶光滑的吸力面型线与原始吸力面型线的偏差error_ss最小；优化算法为序列二次规划方法NLPQL； 

得到：error_ss最小的坐标为所对应的型值点  $P_{i_{{P_2}^{\&prime;}}}^{{\mathrm{ss}}^{\&prime;}},...,P_N^{{\mathrm{ss}}^{\&prime;}};$

步骤（6），根据曲率高阶光滑的吸力面型线和原始压力面型线确定尾缘小圆以及尾缘与吸力面和压力面分别相切的切点： 

步骤（6.1），确定下述三条直线： 

a,曲率高阶光滑的吸力面型线的型值点和组成的直线， 

b,原始压力面型线的型值点和组成的直线， 

c,原始尾缘小圆的切线，切点为原始前缘小圆圆心与原始尾缘小圆圆心的连线的延长线与原始尾缘小圆的交点， 

步骤（6.2），确定同时与步骤（6.1）中的三条直线a,b,c相切的圆即为尾缘小圆， 

步骤（6.3），根据步骤（6.2）的结果计算出尾缘小圆的圆心坐标(x^TE′,y^TE′)和半径r^TE′， 

步骤（6.4），确定尾缘小圆与直线a的交点为尾缘与吸力面的切点，以及尾缘小圆与直线b的交点为尾缘与压力面的切点。 

另外，所述压气机进口导叶4根部前端与第十三级静叶根部后端的水平距离为3972mm，通流部分在进口导叶4前端处的内径为995.8mm，外径为2370.2mm，通流部分在第十三级静叶后端的内径为1748mm，外径为1890mm。 

根据上述设计，本实用新型压气机的通流部分的流量为700kg/s，总压比为17，效率高于89%，平均级压比为1.24。 

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

Claims (10)

1.一种用于300MW F级重型燃气轮机的大流量高负荷轴流压气机，其特征在于，该压气机包括：压气机入口（1）、中心转轴（2）、轮盘（3）、进口导叶（4）、十三级动叶（5）、前四级可调静叶（6）、后九级不可调静叶（7）、机匣（8），压气机出口（9），其中：

所述压气机入口（1）位于整个压气机的最前端，用于吸入空气，其与所述机匣（8）通过支撑片进行连接；

所述进口导叶（4）的一端通过转轴与所述机匣（8）的最前端连接，其相对于垂直于中心轴线的平面的角度通过转轴的旋转来调整；

所述中心转轴（2）与轮盘（3）固连；

所述十三级动叶（5）安装在所述进口导叶（4）之后，其沿轴向依次通过叶根（10）连接在所述轮盘（3）的外侧；

所述前四级可调静叶（6）的一端通过转轴与所述机匣（8）连接，其相对于垂直于中心轴线的平面的角度通过转轴的旋转来调整；

所述后九级不可调静叶（7）沿轴向依次通过叶冠（11）连接在所述机匣（8）的内侧；

所述机匣（8）与所述轮盘（3）之间的空间形成通流部分，所述进口导叶（4）、十三级动叶（5）、十三级静叶（6、7）均位于所述通流部分中；

所述机匣（8）的后端与所述轮盘（3）的后端形成一个扩张的环形通道，作为所述压气机的出口（9）；

所述压气机的出口（9）与第十三级静叶所在的通流部分构成所述压气机的扩压器，用于降低出口气体的速度，提高出口气体的压力。

2.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述动叶与所述静叶交替排列。

3.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述动叶包括叶根（10）和叶片（5），所述叶根（10）通过环形燕尾形榫头与所述轮盘（3）连接。

4.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述不可调静叶包括叶冠（11）和叶片，所述不可调静叶为仅通过叶冠（11）固定在所述机匣（8）上的悬臂静叶形式。

5.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述动叶和静叶叶片在不同高度位置上的叶型的进口叶型角（17）在高度方向上的分布为五次贝塞尔曲线；出口叶型角（18）在高度方向上的分布为五次贝塞尔曲线。

6.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，第一级动叶的进口条件跨音速，采用多圆弧叶型，即叶型的中弧线由多段相切圆弧构成；其余各动叶、静叶各个不同高度位置上的叶型均为曲率高阶光滑叶型。

7.根据权利要求5或6所述的压气机，其特征在于，所述叶型包括前缘（14）、吸力面（15）和压力面（16），所述其余各动叶、静叶叶型的前缘（14）、吸力面（15）、以及前缘（14）与吸力面（15）切点处的曲率均高阶光滑。

8.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述压气机进口导叶（4）根部前端与第十三级静叶根部后端的水平距离为3972mm，通流部分在进口导叶（4）前端处的内径为995.8mm，外径为2370.2mm，通流部分在第十三级静叶后端的内径为1748mm，外径为1890mm。

9.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述机匣（8）上在第七级静叶位置处和第十级静叶位置处分别贯通有两个沿轴向排列的第一通道（12）和第二通道（13），所述通道（12、13）与所述机匣（8）与所述轮盘（3）所形成的空间相通，用于将所述空间内的少量空气引导至其他装置中，其中，所述第一通道（12）和第二通道（13）所引导的空气量与所述中心转轴（2）的转速相关：当所述中心转轴（2）的转速在2700转/分以下时，第一通道（12）、第二通道（13）引导的空气量分别为空气总流量的25%和20%，当转速为2700转/分时，第一通道（12）、第二通道（13）引导的空气量分别为空气总流量的16.5%和15.2%，当转速为3000转/分时，第一通道（12）、第二通道（13）引导的空气量分别为空气总流量的4%和2%。

10.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述通流部分的形式为：前七级动叶和静叶所处位置处的轮盘上凸，机匣下凹，使得前七级动叶和静叶所处位置处的通流部分收缩，也就是说，所述前七级动叶和静叶所处位置处的通流部分的垂直轴线方向的截面面积不断减小，其中，所述轮盘（3）上凸的程度大于所述机匣（8）下凹的程度；后六级动叶和静叶所处位置处的轮盘和机匣的形状沿轴线几乎不变，从而使得后六级动叶和静叶所处位置处的通流部分的垂直轴线方向的截面面积基本不变。