一种多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法与流程

1.本申请属于多轴船用燃气轮机低压压气机设计技术领域，具体涉及一种多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法。


背景技术：

2.多轴船用燃气轮机是邮轮、lng运输船的主动力，低压压气机工作线比较平缓，在低转速通常超过了航空发动机风扇和高压压气机的喘振边界线，需要更加宽广的稳定边界，航空发动机风扇和高压压气机的设计经验无法满足船用燃气轮机低压压气机对稳定边界的需求。
3.船内空间局促，需要进一步减小多轴船用燃气轮机轴向长度，为此需要提高平均级压比，以减少低压压气机级数，按照轴流压气机一般设计规律，大幅度提高低压压气机的低转速喘振裕度，往往需要增大高转速对气流的加功增压能力，这势必导致低压压气机高转速工作点向堵塞方向移动，致使效率降低，难以在较小的轴向长度下，兼顾高、低转速性能的严苛设计要求。
4.鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。
5.需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。


技术实现要素：

6.本申请的目的是提供一种多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
7.本申请的技术方案是：
8.一种多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法，包括：
9.从低压压气机特性线斜率公式出发，构建低压压气机总体气动布局、s2流场、叶片参数，增加静子出口气流角、转子出口相对气流角，增加转、静子叶片安装角；
10.提高低压压气机s2流场中的设计压比15％～20％。
11.根据本申请的至少一个实施例，上述的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法中，低压压气机特性线公式为：
12.h＝1-φ(tagα1+tagβ2)；
13.其中，
14.h为加功因子；
15.φ为流量系数；
16.α1为静子出口气流角；
17.β2为转子出口相对气流角。
18.根据本申请的至少一个实施例，上述的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法
中，提高低压压气机s2流场中的设计压比16％。
19.本申请至少存在以下有益技术效果：
20.提供一种多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法，从低压压气机特性线斜率公式出发，以提高低压压气机特性线斜率作为设计的指导方向，采用多转速特性定制的设计方法，可在较小的轴向长度下，兼顾高、低转速性能的严苛设计要求，提高特性线斜率，拓宽各转速喘振边界线。
附图说明
21.图1是本申请实施例提供的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法的示意图；
22.图2是某5级多轴船用燃气轮机低压压气机采用本申请实施例提供的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法进行设计，前后对比的示意图。
具体实施方式
23.为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
24.此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
25.此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
26.下面结合附图1至图2对本申请的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法做进一步详细说明。
27.从低压压气机特性线斜率公式出发，构建特定的压气机总体气动布局、s2流场和叶片参数，增加静子出口气流角α1、转子出口相对气流角β2，增大转、静子叶片安装角，以提高各转速特性线斜率，并在相同展弦比条件下减小低压压气机轴向长度。
28.低压压气机特性线斜率公式，如下：
29.h＝1-φ(tagα1+tagβ2)；
30.其中，
31.h为加功因子，与压比相关；
32.φ为流量系数；
33.α1为静子出口气流角；
34.β2为转子出口相对气流角。
35.增加静子出口气流角α1，同时减小静子转折角、转子进口相对马赫数，可有效提高各转速效率。
36.一般压气机设计压比提高量级在10％以内，将低压压气机s2流场中的设计压比提高16％左右，可显著拓宽各转速喘振边界线。
37.上述实施例公开的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法，从低压压气机特性线斜率公式出发，以提高低压压气机特性线斜率作为设计的指导方向，采用多转速特性定制的设计方法，可在较小的轴向长度下，兼顾高、低转速性能的严苛设计要求，提高特性线斜率，拓宽各转速喘振边界线。
38.某多轴船用燃气轮机低压压气机级数为5级，采用上述实施例公开的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法进行设计，所得低压压气机设计压比较高，在设计流量换算到相同流量条件下，所得低压压气机轴向长度缩短16％。
39.采用上述实施例公开的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法进行设计，所得低压压气机，设计转速的峰值多变效率超过0.9，且喘振裕度提高超过10％，其余转速无量纲喘振边界也有明显提高，各等转速线特性斜率更大，有利于提高低压压气机抗进气畸变和燃气轮机机快速机动过程中的稳定性。
40.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。


技术特征：
1.一种多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法，其特征在于，包括：从低压压气机特性线斜率公式出发，构建低压压气机总体气动布局、s2流场、叶片参数，增加静子出口气流角、转子出口相对气流角，增加转、静子叶片安装角；提高低压压气机s2流场中的设计压比15％～20％。2.根据权利要求1所述的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法，其特征在于，低压压气机特性线公式为：h＝1-φ(tagα1+tagβ2)；其中，h为加功因子；φ为流量系数；α1为静子出口气流角；β2为转子出口相对气流角。3.根据权利要求1所述的多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法，其特征在于，提高低压压气机s2流场中的设计压比16％。

技术总结
本申请属于多轴船用燃气轮机低压压气机设计技术领域，具体涉及一种多轴船用燃气轮机低压压气机设计方法，从低压压气机特性线斜率公式出发，构建低压压气机总体气动布局、S2流场、叶片参数，增加静子出口气流角、转子出口相对气流角，增加转、静子叶片安装角；提高低压压气机S2流场中的设计压比15％～20％。气机S2流场中的设计压比15％～20％。气机S2流场中的设计压比15％～20％。


技术研发人员：李聪 李孝堂 孟德君 刘太秋 潘若痴 崔英俊
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/22