某型燃气轮机高压压气机气动优化设计

摘要

作为燃气轮机的三大核心部件之一，压气机的工作性能对整机的性能有非常大的影响。随着时代的发展，燃气轮机对压气机的工作性能提出了更高的要求：高压比、高效率、大喘振裕度是未来压气机发展的必然趋势。为了提高现有的某型燃气轮机的输出功率和工作效率，本文针对其高压压气机部分进行了气动优化改型设计，以期提高该压气机的工作效率和设计流量，使之能与改型后的大功率燃气轮机相匹配。
　　本文以压气机准三维气动设计方法为基础，从设计的角度出发，对该现有的高压压气机进行优化改型设计，主要工作如下：
　　首先，在保持原型高压压气机基本结构不变的前提下，根据所提出的优化设计目标，将各级气动参数进行重新分配，利用重新分配的气动参数进行了一维通流反问题设计，根据一维通流优化设计结果，对压气机子午流道进行了优化设计。在一维通流设计的计算结果之上，利用流线曲率法进行 S2流面的设计计算，并对计算结果进行分析校核，如此反复循环，初步确定了气动优化设计方案。
　　其次，根据初步确定的设计方案，对压气机的叶片数目，轴向长度、叶片造型等几何参数进行了校核计算，确保各级中叶片数目分布合理。再采用一些通用的损失模型，对本文初步确定的设计方案进行了初步的性能分析。如此反复循环，最终得到了较为满意的高压压气机优化设计方案，并对优化设计所得到的叶型进行了三维建模。
　　最后，利用数值模拟的方法对本文所提出的设计方案和原型高压压气机进行了全三维流场计算分析。计算获得了原型高压压气机和优化方案设计所得压气机在设计转速下的压气机特性曲线。计算结果表明，本文的优化设计方案使得压气机的低工况下的工作效率提升了约8％，工作流量也达到了设计之初所提出的要求。基本达到了优化设计之初所提出的优化目标。同时，通过对两种方案下不同工况点的三维流场的全面分析。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 研究背景

1.3 压气机设计体系及发展历史简介

1.4 压气机优化设计研究现状及发展历史

1.5本论文主要研究内容

第2章 压气机气动方案优化设计原理

2.1 压气机气动方案设计流程

2.2 一维气动设计方法及特性计算

2.3 S2流面计算及沿径向扭曲规律设计

2.4 叶型反问题设计方法

2.5 本文所采用的优化设计流程

2.6 本章小结

第3章 压气机优化设计方案

3.1 优化设计要求及性能指标

3.2 一维气动优化设计方案

3.3 二维优化设计计算结果

3.4 高压压气机优化设计方案及分析

3.5 本章小结

第4章 数值模拟结果与分析

4.1 数值计算方法

4.2 网格划分与边界条件

4.3 数值模拟结果分析与对比

4.4 优化设计方案设计点分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢