用于跨音速多级轴流压气机气动性能模拟的准一维程序

发展了一种能够较为准确预测跨音速多级轴流压气机气动性能的准一维数学模型。该模型基于欧拉方程外加源项的方法,可对多级轴流压气机的气动性能进行数值模拟。方程中的源项用于表示叶片、壁面摩擦以及流道面积变化对气流的影响,可以通过求解叶片排的进出口速度三角形求得。通过对跨音速压气机内部复杂的三维流动现象进行了简化,发展了合适的损失系数和落后角模型用来计算得到叶片排出口参数。对两种不同的多级跨音速压气机进行了数值模拟并与实验结果进行了对比,验证了本模型能够较为准确地模拟出跨音速轴流压气机的气动性能,但计算的精确度还需要根据不同的压气机类型对经验公式的系数进行优化。发展的模型根据压气机简单的几何尺寸就能对其气动性能做出较为准确的预测,这在压气机的预设计以及优化阶段有着重要的指导作用。     

某重型燃气轮机17级轴流压气机特性预估计算研究

以某重型燃气轮机用17级轴流压气机为研究对象,建立了一种可用于多级轴流压气机特性预估的损失和落后角模型.运用流线曲率法计算得到了不同转速下的压气机特性变化曲线.并将其与全三维数值模拟结果进行了对比,验证了该模型在大流量多级轴流压气机特性预估方面的有效性.通过对设计点各级加工量、总压升分布以及各叶排落后角、效率沿径向分布的对比,验证了该模型在计算大流量多级轴流压气机设计点各级性能参数分布以及各叶排气动参数分布方面的可靠性.     

多级轴流压气机一维性能预测程序开发及应用

为了实现对轴流压气机气动性能的准确预测,基于平均流线法建立了多级轴流压气机一维气动性能预测方法,编制了相应的Matlab程序,该方法允许针对不同类型压气机选择适用的经验模型。通过计算得到了某四级亚音速轴流压气机和某八级高速轴流压气机的气动性能,对比分析发现,一维性能预测结果与实验/三维CFD模拟结果吻合较好,效率与压比计算偏差均保持在较小范围内,预测结果精度较高。为进一步提高压气机气动性能预测的准确性,发展了一种经验模型自动校准方法,采用该方法对选取的四级亚音速轴流压气机和八级高速轴流压气机模型进行校准,校准后对各转速下气动性能的预测精度均有所提高。研究工作表明,所建立的多级轴流压气机一维气动性能预测方法以及模型自动校准方法具有一定的准确性和可靠性。     

动叶正弯对压气机性能影响的数值研究

对某多级高亚音轴流压气机的第七级动叶叶片进行了正弯设计的参数研究,得到了适用于所研究压气机的弯动叶气动性能变化规律,数值研究结果表明:对于正弯叶片,弯角和弯高存在一个最佳数值.动叶正弯改善了压气机级的气动性能,提高了整级的效率和压比.     

燃气轮机多级轴流压气机快捷一体化气动设计与性能优化研究

基于子午流面正反问题流线曲率法、改进Powell算法和叶型参数化方法,构建轴流压气机快捷气动设计、性能分析与优化平台,对某燃气轮机9级轴流高压压气机开展一体化气动设计和多目标优化。结果表明:该平台可自动有效实现多级轴流压气机快速设计、多工况性能分析和优化流程;优化改善了压气机各叶排流动和负荷匹配,实现了多工况扩稳增效;优化后设计点流量、总压比、绝热效率及设计转速下喘振裕度分别为25.97 kg/s, 5.038,88.25%和33.33%;相比优化前,设计转速下裕度提升了5.39%,80%相对转速下裕度和目标工况点效率分别提升了7.56%和2.71%。     

舰船大功率轴流压气机气动设计研究

基于建立的舰船大功率多级轴流压气机气动设计体系,开展了舰船用某型大功率燃气轮机压气机设计研究,完成了6级轴流压气机的气动设计。进行了一维反问题设计、一维特性计算分析、S2反问题计算、叶片造型以及三维CFD计算分析。各级载荷分布从前面级到后面级逐渐降低,叶展方向按照等压比分配以避免径向掺混损失过大,S2设计并没有严格遵循传统的设计规律(等环量、等反动度等),而是基于一维设计方案通过不断调整优化获得的。根据CDA的特点,开发了可用于工程应用的叶片造型程序,可实现不同中弧线、不同厚度分布调节,能够实现叶片弯、掠等功能。三维数值模拟结果表明,考虑动叶叶顶具有0. 5 mm间隙的情况下,6级压气机设计点效率达到89. 75%,设计转速下的喘振裕度为22. 5%,同时具有较好的变工况性能。     

多级压气机动叶不同周向位置下叶片动应力及响应计算

对多级压气机进行非定常计算,数值模拟了某型燃气轮机中间三级轴流压气机流场,研究第二级动叶处于不同周向安装位置下中间级静叶片动应力及响应,指出动叶不同周向位置对应的气流激振力对叶片的气动负荷以及动应力造成了明显的影响,特别是在对叶片构成危险性最大的一阶低频共振点,动叶片处于CLK0安装位置时的激振力对叶片应力和位移响应幅度影响程度都明显要大于其它安装位置的情况,同时导致S2叶片产生比较强烈的共振,造成结构上的疲劳损伤.     

重型燃气轮机的现状和发展趋势

重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。当代燃气轮机主要关键技术包含多级轴流压气机、高效清洁燃烧室、多级轴流冷却透平、二次空气系统、镍基超级合金叶片材料与制造等等。以国家需求为导向,集中全行业力量,走自主研究和消化吸收相结合的道路,突破燃气轮机的基础科学问题和关键技术,为我国自主开发燃气轮机提供共性技术支持,是全面深入推进重型燃气轮机核心技术国产化的必由之路。     

压气机动叶CLOCKING效应对叶片可靠性影响的数值研究

采用基于谐函数(harmonic)的非定常计算方法,数值模拟了某型燃气轮机中间三级轴流压气机流场,研究第二级动叶CLOCKING效应对中间级静叶片气动负荷的影响。通过对各列叶片非定常气动力和气动力矩进行时域分析,指出不同CLOCKING位置对应的气流激振力对叶片的气动负荷造成了明显的影响。进行了中间级动叶和静叶的振动可靠性分析。计算结果表明,该压气机的3组静叶片避开共振区的程度各不相同。R2转子叶片处于不同的CLOCKING位置会引起下游S2静叶片气流激振力发生显著变化,导致S2叶片产生比较强烈的共振。     

6000千瓦燃气轮机压气机的喘振及其分析

本文详细介绍了一台6000千瓦燃气轮机的压气机布试车过程中发生提前喘振的现象,分析了发生提前喘振的原冈和解决提前喘振所作的一些努力。 本文讨论了有、无内环两种静叶栅流动的机理及其对单级和多级轴流压气机性能的影响。认为对于失速先发生在内径的级、静叶是直叶片的级以及压气机的后面的级,其静叶都应尽量避免采用内环。     

Thermal performance analysis of gas turbine engines based on different compressor configurations

In this study, the performance of several gas turbine engines has been investigated using computational modelling based on the actual manufacturer's data. Further, the study focuses on evaluating the impact of varying the configuration of the compressor on overall engine performance based on the first and second laws of thermodynamics. The results confirm that the main source of irreversibilities occurs in the combustion chamber in all cases. The exergetic efficiency of the gas turbine engine significantly varies with compressor configurations, type of compressors, load variation, climatic condition, and isentropic efficiency. The engine capacity and high‐pressure turbine inlet temperature govern the gas turbine performance, and higher values are more favourable. The gas turbine exergetic efficiency drops off when the power setting adjusted at part‐load and at high ambient temperature. The most optimal gas turbine performance is located at the single axial compressor case, followed by the axial‐centrifugal compressor and then the centrifugal–centrifugal compressor.     

发电燃气轮机效率分析及提高措施

近10多年来地面燃气轮机技术迅速发展,其中一个重要方面是燃气轮机效率的提高。燃气轮机效率的提高与涡轮进口温度的提高、压气机涡轮气动特性的改进以及先进联合循环的使用分不开。本文通过对燃气轮机简单热力循环工作过程的分析,讨论了这些因素对燃气轮机效率的影响,并且简要介绍了近10多年来国内外在这些方面为提高燃气轮机效率而采取的一些措施。     

排气蜗壳与轴流涡轮相互作用的气动性能研究进展

排气蜗壳是连接燃气轮机末级涡轮与大气的关键部件,同时也是进一步提高动力装置输出功率最有潜力的部件之一,其与上游末级轴流涡轮因紧密耦合而产生的流动复杂性和非定常性可对涡轮和排气蜗壳的气动性能产生较大影响。国内外研究大多集中于单独的排气蜗壳性能和优化,而对排气蜗壳与轴流涡轮之间耦合的相互作用研究很少。本文主要从排气蜗壳内流动和损失机理、涡轮和排气蜗壳之间流动的相互作用以及排气蜗壳和轴流涡轮耦合的数值研究方法等方面对排气蜗壳内部流场分布及其与轴流涡轮流动相互作用的气动性能研究进展进行综述,重点梳理了二者流动的相互作用以及相关研究方法。最后,对排气蜗壳与轴流涡轮气动性能耦合研究的未来研究重点和发展趋势进行了展望。     

压气机不同运行工况下湿压缩性能分析

湿压缩技术能够有效提高燃气轮机输出功,降低燃气轮机对大气环境的依赖程度.该技术对压气机的影响因素非常复杂,压气机的运行工况对湿压缩效果的影响甚大.本研究采用CFX软件对某型三级轴流压气机在不同工况下的干、湿压缩过程进行三雏数值模拟.结果表明:压比不变的情况下,高转速时压气机近失速边界处质量流量增加,低转速时质量流量下降...     

压气机静叶可调对燃气轮机和联合循环变工况性能的影响

本文叙述了压气机采用可调静叶对单轴恒速燃气轮机变工况性能的影响。通过计算得到了燃气轮机变工况性能曲线,分析了不同的最大排气温度对静叶调节区的影响,以及在部分负荷下机组效率变化的影响。叙述了压气机静叶调节时对由单轴恒速燃气轮机组成的联合循环的影响,指出这时能改善部分负荷下的效率,因而得到了实际应用。     

燃气轮机在我国天然气管道行业的应用现状

我国天然气管道建设的迅速发展带动了燃气轮机在国内的应用。本文全面总结了用于管道压缩机驱动的燃气轮机在国内的应用现状,分析了燃气轮机在我国管道行业中的应用特点以及运行中存在的问题,并对未来燃气轮机在管道应用中需要关注的问题进行了展望。     

船用燃气轮机压气机多级可调静叶优化匹配方法研究

作为防止燃气轮机喘振的有效手段之一,可调静叶技术的应用能够提升压气机在非设计工况下的效率和运行范围,从而提高燃气轮机变工况下的经济性和稳定性。以某型船用三轴燃气轮机为研究对象,建立压气机一维性能分析模型与燃气轮机零维仿真模型耦合的变维度燃气轮机仿真模型,以经济性和稳定性为优化目标,通过多目标遗传算法对低压压气机多级可调静叶进行优化匹配。结果表明:优化后的可调静叶方案能提高压气机的喘振裕度并降低耗油率;静叶处于不同优化角度方案时,不同工况下压比-流量共同工作线上压比最高提升2.17%,效率-流量共同工作线上效率最高提升4.34%,折合转速提高3%～4%。     

PGT25＋燃气轮机高压压气机16级动叶断裂原因及预防措施

本文以西气东输管道GE PGT25＋燃气轮机高压压气机16级动叶的断裂失效事故为例,参照原设备供应商对事故原因的分析,提出了二阶扭振疲劳与叶片间不稳定流存在关联的概念,以及天然气管道输送用燃气轮机压缩机组运行中应注意的问题。     

给定通流部分形状时多级轴流压气机效率优化

用一维理论对轴流压气机的初步设计作进一步的研究。导出了多级轴流压气机特性关系，建立了在给定通流部分形状时最优化设计的数学模型，得到了解析关系，并以某三级压气机为例进行了数值计算，所得结论具有一定的普适性，对多级轴流压气机的初步设计有一定的指导作用。