多级轴流压气机前加级设计及性能优化
发布时间：2021-01-16 21:31
随着科学技术的发展,海洋交通运输对动力的经济性要求更高,船用燃气轮机需要更高推进功率,所以大流量、高压比的压气机设计日趋紧俏。但当前有很多性能优良的压气机,仍不能满足新的需求。以成熟压气机为基础,通过前加级设计来增加质量流量或提高压比从而得到满足新要求的压气机可以很大程度上缩短设计周期、降低设计成本。本文主要提出了跨音速压气机前加级设计的设计方法,并且确定了一个满足新的燃气轮机要求的多级轴流压气机前加级设计方案。本文设计和研究过程主要基于哈尔滨工程大学的自动气动设计平台,主要包括一维计算、二维计算、三维叶片造型和数值计算软件的三维模拟过程。首先通过分析一维特性计算结果,讨论了前加零级与原压气机的匹配原理,并考虑了结构限制的约束条件。在此基础上,通过改变进口预旋来适应长叶片的载荷分布,研究跨音速零级的扭曲规律的影响。跨音速叶型设计使用自编程序生成,叶型中弧线由齐次多项式曲线定义。为了达到设计要求需对跨音速零级压气机进行优化,通过研究零级反动度及动静叶展弦比对零级性能及整机性能的影响,选取最优展弦比和反动度。为了适应新压气机非设计转速下的流场变化,设计可转进口导叶和四排可转静叶,并且讨论可...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Taurus70压气机结构图
经加级后其压比为 16；Taurus 70 发动机的 14 级轴由 Taurus 60 发动机的 12 级轴流压气机通过前加一级后加一选择原压气机的最佳效率点作为匹配点，前加级动静叶采用双CA65 叶型，动叶采用宽弦设计，为了适应工作条件将前缘增叶的轴向间隙。后一级是将 Mars 压气机的最后一级进行缩放机的质量流量增加了大约 20%，压比由 11.2 增加到 16。
增加原机的内外径将面积增加 12.2%；MS9001FA 和 MS6001FA 的压气机则直7001FA 模化而得到；MS7001EC 推出得比较晚，其压气机只是在 MS7001EA 的加了第零级；MS9001EC 则直接由 MS7001EC 模化设计得到[7]。除此之外，GE 公司 LM2500 系列燃机也是通过加级设计得到，图 1.3 为该系发展过程。对 LM2500 进行加级设计，将原 16 级压气机在前面加零级得到新气机 LM2500+，使流量提高了 23%，压比由原来的 18 提高到 23.3。为了使加达到最佳，选择 LM2500 的最佳效率点作为匹配点，确定第零级压比为 1.428叶叶型设计采用传统叶型，NACA63 系列叶型，稠度顶部 0.89-根部 1.2，出口线性变化，顶部 18 度，根部-15 度。降低动叶顶部和静叶根部马赫数，进口导分重要，转角可能接近 60 度。跨音速叶型采用类似于 CF6-80C2 的三维定制叶提高了压气机的效率，采用三维设计、定制叶型等技术实现压气机性能提升，气机的多变效率达到了 91%，达到了各项指标；GE-LM2500+G4 是将 LM250大，使压比达到 24[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多级轴流压气机多排可转导/静叶联合调节规律研究[J]. 廖吉香,姜斌,吕从鹏,郑群,邱毅,王国强. 推进技术. 2017(02)
[2]离心式透平的变工况特性研究[J]. 谭鑫,李银各,林显巧,黄典贵. 工程热物理学报. 2016(06)
[3]端区流动对跨声速压气机失速影响的数值研究[J]. 傅文广,孙鹏,徐佳汇,钟兢军. 推进技术. 2016(07)
[4]可调弯度进口导叶在对转压气机中的应用[J]. 刘波,张国臣,巫骁雄,宋召运. 航空动力学报. 2015(05)
[5]转子叶尖端壁失速特性试验研究[J]. 马彩东,李应红,吴云,宗豪华,张志波. 推进技术. 2015(05)
[6]中高温太阳能有机朗肯循环系统向心透平气动设计研究[J]. 岳松,张奥,张燕平,朱志成,黄树红. 机械工程学报. 2015(04)
[7]中低压轴流风机流型优化的数值模拟与试验分析[J]. 刘广强,吕子强,郭宇,刘东妮. 流体机械. 2014(10)
[8]跨声速轴流压气机失速边界预测方法[J]. 钟勇健,滕金芳,徐玺,羌晓青,吴亚东,欧阳华. 航空动力学报. 2014(08)
[9]超临界有机朗肯循环工质的选择[J]. 胡芃,胡仁东,陈则韶. 工程热物理学报. 2014(06)
[10]轴流压气机叶顶喷气控制实验研究[J]. 李继超,林峰,童志庭,聂超群. 航空学报. 2013(11)
硕士论文
[1]轴流压气机加跨音速级设计及气动性能研究[D]. 杨俊杰.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：2981574
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Taurus70压气机结构图
经加级后其压比为 16；Taurus 70 发动机的 14 级轴由 Taurus 60 发动机的 12 级轴流压气机通过前加一级后加一选择原压气机的最佳效率点作为匹配点，前加级动静叶采用双CA65 叶型，动叶采用宽弦设计，为了适应工作条件将前缘增叶的轴向间隙。后一级是将 Mars 压气机的最后一级进行缩放机的质量流量增加了大约 20%，压比由 11.2 增加到 16。
增加原机的内外径将面积增加 12.2%；MS9001FA 和 MS6001FA 的压气机则直7001FA 模化而得到；MS7001EC 推出得比较晚，其压气机只是在 MS7001EA 的加了第零级；MS9001EC 则直接由 MS7001EC 模化设计得到[7]。除此之外，GE 公司 LM2500 系列燃机也是通过加级设计得到，图 1.3 为该系发展过程。对 LM2500 进行加级设计，将原 16 级压气机在前面加零级得到新气机 LM2500+，使流量提高了 23%，压比由原来的 18 提高到 23.3。为了使加达到最佳，选择 LM2500 的最佳效率点作为匹配点，确定第零级压比为 1.428叶叶型设计采用传统叶型，NACA63 系列叶型，稠度顶部 0.89-根部 1.2，出口线性变化，顶部 18 度，根部-15 度。降低动叶顶部和静叶根部马赫数，进口导分重要，转角可能接近 60 度。跨音速叶型采用类似于 CF6-80C2 的三维定制叶提高了压气机的效率，采用三维设计、定制叶型等技术实现压气机性能提升，气机的多变效率达到了 91%，达到了各项指标；GE-LM2500+G4 是将 LM250大，使压比达到 24[8]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多级轴流压气机多排可转导/静叶联合调节规律研究[J]. 廖吉香,姜斌,吕从鹏,郑群,邱毅,王国强. 推进技术. 2017(02)
[2]离心式透平的变工况特性研究[J]. 谭鑫,李银各,林显巧,黄典贵. 工程热物理学报. 2016(06)
[3]端区流动对跨声速压气机失速影响的数值研究[J]. 傅文广,孙鹏,徐佳汇,钟兢军. 推进技术. 2016(07)
[4]可调弯度进口导叶在对转压气机中的应用[J]. 刘波,张国臣,巫骁雄,宋召运. 航空动力学报. 2015(05)
[5]转子叶尖端壁失速特性试验研究[J]. 马彩东,李应红,吴云,宗豪华,张志波. 推进技术. 2015(05)
[6]中高温太阳能有机朗肯循环系统向心透平气动设计研究[J]. 岳松,张奥,张燕平,朱志成,黄树红. 机械工程学报. 2015(04)
[7]中低压轴流风机流型优化的数值模拟与试验分析[J]. 刘广强,吕子强,郭宇,刘东妮. 流体机械. 2014(10)
[8]跨声速轴流压气机失速边界预测方法[J]. 钟勇健,滕金芳,徐玺,羌晓青,吴亚东,欧阳华. 航空动力学报. 2014(08)
[9]超临界有机朗肯循环工质的选择[J]. 胡芃,胡仁东,陈则韶. 工程热物理学报. 2014(06)
[10]轴流压气机叶顶喷气控制实验研究[J]. 李继超,林峰,童志庭,聂超群. 航空学报. 2013(11)
硕士论文
[1]轴流压气机加跨音速级设计及气动性能研究[D]. 杨俊杰.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：2981574
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