[发明专利]一种船用燃气轮机低压压气机低工况级间放气防喘方法

说明书

本发明的目的在于提供一种船用燃气轮机低压压气机低工况级间放气防喘方法，包括如下步骤：通过三维CFD计算，获得低压压气机的特性曲线与低工况喘振边界点时的失速区域位置，整机总体性能仿真分析，根据三维CFD计算获得的低压压气机在低工况下近喘振点时的失速区域位置，初步确定低压压气机级间放气位置方案，根据初步确定的放气量与放气位置，进行排列组合，并从中筛选出样本方案，确定最终的低压压气机级间放气方案。本发明在提升喘振裕度的同时，把级间放气对压气机内部流动的影响降至最低，有效扩大了低压压气机的高效稳定运行工作范围。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机控制方法，具体地说是压气机防喘方法。

背景技术

作为船用燃气轮机的三大核心部件之一，压气机的性能优劣与可靠稳定直接影响着船用燃气轮机的安全性、技术性与经济性指标的实现。对于船用燃气轮机而言，为了适应船舶在航行过程中的技术要求，机组要在保证高工况性能的同时，特别强调低工况下的宽裕度稳定运行。船用燃气轮机这种大范围变工况的运行特点，使其压气机特别是低压压气机的低工况稳定性问题十分突出。因此，为了使船用燃气轮机具有更宽的稳定工作范围与更优秀的变工况性能，往往需要在压气机上采用各种防喘扩稳技术，以提高其在低工况下的喘振裕度指标。

在各种压气机防喘扩稳技术中，级间放气是提高低工况喘振裕度最简单直接也是最为常用的技术手段。通过级间放气，可以使压气机的共同工作线向下平移，从而使压气机的喘振裕度得到提升；但另一方面，由于将压气机内部经过压缩的气体在级间排出，可能会导致压气机本身的性能下降；同时，长时间大量放气还可能对于机组的舱室环境等造成不良影响。基于以上原因，需要对压气机的级间放气方案进行详细的设计与分析，在喘振裕度提升与压气机性能变化、舱室环境影响等方面进行综合评估，寻求压气机安全稳定运行与其他方面的最佳平衡点。为此，必须发展船用燃气轮机压气机的低工况级间放气防喘设计方法，形成适合于实际工程设计应用的压气机级间放气防喘设计技术，才能真正实现压气机的喘振裕度提升。

发明内容

本发明的目的在于提供能解决喘振裕度不足等问题的一种船用燃气轮机低压压气机低工况级间放气防喘方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船用燃气轮机低压压气机低工况级间放气防喘方法，其特征是：

(1)通过三维CFD计算，获得低压压气机的特性曲线与低工况喘振边界点时的失速区域位置；

(2)整机总体性能仿真分析：根据三维CFD计算获得的低压压气机特性曲线，通过燃气轮机的总体性能仿真，获得低压压气机的共同工作线；然后依据低压压气机在全工况范围内安全稳定运行的最小喘振裕度要求，初步确定低压压气机的放气运行工况范围与放气量；

(3)级间放气位置初步拟定：根据三维CFD计算获得的低压压气机在低工况下近喘振点时的失速区域位置，初步确定低压压气机级间放气位置方案；

(4)级间放气方案设计：根据初步确定的放气量与放气位置，进行排列组合，并从中筛选出样本方案；

(5)不同方案三维CFD计算分析：对筛选出的样本方案进行低压压气机三维CFD计算，并进行计算结果评估分析，确定最终的放气工况以及最佳的放气位置、放气量，从而确定最终的低压压气机级间放气方案。

本发明还可以包括：

1、步骤(1)中获得压气机的特性曲线与低工况喘振边界点时的失速区域位置，是指在给定压气机转速、进口总温和总压的基础上，通过改变压气机出口静压值获得压气机在该转速下的特性曲线，并寻找压气机数值计算的发散点，取临界发散点作为压气机在该转速下的喘振边界点。

2、步骤(2)中低压压气机在全工况范围内安全稳定运行的最小喘振裕度要求为：在全工况范围内的最小喘振裕度不低于10％。