[发明专利]一种递增载荷船用发电型燃气轮机多级动力涡轮气动设计方法

说明书

本发明的目的在于提供一种递增载荷船用发电型燃气轮机多级动力涡轮气动设计方法，在确定动力涡轮设计参数后，选择动力涡轮级载荷分配系数、各级反动度作为载荷控制参数并进行逐级分布规律的参数化设计，通过动力涡轮一维气动设计、设计工况附近动力涡轮气动性能分析、全工况整机总体性能评估，获得满足设计工况附近性能要求的动力涡轮气动方案。本发明通过个别关键控制参数的特定规律设置，实现了动力涡轮负荷分配及各级反动度的参数化与定制化，加速了设计过程，提升了设计效率。同时该方法不仅局限于船用燃气轮机动力涡轮，同样适用于各种使用工况范围相对固定、设计工况附近性能指标要求高的工业型燃气轮机多级动力涡轮气动设计过程。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机设计方法，具体地说是燃气轮机动力涡轮设计方法。

背景技术

因燃气轮机具有功率密度大、起动速度快等优点，燃气轮机已成为大中型水面船舶的主动力，燃气轮机或者基于燃气轮机的综合电力推进系统用作船舶主机可以极大地改善船舶的性能。船用燃气轮机对设计工况性能要求较高，特别是大部分寿命期内处于高工况工作使用的船用燃气轮机对设计工况附件(95～105％)性能要求更高。作为船舶综合电力系统原动机的船用燃气轮机，对动力涡轮的气动设计和设计工况附近特性提出了新的更高的要求。对于船用发电型燃气轮机横转速工作的动力涡轮，其设计时更应考虑其设计工况附近具有优良的气动性能。

船用燃气轮机动力涡轮设计工况附近横转速变功率的工作特点，以及较高的效率要求，增加了船用燃气轮机动力涡轮气动设计的难度及复杂性。传统涡轮气动设计方法难以达到设计工况附近高效动力涡轮的设计要求，涡轮气动设计能力和设计水平需要拓展和提升，以满足船用发电型燃气轮机越来越高的性能指标要求，科研人员迫切希望有一种能够有效提升船用燃气轮机多级动力涡轮用于恒转速发电时设计工况附近性能的先进设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供能解决船用燃气轮机多级动力涡轮用于恒转速发电时设计工况附近性能偏差等问题的一种递增载荷船用发电型燃气轮机多级动力涡轮气动设计方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种递增载荷船用发电型燃气轮机多级动力涡轮气动设计方法，其特征是：

(1)确定动力涡轮设计参数：根据船用燃气轮机设计工况整机总体性能参数，确定动力涡轮设计参数，包括动力涡轮进口条件、转速、流量、膨胀比、级数、第一级导叶进口尺寸与最末级动叶出口尺寸限制；

(2)动力涡轮通流设计：根据采用涡轮一维通流设计程序，完成满负荷工况条件下动力涡轮一维通流设计，得到动力涡轮一维通流；

(3)给定动力涡轮载荷、反动度分布规律：按照递增载荷分配规律给定动力涡轮首级载荷分配系数K₁及载荷递增斜率k，并得到动力涡轮其余各级载荷分配系数K_i；按照恒定反动度分布形式给定动力涡轮各级反动度Ω_i，即各级反动度相等；

(4)动力涡轮一维气动设计：采用涡轮一维气动设计程序，完成满负荷工况条件下动力涡轮一维气动设计，得到涡轮一维气动计算模型，以及满负荷工况条件下船用燃气轮机动力涡轮一维气动结果，判断是否满足满负荷工况条件下整机总体性能设计指标要求，如果满足要求，继续开展后续步骤，如果不满足要求，重复步骤(2)～步骤(4)，并在步骤(3)时按照递增载荷分配规律，调整动力涡轮首级载荷分配系数K₁和载荷递增斜率k，按照恒定反动度调整动力涡轮各级反动度Ω_i，直至动力涡轮参数满足满负荷工况条件下整机总体性能设计指标要求；