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燃气轮机加级方案研究及气动设计
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摘要
燃气轮机采用前加级技术是发展新型大功率船用动力装置的重要途径之一。本文以某型船用大功率简单循环燃气轮机(简称MGT)为基础,探讨了通过以加级为主要手段,来满足增大发动机功率,提高效率的设计过程中所涉及的若干问题。
     首先,建立了MGT各核心部件的准确的变比热数学模型,并以其额定工况的热力参数为基础,针对前加级(0级)对总体性能的影响进行了全面深入的分析。然后提出了低压压气机前加一级、加两级、改变原型机工况点、重新模化设计低压压气机等六种改型方案,并详细分析各种方案的影响,最终确定了在低压压气机前加一高压比高负荷0级同时改变原型机额定工况点的改型方案。
     以此方案为设计目标,对所加0级进行气动结构设计。设计采用先完成动叶栅设计再匹配设计静叶栅的办法,通过参数化叶片造型的方法建立叶栅模型,并通过CFD数值计算来模拟求解叶栅模型的性能,针对初始设计的不足进行修正。经多次计算最终得到了一级压比达1.77,效率达90%左右的高负荷跨音速转子
     在静叶栅的设计中,本文对直叶片、正倾斜叶片、正弯曲叶片方案分别进行了设计研究,并分析了产生二次流损失的机理及每个方案下的流场情况。发现在直叶片设计中,由于根部的速度较低,处于吸力面的部分很容易出现附面层加厚和分离;正倾斜叶片改善了根部流场的同时却在叶尖处出现了分离;正弯叶片对端壁损失控制较好,低能气体在径向压力的作用下向中径处聚集汇入主流,总损失降低。
As a direct response to the need for further performance gains from current gas turbine,adding stages is an important tendcy of the marine main propolusion system. Based on a triaxial simple cycle marine gas turbine,this thesis analyse several problems involved in the design process to increase power and efficiency by the method of adding stages in front of compressor.
     A deeply cycle analysis was conducted based on the thermal parameters of mother gas turbine(MGT) on the rated load status, and the variable specific heat capacity mathematical models of those key components of MGT such as compressors,turbines,combusion chamber,were established. And a lot of research studies,such as adding one stage or two stages before low commpressor,adjusting the rated load status,modulated design the low pressure compressor,were conducted based on the variable specific heat capacity mathematical model of MGT,analyse the influence by these schemes and then get the final plan.
     In the aerodynamic design,complete rotor firstly and then design the stator which match the parameters of rotor.The cascade model is established by the parametric blade design through Fine/Autoblade software and solving the performance of the model by CFD numerical calculation.Modified the shape of airfoil for the shortcomings of the initial design amendment.Finally got a high load transonic rotor which pressure ratio is almost 1.77 when the efficiency got about 90%.
     Lots of research has been conducted with compressor cascades composed of conventional straight blades,positive leaned blades,positive curved blades.It is shown that the passage vortices are quite strong in the straight blade,cascade. the secondary loss at the two ends is much higher.On the acute side of the positive leaned blade cascade,the hub corner stall disappears but shroud corner stall appears.Blade positive curving introduces the effect of positive lean on the two ends,the concentrated shed vortices move and converge towards the midspan.
引文
[1]刘光宇.船舶燃气轮机装置原理与设计.哈尔滨工程大学
    [2]李志敏,张密林,刘顺隆.CRGT循环的热力学性能分析.化学工程师,2001,82(1):28-30
    [3]曹文,郑丹星.天然气C02转化化学回热热力循环.东南大学学报,2006,36(5):790-794
    [4]闻雪友,陆辑.燃气轮机湿空气回注循环的研究.燃气轮机发电技术,第6卷
    [5]肖东明.船用间冷回热燃气轮机关键技术的研究.中国舰船研究院学位论文.2003.2
    [6]G.H.Badeer. GE Aeroderivative Gas Turbines-Design and Operating Features.GE Power Systems
    [7]张大中,闻雪友.喷雾蒸发冷却技术在燃气轮机上的应用.业太地区燃气轮机发电应用及气体燃料技术研讨会论文
    [8]李佳,任静.燃气轮机高温叶片气膜冷却系统的研究进展.热力透平.2010年3月
    [9]张文清.蒸汽回注式燃气轮机的发展及其结构特点.燃气轮机技术,1990年12月第3卷
    [10]李淑英,郑群.压气机级间喷水燃气轮机循环分析.船舶工程.2001年第三期
    [11]张效伟,朱惠人.大型燃气涡轮叶片冷却技术.热能动力工程.2008年1月
    [12]胡宗军,吴铭岚.采用蒸汽冷却的各种燃气轮机循环性能分析[J],上海交通大学学报,2005(3):335-338
    [13]韩介琴,桑地普·杜达,斯瑞纳斯·艾卡德著.程代京,谢永慧译.燃气轮机传热和冷却技术.西安:西安交通大学出版社,2005
    [14]Hasan Karabay,Michael Wilson J,Michael Oven. Predictions of swirl on flow and heat transfer in a rotating cavity[J].Int.j.Heat and Fluid Flow,2001,22:143-155
    [15]M.A.Pichot,J.J.Zierer. Optimization of Gas Turbine Generator.Naval engineers journal
    [16]Louis M. Larosiliere.Aerodynamic Design Study of Advanced Multistage Axial Compressor.NASA/TP-2002-211568
    [17]苗厚武,刘建华.压气机加级设计的匹配问题.航空动力学报.1993年10月
    [18]刘科辉,单鹏.弹用涡喷发动机加零级压气机设计方法研究.航空动力学报.2006年12月
    [19]张克危.流体机械原理(上册).机械工业出版社.2001年7月
    [20]姜培正.叶轮机械.西安交通大学出版社.1991年8月
    [21]赵士杭.燃气轮机循环与变工况性能.清华大学出版社.1993年7月
    [22]焦树建.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置(上).中国电力出版社.2007年8月
    [23]吕文灿.轴流式压缩机.第一版.机械工业出版社.1980年
    [24]陈志芳.轴流压气机的前加级设计.哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所.1982年
    [25]叶东平,林公舒.大型燃机的压气机加级模化设计方法.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司
    [26]候双亭.十四级亚音速轴流压气机加级设计与整台调整试验.哈尔滨汽轮机厂研究所
    [27]李景银,石雪松.高压轴流压缩机的加减级设计及模化设计.风机技术.2004第五期
    [28]郑严,庞重义.弹用涡喷(涡扇)发动机技术[J].飞航导弹.2001年12月43252
    [29]D.E.Brandt. GE Gas Turbine Design Philosophy.GE Power Generation
    [30]史麟观.从LM2500+看简单循环燃机轮机的发展.舰船科学技术.2000.2
    [31]王冲,金洁敏.不断升级改进的LM2500燃气轮机.热能动力工程.2007年3月
    [32]A.R.Wadia. Aerodynamic Design and Testing of LM2500+Gas Turbine.ASME2002
    [33]薛恒,林公舒.大功率燃气轮机压气机加级设计的可行性分析及有关试验研究.上海汽轮机,2002.12.第四期
    [34]裘昌泳.轴流压气机前加级设计.上海发电设备研究所
    [35]J.H.Horlock. Advanced Gas Turbine Cycles.An imprint of Elsevier Science.2003
    [36]王亮亮.多级轴流压气机三维数值模拟.哈尔滨工程大学硕士学位论文.2008年3月
    [37]谢志武,陈德来,翁史烈.面向对象的燃气轮机仿真建模综述与展望.热能动力工程.1998年7月
    [38]崔济业.变比热气动函数式及计算的准确解和近似解.工程热物理学报.1986年8月
    [39]张世铮.变比热气体热力过程的计算.工程热物理学报.1982年8月
    [40]刘志刚.工质热物理性质计算程序的编制及应用.北京:科学出版社1992:131-136
    [41]吴仲华.燃气的热力性质表.科学出版社.北京.1959年
    [42]M.S.Chappell, E.P. cockshutt.Gas Turbine Cycle Calculation,Thermodynamic Data Tables for Air and Combustion Products,AD 690715,1968
    [43]朱行健,王雪瑜.燃气轮机工作原理及性能.北京:科学出版社.1992年12月
    [44]沈炳正.燃气轮机装置.北京:机械工业出版社.1981年7月
    [45]翁史烈.燃气轮机性能分析.上海:上海交通大学出版社,1985:191-196
    [46]倪维斗,徐向东,李政等.热动力系统建模与控制的若干问题.北京:科技出版社,1996:33-70
    [47]李涛,王德慧,李政.船用分轴燃气轮机主要部件变工况性能的初步研究.汽轮机技术,2004,46(5):365-368
    [48]戴萍,林枫.燃气轮机叶片气膜冷却研究进展.热能动力工程.2009年1月
    [49]Albert J.Juhasz. High Temperature Fusion Reactor Cooling Using.NASA/TM2003-212721
    [50]彭泽琰,刘刚.航空燃气轮机原理.国防工业出版社.2008年9月
    [51]杨仁.化学回热循环与水系统仿真研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文.2010年3月
    [52]李景银,黄靓.高压离心通风机模化设计的可压缩性修正系数的探讨.风机技术.2007年第6期
    [53]钟胜军,徐立民.应用于氦气压气机的相似模化方法验证.热能动力工程.2007年3月
    [54]刘立强,陈纯正.应用于透平机械的相似模化方法评述.低温工程.1996年4期
    [55]刘建成,闻雪友.压气机湿压缩研究的发展.热能动力工程.2000年3月
    [56]李鹏.进气冷却与湿化压气机技术在燃气轮机上的应用.天津冶金.2009年第5期
    [57]汪凤山,孔文俊.进气温度对微燃机燃烧室燃烧特性的影响分析.工程热物理学报.2007年3月
    [58]H.Iacovides, M.Raisee.Recent progress in the computation of flow and heat transfer in internal cooling passage of turbine blades [J].Int.J. Heat and Fluid Flow,1999,20:320-328
    [59]刘太秋.QC185燃气轮机低压压气机设计.航空发动机.2007年第33卷
    [60]常建忠,李国君.平面跨音速叶栅的优化设计.西安交通大学学报.1994年9月
    [61]步群,关莹.小轮毂比带前导流器轴流通风机的气动设计.风机技术.2008年第6期
    [62]楚武利,刘前智.航空叶片机原理.西北工业大学出版社.2009年8月
    [63]胡骏,吴铁鹰.航空叶片机原理.国防工业出版社.2006年
    [64]沈孟育,周盛.叶轮机械中的跨音速流动.科学出版社.1988年2月
    [65]牛利民.船舶压气机原理.哈尔滨船舶工程学院出版社.1993年12月
    [66]裘昌咏等.跨音速轴流压气机参数选择分析.上海汽轮机研究所,1979年
    [67]Sasha M.Savic. Redesign of a Multistage Axial Compressor for a Heavy Duty Industrial Gas Turbine(GT11NMC).ASME2005
    [68]Magdy S.Attia. Modular Multi-Stage Axial Compressor DesignA Conceptual Study With an Example.ASME2006
    [69]梁春华,李宏新.先进航空涡扇发动机风扇/压气机的先进结构与新材料.航空发动机先进制造技术.沈阳航空发动机研究所
    [70]梁春华.高性能航空发动机先进风扇和压气机叶片综述.航空发动机.2006年第32卷第3期
    [71]黄春峰.航空发动机整体叶盘结构及发展趋势.中国燃气涡轮研究院
    [72]李超俊,余文龙.轴流压缩机原理与气动设计.机械工业出版社.1987年
    [73]秦仁.透平机械原理.机械工业出版社.1981年
    [74]杨元英.轴流式压缩机的扩压因子流型不等功设计方法及应用.上海交通大学硕士学位论文.2010年2月
    [75]赵锦屏,朱俊华.轴流式泵设计中环量分布规律的分析.华中工学院学报.1982年4月第十卷第二期
    [76]郎继兴,郎弘.轴流泵轮轴面速度与环量最佳分布规律的初探.华北电力学院
    [77]刚铁.宽弦空心风扇叶片结构设计及强度分析研究.南京航空航天大学硕士学位论文.2005年1月
    [78]贾海军.轴流压气机跨声速三维流场数值模拟.西北工业大学硕士学位论文.2006年10月
    [79]高坤.轴流压气机叶片优化设计及分析.西北工业大学硕士学位论文.2007年3月
    [80]S.V.帕坦卡著,张政译.传热与流体流动的数值计算.科学出版社.1992年
    [81]魏玉冰.跨音速风扇总性能参数选择.航空工业部沈阳发动机研究所.1980年
    [82]朱方元.航空轴流叶片机气动设计.西北工业大学出版社.1984年
    [83]F.Montomoli,M.Massini. Interaction of Wheelspace Coolant and Main Flow in a New Aeroderivative Low Pressure Turbine.ASME2010
    [84]Y.GLi. An Adaptation Approach for Gas Turbine Design-Point Performance Simulation.ASME2006
    [85]Y.Katoh.Development of a Transonic Front Stage of an Axial Flow Compressor for Industrial Gas Turbines.ASME1994
    [86]B.Eisenberg.Development of a New Front Stage for an Industrial Axial Flow Compressor. ASME1994
    [87]姜正礼.哈汽跨音速压气机0级动叶叶中和叶顶截面平面叶栅试验报告[R].中国燃气涡轮研究院,2000年12月
    [88]张广.叶型改型对压气机跨音速叶栅气动性能影响的研究.沈阳航空工业学院硕士 学位论文.2009年1月
    [89]吴晓鹏.压气机优化平台建立与跨音速压气机气动优化设计.哈尔滨工业大学硕士学位论文.2008年7月
    [90]钟兢军,王会社等.压气机叶栅内二次流的数值模拟.航空动力学报.2001年10月
    [91]王仲奇,苏杰先,钟兢军.弯曲叶片栅内减少能量损失机理研究的新进展.工程热物理学报.1994,15(2):147-152
    [92]钟兢军,王苇,苏杰先,王仲奇.稠度对弯曲叶片压气机叶栅特性的影响.航空动力学报.1997,12(2):163-166
    [93]张永军,王会社.扩压叶栅中弯叶片作用气动机理的探讨.工程热物理学报.2008年9月
    [94]钟兢军.弯曲叶片控制扩压叶栅二次流动的实验研究.哈尔滨工业大学博士学位论文.1995年12月

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