航改燃气轮机高低压压气机匹配技术研究.pdf

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1、第39卷第4期2013年8月航空发动机AeroengineV01．39No．4Aug．2013航改燃气轮机高低压压气机匹配技术研究刘太秋，聂海刚(中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：为适应航改燃气轮机研制需求，对其高低压压气机匹配技术进行了深入分析和研究。在完成设计压比相差大的高低压压气机设计特点和匹配特点研究基础上，利用多软件数值模拟和理论分析相结合的方法，制定了设计压比相差大的高低压压气机匹配的技术措施，并将技术措施落实到了全新设计的5级低压压气机设计中。5级压气机试验件试验结果全面达到或超过了设计指标要求，同时经燃气发生器技术平台验证结果表明：高低压

2、压气机匹配良好，相关匹配设计技术为今后航改燃气轮机的研制提供了技术储备。关键词：航改燃气轮机；高低压压气机匹配；数值模拟；设计技术；试验验证刘太秋(1972)，男，高级工程师，从MatchingTechnologyofHPCandLPCforAero—DerivativeGas事叶轮机械气动设计工作。IurbineEngine收稿日期：2013-03-08LIUTai—qiu，NILEHai—gang(AVICShenyangEngineDesignandKesearchInstitute，Shenyang110015，China)Abstract：Inordertoada

3、ptdevelopmentdemand，thematchingtechnologybetweenHPCandLPCwasanalyzedandstudieddeeplyforoneofthekeytechnologiesofaero-derivativegasturbine．Thetechnologymethodsweremadeusingthecombinationbetweenmulti—softwaresimulationandtheoryanalysi8methodbasedonthedesignandmatchingcharacteristicsofthebigg

4、erpressureratioofHPCandLPC，ThemethodswereappliedtothenewdesignofthefifthLPC．Therigtestresultsmeetandexceedthedesignrequirement．ThegasgeneratortechnologyverificationresultsshowthatthematchingtechonlogyisbetterforHPCandLPCandcanprovidetechnicalfoundationforaero-derivativegasturbine．Keywords：

5、aero-derivativegasturbine；matchingofHPCandLPC；numericalsimulation；designtechnology；testverificationO引言相对全新研制，航改燃气轮机具有研制风险小、周期短、研制经费节约、技术较为成熟的优点，因而，近年来被广泛采用，这方面有很多成功的先例。航改燃气轮机的燃气发生器相当于1台涡喷发动机，其中压缩系统中的高压压气机一般保持不变，低压压气机采用风扇部件切顶或全新设计。舰船燃气轮机性能要求高，特别在低工况时具有较高的热效率和良好的操作性，而通过风扇切顶设计获得的低压压气机很难满足这样的要

6、求，因此，为了实现舰船航改燃气轮机的高低压压气机的良好匹配，一般低压压气机必须全新设计。RR公司的斯贝发动机改工业用燃气轮机时，低压压气机采用了前3级风扇转子切顶的方法，但在改舰船燃气轮机时，全新设计了5级低压压气机，这其中主要原因就是为适应舰船燃气轮机要具有较高的热效率和良好的操作性的需求。高、低压压气机匹配技术是航改燃气轮机设计必须解决的关键技术之一。特别是高低压压气机设计压比相差大的航改燃气轮机，主要原因为：一方面母型涡扇发动机自主进行高低压匹配的特点不能继承到航改燃气轮机上，极易造成高低压之间流量的不匹配；另一方面舰船用燃气轮机为保证慢车到最大状态具有较高的热效率，

7、不允许采取放气措施保证燃气轮机的稳定工作，这些因素导致高低压压气机匹配技术成为航改燃气轮机必须攻克的难题之一。本文阐述述了航改燃气轮机高低压压气机的匹配特点，并提出了相应的解决措施。1航改燃气轮机高低压压气机的匹配特点高低压压气机之间的匹配，也就是“流路、流量、流场“的匹配，这是确保航改舰船燃气轮机的稳定工航空发动机第39卷作前提条件之一。相反若匹配失调(压气机失速甚至喘振)，整机就会进人不稳定工作状态，所以要解决航改燃气轮机高低压气机匹配问题，首先必须研究高低压压气机的匹配特点【I_31，为制定高低压压气机匹配技