应用机械工程学报

抽象的

通过调整涡轮和压缩机叶片交错角来提高燃气轮机在非设计运行期间的效率

舒贝里 MT

燃气轮机，尤其是航空发动机，经常进行动态操作。这些操作包括常规启动、负载变化和关闭以覆盖其操作范围。动态操作的频率取决于发动机的大小和应用领域。与大型商用飞机发动机和发电燃气轮机相比，通勤飞机的发动机，特别是直升机发动机，更经常以非设计模式运行。在这些常规操作期间，压缩机质量流量、压力比、燃烧室燃料和空气质量流量以及涡轮质量流量都会发生变化。这些变化会影响发动机的空气动力学性能及其效率。为了避免旋转失速和喘振的发生，高性能燃气轮机配备了调节定子交错角的机制，从而使定子出口流动角与转子入口角对齐，从而减少过度入射。入射角的减小不仅可以保持压缩机的稳定运行，还可以防止压缩机效率下降。固有正压梯度的存在可能导致压缩机叶片上的边界层分离，从而导致旋转失速和喘振。然而，这种情况在涡轮机中并不存在，因此，没有令人信服的理由将叶片调节方法应用于涡轮部件。本文首次展示了涡轮叶片交错角调整对运行过程中燃气轮机效率的影响。在给定统计分布的负载条件下，本文报告的广泛动态模拟显示了如何通过适当的叶片调整对效率产生积极影响。对于时间相关的操作，作者开发的 GETRAN 代码得到了增强，以包括涡轮叶片调整作为时间函数。为了在动态运行过程中进行涡轮定子交错角调整的动态模拟，利用了 Brown Boveri GT-9 燃气轮机的完整几何形状。从参考交错角开始，它在 ± 3 度的入射范围内变化。详细的模拟结果显示通过定子交错叶片调整可以显着提高效率。