轴流式压气机的抽气方式及抽气配管设计系统的研究

论文摘要

在燃气轮机中,压气机的抽气系统是一个重要的系统。无论是压气机启停时的喘振防止,还是机组运行中的透平各级叶片冷却气的供给,都是通过压气机的抽气系统来完成的。合理有效的抽气系统是保证整个机组安全、稳定地运行和启停所必不可少的保证。压气机的整个抽气系统包含内部抽气结构和外部抽气配管两部分。对于压气机内部抽气结构的合理设计可以减少抽气损失。吸力面抽气是适用于大型民用燃气轮机压气机的抽气方式之一。本文主要研究了带气腔的静叶吸力面抽气对级参数以及流场的影响,并对燃气轮机的抽气配管进行建模,开发了配管设计系统。在内部抽气结构的研究中,主要考察了单气腔全叶高抽气、部分叶高抽气及双气腔部分叶高抽气三种抽气方式。对于全叶高抽气和部分叶高抽气考察了气腔的尺寸、抽气量的大小这两个因数对性能的影响,对于双气腔抽气还考察了抽气槽进口不同宽度的影响。研究结果表明,有效抽气量越大对叶顶和叶根处的分离抑制效果越好,但是也不能太大,否则会抽吸到主流,同时抽气量过大也容易造成抽气槽和气腔中流动堵塞,使得效率不随抽气量增加而增加,在某些情况下甚至使效率随抽气量增加而降低。研究还表明,单气腔虽然抽气结构简单,但是抽气量在抽气槽中分布不可控,而双气腔抽气虽然使得抽气槽的流量分布可控,但是结构比较复杂。设计压气机内部抽气结构时,要综合考虑前面提到的这些因素。在研究外部抽气配管时,本文采用目前比较常用的节点支路法来分析抽气配管网路,建立了单相可压缩流体带传热的一维数学模型,并采用隐式数值计算方法提高了计算速度,使我们能够快速地获得复杂的抽气配管系统的流动参数,如各个支管的流量及各个节点的压力和温度。本文致力于将内部抽气结构的设计与外部抽气配管的设计有机结合起来,构建了压气机抽气系统的初步的设计平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的
• 1.3 研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 数值计算方法和研究对象
• 2.1 数值计算方法
• 2.1.1 N-S 方程介绍
• 2.1.2 S-A 模型介绍
• 2.1.3 研究工具
• 2.2 研究对象
• 第3章 带气腔抽气的分析
• 3.1 算例汇总
• 3.2 带气腔抽气与无气腔抽气比较
• 3.3 单气腔全叶高抽气
• 3.3.1 计算设置
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 单气腔部分叶高抽气
• 3.4.1 计算设置
• 3.4.2 结果分析
• 3.5 双气腔部分叶高抽气
• 3.5.1 计算设置
• 3.5.2 结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 抽气配管网络数学建模
• 4.1 拓扑结构分析
• 4.2 流体网络基本方程
• 4.2.1 质量守恒方程
• 4.2.2 动量守恒方程
• 4.2.3 能量方程
• 4.3 控制方程的离散
• 4.3.1 离散后的代数方程
• 4.3.2 压力矩阵和焓矩阵
• 4.4 能量方程中换热项的计算
• 4.4.1 支路管道传热系数的计算
• 4.4.2 管内强制对流换热-湍流
• 4.4.3 管内强制对流换热-层流
• 4.4.4 管壁的导热
• 4.4.5 管外自然对流换热
• 4.5 管件的损失模型
• 4.5.1 沿程阻力损失
• 4.5.2 局部阻力损失
• 4.6 本章小结
• 第5章 稀疏线性方程组的求解
• 5.1 概述
• 5.2 列主元高斯消去法
• 5.3 逐次超松弛迭代法
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统设计及算例分析
• 6.1 系统设计
• 6.2 算例分析
• 6.2.1 T 形管网
• 6.2.2 某型燃气轮机的抽气配管管网的计算
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论和展望
• 7.1 本文的总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果