由于国内市场对发电量的高需求,现代燃气轮机出力越来越高,这对运行安全性也提出了更高要求。使用CFD工具对一款轴流式燃气轮机压气机进行了升级,以提升喘振裕度,保证安全性。升级中流道保持不变,对后面级叶片进行了优化,以获得足够的喘振裕度,并减少损失。结果表明,相比原型机,升级后的压气机在设计状态喘振裕度提升超过3.5%,非设计点喘振裕度也得到提升。研究成果可为后续压气机性能优化升级提供参考。

为了合理利用叶片周向弯提升紧凑S形过渡段内静子的气动性能,以某压缩系统过渡段内的静子为研究对象,利用3维计算软件对S形过渡段内采用不同周向弯的静子在设计Ma可用攻角范围内的性能进行数值计算。结果表明:气动负荷是控制静子叶片损失的主要因素,叶片周向弯改变了负荷的径向分布,叶片根部正弯使根部气动负荷减小,根部性能明显改善;低能流体径向迁移也是影响叶片损失的重要因素。相对于直叶片,L形叶片最小损失减小48.5%,且低损失攻角范围较宽,可以增大压缩系统的喘振裕度,提升航空发动机性能水平。

基于相似理论为某一三级轴流式低速压气机增加一个高效零级使压气机流量增加了12.5%同时达到增加压比的目的。由于流动缺陷集中在静叶上利用三维粘性计算流体力学(Computational fluid dynamicsCFD)技术对静叶进行重新改型设计:采用可控扩散叶型(Controlled diffusion airfoilCDA)控制叶片表面速度分布控制了叶片表面附面层厚度尾缘逆压梯度减小很大程度减小了叶栅后半部分的三维分离;为进一步缓解端壁处的低能流体堆积采用端弯技术在改善端区流动的同时也很好的改善与原机的匹配提高零级性能最终提高新型压气机的效率达到设计要求。同时分析加零级前后压气机特性曲线证实喘振裕度得到了保证分析进出口气流角表明加级后原机部分仍然保持原来的相似运行条件。