一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法及装置，包括：将初始三维热态通流设计方案中的多个性能参数、一维设计方案以及二维S2流面设计方案中的相应性能参数进行降维处理得到基于神经网络的降维数据传递模型；基于训练所得的降维数据传递模型，再次升维设计获得目标三维热态通流设计方案，检测目标三维热态通流设计方案的工况性能是否达到设计目标；若达标，则根据三维热态通流设计方案确定压气机的冷态几何模型和结构设计，得到符合设计目标的压气机，从而保证多维度设计结果的一致性，并提高设计结果的准确性。并提高设计结果的准确性。并提高设计结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法及装置


[0001]本申请涉及压气机设计
，尤其是涉及一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法及装置。

技术介绍

[0002]压气机是燃气轮机的三大核心部件之一，它的成功研制是燃气轮机研发路线上的第一座里程碑。随着世界重工业水平的不断发展，燃气轮机多级轴流压气机朝着高效、高负荷、高喘振裕度的方向不断发展。如何快速而准确地获得压气机的气动设计方案，乃至系列化、模块化的建立压气机的多维度设计体系，是面对未来燃气轮机科技革命和产业变革必须解决的技术问题。
[0003]现阶段，基于传统压气机设计流程的气动设计方法已经较为成熟，但是，依赖于经验回归的低维度仿真工具严重限制了压气机在升维设计过程中的结果一致性和低维度设计的准确性，导致设计过分依赖于三维仿真而延长了设计周期。所以，如何快速准确地根据设计目标对压气机进行设计成为了亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法及装置。在初次升维设计过程中时，低维度仿真工具需要避免使用鲁棒性较弱的径向掺混、端区堵塞等径向模型，待完成一维反问题设计和正问题仿真、二维S2流面反问题设计和正问题仿真、三维叶片造型设计和三维的单级正问题仿真后，提取三维仿真结果中的性能参数，通过训练神经网络获得降维数据传递模型。再次升维设计时，低维度仿真工具将结合所得到的降维数据，修正一维仿真中的修正系数和二维S2流面仿真中的修正系数，给出更为准确的性能评估，并为三维的单级仿真提供相对准确的边界条件，多次迭代从而得到符合所述设计目标的压气机。本专利技术通过降维数据传递提高了多维度仿真之间的结果一致性，从而凭借低维度仿真的快速性，在保证仿真准确性的同时缩短了设计迭代周期。
[0005]本申请实施例提供了一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法，所述设计方法包括：
[0006]根据待设计压气机的设计目标，在初次升维设计过程中依次确定出针对于所述待设计压气机的一维设计方案、二维S2流面设计方案以及初始三维热态通流设计方案；
[0007]将所述初始三维热态通流设计方案中的多个初始三维性能参数、一维设计方案中相对应的多个一维性能参数以及二维S2流面设计方案中相对应的多个二维S2流面性能参数输入至预先建立好的降维数据传递模型之中，输出一维正问题仿真过程中的多个一维修正系数以及二维S2流面正问题仿真过程中的多个二维S2流面修正系数；其中，所述一维修正系数以及所述二维S2流面修正系数是通过对所述初始三维热态通流设计方案中多个初始三维性能参数降维处理后，进行参数比较得到的；
[0008]基于多个所述一维修正系数和多个所述二维S2流面修正系数，确定出目标三维热
态通流设计方案，检测所述目标三维热态通流设计方案的工况性能是否达到所述设计目标；
[0009]若所述目标三维热态通流设计方案的工况性能达到所述设计目标，则根据所述目标三维热态通流设计方案确定压气机的冷态几何模型和结构设计，得到符合所述设计目标的压气机。
[0010]在一种可能的实施方式中，所述根据所述目标三维热态通流设计方案确定压气机的冷态几何模型和结构设计，得到符合所述设计目标的压气机，包括：
[0011]基于所述目标三维热态通流设计方案，通过冷热态转换以及结构设计，确定出三维冷态叶片模型；
[0012]检测所述三维冷态叶片模型中三维叶片的叶片弯曲应力和拉伸应力的合应力是否小于屈服极限与安全系数的比值并且所述三维叶片中的拉伸应力是否小于屈服极限与安全系数的比值；
[0013]若所述目标三维热态通流设计方案中的三维冷态叶片模型的叶片弯曲应力和拉伸应力的合应力大于屈服极限与安全系数的比值或者拉伸应力大于屈服极限与安全系数的比值，则对所述三维热态通流设计方案中的几何模型进行调整，直至所述三维冷态叶片模型的叶片弯曲应力和拉伸应力的合应力小于屈服极限与安全系数的比值并且拉伸应力小于屈服极限与安全系数的比值，得到符合所述设计目标的压气机。
[0014]在一种可能的实施方式中，通过以下步骤确定出一维设计方案，包括：
[0015]基于所述设计目标，确定出针对于所述待设计压气机的多个一维设计参数；
[0016]基于多个所述一维设计参数，进行压气机平均半径处的一维设计，确定出一维设计方案；
[0017]根据所述一维设计方案中的基元级基本参数以及子午流道参数进行正问题仿真，确定出所述一维设计方案的性能参数和压气机平均半径处的气动热力学参数。
[0018]在一种可能的实施方式中，通过以下步骤确定出二维S2流面设计方案，包括：
[0019]将所述一维设计方案中的流量、效率以及喘振裕度与设计目标中的目标流量、目标效率以及目标喘振裕度进行比较；
[0020]若所述一维设计方案中的流量、效率以及喘振裕度不满足设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度则更改所述一维设计方案的级数、进口预旋，调整轴向速度、反动度、目标载荷系数以及基元参数沿流程的分布；
[0021]若所述一维设计方案中的流量、效率以及喘振裕度满足设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度，则在所述一维设计方案的基础上进行压气机径向的功分配和反动度设计，确定出二维S2流面设计方案；
[0022]根据所述二维S2流面设计方案进行二维S2流面正问题仿真，确定出所述二维S2流面设计方案的性能参数和压气机周向平均后的气动热力学参数。
[0023]在一种可能的实施方式中，通过以下方式确定出初始三维热态通流设计方案，包括：
[0024]将所述二维S2流面设计方案中的流量、效率以及喘振裕度与设计目标中的目标流量、目标效率以及目标喘振裕度进行比较；
[0025]若所述二维S2流面设计方案中的二维S2流面设计方案中的流量、效率以及喘振裕
度不满足设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度，则更改所述二维S2流面设计方案中的逐级径向功分配方式；
[0026]若所述二维S2流面设计方案中的二维S2流面设计方案中的流量、效率以及喘振裕度满足设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度，则基于所述二维S2流面设计方案选取出二维叶型，将所述二维叶型进行叠积确定出三维叶片；
[0027]基于所述三维叶片，确定出初始三维热态通流设计方案，并对所述初始三维热态通流设计方案进行正问题仿真，获取所述初始三维热态通流设计方案中的多个初始三维性能参数。
[0028]在一种可能的实施方式中，所述待设计压气机为多级轴流压气机，通过以下步骤确定出一维设计方案的多个一维修正系数以及二维S2流面设计方案的多个二维S2流面修正系数包括：
[0029]将所述初始三维热态通流设计方案中的多个初始三维性能参数、一维设计方案中相对应的多个一维性能参数以及二维S2流面设计方案中相对应的多个二维S2流面性能参数输入至预先建立好的降维数据传递模型之中；
[0030]针对于所述待设计压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：根据待设计压气机的设计目标，在初次升维设计过程中依次确定出针对于所述待设计压气机的一维设计方案、二维S2流面设计方案以及初始三维热态通流设计方案；将所述初始三维热态通流设计方案中的多个初始三维性能参数、一维设计方案中相对应的多个一维性能参数以及二维S2流面设计方案中相对应的多个二维S2流面性能参数输入至预先建立好的降维数据传递模型之中，输出一维正问题仿真过程中的多个一维修正系数以及二维S2流面正问题仿真过程中的多个二维S2流面修正系数；其中，所述一维修正系数以及所述二维S2流面修正系数是通过对所述初始三维热态通流设计方案中多个初始三维性能参数降维处理后，进行参数比较得到的；基于多个所述一维修正系数和多个所述二维S2流面修正系数，确定出目标三维热态通流设计方案，检测所述目标三维热态通流设计方案的工况性能是否达到所述设计目标；若所述目标三维热态通流设计方案的工况性能达到所述设计目标，则根据所述目标三维热态通流设计方案确定压气机的冷态几何模型和结构设计，得到符合所述设计目标的压气机。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述目标三维热态通流设计方案确定压气机的冷态几何模型和结构设计，得到符合所述设计目标的压气机，包括：基于所述目标三维热态通流设计方案，通过冷热态转换以及结构设计，确定出三维冷态叶片模型；检测所述三维冷态叶片模型中的三维叶片的叶片弯曲应力和拉伸应力的合应力是否小于屈服极限与安全系数的比值并且所述三维叶片中的拉伸应力是否小于屈服极限与安全系数的比值；若所述目标三维热态通流设计方案中的三维冷态叶片模型的叶片弯曲应力和拉伸应力的合应力大于屈服极限与安全系数的比值或者拉伸应力大于屈服极限与安全系数的比值，则对所述三维热态通流设计方案中的几何模型进行调整，直至所述三维冷态叶片模型的叶片弯曲应力和拉伸应力的合应力小于屈服极限与安全系数的比值并且拉伸应力小于屈服极限与安全系数的比值，得到符合所述设计目标的压气机。3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，通过以下步骤确定出一维设计方案，包括：基于所述设计目标，确定出针对于所述待设计压气机的多个一维设计参数；基于多个所述一维设计参数，进行压气机平均半径处的一维设计，确定出一维设计方案；根据所述一维设计方案中的基元级基本参数以及子午流道参数进行正问题仿真，确定出所述一维设计方案的性能参数和压气机平均半径处的气动热力学参数。4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，通过以下步骤确定出二维S2流面设计方案，包括：将所述一维设计方案中的流量、效率以及喘振裕度与设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度进行比较；若所述一维设计方案中的流量、效率以及喘振裕度不满足设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度则更改所述一维设计方案的级数、进口预旋，调整轴向速度、反
动度、目标载荷系数以及基元参数沿流程的分布；若所述一维设计方案中的流量、效率以及喘振裕度满足设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度，则在所述一维设计方案的基础上进行压气机径向的功分配和反动度设计，确定出二维S2流面设计方案；根据所述二维S2流面设计方案进行二维S2流面正问题仿真，确定出所述二维S2流面设计方案的性能参数和压气机周向平均后的气动热力学参数。5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，通过以下方式确定出初始三维热态通流设计方案，包括：将所述二维S2流面设计方案中的流量、效率以及喘振裕度与设计目标中的目标流量、目标效率以及目标喘振裕度进行比较；若所述二维S2流面设计方案中的二维S2流面设计方案中的流量、效率以及喘振裕度不满足设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度，则更改所述二维S2流面设计方案中的逐级径向功分配方式；若所述二维S2流面设计方案中的二维S2流面设计方案中的流量、效率以及喘振裕度满足设计目标中的目标流量、目标效率、以及目标喘振裕度，则基于所述二维S2流面设计方案选取出二维叶型，将所述二维叶型进行叠积确定出三维叶片；基于所述三维叶片，确定出初始三维热态通流设计方案，并对所述初始三维热态通流设计方案进行正问题仿真，获取所述初始三维热态通流设计方案中的多个初始三...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁骏，隋永枫，蓝吉兵，张宏伟，冯俊玮，邵文洋，
申请(专利权)人：杭州汽轮机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：