(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210675147.5 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0三研 究所 地址 150078 黑龙江省哈尔滨市道里区洪 湖路35号 (72)发明人 牛夕莹　李国强　王敏锋　李翔宇　 李宗全　李越　毛冬岩　 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种船用 燃气轮机单级涡轮通流尺度快速 评估方法 (57)摘要 本发明的目的在于提供一种船用 燃气轮机 单级涡轮通流尺度快速评估 方法， 在确定动力涡 轮设计参数后， 给定涡轮平均半径及叶片高度两 个参数， 计算得到涡轮级载荷系数、 涡轮级流量 系数， 利用经 典的Smith图评估涡 轮气动性能， 通 过涡轮通流结构示意图绘制、 燃气轮机整机结构 匹配性评估， 获得满足总体性能及结构匹配要求 的动力涡 轮通流方案。 本发明仅通过两个参数即 可对船用燃气轮机单级涡轮通流尺度进行评估， 实现了船用燃气轮机单级涡轮通流尺度的快速 评估， 提高了船用燃气轮机涡轮的气动设计速 度， 避免因结构尺寸不匹配导致设计的返工， 缩 短设计周期。 同时该方法不仅局限于船用燃气轮 机涡轮， 同样适用于工业型燃气轮机单级涡轮通 流尺度评估过程。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115238370 A 2022.10.25 CN 115238370 A 1.一种船用燃气轮机单级涡轮通 流尺度快速 评估方法， 其特 征是： (1)根据船用燃气轮机设计工况整机总体性能参数， 确定涡轮设计参数， 包括涡轮进口 总温、 进口总压、 进口流量、 涡轮膨胀比、 转速、 气体常数、 定压比热容、 绝热指数、 进出口尺 寸限制； (2)按照给定涡 轮进出口尺寸限制， 给定符合尺寸限制要 求的涡轮平均半径Rm及叶片高 度H； (3)根据步骤(1)确定的涡轮参数， 计算涡轮级载荷系数 ψ、 涡轮级流 量系数φ； (4)评估涡轮 效率： 利用经典的Smith图， 根据 步骤(3)计算得到的涡轮级载荷系数 ψ、 涡 轮级流量系数φ， 在Smith图查得涡轮效率， 判断是否满足整机总体性能设计指标要求， 如 果满足要求， 继续开展后续步骤， 如果不满足要求， 重复步骤(2)～步骤(4)， 并在步骤(2)时 调整涡轮平均半径Rm及叶片高度H， 直至动力涡轮参数满足整机总体性能设计指标要求； (5)基于步骤(4)得到满足要 求的涡轮平均半径Rm及叶片高度H， 绘制涡 轮通流结构示意 图； (6)燃气轮机整机结构匹配性评估： 基于步骤(5)得到的涡轮通流结构示意 图， 与燃气 轮机整机其余部件结构进行整机总体结构匹配性评估， 评估所确定涡轮平均半径Rm及叶片 高度H是否满足整机总体结构设计要求， 如果满足要求， 则设计过程结束， 如果不满足要求， 重复步骤(2)～步骤(6)， 直至满足总体结构匹配要求。 2.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机单级涡轮通流尺度快速评估方法， 其特征 是： 步骤(3)中所述的涡轮级载荷系数 ψ， 采用如下 方式获得： 其中Cp为定压比热容， T0为涡轮进口总温， πT为涡轮膨胀比， k 为绝热指数， n 为涡轮转速， Rm为涡轮平均半径。 3.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机单级涡轮通流尺度快速评估方法， 其特征 是： 步骤(3)中所述的涡轮级流 量系数φ， 采用如下 方式获得： 其中Cp为定压比热容， T0为涡轮进口总温， πT为涡轮膨胀比， k为绝 热指数， n为涡轮转速， Rm为涡轮平均半径， G为涡轮进口流量， R为气体常数， H为涡轮叶片平 均叶高， P0为涡轮进口总压 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115238370 A 2一种船用燃 气轮机单级涡轮通流尺度快速 评估方法 技术领域 [0001]本发明涉及的是一种燃气轮机 评估方法， 具体地说是涡轮通 流尺度评估方法。 背景技术 [0002]因燃气轮机具有功率密度 高、 起动速度快等优点， 燃气轮机已成为大中型水面船 舶的主动力， 燃气 轮机或者基于燃气轮机的综合电力推进系统用作船舶 主机可以极大地改 善船舶的性能。 [0003]船用燃气轮机多大采用三转子结构， 其包括低压压气机、 高压压气机、 燃烧室、 高 压涡轮、 低压涡轮、 动力涡轮。 因压气 机气动设计难度较大， 周期较长， 通常情况下燃气轮机 的低压压气机和高压压气 机大多是在成熟的母型压气机基础上采用加级、 拆级、 模化放大、 模化缩小、 切除叶顶等技术途径设计得到。 燃烧室设计也大多是基于成熟 的母型燃烧室改 型设计， 因此， 压气 机和燃烧室的结构方案在新研燃气轮机方案之初就已经基本确定。 而对 于新研燃气轮机的涡轮而言， 需根据压气机工作参数及整机总体性能匹配后参数全新设 计。 因此， 如果涡轮结构尺寸选取不合适就会导致整机结构不匹配， 因此， 如何快速的开展 涡轮通流尺寸评估是获得合理涡轮气动方案的前提。 [0004]传统涡轮气动设计重点从如何高性能涡轮角度出发开展涡轮设计， 以满足船用燃 气轮机越来越高的性能指标要求， 而对涡轮通流尺寸快速评估关注不足， 科研人员迫切希 望有一种能够快速评估船用燃气 轮机涡轮通流尺 寸的先进方法， 以避免因涡轮结构尺寸不 匹配导致设计反复， 设计周期偏长的问题。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供能解决船用燃气轮机整机方案设计时涡轮通流尺度快速 评估方法缺失导致结构不匹配等问题的一种船用燃气轮机单级涡轮通流尺度快速评估方 法。 [0006]本发明的目的是这样实现的： [0007]本发明一种船用燃气轮机单级涡轮通 流尺度快速 评估方法， 其特 征是： [0008](1)根据船用燃气轮机设计工况整机总体性能参数， 确定涡轮设计参数， 包括涡轮 进口总温、 进口总压、 进口流量、 涡轮膨胀比、 转速、 气体常数、 定压比热容、 绝热指数、 进出 口尺寸限制； [0009](2)按照给定涡轮进出口尺寸 限制， 给定符合尺寸限制要求的涡轮平均半径Rm及 叶片高度H； [0010](3)根据步骤(1)确定的涡轮参数， 计算涡轮级载荷系数 ψ、 涡轮级流 量系数φ； [0011](4)评估涡轮效率： 利用经典的Smith图， 根据步骤(3)计算得到的涡轮级载荷系数 ψ、 涡轮级流量系数φ， 在Smith图查得涡轮效率， 判断是否满足整机总体性能设计指标要 求， 如果满足要求， 继续开展后续步骤， 如果不满足要求， 重复步骤(2)～步骤(4)， 并在步骤 (2)时调整涡轮平均半径Rm及叶片高度H， 直至动力 涡轮参数满 足整机总体性能设计指标要说　明　书 1/3 页 3 CN 115238370 A 3