(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 202211198430.X (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号 (72)发明人 李赫飞　姜斌　闫巍　郑群　 (74)专利代理 机构 北京盛广信合知识产权代理 有限公司 161 17 专利代理师 秦全 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转 角规律设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种燃气轮机多级轴流压气 机可转导叶转角规律设计方法， 包括： 通过S2正 问题计算得到可转导叶未转角前的压气机原始 特性曲线； 根据该特性曲线的喘振边界生成目标 函数； 根据目标函数对可转导叶转角进行遗传算 法寻优； 输出寻优过程及最终结果。 本发明可 以 计算针对不同压气机的多排可转导叶转角方案， 使设计得到的压气机具有更好的气动性能。 本发 明充分考虑压气机中气流 沿叶高匹配问题， 便于 兼顾计算效率和准确性地获取压气机不同转速 下多排可转导/静叶安装角的调节角度， 从而找 到合适的调节方案； 不仅局限于船舶燃气轮机多 级轴流压气机， 同样适用于各种工业用燃气轮机 轴流压气机、 航空发动机轴流压气机的气动设计 过程。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115481508 A 2022.12.16 CN 115481508 A 1.一种燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 基于S2正问题分析获得多 级轴流压气机可转 导叶未转角前的原 始特性曲线； 基于所述原 始特性曲线获得目标函数； 基于所述目标函数对可转导叶转角进行遗传算法寻优， 获得多级轴流压气机可转导叶 转角规律优化方案 。 2.根据权利要求1所述的燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特 征在于， 获取原始特性 曲线的过程包括： 获取初始流场， 对所述初始流场进行外层循环； 获 取流场气动参数， 经验模型模块基于所述流场气动参数计算端壁堵塞， 并基于所述端壁堵 塞修正压气机实际流通面积， 基于修正后的压气机实际流通面积、 总压恢复系数及出 口气 流角计算得到压气 机特性线， 当经验模型模块的进口气流角与核心 求解模块流场计算得到 的进口气流角误差小于预设精度时， 得到所述原 始特性曲线。 3.根据权利要求1所述的燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特 征在于， 基于各转速下喘振边界点到目标边界线的距离构建所述目标函数， 其中， 所述目标 喘振边界线是一条固定 两点的直线。 4.根据权利要求1所述的燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特 征在于， 获取所述各转速下喘振边界点的过程包括： 从多级轴流压气机可转导叶中选取参 考导叶， 获取所述参考导叶的各转速下的转角， 所述各转速下的转角乘以系数， 获得其余多 级轴流压气机可转 导叶的各转速下的转角。 5.根据权利要求3所述的燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特 征在于， 所述目标喘振边界线固定的两点包括： 第一固定点为设计转速下喘振边界点坐标； 第二固定点的横坐标为最低转速下喘振边界点的横坐标， 最低转速下喘振边界点的纵坐标 乘以增大系数 得到的纵坐标为第二固定点的纵坐标。 6.根据权利要求5所述的燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特 征在于， 通过改变所述增大系 数改变目标喘振边界线的形状， 调节至所述 目标喘振边界线 与所述原 始特性曲线的喘 振边界线的高度差高于预设值。 7.根据权利要求1所述的燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特 征在于， 遗传算法寻优的过程包括： 设置影响目标函数的参数， 设置每代种群样本数量和迭代 代数； 将所述参数作为遗传算法的输入， 进行基因编码， 进行种群个体初始化并基于每个个 体的解与最大值解的距离评价个体适应度， 按照适应度函数选择最优解， 然后进行交叉和 变异的操作， 最后判断是否需要继续进化， 若不需要， 则对最优个 体进行解码。 8.根据权利要求7所述的燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特 征在于， 影响目标函数的参数包括： 转速、 可转 导叶数量以及每列导叶的转角范围。 9.根据权利要求1所述的燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 其特 征在于， 获取初始 流场的方式包括： 获取几何和边界条件输入文件， 基于所述输入文件与经 验模型模块获取初始流场； 所述输入文件直接给定初始流场。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115481508 A 2一种燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于燃气轮机轴流压气机的气动设计领域， 特别是涉及 一种燃气轮机多级 轴流压气机可转 导叶转角规 律设计方法。 背景技术 [0002]可转导叶技术历史悠久， 上世纪40年代德国研制成功的第一台涡喷发动机 Jumo004中就已经采用了可转静叶技术。 半个多世纪以来， 航空发动机随同飞机经历 了四代 的发展历程， 大多 数具有代表 性的核心机均采用了可调叶片技术。 而在船用燃气 轮机中， 采 用可调叶片技术可扩大机组的可靠运行范围， 对于满足舰船启动加速、 离靠码头以及低速 航行等要求非常重要。 GE公司开发的LM2500燃气轮机作为目前最成功的舰船燃气轮机， 其 进口导叶和前6级的静叶为可调叶片， 保证其 成为一种全工况舰船燃气 轮机， 在较低转速时 依然具有较高的效率和较大的稳定工作裕度。 罗罗公司的MT30舰船燃气 轮机是目前功 率最 大的船用燃气轮机， 其低压压气 机的8级静叶全部为可转叶片， 保证了机组在三分之一工况 时依然能够稳定运行。 [0003]作为可转导叶的核心技术， 多排导/静叶联合调节的规律一直是困扰可转导叶应 用的最大障碍， 其主要难点在于多排导/静叶联合调节的安装角组合方案过多， 如何获得最 佳组合调节方案非常困难。 早期研究人员主要是通过理论分析和实验的方案获得导/静叶 联合调节的规 律， 但是这种方法局限性比较大， 成本非常高昂。 发明内容 [0004]本发明的目的是提供一种燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律设计方法， 以解决上述现有技 术存在的问题。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供了一种燃气轮机多级轴流压气机可转导叶转角规律 设计方法， 包括： [0006]基于S2正问题分析获得多 级轴流压气机可转 导叶未转角前的原 始特性曲线； [0007]基于所述原 始特性曲线获得目标函数； [0008]基于所述目标函数对可转导叶转角进行遗传算法寻优， 获得多级轴流压气机可转 导叶转角规 律优化方案 。 [0009]可选的， 获取原始特性曲线的过程包括： 获取初始流场， 对所述初始流场进行外层 循环； 获取流场气动参数， 经验模型模块基于所述流场气动参数计算端壁堵塞， 并基于所述 端壁堵塞修正压气机实际流通面积， 基于修正后的压气机实际流通面积、 总压恢复系 数及 出口气流角计算得到压气 机特性线， 经验模型模块的进口气流角与核心 求解模块流场计算 得到的进口气流角误差小于预设精度时， 得到所述原 始特性曲线。 [0010]可选的， 基于各转速下喘振边界点到目标边界线的距离构建所述目标函数， 其中， 所述目标喘 振边界线是一条固定 两点的直线。 [0011]可选的， 获取所述各转速下喘振边界点的过程包括： 从多级轴流压气机可转导叶说　明　书 1/4 页 3 CN 115481508 A 3