CN114239185B 一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法及装置 （杭州汽轮动力集团股份有限公司）

一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法本申请提供了一种燃气轮机多级轴流压气及二维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标三维热态通流设计方案的工况性能是否达到2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修正系数以及二维S2流面设计方案的多个二维S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流面性能参数输针对于所述待设计压气机的每一级，将该级所述初始三维热态针对于所述待设计压气机的每一级，将该级所述初始三维热态基于由初始三维热态通流设计方案的性能参数降维生成的参考一维修正系数和参考正问题仿真过程中的多个一维修正系数以及二维S2流面设计方案正问题仿真过程中的多通过以下步骤确定出目标三维热态通流设计方针对于每一级的转速以及压比，基于该级所对应的降维数据传针对于每一级的转速以及压比，基于该级所对应的降维数据传改变所述一维设计方案中的设计参数，确定出目标一维设计方改变所述二维S2流面设计方案的逐级径向功分配方式，确定出目标3基于所述目标三维叶片确定出压气机的目标三维热态通流设若所述目标三维热态通流设计方案的工况性能中的任一性能与所述目标二维S2流面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若所述一维设计方案中的流量、效率以及喘振裕度不满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4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、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、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、基于所述三维叶片，确定出初始三维热态通流设计方案，并对第一升维设计模块，用于根据待设计压气机的设计目标，降维数据传递模块，用于将所述初始三维热态通流设计方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；第二升维设计模块，用于基于多个所述一维修正系数和多个所述二维S2流面修正系结构设计模块，用于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降维数据传递模块在用于所述待设计压气机为多级轴流压气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流面性能参数输针对于所述待设计压气机的每一级，将该级所述初始三维热态针对于所述待设计压气机的每一级，将该级所述初始三维热态5基于由初始三维热态通流设计方案的性能参数降维生成的参考一维修正系数和参考正问题仿真过程中的多个一维修正系数以及二维S2流面设计方案正问题仿真过程中的多第二升维设计模块通过以下步骤确定出目标三维热态通针对于每一级的转速以及压比，基于该级所对应的降维数据传针对于每一级的转速以及压比，基于该级所对应的降维数据传改变所述一维设计方案中的设计参数，确定出目标一维设计方改变所述二维S2流面设计方案的逐级径向功分配方式，确定出目标基于所述目标三维叶片确定出压气机的目标三维热态通流设若所述目标三维热态通流设计方案的工况性能中的任一性能与所述目标二维S2流面6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7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[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[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[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确定出所述一维设计方案的性能参数和压气机平均半径[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[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、面设计方案的性能参数和压气机周向平均后的8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[0032]基于由初始三维热态通流设计方案的性能参数降维生成的参考一维修正系数和方案正问题仿真过程中的多个一维修正系数以及二维S2流面设计方案正问题仿真过程中[0040]若所述目标三维热态通流设计方案的工况性能中的任一性能与所述目标二维S29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以及初始三维热态通流设计方案与二维S2流面设计方案进行性能参数降维处理得到降维[0052]图1为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法的流程[0053]图2为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法中的一维[0054]图3为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法的数据降[0055]图4为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法中的目标[0056]图5为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法中的多维[0057]图6为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法中的压气[0058]图7为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计装置的结构示[0059]图8为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计装置的结构示此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因何使用本申请实施例提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的设计方法及装置的方案均在的核心思想在于高维度和低维度仿真工具之间的降维数据传递。在初次升维设计过程中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，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≯0.2[0098](2)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[0101](3)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中的平均半径处的气动热力学参数作为二维S2流面设计的边界条件和中径处的设计输入[0106](4)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，确定出所述二维能参数的径向分布大于设计限制值，则更改二维S2流面设计方案中的逐级径向功分配方个工况开展，至少包括以下七个工况点：进口可调导叶全开设计工况(压比与目标压比一开低转速(95.9％额定转速)下的近喘振工况(背压为95.9％转速共同工作工况的115％)、进口可调导叶全开超转速(105.7％额定转速)下的共同工作工况(压比与105.7％转速目标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S2三维热态通流设计方案中的多个初始三维性能参数与一维设计方案中的多个一维性能参数以及二维S2流面设计方案中的多个二维S2流面性能参数进行数二维S2流面设计方案中的性能参数进行降维处理后建正问题仿真中的多个一维修正系数以及二维S2流面正问题仿真中的多个二维S2流面修正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0；4ref；[0152]针对于参考二维S2流面修正系数为参考静叶损失/动叶效率修正系数，通过以下公式确定出二维S2流面降维数据传递模型中的参考静叶损失/动式中的ωa0与二维S2流面修正系数的乘积ωa作为输出的二维S2流面设计方案中的静叶损和δa分别代表初始三维热态通流设计方案中的动叶和静叶的落后角，δk0和δa0则是二维S2流面设计方案中的动叶和静叶落后角，传递模型生成的修正系数K7，参考修正系数K8ref变更为降维数据传递模型生成的修正系数：[0160]其中，Vzk和Vza分别为初始三维热态通流设计方案中的动叶入口和静叶入口的轴正问题仿真过程中，上式中的Vzk0和Vza0与二维S2流面修正系数的乘积Vzk和Vza作为输出的设计方案正问题仿真过程中的多个一维修正系数以及二维S2流面设计方案正问题仿真过K23τi2ref3refK6789τi5ref6ref7ref8ref9ref二维S2流面修正系数包括二维S2流面静叶损失/动叶效率修正系数、落后角修正系数和轴述目标三维热态通流设计方案的工况性能是否达到所[0175]目标三维热态通流方案是基于多个由降维数据传递模型生成的一维修正系数和多个由降维数据传递模型生成的二维S2流改所述初次升维设计过程中一维正问题仿真所采用的与该级该修正系数相对应的默认一面修正系数更改所述初次升维设计过程中二维S2流面正问题仿真所采用的与该级该修正[0191]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小于屈服极限与安全[0192]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进行设计方案中的三维叶片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气机缸3与燃压缸7之间的法兰面设置于低压引气腔室4处。压气机转子的动叶轮盘13通过中的任一性能与所述目标二维S2流面设计方案中对应的工况性能以及所述目标一维设计况性能与所述目标一维设计方案的工况性能数以及二维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计装置的结构示意图之一，图8为本申请实施例所提供的一种燃气轮机多级轴流压气机的[0202]降维数据传递模块720，用于将所述初始三维热态通流设计方案中的多个初始三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[0203]第二升维设计模块730，用于基于多个所述一维修正系数和多个所述二维S2流面[0204]结构设计模块740，用于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[0205]进一步的，结构设计模块740在用于所根据所述目标三维热态通流设计方案确定[0207]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[0208]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[0212]根据所述一维设计方案中的基元级基本参数以及子午流确定出所述一维设计方案的性能参数和压气机平均半径[0215]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[0216]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、面设计方案的性能参数和压气机周向平均后的[0218]进一步的，第一升维设计模块710用于通过以下方式确定出初始三维热态通流设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[0227]基于由初始三维热态通流设计方案的性能参数降维生成的参考一维修正系数