(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 202210675151.1 (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　李越　李翔宇　 李宗全　毛冬岩　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种船用发电型燃气轮机双级高速动力涡 轮气动设计方法 (57)摘要 本发明的目的在于提供一种船用发电型燃 气轮机双 级高速动力涡轮气动设计方法， 确定动 力涡轮设计参数后， 选择动力涡 轮功率分配比例 系数、 级反动度及各列叶片相对 前缘半径作为控 制参数并进行逐级分布规律的参数化设计， 通过 动力涡轮一维气动设计、 典型工况动力涡轮气动 性能分析、 全工况整机总体性能评估， 获得满足 全工况性能要求的动力涡轮气动方案。 本发明通 过个别关键控制参数的特定规律设置， 实现了动 力涡轮功率分配及各级反动度及各列叶片相对 前缘半径的参数化与定制化， 加速了设计过程， 提升了设计效率。 本发明不仅局限于船用燃气轮 机动力涡轮， 同样适用于各种使用工况范围宽、 全工况性能指标要求高的工业型燃气轮机双级 动力涡轮气动设计过程。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115186440 A 2022.10.14 CN 115186440 A 1.一种船用发电型燃气轮机双级高速动力涡轮气动设计方法， 其特 征是： (1)确定动力涡轮设计参数： 根据船用燃气轮机设计工况整机总体性能参数， 确定动力 涡轮设计参数， 包括动力涡轮进口条件、 转速、 流量、 膨胀比、 级数、 第一级导叶进口尺寸与 最末级动叶出口尺寸限制； (2)动力涡轮通流设计： 根据采用涡轮一维通流设计程序， 完成满负荷工况条件下动力 涡轮一维通 流设计， 得到动力涡轮一维通 流； (3)给定动力涡轮功率分配比例系数、 级反动度及各列叶片相对前缘半径分布规律， 按 照递减功率分配规律给定动力涡轮首级功率和末级功率分配比例系 数K； 按照递减反动度 分布形式给定动力涡轮首级反动度Ω1和末级反动度Ω2； 按照恒定相对前缘半径分布形式 给定动力涡轮各列叶片相对前缘半径 (4)动力涡轮一维气动设计： 采用涡轮一维气动设计程序， 完成满负荷工况条件下动力 涡轮一维气动设计， 得到涡轮一维气动计算模型， 以及满负荷工况条件下船用燃气轮机动 力涡轮一维气动结果， 判断是否满足满负荷工况条件下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(3)时按 照递减功 率分配规律， 调整 首级功率和末级功 率分配比例系数K， 按照递减反动度调整动力 涡轮首级反动度Ω1和末级反动度Ω2， 按照恒定相对前缘半径分布形式调整动力涡轮各列 叶片相对前缘半径 直至动力涡轮参数满足满负荷工况条件下整机总体性能设计指标 要求； (5)典型工况动力涡轮气动性能分析： 基于步骤(4)得到的动力涡轮一维气动计算模 型， 针对船用发电型燃气轮机恒转速运行 的独特工作特点， 开展恒转速条件下典型工况动 力涡轮一维气动性能分析， 得到恒转速条件下典型工况动力涡轮一维气动结果， 判断是否 满足典型工况条件下整机总体性能对动力涡轮指标要求， 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(5)， 直至动力涡轮参数满足典型工况条件 下整机 总体性能指标要求； (6)动力涡轮特性计算： 基于步骤(4)得到的动力涡轮一维气动计算模型， 采用涡轮一 维气动计算分析程序， 开展动力涡轮特性计算， 获得不同转速及膨胀比排列 组合工作状态 下的涡轮效率、 流 量等涡轮特性 参数； (7)全工况整机总体性能评估： 利用步骤(6)得到的涡轮特性参数， 开展船用发电型燃 气轮机整机全工况匹配计算， 获得船用发电型燃气轮机整机全工况功率、 效率等总体性能 参数， 评估总体性能参数是否满足全工况条件下设计指标要求， 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(7)， 直至总体性能参数满足全工况条件 下设计 指标要求。 2.根据权利要求1所述的一种船用发电型燃气轮机双级高速动力涡轮气动设计方法， 其特征是： 步骤(3)中所述的动力涡轮功率分配比例系数定义如下： 其中PWstg,1为动力涡轮第1级功率， PWstg,2为动力涡轮第2级功率。 K＝给定值， 1.0 ≤K≤1.5 。 3.根据权利要求1所述的一种船用发电型燃气轮机双级高速动力涡轮气动设计方法，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186440 A 2其特征是： 步骤(3)中动力涡轮反动度Ω1、 Ω2定义如下： 其中pstg,1,Sin为动力涡轮第1级导叶进口静压， pstg,1,Rin为动力 涡轮第1级动叶进口静压， pstg,1,Rout为动力涡轮第1级动叶出口静压； 其中pstg,2,Sin为动力涡轮第2级导叶进口静压， pstg,2,Rin为动 力涡轮第2级动叶进口静压， pstg,2,Rout为动力涡轮第2级动叶出口静压； Ω1＝给定值， 0.3 5≤Ω1≤0.55； Ω2＝给定值， 0.25 ≤Ω2≤0.5； 两级动力涡轮反动度Ω1、 Ω2之间关系如下： Ω1≥Ω2。 4.根据权利要求1所述的一种船用发电型燃气轮机双级高速动力涡轮气动设计方法， 其特征是： 步骤(3)中各列叶片相对前缘半径 与叶片排序号 i之间关系定义如下： 其中RLE,i为动力涡轮第i列叶片前缘半径， RLE,i为动力涡轮第i列叶片弦 长， 1≤i≤4； 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186440 A 3