一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法及系统，根据待缩尺模化的原型机的缩尺比例系数，将原型机缩尺模化为小尺寸的模型机，利用相似计算公式，计算出模型机对应的运行条件，然后对模型机进行实验测得模型机的性能参数，利用模型机的性能参数计算模型机的多变效率值，根据模型机的粗糙度、雷诺数和流量系数计算多变效率系数，利用多变效率系数对多变效率值进行修正即可得到原型机的多变效率值，对于轴流压缩机整个稳定工作流量范围内的多变效率修正都能够达到较高的精度，能够达到很高的修正精度，适用于轴流压缩机的整个稳定工作流量区间。

【技术实现步骤摘要】
一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法和系统
本专利技术涉及叶轮机械相似模化技术应用领域，具体为一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法和系统。
技术介绍
燃气轮机作为新一代大型动力装置，被广泛应用，燃气轮机的研发能力可以看做是一国综合国力的重要体现。轴流压缩机是航空发动机、重载燃气轮机的核心部件之一，轴流压缩机效率的高低对整台燃气轮机的性能起到至关重要的作用。由于轴流压缩机具有大尺寸、高流量、高功耗等特点，导致其研发成本高，研发周期长。因此，为了降低研发成本、缩短研发周期，可以在研发过程中采用缩尺模化技术，对按照一定比例缩小尺寸的模型压缩机进行研究，然后反推出大尺寸原型机的性能参数。但是在实际应用过程中，由于表面粗糙度难以严格按照缩放比例进行缩放、原型机和模型机的雷诺数无法保证相等的原因，导致部分流动相似准则被破坏，因此原型机和模型机的效率会存在一定偏差，缩尺比例系数越大，该偏差就越大，给缩尺模化技术的应用带来困扰。现有的修正方法，为了能够使修正方程形式更加简单，会忽略一部分影响因素，多数只针对于最佳效率点的修正，而轴流压缩机通常运行在一定的流量范围之内，导致修正精度低，修正效果无法达到预期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法和系统，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，包括以下步骤：步骤1)、根据待缩尺模化的原型机的缩尺比例系数，将原型机缩尺模化为小尺寸的模型机；步骤2)、利用相似计算公式，计算出模型机对应的运行条件；步骤3)、根据模型机对应的运行条件对模型机进行实验测得模型机的性能参数；步骤4)、利用模型机的性能参数计算模型机的多变效率值，根据模型机的粗糙度、雷诺数和流量系数计算多变效率系数，利用多变效率系数对多变效率值进行修正即可得到原型机的多变效率值。进一步的，利用轴流压缩机相似换算公式计算出原型机和模型机满足流动相似运行条件之间的关系，即可得到模型机对应的运行条件。进一步的，计算原型机和模型机的转速关系如式(2)所示：nM表示模型机的转速参数，n表示原型机的转速参数，mL表示缩尺比例系数，T1M表示模型机的进口滞止温度，T1表示原型机的进口滞止温度。进一步的，计算原型机和模型机的质量流量关系如式(3)所示：qmM表示模型机的质量流量，qm表示原型机的质量流量，p1M表示模型机的进口滞止压力，p1表示原型机的进口滞止压力，mL表示缩尺比例系数，T1M表示模型机的进口滞止温度，T1表示原型机的进口滞止温度。进一步的，步骤4)中，综合考虑粗糙度Ra，雷诺数Re、流量系数φ，计算多变效率系数Bref，如式(6)所示：其中，φ*＝φ+H[Ra*]，φ表示流量系数，qv表示模型机第一级动叶进口处的体积流量，u2表示模型机第一级动叶的叶顶速度，D2表示模型机第一级动叶的叶顶直径，H[Ra*]是无量纲粗糙度Ra*的函数，M[Ra*]是无量纲粗糙度Ra*的函数，N[Ra*,Re]是无量纲粗糙度和雷诺数的函数。进一步的，H[Ra*]的计算公式如式(7)所示；H[Ra*]＝h1·Ra*2+h2·Ra*+h3(7)M[Ra*]的计算公式如式(8)所示：N[Ra*,Re]的计算公式如式(9)所示：在式(9)中，Re表示原型机的雷诺数，ReM表示模型机的雷诺数，a1,b1,c1,a2,b2,c2,d,h1,h2,h3,m1,m2,m3,n1,n2均为常数。进一步的，其中，无量纲粗糙度Ra*的计算公式如式(10)所示：进一步的，根据多变效率系数计算修正多变效率偏差Δη，如式(4)所示：其中，f表示原型机的等效平板摩擦系数，fM表示模型机的等效平板摩擦系数；f＝4[P·flam+(1-P)·fturb](5)fM＝4[PM·flamM+(1-PM)·fturbM]其中，ks＝6.2Ra，w1表示原型机第一级动叶50％叶高处进口相对速度，c表示原型机第一级动叶50％叶高处弦长，v表示原型机第一级动叶进口空气的运动粘度；ksM＝6.2RaM，w1M表示模型机第一级动叶50％叶高处进口相对速度，cM表示模型机第一级动叶50％叶高处弦长，vM表示模型机第一级动叶进口空气的运动粘度。进一步的，原型机多变效率的计算公式如式(12)所示：η＝ηM+Δη(12)；ηM表示模型机的多变效率。一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正系统，包括模型机相似计算模块、控制模块、性能参数获取模块和修正模块，控制模块连接于模型机相似计算模块、性能参数获取模块和修正模块；模型机相似计算模块根据相似计算公式获取模型机的运行条件参数，并将获取的运行条件参数传输至控制模块，控制模块根据运行条件参数控制模型机运行实验，性能参数获取模块获取模型机运行实验的性能参数，并将获取的性能参数传输至修正模块；修正模块根据运行实验的性能参数计算模型机的多变效率值以及多变效率系数，然后根据多变效率系数对多变效率值进行修正即可得到原型机的多变效率值。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，根据待缩尺模化的原型机的缩尺比例系数，将原型机缩尺模化为小尺寸的模型机，利用相似计算公式，计算出模型机对应的运行条件，然后对模型机进行实验测得模型机的性能参数，利用模型机的性能参数计算模型机的多变效率值，根据模型机的粗糙度、雷诺数和流量系数计算多变效率系数，利用多变效率系数对多变效率值进行修正即可得到原型机的多变效率值，对于轴流压缩机整个稳定工作流量范围内的多变效率修正都能够达到较高的精度，能够达到很高的修正精度，适用于轴流压缩机的整个稳定工作流量区间。进一步的，综合考虑了雷诺数、粗糙度和流量系数的影响，使修正系数值的修正精度更加拟合理论值，提高了修正精度。一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正系统，结构简单，根据模型机的粗糙度、雷诺数和流量系数计算多变效率系数，利用多变效率系数对多变效率值进行修正即可得到高精度的原型机的多变效率值，能够达到很高的修正精度，适用于轴流压缩机的整个稳定工作流量区间。附图说明图1为本专利技术实施例中通过本专利技术修正后原型机的多变效率示意图。图2为本专利技术实施例中未修正的原型机的多变效率示意图。图3为本专利技术实施例中采用现有方法修正后的结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细描述：一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，包括以下步骤：步骤1)、根据待缩尺模化的原型机(原型轴流压缩机)的缩尺比例系数，将原型机缩尺模化为小尺寸的模型机；步骤2)、利用相似计算公式，计算出模型机对应的运行条件；步骤3)、对模型机进行实验测得模型机的性能参数；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)、根据待缩尺模化的原型机的缩尺比例系数，将原型机缩尺模化为小尺寸的模型机；/n步骤2)、利用相似计算公式，计算出模型机对应的运行条件；/n步骤3)、根据模型机对应的运行条件对模型机进行实验测得模型机的性能参数；/n步骤4)、利用模型机的性能参数计算模型机的多变效率值以及多变效率系数，利用多变效率系数对多变效率值进行修正即可得到与模型机对应的原型机的多变效率值。/n

【技术特征摘要】
1.一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、根据待缩尺模化的原型机的缩尺比例系数，将原型机缩尺模化为小尺寸的模型机；
步骤2)、利用相似计算公式，计算出模型机对应的运行条件；
步骤3)、根据模型机对应的运行条件对模型机进行实验测得模型机的性能参数；
步骤4)、利用模型机的性能参数计算模型机的多变效率值以及多变效率系数，利用多变效率系数对多变效率值进行修正即可得到与模型机对应的原型机的多变效率值。


2.根据权利要求1所述的一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，其特征在于，利用轴流压缩机相似换算公式计算出原型机和模型机满足流动相似运行条件之间的关系，即可得到模型机对应的运行条件。


3.根据权利要求2所述的一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，其特征在于，计算原型机和模型机的转速关系如式(2)所示：



nM表示模型机的转速参数，n表示原型机的转速参数，mL表示缩尺比例系数，T1M表示模型机的进口滞止温度，T1表示原型机的进口滞止温度。


4.根据权利要求2所述的一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，其特征在于，计算原型机和模型机的质量流量关系如式(3)所示：



qmM表示模型机的质量流量，qm表示原型机的质量流量，p1M表示模型机的进口滞止压力，p1表示原型机的进口滞止压力，mL表示缩尺比例系数，T1M表示模型机的进口滞止温度，T1表示原型机的进口滞止温度。


5.根据权利要求1所述的一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，其特征在于，步骤4)中，综合考虑粗糙度Ra，雷诺数Re、流量系数φ，计算多变效率系数Bref，如式(6)所示：



其中，φ*＝φ+H[Ra*]，φ表示流量系数，qv表示模型机第一级动叶进口处的体积流量，u2表示模型机第一级动叶的叶顶速度，D2表示模型机第一级动叶的叶顶直径，H[Ra*]是无量纲粗糙度Ra*的函数，M[Ra*]是无量纲粗糙度Ra*的函数，N[Ra*,Re]是无量纲粗糙度和雷诺数的函数。


6.根据权利要求5所述的一种轴流压缩机缩尺过程多变效率修正方法，其特征在于，H[Ra*]的计算公式如式(7)所示；
H[Ra...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫武旗，刘一彤，陈俊丽，李曼，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61