博客分享｜某6级轴流压缩机一维设计的级间匹配

多级轴流压缩机的级间匹配是轴流压缩机气动设计的核心，也是影响整机性能和堵塞、失速范围的核心因素之一。它也是多级轴流压缩机气动设计的核心难点。每一级叶排都不是孤立存在的，这一级叶排的出口即是下一级叶排的进口，前边级微小的气流扰动会随着级数递增放大，极大影响后续级的气体流动状态（对于静叶不可调机组情况更是如此）。在匹配过程中，除关注基本叶片-气流角度匹配外，还需要关注各级“气动特性参数”的匹配。对于叶片-气流角度匹配，一线轴流压缩机/燃气轮机/航空航天气动设计人员并不陌生，这里不再赘述。下边主要介绍 “气动特性参数”的匹配。

原设计仍以前文predesign中的结果为例。可以看到原始方案存在诸多问题，列举部分如下。如下列各图所示，可以看到子午通道环形面积并不是单向递减，反力度普遍偏高，部分叶片排轴向密流比明显不合理。

↥原方案

↥原方案反力度

↥原方案各叶排环形面积

↥原方案各叶排各截面轴向密流比

以下为调整、优化后的一维方案（本方案与《某6级轴流压缩机一维设计及优化功能展示》中有不同。《某6级轴流压缩机一维设计及优化功能展示》更关注单点效率更高；本方案不仅关注单点效率，也关注各级匹配控制）。在调整时，可围绕做功的核心级展开，但需要关注所选“核心级”是否合理。

↥调整优化后方案及叶型示意

↥核心级选择

（对项目名称及内置版本等与本文无关信息进行了隐藏处理）

优化采用手动+自动优化相结合的方法进行，以下为部分自动优化迭代过程。

↥自动优化过程

（这里考虑叶尖间隙为1mm（无冠），叶片粗糙度为1mkm）

 

优化后结果如下。

可以看到，子午通道环形面积单向递减，反力度从之前0.8以上降至0.75左右，各叶片排轴向密度流比分布均符合要求。从Smith图上来看，各叶排处于高效范围内，相关参数也大致合理。

↥调整优化后方案各叶排环形面积

↥调整优化后方案Smith图

↥调整优化后方案各级反力度

↥调整优化后方案AVDR值

在分析模式下对整机特性进行预估。设计转速为6000rpm，这里考虑动静叶片均不可调，但转速可调的情况。考虑变化转速为5700/5800/5900/6000/6100rpm。可以看到，本设计达到了原始设计目标压比要求，且设计点多变效率能达到88.5%左右。

↥流量-压比图

↥流量-效率图