(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 202210707286.1 (22)申请日 2022.06.21 (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 赵宁波　李昱廷　郑洪涛　杨家龙　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市航友知识产权代理 事务所(普通 合伙) 23216 专利代理师 张赞 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种燃气轮 机燃烧室自动化设计建模方法 (57)摘要 一种燃气轮机燃烧室自动化设计 建模方法， 涉及燃气轮机燃烧室设计技术领域， 用以解决现 有燃烧室设计方法前后迭代优化耗费大量时间 且从设计到建模不够便利的问题。 本发明的技术 要点包括： 根据设计要求计算获取燃烧室各部分 结构的尺寸参数， 并形成尺寸参数文件， 具体包 括根据工况参数、 尺寸限制参数、 性能参数和特 征参数对扩压器、 火焰筒、 空气流量分配、 旋流 器、 帽罩、 主燃及掺混孔、 冷却孔进行设计以获得 对应的尺 寸参数； 并根据尺寸参数文件建立燃烧 室三维模型。 本发明可节省由于重复修改而耗费 的大量时间， 可应用于燃气轮机燃烧室自动设计 中。 权利要求书2页 说明书11页 附图5页 CN 115270319 A 2022.11.01 CN 115270319 A 1.一种燃气轮机 燃烧室自动化设计建模方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 根据设计要求计算获取燃烧室各部分结构的尺寸参数， 并形成尺寸参数文件； 具体包括： 输入燃烧室的工况参数、 尺寸限制参数、 性能参数和特征参数， 其中， 所述特征参数包 括扩压器特征参数、 火焰筒特征参数、 流量分配特征参数、 旋流器特征参数、 主燃及掺混孔 特征参数、 冷却孔特 征参数； 根据工况参数、 尺寸限制参数和扩压器特 征参数计算获得扩压器设计尺寸 参数； 根据工况参数、 尺寸 限制参数、 性能参数和火焰筒特征参数计算获得火焰筒设计尺寸 参数； 根据工况参数、 流 量分配特 征参数计算获得流 量分配设计参数； 根据工况参数、 性能参数、 尺寸限制参数、 火焰筒设计尺寸参数、 流量分配设计参数和 旋流器特 征参数计算获得旋流器设计尺寸 参数； 根据工况参数、 尺寸限制参数、 流量分配设计参数、 火焰筒设计尺寸参数计算获得帽罩 设计尺寸 参数； 根据工况参数、 尺寸限制参数、 性能参数、 火焰筒设计尺寸参数、 流量分配设计参数、 主 燃及掺混孔特 征参数计算获得主燃及掺混孔设计尺寸 参数； 根据性能参数、 火焰筒特征参数、 流量分配设计参数和冷却孔特征参数计算获得冷却 孔设计尺寸 参数； 步骤二、 根据所述尺寸 参数文件建立燃烧室的三维模型。 2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室自动化设计建模方法， 其特征在于： 所述 工况参数包括进口质量流量、 进口总压强、 进口总温度、 进口马赫数、 燃料质量流量； 所述尺 寸限制参数包括进口主半径、 喷嘴数、 燃烧室出口高度； 所述性能参数包括总压强恢复系 数、 出口温度分布系数。 3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机 燃烧室自动化设计建模方法， 其特 征在于： 所述扩压器特 征参数包括扩压器出口马赫数； 所述火焰筒特征参数包括全局流阻系数、 燃料燃烧理论空气量、 主燃区当量比、 主燃区 出口马赫数、 主燃区出口温度、 外环腔马赫数、 火焰筒头 部角度； 所述流量分配特征参数包括旋流器空气流量比例、 头部冷却 空气流量比例、 主燃孔空 气流量比例、 掺混孔空气流 量比例、 壁 面冷却空气流 量比例； 所述旋流器特 征参数包括旋流器系数、 旋流器内径、 旋流数、 叶片数、 叶片厚度； 所述掺混孔特征参数包括主燃孔的射流穿深与火焰筒直径比、 掺混孔的射流穿深与火 焰筒直径比、 主燃及掺混孔的流量系数、 中间区出口温度、 主燃孔数量与喷嘴数比、 掺混孔 数量与喷 嘴数比； 所述冷却孔特 征参数包括冷却孔 直径及流 量系数。 4.根据权利要求3所述的一种燃气轮机燃烧室自动化设计建模方法， 其特征在于： 步骤 一中对于前置扩压器且为直壁的突扩扩压器， 计算获得的扩压器设计尺寸参数包括长度、 轴向长度、 进口面积、 进口高度、 进口空气密度、 出口面积、 出口高度、 扩张半角、 突扩间距、 突扩角； 计算 获得的火焰 筒设计尺寸参数包括燃烧室参考截面积、 燃烧室参考截面直径、 火 焰筒面积、 直径、 长度、 火焰筒头部长度、 主燃区长度、 掺混区长度、 掺混孔处火焰区直径； 计权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115270319 A 2算获得的流量分配设计参数包括旋流器空气质量流量、 头部冷却空气质量流量、 主燃孔空 气质量流量、 掺混孔空气质量 流量、 壁面冷却空气质量 流量。 5.根据权利要求4所述的一种燃气轮机燃烧室自动化设计建模方法， 其特征在于： 步骤 一中计算 获得的旋流器设计尺寸参数包括旋流器叶片角和旋流器外径； 计算 获得的帽罩设 计尺寸参数包括帽罩进口高度； 计算 获得的主燃及掺混孔设计尺寸参数包括主燃孔孔径及 数量， 掺混孔 孔径及数量； 计算获得的冷却孔设计尺寸 参数包括 壁面冷却孔数量。 6.根据权利要求4所述的一种燃气轮机燃烧室自动化设计建模方法， 其特征在于： 步骤 一中燃烧室参考截面积利用流阻法、 燃烧效率法、 燃烧负荷法三种方法确定， 选择三种方法 确定的参 考截面积的最大值作为 最终的燃烧室参 考截面积。 7.根据权利要求6所述的一种燃气轮机燃烧室自动化设计建模方法， 其特征在于： 所述 流阻法根据总压强损失系数及全局流阻系数计算 获得参考截面积A1； 所述燃烧效率法根据 参考截面直径和进口主半径计算获得参考截面积A2； 所述燃烧负荷法根据进口总温度、 进 口总压强、 总压强恢复系数、 燃料质量流量、 主燃区出口马赫 数、 主燃区出口温度、 主燃区当 量比、 燃料燃烧理论空气量、 外环腔马赫数计算获得参 考截面积A3 。 8.根据权利要求1 ‑7中任一项所述的一种燃气轮机燃烧室自动化设计建模方法， 其特 征在于： 通过MATLAB软件编程实现燃烧室各部分结构的尺寸 参数的计算获取。 9.根据权利要求1 ‑7中任一项所述的一种燃气轮机燃烧室自动化设计建模方法， 其特 征在于： 通过UG软件编程实现燃烧室的三维模型的建立。 10.根据权利要求1 ‑7中任一项所述的一种燃气轮机燃烧室自动化设计建模方法， 其特 征在于： 所述燃烧室为 直流环形燃烧室。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115270319 A 3