TurboTides:轴流压缩机设计技术发展

1853年都纳尔(Tournaire)向法国科学院提出了多级轴流压缩机的概念。1884年英国C.A.帕森斯(Parsons)将多级反动式透平反向旋转，得出了第一台轴流式压缩机，19级，流量85kg/s，压力12.1kPa·G，转速4000r/min，效率约60%。由于效率低，故轴流式压缩机未能成功地推广应用。

从二十世纪三十年代开始，由于航空事业发展的需要，对航空燃气轮机进行了大量的理论和试验研究，特别是对轴流式压缩机的气体动力学的理论研究和平面叶栅吹风的试验研究，使轴流式压缩机的理论和设计方法不断完善，效率提高到80～85%。从四十年代开始，轴流式压缩机已广泛应用于航空燃气轮机中，迄今仍占有很重要的地位。现代轴流式压缩机的效率可高达89～91%，甚至更高。

我国的轴流压缩机发展起步较晚，也是从燃气轮机中的压缩机研究开始起步的，到二十世纪六十年代末期第一台试制成功，1970年开始投运。该轴流压缩机为全部静叶固定，效率为85～86%。一般轴流压缩机分为：等中径轴流压缩机、等内径轴流压缩机和等外径轴流压缩机，如下图所示：

由于轴流压缩机技术是非常成熟的，气体压缩过程的流道短且简单，气体转向变化小，基本是沿轴流动，离心压缩机压缩气体的流道长且有较多的急剧转弯，因而轴流压缩机损失小，效率高。再次，轴流压缩机的叶栅在空气动力学方面的理论研究和试验工作相对比较充分，试验数据和设计方法比较成熟，所以轴流压缩机效率通常比离心压缩机高8%～10%。压缩相同容积的气体时，具有复杂流道的多级离心压缩机机器尺寸比轴流压缩机大的多。另外，轴流机的故障率较低，比离心机少很多。没有易损件，维护也比离心机方便。

我国近年来轴流压缩机设计技术快速提升，但是现在工业的迅速发展，催使轴流压缩机设计需要更大的叶轮直径、更高的流量系数、更广的高效运行区、更低的泄漏量，进而实现同等量级压缩机在尺寸上进一步减小，生产制造成本的进一步降低。未来，更先进的设计理念及更精确到CFD仿真技术，更新颖高效的结构布局、高度集成的系统会不断的出现，必然会促使轴流压缩机设计技术的快速进步。

目前，随着设计认知进一步提高，国际上流体机械的研发工具在国内不断的推进，加快了我国自主研发的水平，但具有自主知识产权的CAE设计软件在国内屈指可数。在高端轴流压缩机设计的国家，CAE建模仿真技术一直在制造业发展中的战略核心位置，高性能计算建模与模拟能够明显的缩短设计周期，加强竞争力，将其立于服务于国家利益的关键技术。

设计先进、高效、经济、紧凑的叶轮机械，同时降低设计成本和缩短设计周期，已经成为现代叶轮机械设计的一个重要目标。Turbotides作为聚焦于透平机械设计的一体化CAE研发平台，其包括总体设计、一维设计、几何造型和二维通流分析、三维CFD仿真及FEA转子动力学分析，将各个模块高度集成，数据无损传输。同时结合强大的知识库功能，可将用户的所有设计数字化、标准化。借助Turbotides平台，可实现透平机械的快速、高效一站式设计，必将助力国内轴流压缩机设计技术的快速发展。