非设计工况性能作为现代燃气轮机整机性能指标的一个重要组成部分,其优劣直接决定了燃气轮机总体的经济性和稳定性,而压气机低工况的稳定性对整机性能起到至关重要的作用,所以有必要研究提高压气机低工况稳定性的技术措施。本文以某燃气轮机8级低压轴流压气机为研究对象,采用定常的RANS数值模拟方法研究跨声速弯掠动叶技术、多排可转导/静叶技术、静叶轮毂间隙技术对压气机设计转速和部分转速的影响,重点关注上述三种措施对压气机低工况稳定性的影响。针对该8级轴流压气机跨声速动叶首先发生失速,所以首先采用弯掠叶片技术拓宽跨声速级稳定工作范围进而提高整机稳定工作裕度。为此,以1.5级压气机(进口导叶+第一级动叶+第一级静叶)研究弯掠叶片技术对压气机不同工况的控制机理,并最终将弯掠跨声速动叶应用于8级压气机。结果表明,设计转速时弯掠叶片改变叶顶激波强度和位置以及叶顶间隙泄漏涡强度,并改变叶片表面展向“C”型压力分布,三者共同作用从而提高设计转速时压气机的喘振裕度,但也会造成设计转速效率下降;而部分转速时,压气机流场中的激波消失,弯掠叶片对压气机的控制机理与设计转速不同,其改变叶顶吸力面逆压力梯度和增强展向“C”型压力分布,两者共同作用使压气机的稳定性提高,但效率也会下降。由于在不同转速时都存在效率与喘振裕度之间的矛盾,所以在1.5级状态下利用Design3D优化平台以设计点效率和75%转速近失速点流量为多目标进行弯掠联合优化,并将优化获得的跨声速弯掠动叶应用于8级轴流压气机,设计转速时压气机性能没有下降,而部分转速时近失速点流量减小了 2.22%,稳定工作范围拓宽。在一维条件下优化获得多排可转导/静叶调节规律在压气机实际三维流动中存在不适应性,气流沿整个叶高的攻角不能完全匹配,并且存在可转静叶关闭不足的问题,更重要的是可转导/静叶根部会出现角区失速。为此,根据压气机的三维流场重新设计了两种可转导叶方案,并与一维优化获得的可转导叶方案对比,发现可转导/静叶关闭的角度越大,压气机的整体流量越小,但近失速点流量并不按此规律,取决于各排导/静叶关闭角度的匹配,而可转导/静叶根部的角区分离/失速是限制可转导叶调节能力进一步发挥的主要障碍。以1.5级压气机(第二级动叶+第二级静叶+第三级动叶)为模型研究静叶轮毂间隙对可转导/静叶引起的角区分离/失速的控制,分别比较了轮毂整体等间隙、整体梯形间隙、部分间隙和尾缘间隙在设计点和低工况点(75%转速近失速点)对压气机的影响。结果表明,轮毂整体等间隙能够抑制或消除静叶根部的角区失速,提高压气机低工况点的性能,但也会降低设计点的性能,而整体梯形间隙在低工况点和设计点都优于整体等间隙。相对于整体间隙,部分间隙可以更大幅度地提高压气机低工况点的性能,同时对设计点性能的损害更小。而在这四种静叶轮毂间隙中,尾缘间隙对静叶根部的角区失速控制能力最强,同时对设计点的损害最小。最终可以确定,选择合适位置和尺寸的部分间隙或恰当尺寸的尾缘间隙可以在基本不降低压气机设计点性能的前提下最大幅度的提高低工况点的性能。最后,将跨声速弯掠动叶、多排可转导/静叶、静叶轮毂间隙三项扩稳技术联合应用于8级低压轴流压气机,高转速时(90%和100%转速)压气机的特性基本不变,而较低转速时(70%、75%和80%转速),压气机的喘振边界点向左上方移动,如70%转速时近失速点流量减小了 7.66%,压气机的低工况稳定性得到提高。