专利名称：拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种拓宽压气机稳定运行区域的装置，尤其是指一种拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置。
围绕上述压气机运行过程中的流动失稳现象(喘振和旋转失速)，近十年来国际上开展了许多开拓性的研究工作。但目前的控制方式均采用被动的控制方式，即末级放气、和机匣处理的方式，在航空发动机上采用降低喷油量，从而减少发动机运行负荷的方式。但这种方式一方面减少了机组的运行效率，另一方面也影响到系统的稳定运行，严重时将导致系统发生喘振，引起灾难性事故。从目前旋转失速主动控制技术的应用前景看，由于其控制机构的鲁棒性、执行机构的高频响性、和反馈控制模型的时变性的局限，阻碍了这一技术在压气机上的实际应用。
为实现上述目的，本实用新型提供一种拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置，包括多个高频响动态压力传感器，一个位于多级、轴流压气机最后一级静叶后缘的机匣处，其余在每个动叶顶部机匣处安装一个；一个前置信号放大器与这些高频响动态压力传感器输出端连接；一个低通滤波模块与该前置信号放大器的输出端连接；一个模数转换器与该低通滤波模块的输出端连接；多个数值信号处理器DSP(Digital Signal Processor)分别以并联的方式与该模数转换器的输出端连接，数值信号处理器的数目与高频响动态压力传感器数目相同；一个数模转换器与上述这些数值信号处理器的输出端共同连接；一个高频响气力输送控制阀，电性连接该数模转换器，用以控制气管中气体的流量；一根材质为不锈钢管的气管与多级、轴流压气机连通，安装有该高频响气力输送控制阀，气管入口处位于多级、轴流压气机的最后一排静叶的下游；一个稳压罐与该气管的出口处相连，引出多个材质为不锈钢管的支气管，支气管数目与高频响动态压力传感器数目相同；多个微喷量电磁控制阀电性连接该数模转换器，分别安装在这些支气管上，每个支气管安装一个；多个微喷嘴，分别安装在这些支气管的出口处，位于多级、轴流压气机第一级动叶前缘处。
上述拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置，其中所述的数模转换器是16位数模转换器。
上述拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置，其中所述的数值信号处理器DSP是FFT运算处理芯片。
由上述的拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置可以看出，本实用新型有如下优点利用在多级、轴流压气机动叶进口前缘布置可控气流喷射装置，喷射微流量高压气流来拓宽系统稳定性运行区域。通过微喷量气流的动态效应改变动叶通道内部的非定常流动特征(动叶顶部泄漏涡的流动规律、动叶吸力面边界层的分离趋势、动叶顶部附近动力载荷的分布规律)，抑制系统和局部流动失稳扰动因素的递增趋势，拓宽系统稳定区域和提高压气机压比。简而言之就是在不改变系统稳态特性、压气机运行效率、压气机主要结构部件的基础上，拓宽了多级、轴流压气机的稳定运行区域。
如
图1、2所示，由电动机20提供动力，四级轴流压气机5吸入气体，流经动叶6和静叶6a气体被压缩，经出口调节阀7控制喷出的气体流量和压力。
四个高频响动态压力传感器8、9、10、11，传感器是美国KULITE传感器公司生产的XCS-190系列的差压式、高频响压力传感器，传感器动态频响为150KHz。传感器8、9、10均安装在各级动叶顶部机匣处，轴向位置在动叶的前缘处，传感器11安装在最后一级的静叶后缘的机匣上。这些高频响动态压力传感器采集压气机运行时的动态压力信号；这些高频响动态压力传感器共同连接到一个前置信号放大器12，将采集到的信号输入并模拟放大，前置信号放大器的增益选择以压气机稳定运行时的最高压力值为上限，且上限值选择在4.5伏的量级上；该前置信号放大器12的另一端连接到一个低通滤波模块13，将高频信号、白噪声信号、和控制电路自激振荡信号截断和隔离，获得采集信号中低频脉动特征；该低通滤波模块13的另一端连接到一个16位模数转换器14，将模拟信号转变成数值信号；该16位模数转换器的另一端有四路并联分支，连接到四个数值信号处理器DSP15、16、17、18，该数值信号处理器选用FFT运算处理芯片，同步分析模数转换器14输入的数值信号，分析压气机运行工况流动失稳先兆信号一阶谐波的变化特征，并完成采集信号的功率谱搜索，如果未发现符合预先设定一阶谐波频率幅值的要求，则不发出控制信号，继续进行压气机动态信号的采集；如果功率谱搜索完毕后，发现符合预先设定一阶谐波频率幅值的要求，则根据预先设定的阀值，发出控制输出信号；这些数值信号处理器的另一端共同连接到一个数模转换器19，将数值控制信号转变成模拟控制输出信号；该数模转换器19的另一端有五个并联分支，一个分支连接到高频响气力输送控制阀4，其余四个分支连接到四个微喷量电磁控制阀2(图中用一个示意)；该高频响气力输送控制阀4安装在一根气管21上，该气管21材质为不锈钢管。高频响气力输送控制阀4接受信号后控制气管21内的气流；气管21与多级、轴流压气机连通，其入口处位于多级、轴流压气机的最后一排静叶的下游，以避免过高的流体扰动；气管21出口处连接一个稳压罐3，该稳压罐引出四个支气管22，该四个支气管22材质为不锈钢管，该稳压罐3根据运行工况的要求，设定稳定的压力值，将高压气流通过支气管输送到微喷量电磁控制阀2，该微喷量电磁控制阀2就安装在这些支气管22上；支气管出口处分别安装四个微喷嘴1，微喷嘴1都布置在第一级动叶前缘处，轴向位置为在动叶前，通过控制气流压力和速度，使之喷射出小于压气机设计流量千分之一的范围的微流量的高压气流，从而改变动叶通道内部气体流动的非定常特征，实现拓宽多级、轴流压气机稳定工作区域的目的。
上述所涉及到的微喷嘴1、微喷量电磁控制阀2、稳压罐3以及高频响应气力输送控制阀4均是机械和控制领域广泛采用的元器件，普通的工程技术人员均能理解和匹配。其中微喷量电磁控制阀2是四个电磁控制阀，其运行原理是接受一个0-5伏的直流方波信号触发电磁阀工作，使其按预先设定的开度打开微喷量电磁控制阀。高频响应气力输送控制阀4运行原理与其相同。
当轴流压气机是其他级数时，相应的增加或减少高频响动态压力传感器的数目，每级动叶顶部机匣处和最后一级静叶后缘的机匣处安装一个；数值信号处理器DSP、微喷量电磁控制阀2、支气管22、微喷嘴1以及电性连接线路也相应的增加或减少数目。
权利要求1.一种拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置，其特征是包括多个高频响动态压力传感器，一个位于多级、轴流压气机最后一级静叶后缘的机匣处，其余在每个动叶顶部机匣处安装一个；一个前置信号放大器与这些高频响动态压力传感器输出端连接；一个低通滤波模块与该前置信号放大器的输出端连接；一个模数转换器与该低通滤波模块的输出端连接；多个数值信号处理器DSP分别以并联的方式与该模数转换器的输出端连接，数值信号处理器的数目与高频响动态压力传感器数目相同；一个数模转换器与上述这些数值信号处理器的输出端共同连接；一个高频响气力输送控制阀，电性连接该数模转换器；一根材质为不锈钢管的气管与多级、轴流压气机连通，安装有该高频响气力输送控制阀，气管入口处位于多级、轴流压气机的最后一排静叶的下游；一个稳压罐与该气管的出口处相连，引出多个材质为不锈钢管的支气管，支气管数目与高频响动态压力传感器数目相同；多个微喷量电磁控制阀电性连接该数模转换器，分别安装在这些支气管上，每个支气管安装一个；多个微喷嘴，分别安装在这些支气管的出口处，位于多级、轴流压气机第一级动叶前缘处。
2.根据权利要求1所述的拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置，其特征在于其中所述的数模转换器是16位数模转换器。
3.根据权利要求1所述的拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置，其特征在于其中所述的数值信号处理器DSP是FFT运算处理芯片。
专利摘要一种利用反馈控制原理拓宽多级、轴流压气机稳定运行区域的装置，由多个高频响动态压力传感器采集压气机运行时的动态压力信号，串联一个前置信号放大器、一个低通滤波模块、一个模数转换器、多个并联的数值信号处理器DSP、另一个数模转换器、一个高频响气力输送控制阀、一个稳压罐、多个微喷量电磁控制阀、多个微喷嘴。通过控制微喷嘴射出微流量的高压气流，从而改变动叶通道内部气体流动的非定常特征，推迟旋转失速现象发生所对应的临界流量。其优点在于在不改变系统稳态特性、压气机运行效率、压气机主要结构部件的基础上，拓宽了多级、轴流压气机的稳定运行区域。
文档编号F01D17/00GK2545370SQ0223870
公开日2003年4月16日 申请日期2002年6月13日 优先权日2002年6月13日
发明者聂超群, 徐纲, 陈静宜, 黄伟光 申请人:中国科学院工程热物理研究所