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拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置的制作方法

文檔序號(hào):5175473閱讀:345來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種拓寬壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置,尤其是指一種拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置。
圍繞上述壓氣機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象(喘振和旋轉(zhuǎn)失速),近十年來(lái)國(guó)際上開(kāi)展了許多開(kāi)拓性的研究工作。但目前的控制方式均采用被動(dòng)的控制方式,即末級(jí)放氣、和機(jī)匣處理的方式,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上采用降低噴油量,從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷的方式。但這種方式一方面減少了機(jī)組的運(yùn)行效率,另一方面也影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生喘振,引起災(zāi)難性事故。從目前旋轉(zhuǎn)失速主動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用前景看,由于其控制機(jī)構(gòu)的魯棒性、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高頻響性、和反饋控制模型的時(shí)變性的局限,阻礙了這一技術(shù)在壓氣機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型提供一種拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置,包括多個(gè)高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器,一個(gè)位于多級(jí)、軸流壓氣機(jī)最后一級(jí)靜葉后緣的機(jī)匣處,其余在每個(gè)動(dòng)葉頂部機(jī)匣處安裝一個(gè);一個(gè)前置信號(hào)放大器與這些高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器輸出端連接;一個(gè)低通濾波模塊與該前置信號(hào)放大器的輸出端連接;一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器與該低通濾波模塊的輸出端連接;多個(gè)數(shù)值信號(hào)處理器DSP(Digital Signal Processor)分別以并聯(lián)的方式與該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接,數(shù)值信號(hào)處理器的數(shù)目與高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器數(shù)目相同;一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器與上述這些數(shù)值信號(hào)處理器的輸出端共同連接;一個(gè)高頻響氣力輸送控制閥,電性連接該數(shù)模轉(zhuǎn)換器,用以控制氣管中氣體的流量;一根材質(zhì)為不銹鋼管的氣管與多級(jí)、軸流壓氣機(jī)連通,安裝有該高頻響氣力輸送控制閥,氣管入口處位于多級(jí)、軸流壓氣機(jī)的最后一排靜葉的下游;一個(gè)穩(wěn)壓罐與該氣管的出口處相連,引出多個(gè)材質(zhì)為不銹鋼管的支氣管,支氣管數(shù)目與高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器數(shù)目相同;多個(gè)微噴量電磁控制閥電性連接該數(shù)模轉(zhuǎn)換器,分別安裝在這些支氣管上,每個(gè)支氣管安裝一個(gè);多個(gè)微噴嘴,分別安裝在這些支氣管的出口處,位于多級(jí)、軸流壓氣機(jī)第一級(jí)動(dòng)葉前緣處。
上述拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置,其中所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器是16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
上述拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置,其中所述的數(shù)值信號(hào)處理器DSP是FFT運(yùn)算處理芯片。
由上述的拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置可以看出,本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn)利用在多級(jí)、軸流壓氣機(jī)動(dòng)葉進(jìn)口前緣布置可控氣流噴射裝置,噴射微流量高壓氣流來(lái)拓寬系統(tǒng)穩(wěn)定性運(yùn)行區(qū)域。通過(guò)微噴量氣流的動(dòng)態(tài)效應(yīng)改變動(dòng)葉通道內(nèi)部的非定常流動(dòng)特征(動(dòng)葉頂部泄漏渦的流動(dòng)規(guī)律、動(dòng)葉吸力面邊界層的分離趨勢(shì)、動(dòng)葉頂部附近動(dòng)力載荷的分布規(guī)律),抑制系統(tǒng)和局部流動(dòng)失穩(wěn)擾動(dòng)因素的遞增趨勢(shì),拓寬系統(tǒng)穩(wěn)定區(qū)域和提高壓氣機(jī)壓比。簡(jiǎn)而言之就是在不改變系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性、壓氣機(jī)運(yùn)行效率、壓氣機(jī)主要結(jié)構(gòu)部件的基礎(chǔ)上,拓寬了多級(jí)、軸流壓氣機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。



圖1、2所示,由電動(dòng)機(jī)20提供動(dòng)力,四級(jí)軸流壓氣機(jī)5吸入氣體,流經(jīng)動(dòng)葉6和靜葉6a氣體被壓縮,經(jīng)出口調(diào)節(jié)閥7控制噴出的氣體流量和壓力。
四個(gè)高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器8、9、10、11,傳感器是美國(guó)KULITE傳感器公司生產(chǎn)的XCS-190系列的差壓式、高頻響壓力傳感器,傳感器動(dòng)態(tài)頻響為150KHz。傳感器8、9、10均安裝在各級(jí)動(dòng)葉頂部機(jī)匣處,軸向位置在動(dòng)葉的前緣處,傳感器11安裝在最后一級(jí)的靜葉后緣的機(jī)匣上。這些高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器采集壓氣機(jī)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào);這些高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器共同連接到一個(gè)前置信號(hào)放大器12,將采集到的信號(hào)輸入并模擬放大,前置信號(hào)放大器的增益選擇以壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的最高壓力值為上限,且上限值選擇在4.5伏的量級(jí)上;該前置信號(hào)放大器12的另一端連接到一個(gè)低通濾波模塊13,將高頻信號(hào)、白噪聲信號(hào)、和控制電路自激振蕩信號(hào)截?cái)嗪透綦x,獲得采集信號(hào)中低頻脈動(dòng)特征;該低通濾波模塊13的另一端連接到一個(gè)16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器14,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)值信號(hào);該16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一端有四路并聯(lián)分支,連接到四個(gè)數(shù)值信號(hào)處理器DSP15、16、17、18,該數(shù)值信號(hào)處理器選用FFT運(yùn)算處理芯片,同步分析模數(shù)轉(zhuǎn)換器14輸入的數(shù)值信號(hào),分析壓氣機(jī)運(yùn)行工況流動(dòng)失穩(wěn)先兆信號(hào)一階諧波的變化特征,并完成采集信號(hào)的功率譜搜索,如果未發(fā)現(xiàn)符合預(yù)先設(shè)定一階諧波頻率幅值的要求,則不發(fā)出控制信號(hào),繼續(xù)進(jìn)行壓氣機(jī)動(dòng)態(tài)信號(hào)的采集;如果功率譜搜索完畢后,發(fā)現(xiàn)符合預(yù)先設(shè)定一階諧波頻率幅值的要求,則根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閥值,發(fā)出控制輸出信號(hào);這些數(shù)值信號(hào)處理器的另一端共同連接到一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器19,將數(shù)值控制信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬控制輸出信號(hào);該數(shù)模轉(zhuǎn)換器19的另一端有五個(gè)并聯(lián)分支,一個(gè)分支連接到高頻響氣力輸送控制閥4,其余四個(gè)分支連接到四個(gè)微噴量電磁控制閥2(圖中用一個(gè)示意);該高頻響氣力輸送控制閥4安裝在一根氣管21上,該氣管21材質(zhì)為不銹鋼管。高頻響氣力輸送控制閥4接受信號(hào)后控制氣管21內(nèi)的氣流;氣管21與多級(jí)、軸流壓氣機(jī)連通,其入口處位于多級(jí)、軸流壓氣機(jī)的最后一排靜葉的下游,以避免過(guò)高的流體擾動(dòng);氣管21出口處連接一個(gè)穩(wěn)壓罐3,該穩(wěn)壓罐引出四個(gè)支氣管22,該四個(gè)支氣管22材質(zhì)為不銹鋼管,該穩(wěn)壓罐3根據(jù)運(yùn)行工況的要求,設(shè)定穩(wěn)定的壓力值,將高壓氣流通過(guò)支氣管輸送到微噴量電磁控制閥2,該微噴量電磁控制閥2就安裝在這些支氣管22上;支氣管出口處分別安裝四個(gè)微噴嘴1,微噴嘴1都布置在第一級(jí)動(dòng)葉前緣處,軸向位置為在動(dòng)葉前,通過(guò)控制氣流壓力和速度,使之噴射出小于壓氣機(jī)設(shè)計(jì)流量千分之一的范圍的微流量的高壓氣流,從而改變動(dòng)葉通道內(nèi)部氣體流動(dòng)的非定常特征,實(shí)現(xiàn)拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定工作區(qū)域的目的。
上述所涉及到的微噴嘴1、微噴量電磁控制閥2、穩(wěn)壓罐3以及高頻響應(yīng)氣力輸送控制閥4均是機(jī)械和控制領(lǐng)域廣泛采用的元器件,普通的工程技術(shù)人員均能理解和匹配。其中微噴量電磁控制閥2是四個(gè)電磁控制閥,其運(yùn)行原理是接受一個(gè)0-5伏的直流方波信號(hào)觸發(fā)電磁閥工作,使其按預(yù)先設(shè)定的開(kāi)度打開(kāi)微噴量電磁控制閥。高頻響應(yīng)氣力輸送控制閥4運(yùn)行原理與其相同。
當(dāng)軸流壓氣機(jī)是其他級(jí)數(shù)時(shí),相應(yīng)的增加或減少高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器的數(shù)目,每級(jí)動(dòng)葉頂部機(jī)匣處和最后一級(jí)靜葉后緣的機(jī)匣處安裝一個(gè);數(shù)值信號(hào)處理器DSP、微噴量電磁控制閥2、支氣管22、微噴嘴1以及電性連接線路也相應(yīng)的增加或減少數(shù)目。
權(quán)利要求1.一種拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置,其特征是包括多個(gè)高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器,一個(gè)位于多級(jí)、軸流壓氣機(jī)最后一級(jí)靜葉后緣的機(jī)匣處,其余在每個(gè)動(dòng)葉頂部機(jī)匣處安裝一個(gè);一個(gè)前置信號(hào)放大器與這些高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器輸出端連接;一個(gè)低通濾波模塊與該前置信號(hào)放大器的輸出端連接;一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器與該低通濾波模塊的輸出端連接;多個(gè)數(shù)值信號(hào)處理器DSP分別以并聯(lián)的方式與該模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接,數(shù)值信號(hào)處理器的數(shù)目與高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器數(shù)目相同;一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器與上述這些數(shù)值信號(hào)處理器的輸出端共同連接;一個(gè)高頻響氣力輸送控制閥,電性連接該數(shù)模轉(zhuǎn)換器;一根材質(zhì)為不銹鋼管的氣管與多級(jí)、軸流壓氣機(jī)連通,安裝有該高頻響氣力輸送控制閥,氣管入口處位于多級(jí)、軸流壓氣機(jī)的最后一排靜葉的下游;一個(gè)穩(wěn)壓罐與該氣管的出口處相連,引出多個(gè)材質(zhì)為不銹鋼管的支氣管,支氣管數(shù)目與高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器數(shù)目相同;多個(gè)微噴量電磁控制閥電性連接該數(shù)模轉(zhuǎn)換器,分別安裝在這些支氣管上,每個(gè)支氣管安裝一個(gè);多個(gè)微噴嘴,分別安裝在這些支氣管的出口處,位于多級(jí)、軸流壓氣機(jī)第一級(jí)動(dòng)葉前緣處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置,其特征在于其中所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器是16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置,其特征在于其中所述的數(shù)值信號(hào)處理器DSP是FFT運(yùn)算處理芯片。
專利摘要一種利用反饋控制原理拓寬多級(jí)、軸流壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的裝置,由多個(gè)高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器采集壓氣機(jī)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力信號(hào),串聯(lián)一個(gè)前置信號(hào)放大器、一個(gè)低通濾波模塊、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、多個(gè)并聯(lián)的數(shù)值信號(hào)處理器DSP、另一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一個(gè)高頻響氣力輸送控制閥、一個(gè)穩(wěn)壓罐、多個(gè)微噴量電磁控制閥、多個(gè)微噴嘴。通過(guò)控制微噴嘴射出微流量的高壓氣流,從而改變動(dòng)葉通道內(nèi)部氣體流動(dòng)的非定常特征,推遲旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象發(fā)生所對(duì)應(yīng)的臨界流量。其優(yōu)點(diǎn)在于在不改變系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性、壓氣機(jī)運(yùn)行效率、壓氣機(jī)主要結(jié)構(gòu)部件的基礎(chǔ)上,拓寬了多級(jí)、軸流壓氣機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域。
文檔編號(hào)F01D17/00GK2545370SQ0223870
公開(kāi)日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月13日
發(fā)明者聶超群, 徐綱, 陳靜宜, 黃偉光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
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