[發(fā)明專利]用于探測離心壓縮機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710102830.5
• 申請日: 2003-08-14
• 公開（公告）號: CN101082344A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅伯特·斯特布利;格雷戈里·比弗森;詹姆斯·本德
• 申請（專利權(quán)）人: 約克國際公司
• 主分類號: F04D27/02
• 分類號: F04D27/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 王景剛;王冉

本申請是一項分案申請，相應(yīng)母案的申請日為2003年8月14日，申請?zhí)枮?3819607.7，發(fā)明名稱為用于探測離心壓縮機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速的系統(tǒng)和方法，申請人為約克國際公司。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及離心壓縮機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速的探測。更具體地說，本發(fā)明涉及通過檢測從壓縮機(jī)輸出的聲能變化來探測離心壓縮機(jī)的擴(kuò)散器部分內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

離心壓縮機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速可發(fā)生在壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉輪或轉(zhuǎn)子內(nèi)或者發(fā)生在葉輪下游的壓縮機(jī)的靜止擴(kuò)散器內(nèi)。無論旋轉(zhuǎn)失速是否發(fā)生在葉輪區(qū)域(葉輪旋轉(zhuǎn)失速)或者發(fā)生在擴(kuò)散器區(qū)域(擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)失速)中，與旋轉(zhuǎn)失速相關(guān)的能量頻率通常在一般范圍數(shù)值內(nèi)。在這兩種情況下，旋轉(zhuǎn)失速的出現(xiàn)都可不利地影響壓縮機(jī)和/或系統(tǒng)的性能。但是，葉輪旋轉(zhuǎn)失速通常具有更大的影響，這是因?yàn)槠淠軌蛴绊懙饺~輪的可靠性，特別是在諸如航空發(fā)動機(jī)的軸流式壓縮機(jī)中，而擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)失速通常影響到系統(tǒng)總體的聲音和振動水平。

用于探測和修正葉輪旋轉(zhuǎn)失速的一些技術(shù)使用多個傳感器，所述多個傳感器靠近旋轉(zhuǎn)葉輪周向設(shè)置。傳感器被用于探測個別位置處的擾動。所述擾動然后與在其它位置處的數(shù)值比較或者與對應(yīng)于最佳操作條件的數(shù)值相比較。經(jīng)常，需進(jìn)行非常復(fù)雜的計算來確定葉輪旋轉(zhuǎn)失速開始的前兆。一旦探測到葉輪旋轉(zhuǎn)失速，就采取一些修正措施，這些修正措施包括將廢氣排放到壓縮機(jī)的吸入口或者利用擋板來修正吸入口流動角度或者改變?nèi)~片的位置。

在美國專利US6,010,303(“303”專利)中公開了用于探測軸流式壓縮機(jī)內(nèi)的葉輪旋轉(zhuǎn)失速的技術(shù)的一個示例。所述“303”專利涉及在渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)中空氣動力學(xué)和航空力學(xué)的不穩(wěn)定性的預(yù)測。不穩(wěn)定性的前兆信號實(shí)時產(chǎn)生，從而預(yù)測在渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的脈動式壓縮系統(tǒng)中的發(fā)動機(jī)喘振、失速或者葉片顫震，其中所述渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)使用多級軸流式壓縮機(jī)。探測與用于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的壓縮系統(tǒng)的空氣動力學(xué)和航空力學(xué)共振相關(guān)的能量波，并產(chǎn)生了表示共振頻率的信號。靜壓傳感器或者應(yīng)變儀被安裝在風(fēng)扇葉片附近或者安裝在該風(fēng)扇葉片上，從而探測系統(tǒng)的能量。實(shí)時信號在與所感興趣的不穩(wěn)定性相關(guān)的頻率的預(yù)定范圍內(nèi)被帶通濾波，如250-310Hz范圍內(nèi)。然后將帶通信號的大小乘方。乘方后的信號然后被低通濾波，從而形成能量不穩(wěn)定性前兆信號。低通濾波器提供了各個頻率的平方和的平均值。前兆信號然后被用于預(yù)測并防止在渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)內(nèi)發(fā)生的空氣動力學(xué)和航空力學(xué)的不穩(wěn)定性。這個技術(shù)的一個缺點(diǎn)是，其僅僅能夠探測軸流式壓縮機(jī)內(nèi)的葉輪旋轉(zhuǎn)失速，而沒有討論擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)失速。

帶有無葉片的徑向擴(kuò)散器的混合流式離心壓縮機(jī)可在其操作范圍內(nèi)的一部分發(fā)生擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)失速，或者在一些情況下在其所有操作范圍內(nèi)發(fā)生擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)失速。通常，發(fā)生擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)失速是因?yàn)閿U(kuò)散器的設(shè)計無法在沒有使某些流動在擴(kuò)散器通道內(nèi)分離的情況下容納所有流動。擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)失速導(dǎo)致以基本頻率在氣流通道內(nèi)產(chǎn)生低頻率聲能或脈動，所述基本頻率通常低于壓縮機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)頻率。這種低頻率聲能及其相關(guān)的諧波通過壓縮機(jī)氣體通道傳播到下游，進(jìn)入管道、熱交換器和其它容器內(nèi)。低頻率聲能或聲擾可具有很高的量級并且是不需要的，這是因?yàn)槁晹_動的出現(xiàn)可造成壓縮機(jī)、其控制或其它相關(guān)部件/系統(tǒng)的過早失效。

因此，所需要的是一種用于探測并修正離心壓縮機(jī)的擴(kuò)散器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速的系統(tǒng)和方法，該方法通過檢測擴(kuò)散器周圍的氣流的聲能變化，然后采取措施修正壓縮過程，從而避免或補(bǔ)救在擴(kuò)散器內(nèi)產(chǎn)生大量的旋轉(zhuǎn)失速噪音的那些條件。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種用于探測離心壓縮機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速的方法，該方法包括如下步驟：

測量表示與離心壓縮機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速相關(guān)的聲能的數(shù)值；

針對所述測量值進(jìn)行快速傅立葉變換，以獲得多個頻率和相應(yīng)的能量值；

從所述多個頻率和相應(yīng)的能量值中選擇與旋轉(zhuǎn)失速相關(guān)的頻率和相應(yīng)的能量值；

將與旋轉(zhuǎn)失速相關(guān)的所選擇頻率的相應(yīng)能量值求和；以及

通過比較求和的能量值與預(yù)定的臨界值來確定離心壓縮機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)失速，其中在求和的能量值大于所述預(yù)定的臨界值時，在離心壓縮機(jī)內(nèi)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速；

其中，所述選擇與旋轉(zhuǎn)失速相關(guān)的頻率和相應(yīng)的能量值的步驟包括選擇在大約10Hz到大約300Hz的頻率范圍內(nèi)的頻率和相應(yīng)的能量值的步驟。

優(yōu)選地，所述測量表示與旋轉(zhuǎn)失速相關(guān)的聲能的數(shù)值的步驟包括用壓力傳感器測量離心壓縮機(jī)的徑向擴(kuò)散器內(nèi)的聲壓的步驟。

優(yōu)選地，所述壓力傳感器被置于壓縮機(jī)排放通道內(nèi)。