[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)的非定常等離子體激勵(lì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110309917.6
• 申請(qǐng)日: 2011-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN103047186A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鋼;楊凌元;徐燕驥;聶超群;朱俊強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): F04D29/54
• 分類號(hào): F04D29/54
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體輸送技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)的非定常等離子體激勵(lì)方法，是一種葉片式流體機(jī)械節(jié)能增效的新方法，用于航空、化工、發(fā)電、冶金、電力、交通、紡織等行業(yè)。

背景技術(shù)

眾所周知，在我國(guó)基礎(chǔ)性工業(yè)領(lǐng)域，如化工、發(fā)電、冶金、電力、交通、紡織等，運(yùn)行著大量以軸流、離心，及兩者混合等葉片形式為氣動(dòng)結(jié)構(gòu)基元的流體輸送機(jī)械，主要包括氣體壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓氣機(jī)。這類氣體輸送裝置的功率、壓比、流量覆蓋范圍基本上囊括了整個(gè)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，從計(jì)算機(jī)芯片風(fēng)扇到大型煉鋼企業(yè)的多級(jí)壓氣機(jī)群就是一個(gè)有力的佐證，而且大部分是直接依靠電力拖動(dòng)的。因此在完成流體輸送的同時(shí)，消耗了巨額的電力，據(jù)統(tǒng)計(jì)表明消耗著全國(guó)工業(yè)用電量的30-40％的比例。另一方面，從能源高效利用的角度出發(fā)，我國(guó)目前在工業(yè)界廣泛運(yùn)行葉片式流體壓縮機(jī)械和現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系還存在很大的空間可以挖掘。

此外在航空領(lǐng)域，風(fēng)扇、壓氣機(jī)是航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一，提高航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和穩(wěn)定性必須提高風(fēng)扇、壓氣機(jī)的級(jí)增壓比、氣動(dòng)穩(wěn)定裕度和效率。比如提高級(jí)增壓比，就可以減少風(fēng)扇、壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，但是隨著壓氣機(jī)增壓比的升高，壓氣機(jī)出口面積急劇減小，葉尖間隙與葉片高度之比相對(duì)增加，邊界層影響、級(jí)間干擾和氣流泄漏相對(duì)增強(qiáng)，使得壓氣機(jī)流動(dòng)損失大大增加，嚴(yán)重地降低效率，并難以保證壓氣機(jī)的正常穩(wěn)定工作，帶來(lái)穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。因此，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比和使用穩(wěn)定性，迫切需要采用新型的流動(dòng)控制手段，來(lái)擴(kuò)大風(fēng)扇/壓氣機(jī)的穩(wěn)定性，并提高其效率。

目前在工業(yè)界運(yùn)行的葉片式通用流體壓縮機(jī)械在實(shí)際運(yùn)行中，依據(jù)流體輸送系統(tǒng)的實(shí)際要求，壓縮機(jī)機(jī)械經(jīng)常在非設(shè)計(jì)狀況下工作，在這種運(yùn)行情況下，在滿足壓比不變的情況下，運(yùn)行效率和運(yùn)行穩(wěn)定性均會(huì)大幅度的降低。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)的非定常等離子體激勵(lì)方法，以拓寬壓氣機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，并改善葉尖區(qū)域的流動(dòng)狀態(tài)，減小流動(dòng)損失。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)的非定常等離子體激勵(lì)方法，該方法是對(duì)布置在壓氣機(jī)機(jī)匣上的等離子體激勵(lì)器施加非定常激勵(lì)，達(dá)到使壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)增效的效果。

上述方案中，所述的非定常等離子體激勵(lì)的頻率為1Hz至10000Hz。

上述方案中，所述的非定常等離子體激勵(lì)的占空比為1％至99％。

上述方案中，所述的非定常等離子體激勵(lì)的調(diào)制頻率為1Hz至10000Hz。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)的非定常等離子體激勵(lì)方法，通過(guò)對(duì)布置在壓氣機(jī)機(jī)匣上的等離子體激勵(lì)器施加非定常激勵(lì)，達(dá)到使壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)增效的效果，進(jìn)而一方面可以起到拓寬壓氣機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域的作用，另一方面可以改善葉尖區(qū)域的流動(dòng)狀態(tài)，起到減小流動(dòng)損失的作用。具體包括以下優(yōu)點(diǎn)：

1、等離子體激勵(lì)是電激勵(lì)，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件；

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、激勵(lì)參數(shù)容易調(diào)節(jié)；

3、激勵(lì)作用頻帶寬和、響應(yīng)迅速；

4、非定常等離子體激勵(lì)方法與定常等離子體激勵(lì)方法相比，可以在消耗較少電量的情況下，取得更好的壓氣機(jī)擴(kuò)穩(wěn)增效的效果。

附圖說(shuō)明

圖1是公知的軸流壓氣機(jī)特性曲線；

圖2是公知的變轉(zhuǎn)速，恒定壓比系統(tǒng)進(jìn)入喘振的示意圖；

圖3是公知的壓氣機(jī)單排葉片速度三角形變化趨勢(shì)示意圖；

圖4是本發(fā)明采用等離子體激勵(lì)減小進(jìn)氣功角示意圖；

圖5是本發(fā)明的在機(jī)匣上布置等離子體激勵(lì)器的單轉(zhuǎn)子軸流壓氣機(jī)二維示意圖；

圖6是本發(fā)明的非定常等離子體激勵(lì)波形；

圖7是本發(fā)明施加等離子體激勵(lì)前后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明從流體機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)、等離子體物理學(xué)和控制理論學(xué)科交叉的角度出發(fā)，采用適用于壓氣機(jī)葉尖泄露流控制的等離子體激勵(lì)及控制系統(tǒng)，使葉尖泄露流損失和摻混損失一直處在較低水平。