[發明專利]機匣處理系統

無效

• 申請號: 201110393788.3
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN103133391A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 李鋼;楊凌元;聶超群;朱俊強;徐燕驥
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F04D29/00
• 分類號: F04D29/00;F15D1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及流體動力學中流體輸送技術領域，尤其涉及一種機匣處理系統，可用于航空、化工、發電、冶金、電力、交通、紡織等行業。

背景技術

眾所周知，在我國基礎性工業領域(化工、發電、冶金、電力、交通、紡織等)運行著大量以葉片形式(軸流、離心，及兩者混合)為氣動結構基元的流體輸送機械，主要包括氣體壓縮機、通風機、鼓風機和壓氣機。此外在航空領域，風扇、壓氣機是航空渦扇發動機的核心部件之一，提高航空渦扇發動機的推重比和穩定性必須提高風扇、壓氣機的級增壓比、氣動穩定裕度和效率。比如提高級增壓比，就可以減少風扇、壓氣機的級數，從而增加發動機的推重比，但是隨著壓氣機增壓比的升高，壓氣機出口面積急劇減小，葉尖間隙與葉片高度之比相對增加，邊界層影響、級間干擾和氣流泄漏相對增強，使得壓氣機流動損失大大增加，嚴重地降低效率，并難以保證壓氣機的正常穩定工作，帶來穩定性降低的問題。因此，提高發動機的推重比和使用穩定性，迫切需要采用新型的流動控制手段，來擴大風扇/壓氣機的穩定性，并提高其效率。

目前在葉片式通用流體壓縮機械在實際運行中，依據流體輸送系統的實際要求，壓縮機機械經常在非設計狀況下工作，在這種運行情況下，在滿足壓比不變的情況下，運行效率和運行穩定性均會大幅度的降低。

現以某軸流壓氣機的特性曲線(見圖1)進行說明。喘振線左端為原機組不能工作的區域，系統一旦進入這一區域會發生強烈的流體振蕩，嚴重時會發生機毀人亡的災難性事故，實際運行時均匹配喘振預報和防喘振措施。點劃線為效率相等的工作點，而且隨著橢圓封閉區域的減少，效率會增加。圖1中的n1、n2、n3、n4、n5、n6曲線，為壓氣機在不同等轉速下運行的特性線，以n5為設計轉速，特性線表示了機組壓比與流量的對應關系。在導葉和靜葉固定安裝角不變的情況下，在等轉速線的條件下，壓比隨流量的降低而增加，實際運行時為了避免喘振，都留有一定的喘振裕度，一般為10-15％的范圍，也就是運行工作點遠離喘振邊界線。這就是目前工業界實際運行流體壓縮機普遍遵循的設計準則。

當轉速降低，也就是運行工況離開設計轉速n5時，要保證相同的壓比，就會出現圖2的現象。例如當轉速在n4時，要保證與n5運行的相同壓比，則機組必定要進入不可運行的區域，這就是工作點必須出現在喘振邊界線的左端。以軸流壓氣機單排動葉的速度三角形(圖3)變化為切入點，可以在機理上解釋這一流動失穩現象。

圖3中的V_a是進氣的軸向速度，V₁是進氣的相對速度，U是葉片旋轉在R半徑處的切向速度，α₁是進氣角，β₁是葉片的安裝角，一般情況下氣體的入口攻角δ＝α₁-β₁＝2°-5°時，葉片通道內部的流動損失為最小。因此，在設計狀態下，攻角都設置在2°-5°。依據吳仲華轉焓恒定的原理，假使馬赫數小于0.28，近似認為是不可壓縮流動，則壓比與相對轉速的關系為：

Δp=p2-p1=1/2ρ(V12-V22)-Δplosss]]>

可見，壓比、流量和葉片通道流動損失是有嚴格的關系的。如果在恒定轉速的條件下，要提高壓比，流量必須降低，則V_a與V₁的夾角α₁必須加大，則δ＝α₁-β₁＞5°，葉片吸力面的分離必定加大，通道內部的流動分離就會加大，流動損失就會加大，另一方面，通道內部的分離團就會形成不穩定分離團，相對于葉片旋轉的方向反向旋轉，壓氣機進入喘振和旋轉失速。這是在轉速不變的情況下，壓氣機進入喘振左端區域的物理解釋。