[發明專利]一種連續式跨聲速風洞喘振邊界測定方法

無效

• 申請號: 201410083994.8
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103852234A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 張正科;高超;郗忠祥;張國彪;周廷波;郝禮書;惠增宏;李一濱;武潔
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種涉及軸流壓縮機喘振邊界測定方法，尤其適用于安裝在跨聲速風洞回路中軸流壓縮機的喘振邊界測定。風洞喘振邊界指的就是安裝在風洞回路中的軸流壓縮機的喘振邊界。

背景技術

軸流壓縮機發生喘振時，在壓縮機的流道內將出現強烈的氣流脈動，引起轉子和定子動應力的增加，從而引起機組劇烈振動，壓縮機無法正常工作，這種現象被稱之為“喘振”。喘振現象如不及時排除，將直接導致壓縮機組損壞。要避免壓縮機喘振現象的發生，必須事先找出壓縮機的喘振點，但目前尚無法通過計算準確地預估出來，只能在壓縮機性能測試時，根據實際情況來判斷其近似的喘振點。

軸流壓縮機主要用于大型廠礦或隧道的通風等用途，其進氣端一般接環境大氣，氣流經過壓縮機后將直接被送進礦洞，生產廠家往往都配有模擬該工作環境的壓縮機熱試平臺，在壓縮機出廠前已完成對其喘振邊界的測試，設定了對應的近喘保護邊界，其結果完全用于實際使用場所。

然而，風洞回路中壓縮機的工作環境是封閉式的風洞回路，壓縮機壓縮后的氣體流經風洞回路又回到壓縮機入口再次進入壓縮機。傳統的喘振邊界測定方法并不適于這種場合，即使出廠前在熱試平臺上進行過喘振邊界測定，但其喘振邊界若直接用于實際使用場合，則會產生很大的偏差，由此可能導致對壓縮機喘振判斷的失誤，從而造成壓縮機及其下游設備損壞的嚴重后果。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種連續式跨聲速風洞喘振邊界測定方法，以達到避免連續式跨聲速風洞中的軸流式壓縮機發生喘振的目標。

技術方案

一種連續式跨聲速風洞喘振邊界測定方法，其特征在于：軸流式壓縮機安裝在連續式跨聲速風洞中，測定步驟如下：

步驟1：持續采集壓縮機來流的壓力、溫度，并計算出流經壓縮機的體積流量Q；

步驟2：設定壓縮機和風洞的初始狀態，啟動壓縮機，按照設定的階梯增加壓縮機的轉速n，使其保持在目標轉速上運行；

步驟3：按照設定的階梯關閉風洞防喘旁路上的快速閥，在此過程中，如果壓縮機接近喘振時打開風洞防喘旁路上的快速閥，并記錄此刻的壓縮機轉速n1和靜葉角β1，此時流經壓縮機的體積流量Q1即為壓縮機在轉速n1及靜葉角β1時的喘振點，若直到靜葉角到達目標值β1壓縮機仍未發生喘振，則進入步驟4；

步驟4：按照設定的階梯增加壓縮機靜葉角β，在此過程中，如果壓縮機接近喘振時打開風洞防喘旁路上的快速閥，并記錄此刻的壓縮機轉速n2和靜葉角β2，此時流經壓縮機的體積流量Q2即為壓縮機在轉速n2及靜葉角β2時的喘振點，若直到靜葉角到達目標值β2壓縮機仍未發生喘振，壓縮機正常運行進入步驟5；

步驟5：減小對流經壓縮機的氣體流量影響較大的運動機構的開度，按照設定的階梯降低壓縮機氣體流量；在此過程中，如果壓縮機接近喘振時打開風洞防喘旁路上的快速閥、將運動機構歸回原位，并記錄此刻的壓縮機轉速n3和靜葉角β3，此時流經壓縮機的體積流量Q3即為壓縮機在轉速n3及靜葉角β3時的喘振點，若直到運動機構關閉至最小壓縮機仍未發生喘振，則說明風洞在壓縮機轉速n3和靜葉角β3下可任意運行；

步驟6：將步驟3、步驟4和步驟5中所得到的所有喘振點連成線，得到壓縮機在目標轉速n時的喘振邊界。

所述壓縮機的接近喘振的判斷依據為：壓縮機排氣的壓力脈動幅值大于正常值的15%，或壓縮機軸振動幅值大于正常運行值的1.5倍。

有益效果

本發明提出的一種連續式跨聲速風洞喘振邊界測定方法，針對安裝在連續式跨聲速風洞中的軸流式壓縮機，可以實現對連續式跨聲速風洞中軸流式壓縮機的喘振邊界測定，并充分保證了該喘振邊界適用于風洞今后的運行工況。壓縮機與風洞連接后工作與壓縮機單獨工作時的結構共振點往往不一樣，在本發明提出的方法中，由于壓縮機與風洞本體已經處于連接狀態，故在喘振邊界測試時還能避免壓縮機的共振點偏移帶來的潛在危害。

附圖說明

圖1：壓縮機喘振點測試試驗流程圖

圖2：NF-6風洞原理圖及壓縮機、柵指、防喘旁路所在位置示意

圖3：風洞擴散段柵指逼喘運動示意圖

圖4：壓縮機出口壓力與速度的波形圖

（a）正常工況時

（b）喘振工況時

圖5：壓縮機軸振動曲線圖

圖6：壓縮機轉速n=1600rpm的喘振點測試數據

圖7：壓縮機轉速n=2100rpm的喘振點測試數據

圖8：壓縮機喘振邊界