[發明專利]一種超高速離心式空氣壓縮機高空特性分析方法

在審

• 申請號: 201611085606.5
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106777927A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 趙冬冬;華志廣;譚博;竇滿峰;顏黎明
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種超高速離心式空氣壓縮機高空特性分析方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：查詢得到某一高度范圍內的空氣壓力和空氣密度，隨高度的變化關系數據；

以空氣壓力作為壓縮機入口空氣壓力，與高度數據進行擬合，得到空氣壓力與高度關系表達式p₀(h)＝0.9864-8×10^-5h

以空氣密度作為壓縮機入口空氣密度，與高度數據進行擬合，得到空氣密度與高度關系表達式ρ_air(h)＝1.25-0.0001h

所述高度范圍0～20000米，變化階梯為1000米；

步驟2：建立高空條件下離心式壓縮機靜態模型

p＝ψ_c(ω,m,h,T₀)·p₀(h)

其中，

${\mathrm{\ψ}}_c(\mathrm{\ω},m,h,T_0)={(1+\frac{{\mathrm{\μr}}_2^2{\mathrm{\ω}}^2-\frac{r_1^2{(\mathrm{\ω}-\mathrm{\α}m)}^2}{2}-k_f{m}^2}{c_p{T}_0})}^{K/K-1}$

$\mathrm{\μ}=\mathrm{\σ}(1-\frac{{\mathrm{cot\β}}_{2b}}{{\mathrm{\ρ}}_{air}\left(h\right)A_1{r}_1}\frac{\mathrm{\ω}}{m})$

$\mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{cot\β}}_{1b}}{{\mathrm{\ρ}}_{air}\left(h\right)A_1{r}_1}$

式中，ω為轉軸的旋轉速度，m為壓縮機輸出氣體質量流量，h為壓縮機運行高度，T₀為入口停滯溫度，r₁為平均引導半徑，r₂為葉片半徑，k_f為流體摩擦因子，c_p為恒壓下的特定溫度，c_v為恒體積下的特定溫度，比熱容比K＝c_p/c_v，β_1b為葉片入口角度，β_2b為轉子葉片角度，ρ_air(h)為入口流體密度，A₁為流通面積，σ為滑移因子；

步驟3：建立高空條件下離心式壓縮機動態模型

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{p}=\frac{a_{01}^2}{V_p}(m-m_t(p\left)\right)\\ \stackrel{\·}{m}=\frac{A_1}{L_c}\left({\mathrm{\ψ}}_c\right(\mathrm{\ω},m,h,T\left)p_0\right(h)-p)\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{1}{J}({\mathrm{\τ}}_d-{\mathrm{\τ}}_c)\end{array}\right.$

式中，p為氣體壓力，V_p為容腔的體積，m為壓縮機輸出氣體質量流量，m_t(p)為節流閥出口處的氣體質量流量，A₁為流通面積，L_c為管道長度，p₀為入口壓力，ω為轉軸的旋轉速度，J為壓縮機慣性指數，τ_d為驅動轉矩，τ_c為壓縮機負載轉矩

所述

k_t是與節流閥開度成正比的參數，查壓縮機性能表得到；

步驟4、超高速離心式空氣壓縮機高空特性分析：條件：在固定高度下，在0～28萬轉/分的轉速范圍，以階梯3萬轉/分改變壓縮機轉速；

仿真計算步驟2壓縮機靜態模型，得到表達某一高度下的離心式壓縮機靜態工作特性的系列數據，以系列數據得到離心式壓縮機工作特性曲線；

仿真計算步驟3壓縮機動態模型，得到表達某一高度下的離心式壓縮機動態工作特性的下列系列數據，以系列數據得到下列離心式壓縮機工作特性曲線：

壓縮機輸出壓力動態特性以及曲線；

壓縮機轉速變化以及曲線；

壓縮機輸出流量動態特性以及曲線。