扩稳增效的等离子体流动控制方法技术

一种扩稳增效的等离子体流动控制方法，整个系统的运行是在计算机 控制下进行的，通过在压气机机匣固定位置施加适当强度的等离子体激 励，一方面可以起到拓宽压气机的稳定运行区域的作用，另一方面可以改 善叶尖区域的流动状态，起到减小流动损失的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流体输送
，是一种叶片式流体机械节能增效的新方法，用于航空、化工、发电、冶金、电力、交通、纺织等行业。
技术介绍
众所周知，在我国基础性工业领域(化工、发电、冶金、电力、交通、纺织等)运行着大量以叶片形式(轴流、离心，及两者混合)为气动结构基元的流体输送机械，主要包括气体压缩机、通风机、鼓风机和压气机。这类气体输送装置的功率、压比、流量覆盖范围基本上囊括了整个工业应用领域，从计算机芯片风扇到大型炼钢企业的多级压气机群就是一个有力的佐证，而且大部分是直接依靠电力拖动的。因此在完成流体输送的同时，消耗了巨额的电力，据统计表明消耗着全国工业用电量的30-40%的比例。另一方面，从能源高效利用的角度出发，我国目前在工业界广泛运行叶片式流体压缩机械和现有的结构设计体系还存在很大的空间可以挖掘。此外在航空领域，风扇、压气机是航空涡扇发动机的核心部件之一，提高航空涡扇发动机的推重比和稳定性必须提高风扇、压气机的级增压比、气动稳定裕度和效率。比如提高级增压比，就可以减少风扇、压气机的级数，从而增加发动机的推重比，但是随着压气机增压比的升高，压气机出口面积急剧减小，叶尖间隙与叶片高度之比相对增加，边界层影响、级间干扰和气流泄漏相对增强，使得压气机流动损失大大增加，严重地降低效率，并难以保证压气机的正常稳定工作，带来稳定性降低的问题。因此，提高发动机的推重比和使用稳定性，迫切需要采用新型的流动控制手段，来扩大风扇/压气机的稳定性，并提高其效率。目前在工业界运行的叶片式通用流体压缩机械在实际运行中，依据流体输送系统的实际要求，压缩机机械经常在非设计状况下工作，在这种运行情况下，在满足压比不变的情况下，运行效率和运行稳定性均会大幅度的降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种，在压縮机械流动控制方面提供了一种有效的方法，采用本专利技术的方法一方面可以起到拓宽压气机的稳定运行区域的作用，另一方面可以改善叶尖区域的流动状态，起到减小流动损失的作用。为实现上述目的，本专利技术提供的，用于叶片式通用流体压縮机械系统，该系统包括压气机机匣，为压气机导叶和静叶提供支撑，并将压缩气体封闭在通道内；压气机动叶，起到压缩空气的作用；等离子体激励器，接通高压电后产生等离子体，加速附近空气；高压交流电源，为等离子体激励器提供电源；壁面测温装置，测量壁面温度，保证不超温，防止激励器被击穿；进口流量测量装置，与压气机运行数据采集和控制系统(8)中的数据采集系统联结在一起，对压气机的流量进行在线动态采集，并与压气机的转速信号连锁在一起，为系统整体控制提供非设计状态的准确输入信号。压气机出口压力测量装置，与压气机运行数据采集和控制系统中的数据采集系统联结在一起，对压气机运行的出口压力进行动态监测，并与等离子体激励数据采集和控制系统中失速先兆分析模块联系起来， 一旦在动态压力信号中出现失速先兆信号，则发出控制输出信号，开启等离子体激励器；等离子体激励数据采集和控制系统集成，是整个系统的信号分析、控制指令发出、数据采集的中央处理器；该方法包括下述步骤1) 依据入口流量测量装置和压气机出口压力测量装置采集得到的流量和压力信号，经过压气机运行数据采集和控制系统的数据在线处理，获取压气机目前运行状况；-2) 依靠压气机数据采集和控制系统中计算机设定的控制规律，判断压气机是否发生失速并执行在线调节步骤。所述的方法，其中步骤B中，若在线采集的数据分析表明未发生失速，则不施加等离子体激励。所述的方法，其中步骤B中，若在线采集的数据分析表明己发生失速，则施加等离子体激励，施加等离子体激励的步骤为A、 施加等离子体激励时，监测激励器附近的温度，保证温度低于绝缘材料击穿温度，确保激励器不会被击穿；B、 如果激励器附近温度过高，则降低激励电压，继续监测激励器附近的温度，保证温度低于绝缘材料击穿温度，确保激励器不会被击穿；C、 如果激励器附近温度正常，则增大激励电压，继续监测激励器附近的温度，保证温度低于绝缘材料击穿温度，确保激励器不会被击穿。本专利技术在提高流体压缩机械效率和拓宽稳定性方面与现在运行的技术有很大的区别等离子体流动控制是一种基于等离子体气动激励的新概念流动控制技术，等离子体激励以等离子体为载体，对流场施加一种可控的扰动。而本专利技术的几个创新点体现在1) 等离子体激励是电激励，没有运动部件；2) 结构简单、功耗低、激励参数容易调节；3) 激励作用频带宽和、响应迅速。 -附图说明图1是公知的流压气机特性曲线；图2是公知的变转速，恒定压比系统进入喘振的示意图；图3是公知的压气机单排叶片速度三角形变化趋势示意图；图4是本专利技术采用等离子体激励减小进气功角示意图；图5是本专利技术的在机匣上布置等离子体激励器的单转子轴流压气机示意图6是本专利技术施加等离子体机理前后的实验结果；图7是本专利技术采用的等离子体激励器的结构示意图。具体实施例方式本专利技术从流体机械气动热力学、等离子体物理学和控制理论学科交叉 的角度出发，采用适用于压气机叶尖泄露流控制的等离子体激励及控制系 统，使叶尖泄露流损失和掺混损失一直处在较低水平。本专利技术的，是用于叶片式通用流体 压缩机械系统，其整个系统的运行是在计算机控制下进行的，通过在压气 机机匣固定位置施加适当强度的等离子体激励， 一方面可以起到拓宽压气 机的稳定运行区域的作用，另一方面可以改善叶尖区域的流动状态，起到 减小流动损失的作用。本专利技术的整个过程是在自适应和反馈模式的框架下执行的；A、 依据入口流量测量装置和压气机出口压力测量装置采集得到的流量和压力信号，经过压气机运行数据采集和控制系统的数据在线处理，获取压气机目前运行状况；B、 依靠压气机数据采集和控制系统中计算机设定的控制规律，判断 压气机是否发生失速并执行在线调节步骤。步骤B中，若对在线采集的数据分析表明未发生失速，则不施加等离 子体激励。步骤B中，若对在线采集的数据分析表明已发生失速，则施加等离子 体激励1) 施加适当强度(激励电压-10kV)的等离子体激励；2) 监测激励器附近的温度，保证温度低于绝缘材料击穿温度，确保 激励器不会被击穿。3) 如果激励器附近温度过高(超过200°C)，则降低激励电压(降低 lkV)，继续监测激励器附近的温度，保证温度低于绝缘材料击穿温度，确保激励器不会被击穿。4) 如果激励器附近温度未超过200。C，则增大激励电压(增大lkV)，继续监测激励器附近的温度，保证温度低于绝缘材料击穿温度，确保激励器不会被击穿。现以某轴流压气机的特性曲线(见图1)进行说明。 喘振线左端为原机组不能工作的区域，系统一旦进入这一区域会发生7强烈的流体振荡，严重时会发生机毁人亡的灾难性事故，实际运行时均匹 配喘振预报和防喘振措施。点划线为效率相等的工作点，而且随着椭圆封闭区域的减少，效率会增加。图1中的nl、 n2、 n3、 n4、 n5、 n6曲线，为压气机在不同等转速下运行的特性线，以n5为设计转速，特性线表示 了机组压比与流量的对应关系。在导叶和静叶固定安装角不变的情况下， 在等转速线的条件下，压比随流量的降低而增加，实际运行时为了避免喘 振，都留有一定的喘振裕度， 一般为10 — 15%的范围，也就是运行工作点 远离喘振边界线。这就是目前工业界实际运行流体压縮机普遍遵循的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩稳增效的等离子体流动控制方法，用于叶片式通用流体压缩机械系统，该系统包括：　　　　压气机机匣，为压气机导叶和静叶提供支撑，并将压缩气体封闭在通道内；　　　　压气机动叶，起到压缩空气的作用；　　　　等离子体激励器，接通高压电后产生等离子体，加速附近空气；　　　　高压交流电源，为等离子体激励器提供电源；　　　　壁面测温装置，测量壁面温度，保证不超温，防止激励器被击穿；　　　　进口流量测量装置，与压气机运行数据采集和控制系统（８）中的数据采集系统联结在一起，对压气机的流量进行在线动态采集，并与压气机的转速信号连锁在一起，为系统整体控制提供非设计状态的准确输入信号。　　　　压气机出口压力测量装置，与压气机运行数据采集和控制系统中的数据采集系统联结在一起，对压气机运行的出口压力进行动态监测，并与等离子体激励数据采集和控制系统中失速先兆分析模块联系起来，一旦在动态压力信号中出现失速先兆信号，则发出控制输出信号，开启等离子体激励器；　　　　等离子体激励数据采集和控制系统集成，是整个系统的信号分析、控制指令发出、数据采集的中央处理器；　　　　该方法包括下述步骤：　　　　１）依据入口流量测量装置和压气机出口压力测量装置采集得到的流量和压力信号，经过压气机运行数据采集和控制系统的数据在线处理，获取压气机目前运行状况；　　　　２）依靠压气机数据采集和控制系统中计算机设定的控制规律，判断压气机是否发生失速并执行在线调节步骤。...

【技术特征摘要】
1、一种扩稳增效的等离子体流动控制方法，用于叶片式通用流体压缩机械系统，该系统包括压气机机匣，为压气机导叶和静叶提供支撑，并将压缩气体封闭在通道内；压气机动叶，起到压缩空气的作用；等离子体激励器，接通高压电后产生等离子体，加速附近空气；高压交流电源，为等离子体激励器提供电源；壁面测温装置，测量壁面温度，保证不超温，防止激励器被击穿；进口流量测量装置，与压气机运行数据采集和控制系统(8)中的数据采集系统联结在一起，对压气机的流量进行在线动态采集，并与压气机的转速信号连锁在一起，为系统整体控制提供非设计状态的准确输入信号。压气机出口压力测量装置，与压气机运行数据采集和控制系统中的数据采集系统联结在一起，对压气机运行的出口压力进行动态监测，并与等离子体激励数据采集和控制系统中失速先兆分析模块联系起来，一旦在动态压力信号中出现失速先兆信号，则发出控制输出信号，开启等离子体激励器；等离子体激励数据采集和控制系统集成，是整个系统的信号分析、控制指令发出、数据采集的中央...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，朱俊强，聂超群，徐燕骥，
申请(专利权)人：李钢，朱俊强，聂超群，徐燕骥，
类型：发明
国别省市：11