[发明专利]用于轴流压缩系统叶顶喷气稳定性控制的控制器

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，是一种用于轴流压缩系统叶顶喷气稳定性控制的控制器。

背景技术

由早期Day首次利用喷气尝试对压缩系统流场进行干扰开始，喷气技术已经被各个研究机构所重视，国内外对主动喷气和被动喷气的喷嘴结构，喷气角度，喷气量的大小对流动失稳裕度提高的影响进行了大量的研究，对整个压气机系统而言，叶顶喷气可看作外部激励源，在该激励的作用下，压缩系统本身的一些物理现象可能被放大亦可能被抑制，从喷气能扩稳的结果看，很可能是抑制了某些诱发流动失稳的扰动，进而延缓失稳的发生。因此，在进行叶顶喷气扩稳的同时，需要对诱发流动失稳的扰动进行合理的检测，以便能更及时的抑制扰动的发展。

目前，国际上对失速先兆信号的检测，主要还是依赖两类失速先兆(突尖型和模态波)的捕捉与分析来进行叶顶喷气调控。然而，这两类失速先兆具有时间短，随机性和突发性的特点，实际应用时，控制系统很难实现，这促使人们对失速先兆开始重新认识。后来，一些学者发现在两类失速先兆产生之前，壁面压力信号的周期性就已经开始出现破坏了，这就是所谓的前失速先兆。因此，人们开始更加关注前失速先兆的检测，对于其检测方法，国内外的学者进行了广泛的研究，也实施了相应的控制策略，取得了不错的扩稳效果。

2001年Tahara等人的研究结果颇具代表性，他们发现在接近失速时，相邻叶片通道中壁面压力的锯齿波会有所不同，即出现锯齿波周期性的破坏。因此，他们认为可以通过监测壁面压力锯齿波周期性的破坏程度来分析是否出现先兆现象。为此，他们采用自相关分析法计算壁面压力锯齿波每隔一转的自相关系数，自相关系数的下降对应着壁面压力锯齿波周期性破坏的增强。以此为基础，他们采用现代DSP技术结合自相关分析构建了一套新型的失稳主动控制技术。其控制机构比较简单，只在轮毂上布置6个蝶阀，通过判断自相关系数的阀值来控制蝶阀的开关，当自相关系数降低到某一个阀值时即打开蝶阀。该技术在一台多级轴流压气机中取得8％的扩稳效果。该研究成果的论文曾获得当年AIAA最佳会议论文，引起其他学者的关注。

2006年，Dhingra等同样基于监测壁面压力锯齿波周期性的破坏程度，建立了在线自相关分析的随机模型。考虑到自相关系数的变化具有随机性，为了增强控制机构的鲁棒性，他们增加了对自相关系数的概率统计分析。2006年，Christensen等采用类似方法发展了压气机喘振在线控制技术。

2006年中国科学院工程热物理研究所首次采用光电传感器进行单通道锁相的测量手段，并采用自相关方法分析了叶顶壁面动态静压信号，发现自相关系数在接近失速点时会相应降低。以此研究结果为基础，构建一套以自相关分析、概率统计分析以及现代DSP技术相结合的闭环微喷气在线控制系统，在单级低速轴流压气机试验台上进行实验并获得成功。

从目前的研究进展看，叶顶喷气调控技术在信号检测上由最初的对失速先兆的检测发展为对前失速先兆的检测。在信号分析手段上，由最初基本的对失速信号频率和幅值的检测上发展为对前失速先兆信号的自相关分析，及其与概率统计和锁相技术的结合方法。在调控手动上，一直是采用阀值设定，阀门开关控制。

根据对称布置在机匣壁面的动态数据传感器采集的数据得到的压力谱和小波分析结果可以看出，失速团的传播是先从某一个通道开始产生，采用自相关分析是分析某一个传感器在同一位置测得信号之间的相关性，这样失速团已经开始传播了或者壁面压力波动已经开始产生破坏了。如果能采用多个传感器，测得它们的相关性，即采用互相关分析方法，这样在理论上能够更早检测到壁面压力出现破坏。

发明内容

本发明的目的是公开一种用于轴流压缩系统叶顶喷气稳定性控制的控制器，实现控制喷嘴喷气流量，有效改变喷气的动量，实现在节能的前提下最大限度拓宽流量和压比工作范围。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种用于轴流压缩系统叶顶喷气稳定性控制的控制器，其包括处理器(CPU)、八路高速模拟信号采集模块，六路模拟信号采集模块，频率信号采集模块，通讯模块，脉冲输出模块，八路高频响比例电磁阀驱动模块、电源模块；

处理器(CPU)包括片内A/D转换模块、控制算法软件模块；