[发明专利]一种连续式跨声速风洞喘振边界测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涉及轴流压缩机喘振边界测定方法，尤其适用于安装在跨声速风洞回路中轴流压缩机的喘振边界测定。风洞喘振边界指的就是安装在风洞回路中的轴流压缩机的喘振边界。

背景技术

轴流压缩机发生喘振时，在压缩机的流道内将出现强烈的气流脉动，引起转子和定子动应力的增加，从而引起机组剧烈振动，压缩机无法正常工作，这种现象被称之为“喘振”。喘振现象如不及时排除，将直接导致压缩机组损坏。要避免压缩机喘振现象的发生，必须事先找出压缩机的喘振点，但目前尚无法通过计算准确地预估出来，只能在压缩机性能测试时，根据实际情况来判断其近似的喘振点。

轴流压缩机主要用于大型厂矿或隧道的通风等用途，其进气端一般接环境大气，气流经过压缩机后将直接被送进矿洞，生产厂家往往都配有模拟该工作环境的压缩机热试平台，在压缩机出厂前已完成对其喘振边界的测试，设定了对应的近喘保护边界，其结果完全用于实际使用场所。

然而，风洞回路中压缩机的工作环境是封闭式的风洞回路，压缩机压缩后的气体流经风洞回路又回到压缩机入口再次进入压缩机。传统的喘振边界测定方法并不适于这种场合，即使出厂前在热试平台上进行过喘振边界测定，但其喘振边界若直接用于实际使用场合，则会产生很大的偏差，由此可能导致对压缩机喘振判断的失误，从而造成压缩机及其下游设备损坏的严重后果。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种连续式跨声速风洞喘振边界测定方法，以达到避免连续式跨声速风洞中的轴流式压缩机发生喘振的目标。

技术方案

一种连续式跨声速风洞喘振边界测定方法，其特征在于：轴流式压缩机安装在连续式跨声速风洞中，测定步骤如下：

步骤1：持续采集压缩机来流的压力、温度，并计算出流经压缩机的体积流量Q；

步骤2：设定压缩机和风洞的初始状态，启动压缩机，按照设定的阶梯增加压缩机的转速n，使其保持在目标转速上运行；

步骤3：按照设定的阶梯关闭风洞防喘旁路上的快速阀，在此过程中，如果压缩机接近喘振时打开风洞防喘旁路上的快速阀，并记录此刻的压缩机转速n1和静叶角β1，此时流经压缩机的体积流量Q1即为压缩机在转速n1及静叶角β1时的喘振点，若直到静叶角到达目标值β1压缩机仍未发生喘振，则进入步骤4；

步骤4：按照设定的阶梯增加压缩机静叶角β，在此过程中，如果压缩机接近喘振时打开风洞防喘旁路上的快速阀，并记录此刻的压缩机转速n2和静叶角β2，此时流经压缩机的体积流量Q2即为压缩机在转速n2及静叶角β2时的喘振点，若直到静叶角到达目标值β2压缩机仍未发生喘振，压缩机正常运行进入步骤5；

步骤5：减小对流经压缩机的气体流量影响较大的运动机构的开度，按照设定的阶梯降低压缩机气体流量；在此过程中，如果压缩机接近喘振时打开风洞防喘旁路上的快速阀、将运动机构归回原位，并记录此刻的压缩机转速n3和静叶角β3，此时流经压缩机的体积流量Q3即为压缩机在转速n3及静叶角β3时的喘振点，若直到运动机构关闭至最小压缩机仍未发生喘振，则说明风洞在压缩机转速n3和静叶角β3下可任意运行；

步骤6：将步骤3、步骤4和步骤5中所得到的所有喘振点连成线，得到压缩机在目标转速n时的喘振边界。

所述压缩机的接近喘振的判断依据为：压缩机排气的压力脉动幅值大于正常值的15%，或压缩机轴振动幅值大于正常运行值的1.5倍。

有益效果

本发明提出的一种连续式跨声速风洞喘振边界测定方法，针对安装在连续式跨声速风洞中的轴流式压缩机，可以实现对连续式跨声速风洞中轴流式压缩机的喘振边界测定，并充分保证了该喘振边界适用于风洞今后的运行工况。压缩机与风洞连接后工作与压缩机单独工作时的结构共振点往往不一样，在本发明提出的方法中，由于压缩机与风洞本体已经处于连接状态，故在喘振边界测试时还能避免压缩机的共振点偏移带来的潜在危害。

附图说明

图1：压缩机喘振点测试试验流程图

图2：NF-6风洞原理图及压缩机、栅指、防喘旁路所在位置示意

图3：风洞扩散段栅指逼喘运动示意图

图4：压缩机出口压力与速度的波形图

（a）正常工况时

（b）喘振工况时

图5：压缩机轴振动曲线图

图6：压缩机转速n=1600rpm的喘振点测试数据

图7：压缩机转速n=2100rpm的喘振点测试数据

图8：压缩机喘振边界