一种实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法技术

本发明专利技术公开了一种实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法，该方法是对布置在压气机机匣上的等离子体激励器施加非定常激励，达到使压气机扩稳增效的效果。利用本发明专利技术，通过在压气机机匣固定位置以施加非定常的等离子体激励，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
，尤其涉及，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，如化工、发电、冶金、电力、交通、纺织等，运行着大量以轴流、离心，及两者混合等叶片形式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、压气机是航空润扇发动机的核心部件之一，提闻航空润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
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供，以拓宽压气机的稳定运行区域，并改善叶尖区域的流动状态，减小流动损失。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了，该方法是对布置在压气机机匣上的等离子体激励器施加非定常激励，达到使压气机扩稳增效的效果。上述方案中，所述的非定常等离子体激励的频率为IHz至10000Hz。上述方案中，所述的非定常等离子体激励的占空比为1%至99%。上述方案中，所述的非定常等离子体激励的调制频率为IHz至10000Hz。(三)有益效果本专利技术提供的实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法，通过对布置在压气机机匣上的等离子体激励器施加非定常激励，达到使压气机扩稳增效的效果，进而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。具体包括以下优点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；4、非定常等离子体激励方法与定常等离子体激励方法相比，可以在消耗较少电量的情况下，取得更好的压气机扩稳增效的效果。附图说明图1是公知的轴流压气机特性曲线；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二维示意图；图6是本专利技术的非定常等离子体激励波形；图7是本专利技术施加等离子体激励前后的实验结果。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。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。本专利技术提供的实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法，是采用等离子体机匣处理方法，用于叶片式通用流体压缩机械系统，通过对布置在压气机机匣上的等离子体激励器施加非定常激励，达到使压气机扩稳增效的效果，进而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。其中，所述叶片式通用流体压缩机械系统，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。其中，所述的非定常等离子体激励的频率为IHz至10000H，所述的非定常等离子体激励的占空比为1%至99%，所述的非定常等离子体激励的调制频率为IHz至10000H。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η5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缩机普遍遵循的设计准则。当转速降低，也就是运行工况离开设计转速η5时，要保证相同的压比，就会出现图2的现象。例如当转速在η4时，要保证与η5运行的相同压比，则机组必定要进入不可运行的区域，这就是工作点必须出现在喘振边界线的左端。以轴流压气机单排动叶的速度三角形(图3)变化为切入点，可以在机理上解释这一流动失稳现象。图3中的Va是进气的轴向速度，Vl是进气的相对速度，U是叶片旋转在R半径处的切向速度，α I是进气角，β I是叶片的安装角，一般情况下气体的入口攻角δ =α1-β1 = 2° -5°时，叶片通道内部的流动损失为最小。因此，在设计状态下，攻角都设置在2° -5°。依据吴仲华转焓恒定的原理，假使马赫数小于O. 28，近似认为是不可压缩流动，则压比与相对转速的关系为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法，其特征在于，该方法是对布置在压气机机匣上的等离子体激励器施加非定常激励，达到使压气机扩稳增效的效果。

【技术特征摘要】
1.一种实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法，其特征在于，该方法是对布置在压气机机匣上的等离子体激励器施加非定常激励，达到使压气机扩稳增效的效果。2.如权利要求1所述的实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法，其特征在于，所述的非定常等离子体激励的频率为IHz至10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，杨凌元，徐燕骥，聂超群，朱俊强，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：