[发明专利]用于叶栅内流的等离子体激励控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体输送技术领域，是一种叶片式流体机械节能、扩稳的新方法和装置，主要在航空航天、燃气轮机发电、及其他工业增压装置中有应用前景。

背景技术

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、失速裕度和整机效率。尤其是在发动机变工况运行状态和抵御进口畸变方面，更加需要采用新的技术和方法来拓宽发动机运行的稳定边界。随着压气机级增压比的提高，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，并且由于这一分离现象将直接与发动机的失速裕度有关

在目前地面燃气轮机发电中，由于必须在以煤为主的能源结构和政策的指导下，解决中/低热值燃烧系统改造后带来的压气机运行靠近喘振边界的问题，也就是必须采用新技术解决压气机—燃烧室—透平的通流匹配问题，及机组随功率要求、燃料气变化、及运行气候条件变化过程中出现的稳定性欠缺的问题。

在其他工业增压装置中运行过程中，由于用气量的变换与产品的市场需求有密切关系，叶轮机械经常处在变工况条件下运行。目前采用的是变频技术来实现节能增效的目的，但这一技术在现有大型工业叶片式流体压缩机械的改造面临的一个主要瓶颈是：大的交流电动机的功率要求与变频技术的配套无论在技术上还是在经济上都是一个棘手的问题，急需发明新的技术来解决目前面临的问题。

目前在工业界运行的叶片式通用流体压缩机械的运行方式面临如下几个方面的问题：

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于叶栅内流的等离子体激励控制系统。

本发明的又一目的在于提供一种利用等离子体激励控制系统进行控制的方法。

为实现上述目的，本发明提供的等离子体激励控制系统，其包括：

多个等离子体激励器，每一个等离子体激励器均是在一绝缘材料的两侧面非对称地各设置一金属电极；其中一金属电极嵌在绝缘材料中，另一金属电极裸露在空气中；

各等离子体激励器分散地设置在叶栅的吸力面上，且各等离子体激励器嵌在绝缘材料中的金属电极一面朝向叶栅的吸力面；各等离子体激励器的两个电极分别连接一高压高频电源；在该高压高频电源的作用下，各等离子体激励器嵌在绝缘材料中的金属电极上方生成等离子体，并通过等离子体与中性气体分子的碰撞向叶栅边界层输送能量，使叶栅周围空气形成静流量为零的水平方向射流，加速叶栅附面层内的气流流动；

叶栅支撑固定在叶栅端壁内，该叶栅端壁将压缩气体封闭在通道内；

叶栅的吸力面上安置有壁面静压测量装置，以测量叶栅不同位置处的吸力面表面静压，进而判断是否发生流动分离；

叶栅的吸力面上设置有壁面测温装置，以测量壁面温度；

高压高频电源、壁面静压测量装置以及壁面测温装置均由一中央处理器控制。

所述的等离子体激励控制系统，其中，所述绝缘材料为聚四氟乙烯或石英玻璃。

所述的等离子体激励控制系统，其中，所述金属电极为铜电极。

所述的等离子体激励控制系统，其中，所述金属电极形状为长方形。

本发明提供的利用上述等离子体激励控制系统进行控制的方法，包括下述步骤：

1)通过叶栅叶片吸力面上设置的壁面静压测量装置获取叶栅叶片内的流动状态，判断叶栅吸力面是否发生流动分离；

2)若未发生吸力面流动分离，则不施加等离子体激励；

3)若已发生吸力面流动分离，则施加等离子体激励，施加等离子体激励的强度由弱至强，直至抑制吸力面流动分离，并保持叶栅的吸力面温度低于嵌有电极的绝缘材料的击穿温度。

采用本发明系统可减小叶栅的流动损失，提高流体压缩机械效率，增强压缩机械的运行稳定性。

本发明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。而本发明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；

4)不使用时不会带来负面的影响。

附图说明