[发明专利]一种实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体输送技术领域，尤其涉及一种实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法，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。

背景技术

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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现压气机扩稳的非定常等离子体激励方法，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，本发明提供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。

上述方案中，所述的非定常等离子体激励的频率为1Hz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1Hz至10000Hz。

(三)有益效果

本发明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是本发明采用等离子体激励减小进气功角示意图；

图5是本发明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是本发明的非定常等离子体激励波形；

图7是本发明施加等离子体激励前后的实验结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。

本发明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。