[发明专利]一种基于频域驼峰识别的轴流压气机旋转失速预警方法

说明书

本发明公开了一种基于频域驼峰识别的轴流压气机旋转失速预警方法，该方法通过持续动态压力信号采集，利用快速傅里叶变换持续计算一个压气机旋转周期内的压力信号的频谱，计算频谱对应的特征驼峰判别因子C_h，通过将特征驼峰判别因子C_h与检测阈值C_hstall进行比较，判断压气机是否靠近旋转失速边界。轴流压气机旋转失速预警方法所定义的特征驼峰判别因子C_h具有明确的物理意义，用于实时在线检测先于旋转失速出现的频域驼峰，从而在压气机工作状况接近旋转失速边界时就发出预警，预警方法可靠。轴流压气机旋转失速预警方法只需要单一的信号传感器，采用快速傅里叶变换，中间过程少且计算速度快，并为主动控制提供充足的响应时间。

技术领域

本发明涉及叶轮机械扩稳技术领域，具体地说，涉及一种基于频域驼峰识别的轴流压气机旋转失速预警方法。

背景技术

旋转失速是压气机中常见的气动失稳现象，轻则造成压气机性能急剧恶化，重则导致叶片断裂而造成整台压气机毁坏。传统的失速控制方法属于被动控制技术，其核心是确保压气机的工作点与失速边界之间有足够的裕度，使压气机在远离失速边界点的地方工作。然而，失速边界常常受到工作状态、以及进口流场畸变等因素的影响而难以准确给定，失速点又往往出现在压气机特性线的最高压比和效率点附近，失速裕度的给出严重制约了压气机性能。为了拓宽压气机的稳定工作范围、充分发挥压气机的压比和效率潜力，失速主动控制技术应运而生。“主动控制”是通过及时对失速先兆做出预警，以便提早采取措施来抑制失速现象的形成和发展。

在主动控制思想的影响下，研究人员对压气机的失速起始过程进行了大量的试验研究。Day等人在文献“Stall inception and the prospects for active control infour high-speed compressors”(ASME Journal of Turbomachinery,1999,121(1):18-27.)中总结了四台压气机失速起始过程的实验研究结果，发现:在高转速工况下，失速起始过程短暂，失速先兆出现到压气机进入失速之间仅仅只有几转的时间。这种情况使得作动系统很难有足够的时间做出响应，导致基于失速先兆预测的稳定性主动控制技术很难在航空发动机中得到实际应用。

2014年，吴艳辉等人在文献“Experimental and Numerical Investigation ofFlow Characteristics Near Casing in an Axial Flow Compressor Rotor at Stableand Stall Inception Conditions”(Journal of Fluids Engineering,2014,136(11):1491-1503.)中分析了某轴流压气机试验台的实验和数值模拟结果，发现:在近失速稳定工况和失速起始工况失速先兆浮现之前，机匣动态压力信号的频谱图上存在一个低于叶片通过频率的特征驼峰。因此，通过检测低于叶片通过频率的频域驼峰，可以判断压气机是否靠近压气机失速边界，实现对旋转失速的提前预警，进而得到一种满足主动控制要求的轴流压气机旋转失速预警方法。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于频域驼峰识别的轴流压气机旋转失速预警方法；该轴流压气机旋转失速预警方法定义了一种特征驼峰的判别因子，识别频域驼峰，其只需要单一信号传感器；采用快速傅里叶变换，中间过程少，计算速度快；特征驼峰判别因子具有明确的物理意义，由于频域驼峰先于失速先兆出现，通过识别频域驼峰，为主动控制提供充足的响应时间，实现频域驼峰的实时在线检测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于频域驼峰识别的轴流压气机旋转失速预警方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.持续采集压气机动态压力信号，其中动态压力传感器垂直安装于壁面孔内，且采样频率fs大于叶片通过频率BPF的15～25倍；