多级轴流压气机导/静叶DSP调控技术的研究

论文摘要

气体压缩机械由于必须考虑变工况运行的实际需要,导致运行工况点偏离设计点,尤其是在大型轴流压气机运行方面表现的更为突出,一方面要保证压比的不变,一方面要满足减少流量的需要,因此,如何保持轴流压气机的高效稳定运行一直是工业界亟待解决的问题,也是我国该类设备与国际平均效率和喘振裕度存在差距的主要原因。目前采用变频调速技术作为调节手段之一的措施能解决一些问题,但由于没有与构成通量环境的导叶、动叶、和静叶形成优化运行的考虑,因此离追求效率最高和宽喘振裕度的目标还存在很大差距,有值得进一步挖掘潜力的空间。本论文的目的是基于在线匹配通流环境的气动结构,并兼顾轴流压气机转速变化的特征,优化组合非设计工况下的运行特性,实现提高效率和拓宽稳定运行的双重目标。为实现上述目的,本文工作主要包括：1、三级轴流压气机实验台改造、调试运行及测量系统完善；2、导／静叶联调的基础上,建立三级轴流压气机的变工况运行特性曲线；3、对不同转速,改变导静叶安装角度的情况下,考察失速先兆的变化规律；4、在自行设计的DSP（动态数据处理）在线调节压气机性能的方案中,完成论文的双重目标。结果表明：1、单叶片或多叶片的合理调节使压气机的级间匹配趋于良好,提高了压气机的整体效率,同时拓宽了压气机的稳定裕度。各级叶片调节对压气机性能的影响规律有所不同。其中单叶片调节以进口导叶和第三级静叶负方向调节有较为理想的结果,而导静叶联合调节的效果则要优于单叶片调节效果。2、转速的下降没有改变压气机突尖型失速先兆的特征,但导静叶安装角的调节会使失速先兆形式发生较大的改变。3、构建了以TMS320F2812 DSP芯片为核心的联合调控系统,兼顾了降低流动损失和拓宽稳定性的双重目标,可同时保证压比基本不变和流量降低的需要。同时该控制系统硬件电路简单,可实现高度集成环境下的控制；软件开发简单,支持高级语言（C／C++）编程；控制精度高,实时处理功能强大,方便进行功能拓展。建立的DSP效率和稳定性优化匹配的在线调节方法在一定意义上为提高我国多级轴流压气机的性能提供了一种实际的解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 流动失稳及主动控制技术的研究发展
• 1.2.1 流动失稳的研究分析
• 1.2.2 主动控制技术的研究分析
• 1.3 可调叶片技术国内外的应用研究
• 1.3.1 可调叶片的应用
• 1.3.2 可调叶片的研究情况
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 实验装置及测量系统
• 2.1 低速轴流压气机实验台介绍
• 2.2 实验台的改造
• 2.2.1 出口节流装置
• 2.2.2 导静叶调节装置
• 2.3 实验测量设备
• 2.3.1 稳态测量系统
• 2.3.2 动态测量系统
• 2.3.3 数据采集及软件测量系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 导静叶与转速联调的稳态特性实验研究
• 3.1 压气机稳态特性测量方案
• 3.1.1 压气机的压比特性
• 3.1.2 压气机的效率特性
• 3.2 实验方案
• 3.3 实验结果分析
• 3.3.1 进口导叶调节规律
• 3.3.2 第一级静叶调节规律
• 3.3.3 第二级静叶调节规律
• 3.3.4 第三级静叶调节规律
• 3.3.5 联合调节规律
• 3.4 本章小结
• 第4章 不同转速及导静叶安装角度与旋转失速关联的实验研究
• 4.1 动态数据测量方案
• 4.2 动态信号的频域分析
• 4.2.1 傅里叶变换
• 4.2.2 不同转速下失速频率分析
• 4.2.3 导静叶安装角对失速频率的影响
• 4.3 失速先兆特征分析
• 4.3.1 时域分析
• 4.3.2 小波分析
• 4.3.3 转速变化的影响
• 4.3.4 导叶调节的影响
• 4.3.5 其它情况
• 4.4 本章小结
• 第5章 DSP控制系统
• 5.1 DSP技术
• 5.1.1 DSP的发展和应用
• 5.1.2 DSP系统构成
• 5.1.3 DSP系统特点
• 5.1.4 DSP设计开发流程
• 5.2 DSP控制系统设计
• 5.2.1 DSP控制系统单元构成
• 5.2.2 控制系统流程
• 5.2.3 核心控制电路
• 5.3 DSP控制系统的运行及优化结果分析
• 5.3.1 DSP系统的运行控制
• 5.3.2 优化结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表文章
• 致谢