离心压缩机系统喘振的实验研究

在一个小型低压离心压缩机喘实验台上，针对不同储气槽容积，不同转速和不同阀门开度的各流量工况，对离心压缩系统的喘振现象进行了观察。介绍了使用示波器观察热线信号判断系统中倒流发生的方法，可用于实时地监测深度喘振的发生，同时，还对各种工况下的喘振形态及性能变化进行了实验观测。     

船用多级轴流压气机低工况扩稳优化研究

以船用九级轴流压气机为研究背景，探讨减少可转导叶列数的可行性，并提升低工况喘振裕度，通过数值模拟方法研究通流布局优化对压气机低工况稳定性的影响。通过特性分析和详细流场分析表明：一维关键参数选取对最佳可转导叶控制策略影响较大。优化部分级关键参数，不仅减少了可转导叶列数，而且提升了低转速下的喘振裕度，在75%转速下喘振裕度提升了2.27%，在70%转速下喘振裕度提升了3.3%。     

船用多级轴流压气机低工况扩稳优化研究—“航海专刊”

对某型船用九级轴流压气机，为了探讨减少可转导叶列数的可行性，并提升低工况喘振裕度，本文通过数值模拟方法研究通流布局优化对压气机低工况稳定性的影响。通过特性分析和详细流场分析，结论表明，一维关键参数选取对最佳可转导叶控制策略影响较大，本文优化部分级关键参数，不仅减少了可转导叶列数，而且提升了低转速下的喘振裕度，在75%转速下喘振裕度提升了2.27%，在70%转速下喘振裕度提升了3.3%。     

某涡扇发动机加力喘振故障分析

某涡轮风扇发动机，使用中连续发生加力喘振故障。其原因是压比调节器故障，它控制的喷口面积不能随加力比的增加而放大，加力燃烧室内的温度和压力增大，气体发生倒流，使发动机进口空气流量减少，低压压气机内的气体分离而发生喘振。对装机使用发动机的压比调节器进行普查，并进行调整或更换，可使问题得以解决。     

特斯拉阀对压气机深度喘振影响研究

深度喘振是压气机运行过程中最为恶劣的、极具破坏性的流动失稳现象，与压气机部件性能以及系统特性紧密相关。本文通过在压气机上下游采用特斯拉阀以改变系统特性，对比分析了不同特斯拉阀方案对深度喘振的影响规律和机理。研究结果表明，特斯拉阀位置不同对压气机深度喘振特性的影响不一样：压气机下游采用特斯拉阀延长了深度喘振中充放气时间，降低了深度喘振频率同时增大了喘振圈大小；而上游采用特斯拉阀可贮存高温压缩流体，提升进口总温从而使压气机折合转速降低，进而降低压气机最大压升，减小了叶轮所受最大非定常轴向气动力和喘振圈的大小，有效控制了喘振强度。     

低速压气机设计转速近喘振点流场试验研究

对某低速压气机在设计转速下从设计工况点向小流量工况点发展直至发生喘振的运行过程进行了试验 ,并在第 2级静叶出口截面进行了详细的流场测量。试验结果表明 ,当流量减小时 ,在测量截面上有明显的大范围分离流动特征。经过对比分析 ,推测出接近喘振时静叶出口的一种分离流动结构     

风洞风机防喘振模型及其控制策略

以连续式高速风洞中的多级轴流风机为研究对象,分析了其喘振流量条件和风洞多变试验状态下的流量特性,建立了基于风机入口流量和进出口压比的防喘振模型.给出了风机流动相似条件和流量计算方法,测试出了风洞风机通用特性曲线和工作线,基于风机转速区间和工作特性设置了防喘振簇线.基于PLC（programmable logic controller）过程控制和WinCC监控平台,制定了多级冗余防喘振控制策略,并进行了风洞试验验证.结果表明:防喘振模型能准确反映风洞多变试验条件下风机的运行工况和安全裕度;流量与压比重复性测量的标准差分别为0.002和0.001,防喘振控制的重复性精度为0.003;实现了喘振工况的实时判别和自动控制,有效避免了喘振的发生.      

连续式跨声速风洞与压缩机的气动性能匹配

结合连续式跨声速风洞运行特点和轴流压缩机特性,详细分析了风洞在不同运行工况下与压缩机的气动性能匹配特性。结果表明:在亚声速工况下,洞体阻力变化引起压缩机工作点连续变化且远离喘振区,压缩机运行安全性较高;在超声速工况下,洞体阻力小幅度的变化不影响压缩机工作点,压缩机运行较为安全,但洞体阻力大幅增大,可导致试验段超声速流动突变至亚声速,从而引起压缩机喘振和激波对试验段模型的冲击;压缩机设计时需要预留充足的压比裕量及较为合理的流量喘振裕度。     

某型发动机台架试车喘振故障分析

针对某型涡扇发动机整机地面台架试车中遇到的喘振故障,从研究多级轴流式压气机在低转速下发生喘振的机理出发,查找发生喘振故障的根源。分析发动机试车中喘振前后所采集到的数据,确认高压压气机可调导向器叶片角度及转差不合适是导致喘振故障发生的主要原因。     

局部喘振的发生机理

为了深入研究高负荷压气机的失稳机制,明确失稳先兆局部喘振现象的发生机理,总结了某跨声压气机在均匀进气不同工作转速下失稳过程的实验结果,继而对其在进气畸变条件的失稳过程开展实验和数值研究.结果发现:在均匀进气条件下,局部喘振在低转速时并未发生,而发生于高转速情况下,推断局部喘振的发生与压气机叶根区域的相对高负荷有关.随后在高转速下降低叶根负荷,则局部喘振现象不再发生;而在低转速下升高叶根负荷,则局部喘振现象发生.所以得出结论,压气机叶根相对高负荷确实为局部喘振的发生条件.对于所研究的压气机,如果近失速点叶根扩散因子超过0.6,则会发生局部喘振现象.      

带气腔的离心压缩机旋转失速的三维数值模拟

使用商业CFD计算软件CFX求解三维雷诺平均的Navier-Stokes方程组, 结合出口气腔模型对某带无叶扩压器的离心压缩机的旋转失速现象进行数值模拟.首先使用定常计算得到了该离心压缩机的稳态性能曲线, 并和实验测量值进行了比较.然后引入出口气腔模型, 模拟离心压缩机内的旋转失速流动.在小流量下, 从矢量图和径向速度等值线图中观察得到了离心压缩机内部流场的非定常流动现象.还研究了气腔模型不同参数对失速流动的影响, 结果表明气腔体积越大, 计算得到的失速频率越低.      

基于台架试验的涡轴发动机喘振发生位置规律

为了探究某型涡轴发动机喘振发生位置规律,采集并分析了台架喘振试验时进气道、轴流压气机叶尖、轴流压气机出口和离心压气机出口的压力信号。采用连续小波时频变换对压力信号进行特征提取,以小波系数作为喘振信号特征,阈值为小波系数最大值的10%,结果表明:某型涡轴发动机的轴流压气机总是比离心压气机先发生喘振,喘振在轴向上由进气道向离心压气机传递的同时,在周向上也沿着压气机转子叶片旋转方向传递。对某型号发动机进行实时喘振监测时,监测轴流压气机能比监测离心压气机更早发现喘振,在后续某型涡轴发动机改型设计时,可增加轴流压气机的喘振裕度来提升整机防喘能力。      

Effect of system response on partial surge initiated instability in a transonic axial flow compressor

Partial surge is a type of instability inception in transonic compressors and occurs in the form of axisymmetric low-frequency disturbances localized in the hub region. Previous studies illustrate that the frequency of partial surge is set by the Helmholtz frequency of the entire system,which motivates to propose a hypothesis that the system response performs an important role in the formation of partial surge. For further verification, a series of experiments are conducted to explore the link b...     

Effect of bent inlet pipe on the flow instability behavior of centrifugal compressors

Bent inlet pipes are often used in centrifugal compressors due to limited installation space, and an understanding of the effect on compressor stability is essential for safety and durability. This paper firstly investigates flow instability behaviors in two compressors, one with a straight inlet pipe and the other with an S-shaped bent pipe. In detail, it analyzes the resulting flow fields, instability evolution paths and surge boundaries. The results show that the S-shaped pipe obviously affects the flow field at high mass flow rates, while reverse flow mainly influences the flow field at low mass flow rates. Reverse flow first occurs at certain flow passages with a high pressure difference that is predominantly decided by the volute rather than the S-shaped bent pipe. In addition, centrifugal compressors can tolerate reverse flow to some extent so that surge would not occur immediately if reverse flow occurs unless the reverse flow region extends circumferentially and radially to a sufficiently large size. Since the S-shaped pipe is not dominant in the creation and extension of reverse flow, it does not exacerbate the stability of the central compressor to a great extent. Last but not least, the S-shaped pipe is noted to delay the occurrence of surge at 90% rotating speed, which suggests the possibility of improving compressor stability with bent inlet pipes. This result differs from the conventional understanding that inlet distortion usually deteriorates compressor stability and emphasizes the particularity of centrifugal compressors.     

低压离心叶轮小流量失速特性的实验观察

在一离心压缩系统喘振实验台上,对小流量工况下沿叶轮出口圆周的压力波动进行了动态测量。实验观测到离心叶轮在小流量工况下存在一种低于转速频率的、且非旋转类型的失速自激振荡,观察到这种波动在局部及个别瞬间是不稳定的,沿叶轮圆周波动强度的分布也不均衡     

离心压气机不稳定流动的时频特征分析

离心压气机失稳过程是一个非常复杂的动态过程,提高离心压气机运行的可靠性需要准确获取失稳过程的时频特征。针对带无叶扩压器的高速离心压气机失稳过程中叶轮出口的动态压力数据,采用时空本征模态分解(STIMD)算法和经验模态分解(EMD)算法进行分解,得到了多个本征模态函数(IMF),并结合Hilbert变换对不稳定流动的动态特征进行分析。结果表明,STIMD算法得到了深喘和浅喘的时频信息,观察到了频率在150 Hz附近持续波动的失速现象,并捕捉到了浅喘先兆的频率曲线由抖动向恒定的过渡过程。STIMD算法改善了EMD的模态混叠问题,为压气机失稳分析提供了一种工具。     

冷却空气管供气腔脉冲射流流动响应特性实验研究

为了探究脉冲射流经航空发动机主动控制系统中冷却空气管内的流动响应规律，本文对单排40个出流孔的冷却空气管内的脉冲射流流动响应特性进行了实验研究。同时，引入了响应时间、迟滞时间和出流速度系数三个评价参数，对脉冲射流在冷却空气管内的响应特性进行定量分析。实验重点分析了脉冲频率f（1Hz~20Hz）、进口雷诺数Re（5000~20000）等参数变化对流动响应特性带来的影响。研究发现，在一个脉冲周期内，冷却空气管出流速度的响应时间和迟滞时间沿程逐渐增加，出流速度系数沿程变化不大。在本文实验参数范围内，f和Re增加，冷却空气管出流响应时间、迟滞时间所占脉冲周期的比例和出流速度系数逐渐增加。f、Re越大，冷却空气管内压力越大，流容越小。     

Real-time modular dynamic modeling for compression system of altitude ground test facilities

Modeling of a centrifugal compressor is of great significance to surge characteristics and fluid dynamics in the Altitude Ground Test Facilities (AGTF). Real-time Modular Dynamic System Greitzer (MDSG) modeling for dynamic response and simulation of the compression system is introduced. The centrifugal compressor, pipeline network, and valve are divided into pressure output type and mass flow output type for module modeling, and the two types of components alternate when the system is established. The pressure loss and thermodynamics of the system are considered. An air supply compression system of AGTF is modeled and simulated by the MDSG model. The simulation results of mass flow, pressure, and temperature are compared with the experimental results, and the error is less than 5%, which demonstrates the reliability, practicability, and universality of the MDSG model.     

扩压器对基本级性能的影响

使用数值方法和试验手段研究了带无叶扩压器和不同进口安装角的叶片扩压器对基本级的性能影响.针对带无叶扩压器的基本级,重点研究了近喘振点、设计点、近阻塞点3种工况的内部流动特性,结果表明近喘振点的叶轮叶片进口、叶轮叶片出口、回流叶片背面均存在低速涡流区,而设计点和近阻塞点的流动状态良好,对于近阻塞点,流动速度较大引起的摩擦阻力损失增大,导致了基本级多变效率下降很快;对带单圆弧叶片扩压器的基本级,细致地研究了匹配不同进口安装角的单圆弧叶片扩压器对喘振裕度、阻塞裕度和效率的影响,结果表明:在出口安装角不变的情况下,扩压器进口安装角比设计值降低3°,基本级的多变效率和多变能头系数达到最佳值.      

气体的可压缩非定常性对天然气流量计量的影响

利用PIV测试技术对天然气管道内的实流流场进行了可压缩非定常性测试研究,以探究天然气的可压缩非定常特性对天然气流量计量的影响。测试结果表明：通常在充分发展的天然气湍流流动情况下,圆管流的瞬时（0．4～2．5μs）截面体积积分流量存在明显的波动,流量的相对脉动幅值保持在4％以内。这表明管道内的压力在天然气介质中是以纵向压力波形式传递的;而天然气在压力驱动下,由于其本身的可压缩特性,管道截面上的气体密度会出现疏－密相间的变化,相应的瞬间截面流量也会出现大－小相间的脉动。现场试验在测试区上游15D处加装DN100～DN50的变径管后,流场中气流的最大马赫数达到0．2,流量的相对脉动幅值明显大于常规4％的水平,气体可压缩比有明显跃增。此时气体的可压缩以及非定常特性显著,应该认真考虑其对流量精确计量的影响。