离心压气机不稳定流动的时频特征分析
发布时间：2021-07-23 22:36
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。
【文章来源】：航空动力学报. 2020,35(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
仿真信号的EMD结果
1 离心压气机失稳信号本文使用的动态压力数据来自某带无叶扩压器的高速离心压气机实验[17],在压气机上6个径向位置(图1中数字1～6)共布置了32个动态压力测点,如图1所示,选择叶轮出口的4个测点(记为P1、P2、P3、P4)测得的动态压力信号进行分析。使用Kulite动态压力传感器XCE-093-50A、采集卡NI-9215和配套机箱cDAQ-9188进行高速采集,采样频率设置为60 kHz。从阻塞工况开始逐渐关小阀门,每个阀门开度下稳定一段时间后再进行数据采集。在最小流量工况下继续关小阀门后实验系统发出低频巨响,即压气机进入深喘,迅速进行退喘动作,期间动态压力传感器监控了整个过程。图2所示为无量纲化的离心压气机静总压比曲线,标注出了深喘工况和最小流量工况。
本文使用的动态压力数据来自某带无叶扩压器的高速离心压气机实验[17],在压气机上6个径向位置(图1中数字1～6)共布置了32个动态压力测点,如图1所示,选择叶轮出口的4个测点(记为P1、P2、P3、P4)测得的动态压力信号进行分析。使用Kulite动态压力传感器XCE-093-50A、采集卡NI-9215和配套机箱cDAQ-9188进行高速采集,采样频率设置为60 kHz。从阻塞工况开始逐渐关小阀门,每个阀门开度下稳定一段时间后再进行数据采集。在最小流量工况下继续关小阀门后实验系统发出低频巨响,即压气机进入深喘,迅速进行退喘动作,期间动态压力传感器监控了整个过程。图2所示为无量纲化的离心压气机静总压比曲线,标注出了深喘工况和最小流量工况。图3给出了测点P1处深喘前后的动态压力时域曲线,以叶轮旋转一周的时长为时间基准(T),深喘发生时刻为零点[18]。图3(b)为进喘过程,可以看到压气机经过不断增强的浅喘周期后进入深喘,深喘的频率为8 Hz。图3(a)所示为一个深喘周期,可以看到喘振波在2～18T的范围内同时存在低频和高频信号,系统进入“崩溃”状态并发生回流,在40～70T系统进入“恢复”阶段,没有明显的高频信号。最小流量工况下关小阀门进入深喘的动态过程记为深喘前工况。图3(c)和图3(d)分别为深喘前300T和-80～-40T的时域曲线,可以更清楚地看到浅喘特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Application of Stall Warning Approach with Stall Precursor-Suppressed Casing Treatment on a Two-Stage Compressor[J]. XU Ruize,SUN Dakun,DONG Xu,LI Fanyu,SUN Xiaofeng,LI Jia. Journal of Thermal Science. 2019(05)
[2]基于Hilbert-Huang变换的金融收益政策风险因子识别方法[J]. 李祥飞,沈书立,凯斯·布尔斯马. 运筹与管理. 2018(08)
[3]压气机旋转不稳定性的周向模态特性及其分解方法[J]. 姚丹,田杰,欧阳华,王昊,吴亚东. 航空动力学报. 2018(02)
[4]基于模态波理论的压气机失速先兆识别方法[J]. 刘俊杰,苏三买,孙占恒,翟向博. 航空动力学报. 2017(09)
[5]基于希尔伯特-黄与小波变换的压气机失速信号分析方法[J]. 向宏辉,侯敏杰,杨荣菲,葛宁,刘志刚,吴晨. 燃气涡轮试验与研究. 2015(05)
[6]基于HHT的航空发动机气动失稳信号时频分析方法[J]. 郭贵喜,王振华,王洪祥,高辉国,薛秀生. 航空发动机. 2013(03)
[7]组合压气机旋转失速特征的小波分析[J]. 单晓明,姚峥嵘,岳林,黄金泉. 航空动力学报. 2012(05)
[8]经验模态分解中虚假模态分量消除法[J]. 黄迪山. 振动.测试与诊断. 2011(03)
[9]基于统计特征的轴流压气机喘振检测[J]. 李长征,熊兵,韩伟. 航空动力学报. 2010(12)
本文编号：3300170
【文章来源】：航空动力学报. 2020,35(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
仿真信号的EMD结果
1 离心压气机失稳信号本文使用的动态压力数据来自某带无叶扩压器的高速离心压气机实验[17],在压气机上6个径向位置(图1中数字1～6)共布置了32个动态压力测点,如图1所示,选择叶轮出口的4个测点(记为P1、P2、P3、P4)测得的动态压力信号进行分析。使用Kulite动态压力传感器XCE-093-50A、采集卡NI-9215和配套机箱cDAQ-9188进行高速采集,采样频率设置为60 kHz。从阻塞工况开始逐渐关小阀门,每个阀门开度下稳定一段时间后再进行数据采集。在最小流量工况下继续关小阀门后实验系统发出低频巨响,即压气机进入深喘,迅速进行退喘动作,期间动态压力传感器监控了整个过程。图2所示为无量纲化的离心压气机静总压比曲线,标注出了深喘工况和最小流量工况。
本文使用的动态压力数据来自某带无叶扩压器的高速离心压气机实验[17],在压气机上6个径向位置(图1中数字1～6)共布置了32个动态压力测点,如图1所示,选择叶轮出口的4个测点(记为P1、P2、P3、P4)测得的动态压力信号进行分析。使用Kulite动态压力传感器XCE-093-50A、采集卡NI-9215和配套机箱cDAQ-9188进行高速采集,采样频率设置为60 kHz。从阻塞工况开始逐渐关小阀门,每个阀门开度下稳定一段时间后再进行数据采集。在最小流量工况下继续关小阀门后实验系统发出低频巨响,即压气机进入深喘,迅速进行退喘动作,期间动态压力传感器监控了整个过程。图2所示为无量纲化的离心压气机静总压比曲线,标注出了深喘工况和最小流量工况。图3给出了测点P1处深喘前后的动态压力时域曲线,以叶轮旋转一周的时长为时间基准(T),深喘发生时刻为零点[18]。图3(b)为进喘过程,可以看到压气机经过不断增强的浅喘周期后进入深喘,深喘的频率为8 Hz。图3(a)所示为一个深喘周期,可以看到喘振波在2～18T的范围内同时存在低频和高频信号,系统进入“崩溃”状态并发生回流,在40～70T系统进入“恢复”阶段,没有明显的高频信号。最小流量工况下关小阀门进入深喘的动态过程记为深喘前工况。图3(c)和图3(d)分别为深喘前300T和-80～-40T的时域曲线,可以更清楚地看到浅喘特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Application of Stall Warning Approach with Stall Precursor-Suppressed Casing Treatment on a Two-Stage Compressor[J]. XU Ruize,SUN Dakun,DONG Xu,LI Fanyu,SUN Xiaofeng,LI Jia. Journal of Thermal Science. 2019(05)
[2]基于Hilbert-Huang变换的金融收益政策风险因子识别方法[J]. 李祥飞,沈书立,凯斯·布尔斯马. 运筹与管理. 2018(08)
[3]压气机旋转不稳定性的周向模态特性及其分解方法[J]. 姚丹,田杰,欧阳华,王昊,吴亚东. 航空动力学报. 2018(02)
[4]基于模态波理论的压气机失速先兆识别方法[J]. 刘俊杰,苏三买,孙占恒,翟向博. 航空动力学报. 2017(09)
[5]基于希尔伯特-黄与小波变换的压气机失速信号分析方法[J]. 向宏辉,侯敏杰,杨荣菲,葛宁,刘志刚,吴晨. 燃气涡轮试验与研究. 2015(05)
[6]基于HHT的航空发动机气动失稳信号时频分析方法[J]. 郭贵喜,王振华,王洪祥,高辉国,薛秀生. 航空发动机. 2013(03)
[7]组合压气机旋转失速特征的小波分析[J]. 单晓明,姚峥嵘,岳林,黄金泉. 航空动力学报. 2012(05)
[8]经验模态分解中虚假模态分量消除法[J]. 黄迪山. 振动.测试与诊断. 2011(03)
[9]基于统计特征的轴流压气机喘振检测[J]. 李长征,熊兵,韩伟. 航空动力学报. 2010(12)
本文编号：3300170
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