CN102636247A - 一种压气机喘振检测装置的实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机喘振检测装置的实验方法，该实验方法将喘振动态压力数字信号通过D/A转换成模拟信号，驱动位移机构带动活塞在气缸内运动，通过气缸内气体体积的改变而产生压力，使其压力为动态压力数字信号的真实再现，可对安装在气缸上的压气机喘振检测装置进行考核、检验或研究。本发明压气机喘振检测装置的实验方法保证了喘振检测装置的实验条件和工作条件的一致性，将数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号实现为真实的动态压力，可避免或减少压气机逼喘实验，并且具有实验参数设置灵活、易于调整的特点；本发明压气机喘振检测装置的实验方法，操作简单易于实施，能耗低、周期短、重复性好。

Description

一种压气机喘振检测装置的实验方法

技术领域

本发明涉及一种压气机喘振检测装置的实验方法，属于叶轮机械防喘振技术领域。

背景技术

喘振不仅降低了叶轮机械的性能，而且带来了强烈的振动，由此引起结构的破坏而造成重大事故的发生。喘振通常表现为流量和压力的振荡。压力较流量容易测量而且对喘振反应敏感，因此喘振检测装置通常采用压气机出口动态压力作为输入信号，通过对动态压力特征的提取来判断压气机是否进入或将要进入喘振状态。喘振检测装置发出的报警信号触发消喘系统动作，从而使压气机脱离喘振而进入稳定的工作状态。因此喘振检测装置对于保障压气机的安全运转起着重要的作用。

现有考核或检验压气机喘振检测装置的实验方法有两种。一种方法是在压气机部件实验台进行逼喘实验，实验方法比较直接、真实。然而，压气机逼喘实验参数调整困难，并且是一种高能耗、高风险和长周期的实验。另一种方法是把压气机逼喘实验获得的动态压力数字信号通过D/A输出，然后把该模拟信号接入喘振检测装置，由此来对喘振检测装置进行考核、检验或研究。这种方法避免了反复进行压气机逼喘实验，方法简单易于操作，但在实验时需要去掉喘振检测装置的动态压力受感部和传感器，仅能对分体式喘振检测装置的信号处理电路部分进行考核、检验或研究，不能完全地反应喘振检测装置的运行工作情况。

目前已有的几种动态压力发生装置产生的是正弦压力，应用于动态压力传感器的校准领域。然而压气机喘振时产生的动态压力包含复杂的频率成分，而非正弦压力，因此已有的动态压力发生装置无法应用于喘振检测装置的实验。

压气机喘振检测装置的实验通常需要在专门的压气机部件实验台进行。实验前，将喘振检测装置安装在压气机上；实验时，将压气机稳定在某一转速，采用调节压气机出口节气阀或增加压气机进口气流畸变的方式，迫使压气机进入喘振。压气机喘振检测装置实验中关键是动态压力的产生。发明专利CN101441125A中公开了一种微小脉动压力发生器，该脉动压力发生器是采用振动台带动活塞在密闭腔体中运动产生微小脉动压力的动态压力校准装置，该装置产生正弦压力。现有的公开文献，“几种动态压力校准装置”(测控技术，1999，18，11)，文中介绍了一种由充满液体的共振腔、压电激振器和膜片组成的高频正弦压力发生装置。压力振荡幅值是由激光干涉仪进行测量的。压气机喘振通常伴随着周期性的失速发生、发展和消失过程。因此压气机喘振时的动态压力信号并非正弦信号，而是多种频率成分复合的非平稳信号。现有的用于动态压力传感器校准的正弦压力发生装置不能满足压气机喘振检测装置实验的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压气机喘振检测装置的实验方法。该方法既可避免或减少高能耗、高风险和长周期的压气机逼喘实验，而且还可模拟压气机喘振时的动态压力，对包含受感部在内的压气机喘振检测装置进行实验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括压力传感器、温度传感器、A/D板卡、D/A板卡、计算机、位移机构、活塞、气缸、增压阀门、卸压阀门和高压气源，压力传感器和温度传感器安装在气缸上，高压气源通过管道、增压阀门和气缸相连，卸压阀门通过管道和气缸相连。计算机采用A/D板卡、压力传感器和温度传感器测量气缸内气体的压力和温度；压气机喘振检测装置安装在气缸壁面；将喘振动态压力数字信号通过D/A转换成模拟信号，驱动位移机构带动活塞在气缸内运动，通过气缸内气体体积的改变而产生动态压力。此压力可真实地再现压气机喘振时的动态压力。

静态时，采用D/A板卡的电压输出控制增压阀门和卸压阀门两个电磁阀的开关，调节气缸内的压力，使其达到压力为

工作时，计算机将实测的或数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号p(k)转换成位移机构的驱动信号U(k)，计算机通过D/A板卡将驱动信号U(k)转变成模拟量U(t)输入到位移机构。位移机构在输入U(t)的作用下产生位移l(t)，位移机构和活塞相连，活塞在气缸中的运动，使得气缸内气体的体积变为v(t)，从而气体的压力为p(t)。

本发明的具体过程包括如下步骤：

1.安装连接各部件：将压力传感器、温度传感器、A/D板卡、D/A板卡、计算机、位移机构、活塞、气缸、增压阀门、卸压阀门、高压气源依次连接，位移机构与计算机和活塞连接，压力传感器和温度传感器安装在气缸上，增压阀门通过管道与高压气源和气缸相连接，卸压阀门通过管道和气缸相连接，气缸和压气机喘振检测装置固连；

2.实验准备：通过位移机构带动活塞在气缸中运动，改变气缸内气体的体积而产生动态压力，控制位移机构的D/A通道输出为0，将活塞至于零位；设置气缸的横截面积S、活塞在零位时气缸内气体体积v、直线位移机构输入电量和产生位移的常数c；

3.读取数据文件：压气机逼喘实验获得的或数值仿真获得压气机喘振动态压力数字信号p(k)，保存在数据文件中读入；

4.气缸内压力调节：通过压力传感器、A/D板卡和计算机测量气缸内的压力

通过调节D/A板卡的电压输出控制增压阀门和卸压阀门两个电磁阀的开关，使得气缸内的压力为：

$\stackrel{\‾}{p}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}p\left(k\right)---\left(1\right)$

设压气机喘振动态压力数字信号为p(k)，(k＝1，2，…，N)；

5.在工作时，将实测的或数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号p(k)转换成位移机构的驱动电压U(k)：

$U\left(k\right)=-\frac{v\·[p\left(k\right)-\stackrel{\‾}{p}]}{c\·S\·p\left(k\right)}---\left(2\right);$

6.将U(k)通过D/A板卡输出，得到模拟信号U(t)；

7.将模拟信号U(t)输入到位移机构，驱动位移机构带动活塞在气缸内运动，活塞的直线位移为l(t)：

l(t)＝cU(t)    (3)；

8.活塞的运动改变了气缸内气体的体积，气缸内气体的体积为v(t)：

v(t)＝v+S·l(t)    (4)；

9.气缸内气体体积变化，引起压力的变化，使得气缸内压力变为p(t)，由公式(2)～(4)，结合气体方程公式，可得知p(t)是p(k)的真实再现：

p(t)＝R_gT/(v+Δv(t))    (5)

其中R_g为气体常数，T为气缸内气体的温度；

该动态压力p(t)是实测的压气机喘振动态压力数字信号p(k)的真实再现，或者是数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号p(k)的实现。因此，实验效果十分接近于压气机逼喘实验。

10.以频率Fs逐点进行压气机喘振动态压力数字信号p(k)的输出，完成p(k)序列中的所有点的压力生成，即完成实验过程。

有益效果

本发明压气机喘振检测装置的实验方法，将实验或数值仿真获得的压气机喘振动态压力数字信号，通过D/A板卡，位移机构和气缸，真实地再现或实现为动态压力，可用于压气机喘振检测装置考核、检验或研究中。在静态时，计算机通过D/A板卡控制卸压阀门和增压阀门将气缸内的压力调节到设定值。在工作时，将动态压力数字信号按由气体热力学推导出的关系转换成位移机构的位移，位移机构带动活塞在气缸内运动，从而使得气缸内的气体体积发生变化，使其压力为动态压力数字信号的真实再现或实现。压气机喘振检测装置的实验方法将实测的压气机喘振动态压力数字信号还原成真实的动态压力，保证了喘振检测装置的实验条件和工作条件的一致性，对其整体进行实验；将数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号实现为真实的动态压力，可避免或减少压气机逼喘实验，并且具有实验参数设置灵活、易于调整的特点；方法和装置较压气机逼喘实验具有操作简单易于实施、低能耗、无风险、周期短和重复性好的特点。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种压气机喘振检测装置的实验方法作进一步详细描述。

图1压气机实验台示意图。

图2分体式压气机喘振检测装置示意图。

图3整体式压气机喘振检测装置示意图。

图4为本发明实验方法的实验装置示意图。

图5为压气机喘振检测装置的实验方法流程图。

图中：

1.防尘网  2.流量测量装置  3.进气节气门  4.进气扩压段  5.稳压箱6.压气机实验件  7.引气系统  8.排气部分  9.测扭器  10.齿轮箱11.动力装置  12.压气机喘振检测装置  13.计算机  14.D/A板卡15.信号处理电路  16.压力受感部  17.压力传感器  18.电源线  19.压力信号线  20.报警信号线  21.A/D板卡  22.位移机构  23.活塞  24.气缸  25.温度传感器  26.卸压阀门  27.增压阀门  28.高压气源

具体实施方式

本实施例是一种压气机喘振检测装置的实验方法。该实验方法，将实验或数值仿真获得的压气机喘振动态压力数字信号，通过D/A板卡，位移机构和气缸真实地再现或实现为动态压力，可用于压气机喘振检测装置考核、检验或研究中。在静态时，计算机通过D/A板卡控制卸压阀门和增压阀门将气缸内的压力调节到设定值。工作时，将动态压力数字信号按由气体热力学推导出的关系转换成位移机构的位移，位移机构带动活塞在气缸内运动，从而使得气缸内的气体体积发生变化，使其压力为动态压力数字信号的真实再现或实现。

参阅图5，为本发明实验方法的实验装置，喘振检测装置12感受到的动态压力p(t)是计算机13中存储的实测的或数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号p(k)的再现或实现。

计算机13中安装D/A板卡14和A/D板卡21。D/A板卡具有3个0～10V电压输出通道，分别用于卸压阀门26、增压阀门27和位移机构22的控制。A/D板卡具有2个通道，分别通过压力传感器17和温度传感器25采集气缸内气体的压力和温度。

位移机构22可由伺服驱动器和直线导轨构成，其功能是在D/A板卡14输出的电压信号U(t)的驱动下，可以产生直线位移l(t)。

静态时，计算机13中的D/A板卡14输出给位移机构22的电压信号为0，位移机构22的位移为0，活塞23处于0位置。气缸24内气体的体积为v。计算机13通过D/A板卡14对卸压阀门26和增压阀门27的控制，使得气缸内的压力调节到设定值为

此时测得的温度为T。

动态时，计算机13把存储的压气机喘振动态压力数字信号p(k)转换成U(k)，通过D/A板卡14输出U(t)，驱动位移机构22产生直线位移l(t)。位移机构22带动活塞23在气缸24中运动，改变了气缸24中气体的体积，从而使得其压力为p(t)。此压力p(t)是压气机喘振动态压力数字信号p(k)的再现或实现，可用于喘振检测装置12的考核、检验或研究中。

如图6所示，为压气机喘振检测装置实验方法流程图，对实验方法的工作流程做进一步的说明：

a)安装连接各部件：将压力传感器、温度传感器、A/D板卡、D/A板卡、计算机、位移机构、活塞、气缸、增压阀门、卸压阀门、高压气源依次连接，位移机构与计算机和活塞连接，压力传感器和温度传感器安装在气缸上，增压阀门通过管道与高压气源和气缸相连接，卸压阀门通过管道和气缸相连接，气缸和压气机喘振检测装置固连；

b)实验准备：通过位移机构带动活塞在气缸中运动，改变气缸内气体的体积而产生动态压力，控制位移机构的D/A通道输出为0，将活塞至于零位；设置气缸的横截面积S、活塞在零位时气缸内气体体积v、直线位移机构输入电量和产生位移的常数c；

c)读取数据文件：压气机逼喘实验获得的或数值仿真获得压气机喘振动态压力数字信号p(k)，保存在数据文件中读入；

d)气缸内压力调节：通过压力传感器、A/D板卡和计算机测量气缸内的压力

通过调节D/A板卡的电压输出控制增压阀门和卸压阀门两个电磁阀的开关，使得气缸内的压力为：

$\stackrel{\‾}{p}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}p\left(k\right)---\left(1\right)$

设压气机喘振动态压力数字信号为p(k)，(k＝1，2，…，N)；

e)在工作时，将实测的或数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号p(k)转换成位移机构的驱动电压U(k)：

$U\left(k\right)=-\frac{v\·[p\left(k\right)-\stackrel{\‾}{p}]}{c\·S\·p\left(k\right)}---\left(2\right);$

f)将U(k)通过D/A板卡输出，得到模拟信号U(t)；

g)将模拟信号U(t)输入到位移机构，驱动位移机构带动活塞在气缸内运动，活塞的直线位移为l(t)：

l(t)＝cU(t)    (3)；

h)活塞的运动改变了气缸内气体的体积，气缸内气体的体积为v(t)：

v(t)＝v+S·l(t)    (4)；

i)气缸内气体体积变化，引起压力的变化，使得气缸内压力变为p(t)，由公式(2)～(4)，结合气体方程公式，可得知p(t)是p(k)的真实再现：

p(t)＝R_gT/(v+Δv(t))    (5)

其中R_g为气体常数，T为气缸内气体的温度；

该动态压力p(t)是实测的压气机喘振动态压力数字信号p(k)的真实再现，或者是数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号p(k)的实现。因此，实验效果十分接近于压气机逼喘实验。

j)以频率Fs逐点进行压气机喘振动态压力数字信号p(k)的输出，完成p(k)序列中的所有点的压力生成，即完成实验过程。

参见图1、图2、图3，现有压气机喘振检测装置的实验通常需要在专门的压气机实验台进行。实验前，将喘振检测装置安装在压气机上；实验时，将压气机稳定在某一转速，采用调节压气机出口节气阀或增加压气机进口气流畸变的方式，迫使压气机进入喘振。压气机喘振检测装置实验中关键是动态压力的产生。

Claims (1)

1.一种压气机喘振检测装置的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1.安装连接各部件：将压力传感器、温度传感器、A/D板卡、D/A板卡、计算机、位移机构、活塞、气缸、增压阀门、卸压阀门、高压气源依次连接，计算机与位移机构和活塞连接，压力传感器和温度传感器安装在气缸上，增压阀门通过管道与高压气源和气缸连接，卸压阀门通过管道和气缸相连接，气缸和压气机喘振检测装置固连；

步骤2.实验准备：通过位移机构带动活塞在气缸内运动，改变气缸内气体的体积而产生动态压力，控制位移机构的D/A通道输出为0，将活塞至于零位；设置气缸的横截面积S、活塞在零位时气缸内气体体积v、直线位移机构输入电量和产生位移的常数c；

步骤3.读取数据文件：压气机逼喘实验获得的或数值仿真获得压气机喘振动态压力数字信号p(k)，保存在数据文件中读入；

步骤4.气缸内压力调节：通过压力传感器、A/D板卡和计算机测量气缸内的压力通过调节D/A板卡的电压输出控制增压阀门和卸压阀门两个电磁阀的开关，使得气缸内的压力为：

$\stackrel{\‾}{p}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}p\left(k\right)---\left(1\right)$

设压气机喘振动态压力数字信号为p(k)，(k＝1，2，…，N)；

步骤5.计算驱动电压U(k)：将实测的或数值仿真生成的压气机喘振动态压力数字信号p(k)转换成位移机构的驱动电压U(k)：

$U\left(k\right)=-\frac{v\·[p\left(k\right)-\stackrel{\‾}{p}]}{c\·S\·p\left(k\right)}---\left(2\right);$

步骤6.将U(k)通过D/A板卡输出，得到模拟信号U(t)；

步骤7.将模拟信号U(t)输入到位移机构，驱动位移机构带动活塞在气缸内运动，活塞的直线位移为l(t)：

l(t)＝cU(t)    (3)；

步骤8.活塞的运动改变了气缸内气体的体积，气缸内气体的体积为v(t)：

v(t)＝v+S·l(t)    (4)；

步骤9.气缸内气体体积变化，引起压力的变化，使得气缸内压力变为p(t)，由公式(2)～(4)，结合气体方程公式，可得知p(t)是p(k)的真实再现：

p(t)＝R_gT/(v+Δv(t))    (5)

其中R_g为气体常数，T为气缸内气体的温度；

步骤10.以频率Fs逐点进行压气机喘振动态压力数字信号p(k)的输出，完成p(k)序列中的所有点的压力生成，即完成实验过程。

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