CN112539192B - 燃气轮机、燃烧室、压气机失速的监测装置、监测方法以及计算机可读存储介质 - Google Patents

燃气轮机、燃烧室、压气机失速的监测装置、监测方法以及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种压气机失速的监测方法、计算机可读存储介质、压气机失速的监测装置、燃烧室以及燃气轮机。其中所述监测方法，包括采集燃烧室火焰筒的进气静压，该静压受涡脱落的影响；根据所述火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值。

Description

燃气轮机、燃烧室、压气机失速的监测装置、监测方法以及计 算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及燃气轮机、燃烧室、压气机失速的监测装置、监测方法以及计算机可读存储介质。
背景技术
燃气轮机，例如航空发动机在起动、推油加速等非设计状态下工作时，压气机容易进喘，引起发动机停车，严重时会导致结构损坏等灾难性破坏。
为了防止压气机深度喘振并长时间处于喘振状态，常用燃烧室前置扩压器出口处的压差传感器来对压气机流动状态予以实时监测，当识别到喘振发生的信号时，发动机自动控制系统根据预先设定好的操作程序对发动机供油、压气机放气、压气机可调静子叶片角度等进行调节从而使得压气机退出喘振状态以避免造成更大的损害。
一般而言，在中低转速下，压气机在真正进入喘振前往往还存在一个压气机叶片流动失速的阶段，流动失速会在流场中产生一个频率约为压气机转动频率的0.5～0.8倍的脉动压力信号。该信号难以通过前置扩压器出口的压差传感器捕捉。
因此有必要发展一种压气机失速信号监测方法，以便在喘振发生前的失速阶段就及时诊断失速信号，避免压气机进喘，从而提高航空发动机工作的安全性。
名称为“航空发动机低压压气机监测方法及监测系统”的中国专利申请中(公开号为CN110006655A，公开日为2019年07月12日)，公开了一种通过机载振动传感器监测低压转子振动水平，根据低压压气机失速及喘振引起的振动信号规律，通过对现有的机载振动信号的监测及比对及时发现低压压气机失速及喘振，并据此采取应对措施。频率及相位差异随具体发动机变化，但均可通过试验找出相对应关系的范围和特征，以及不同失速等级对应的振动幅值，将这些范围、特征及幅值等失速特征固化到控制器中，在发动机运转时通过振动传感器测得的信号，进行频率和相位特征提取并与预置在控制器中的失速特征进行比对，若两者具有相似性，则可以通过振动信号判断低压压气机发生了失速，进而根据该频率下振动幅值与预置失速等级对应的幅值进行比对，可以判断失速的严重程度，进而采取应对措施。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种压气机失速的监测方法。
本发明的另一个目的在于提供一种计算机可读存储介质。
本发明的另一个目的在于提供一种压气机失速的监测装置。
本发明的另一个目的在于提供一种燃烧室。
本发明的另一个目的在于提供一种燃气轮机。
根据本发明一方面的一种压气机失速的监测方法，包括：采集燃烧室火焰筒的进气静压，该静压受涡脱落的影响；根据所述火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值。
在所述监测方法的实施例中，所述燃烧室火焰筒的进气静压包括火焰筒外环容腔静压。
在所述监测方法的实施例中，设置测量进气静压的静压测点于第一位置，所述第一位置的压力脉动的共振值与第一位置的压力脉动的非共振值的压力脉动差值大于进气流路内其余位置对应的压力脉动差值。
在所述监测方法的实施例中，于测量进气静压的静压测点的上游设置扰流结构，使得进气经过扰流结构后的涡脱落频率等于压气机的失速频率。
根据本发明另一方面的一种压气机失速的监测方法,包括通过监测振动频率与所述失速频率相等的流体振动系统输出的流体压力信号，监测压气机失速。
根据本发明另一方面的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时，执行以下步骤：根据采集的燃烧室火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值。
根据本发明另一方面的一种压气机失速的监测装置，包括处理器以及上述的计算机可读存储介质。
根据本发明另一方面的一种压气机失速的监测装置，包括信号采集模块，所述信号采集模块至少采集燃烧室火焰筒的进气静压；分析判断模块，根据所述火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值。
在所述监测装置的实施例中，所述信号采集模块包括感测静压值并转化为模拟电信号的压力传感器以及将所述模拟电信号转化为数字信号的模/数转换器，所述数字信号输出至所述分析判断模块。
在所述监测装置的实施例中，所述监测装置包括数据库，所述数据库储存有多个核心机工况以及多个核心机转速值对应的发生压气机失速的多个所述压力脉动阈值，所述分析判断模块调取所述阈值进行所述进气静压的压力脉动与对应的所述压力脉动阈值比较。
根据本发明另一方面的一种燃烧室，具有气流通道，供空气进入火焰筒，所述气流通道设置有：扰流结构，使得气流经过该扰流结构发生涡脱落,涡脱落的频率等于压气机的失速频率；以及静压测点，所述静压测点位于所述扰流结构的下游。
在所述燃烧室的实施例中，所述气流通道包括火焰筒外环容腔，其设置有所述扰流结构以及静压测点。
在所述燃烧室的实施例中，所述扰流结构的水力直径d满足以下公式：
Figure BDA0002208822730000031
其中，fV为所述扰流结构的下游的涡脱落频率，Uref为所述扰流结构的上游的来流平均流速，或所述外环容腔的进口平均流速，Sr为扰流结构下游的涡脱落机制的斯特劳哈尔数，为常数。
在所述燃烧室的实施例中，所述静压测点位于所述扰流结构的下游的第一位置，所述第一位置的压力脉动的共振值与第一位置的压力脉动的非共振值的压力脉动差值大于进气流路内其余位置对应的压力脉动差值。
根据本发明另一方面的一种燃气轮机，包括上述任意一项所述的压气机失速的监测装置或上述任意一项所述的燃烧室。
在所述燃气轮机的实施例中，还包括控制系统以及作动机构，当所述监测装置监测压气机处于失速状态，所述控制系统指令作动机构进行作动，使得压气机摆脱所述失速状态；其中，所述作动机构的作动包括以下之一或者组合：
调节可调静子叶片的转动角度；
调节瞬态放气活门的放气量；
调节燃油活门的燃油供给流量。
本发明的有益效果包括，采用火焰筒的进气静压作为监测参数进行压气机失速的监测以及判断，利用共振现象将失速物理信号放大，可使得强度随对流过程已衰减的较为微弱的压气机失速扰动物理信号可被捕捉，避免了速度扰动强度衰减导致的测量困难，采用静压测量方式，也降低了对传感器以及数据采集、控制系统的要求，降低了监测装置的成本，也提高了整个监控系统的可靠性以及使用寿命。同时，对于已布置有静压传感器的燃烧室而言，进一步简化了监测装置的结构，方便其在燃气轮机整机的布置，节约了燃气轮机的布置空间。通过可靠地监测压气机失速，可以及时向燃气轮机的控制系统发出作动机构作动的提示，可在运行过程中保证燃气轮机运行的安全性。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是燃气轮机核心机的结构示意图。
图2是燃气轮机的压气机失速频率fS、扩压器涡脱落频率fV与随燃气轮机转速变化的数据点图。
图3是燃气轮机的燃烧室压力随燃气轮机转速变化的曲线图。
图4是个或多个实施例的燃烧室的结构示意图。
图5是一个或多个实施例的扰流结构与静压测点位置的示意图。
图6是一个或多个实施例的扰流结构与压气机失速频率的关系的图线。
图7是一个或多个实施例的静压测点与扰流结构的距离对应的共振值与非共振值的关系的图线。
图8是一实施例的燃气轮机的调节压气机失速的流程图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。使用“第一”等词语来限定，仅仅是为了便于进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。
另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本发明者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在实施为可能的前提下，本领域技术人员可依据本发明的公开内容，并视设计规范或实作需求，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施多个实施例中部分或全部的技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。
参考图1所示，燃气轮机，例如航空发动机的核心机包括高压压气机1，燃烧室2和高压涡轮3；高压压气机流道7中可以设置有动态压力传感器4监测高压压气机内的非定常物理信号，如失速、喘振等信号；燃烧室2的流道中可以设置动态压力传感器5监测燃烧室内的非定常物理信号，如涡脱落、振荡等信号；燃烧室2的流道中布置压力传感器6监测燃烧室压力。
参考图4所示，燃烧室2一般包括有扩压器8、外机匣11、内机匣15、头部旋流器17、外环火焰筒14、内环火焰筒16、燃油喷嘴12、点火电嘴13，高压压气机1供给的压缩空气，流经扩压器8，在突扩容腔18可以通过气流通道进入火焰筒容腔24发生燃烧反应。部分空气沿流路19经火焰筒外环容腔22从外环火焰筒14进入火焰筒容腔24，部分空气沿流路20经火焰筒内环容腔23从内环火焰筒16进入火焰筒容腔24，部分空气沿流路21经头部旋流器17进入火焰筒容腔24。参考图4以及图5，在一实施例中，气流通道设置有扰流结构25，如图5所示，扰流结构25使得气流经过后发生涡脱落现象，即气流通过扰流结构25后，扰流杆结构25下游会产生涡结构27，涡结构27一个接一个从扰流结构脱落，并沿流动方向，其强度(或由涡对流引发的某空间位置处的局部压力脉动p′的幅值)逐渐减小；涡脱落的频率为fV，涡脱落频率等于压气机的失速频率fS，在扰流结构25的下游设置有静压测点26。如此设置的有益效果在于利用共振现象将失速物理信号放大，即可以通过监测振动频率与所述失速频率相等的流体振动系统输出的流体压力信号，流体振动系统例如上述扰流结构25导致的流体涡脱落，如此使得强度随对流过程已衰减的较为微弱的压气机失速扰动物理信号可被捕捉，以监测压气机失速。避免了动态压力测量因压气机速度扰动强度衰减导致的无法精确测量的不足，采用静压测量方式，也降低了对传感器以及数据采集、控制系统的要求，降低了监测装置的成本，也提高了整个监控系统的可靠性以及使用寿命。
通过扰流结构以及静压测点监测压气机失速的原理在于，发明人在实践中发现，如图2所示，核心机运转中监测到的压气机非定常物理信号频率(图中“+”)和燃烧室非定常物理信号频率(图中“○”)；经过数据分析，压气机非定常物理信号对应压气机失速，燃烧室非定常物理信号对应扩压器8(图1)的涡脱落。图2显示，在压气机流道7发生的失速的频率fS和扩压器8的涡脱落频率fV存在相交区域9和10，即在区域9和区域10，失速频率fS与涡脱落频率fV相等(或非常接近)。发明人还发现，如图3所示，该图为核心机运转中压力传感器6监测燃烧室压力随转速的变化，横坐标显示的区域为图2所示区域9及其附近。从图中可以看出，压气机流道7的失速频率fS和扩压器8的涡脱落频率fV相互接近时，压力传感器6监测到的燃烧室压力波动会增大；压气机流道7的失速频率和扩压器8的涡脱落频率相互远离时，压力传感器6监测到的燃烧室压力波动会减小；这说明了压气机流道7的失速频率和扩压器8的涡脱落频率相互接近时，失速扰动会增强涡脱落的强度，从而增强了压力传感器6处的非定常流动物理信号，即发生了流动共振。而压力传感器6的采样频率仅为30Hz,这说明流动共振现象可通过低采样率模块捕捉得到，而无需采样频率数千或上万赫兹的高频的动态压力传感器。发明人基于上述实践中的发现，创造性地将在进行核心机试验中发现的由于流动共振引起的燃烧室压力波动会增大的不利现象“变废为宝”，应用至压气机失速的监控，实现了采用静压测量的方式监控压气机失速，避免了因压气机速度扰动强度衰减导致的测量困难，也降低了对传感器以及数据采集、控制系统的要求，降低了监控装置的成本，也提高了整个监控系统的可靠性以及使用寿命。
继续参考图4以及图5，在一实施例中，扰流结构25以及静压测点26的具体位置的可以是设置于火焰筒外环容腔22，如此设置的有益效果在于，易于在燃烧室2内部布置，避免对进气的干扰，例如影响到头部旋流器17的流动，避免对燃烧室内火焰动态产生强扰动和激励而发生振荡燃烧。
参考5以及图6，在一实施例中，扰流结构25可以为杆结构，具体结构可以是，其扰流结构的水力直径d满足以下公式：
Figure BDA0002208822730000071
其中，fV为所述扰流结构的下游的涡脱落频率，应等于压气机的失速频率fS，Uref为所述扰流结构的上游的来流平均流速，或所述外环容腔的进口平均流速，对于航空发动机燃烧室而言，Uref的范围一般在0～40m之间；Sr为扰流结构下游的涡脱落机制的斯特劳哈尔数，为常数，对于特定的涡脱落机制，Sr一般为定值，例如冯-卡门涡街的斯特劳哈尔数约为0.2。
压气机的失速频率fS可以通过压气机试验、核心机试验或整机试验获取获取。图6给出的是扰流结构25的水力直径d的设计要求。对于压气机失速而言，失速频率fS一般为转子转频fN的0.5～0.8倍之间，即fS＝α·fN，其中α＝0.5～0.8；例如，物理转速为12000rpm时，压气机失速频率fS在100Hz～160Hz(0.5倍频～0.8倍频)范围；实际的压气机失速频率fS可通过试验获取，从而获取α值。图6中两条“虚线-斜直线”，代表压气机失速频率fS随物理转速变化的特性线，α越大，则相同物理转速下，fS越高。
具体而言，图6中两条竖直点划线所包含的转速区域为压气机进喘前的失速区域，该区域可通过压气机试验、核心机试验或整机试验获取；该区域内的压气机失速频率fS是扰流结构25的下游的涡脱落频率fV的设计目标频率。由于扰流结构25下游可形成的涡脱落的斯特劳哈尔数Sr为可通过大涡模拟计算得出，即斯特劳哈尔数Sr为已知的常数，若压气机失速频率为fS＝0.5fN，则需要将扰流杆结构25的水力直径d设计为d＝d1，使得扰流杆结构25下游涡脱落频率fV的特性线(图6中的“点划曲线”)在两条竖直点划线所包含的转速区域内与区域内的压气机失速频率fS相交(或尽量逼近)；同理地，若压气机失速频率为fS＝0.8fN，则需要将扰流杆结构25的水力直径d设计为d＝d2。类似地，对于fS＝α·fN，其中α＝0.5～0.8，试验得到α值，即可对应得到扰流结构的水力直径。另外，考虑到扰流结构25的水力直径d可能对涡脱落的斯特劳哈尔数Sr的影响，可以通过试验或大涡模拟计算得出，通过几轮迭代，获取合适的水力直径d。
另外，考虑到发动机的运转工况范围宽，压气机易失速进喘的转速区域可能有若干个，可以设置多个扰流结构25，以覆盖所有的失速区，因此，可根据实际情况，布置至少一个的扰流结构25，各扰流结构25的水力直径d需根据不同失速区的失速频率fS进行设计，以发覆盖所有发动机的失速区。
参考图4、图5以及图7，在一个或多个实施例中，静压测点26的位置的例子可以是静压测点26位于扰流结构25的下游的第一位置，即图5中所示的距离L处，如图7所示，第一位置的压力脉动的共振值p′B与第一位置的压力脉动的非共振值的压力脉动p′A的差值大于进气流路内其余位置对应的压力脉动差值。其有益效果在于，可以使得信号具有较好的可靠性。其原理如下：
未发生共振时，静压测点26获取的时序信号为
Figure BDA0002208822730000081
发生共振时，静压测点26获取的时序信号为
Figure BDA0002208822730000082
其中
Figure BDA0002208822730000083
为当地平均压力，t为时间。由于共振时，p′B＞p′A，因此，信号p26的波动会增强。可参考图7，曲线28为失速与涡脱落未发生流体共振时，扰流结构25下游局部压力脉动p′的幅值沿流向的分布；曲线29为失速与涡脱落发生流体共振时，扰流结构25下游局部压力脉动p′的幅值沿流向的分布；共振发生时，扰流结构25下游相同位置处的局部压力脉动p′的幅值要比未发生共振时的要大。曲线28和曲线29可通过试验或大涡模拟的方法获取。从图7可以看出，当扰流结构25与静压测点26的距离S太小时，即使未发生共振，p′A本身就很大，即此时压力脉动的非共振值也很大，此时静压测点测得的压力信号p26的波动也很大，导致算法困难的问题。在满足距离S为L的第一位置，压力脉动的共振值p′B与第一位置的压力脉动的非共振值的压力脉动p′A的差值最大，保证了信号的可靠，也使得监测失速的算法相对简单。
从上述介绍以及结合图8，压气机失速的监测方法的步骤可以包括：
步骤A：采集燃烧室火焰筒的进气静压，该静压受涡脱落的影响；
结合图4以及图5，在一实施例中，在步骤A，采集燃烧室火焰筒的发生涡脱落的进气的静压为在火焰筒外环容腔22设置扰流结构25以及静压测点26，使得沿流路19的进气在火焰筒外环容腔22经过扰流结构25后发生涡脱落，静压测点26测量的静压为火焰筒外环容腔静压，并采集测量的数据，但不以此为限。设置静压测点26的位置可以是，静压测点26于第一位置，所述第一位置的压力脉动的共振值与第一位置的压力脉动的非共振值的压力脉动差值大于进气流路内其余位置对应的压力脉动差值。扰流结构25优选地位于静压测点26的上游，并可使得进气经过扰流结构25后的涡脱落频率fV等于压气机的失速频率fS。可以理解到，可以在其它的空气流路如流路20、21设置扰流结构以在该流路发生涡脱落，并在流路的下游设置静压测点测静压等等。在一实施例中，可以通过监测装置的信号采集模块采集燃烧室火焰筒的发生涡脱落的进气的静压，其采集步骤具体可以包括，通过压力传感器感测静压值，并转为模拟电信号，模拟电信号通过模/数转换器，转变为数字信号，输入至监测装置的分析判断模块中。其采集步骤具体可以包括，通过压力传感器感测静压值，并转为模拟电信号，模拟电信号通过模/数转换器，转变为数字信号，输入至监测装置的分析判断模块中。
步骤B：根据所述火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值
具体地，在一实施例中，继续参考图6，根据采集的燃烧室外环容腔22的进气静压P26，输入分析判断模块的数字信号中，分析判断模块先对数字信号进行低通滤波，去除噪声；接着对去噪信号进行计算处理得到进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态。压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值，具体地可以通过设计扰流结构的结构参数使得进气经过扰流结构后的涡脱落频率等于压气机的失速频率。根据相对于阈值的大小，进气静压的压力脉动值可以对应比较多个值，例如从小到大对应比较第一值、第二值……第N值直至与压力脉动阈值相等等，例如当进气静压的压力脉动小于第一值，则判断为无失速风险，当进气静压的压力脉动大于第一值小于第二值，则判断为小概率处于失速状态，以此类推，进气静压的压力脉动越接近压力脉动阈值，则判断处于失速状态的概率越大。本领域技术人员可以理解到，可以通过核心机试验等试验手段得到多个核心机工况以及多个核心机转速值对应的发生压气机失速(或压气机易失速进喘的转速区域)的多个所述压力脉动阈值的数据，输入数据库中，供监控装置的分析判断模块调取，以实现快速自动判断。
参考图8，在具有压气机失速的监测装置以及气流通道设置有扰流结构以及静压测点的燃烧室的燃气轮机中，一旦判断压气机大概率处于失速状态，则燃气轮机的控制系统指令作动机构进行作动，使得压气机摆脱失速状态，发动机工作线离开失速区域进入稳定工作区，作动机构的作动可以包括调节可调静子叶片(Variable Stator Vane,VSV)的转动角度；调节瞬时放气活门(Transient Bleeding Valve,TBV)的放气量,或调节燃油活门的燃油供给流量等一种或多种作动的组合。
可以理解到，上述监测方法的实施例对应的监测装置可以是计算机、服务器、智能移动设备、虚拟现实设备、增强现实设备等。监测装置可以包括处理器和计算机可读存储介质。处理器可以执行存储于计算机可读存储介质中的指令，以实现执行根据采集的燃烧室火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值的步骤。在一些实施例中，处理器可以包括至少一个硬件处理器，例如，微控制器、微处理器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、物理处理器(PPU)、单片机、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、先进精简指令集系统(ARM)、可编程逻辑设备(PLD)、能够执行至少一个功能的任何电路或处理器等，或其任何组合。
计算机可读存储介质可以存储计算机可读指令和/或数据。计算机可读存储介质可以包括内存和存储器。内存可以易失性地存储计算机可读指令和/或数据，例如可以存储监测方法的分析判断指令，根据所述火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态。内存可以为易失性读写存储器，例如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)。内存例如可以包括动态RAM(DRAM)、双倍数据传输率同步动态RAM(DDRSDRAM)、静态RAM(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)、零电容RAM(Z-RAM)等。
存储器可以非易失性地存储计算机可读指令和/或数据，例如可以存储监测方法的分析判断指令，根据所述火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态等。存储器可以包括大容量存储器、可移动存储器、只读存储器(ROM)等，或其任何组合。示例性的大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态驱动器等。示例性的可移动存储器可以包括闪存盘、软盘、光盘、存储卡、压缩盘、磁带等。示例性的ROM可以包括掩模型ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘ROM(CD-ROM)、数字通用盘ROM等。在一些实施例中，存储器可以在云平台上实现。仅作为示例，所述云平台可以包括私有云、公共云、混合云、分布式云、跨云、多云等，或其任何组合。而计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质、或任何上述介质的组合。
本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、VisualBasic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。
例如，上述的压气机失速的监测装置，可以集成于燃气轮机的机载控制单元，也可以集成于外部的测试系统，外部的测试系统可以无线或有线与燃气轮机连接。监测到的压气机失速的信号以及数据，可输出至数据显示装置或数据记录装置，以供燃气轮机研发测试工作者进一步改进发动机，或是给燃气轮机的操作者提供压气机失速的信息反馈，以帮助其及时处置压气机失速的情况。也可以输出至燃气轮机的机载控制单元，实现对于压气机失速的闭环控制。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种压气机失速的监测方法，其特征在于，包括
采集燃烧室火焰筒的进气静压，该静压受涡脱落的影响；
根据所述火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值。
2.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述燃烧室火焰筒的进气静压包括火焰筒外环容腔静压。
3.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，设置测量进气静压的静压测点于第一位置，所述第一位置的压力脉动的共振值与第一位置的压力脉动的非共振值的压力脉动差值大于进气流路内其余位置对应的压力脉动差值。
4.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，于测量进气静压的静压测点的上游设置扰流结构，使得进气经过扰流结构后的涡脱落频率等于压气机的失速频率。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时，执行以下步骤：
根据采集的燃烧室火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值。
6.一种压气机失速的监测装置，其特征在于，包括处理器以及如权利要求5所述的计算机可读存储介质。
7.一种压气机失速的监测装置，其特征在于，包括：
信号采集模块，所述信号采集模块至少采集燃烧室火焰筒的进气静压；
分析判断模块，根据所述火焰筒的进气静压，比较所述进气静压的压力脉动与对应的压力脉动阈值，判断压气机的失速状态；所述压力脉动阈值包括所述压力脉动的共振值，所述共振值为静压测点区域流体的涡脱落频率与压气机的失速频率相等发生流体共振的压力脉动值。
8.如权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述信号采集模块包括感测静压值并转化为模拟电信号的压力传感器以及将所述模拟电信号转化为数字信号的模/数转换器，所述数字信号输出至所述分析判断模块。
9.如权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置包括数据库，所述数据库储存有多个核心机工况以及多个核心机转速值对应的发生压气机失速的多个所述压力脉动阈值，所述分析判断模块调取所述阈值进行所述进气静压的压力脉动与对应的所述压力脉动阈值比较。
10.一种燃烧室，具有气流通道，供空气进入火焰筒，其特征在于，所述气流通道设置有：
扰流结构，使得气流经过该扰流结构发生涡脱落,涡脱落的频率等于压气机的失速频率；以及
静压测点，所述静压测点位于所述扰流结构的下游。
11.如权利要求10所述的燃烧室，其特征在于，所述气流通道包括火焰筒外环容腔，其设置有所述扰流结构以及静压测点。
12.如权利要求11所述的燃烧室，其特征在于，所述扰流结构的水力直径d满足以下公式：
Figure FDA0003949728770000021
其中，fV为所述扰流结构的下游的涡脱落频率，Uref为所述扰流结构的上游的来流平均流速，或所述外环容腔的进口平均流速，Sr为扰流结构下游的涡脱落机制的斯特劳哈尔数，为常数。
13.如权利要求12所述的燃烧室，其特征在于，所述静压测点位于所述扰流结构的下游的第一位置，所述第一位置的压力脉动的共振值与第一位置的压力脉动的非共振值的压力脉动差值大于进气流路内其余位置对应的压力脉动差值。
14.一种燃气轮机，其特征在于，包括压气机、如权利要求6-9任意一项所述的压气机失速的监测装置以及如权利要求10-13任意一项所述的燃烧室。
15.如权利要求14所述的燃气轮机，其特征在于，还包括控制系统以及作动机构，当所述监测装置监测压气机处于失速状态，所述控制系统指令作动机构进行作动，使得压气机摆脱所述失速状态；其中，
所述作动机构的作动包括以下之一或者组合：
调节可调静子叶片的转动角度；
调节瞬态放气活门的放气量；
调节燃油活门的燃油供给流量。
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