CN114563191B - 压气机试验可调静叶组件的调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的在于提供一种压气机试验可调静叶组件的调节方法，采用该方法能够保证压气机可调静叶优化试验的安全、稳定、可靠地运行。为实现前述一个目的的压气机试验可调静叶组件的调节方法包括：在控制系统中预设压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系；在控制系统中预设压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系；提供作动组件，作动组件根据控制系统调节可调静叶的角位移量；在试验中，控制系统根据前述关系得到对应试验转速的目标角位移调节速率；随后，指令作动组件以目标角位移调节速率对可调静叶调节至目标角位移调节量。

Description

压气机试验可调静叶组件的调节方法

技术领域

本发明涉及压气机试验领域，尤其涉及一种压气机试验可调静叶组件的调节方法。

背景技术

压气机，以燃气涡轮发动机中的轴流式高压压气机为例，轴流式高压压气机试验件一般采用多级独立可调静叶。例如在压气机试验的性能优化试验中，通过调节单级或匹配不同级的静叶角度关系，实现高压压气机效率或喘振裕度的提升。高压压气机中可调静叶角度与其流量、压比、效率等参数密切相关。在压气机试验中，升降转时为防止可调静叶角度偏差引发喘振，要求各级可调静叶按照设计规律随转速跟随调节。

对于可调静叶优化试验，其是通过逐级优化的方法，探寻各级可调静叶最佳角度范围。此外，为了模拟发动机中可调静叶作动规律，还需开展可调静叶联动调节试验，确定可调静叶角度在一定偏差范围内不会导致压气机喘振，满足设计裕度的要求。

然而发明人发现，对于现有压气机试验中可调静叶的调节、控制还存在如下问题：

1)压气机升降转过程中，可调静叶角度未跟随转速实时调节，而是可调静叶角度与转速交替控制。当试验发生异常需紧急停车时，可调静叶调节角度与速率需人工预判调节，控制精度低且跟随不及时，容易导致压气机发生喘振。

2)现有的可调静叶调节方法大多是通过逐级调节来模拟联调，忽视了多级联动调节影响，无法有效支撑多级可调静叶角度联调试验。

3)当前压气机试验大多采用一个角位移传感器测量角度，当角位移传感器松脱或联轴器卡涩时，可调静叶角度反馈值无法跟随目标值调节，闭环控制中液压油压力会不断增加，易造成作动机构机械损坏。

4)对于单级配置多个角位移传感器情况，通常将多个测量结果的平均值作为反馈值，当一个角位移传感器反馈异常时，该错误反馈值会影响可调静叶调节，从而影响试验结果有效性。

故亟需一种压气机试验可调静叶组件的调节方法，以保证压气机可调静叶优化试验的安全、稳定、可靠地运行。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种压气机试验可调静叶组件的调节方法，采用该方法能够保证压气机可调静叶优化试验的安全、稳定、可靠地运行。

为实现前述一个目的的压气机试验可调静叶组件的调节方法，用于对压气机试验中的可调静叶进行调节，包括：

提供控制系统；

在所述控制系统中预设压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系；

在所述控制系统中预设压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系；

提供作动组件，所述作动组件根据所述控制系统调节所述可调静叶的角位移量；

在试验中，所述控制系统根据所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系得到对应试验转速的目标角位移调节量，以及根据所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系得到对应试验转速的目标角位移调节速率；

指令所述作动组件以目标角位移调节速率对所述可调静叶调节至目标角位移调节量。

在一个或多个实施方式中，所述作动组件包括液压驱动单元、伺服调节阀以及液压作动筒，所述液压作动筒中具有活塞，所述可调静叶与所述活塞连接；

所述控制系统包括控制单元以及执行单元，所述控制单元中预设有压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系以及压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系；

所述执行单元根据所述控制单元的指令，通过所述伺服调节阀调节向所述液压作动筒提供液体的流向以及流量，以调节所述活塞的移动方向以及移动速率。

在一个或多个实施方式中，所述方法还包括：

对应每一级所述可调静叶提供至少一个角位移检测单元，所述角位移检测单元检测每一级所述可调静叶的实时角位移量，并反馈给所述控制系统；

在所述控制系统中预设可调静叶角位移量的上限值以及下限值；

判断所述目标角位移调节量是否位于所述上限值与所述下限值之间，若判断结果为否，则调节所述可调静叶的角位移量至所述上限值或所述下限值，若判断结果为是，则调节所述实时角位移量至所述目标角位移调节量。

在一个或多个实施方式中，所述方法还包括：

在所述控制系统中预设第一阈值，所述第一阈值为各级可调静叶目标角位移量与实时角位移量之间差值上限值的绝对值；

计算第一差值，所述第一差值为试验中所述各级可调静叶目标角位移量与实时角位移量之间差值的绝对值；

判断所述第一差值是否超过所述第一阈值，若判断结果为是，则所述控制系统控制并锁定各级可调静叶的位置。

在一个或多个实施方式中，所述对应每一级所述可调静叶提供多个角位移检测单元，所述调节方法还包括：

在所述控制系统中预设第二阈值，所述第二阈值为多个角位移检测单元所测数据的最大差值上限值的绝对值；

计算第二差值，所述第二差值为试验中多个角位移检测单元所测数据的最大差值的绝对值；

判断所述第二差值是否超过所述二阈值，若判断结果为是，则所述控制系统控制并锁定各级可调静叶的位置。

在一个或多个实施方式中，若试验中所述压气机转速无对应的所述各级可调静叶角位移量，实际的各级可调静叶角位移量根据接近该转速的插值计算获得。

在一个或多个实施方式中，所述调节方法还包括：

选择是否为自输入方式：

若判断结果为否，则所述控制系统根据所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系，以及所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系，调节所述作动组件对所述可调静叶的角位移调节量以及角位移调节速率；

若判断结果为是，则提供一个角度输入值，所述控制系统根据所述角度输入值以及所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系，调节所述作动组件对所述可调静叶的角位移调节量以及角位移调节速率。

在一个或多个实施方式中，所述调节方法还包括：

选择是否为自输入联动调节方式：

若判断结果为是，则所述控制系统根据所述角度输入值，依据预设压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系对各级可调静叶进行联动角位移量调节；

若判断结果为否，则对应每一级可调静提供一个角度输入值，所述控制系统根据所述角度输入值以及所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系，调节所述作动组件对所述可调静叶的角位移调节量以及角位移调节速率。

本发明的进步效果包括以下之一或组合：

1)通过预先设定不同转速与各级可调静叶角度一一对应关系，能够实现压气机试验升降转过程中，多级可调静叶随转速自动调节，调节精度高，跟随性好，可提高试验效率与可靠性，同时根据不同试验件紧急停车速率计算，系统中设定各级可调静叶作动速率，可防止发生升降转速率大而可调静叶跟随不及时问题；

2)通过在控制系统中设定调节上限/下限角度，可保障可调静叶5的调节处于安全范围，防止误操作，保障试验安全；

3)通过设定反馈值与目标值最大跟随角度差，能够实时对可调静叶5的状态进行监控，实现了对可调静叶5的调节异常的早发现，当出现作动机构失效或机械卡涩等问题时，将可调静叶锁定在当前位置，防止进一步破坏；

4)对于压气机单级可调静叶安装多个角位移传感器情况，通过设定各角位移传感器测量角度差，可快速识别传感器反馈异常，当某一角位移传感器角度异常时，与其它传感器反馈值差值超过设定传感器角度偏差，将可调静叶锁定在当前位置，杜绝因反馈值滞后液压油持续增压导致的结构破坏，还可防止喘振时可调静叶偏离过大问题。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

如图1示出了本调节方法一个实施方式下的流程示意图；

图2示意性示出了用于实现本调节方法的调节机构一个实施方式下的示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。另外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，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。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

为能够保证压气机可调静叶优化试验的安全、稳定、可靠地运行，本发明提供了一种压气机试验可调静叶组件的调节方法，其用于对压气机试验中的可调静叶进行调节。其中，如图1示出了本调节方法一个实施方式下的流程示意图，图2示意性示出了用于实现本调节方法的调节机构一个实施方式下的示意图。

如图2所示，可调静叶组件的调节机构包括可调静子叶片5以及液压作动筒3，可调静叶5通过液压作动筒3驱动发生角位移。在液压作动筒3中可以具有活塞31，活塞31将作动筒内部分为第一腔室B以及第二腔室A。其中，活塞31可以通过如摇杆等结构与可调静叶5相连接，以实现将活塞31的线性运动转化为静子叶片5的角向运动，具体的结构为现有技术中已经成熟的方式，在此不多赘述。

可调静叶组件的调节机构还包括控制系统1、伺服调节阀2以及液压驱动单元4，液压驱动单元4由控制系统1控制以通过油路6向液压作动筒3供油压力/流量，从而驱动可调静叶5。其中，控制系统1可以包括控制单元11以及执行单元12，该控制单元11可以是上位机，上位机为本领域所泛指的可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC/host computer/master computer/upper computer。而执行单元12可以是PLC，执行单元12根据控制单元11的指令，通过伺服调节阀2调节向液压作动筒3提供液体的流向以及流量，以调节所述活塞的移动方向以及移动速率。其中，对于流量的调节是通过控制伺服调节阀 2的开度来实现。伺服调节阀2可以是如图2中所示的三位四通阀，液压驱动单元4通过第一旁路61以及第二旁路62经过该三位四通阀后与分别与第一腔室B以及第二腔室A相连通，通过执行单元12控制三位四通阀在流路中的位置，以启闭第一旁路61和/或第二旁路62，从而控制油路流入至第一腔室B或第二腔室A中，从而实现对于驱动活塞31在液压作动筒3内的线性运动。

请继续参见图1，在本压气机试验可调静叶组件的调节方法的一个实施方式中，调节方法包括：

提供如前所述的可调静叶组件的调节机构，该调节机构包括如前所述的控制系统1以及作动组件，作动单元包括如前所述的液压驱动单元4、液压作动筒3以及伺服调节阀2。

S101：在控制系统中预设压气机转速与各级可调静叶5角位移量的对应关系，具体来说，其可以是通过多次试验中得到的压气机转速与各级可调静叶5 角位移量的对应关系汇总后得到。可以理解的是，文中所指的压气机转速是指可调静叶5优化试验中，转子的转速。

S102：在控制系统中预设压气机转速与各级可调静叶5角位移作动速率的对应关系，与前述类似，其也可以是通过在多次试验中得到的压气机转速与各级可调静叶5角位移作动速率的对应关系汇总后得到。

在试验中，控制系统根据所预设的压气机转速与各级可调静叶5角位移量的对应关系得到对应试验转速的目标角位移调节量，并根据所预设的压气机转速与各级可调静叶角5位移作动速率的对应关系得到对应试验转速的目标角位移调节速率。

随后，S103：控制系统指令作动组件以目标角位移调节速率将可调静叶5 调节至目标角位移调节量。

具体来说，在步骤S103中，控制系统1中的执行单元12依据所预设的压气机转速与各级可调静叶5角位移量、以及与各级可调静叶角5位移作动速率的对应关系来控制伺服调节阀2的开度以及位置，从而调节驱动活塞31在液压作动筒3内线性运动的方向以及速率，从而体现为可调静叶5角向运动的位移量以及位移速率。

通过预先设定不同转速与各级可调静叶5角度一一对应关系，能够实现压气机试验升降转过程中，多级可调静叶5随转速自动调节，调节精度高，跟随性好，可提高试验效率与可靠性，同时根据不同试验件紧急停车速率计算，系统中设定各级可调静叶5作动速率，可防止发生升降转速率大而可调静叶5跟随不及时问题。

在压气机试验可调静叶5组件的调节方法的一个实施方式中，对应每一级可调静叶5提供至少一个角位移检测单元7，该角位移检测单元7能够检测对应的每一级可调静叶5的实时角位移量，并将该实时角位移量反馈给所述控制系统。

其中，本调节方法还包括：

S104：预设可调静叶角位移量的上限值θmax以及下限值θmin；

S105：判断所述目标角位移调节量是否位于上限值θmax以及下限值θmin 之间，若判断结果为否，则执行S106：调节可调静叶的角位移量至上限值θmax 或下限值θmin，若判断结果为否，则执行S103：调节实时角位移量至目标角位移调节量。

通过在控制系统中设定调节上限/下限角度，可保障可调静叶5的调节处于安全范围，防止误操作，保障试验安全。

在压气机试验可调静叶组件的调节方法的一个实施方式中，本调节方法还包括：

S107：在控制系统中预设第一阈值α，该第一阈值α为各级可调静叶5目标角位移量与实时角位移量之间差值上限值的绝对值，即系统中设定允许可调静叶5目标角位移量与实时角位移量之间所存在差值的最大值。

计算第一差值，该第一差值为试验中各级可调静叶5目标角位移量与实时角位移量之间差值的绝对值；

S108：判断第一差值是否超过第一阈值α，若判断结果为是，则执行S109：控制系统1控制并锁定各级可调静叶5的位置。即通过控制系统1将伺服调节阀2移动至截止状态，以将各级可调静叶5在该位置锁定。若判断结果为否，则继续后续执行S103。

通过设定反馈值与目标值最大跟随角度差，能够实时对可调静叶5的状态进行监控，实现了对可调静叶5的调节异常的早发现，当出现作动机构失效或机械卡涩等问题时，将可调静叶5锁定在当前位置，防止进一步破坏。

在压气机试验可调静叶组件的调节方法的一个实施方式中，对应每一级可调静叶5均提供有多个角位移检测单元7，本调节方法还包括：

S110：在控制系统中预设第二阈值β，该第二阈值β为多个角位移检测单元7所测数据的最大差值上限值的绝对值，即在系统中预设所允许的多个角位移检测单元7所检测得到值的误差。

计算第一差值，该第二差值为实际试验中多个角位移检测单元7所测数据的最大差值的绝对值，即各多个角位移检测单元7所检测得到的最大值减去最小值。

S108：判断第二差值是否超过第二阈值β，若判断结果为是，则执行S109：控制系统1控制并锁定各级可调静叶5的位置。即通过控制系统1将伺服调节阀2移动至截止状态，以将各级可调静叶5在该位置锁定。若判断结果为否，则继续后续执行S103。

在一个实施方式中，步骤S108中的判断第一差值是否超过第一阈值α以及判断第二差值是否超过第二阈值β步骤是同步地进行，也可以先后进行。

在一个实施方式中，角位移检测单元7为角位移传感器。

对于压气机单级可调静叶5安装多个角位移传感器情况，通过设定各角位移传感器测量角度差，可快速识别传感器反馈异常，当某一角位移传感器角度异常时，与其它传感器反馈值差值超过设定传感器角度偏差，将可调静叶5锁定在当前位置，杜绝因反馈值滞后液压油持续增压导致的结构破坏，还可防止喘振时可调静叶5偏离过大问题。

在压气机试验可调静叶组件的调节方法的一个实施方式中，若试验中的压气机转速无对应的各级可调静叶5角位移量，则际的各级可调静叶5角位移量可以根据接近该转速的插值计算获得。

在压气机试验可调静叶组件的调节方法的一个实施方式中，本调节方法还包括：

S111：选择是否为自输入方式；

若判断结果为否，则继续执行S112，按照转速－角度配置作动，即按照所预设的压气机转速与各级可调静叶5角位移量的对应关系，以及所预设的压气机转速与各级可调静叶5角位移作动速率的对应关系，调节所述作动组件对所述可调静叶5的角位移调节量以及角位移调节速率；

若判断结果为是，则执行S113：提供一个角度输入值，并按照设定角度调节可调静叶5。同时控制系统根据所述角度输入值以及所预设的压气机转速与各级可调静叶5角位移作动速率的对应关系，指令作动组件对其余各级可调静叶5的角位移调节量以及角位移调节速率进行调节。

在压气机试验可调静叶组件的调节方法的一个实施方式中，本调节方法还包括：

S114：选择是否为自输入联动调节方式；

若判断结果为是，则执行S113；

若判断结果为否，则执行S115：对应每一级可调静叶5提供一个角度输入值。随后，控制系统根据角度输入值以及所预设的压气机转速与各级可调静叶5角位移作动速率的对应关系，调节作动组件对可调静叶5的角位移调节量以及角位移调节速率。

通过设置手动单级调节可满足可调静叶逐级优化需要，该模式下通过预先设置各级可调静叶角度，启动多级可调静叶快速调节至任意目标角度功能，一键作动调节，可开展压气机试验中多级可调静叶不同联动规律调节试验科目，响应速率快，可大幅缩短试验时长，降低试验成本。

综上，本压气机试验可调静叶组件的调节方法能够通过预先设定不同转速与各级可调静叶角度一一对应关系，能够实现压气机试验升降转过程中，多级可调静叶随转速自动调节，调节精度高，跟随性好，可提高试验效率与可靠性，同时根据不同试验件紧急停车速率计算，系统中设定各级可调静叶作动速率，可防止发生升降转速率大而可调静叶跟随不及时问题，同时通过在控制系统中设定调节上限/下限角度，可保障可调静叶5的调节处于安全范围，防止误操作，保障试验安全。

在保证可调静叶转动过程中的安全方面，通过设定反馈值与目标值最大跟随角度差，能够实时对可调静叶5的状态进行监控，实现了对可调静叶5 的调节异常的早发现，当出现作动机构失效或机械卡涩等问题时，将可调静叶锁定在当前位置，防止进一步破坏。同时对于压气机单级可调静叶安装多个角位移传感器情况，通过设定各角位移传感器测量角度差，可快速识别传感器反馈异常，当某一角位移传感器角度异常时，与其它传感器反馈值差值超过设定传感器角度偏差，将可调静叶锁定在当前位置，杜绝因反馈值滞后液压油持续增压导致的结构破坏，还可防止喘振时可调静叶偏离过大问题。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种压气机试验可调静叶组件的调节方法，用于对压气机试验中的可调静叶进行调节，其特征在于，包括：

提供控制系统；

在所述控制系统中预设压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系；

在所述控制系统中预设压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系；

提供作动组件，所述作动组件根据所述控制系统调节所述可调静叶的角位移量；

在试验中，所述控制系统根据所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系得到对应试验转速的目标角位移调节量，以及根据所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系得到对应试验转速的目标角位移调节速率；

指令所述作动组件以目标角位移调节速率对所述可调静叶调节至目标角位移调节量；

其中，对应每一级所述可调静叶提供至少一个角位移检测单元，所述角位移检测单元检测每一级所述可调静叶的实时角位移量，并反馈给所述控制系统；

在所述控制系统中预设可调静叶角位移量的上限值以及下限值；

判断所述目标角位移调节量是否位于所述上限值与所述下限值之间，若判断结果为否，则调节所述可调静叶的角位移量至所述上限值或所述下限值，若判断结果为是，则调节所述实时角位移量至所述目标角位移调节量；

在所述控制系统中预设第一阈值，所述第一阈值为各级可调静叶目标角位移量与实时角位移量之间差值上限值的绝对值；

计算第一差值，所述第一差值为试验中所述各级可调静叶目标角位移量与实时角位移量之间差值的绝对值；

判断所述第一差值是否超过所述第一阈值，若判断结果为是，则所述控制系统控制并锁定各级可调静叶的位置。

2.如权利要求1所述的压气机试验可调静叶组件的调节方法，其特征在于，所述作动组件包括液压驱动单元、伺服调节阀以及液压作动筒，所述液压作动筒中具有活塞，所述可调静叶与所述活塞连接；

所述控制系统包括控制单元以及执行单元，所述控制单元中预设有压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系以及压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系；

所述执行单元根据所述控制单元的指令，通过所述伺服调节阀调节向所述液压作动筒提供液体的流向以及流量，以调节所述活塞的移动方向以及移动速率。

3.如权利要求1所述的压气机试验可调静叶组件的调节方法，其特征在于，所述对应每一级所述可调静叶提供多个角位移检测单元，所述调节方法还包括：

在所述控制系统中预设第二阈值，所述第二阈值为多个角位移检测单元所测数据的最大差值上限值的绝对值；

计算第二差值，所述第二差值为试验中多个角位移检测单元所测数据的最大差值的绝对值；

判断所述第二差值是否超过所述二阈值，若判断结果为是，则所述控制系统控制并锁定各级可调静叶的位置。

4.如权利要求1所述的压气机试验可调静叶组件的调节方法，其特征在于，若试验中所述压气机转速无对应的所述各级可调静叶角位移量，实际的各级可调静叶角位移量根据接近该转速的插值计算获得。

5.如权利要求1所述的压气机试验可调静叶组件的调节方法，其特征在于，所述调节方法还包括：

选择是否为自输入方式：

若判断结果为否，则所述控制系统根据所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系，以及所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系，调节所述作动组件对所述可调静叶的角位移调节量以及角位移调节速率；

若判断结果为是，则提供一个角度输入值，所述控制系统根据所述角度输入值以及所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系，调节所述作动组件对所述可调静叶的角位移调节量以及角位移调节速率。

6.如权利要求5所述的压气机试验可调静叶组件的调节方法，其特征在于，所述调节方法还包括：

选择是否为自输入联动调节方式：

若判断结果为是，则所述控制系统根据所述角度输入值，依据预设压气机转速与各级可调静叶角位移量的对应关系对各级可调静叶进行联动角位移量调节；

若判断结果为否，则对应每一级可调静提供一个角度输入值，所述控制系统根据所述角度输入值以及所预设的压气机转速与各级可调静叶角位移作动速率的对应关系，调节所述作动组件对所述可调静叶的角位移调节量以及角位移调节速率。