WO2009041851A1 - Method for monitoring the operating modes of a compressor and a device for carrying out said method - Google Patents

Method for monitoring the operating modes of a compressor and a device for carrying out said method Download PDF

Info

Publication number
WO2009041851A1
WO2009041851A1 PCT/RU2008/000257 RU2008000257W WO2009041851A1 WO 2009041851 A1 WO2009041851 A1 WO 2009041851A1 RU 2008000257 W RU2008000257 W RU 2008000257W WO 2009041851 A1 WO2009041851 A1 WO 2009041851A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compressor
impeller
pressure
pulsations
sensor
Prior art date
Application number
PCT/RU2008/000257
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Nataliya Nikolaevna Ledovskaya
Original Assignee
Central Institute Of Aviation Motors (Ciam)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central Institute Of Aviation Motors (Ciam) filed Critical Central Institute Of Aviation Motors (Ciam)
Publication of WO2009041851A1 publication Critical patent/WO2009041851A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02Surge control

Definitions

  • the invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, compressor engineering, and the operation of compressor systems, in particular, to their regulation and protection.
  • Pulsation sensors show that, simultaneously with a change in the high-frequency part of the spectrum, which can be manifested in an increase in the amplitudes of the harmonics of the repetition frequency of the blades A n i and its multiple frequencies: A P2 , A n s ... A n i, the pulsation spectrum changes in the frequency band from 0 to the blades repetition rate A n ]. In this case, the standard deviation of the pressure in this frequency region increases.
  • a further decrease in the flow rate leads to a redistribution of the pulsation energy in this frequency band to the low frequency region, which is manifested in a change in the ratio of the amplitudes of rotor harmonics with numbers from Ai to 0.5 A n i.
  • the occurrence of flow destabilization due to a decrease in flow rate, is accompanied by the appearance in the spectrum of harmonics in the frequency band 0 ... Ai at the frequency of the rotating stall, which indicates its (nucleation) occurrence.
  • the development of stalling phenomena with a decrease in flow rate after the initiation of a rotating stall leads to a decrease in the frequency of flow pulsations and the further development of a rotating stall and the occurrence of surging.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) spectral components of pressure pulsations, measured at least at two points along the circumferential direction of the turbocompressor flow path through which a control signal is generated, compared with a threshold value.
  • the frequencies of the spectral components are compared with the rotor speed, after which the amplitude-frequency characteristics, the frequency of which is a multiple of the rotor speed, are used as the first component of the control signal, and the phase shift between the spectral components not multiple of the rotor speed is used as the second signal component control, the received two-component control signal is then compared with a threshold value, which is a function of the rotor speed.
  • TT / V indicates the occurrence of a rotating stall
  • f bases
  • ⁇ Psekund - Shchasovj determine the shift of the mode of occurrence of a rotating stall relative to the base border by the ratio
  • patent RU Na 2246640, F04D 27/02, 07/22/2003 which consists in the fact that they are installed downstream of the throat of the interscapular channel of the straightening apparatus of the last stage of the nozzle compressor to measure the total and bottom pressures, measure the difference between the total and bottom pressures, determine the mathematical expectation of the bottom pressure from the averaging time 0.1–0.2 ⁇ p0c , where ⁇ is the percentage time constant of the controlled transient.
  • control signals are generated after the appearance of signs of the onset of loss of flow stability in the compressor, i.e. the beginning of the formation of a rotating stall in it, manifested in the spectrum in the form of harmonics at a frequency less than and not a multiple of the frequency of rotation of the impeller.
  • the formation of control signals requires a time comparable to the time of occurrence and existence of stall phenomena in the compressor, in particular a rotating stall. This creates the possibility of loss of gas-dynamic stability of the compressor.
  • the objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the compressor, ensuring the maintenance of its stable operation by correcting the operating mode in case of detection of a sign indicating the approach of the occurrence of a rotating stall.
  • a spectral analysis of pressure pulsations is carried out, and harmonic amplitudes are used as a control signal, the frequencies of which are a multiple of the frequency of rotation of the impeller of the compressor and do not exceed 0.5 of the repetition frequency of the blades of the impeller of the compressor.
  • a control signal is generated, it is compared with a threshold value, which prevents the appearance of signs of a rotating stall and surge.
  • the threshold value of the control signal is a function of the impeller speed and the reduced
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) axial flow velocity at the inlet, and is determined under conditions of stable operation of the compressor, to ensure recognition of its emergency state.
  • the inventive device for monitoring compressor operating modes comprises a full pressure pulsation sensor and a static pressure pulsation sensor, which are installed in the compressor flow path, a compressor impeller, a compressor impeller speed sensor, a digital recorder, a speed and peripheral speed determiner wheels, spectrum analyzer, determinant of flow parameters, data bank for preliminary tests at different speeds, analyzer, etc. comparing the measured and preliminary data, the shaper of the control signal.
  • a sensor for full pressure and pulsations of full pressure In front of the leading edge of the compressor impeller, a sensor for full pressure and pulsations of full pressure, and a sensor for static pressure and pulsations of static pressure are installed for synchronous, continuous measurement of total and static pressures and pulsations of full and static pressures at different speeds of rotation of the compressor impeller.
  • the outputs of the full pressure sensor and pulsation of the full pressure, the static pressure sensor and pulsation of static pressure, the speed sensor of the impeller of the compressor are connected to a digital recorder, which is connected to an analyzer that compares the measured and preliminary data.
  • the digital recorder Through the determinant of the rotational speed and peripheral speed of the impeller, the digital recorder is connected to a data bank for preliminary tests at different rotational speeds.
  • the digital recorder is connected through a spectrum analyzer and through a flow parameter determiner with a data bank according to preliminary
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) torture at different speeds.
  • the database of preliminary tests at different rotational speeds has feedback from the spectrum analyzer to ensure its continuous operation.
  • a digital recorder, a determinant of the rotational speed and peripheral speed of the impeller, a spectrum analyzer, a determinant of flow parameters and a database of preliminary tests at different rotational speeds have a direct connection with the analyzer, which compares the measured and preliminary data and recognizes its pre-disruptive state.
  • An analyzer comparing the measured and preliminary data and recognizing its pre-disruptive state is connected to a control signal shaper, where a compressor mode control signal is generated, which ensures its stable operating state.
  • the analyzer, which compares the measured and preliminary data and recognizes its pre-disruptive state has feedback from the spectrum analyzer, which, in the case of stable operation of the compressor, provides a signal to the spectrum analyzer to continue its operation.
  • measurements of the total pressure and pulsations of the total pressure, static pressure and pulsations of the static pressure are performed synchronously and continuously at different frequencies of rotation of the impeller of the compressor, and at the same time they are processed throughout its operation.
  • a spectral analysis of the measurement results is performed, compared with the results of preliminary tests. Based on a sample of harmonics amplitudes at frequencies that are multiple of the impeller rotation frequency, which are rotor harmonics, and do not exceed 0.5
  • the main flow parameters are determined:
  • Recognition of the compressor pre-failure state by the main flow parameters and the sample of rotor harmonic amplitudes provides the ability to fine-tune the inventive device to the parameters of a specific compressor, which increases the accuracy of determining the boundaries of stable operation of the compressor, and extends the compressor operating area with the highest efficiency values.
  • the performance of the claimed device is enhanced by the use of high-frequency sensors and a spectral analysis algorithm with short averaging periods.
  • the claimed device does not allow the occurrence of vibrations that occur in the scapular machine due to inhomogeneities that occur during the formation of a rotating stall.
  • Figure 1 presents a diagram of a device for monitoring the operating modes of the compressor.
  • Figure 2 presents the algorithm for implementing the method of monitoring the operating modes of the compressor according to the claimed device.
  • a device for monitoring compressor operating conditions shown in FIG. 1 comprises:
  • the elements of the device for monitoring the compressor operating modes are interconnected, as shown in figure 2, namely: sensor 1 of the total pressure and pulsations
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) full pressure and static pressure sensor 2 and static pressure pulsations are installed in front of the leading edge of the compressor impeller 3 for synchronous and continuous measurement of total and static pressure and their pulsations, while the outputs of sensor I 5 of sensor 2 are connected to a digital recorder 5, which records the measured values full and static pressures and their pulsation and forms temporary implementations.
  • the digital recorder 5 registers the readings of the sensor 4 of the rotational speed of the impeller 3 of the compressor.
  • the obtained temporary realizations from the digital recorder 5 are transferred to the determinant 6 of the rotational speed and peripheral speed of the impeller 3 of the compressor, to the spectrum analyzer 7 and the determinant 8 of the flow parameters.
  • the results of operation of the determinant 6 of the rotational speed and peripheral speed of the impeller of the compressor and the determinant 8 of the flow parameters, as well as the spectrum analyzer 7, which calculates the spectra of pressure pulsations, are transmitted to the input of the data bank 9 on preliminary tests at different rotational speeds.
  • the data bank 9 for preliminary tests at different rotational speeds has feedback with the spectrum analyzer 7, which, after the calculation of the spectra of pressure pulsations and transmission of a signal about it to the data bank 9, receives a command to continue the calculation of the spectra of pressure pulsations.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) plateau of harmonics whose frequencies are a multiple of the rotational speed of the impeller 3 of the compressor and do not exceed 0.5 the repetition frequency of the blades of its impeller. After that, they are compared with the data of preliminary tests. If the threshold value obtained from the data bank 9 on preliminary tests at different speeds of rotation of the impeller of the compressor is exceeded, the signal is transmitted to the shaper 11 of the control signal, where the control signal of the compressor operating mode is generated and it is transferred to a more favorable mode.
  • the inventive device for monitoring the operating modes of the compressor according to the claimed method works as follows.
  • the sensor 1 of the total pressure and pulsations of the total pressure and the sensor 2 of the static pressure and pulsations of the static pressure are placed at the compressor inlet in front of the leading edge of the compressor impeller 3, and the averaged flow and pulsation parameters are measured at different frequencies of rotation of the compressor impeller.
  • the sensor 4 rotational speed of the impeller of the compressor measure the frequency of its rotation.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the measured parameters P * and (P *) ', converted into electrical signals, are recorded using a digital recorder 5, where temporary realizations are formed, which are transmitted to the inputs of the determiner 6 of the speed and peripheral speed of the compressor impeller 3, a spectrum analyzer 7, and determinant 8 flow parameters.
  • the obtained values of the frequency of its rotation are transmitted to the spectrum analyzer 7 to calculate the spectral composition of the pulsations of static and total pressure.
  • the values of the peripheral speed from the determinant 6 of the speed of rotation and the peripheral speed of the impeller of the compressor are transmitted to the data bank 9 for preliminary tests at different frequencies of rotation of the impeller of the compressor.
  • Databank 9 is a program containing the values of the flow parameters and its pulsations obtained as a result of preliminary tests of the compressor at different speeds under conditions of its stable and unstable operation to select parameter values at the optimal characteristics points and near the stability boundary for the corresponding speed values and peripheral speed.
  • the data bank 9 has feedback with the spectrum analyzer 7, which allows, after transmitting data from the spectrum analyzer 7 to the data bank 9, to resume the operation of the spectrum analyzer 7 for calculating the pressure fluctuation spectra.
  • the spectrum analyzer 7 From the outputs of the determinant 6 of the rotational speed and peripheral speed of the compressor impeller, the spectrum analyzer 7, the determinant 8 of the flow parameters and the data bank 9 for preliminary tests at different rotational speeds of the compressor impeller 3, the data obtained using them are transmitted to the analyzer 10, which
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) compares the measured data and the data obtained during preliminary tests at the same impeller speed and reduced inlet flow rate.
  • An analyzer 10 comparing the measured and preliminary data has feedback with a spectrum analyzer 7, which, in the case of stable operation of the compressor, provides a signal to the spectrum analyzer 7 to continue its operation.
  • a control signal is generated in the control signal generator 11, which recognizes the compressor pre-failure state, for the formation of which harmonic amplitudes are used, at frequencies that are a multiple of the frequency of the impeller rotation and do not exceed 0.5 the repetition frequency of the working blades compressor wheels.
  • the inventive method of monitoring the compressor mode and the device for its implementation allow for stable operation of the compressor, since the control signal is generated in conditions of stable operation and does not allow signs of the occurrence of a rotating stall and surge.

Abstract

The invention relates to aircraft and compressor engineering. The inventive method for monitoring the operating modes of a compressor consists in measuring the pressure pulsation parameters and the rotor wheel rotation frequency, forming an operating mode control signal and in comparing said signal with a threshold value. The device comprises a sensor (1) for measuring the total pressure and the pulsations thereof, a sensor (2) for measuring the static pressure and the pulsations thereof, a digital recorder, a sensor (4) for measuring the rotor wheel (3) rotational frequency, an identifier (6) of the rotor wheel (3) rotational frequency and velocity, a spectrum analyser (7), a flow parameter identifier (8), a data bank (9), an analyser (10) and a control signal former (11). Said invention makes it possible to increase the compressor reliability, to maintain the operational stability thereof by adjusting the operating mode when the evidence of the approaching rotating stall is detected.

Description

СПОСОБ КОНТРОЛЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМПРЕССОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ METHOD FOR MONITORING COMPRESSOR OPERATING MODES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, ком- прессоростроения, и эксплуатации компрессорных систем, в частности, к их регулированию и защите.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, compressor engineering, and the operation of compressor systems, in particular, to their regulation and protection.
В системах, содержащих компрессор актуально обеспечение газодинамической устойчивости рабочего процесса при максимальной эффективности. Для этой цели осуществляется активный контроль и управление режимами работы компрессрной системы. Необходимость активного контроля обусловлена опасностью разрушения лопаточных машин из-за низкочастотных колебаний потока при потере устойчивости течения, будь то вращающийся срыв или помпаж. Рост требований к надежности компрессора и, соответственно к расширению диапазона его устойчивой работы, заставляет искать новые подходы к распознаванию предпомпажного и предсрывного состояния компрессора. На основании экспериментального исследования нестационарной структуры потока в компрессоре известно, что при уменьшении расхода воздуха через компрессор при одной и той же частоте вращения течение в рабочем колесе постепенно теряет устойчивость, т.е. происходит дестабилизация течения в межлопаточных каналах рабочего колеса компрессора. Первые признаки дестабилизации течения возникают при подходе к вращающемуся срыву, когда увеличиваются выше допустимых значений углы атаки на передние кромки лопаток в рабочем колесе. В этом случае происходит изменение пульсаций давления, измеряемых наIn systems containing a compressor, it is important to ensure the gas-dynamic stability of the working process at maximum efficiency. For this purpose, active monitoring and control of the compressor system operating modes is carried out. The need for active control is due to the danger of the destruction of blade machines due to low-frequency fluctuations in flow with loss of flow stability, whether it is a rotating stall or surge. An increase in the requirements for compressor reliability and, accordingly, for expanding the range of its stable operation, makes us look for new approaches to recognizing the pre-surge and premature compressor condition. Based on an experimental study of the unsteady flow structure in a compressor, it is known that when the air flow through the compressor decreases at the same speed, the flow in the impeller gradually loses stability, i.e. there is a destabilization of the flow in the interscapular channels of the compressor impeller. The first signs of destabilization of the flow occur when approaching a rotating stall, when the angles of attack on the leading edges of the blades in the impeller increase above acceptable values. In this case, there is a change in pressure pulsations measured on
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) стенке над рабочим колесом. Датчики пульсаций показывают, что одновременно с изменением высокочастотной части спектра, которое может проявляться в увеличении амплитуд гармоник частоты следования лопаток Ani и кратных ей частот: AП2, Anз ... Ani, происходит изменение спектра пульсаций в полосе частот от 0 до частоты следования лопаток An] . При этом возрастает среднеквадратичное отклонение давления в этой частотной области. Дальнейшее уменьшение расхода приводит к перераспределению энергии пульсаций в этой полосе частот в область низких частот, что проявляется в изменении соотношения амплитуд роторных гармоник с номерами от Ai до 0.5 Ani. Возникновение дестабилизации течения, в связи с уменьшением расхода, сопровождается появлением в спектре гармоники в полосе частот 0...Ai нa частоте вращающегося срыва, что свидетельствует о его (зарождении) возникновении. Развитие срывных явлений при уменьшении расхода после зарождения вращающегося срыва, приводит к понижению частотности пульсаций потока и дальнейшему развитию вращающегося срыва и возникновению помпажа. До настоящего времени схемы обнаружения и распознавания предпомпажного состояния компрессора строятся на основании предварительных испытаний с определением границы устойчивой работы по возникновению помпажа. В этом случае диапазон устойчивой работы определяется по расходу и граница устойчивости отодвигается от границы помпажа на 10% в большую сторону. В настоящее время появляются предложения по диагностированию предпомпажного состояния компрессора по возникновению вращающегося срыва.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) wall above the impeller. Pulsation sensors show that, simultaneously with a change in the high-frequency part of the spectrum, which can be manifested in an increase in the amplitudes of the harmonics of the repetition frequency of the blades A n i and its multiple frequencies: A P2 , A n s ... A n i, the pulsation spectrum changes in the frequency band from 0 to the blades repetition rate A n ]. In this case, the standard deviation of the pressure in this frequency region increases. A further decrease in the flow rate leads to a redistribution of the pulsation energy in this frequency band to the low frequency region, which is manifested in a change in the ratio of the amplitudes of rotor harmonics with numbers from Ai to 0.5 A n i. The occurrence of flow destabilization, due to a decrease in flow rate, is accompanied by the appearance in the spectrum of harmonics in the frequency band 0 ... Ai at the frequency of the rotating stall, which indicates its (nucleation) occurrence. The development of stalling phenomena with a decrease in flow rate after the initiation of a rotating stall leads to a decrease in the frequency of flow pulsations and the further development of a rotating stall and the occurrence of surging. To date, the detection and recognition schemes for the compressor’s pre-surge state are built on the basis of preliminary tests with the definition of the boundary of steady operation in the event of surge. In this case, the range of stable operation is determined by the flow rate and the stability margin is moved away from the surging margin by 10% upward. Currently, proposals are being made to diagnose the compressor's pre-surge state for the occurrence of a rotating stall.
Известен «Cпocoб стабилизации запаса газодинамической устойчивости турбокомпрессора)), патент RU Na 2098669, F04D 27/2 от 21.08.1995г., в котором в качестве параметра давления используютсяThe well-known “Method for stabilizing the gas-dynamic stability of a turbocompressor)), patent RU Na 2098669, F04D 27/2 of 08/21/1995, in which are used as a pressure parameter
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) спектральные составляющие пульсаций давления, измеряемого не менее чем в двух точках по окружному направлению проточной части турбокомпрессора по которым формируется сигнал управления, сравниваемый с пороговым значением. Частоты спектральных составляющих сравнивают с частотой вращения ротора, после чего амплитудно- частотные характеристики, частота которых является целократной частоте вращения ротора используется в качестве первой компоненты сигнала управления, а сдвиг фаз между спектральными составляющими, не кратными частоте вращения ротора, используют в качестве второй компоненты сигнала управления, полученный двухкомпонентный сигнал управления, затем сравнивают с пороговым значением, являющимся функцией частоты вращения ротора.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) spectral components of pressure pulsations, measured at least at two points along the circumferential direction of the turbocompressor flow path through which a control signal is generated, compared with a threshold value. The frequencies of the spectral components are compared with the rotor speed, after which the amplitude-frequency characteristics, the frequency of which is a multiple of the rotor speed, are used as the first component of the control signal, and the phase shift between the spectral components not multiple of the rotor speed is used as the second signal component control, the received two-component control signal is then compared with a threshold value, which is a function of the rotor speed.
Известен «Cпocoб регулирования режимов работы кoмпpeccopa», патент RU JY°2230939, F04D 27/02 от 24.04.2002г., заключающийся в измерении параметра колебаний давления в его проточной части и формировании сигналов управления, где предлагается в диапазоне возможных режимов работы компрессора определять в координатах газо-The well-known “Method for controlling operating modes of the compressor”, patent RU JY ° 2230939, F04D 27/02 of 04.24.2002, which consists in measuring the parameter of pressure fluctuations in its flow part and generating control signals, where it is proposed to determine in the range of possible compressor operation modes in gas coordinates
динамических характеристик (абсцисса) и (ордината) базовую гра-dynamic characteristics (abscissa) and (ordinate)
TT /V ницу возникновения вращающегося срыва бaз =f( баз), используя в качестве сигнала по вращающемуся срыву максимум автокорреляционной функции параметра колебаний давления, после чего через интервалTT / V indicates the occurrence of a rotating stall baz = f (bases), using the maximum of the autocorrelation function of the pressure fluctuation parameter as a signal for the rotating stall, and then after an interval
времени ( τ), который выбирают по условиям эксплуатации компрессора в диапазонеtime ( τ ), which is selected according to the operating conditions of the compressor in the range
~ Псекунд - Шчасовj определяют смещение режима возникновения вращающегося срыва относительно базовой границы по соотношению~ Psekund - Shchasovj determine the shift of the mode of occurrence of a rotating stall relative to the base border by the ratio
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Δосj =(Xi - αgаз (πj) и затем абсциссы точки рабочего режима и линии настройки систем противопомпажного регулирования и защиты, имевшие место при i - том вызове, смещают на величину Δαi =f(πi), соответствующую изменению запаса по помпажу, имевшему место при смещении Δαj.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Δosj = (Xi - αg al (πj) and then abscissa point operating mode and system configuration line antisurge control and protection, which occurred at i - that call, is displaced by an amount Δαi = f (πi), corresponding to a change in stall margin, who had place at offset Δαj.
Известен «Cпocoб контроля режимов работы компрессорной системы и устройство для его peaлизaции», патент RU Na 2246640, F04D 27/02, от 22.07.2003г., который заключается в том, что устанавливают по потоку в горле межлопаточного канала спрямляющего аппарата последней ступени компрессора насадок для измерения полного и донного давлений, измеряют величину разности между полным и донным давлениями, определяют величину математического ожидания донного давления по времени осреднения 0.1-0.2 τпp0ц , где τпpoц постоянная времени контролируемого переходного процесса.The well-known "Method of monitoring the operating conditions of the compressor system and device for its implementation", patent RU Na 2246640, F04D 27/02, 07/22/2003, which consists in the fact that they are installed downstream of the throat of the interscapular channel of the straightening apparatus of the last stage of the nozzle compressor to measure the total and bottom pressures, measure the difference between the total and bottom pressures, determine the mathematical expectation of the bottom pressure from the averaging time 0.1–0.2 τ p0c , where τ is the percentage time constant of the controlled transient.
Недостатком данных указанных технических решений является то, что сигналы управления формируются после появления признаков начала потери устойчивости течения в компрессоре, т.е. начала формирования в нем вращающегося срыва, проявляющихся в спектре в виде гармоник на частоте меньшей и не кратной частоте вращения рабочего колеса. На формирование сигналов управления требуется время, сопоставимое со временем возникновения и существования срывных явлений в компрессоре, в частности вращающегося срыва. Это создает возможность потери газодинамической устойчивости компрессора.The disadvantage of these technical solutions is that control signals are generated after the appearance of signs of the onset of loss of flow stability in the compressor, i.e. the beginning of the formation of a rotating stall in it, manifested in the spectrum in the form of harmonics at a frequency less than and not a multiple of the frequency of rotation of the impeller. The formation of control signals requires a time comparable to the time of occurrence and existence of stall phenomena in the compressor, in particular a rotating stall. This creates the possibility of loss of gas-dynamic stability of the compressor.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности компрессора, обеспечение поддержания его устойчивой работы путем коррекции режима работы в случае обнаружения признака, свидетельствующего о приближении возникновения вращающегося срыва.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the compressor, ensuring the maintenance of its stable operation by correcting the operating mode in case of detection of a sign indicating the approach of the occurrence of a rotating stall.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Технический результат достигается в заявляемом способе контроля режимов работы компрессора, заключающийся в том, что измеряют параметры пульсаций давления в его проточной части, измеряют частоту вращения рабочего колеса компрессора, формируют сигнал управления режимом работы компрессора и сравнивают его с пороговым значением, при этом в качестве параметра давления используют спектральные составляющие его пульсаций, а частоты спектральных составляющих сравнивают с частотой вращения рабочего колеса компрессора, после чего амплитудно-частотные характеристики спектральных составляющих, частота которых является целократной частоте вращения рабочего колеса компрессора, используют в качестве компоненты сигнала управления, причем на входе в компрессор перед передней кромкой его рабочего колеса синхронно и непрерывно на разных частотах вращения измеряют полное давление и пульсации полного давления, статическое давление и пульсации статического давления, и одновременно определяют основные параметры потока на входе:SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The technical result is achieved in the inventive method of controlling the compressor operating modes, which consists in measuring pressure pulsation parameters in its flow part, measuring the speed of the compressor impeller, generating a control signal for the compressor operating mode and comparing it with a threshold value, with pressure use the spectral components of its pulsations, and the frequencies of the spectral components are compared with the rotational speed of the impeller of the compressor, after which the amplitude -frequency characteristics of spectral components, the frequency of which is a multiple of the frequency of rotation of the impeller of the compressor, is used as a component of the control signal, and at the inlet of the compressor in front of the leading edge of its impeller synchronously and continuously at different rotation frequencies measure the total pressure and pulsation of the total pressure, static pressure and pulsations of static pressure, and at the same time determine the main parameters of the inlet flow:
- приведенную окружную скорость рабочего колеса U к пp;- reduced peripheral speed of the impeller U to p ;
- приведенную осевую скорость потока λвx.- reduced axial flow velocity λ in x .
Затем проводят спектральный анализ пульсаций давлений, а в качестве сигнала управления используют амплитуды гармоник, частоты которых целократны частоте вращения рабочего колеса компрессора и не превышают 0.5 частоты следования лопаток рабочего колеса компрессора. По значениям амплитуд и значениям основных параметров потока на входе в рабочее колесо -компрессора формируют сигнал управления, проводят его сравнение с пороговым значением, что обеспечивает предотвращение появления признаков возникновения вращающегося срыва и помпажа. Пороговое значение сигнала управления является функцией частоты вращения рабочего колеса и приведеннойThen, a spectral analysis of pressure pulsations is carried out, and harmonic amplitudes are used as a control signal, the frequencies of which are a multiple of the frequency of rotation of the impeller of the compressor and do not exceed 0.5 of the repetition frequency of the blades of the impeller of the compressor. Using the values of the amplitudes and the values of the main flow parameters at the inlet to the impeller of the compressor, a control signal is generated, it is compared with a threshold value, which prevents the appearance of signs of a rotating stall and surge. The threshold value of the control signal is a function of the impeller speed and the reduced
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) осевой скорости потока на входе, и определяется в условиях устойчивой работы компрессора, для обеспечения распознавания его пред- срывного состояния.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) axial flow velocity at the inlet, and is determined under conditions of stable operation of the compressor, to ensure recognition of its emergency state.
Заявляемое устройство для контроля режимов работы компрессора реализующее заявляемый способ, содержит датчик пульсаций полного давления и датчик пульсаций статического давления, которые установлены в проточной части компрессора, рабочее колесо компрессора, датчик частоты вращения рабочего колеса компрессора, цифровой регистратор, определитель частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса, спектроанализатор, определитель параметров потока, банк данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения, анализатор, производящий сравнение измеренных и предварительных данных, формирователь сигнала управления. Перед передней кромкой рабочего колеса компрессора устанавливают датчик полного давления и пульсаций полного давления, и датчик статического давления и пульсаций статического давления для синхронного, непрерывного измерения полного и статического давлений и пульсаций полного и статического давлений на разных частотах вращения рабочего колеса компрессора. Выходы датчика полного давления и пульсаций полного давления, датчика статического давления и пульсаций статического давления, датчика частоты вращения рабочего колеса компрессора соединены с цифровым регистратором, который соединен с анализатором, производящим сравнение измеренных и предварительных данных. Через определитель частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса цифровой регистратор соединен с банком данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения. Одновременно цифровой регистратор соединен через спектроанализатор и через определитель параметров потока с банком данных по предварительным ис-The inventive device for monitoring compressor operating modes that implements the inventive method, comprises a full pressure pulsation sensor and a static pressure pulsation sensor, which are installed in the compressor flow path, a compressor impeller, a compressor impeller speed sensor, a digital recorder, a speed and peripheral speed determiner wheels, spectrum analyzer, determinant of flow parameters, data bank for preliminary tests at different speeds, analyzer, etc. comparing the measured and preliminary data, the shaper of the control signal. In front of the leading edge of the compressor impeller, a sensor for full pressure and pulsations of full pressure, and a sensor for static pressure and pulsations of static pressure are installed for synchronous, continuous measurement of total and static pressures and pulsations of full and static pressures at different speeds of rotation of the compressor impeller. The outputs of the full pressure sensor and pulsation of the full pressure, the static pressure sensor and pulsation of static pressure, the speed sensor of the impeller of the compressor are connected to a digital recorder, which is connected to an analyzer that compares the measured and preliminary data. Through the determinant of the rotational speed and peripheral speed of the impeller, the digital recorder is connected to a data bank for preliminary tests at different rotational speeds. At the same time, the digital recorder is connected through a spectrum analyzer and through a flow parameter determiner with a data bank according to preliminary
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) пытаниям на разных частотах вращения. Банк данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения имеет обратную связь со спектроанализатором для обеспечения его непрерывной работы. Цифровой регистратор, определитель частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса, спектроанализатор, определитель параметров потока и банк данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения имеют прямую связь с анализатором, производящим сравнение измеренных и предварительных данных и распознающим его предсрывное состояние. Анализатор, производящий сравнение измеренных и предварительных данных и распознающий его предсрывное состояние, соединен с формирователем сигнала управления, где формируется сигнал управления режимом компрессора, обеспечивающий его устойчивое рабочее состояние. Анализатор, производящий сравнение измеренных и предварительных данных и распознающий его предсрывное состояние, имеет обратную связь со спектроанализатором, которая в случае устойчивой работы компрессора обеспечивает передачу сигнала в спектроанализатор для продолжения его работы.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) torture at different speeds. The database of preliminary tests at different rotational speeds has feedback from the spectrum analyzer to ensure its continuous operation. A digital recorder, a determinant of the rotational speed and peripheral speed of the impeller, a spectrum analyzer, a determinant of flow parameters and a database of preliminary tests at different rotational speeds have a direct connection with the analyzer, which compares the measured and preliminary data and recognizes its pre-disruptive state. An analyzer comparing the measured and preliminary data and recognizing its pre-disruptive state is connected to a control signal shaper, where a compressor mode control signal is generated, which ensures its stable operating state. The analyzer, which compares the measured and preliminary data and recognizes its pre-disruptive state, has feedback from the spectrum analyzer, which, in the case of stable operation of the compressor, provides a signal to the spectrum analyzer to continue its operation.
Таким образом, измерения полного давления и пульсаций полного давления, статического давления и пульсаций статического давления производят синхронно и непрерывно на разных частотах вращения рабочего колеса компрессора, и одновременно обрабатывают в течение всей его работы.Thus, measurements of the total pressure and pulsations of the total pressure, static pressure and pulsations of the static pressure are performed synchronously and continuously at different frequencies of rotation of the impeller of the compressor, and at the same time they are processed throughout its operation.
На каждом из фиксированных режимов работы компрессора производят спектральный анализ результатов измерения, сравнивают с результатами предварительных испытаний. На основании выборки амплитуд гармоник на частотах, целократных частоте вращения рабочего колеса, являющихся роторными гармониками, и не превышающих 0.5At each of the fixed operating modes of the compressor, a spectral analysis of the measurement results is performed, compared with the results of preliminary tests. Based on a sample of harmonics amplitudes at frequencies that are multiple of the impeller rotation frequency, which are rotor harmonics, and do not exceed 0.5
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) частоты следования лопаток рабочего колеса формируют сигнал управления режимом работы компрессора и производят его сравнение с пороговым значением, определенным при предварительных испытаниях компрессора в условиях его устойчивой работы при его дросселировании и при одной и той же частоте вращения рабочего колеса компрессора.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the repetition rates of the impeller blades form a control signal for the compressor operation mode and compare it with the threshold value determined during preliminary tests of the compressor under conditions of its stable operation during throttling and at the same compressor rotor speed.
Определяют основные параметры потока:The main flow parameters are determined:
- приведенную осевую скорость λ вx,- reduced axial velocity λ in x ,
- окружную скорость Uk - на периферии рабочего колеса перед передней кромкой, и сравнивают с их значениями в оптимальной точке дроссельной характеристики компрессора. По результатам сравнения выдают команды на исполнительные устройства, регулирующие режим работы всей компрессорной системы.- peripheral speed U k - on the periphery of the impeller in front of the leading edge, and compare with their values at the optimum point of the throttle characteristic of the compressor. Based on the results of the comparison, commands are issued to the actuators that regulate the operation mode of the entire compressor system.
Распознавание предсрывного состояния компрессора, по основным параметрам потока и выборке амплитуд роторных гармоник, обеспечивает возможность точной настройки заявляемого устройства на параметры конкретного компрессора, что повышает точность определения границы устойчивой работы компрессора, и расширяет зону работы компрессора с наивысшими значениями КПД.Recognition of the compressor pre-failure state by the main flow parameters and the sample of rotor harmonic amplitudes provides the ability to fine-tune the inventive device to the parameters of a specific compressor, which increases the accuracy of determining the boundaries of stable operation of the compressor, and extends the compressor operating area with the highest efficiency values.
Быстродействие заявляемого устройства повышается за счет использования высокочастотных датчиков и алгоритма спектрального анализа с короткими периодами осреднения.The performance of the claimed device is enhanced by the use of high-frequency sensors and a spectral analysis algorithm with short averaging periods.
Предотвращая появление вращающегося срыва в рабочем колесе компрессора, заявляемое устройство не допускает появления вибраций, возникающих в лопаточной машине в связи с неоднородностями, возникающими при формировании вращающегося срыва.Preventing the appearance of a rotating stall in the impeller of the compressor, the claimed device does not allow the occurrence of vibrations that occur in the scapular machine due to inhomogeneities that occur during the formation of a rotating stall.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) На фиг.1 представлена схема устройства для контроля режимов работы компрессора.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Figure 1 presents a diagram of a device for monitoring the operating modes of the compressor.
На фиг.2 представлен алгоритм реализации способа контроля режимов работы компрессора по заявленному устройству.Figure 2 presents the algorithm for implementing the method of monitoring the operating modes of the compressor according to the claimed device.
Устройство для контроля режимов работы компрессора представленное на фиг.l, содержит:A device for monitoring compressor operating conditions shown in FIG. 1 comprises:
1 - датчик полного давления P* и пульсаций полного давления (P*)';1 - sensor full pressure P * and pulsations of the total pressure (P *) ';
2 - датчик статического давления P и пульсаций статического давления2 - static pressure sensor P and static pressure pulsations
(P)';(P) ';
3 - рабочее колесо компрессора;3 - the impeller of the compressor;
4 - датчик частоты вращения f рабочего колеса компрессора;4 - speed sensor f pk the impeller of the compressor;
5 - цифровой регистратор;5 - digital recorder;
6 - определитель частоты вращения f и окружной скорости U^ рабочего колеса компрессора;6 - determinant of the rotational speed f and peripheral speed U ^ of the compressor impeller;
7 - спектроанализатор;7 - spectrum analyzer;
8 - определитель параметров потока ( окружной скорости U^ ; приведенной осевой скорости потока λ вx; приведенной скорости потока в относительном движении Xwlнa входе);8 - determinant of flow parameters (peripheral velocity U ^; reduced axial flow velocity λ vx ; reduced flow velocity in relative motion X wl at the input);
9 - банк данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения рабочего колеса компрессора;9 - a database of preliminary tests at different frequencies of rotation of the impeller of the compressor;
10 - анализатор, производящий сравнение измеренных и предварительных данных;10 - analyzer, comparing the measured and preliminary data;
11 - формирователь сигнала управления.11 - driver signal control.
Для обеспечения выполнения алгоритма контроля режимов работы компрессора по заявляемому устройству, элементы устройства для контроля режимов работы компрессора соединены между собой, как показано на фиг.2, а именно: датчик 1 полного давления и пульсацийTo ensure the implementation of the algorithm for monitoring the compressor operating modes according to the claimed device, the elements of the device for monitoring the compressor operating modes are interconnected, as shown in figure 2, namely: sensor 1 of the total pressure and pulsations
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) полного давления и датчик 2 статического давления и пульсаций статического давления устанавливают перед передней кромкой рабочего колеса 3 компрессора для синхронного и непрерывного измерения полного и статического давлений и их пульсаций, при этом выходы датчика I5 датчика 2 соединены с цифровым регистратором 5, который регистрирует измеренные значения полного и статического давлений и их пульсации и формирует временные реализации. Одновременно цифровой регистратор 5 регистрирует показания датчика 4 частоты вращения рабочего колеса 3 компрессора. Полученные временные реализации с цифрового регистратора 5 передаются в определитель 6 частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса 3 компрессора, в спек- троанализатор 7 и определитель 8 параметров потока. Результаты работы определителя 6 частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса компрессора и определителя 8 параметров потока, а также спек- троанализатора 7 , который производит расчет спектров пульсаций давлений, передаются на вход в банк 9 данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения. Банк 9 данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения имеет обратную связь со спектроанализатором 7, который после окончания расчета спектров пульсаций давлений и передачи сигнала об этом в банк 9 данных, получает команду на продолжение расчета спектров пульсаций давлений. Данные из банка 9 данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения, спектры пульсаций давления с выхода спектроана- лизатора 7, а также данные по окружной скорости и по величинам приведенной скорости потока рабочего колеса 3 на входе λ вx, приведенной скорости потока в относительном движении ^1Ha входе в рабочее колесо 3 поступают на вход анализатора 10, производящего сравнение измеренных и предварительных данных, где производится выборка ам-SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) full pressure and static pressure sensor 2 and static pressure pulsations are installed in front of the leading edge of the compressor impeller 3 for synchronous and continuous measurement of total and static pressure and their pulsations, while the outputs of sensor I 5 of sensor 2 are connected to a digital recorder 5, which records the measured values full and static pressures and their pulsation and forms temporary implementations. At the same time, the digital recorder 5 registers the readings of the sensor 4 of the rotational speed of the impeller 3 of the compressor. The obtained temporary realizations from the digital recorder 5 are transferred to the determinant 6 of the rotational speed and peripheral speed of the impeller 3 of the compressor, to the spectrum analyzer 7 and the determinant 8 of the flow parameters. The results of operation of the determinant 6 of the rotational speed and peripheral speed of the impeller of the compressor and the determinant 8 of the flow parameters, as well as the spectrum analyzer 7, which calculates the spectra of pressure pulsations, are transmitted to the input of the data bank 9 on preliminary tests at different rotational speeds. The data bank 9 for preliminary tests at different rotational speeds has feedback with the spectrum analyzer 7, which, after the calculation of the spectra of pressure pulsations and transmission of a signal about it to the data bank 9, receives a command to continue the calculation of the spectra of pressure pulsations. Data from Bank 9 data on preliminary tests at different rotational speeds, spectra of pressure pulsations from the output of the analyzer 7, as well as data on the peripheral speed and the values of the reduced flow velocity of the impeller 3 at the input λ vx , the reduced flow velocity in relative motion ^ 1 Ha at the entrance to the impeller 3 are fed to the input of the analyzer 10, which compares the measured and preliminary data, where
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) плитуд гармоник, частоты которых целократны частоте вращения рабочего колеса 3 компрессора и не превышают 0,5 частоты следования лопаток его рабочего колеса. После этого производится их сравнение с данными предварительных испытаний. В случае превышения порогового значения, полученного из банка 9 данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения рабочего колеса компрессора, сигнал передается в формирователь 11 сигнала управления, где формируется сигнал управления режимом работы компрессора и он переводится на более благоприятный режим. Если по результатам выборки амплитуды гармоник, частоты которых кратны частоте вращения рабочего колеса компрессора, не превышают пороговое значение, в спек- троанализатор 7 по обратной связи поступает сигнал о продолжении работы, формирование сигнала управления не происходит и компрессор продолжает работать в режиме устойчивой работы. Анализатор 10, сравнивающий измеренные и предварительные данные, имеет обратную связь со спектроанализатором 7, которая в случае устойчивой работы компрессора обеспечивает передачу сигнала в спектроанализатор 7 для продолжения его работы.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) plateau of harmonics whose frequencies are a multiple of the rotational speed of the impeller 3 of the compressor and do not exceed 0.5 the repetition frequency of the blades of its impeller. After that, they are compared with the data of preliminary tests. If the threshold value obtained from the data bank 9 on preliminary tests at different speeds of rotation of the impeller of the compressor is exceeded, the signal is transmitted to the shaper 11 of the control signal, where the control signal of the compressor operating mode is generated and it is transferred to a more favorable mode. If, according to the results of the sample, the amplitudes of harmonics, whose frequencies are multiples of the rotational speed of the compressor impeller, do not exceed the threshold value, a signal about the continuation of operation is fed to the spectrum analyzer 7 for feedback, the control signal is not generated and the compressor continues to operate in stable operation mode. An analyzer 10 comparing the measured and preliminary data has feedback with a spectrum analyzer 7, which, in the case of stable operation of the compressor, provides a signal to the spectrum analyzer 7 to continue its operation.
Заявляемое устройство для контроля режимов работы компрессора по заявляемому способу работает следующим образом.The inventive device for monitoring the operating modes of the compressor according to the claimed method works as follows.
Датчик 1 полного давления и пульсаций полного давления и датчик 2 статического давления и пульсаций статического давления располагают на входе в компрессор перед передней кромкой рабочего колеса 3 компрессора, одновременно измеряют на разных частотах вращения рабочего колеса компрессора осредненные параметры потока и его пульсаций. Датчиком 4 частоты вращения рабочего колеса компрессора измеряют частоту его вращения.The sensor 1 of the total pressure and pulsations of the total pressure and the sensor 2 of the static pressure and pulsations of the static pressure are placed at the compressor inlet in front of the leading edge of the compressor impeller 3, and the averaged flow and pulsation parameters are measured at different frequencies of rotation of the compressor impeller. The sensor 4 rotational speed of the impeller of the compressor measure the frequency of its rotation.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Измеренные параметры P* и (P*)', преобразованные в электрические сигналы регистрируют с помощью цифрового регистратора 5, где формируются временные реализации, которые передаются на входы в определитель 6 частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса 3 компрессора, спектроанализатор 7, и определитель 8 параметров потока.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The measured parameters P * and (P *) ', converted into electrical signals, are recorded using a digital recorder 5, where temporary realizations are formed, which are transmitted to the inputs of the determiner 6 of the speed and peripheral speed of the compressor impeller 3, a spectrum analyzer 7, and determinant 8 flow parameters.
С выхода определителя 6 частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса компрессора полученные значения частоты его вращения передаются в спектроанализатор 7 для вычисления спектрального состава пульсаций статического и полного давлений. Значения окружной скорости из определителя 6 частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса компрессора передаются в банк 9 данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения рабочего колеса компрессора. Банк 9 данных представляет собой программу, содержащую значения параметров потока и его пульсаций, полученные в результате предварительных испытаний компрессора при разных частотах вращения в условиях его устойчивой и неустойчивой работы для выбора значений параметров в оптимальных точках характеристик и вблизи границы устойчивости при соответствующих значениях частоты вращения и окружной скорости. Банк 9 данных имеет обратную связь со спектроанализатором 7, что позволяет после передачи данных со спектроанализатора 7 в банк 9 данных возобновлять работу спектроа- нализатора 7 по расчету спектров пульсаций давлений.From the output of the determinant 6 of the rotation frequency and peripheral speed of the impeller of the compressor, the obtained values of the frequency of its rotation are transmitted to the spectrum analyzer 7 to calculate the spectral composition of the pulsations of static and total pressure. The values of the peripheral speed from the determinant 6 of the speed of rotation and the peripheral speed of the impeller of the compressor are transmitted to the data bank 9 for preliminary tests at different frequencies of rotation of the impeller of the compressor. Databank 9 is a program containing the values of the flow parameters and its pulsations obtained as a result of preliminary tests of the compressor at different speeds under conditions of its stable and unstable operation to select parameter values at the optimal characteristics points and near the stability boundary for the corresponding speed values and peripheral speed. The data bank 9 has feedback with the spectrum analyzer 7, which allows, after transmitting data from the spectrum analyzer 7 to the data bank 9, to resume the operation of the spectrum analyzer 7 for calculating the pressure fluctuation spectra.
С выходов определителя 6 частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса компрессора, спектроанализатора 7, определителя 8 параметров потока и банка 9 данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения рабочего колеса 3 компрессора, полученные с их помощью данные передаются в анализатор 10, которыйFrom the outputs of the determinant 6 of the rotational speed and peripheral speed of the compressor impeller, the spectrum analyzer 7, the determinant 8 of the flow parameters and the data bank 9 for preliminary tests at different rotational speeds of the compressor impeller 3, the data obtained using them are transmitted to the analyzer 10, which
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) производит сравнение измеренных данных, и данных, полученных при предварительных испытаниях при той же частоте вращения рабочего колеса и приведенной скорости потока на входе.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) compares the measured data and the data obtained during preliminary tests at the same impeller speed and reduced inlet flow rate.
Анализатор 10, сравнивающий измеренные и предварительные данные, имеет обратную связь со спектроанализатором 7, которая в случае устойчивой работы компрессора обеспечивает передачу сигнала в спектроанализатор 7 для продолжение его работы.An analyzer 10 comparing the measured and preliminary data has feedback with a spectrum analyzer 7, which, in the case of stable operation of the compressor, provides a signal to the spectrum analyzer 7 to continue its operation.
По результатам сравнения, в случае превышения порогового значения параметра, производится формирование сигнала управления в формирователе 11 сигнала управления, обеспечивающего распознавание предсрывного состояния компрессора, для формирования которого используются амплитуды гармоник, на частотах которые целократны частоте вращения рабочего колеса и не превышают 0.5 частоты следования лопаток рабочего колеса компрессора.According to the comparison results, if the threshold value of the parameter is exceeded, a control signal is generated in the control signal generator 11, which recognizes the compressor pre-failure state, for the formation of which harmonic amplitudes are used, at frequencies that are a multiple of the frequency of the impeller rotation and do not exceed 0.5 the repetition frequency of the working blades compressor wheels.
Заявляемый способ контроля режима компрессора и устройство для его осуществления позволяют обеспечить устойчивую работу компрессора, так как управляющий сигнал формируется в условиях устойчивой работы и не допускает появление признаков возникновения вращающегося срыва и помпажа.The inventive method of monitoring the compressor mode and the device for its implementation allow for stable operation of the compressor, since the control signal is generated in conditions of stable operation and does not allow signs of the occurrence of a rotating stall and surge.
Таким образом, повышение надежности компрессора, обеспечение поддержания его устойчивой работы путем коррекции режима работы в случае обнаружения признака, свидетельствующего о приближении возникновения вращающегося срыва, позволяет обеспечить устойчивую работу компрессора, так как управляющий сигнал формируется в условиях устойчивой работы и не допускает появление признаков возникновения вращающегося срыва и помпажа.Thus, increasing the reliability of the compressor, ensuring its stable operation by correcting the operation mode in case of detection of a sign indicating the approach of the occurrence of a rotating stall, allows for stable operation of the compressor, since the control signal is formed in conditions of stable operation and does not allow the appearance of signs of the occurrence of a rotating disruption and surge.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ контроля режимов работы компрессора, заключающийся в том, что измеряют параметры пульсаций давления в его проточной части, измеряют частоту вращения рабочего колеса компрессора, формируют сигнал управления режимом работы компрессора и сравнивают и его с пороговым значением, при этом в качестве параметра давления используют спектральные составляющие его пульсаций, а частоты спектральных составляющих сравнивают с частотой вращения рабочего колеса компрессора, после чего амплитудно- частотные характеристики спектральных составляющих, частота которых является целократной частоте вращения рабочего колеса компрессора, используют в качестве компоненты сигнала управления, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что на входе в компрессор перед передней кромкой его рабочего колеса синхронно и непрерывно на разных частотах вращения измеряют полное давление и пульсации полного давления, статическое давление и пульсации статического давления, и одновременно определяют основные параметры потока на входе:1. The method of monitoring the compressor operating modes, namely, that pressure pulsation parameters are measured in its flow part, the compressor impeller rotational speed is measured, a compressor operation mode control signal is generated, and it is compared with a threshold value, using pressure parameter the spectral components of its pulsations, and the frequencies of the spectral components are compared with the rotational speed of the compressor impeller, after which the amplitude-frequency characteristics of the spectral components total frequency of the compressor impeller is used as a component of the control signal, DIFFERENT in that at the inlet of the compressor in front of the leading edge of its impeller synchronously and continuously at different rotation frequencies they measure the total pressure and pulsations of the total pressure, static pressure and pulsations of static pressure, and at the same time determine the main parameters of the inlet flow:
- приведенную окружную скорость рабочего колеса U к пp;- reduced peripheral speed of the impeller U to p ;
- приведенную осевую скорость потока λвx, проводят спектральный анализ пульсаций давлений, а в качестве сигнала управления используют амплитуды гармоник, частоты которых це- лократны частоте вращения рабочего колеса компрессора и не превышают 0.5 частоты следования лопаток рабочего колеса компрессора, по значениям амплитуд и значениям основных параметров потока- the reduced axial flow velocity λ vx , a spectral analysis of pressure pulsations is carried out, and the harmonic amplitudes are used as a control signal, the frequencies of which are multiple of the compressor rotor speed and do not exceed 0.5 of the compressor impeller blades repetition rate, according to the amplitudes and values of the main flow parameters
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) на входе в рабочее колесо компрессора формируют сигнал управления, проводят его сравнение с пороговым значением, что обеспечивает предотвращение появления признаков возникновения вращающегося срыва и помпажа, а пороговое значение сигнала управления является функцией частоты вращения рабочего колеса и приведенной осевой скорости потока на входе, и определяется в условиях устойчивой работы компрессора, для обеспечения распознавания его предсрывного состояния.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) at the entrance to the impeller of the compressor, a control signal is generated, it is compared with a threshold value, which prevents the appearance of signs of rotating stall and surge, and the threshold value of the control signal is a function of the rotor speed and the reduced axial flow rate at the input, and is determined in conditions of stable operation of the compressor, to ensure recognition of its pre-disruption state.
2.Уcтpoйcтвo для контроля режимов работы компрессора, содержащее датчик пульсаций полного давления и датчик пульсаций статического давления, которые установлены в проточной части компрессора, рабочее колесо компрессора, датчик частоты вращения рабочего колеса компрессора, цифровой регистратор, определитель частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса, спектроанализатор, определитель параметров потока, банк данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения, анализатор, производящий сравнение измеренных и предварительных данных, формирователь сигнала управления, ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ ТЕМ, что перед передней кромкой рабочего колеса компрессора устанавливают датчик полного давления и пульсаций полного давления, и датчик статического давления и пульсаций статического давления для синхронного, непрерывного измерения полного и статического давлений и пульсаций полного и статического давлений на разных частотах вращения рабочего колеса компрессора, при этом выходы датчика полного давления и пульсаций полного2. A device for monitoring the compressor operating modes, comprising a full pressure pulsation sensor and a static pressure pulsation sensor, which are installed in the compressor flow path, a compressor impeller, a compressor impeller speed sensor, a digital recorder, a speed and peripheral speed determiner, spectrum analyzer, determinant of flow parameters, a database of preliminary tests at different rotational speeds, an analyzer that compares measured and preliminary It is DIFFERENT that, in front of the leading edge of the compressor impeller, a sensor for full pressure and pulsations of full pressure and a sensor for static pressure and pulsations of static pressure are installed for synchronous, continuous measurement of total and static pressures and pulsations of total and static pressures different frequencies of rotation of the impeller of the compressor, while the outputs of the full pressure sensor and full pulsation
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) давления, датчика статического давления и пульсаций статического давления, датчика частоты вращения рабочего колеса компрессора соединены с цифровым регистратором, который соединен с анализатором, производящим сравнение измеренных и предварительных данных, а через определитель частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса цифровой регистратор соединен с банком данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения, одновременно цифровой регистратор соединен через спектроанализатор и через определитель параметров потока с банком данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения, а банк данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения имеет обратную связь со спектроанализатором для обеспечения его непрерывной работы, причем цифровой регистратор, определитель частоты вращения и окружной скорости рабочего колеса, спектроанализатор, определитель параметров потока и банк данных по предварительным испытаниям на разных частотах вращения имеют прямую связь с анализатором, производящим сравнение измеренных и предварительных данных и распознающим его предсрывное состояние, который соединен с формирователем сигнала управления, где формируется сигнал управления режимом компрессора, обеспечивающий его устойчивое состояние, при этом анализатор, сравнивающий измеренные и предварительные данные, имеет обратную связь со спектроанализатором, которая в случае устойчивой работы компрессора обеспечивает передачу сигнала в спектроанализатор для продолжения его работы.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) pressure, static pressure sensor and static pressure pulsation, compressor rotor speed sensor are connected to a digital recorder, which is connected to an analyzer that compares measured and preliminary data, and through the determinant of speed and peripheral speed of the impeller, the digital recorder is connected to a data bank preliminary tests at different rotational speeds, at the same time the digital recorder is connected through a spectrum analyzer and through a parameter determinant in a stream with a data bank for preliminary tests at different speeds, and a data bank for preliminary tests at different speeds has feedback from the spectrum analyzer to ensure its continuous operation, moreover, a digital recorder, a determinant of the rotational speed and peripheral speed of the impeller, a spectrum analyzer, a determinant flow parameters and a database of preliminary tests at different rotational speeds have a direct connection with an analyzer that compares measured and preliminary data and recognizes its pre-disruptive state, which is connected to the control signal generator, where the compressor control signal is generated, which ensures its stable state, while the analyzer comparing the measured and preliminary data has feedback from the spectrum analyzer, which in the case of stable compressor operation signal transmission to the spectrum analyzer to continue its work.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2008/000257 2007-09-24 2008-05-21 Method for monitoring the operating modes of a compressor and a device for carrying out said method WO2009041851A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135287 2007-09-24
RU2007135287/06A RU2354851C1 (en) 2007-09-24 2007-09-24 Method of controlling compressor operating conditions and device to this end

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009041851A1 true WO2009041851A1 (en) 2009-04-02

Family

ID=40511658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2008/000257 WO2009041851A1 (en) 2007-09-24 2008-05-21 Method for monitoring the operating modes of a compressor and a device for carrying out said method

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2354851C1 (en)
WO (1) WO2009041851A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106321465A (en) * 2016-08-22 2017-01-11 江苏大学 Kinetics characterization method for rotating stall of centrifugal pump impeller
CN113482960A (en) * 2021-06-23 2021-10-08 中国航发沈阳发动机研究所 Method for judging surge of aviation gas turbine engine
CN114033736A (en) * 2021-12-23 2022-02-11 国家能源集团泰州发电有限公司 Fan fault monitoring system based on air pressure pulse signals
CN114169178A (en) * 2021-12-14 2022-03-11 中国水利水电科学研究院 Transient process pressure pulsation numerical processing system and method based on EMD

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2962500B1 (en) * 2010-07-08 2012-09-14 Snecma METHOD AND DEVICE FOR DETECTING ROTATING DECOLUTION AFFECTING A TURBOMACHINE COMPRESSOR
FR3089263B1 (en) * 2018-12-03 2020-12-11 Safran Aircraft Engines Method and device for detecting a rotating stall affecting a compressor of a turbojet engine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4202226A1 (en) * 1991-10-01 1993-04-08 Atlas Copco Energas METHOD FOR MONITORING THE PUMP LIMIT OF MULTI-STAGE, INTERCOOLED TURBO COMPRESSORS
RU2098669C1 (en) * 1995-08-21 1997-12-10 Открытое акционерное общество "Кировский завод" Method of stabilization of gas dynamic stability margin for turbocomplex
US6558113B2 (en) * 2000-01-14 2003-05-06 Man Turbomaschinen Ag Ghh Borsig Process and device for regulating a turbocompressor to prevent surge
RU2230939C2 (en) * 2002-04-24 2004-06-20 Закрытое акционерное общество "Завод "КИРОВ-ЭНЕРГОМАШ" Compressor operation control method
RU2246640C1 (en) * 2003-07-22 2005-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of and device to control compressor system operation modes
RU2295654C1 (en) * 2005-07-19 2007-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of and device for protection of gas-turbine engine (versions)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4202226A1 (en) * 1991-10-01 1993-04-08 Atlas Copco Energas METHOD FOR MONITORING THE PUMP LIMIT OF MULTI-STAGE, INTERCOOLED TURBO COMPRESSORS
RU2098669C1 (en) * 1995-08-21 1997-12-10 Открытое акционерное общество "Кировский завод" Method of stabilization of gas dynamic stability margin for turbocomplex
US6558113B2 (en) * 2000-01-14 2003-05-06 Man Turbomaschinen Ag Ghh Borsig Process and device for regulating a turbocompressor to prevent surge
RU2230939C2 (en) * 2002-04-24 2004-06-20 Закрытое акционерное общество "Завод "КИРОВ-ЭНЕРГОМАШ" Compressor operation control method
RU2246640C1 (en) * 2003-07-22 2005-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of and device to control compressor system operation modes
RU2295654C1 (en) * 2005-07-19 2007-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Method of and device for protection of gas-turbine engine (versions)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106321465A (en) * 2016-08-22 2017-01-11 江苏大学 Kinetics characterization method for rotating stall of centrifugal pump impeller
CN113482960A (en) * 2021-06-23 2021-10-08 中国航发沈阳发动机研究所 Method for judging surge of aviation gas turbine engine
CN113482960B (en) * 2021-06-23 2022-08-30 中国航发沈阳发动机研究所 Method for judging surge of aviation gas turbine engine
CN114169178A (en) * 2021-12-14 2022-03-11 中国水利水电科学研究院 Transient process pressure pulsation numerical processing system and method based on EMD
CN114169178B (en) * 2021-12-14 2024-03-22 中国水利水电科学研究院 Transient process pressure pulsation numerical processing system and method based on EMD
CN114033736A (en) * 2021-12-23 2022-02-11 国家能源集团泰州发电有限公司 Fan fault monitoring system based on air pressure pulse signals

Also Published As

Publication number Publication date
RU2354851C1 (en) 2009-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5947680A (en) Turbomachinery with variable-angle fluid guiding vanes
EP2129921B1 (en) Method for detecting rotating stall in a compressor
WO2009041851A1 (en) Method for monitoring the operating modes of a compressor and a device for carrying out said method
EP1540188B1 (en) System and method for detecting rotating stall in a centrifugal compressor
Frigne et al. Distinction between different types of impeller and diffuser rotating stall in a centrifugal compressor with vaneless diffuser
US5913248A (en) Surge detection device and turbomachinery therewith
US5508943A (en) Method and apparatus for measuring the distance of a turbocompressor's operating point to the surge limit interface
WO2018137394A1 (en) Apparatus and method for diagnosing and controlling aerodynamic stability of compressor
JP4174031B2 (en) Turbomachine surging limit or blade damage warning
JP2002371989A (en) Monitoring and controlling method, and monitoring device for compressor
Justen et al. Experimental investigation of unsteady flow phenomena in a centrifugal compressor vaned diffuser of variable geometry
RU2638896C1 (en) Method for diagnosing surging of gas turbine engine compressor and device for its implementation
Zhao et al. Experimental investigation of transient characteristics of mild surge and diffuser rotating stall in a centrifugal compressor with vaned diffuser
Bianchi et al. Detection of Stall Regions in a Low-Speed Axial Fan: Part I—Azimuthal Acoustic Measurements
US20120141251A1 (en) Method and device for predicting the instability of an axial compressor
JP2003314305A (en) Gas turbine control device, gas turbine system, and gas turbine control method
Bai et al. Experiments and numerical simulation of performances and internal flow for high-speed rescue pump with variable speeds
JPH0816479B2 (en) Surge prevention device for compressor
Johann et al. Experimental and numerical flutter investigation of the 1st stage rotor in 4-stage high speed compressor
Tsukamoto et al. Effect of curvilinear element blade for open-type centrifugal impeller on stator performance
Rose et al. Classic surge in a centrifugal compressor
RU2702714C1 (en) Control method of turbo-compressor unit
Deniz et al. Modification of Pump Turbine Characteristics With Fluid Injection in Pump Operating Mode
Sakata et al. Interaction between surge behavior and internal flow field in an axial-flow compressor
RU2488009C2 (en) Method of control over gas turbine engine compressor distributors

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08779152

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08779152

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1