專利名稱：喘振檢測器及其渦輪機(jī)的制作方法
本申請是中國專利申請?zhí)枮?5106012.0的分案申請。
本發(fā)明涉及可應(yīng)用于離心與混流泵、鼓風(fēng)機(jī)以及壓縮機(jī)的喘振檢測器，并涉及具有可變導(dǎo)流葉片與該喘振檢測器的渦輪機(jī)。
當(dāng)離心或混流泵在該泵的設(shè)計(jì)流速以下工作時(shí)，泵中的葉輪、擴(kuò)散器及其它部件中會(huì)出現(xiàn)流體分離，并且流體會(huì)遭遇持續(xù)時(shí)間性的壓力變化。從而導(dǎo)致稱作喘振的現(xiàn)象，這種喘振會(huì)使作為一個(gè)整體的系統(tǒng)開始自激振動(dòng)，隨即泵便不可能工作。為了避免喘振的發(fā)作，必須在泵工作中早期檢測出這一現(xiàn)象，并采取某些補(bǔ)救步驟來防止喘振的到來。
通常，泵的喘振條件是通過監(jiān)測諸如壓力、流速、溫度及工作參數(shù)的時(shí)間平均值等工作參數(shù)，并將監(jiān)測結(jié)果與事先確定的參數(shù)值進(jìn)行比較來確定系統(tǒng)是否受到喘振或正常工作而判定的。
在下述公開在諸如日本專利申請(JPA)第二次公布H5—53956、JPA第一次公布S62—113889、JPA第一次公布S59—77089、JPA第一次公布S59—79097、JPA第一次公布S56—2496中的先有技術(shù)中，喘振是通過快速升高的溫度檢測的。公開在諸如JPA第一次公布S63—161362、JPA第一次公布S58—57098、及JPA第一次公布S55—114896中的技術(shù)中，是用壓力的升高作為喘振的信號(hào)的。在諸如JPA第一次公布H3—199700中，喘振是用擴(kuò)散器的葉轂與殼體之間的壓力差檢測的；在JPA第一次公布S62—51794中是用擴(kuò)散器葉片的壓力面與吸力面之間的壓力差檢測的；而在諸如JPA第一次公布S63—94098中則是用壓力波形檢測的。
其它技術(shù)用如公開在JPA第一次公布S57—129297中的葉片上的提升效率的變化率檢測的；或者諸如JPA第一次公布H3—213696中所公開的用麥克風(fēng)檢測振動(dòng)。
所有這些傳統(tǒng)技術(shù)都是根據(jù)諸如壓力與溫度等工作參數(shù)的時(shí)間平均值的預(yù)定值與當(dāng)前工作參數(shù)進(jìn)行比較來判定系統(tǒng)的喘振狀態(tài)的間接方法。因此，由于在現(xiàn)有技術(shù)中存在著即使執(zhí)行了預(yù)測試運(yùn)行來判定一個(gè)測試系統(tǒng)的喘振狀態(tài)，也不可能精確地確定其它實(shí)際系統(tǒng)的喘振狀態(tài)這一問題，而難于用這些傳統(tǒng)技術(shù)來快捷與精確判定喘振，這是因?yàn)榇竦陌l(fā)作取決于工作系統(tǒng)中的管道系統(tǒng)的容量，再者，由于檢測是基于工作參數(shù)的時(shí)間平均值的，檢測滯后于喘振的發(fā)作，從而延遲了響應(yīng)動(dòng)作，正由于此，現(xiàn)有的設(shè)備在實(shí)際情況中的應(yīng)用受到限制。
本發(fā)明是為解決現(xiàn)有喘振檢測設(shè)備與基于這些喘振檢測的現(xiàn)有技術(shù)的渦輪機(jī)存在的問題而提出的，其目的為提供一種能夠快捷與精確地檢測出工作在低于設(shè)計(jì)流量的流量上的渦輪機(jī)中的喘振狀態(tài)，并通過提供一種根據(jù)本發(fā)明的喘振檢測設(shè)備的快捷與精確的喘振顯示而提供能夠在低流量上工作的渦輪機(jī)。理論與實(shí)驗(yàn)研究喘振是發(fā)生在管道系統(tǒng)中的一種自激振動(dòng)現(xiàn)象，并引發(fā)管道系統(tǒng)、在其中流動(dòng)的流體及泵本身的振動(dòng)。因此，可以理解，如果能夠檢測出振動(dòng)，便能在其形成的早期檢測出喘振。本發(fā)明通過提供一種以與喘振相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)幅度的計(jì)算程序來確定喘振發(fā)作的指標(biāo)的精確與快捷的方法，而提出對傳統(tǒng)的喘振控制方法中存在的問題的解決辦法。
本發(fā)明通過在吸入管、擴(kuò)散器與排出管上裝設(shè)壓力傳感器來進(jìn)行變化的流量在渦輪機(jī)中的引起的振動(dòng)效應(yīng)的研究的背景實(shí)驗(yàn)。圖25(a)示出來自壓力傳感器的波形其中左側(cè)的曲線是在擴(kuò)散器的周邊方向上的兩個(gè)位置(A與B)上檢測到的壓力的變化；而右側(cè)圖形則是在吸入管與排出管上觀測到的壓力的變化。從這些跡線中可以清楚地看出，當(dāng)流量降低到設(shè)計(jì)流量以下時(shí)，可以觀測到初始存在于擴(kuò)散器中的大的壓力變化(參見流量2處的左側(cè)跡線)，而當(dāng)流量進(jìn)一步降低時(shí)，便在管道中觀測到大的壓力變化(參見流量3處的右側(cè)跡線)，這表明發(fā)生了喘振。
圖25(b)中示出經(jīng)過設(shè)計(jì)流量規(guī)范化的無量綱流量與經(jīng)過壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)壓力頭值規(guī)范化的無量綱壓力頭系數(shù)表示的泵中的喘振趨勢。圖25(b)中的流量1、2和3與圖25(a)中所示的對應(yīng)。
因此，通過定量地檢測這些變化并采用適當(dāng)?shù)拈撝?，便有可能提供早期警?bào)與采取快速補(bǔ)救措施來防止喘振發(fā)作。為了能夠利用這一方法，需要在系統(tǒng)中不同位置上測定參數(shù)變化的技術(shù)，以及基于這種測定技術(shù)的計(jì)算程序。
圖26中示出了不同流量下的液流圖形。在葉輪3的出口區(qū)上，流向分別用箭頭A(在設(shè)計(jì)流量上)；B(在低流量上)；與C(在高流量上)表示。從圖中可以清楚地看出在設(shè)計(jì)流量之外的流量下，在高流量的擴(kuò)散器4的葉片5上，流體的流向具有負(fù)的入射角；而在低流量的擴(kuò)散器4的葉片5上則具有正的入射角。在低流量的狀態(tài)下，會(huì)出現(xiàn)流體分離而導(dǎo)致圖9中所示的擴(kuò)散器損耗的增加，圖9中未出無量綱流量與擴(kuò)散器損耗之間的關(guān)系。結(jié)果，壓縮機(jī)的整體性能受到損害，如圖10中所示，該圖示出在低于設(shè)計(jì)流量的流量上，觀測到發(fā)生不穩(wěn)定性，而在一定的低流量上，則在系統(tǒng)中產(chǎn)生喘振。喘振會(huì)在管道中引發(fā)大的壓力變化，并最終使泵不能工作。
本發(fā)明是在上面提出的理論與實(shí)驗(yàn)觀測基礎(chǔ)上得出的。
本發(fā)明的喘振檢測器包括一個(gè)連接在渦輪機(jī)或管道上的傳感器，用于監(jiān)測從包含流量、流速與壓力在內(nèi)的一組參數(shù)中選定的至少一個(gè)工作參數(shù)；以及一個(gè)計(jì)算處理器，用于處理來自該傳感器的輸出信號(hào)及計(jì)算至少一個(gè)工作參數(shù)在一個(gè)測定時(shí)間間隔上的變化，以便檢測喘振的發(fā)作。按照所提出的喘振檢測器，計(jì)算處理器根據(jù)來自傳感器的輸出信號(hào)計(jì)算一個(gè)測定時(shí)間間隔上的工作參數(shù)變化。由于可以確定工作參數(shù)的變化是與喘振相關(guān)的，因此能夠快捷與精確地進(jìn)行喘振檢測。
本喘振檢測器的一個(gè)方面在于該計(jì)算處理器提供有渦輪機(jī)的一個(gè)預(yù)定的喘振閾值特征。因此，該閾值能在各裝設(shè)的系統(tǒng)中個(gè)別地確定或者作為一組制造的機(jī)器的一個(gè)代表值確定。
本喘振檢測器的另一個(gè)方面在于該測定時(shí)間間隔是作為用于消除渦輪機(jī)的葉輪工作導(dǎo)致的影響的最小值得出的。因此可以消除工作系統(tǒng)的影響，并確定喘振發(fā)作的精確指標(biāo)。
本喘振檢測器的又另一方面在于工作參數(shù)變化是用通過將測定時(shí)間間隔細(xì)分成更小的時(shí)間單位給出的抽樣持續(xù)時(shí)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差確定的。這一技術(shù)提供了預(yù)報(bào)喘振發(fā)作的最直接的指標(biāo)。
本喘振檢測器的又另一方面在于抽樣持續(xù)時(shí)間是作為用于消除渦輪機(jī)的葉輪的工作所導(dǎo)致的影響的最大值確定的。因此，能夠降低計(jì)算處理器上的負(fù)載，并進(jìn)行喘振發(fā)作的快捷與精確測定。
本喘振檢測器的又另一方面在于計(jì)算處理器上設(shè)置有一個(gè)操作數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，以便在計(jì)算中利用測定時(shí)間間隔與抽樣持續(xù)時(shí)間。因此，顯著地方便了計(jì)算。
本喘振檢測器的又另一方面在于該計(jì)算處理器計(jì)算當(dāng)前流量對工作參數(shù)變化的比來判定渦輪機(jī)的工況。因此，能夠更精確無誤地確定喘振。
本喘振檢測器在渦輪機(jī)上的應(yīng)用體現(xiàn)在具有可變導(dǎo)向葉片的渦輪機(jī)中，該渦輪機(jī)包括一個(gè)葉輪，用于將能量傳遞給流體介質(zhì)，并將具有能量的流體提供到一個(gè)擴(kuò)散器上；設(shè)置在擴(kuò)散器上的擴(kuò)散器葉片，使得擴(kuò)散器葉片的工作角度能夠改變；一個(gè)工作參數(shù)監(jiān)測器，用于測定設(shè)置在渦輪機(jī)的機(jī)體或管道上的工作參數(shù)的變化；一個(gè)計(jì)算處理器，用于通過計(jì)算該工作參數(shù)在一個(gè)測定時(shí)間間隔上的變化并將計(jì)算的變化與一個(gè)預(yù)定的閾值進(jìn)行比較而確定該工作參數(shù)的變化；以及一個(gè)葉片角度控制器，用于調(diào)節(jié)工作角度，以便改變工作角度，從而使計(jì)算的變化不致超過預(yù)定的閾值。
按照所提出的渦輪機(jī)，喘振是由計(jì)算處理器根據(jù)來自傳感器的輸出信號(hào)計(jì)算一個(gè)測定時(shí)間間隔上的工作參數(shù)的變化，并將測定的值與一個(gè)預(yù)定的閾值進(jìn)行比較而預(yù)報(bào)的。參數(shù)變化是預(yù)報(bào)喘振發(fā)作的有效指標(biāo)，并且根據(jù)比較結(jié)果，計(jì)算處理器調(diào)整擴(kuò)散器葉片的工作角度，以便將參數(shù)變化保持在閾值以下以防止渦輪機(jī)中喘振的發(fā)作。
渦輪機(jī)的另一方面在于測定時(shí)間間隔是作為用于消除由渦輪機(jī)的葉輪的工作引起的影響的最小值得出的。因此，可以消除工作系統(tǒng)的影響，并能確定喘振發(fā)作的精確指標(biāo)。
渦輪機(jī)的又另一方面在于工作參數(shù)變化是用通過將測定時(shí)間間隔細(xì)分成時(shí)間單位得出的抽樣持續(xù)時(shí)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差確定的。這一技術(shù)提供預(yù)報(bào)喘振發(fā)作的最直接的指標(biāo)。
渦輪機(jī)的又另一方面在于抽樣持續(xù)時(shí)間是確定為用于消除渦輪機(jī)的葉輪的工作所導(dǎo)致的影響的最大值的。因此，能減小計(jì)算處理器上的負(fù)載，并能進(jìn)行精確與快捷的喘振發(fā)作的檢測。
渦輪機(jī)的又另一方面在于該計(jì)算處理器上設(shè)置有一個(gè)操作數(shù)據(jù)輸入設(shè)備以便在計(jì)算中利用測定時(shí)間間隔與抽樣持續(xù)時(shí)間。因此，顯著地方便了計(jì)算。
渦輪機(jī)的又另一方面在于葉片角度控制器調(diào)節(jié)擴(kuò)散器葉片的工作角度，以便通過調(diào)節(jié)一個(gè)吸入閥及一個(gè)排出閥之一的或兩者的開口而改變通過渦輪機(jī)的流量。
渦輪的又另一方面在于該葉片角度控制器調(diào)節(jié)葉輪的端速度，從而使工作參數(shù)的變化不會(huì)超過預(yù)定的閾值。
上面所提出的本發(fā)明的渦輪機(jī)的性能通過采用包括下述部件的擴(kuò)散器葉片驅(qū)動(dòng)器而得到進(jìn)一步改進(jìn)與一個(gè)擴(kuò)散器葉片接合的多個(gè)齒輪；與各該多個(gè)齒輪嚙合的一個(gè)大齒輪；多個(gè)齒輪夾持件，用于夾持定位這些齒輪與大齒輪；以及多個(gè)滾子，用于支承大齒輪的外側(cè)周邊。
按照擴(kuò)散器葉片驅(qū)動(dòng)器，可以同時(shí)改變多個(gè)葉片的工作角度，從而方便渦輪機(jī)的工作。大齒輪是受位于其外側(cè)周邊上的滾子的支承的，因此，方便了設(shè)備的組裝，并且組件中的任何間隙都能夠由組件結(jié)構(gòu)加以補(bǔ)償。
擴(kuò)散器葉片驅(qū)動(dòng)器的又另一方面在于在大齒輪上設(shè)置有內(nèi)齒與外齒，并且大齒輪是與可操作地連接在致動(dòng)器上的小齒輪嚙合的。齒輪配置的簡單構(gòu)造方便了可靠地將驅(qū)動(dòng)動(dòng)力傳送到擴(kuò)散器葉片上。
圖1示出設(shè)置有本發(fā)明的帶有喘振檢測器的單級(jí)離心壓縮機(jī)的側(cè)視剖面圖。
圖2為該喘振檢測器的部分側(cè)視圖。
圖3為展示圖1中所示的擴(kuò)散器葉片控制器的連接的細(xì)節(jié)的側(cè)視剖面圖。
圖4為圖3中所示的擴(kuò)散器葉片控制器的側(cè)視圖。
圖5為喘振檢測器與渦輪機(jī)中的傳感器的位置的方框圖。
圖6為展示控制喘振的處理步驟的流程。
圖7為確定與圓圈中所示的參數(shù)變化的細(xì)節(jié)相關(guān)的測定時(shí)間與抽樣持續(xù)時(shí)間的一種方法的曲線表示。
圖8表示確定閾值的一種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖9為無量綱流量與擴(kuò)散器損耗之間的關(guān)系的示意表示。
圖10為無量綱流量與壓力頭系數(shù)之間的關(guān)系的示意表示。
圖11為具有傳統(tǒng)的喘振檢測器的壓縮機(jī)與設(shè)有本發(fā)明的喘振檢測器的壓縮機(jī)的整體性能的示意性比較。
圖12為葉輪的入口附近的液流的示意性表示。
圖13為無量綱流量與葉輪損耗之間的關(guān)系的示意性表示。
圖14為無量綱流量與無量綱壓力頭系數(shù)之間的關(guān)系的示意性表示。
圖15為展示入口導(dǎo)流葉片2 6與從該葉片的流向的關(guān)系的第二實(shí)施例的示意圖。
圖16示出傳統(tǒng)的壓縮機(jī)的性能曲線。
圖17示出本發(fā)明的壓縮機(jī)的第二實(shí)施例的性能。
圖18示出本發(fā)明的渦輪機(jī)的第三實(shí)施例中的壓力傳感器的位置，(a)中為其正視圖而(b)中為其剖視圖。
圖19為第三實(shí)施例的配置的方框圖。
圖20示出無量綱流量與擴(kuò)散器葉片角之間的關(guān)系。
圖21為展示 與測試裝置中預(yù)定的流角的曲線。
圖22為展示得出具有第三實(shí)施例的可變導(dǎo)流葉片的第三實(shí)施例的渦輪機(jī)的閾值的一種方法的曲線。
圖23為本發(fā)明的渦輪機(jī)的處理步驟流程圖。
圖24為表示泵的工作特性的曲線與系統(tǒng)阻力曲線。
圖25示出系統(tǒng)中的壓力變化的實(shí)例。
圖26為葉輪的出口附近的液流的示意性表示。
下面參照


本發(fā)明的喘振檢測器的第一實(shí)施例。
圖1至4示出本發(fā)明的喘振檢測器在一個(gè)單級(jí)離心壓縮機(jī)中的應(yīng)用，該檢測器包括具有安裝在一條旋轉(zhuǎn)軸2上的自由旋轉(zhuǎn)的葉輪3的一個(gè)圓柱形外殼1。帶有可變角度擴(kuò)散器葉片5(以下簡稱擴(kuò)散器葉片5)的擴(kuò)散器4將來自葉輪3的流體加壓引導(dǎo)到蝸室6并導(dǎo)向排出管7。配置在葉輪3的入口處的吸入管8的上游的進(jìn)口導(dǎo)流葉片9用于通過改變導(dǎo)流葉片9的開口而調(diào)節(jié)流量。
配置在葉輪3的下游的擴(kuò)散器4的擴(kuò)散器葉片5通過多個(gè)齒輪12中的各個(gè)可操作地連接在一個(gè)致動(dòng)器10上，如圖3中所示，從而各葉片角可以改變。這便是如圖3中更詳細(xì)地示出的，各該擴(kuò)散器葉片5是通過一條軸11可操作地連接在一個(gè)齒輪12上的。如圖4中所示，各齒輪12與一個(gè)大環(huán)形齒輪13的內(nèi)齒輪13a嚙合，該大環(huán)形齒輪在其周邊受使大齒輪13旋轉(zhuǎn)的滾子14的支承。齒輪組件的這種配置方便了擴(kuò)散器葉片與控制部件的組裝，并在對大齒輪13提供充分支承的同時(shí)安全地吸收組件中的任何間隙。螺母15固定軸11就位。
如圖3中的剖視圖中所示，設(shè)置了兩個(gè)齒輪夾持件16、17來防止大齒輪13及與擴(kuò)散器葉片5嚙合的各小齒輪12脫開。在齒輪夾持件17的外表面與外殼1之間配置一個(gè)滑動(dòng)件18來確保平滑的旋轉(zhuǎn)。
大環(huán)形齒輪13的外齒13b與用于驅(qū)動(dòng)擴(kuò)散器葉片5的一個(gè)小齒輪19嚙合。通過操作致動(dòng)器10，轉(zhuǎn)動(dòng)小齒輪11來轉(zhuǎn)動(dòng)大齒輪13以驅(qū)動(dòng)各齒輪12來改變擴(kuò)散器葉片5的葉片角。致動(dòng)器10是通過一塊基板20安裝的。
圖5為喘振檢測器的方框圖并示出連接在泵體或管道上以便監(jiān)測諸如流量、流速、壓力等參數(shù)中之一或全體的傳感器(在本實(shí)施例中為壓力傳感器)的位置。具體地，例如，傳感器S1配置在吸入管8上，傳感器S2配置在擴(kuò)散器4的入口處的兩個(gè)位置上，而傳感器S3則在排出管7上。
將傳感器S1、S2與S3檢測到的工作參數(shù)的波形輸入到一個(gè)信號(hào)放大器21中，并通過一個(gè)低通濾波器(LPF)22將來自放大器21的放大后的信號(hào)提供給一個(gè)計(jì)算處理器(以后簡稱計(jì)算機(jī))23。將計(jì)算機(jī)23的輸出信號(hào)輸入到一個(gè)控制器24中，該控制器24設(shè)置有一個(gè)控制數(shù)據(jù)輸入設(shè)備25。有可能用一個(gè)微處理器單元來執(zhí)行連接在傳感器S1至S3上的放大器21、濾波器22、輸入接口及計(jì)算機(jī)23所提供的所有功能。
圖6為展示計(jì)算機(jī)23與控制器24的控制約定的流程圖。在步驟1中，傳感器S1至S3執(zhí)行對工作狀況的變化的測定，而在步驟2中，計(jì)算在測定時(shí)間間隔T中的變化并與一個(gè)閾值進(jìn)行比較，當(dāng)變化高于閾值時(shí)，便在步驟3中調(diào)整擴(kuò)散器葉片角。這是通過起動(dòng)致動(dòng)器10，從而轉(zhuǎn)動(dòng)小齒輪19與大齒輪13來驅(qū)動(dòng)齒輪12去轉(zhuǎn)動(dòng)擴(kuò)散器葉片5以改變擴(kuò)散器葉片角而完成的。
上述計(jì)算過程的基礎(chǔ)為一個(gè)稱作Fp的值，下面將參照圖7說明計(jì)算這一值的一種方法。在該圖中，T是指在其間計(jì)算變化的一個(gè)時(shí)間間隔，而δT則是構(gòu)成該系統(tǒng)的工作參數(shù)的變化的基本計(jì)算程序的壓力參數(shù)(Pi(Q、t)的抽樣持續(xù)時(shí)間。流量Fp(Q)的變化為在抽樣持續(xù)時(shí)間δT中在測定時(shí)間間隔T上測出的單位時(shí)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并由下式給出Fp(Q)＝[1/T∑{Pi(Q，t)-Mi(Q)}2]1/2其中Mi(Q)＝1/T∑Pi(Q，t)上述等式可應(yīng)用于D C數(shù)據(jù)(即具有一條位移數(shù)據(jù)線)或在零線上下變化的AC數(shù)據(jù)兩者上。
測定時(shí)間間隔T應(yīng)當(dāng)充分地短以便計(jì)算工作狀況中的變化指標(biāo)使得能夠產(chǎn)生精確與快捷的響應(yīng)。在這一實(shí)施例中，測定時(shí)間間隔T的指導(dǎo)原則是公式60/ZN(以秒為單位)得出的，其中N為葉輪3的轉(zhuǎn)速(每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù))而Z則為葉輪3的葉片數(shù)。換言之，這一量是指在一個(gè)工作參數(shù)的變化持續(xù)時(shí)間中工作參數(shù)變化的程度，在本例中，諸如由葉輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的壓力。因此，測定時(shí)間間隔T應(yīng)選擇為不受葉輪3的基本工作特性的影響。其結(jié)果由下式表示T≥K160/ZN并且T應(yīng)選擇為在上述關(guān)系式給定的值的最小極限上，其中K1為由渦輪機(jī)的特性給定的一個(gè)常數(shù)，并可以在測試該渦輪機(jī)時(shí)事先確定，或者如果該系統(tǒng)的機(jī)器是一臺(tái)高批量生產(chǎn)單位時(shí)，則應(yīng)在控制數(shù)據(jù)輸入設(shè)備25中輸入一個(gè)代表值。
下面提出確定抽樣持續(xù)時(shí)間δt的一種方法。從計(jì)算控制常數(shù)的一個(gè)精確指標(biāo)的觀點(diǎn)上，這一量最好是盡可能地短，然而過份短的抽樣持續(xù)時(shí)間會(huì)加大計(jì)算機(jī)的負(fù)載，而使計(jì)算時(shí)間變成不能容忍地過量。在本實(shí)施例中，選擇抽樣持續(xù)時(shí)間δt的指導(dǎo)原則也是在公式60/ZN(以秒為單位)的基礎(chǔ)上計(jì)算。因此，抽樣持續(xù)時(shí)間St應(yīng)選擇為不受葉輪3的基本工作特性的影響。其結(jié)果又以下式表示δt≤K60/ZN。
再者，如上所述。由于振動(dòng)持續(xù)時(shí)間取決于流量，因此，必須為不同的流量選擇適當(dāng)?shù)某闃映掷m(xù)時(shí)間。在本實(shí)施例中，抽樣持續(xù)時(shí)間在流量2的不穩(wěn)定區(qū)中由K260/ZN確定，而在流量3的沖擊區(qū)中由K360/ZN確定。這些常數(shù)K2與K3取決于渦輪機(jī)的類型，并且和K1的情況一樣，可以在測試渦輪機(jī)時(shí)事先確定，或者如果該系統(tǒng)的機(jī)器是一臺(tái)高批量生產(chǎn)單位時(shí)，則應(yīng)在控制數(shù)據(jù)輸入設(shè)備25中輸入一個(gè)代表值。
壓縮機(jī)的工作參數(shù)是如上述那樣為每一個(gè)工作系統(tǒng)確定的，但工作系統(tǒng)的不穩(wěn)定性的發(fā)生，即喘振閾值γ，是按下述說明確定的。
以無量綱壓力變化及無量綱流量表示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示出在圖8中。X軸表示用設(shè)計(jì)流量Qd除工作流量規(guī)范化的流量Q，而Y軸則表示用設(shè)計(jì)流量Qd上的壓力Fpd規(guī)范化的工作壓力變化Fp。在圖8中，圓圈表示在擴(kuò)散器壁上得到的壓力測量值，而正方形則表示在吸入管上得到的壓力測量值。
工作狀況如下N＝9,000rpm；Z＝17K1＝2,000；K2＝5；且K3＝20。
從這些結(jié)果可以看出在到達(dá)喘振狀態(tài)(在無量綱壓力變化上用Fp/Fpd＝8表示)之前，壓力變化便開始表現(xiàn)為快速上升?？梢酝ㄟ^將壓力變化保持在這一閾值以下來保證壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作這一點(diǎn)是清楚的。在本例中，判定了Fp/Fpd＝1.5為極限，并將閾值γ取值為1.5Fpd。應(yīng)當(dāng)指出，在壓縮機(jī)的工作期間，即使系統(tǒng)在閾值上工作，只要壓力變化的趨勢相對于流量是下降的，則可以得出結(jié)論該系統(tǒng)是朝向穩(wěn)定地工作的，而不會(huì)產(chǎn)生喘振。也可以編程為使判斷基礎(chǔ)基于d(Fp)/dQ的斜率，這表示如果斜率是正的，即使系統(tǒng)在閾值γ以上工作，也不會(huì)產(chǎn)生喘振。
應(yīng)用圖6中所示的控制步驟2、3與4來改變擴(kuò)散器葉片的角度的結(jié)果示出在圖9中?？梢钥闯鲈谛∮谠O(shè)計(jì)流量的流量區(qū)中，擴(kuò)散器葉片5上的擴(kuò)散器損耗被降低到圖9中的虛線所示。結(jié)果，便改進(jìn)了設(shè)計(jì)流量以下的低流量區(qū)中壓縮機(jī)系統(tǒng)的整體性能，如圖10中虛線所示。
當(dāng)改變擴(kuò)散器葉片5的角度時(shí)，同時(shí)改變了泵的整體性能。因此，如果調(diào)整角度來避免喘振并不產(chǎn)生所要求的壓力頭系數(shù)，在設(shè)置有所要求的設(shè)備的那些泵中的泵轉(zhuǎn)速有可能改變。在這種情況中，應(yīng)在計(jì)算機(jī)23中提供適當(dāng)?shù)呐袛嗄芰Α?br> 當(dāng)改變擴(kuò)散器葉片5的角度時(shí)，在同樣情況中也改變了泵的工作點(diǎn)，導(dǎo)致工作流量從預(yù)期的流量上改變。在這種情況中，可以調(diào)整吸入閥與/或排出閥的開口來調(diào)整流量以產(chǎn)生所要求的穩(wěn)定工作。
返回到圖6中的流程圖，當(dāng)壓力變化小于閾值時(shí)，約定為在步驟4中測定流量，并在步驟5中，判定流量是在工作設(shè)定值的內(nèi)部或外部，如果實(shí)際流量不在工作設(shè)定值以內(nèi)，便在步驟6中調(diào)整吸入閥與/或排出閥的開口。
圖11表示具有固定擴(kuò)散器葉片的傳統(tǒng)泵系統(tǒng)與具有本發(fā)明的喘振檢測器的泵系統(tǒng)的性能的示意性比較。與傳統(tǒng)的泵系統(tǒng)相比，可以看出本泵系統(tǒng)能夠工作到關(guān)閉流量的低流量區(qū)。因此，很明顯，具有喘振檢測器的泵系統(tǒng)能夠在設(shè)計(jì)流量以下的低流量區(qū)中工作，而不會(huì)產(chǎn)生喘振與其它不穩(wěn)定性問題，從而提供比用傳統(tǒng)的泵系統(tǒng)所能達(dá)到的明顯地更寬的工作范圍。
要監(jiān)測的工作參數(shù)可以是壓力、流量、流速與軸振動(dòng)中的一種或多種。傳感器的位置最好在擴(kuò)散器上，但諸如泵體與管道上的各種位置等其它位置也可以。
在圖6中應(yīng)指出，當(dāng)變化降低到閾值以下的一個(gè)特定值時(shí)，可以在喘振檢測器上提供一種基于聲音或閃爍光的報(bào)警能力。
下面參照圖12至17提出喘振檢測器的第二實(shí)施例。
不僅擴(kuò)散器，葉輪也能導(dǎo)致壓縮器的不穩(wěn)定性問題。圖12為葉輪3的入口附近的流動(dòng)狀態(tài)的示意圖。用箭頭示出的流向表示流量D(設(shè)計(jì)流量)，E(小流量)與F(大量流)。如能從該圖中所見，在設(shè)計(jì)流量外的流量上，在較高流量的葉輪片上流體具有負(fù)的入射角，而在低于設(shè)計(jì)流量的較低流量上則在葉輪葉片上具有正的入射角。在這兩種情況中，氣流與葉輪葉片之間的夾角成為過大的，并且氣流從葉輪葉片上分離，結(jié)果，增加了葉輪3上的損耗，如圖13中所指示的。
因此，即使用可變擴(kuò)散器葉片來補(bǔ)償擴(kuò)散器損耗，如圖14中實(shí)線所示，也會(huì)在圖14中所示的泵的整體性能上出現(xiàn)由葉輪的入口上的損耗所導(dǎo)致的一個(gè)不穩(wěn)定性區(qū)。
為了避免上述問題，可以調(diào)整入口導(dǎo)流葉片9對葉輪3的角度在葉輪3的入口處提供一個(gè)進(jìn)口旋流，從而將進(jìn)口流相對于葉輪3的角度從E改變到E’，如圖15中所示。這樣做自然地改變了來自葉輪的出口流，因此，通過相應(yīng)地調(diào)整擴(kuò)散器葉片5的角度，可以達(dá)到圖14中用虛線表示的性能。泵系統(tǒng)的工作成為穩(wěn)定的而在性能曲線上不顯示任何拐點(diǎn)，并且有可能使泵系統(tǒng)工作到關(guān)閉流量而不產(chǎn)生喘振。
應(yīng)當(dāng)指出，調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的同時(shí)改變了流量，因此，必須用計(jì)算機(jī)23重新確定工作流量與壓力頭系數(shù)，并進(jìn)一步對進(jìn)口導(dǎo)流葉片9進(jìn)行適當(dāng)?shù)木{(diào)。
當(dāng)改變進(jìn)口導(dǎo)流葉片9與擴(kuò)散器葉片5的角度時(shí)，同時(shí)改變了泵系統(tǒng)的整體性能。因此，如果擴(kuò)散器葉片5的改變達(dá)不到避免喘振所要求的壓力頭系數(shù)，便可在裝備有適當(dāng)設(shè)備的那些泵中改變泵的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)整可以通過向計(jì)算機(jī)提供適當(dāng)?shù)呐袛嗄芰Χ_(dá)到。
圖16示出具有固定角度擴(kuò)散器葉片與可變角度進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的泵系統(tǒng)的整體性能曲線。在這一系統(tǒng)中，在一定流量以下出現(xiàn)喘振而使泵不能工作。反之，在圖17中，設(shè)置有本發(fā)明的可變角度擴(kuò)散器葉片5與進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的泵系統(tǒng)則能夠工作到關(guān)閉流量而不產(chǎn)生喘振。很明顯可變角度擴(kuò)散器葉片與進(jìn)口導(dǎo)流葉片的組合將渦輪機(jī)的性能極大地改進(jìn)到設(shè)計(jì)流量以下的流量區(qū)中。
圖18至24中提出了具有可變角度導(dǎo)流葉片的渦輪機(jī)的第三實(shí)施例。除了圖示的部分以外，其它方面第三實(shí)施例與第一實(shí)施例相似。在擴(kuò)散器葉片5的連接基板30上設(shè)置有三個(gè)壓力感測孔31a、31b與31c，分別靠近擴(kuò)散器葉片5的壓力面、吸力面及擴(kuò)散器的進(jìn)口側(cè)，并且各該三個(gè)孔中分別設(shè)有一個(gè)壓力面?zhèn)鞲衅?2a、一個(gè)吸力面?zhèn)鞲衅?2b及參照壓力傳感器32c。
如圖19中所示，該可變?nèi)~片角泵包括具有一個(gè)計(jì)算部分41與一個(gè)存儲(chǔ)器部分42的一個(gè)計(jì)算處理器U；用于輸入操作數(shù)據(jù)的操作數(shù)據(jù)輸入設(shè)備43；用于可變控制擴(kuò)散器葉片5的一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)控制器44；用于控制進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)控制器；用于控制葉輪3的轉(zhuǎn)速，即系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，的一個(gè)第三驅(qū)動(dòng)控制器；以及計(jì)算處理器U是電連接在壓力傳感器32a、32b與32c的各輸出端上的。
計(jì)算處理器U根據(jù)參照壓力傳感器32c測出的壓力P3計(jì)算一個(gè)動(dòng)態(tài)壓力△Pd。計(jì)算處理器U計(jì)算壓力孔31a與31b處的壓力差(P1—P2)，并根據(jù)其比率確定擴(kuò)散器葉片的工作角度，為壓力差(P1—P2)與動(dòng)態(tài)壓力△Pd之比。
例如，這一步驟可以如圖29中所示那樣執(zhí)行。這一曲線是從當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)研究中得出的，其中X軸表示用設(shè)計(jì)流量除工作流量得出的無量綱流量，而Y軸則表示擴(kuò)散器葉片角。
在圖20中，在高于0.6的無量綱流量上，葉片角是通過從壓力傳感器32c得到的壓力測定值中計(jì)算出動(dòng)態(tài)壓力△Pd，確定在孔32a、32b處的壓力傳感器的壓力差，計(jì)算出比值 ＝(P1—P2)/△Pd，從該比值計(jì)算擴(kuò)散器葉片角及通過操作第一驅(qū)動(dòng)控制器4 4而將這一角度設(shè)定在擴(kuò)散器葉片上而確定的。
下面說明得出動(dòng)態(tài)壓力△Pd的一種方法。
下式給出絕對速度的徑向分量Cm2Cm2＝(1/Pr)(1/k)Q/(πD2b2B)其中Pr為壓力傳感器32c上的壓力對葉輪進(jìn)口處的壓力Pin的壓力比(Pr＝P3/Pin，Q為流量，而B則為葉輪出口處的封閉系數(shù)。
下式給出絕對速度的切向分量Cu2Cu2＝σU2－Cm2cotβ2其中葉輪的滑移因子為σ，葉輪的端部速度為U2，而葉輪出口處的葉片角為β2。
因此，葉輪出口處的絕對速度C由下式給出C2＝Cm22＋Cu22。
葉輪出口處的流體密度ρ2由下式給出ρ2＝ρ1(Pr)(1/k)其中ρ1為葉輪進(jìn)口處的流體密度。
因此動(dòng)態(tài)壓力△Pd由下式給出△Pd＝C2/2ρ2，而 則以下式得出 ＝(P1－P2)/△Pd。
相對于流體角的值是在一個(gè)測試風(fēng)道中預(yù)先確定的。圖21示出這樣一個(gè)實(shí)例，其中X軸表示相對于氣流的葉片角，而Y軸則表示上面定義的比值 。動(dòng)態(tài)壓力△Pd是通過測定總壓力Pt與靜態(tài)壓力Ps得出的，而這一方法是與上述方法不同的一種通用方法。這一曲線存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部分中，并且相對于流體的葉片角是從縮機(jī)出口處的比值 計(jì)算出的。
同時(shí)，由于葉輪出口處的流體角是由下式給出的α＝arctan(Cm2/Cu2)，因此，兩者之間的差產(chǎn)生相對于流體的擴(kuò)散器角。通過將葉片角調(diào)整這一差量，便有可能將擴(kuò)散器葉片角對準(zhǔn)葉輪的出口流體角。如果用這一次試驗(yàn)不能使角匹配，便重復(fù)這些步驟中直到得到重合為止。
在圖20中，在無量綱流量0.6以下的區(qū)中的數(shù)據(jù)是通過將壓力傳感器32c連接在動(dòng)態(tài)壓力測定器上，并在測定時(shí)間隔上得出變化Fp而得到的。換言之，F(xiàn)p的值是用圖7中說明的方法得出的，將Fpd值與閾值γ進(jìn)行比較并控制葉片角，從而通過操作第一驅(qū)動(dòng)控制器44而調(diào)整擴(kuò)散器葉片5的角度，便可將工作參數(shù)的變化保持在閾值以下。圖20中所示的葉片角便是通過上述步驟得出的。渦輪機(jī)穩(wěn)定工作的閾值可通過實(shí)驗(yàn)確定。圖22示出只用與圖8中的相同坐標(biāo)表示的擴(kuò)散器的結(jié)果。在這一曲線中，1.5也是Fp/Fpd的工作極限，而閾值則取為1.5Fpd.
通過調(diào)整擴(kuò)散器葉片5以便將工作參數(shù)保持在閾值以下面得出無量綱流量0.6以下的曲線數(shù)據(jù)。圖20中所示的結(jié)果可以看出無量綱流量0.6以下的擴(kuò)散器葉片角與流量成正比地變化。
執(zhí)行上述步驟結(jié)合對泵的進(jìn)口流量與壓力頭上升的計(jì)算來得到葉片角，并利用第一驅(qū)動(dòng)控制器將擴(kuò)散器葉片5調(diào)整到計(jì)算出的葉片角而使泵在其最佳工作狀態(tài)上工作。
本研究建立了一種附加的流體導(dǎo)流器，從而通過設(shè)定葉輪進(jìn)口處的進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的角度而得到泵的全部功率。圖23中示出操作步驟的流程圖。
如果該系統(tǒng)提供有轉(zhuǎn)速控制的能力，便在系統(tǒng)在預(yù)先輸入一個(gè)適當(dāng)?shù)乃俣?。在步驟1中，輸入所要求的流量Q、壓力頭值H，并在步驟2中計(jì)算流系數(shù)Φ與壓力系數(shù)ψ，在步驟3中，計(jì)算通過由流系數(shù)Φ與壓力系數(shù)ψ定義的點(diǎn)的二次曲線的系數(shù)。在步驟4中，計(jì)算工作點(diǎn)Φ’、ψ’與設(shè)定在零上的進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的交點(diǎn)。在步驟5中，從下式計(jì)算進(jìn)口導(dǎo)流葉片角α＝arctank(k(ψ’－ψ)/Φ’)接著，在步驟6中，執(zhí)行進(jìn)口導(dǎo)流葉片角調(diào)整，而在步驟7中，檢驗(yàn)葉片是否完全打開，即α為零。如果α不為零，則在步驟9中測定壓力頭值與流量并計(jì)算Φ”、ψ”。在步驟10中，檢驗(yàn)壓力頭值H是否適當(dāng)，如果它是適當(dāng)?shù)模刂七^程便告完成。如果值H不適當(dāng)，便在步驟11中計(jì)算α’，并在步驟12中計(jì)算值(α—α’)，而處理步驟返回到步驟6。
當(dāng)步驟6中α的值為零時(shí)，如果轉(zhuǎn)速不能改變，則輸入條件不能建立而處理步驟返回到步驟1去重新設(shè)定工作設(shè)定值，而如果轉(zhuǎn)速能夠改變，便在步驟8中改變速度，而處理步驟前進(jìn)到步驟9。
下面將討論上述等式的基礎(chǔ)。圖24為說明泵特性與系統(tǒng)阻力曲線之間的關(guān)系的曲線。一開始便假定進(jìn)口導(dǎo)流葉片角為零時(shí)的泵性能是已知的。
首先，利用所要求的泵工作的流量Q與壓力頭值H來計(jì)算流系數(shù)Φ(＝4Q/(πD22U22))及壓力系數(shù)ψ(＝gH/U22).
假定通過工作點(diǎn)(Φ，ψ)與原點(diǎn)的曲線為二次曲線，(如果存在著一個(gè)固定的系統(tǒng)阻力，這是從ψ軸上的截距得出的)，便可得出曲線的系數(shù)。通過計(jì)算或其它方法得出曲線與泵在零葉片角上的已知性能曲線的交點(diǎn)的坐標(biāo)(Φ’，ψ’)。
用下式從Φ’的值得出流量Q’。
Q’＝Φ’πD22U2/4令葉輪的面積為A1，下式提供葉輪進(jìn)口處的軸向速度Cm1Cm1＝Q’/A1＝Φ’πD22U2/4A1以下式從葉輪出口處的端速U2與絕對速度的切向分量Cu2的積U2Cu2及葉輪進(jìn)口處的進(jìn)口端速U1與絕對速度的切向分量Cu1的積U1Cu1之差中得出泵的壓力頭值H’H’＝(U2Cu2－U1Cu1)/g這里，ψ’＝gH’/U22因此，得出ψ’＝(U2Cu2－U1Cu1)/U22由于進(jìn)口導(dǎo)流葉片角為零，而絕對速度的切向分量Cu1為零。因此，葉輪出口處的絕對速度的切向分量Cu2由下式給出Cu2＝U2ψ’按照本研究，發(fā)現(xiàn)絕對速度的切向分量Cu2只取決于流量，而與進(jìn)口導(dǎo)流葉片角無關(guān)。
利用這些結(jié)果，工作參數(shù)的值由下式給出φ＝(U22φ′－U1Cu1)/U22＝φ′－U1Cu1/U22因此，絕對速度的切向分量Cu1由下式給出Cu1＝(ψ’－ψ)U22/U1。
滿足工作參數(shù)的進(jìn)口導(dǎo)流葉片角由下式給出α＝arctan(Cu1/Cm1)＝arctan(A1(φ′－φ)U2/(D22φ′U1))＝arctan(A1(φ′－φ)U2/D2D1rmsφ′)其中D1rms為葉輪進(jìn)口處的方均根直徑，并定義k＝A1/(D2D1rms)則可得α1＝arctan(k(ψ’－ψ)/Φ’)。
如上所述，將渦輪機(jī)設(shè)計(jì)成控制進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的角度，從而通過計(jì)算進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的最佳角度并通過操作第二驅(qū)動(dòng)控制器45而自動(dòng)調(diào)整該角度，系統(tǒng)便能在用操作數(shù)據(jù)輸入設(shè)備43輸入的工作參數(shù)上全功率地工作。調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)流葉片9的角度，改變了葉輪3的流體狀況，而導(dǎo)致來自葉輪出口的流體中的變化。當(dāng)系統(tǒng)上設(shè)置有擴(kuò)散器葉片5時(shí)，計(jì)算處理器U為葉輪3的出口流體計(jì)算擴(kuò)散器葉片5的最佳角度。
即使系統(tǒng)(或葉輪)的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，這些研究結(jié)果也能應(yīng)用在該系統(tǒng)上，因此，對于系統(tǒng)的任何工作狀況，可調(diào)整擴(kuò)散器葉片角來適應(yīng)系統(tǒng)的工作參數(shù)。
取決于進(jìn)口導(dǎo)流葉片9與擴(kuò)散器葉片5的角度，可能達(dá)不到操作數(shù)據(jù)輸入設(shè)備43規(guī)定的流量，在這一情況中，可以通過操作第二驅(qū)動(dòng)控制器45適當(dāng)定位進(jìn)口導(dǎo)流葉片9來將進(jìn)口導(dǎo)流葉片9定位在適當(dāng)?shù)慕嵌壬稀?br> 在提出的各實(shí)施例中，以一個(gè)單一單元設(shè)置了一個(gè)計(jì)算處理器U，但也允許設(shè)置獨(dú)立的多臺(tái)計(jì)算機(jī)與多個(gè)控制器。以獨(dú)立的單元提供了驅(qū)動(dòng)控制器作為第一、第二與第三驅(qū)動(dòng)控制器，但也允許將它們組合成一個(gè)單一的單元。
權(quán)利要求
1.一種具有可變導(dǎo)流葉片的渦輪機(jī)，包括一個(gè)葉輪，用于將能量傳遞給一種流體介質(zhì)并將給予能量的流體提供給一個(gè)擴(kuò)散器；設(shè)置在所述擴(kuò)散器上的擴(kuò)散器葉片，使得所述擴(kuò)散器葉片的工作角度能夠改變；配置在所述渦輪機(jī)的機(jī)體或管道上的一個(gè)工作參數(shù)監(jiān)測器，用于測定一個(gè)工作參數(shù)中的變化；一個(gè)計(jì)算處理器，用于通過計(jì)算由所述工作參數(shù)監(jiān)測器在一個(gè)測定時(shí)間間隔上確定的所述工作參數(shù)中的變化而確定所述工作參數(shù)中的變化，并將計(jì)算出的變化與一個(gè)預(yù)定的閾值進(jìn)行比較；以及一個(gè)葉片角控制器，用于調(diào)整所述工作角度而改變所述工作角度，使得所述計(jì)算的變化不致超過所述預(yù)定閾值。
2.權(quán)利要求1中所提出的一種渦輪機(jī)，其中所述測定時(shí)間間隔是由消除由與所述渦輪機(jī)的葉輪的葉片相關(guān)的基本系統(tǒng)特性導(dǎo)致的所述工作參數(shù)中的變化所需的最小時(shí)間間隔定義的。
3.權(quán)利要求1或2中一項(xiàng)所提出的一種渦輪機(jī)，其中所述至少一個(gè)工作參數(shù)中的變化是由通過細(xì)分所述測定時(shí)間間隔產(chǎn)生的抽樣持續(xù)時(shí)間內(nèi)所得到的工作數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差給出的。
4.權(quán)利要求3中所提出的一種渦輪機(jī)，其中所述抽樣持續(xù)時(shí)間是由消除由與所述渦輪機(jī)的葉輪的葉片相關(guān)的基本系統(tǒng)特性導(dǎo)致的所述工作參數(shù)中的變化所需的最大時(shí)間間隔定義的。
5.權(quán)利要求1或2中一項(xiàng)所提出的一種渦輪機(jī)，其中所述計(jì)算處理器設(shè)置有一個(gè)用于確定所述測定時(shí)間間隔或所述抽樣持續(xù)時(shí)間控制數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。
6.權(quán)利要求1或2中一項(xiàng)所述提出的一種渦輪機(jī)，其中所述葉片角控制器通過調(diào)整一個(gè)吸入閥或一個(gè)排出閥之一或兩者的開口而調(diào)整所述擴(kuò)散器葉片的所述工作角度，從而改變通過該渦輪機(jī)的流量。
7.權(quán)利要求1或2中一項(xiàng)所提出的一種渦輪機(jī)，其中所述葉片角控制器調(diào)整所述葉輪的轉(zhuǎn)速，使得所述工作參數(shù)中的變化不致超過所述預(yù)定閾值。
8.一種具有可變導(dǎo)流葉片的渦輪機(jī)，包括一個(gè)葉輪，用于將能量給予一種流體介質(zhì)，并將給予能量的流體提供給一個(gè)擴(kuò)散器；設(shè)置在所述擴(kuò)散器上的擴(kuò)散器葉片；以及配置在所述葉輪的上游的一個(gè)進(jìn)口導(dǎo)流葉片；其中所述渦輪機(jī)設(shè)置有配置在所述渦輪機(jī)的機(jī)體或管道上的一個(gè)工作參數(shù)監(jiān)測器，用于測定一個(gè)工作參數(shù)中的變化；一個(gè)計(jì)算處理器，用于通過計(jì)算由所述工作參數(shù)監(jiān)測器在一個(gè)測定時(shí)間間隔上所確定的所述工作參數(shù)中的變化而確定所述工作參數(shù)中的變化，并將計(jì)算的變化與一個(gè)預(yù)定閾值進(jìn)行比較；以及一個(gè)葉片角控制器，用于調(diào)整所述工作角度，改變所述工作角度，使得所述計(jì)算的變化不致超過所述預(yù)定閾值。
9.一種具有可變角度導(dǎo)流裝置的渦輪機(jī)，包括一個(gè)葉輪，用于將能量給予一種液體介質(zhì)并將給予能量的流體提供給一個(gè)擴(kuò)散器；設(shè)置在所述擴(kuò)散器上的擴(kuò)散器葉片，使得所述擴(kuò)散器葉片的工作角度能夠改變；以及一個(gè)壓力傳感器，用于檢測一個(gè)擴(kuò)散器葉片的壓力面及一個(gè)擴(kuò)散器葉片的吸力面上的各壓力；一個(gè)計(jì)算處理器，用于根據(jù)由所述壓力傳感器確定的所述各壓力，確定所述擴(kuò)散器葉片的工作角度；以及一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)控制器，用于將所述擴(kuò)散器葉片定位在所述工作角度上。
10.權(quán)利要求9中所述提出的一種渦輪機(jī)，其中所述渦輪機(jī)還設(shè)置有用于輸入所述渦輪機(jī)所需的工作參數(shù)的一個(gè)控制數(shù)據(jù)輸入設(shè)備，以及所述計(jì)算處理器計(jì)算工作參數(shù)，以便使所述渦輪機(jī)的潛在功率能夠得到全部利用。
11.權(quán)利要求9或10中一項(xiàng)中所述提出的一種渦輪機(jī)，其中所述壓力傳感器是配置在一塊連接基板上的，所述擴(kuò)散器葉片也連接在該基板上。
12.權(quán)利要求9或10中一項(xiàng)中所述提出的一種渦輪機(jī)，其中所述渦輪機(jī)設(shè)置有一個(gè)進(jìn)口導(dǎo)流葉片，以及一個(gè)第二驅(qū)動(dòng)控制器，用于將所述進(jìn)口導(dǎo)流葉片定位與調(diào)整到由所述計(jì)算處理器根據(jù)預(yù)定的計(jì)算公式確定的一個(gè)工作角度上。
13.權(quán)利要求12中所述提出的一種渦輪機(jī)，其中所述渦輪機(jī)設(shè)置有用于調(diào)整所述渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速的一個(gè)第三驅(qū)動(dòng)控制器。
14.一種具有可變角度導(dǎo)流裝置的渦輪機(jī)，包括一個(gè)葉輪，用于將能量給予一種流體介質(zhì)，并將給予能量的流體提供給一個(gè)擴(kuò)散器；設(shè)置在所述擴(kuò)散器上的擴(kuò)散器葉片，使所述擴(kuò)散器葉片的工作角度能夠改變；以及一個(gè)壓力傳感器，用于檢測一個(gè)擴(kuò)散器葉片的壓力面或一個(gè)擴(kuò)散器葉片的吸力面上的至少一種壓力；以及一個(gè)控制器，用于設(shè)定一個(gè)參照流量，用于當(dāng)工作流量不小于所述參照流量時(shí)，根據(jù)所述壓力傳感器檢測到的所述壓力，將擴(kuò)散器葉片的工作角度調(diào)整到從所述葉輪出口的流體的一個(gè)適應(yīng)的方向上；并當(dāng)工作流量不大于所述參照流量時(shí)，所述控制器調(diào)整所述擴(kuò)散器葉片的工作角度，使得所述壓力傳感器檢測到的所述壓力中的變化不大于一個(gè)預(yù)定閾值。
15.如權(quán)利要求1的一種渦輪機(jī)，所述的渦輪機(jī)具有擴(kuò)散葉片驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于改變多個(gè)擴(kuò)散葉片的操作角度，包括各與一個(gè)擴(kuò)散器葉片接合的多個(gè)齒輪；與各所述多個(gè)齒輪嚙合的一個(gè)大齒輪；多個(gè)齒輪夾持件，用于夾持定位所述齒輪與大齒輪；以及多個(gè)滾子，用于支承所述大齒輪的外側(cè)周邊。
16.權(quán)利要求15中所提出的一種渦輪機(jī)，其中所述大齒輪包括一個(gè)具有內(nèi)齒與外齒的環(huán)形齒輪。
17.權(quán)利要求15或16中一項(xiàng)所提出的一種擴(kuò)散器葉片驅(qū)動(dòng)器，其中所述大齒輪是與一個(gè)可操作地連接在一個(gè)致動(dòng)器上的小齒輪嚙合的。
18.權(quán)利要求1、8、14中一項(xiàng)所提出的一種渦輪機(jī)，其中所述渦輪機(jī)設(shè)置有權(quán)利要求15中所提出的一個(gè)擴(kuò)散器葉片驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及快捷而精確地檢測喘振的喘振檢測器,及其在渦輪機(jī)中的應(yīng)用。該渦輪機(jī)具有可變角度擴(kuò)散器葉片。通過測定在一個(gè)測定時(shí)間間隔上的工作參數(shù)的變化,預(yù)報(bào)喘振的發(fā)作,該測定時(shí)間間隔是根據(jù)渦輪機(jī)葉輪的工作特性計(jì)算出的。通過根據(jù)在測定時(shí)間間隔上的參數(shù)變化的抽樣持續(xù)時(shí)間,調(diào)整擴(kuò)散器葉片的角度,可以防止喘振的發(fā)作,并通過調(diào)整擴(kuò)散器葉片將流體機(jī)的工作參數(shù)變化保持在從設(shè)計(jì)流量推算出的一個(gè)閾值以下。該應(yīng)用能夠全部利用渦輪機(jī)的潛在功率。
文檔編號(hào)F04D27/02GK1329218SQ01120318
公開日2002年1月2日 申請日期2001年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月19日
發(fā)明者原田英臣, 許斐真, 武井和生 申請人:株式會(huì)社荏原制作所