The paper presents a research program carried out to improve understanding of the fluid dynamics mechanisms that lead to rotating stall in the axial flow low speed compressor stage. The stalling behavior of this compressor stage was studied by measuring unsteady casing pressure by means of a circumferentially and axially spaced array of high frequency pressure transducers. Another probe used was a disc static pressure probe, with the pressure transducer, for in-flow and out-flow measurements along the blade span. It was expected that understanding of the fluid dynamics will facilitate at least two important tasks. The first was to accurately predict of when and how a particular compressor would stall. The second was to control, delay, or eventually suppress the rotating stall and surge. In consequence, one could extend the useful operating range of the axial compressor. Another motivation for the research was to compare the results from the three applied analysis techniques by using a single stall inception event. The first one was a simple visual inspection of the traces, which brought about a very satisfactory effect. The second one was application of spatial Fourier decomposition to the analysis of stall inception data, and the third method of analysis consisted in application of wavelet filtering in order to better understand the physical mechanisms which lead to rotating stall. It was shown that each of these techniques would provide different information about compressor stall behavior, and each method had unique advantages and limitations.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań mających na celu wyjaśnienie zjawisk przepływowych towarzyszących pojawieniu się wirującego oderwania w osiowym niskoobrotowym stopniu sprężającym. Zjawiska niestacjonarne w stopniu sprężającym były badane poprzez próbkowanie pola ciśnień wysokoczęstotliwościowymi przetwornikami ciśnienia, zamontowanymi w osłonie zewnętrznej koła wirnikowego, w kierunku obwodowym na wlocie i w osi kanału międzyłopatkowego, oraz talerzykową sondą ciśnienia statycznego, wzdłuż wysokości łopatek wirnika. Badania te mają na celu rozpoznanie zjawisk przepływowych sygnalizujących pojawienie się wirującego oderwania i następnie pompowania oraz znalezienie sposobów umożliwiających przeciwdziałanie tym zjawiskom i ewentualne rozszerzenie roboczej charakterystyki pracy stopnia sprężającego. Do analizy zjawisk niestacjonarnych zastosowano trzy metody: metodę bezpośredniej analizy zarejestrowanych doświadczalnie pulsacji ciśnienia, metodę transformaty Fouriera oraz metodę transformaty falkowej, która umożliwia analizę sygnałów niestacjonarnych również w domenie czasowo-częstotliwościowej. Porównano wyniki analizy przeprowadzonej tymi trzema metodami i określono ich przydatność i ograniczenia.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents experimental investigations of pressure fluctuations near the tip clearance region of the rotor blades of the axial-flow low-speed compressor stage in stable and unstable parts of the overall performance characteristic. In this investigation, unsteady pressure was measured with the use of high frequency pressure transducers mounted on the casing wall of rotor passage. The pressure signals and their frequency characteristics were analyzed during the steady-state processes, before the rotating stall, during the transition from the steady-state process to the rotating stall, and during a stabilized phenomenon of low-frequency rotating stall. As the operating point moves to the unstable region of flow characteristic, an inception of the rotating stall can be observed, which rotates with a speed of about 41.4% of the rotor speed. The results of this study confirm that in the low-speed axial compressor stage operating in a rotating stall regime there appears one stall cell that spreads over to adjacent rotor blade channels. As the flow rate is reduced further, the frequency of the rotating stall decreased to 34.8% of the rotor speed and the number of blade channels with the stall cell increases.
PL
W pracy przedstawiono eksperymentalne badania pulsacji ciśnienia w obszarze szczeliny nadłopatkowej łopatek koła wirnikowego, w osiowym, niskoobrotowym stopniu sprężającym, w statecznym i niestatecznym obszarze charakterystyki aerodynamicznej. Nieustalone impulsy ciśnienia próbkowane były za pomocą wysokoczęstotliwościowych przetworników ciśnienia zamontowanych na osłonie zewnętrznej koła wirnikowego. Przeanalizowano impulsy ciśnieniowe oraz ich charakterystyki częstotliwościowe zarówno w obszarze statecznej pracy koła wirnikowego, w obszarze przejścia, jak i w obszarze ustabilizowanego zjawiska niskoczęstotliwościowego oderwania wirującego. W miarę jak punkt pracy przemieszcza się do obszaru niestatecznej części charakterystyki pojawia się oderwanie wirujące z częstotliwością wynoszącą 41.4% częstotliwości obrotów wirnika. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że w badanym niskoobrotowym stopniu sprężającym, występuje w kanałach międzyłopatkowych kota wirnikowego, jedna komórka oderwania, która obejmuje swym zasięgiem kilka sąsiednich kanałów. Dalsze zmniejszanie strumienia przepływu powoduje spadek częstotliwości wirującego oderwania do 34.8% częstotliwości obrotów wirnika oraz wzrost liczby kanałów łopatkowych, w których to oderwanie występuje.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono przykłady modernizacji osiowego wentylatora kopalnianego oraz wielostopniowej sprężarki chłodzonej. W pierwszym przypadku do symulacji charakterystyki aerodynamicznej posłużono się metodą numeryczną, uwiarygodnioną poprzez eksperymentalne badania modelowego osiowego stopnia sprężającego. W drugim przypadku przeprowadzono analizę opartą o warunki podobieństwa przepływu. Uzyskano zadowalające z inżynierskiego punktu widzenia wyniki.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.