高压压气机可调叶片角度控制系统及应用

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摘要： 本文简要介绍了某三排可调叶片角度控制系统构成、工作原理及在工程中的实际应用。该系统适应性强，其成功应用提高了压气机试验多级叶片角度转速跟踪调节能力，也为叶片调节数字控制技术的使用和推广奠定了基础。

Abstract： This article briefly introduces the composition， principle and practical use of a three-row variable blade angle control system. This system has strong adaptability. Its successful application improves the multistage compressor test blade angle adjusting speed tracking ability and lays a foundation for the application and promotion of numerical control blade adjustment technology.

关键词： 压气机；可调静叶；控制；性能试验

Key words： compressor；variable stator blade；control；performance experiment

中图分类号：V233.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）27-0055-02

0 引言

航空发动机及其压气机的性能增长要求引导着可调叶片技术的发展方向。为了缓解压气机在低速小流量区域的叶栅失速，改善压气机的性能及工作范围，当前可调叶片技术也出现了一些新的变化特征，越来越多的压气机需要同时对多级静子叶片进行调节以满足性能参数要求。多级可调静子叶片由作动筒驱动联动环实现调节，多级联调要求一套操纵机构同时驱动多级联动环，且各级静子的变化符合一定规律，联调操纵机构的基础一般多为四连杆机构，由机架、连杆、摇臂组成。本文介绍的三排可调叶片角度控制系统，是为某型小档功率燃气轮机高压压气机试验件三排叶片随转速变化而设计的，系统通过完成静叶角度随着试验的换算转速变化的跟随控制，实现压气机在不同相对转速下的叶片角度自动调节功能。

1 系统组成、工作原理及功能

1.1 系统组成 系统采用液压控制三对液压作动筒，包括：液压站、电液伺服阀、伺服放大器、液压作动筒、位移传感器、转速变换器，其中，液压作动筒在压气机上自带，转速变换器试验台上已具备。

由于系统控制程序是依附于硬件实现的，这里仅作简要介绍。

计算机测控系统：硬件集连框图见图1。

1块ADAM-4017——8通道16位A/D模块。1块ADAM-4024——4通道12位D/A模块。1块ADAM-4520——RS232 to RS485模块。3块FX-221A位移变送器。3只FX23/±40mm位移传感器。

液压系统工艺图见图2。

1.2 工作原理 程序通过RS232口和ADAM模块通信，完成3个位移传感器当前位置、物理转速、进口温度、控制状态的采集，控制3个液压伺服阀输出。压气机设计研究室提供压气机相应换算转速与叶片角度间对应关系。安装位移传感器并调试时，确定换算转速与叶片角度及叶片角度与作动筒位移之间的关系。控制系统将作动筒位移作为反馈，根据采集的物理转速和进口温度计算出相对换算转速，取得位移值，采用插值和模糊计算混合控制方案控制作动筒位移动作，间接实现三排叶片角度控制。

1.3 功能 通过系统配置菜单完成对应输入输出通道、模糊整定参数、叶片角与液压作动筒位移与转速关系曲线、变送器校准曲线等的设定输入。

控制系统的工作状态有三种，分别是：①手动。通过操作台上的“手/自动控制”开关确认，程序采集这个开关状态。在手控状态程序只做采集显示，控制由操作台上的电位器完成。在自动控制状态时，控制任务交给程序完成，程序有两种工作方式：机控手动和机控自动，两者可实现无扰动切换。②机控手动。可以通过程序界面上的仪表控制。③机控自动。程序自动控制。自控采用换算转速，物理转速和换算转速用下式计算：

N■=■·N（1）

式中：N■-换算转速；N-物理转速；T0-进口温度（℃）

换算转速与叶片角度的关系采用线性插值，得出的叶片角度作为控制设定值。为了达到快速反应，采用机控手动方式取得叶片角度与模拟输出的关系，事先配置到参数表中，快控时直接用关系曲线插值得到的输出值控制动作，然后用模糊控制方法逼近。如果选择慢控方式，直接用模糊控制方法逼近。

2 工程实际应用

某小档功率燃气轮机高压压气机试验件五排静叶角度可调，其中进口导叶和一级静子各自单独调节，二、三、四级静子按一定匹配关系联动调节，换言之，试验需要同时调节三组静叶角度。该压气机试验件上面自带的液压作动筒和安装的位移传感器以及布置方式，见图4所示。

在该压气机试验件调试及性能录取试验过程中，三排静叶角度调节所对应不同的相对换算转速～角度关系及位移传感器相对位移～角度对应关系见图5。

整个试验周期该控制器响应速度快，动态控制品质好，运行速度快、安全可靠。该三排可调叶片角度控制系统的应用，有效地提高了压气机试验多级叶片角度转速跟踪调节能力，控制过程不仅提高了静叶调节的控制精度，而且其各项性能指标均满足设计要求。

3 结束语

该控制系统软件参数调整方便，不仅能适应现阶段所有高低压压气机试验件三排以内可调静叶角度调节试验，而且可解决因执行机构和角位移传感器安装方式差异而出现的超调现象。该控制器在压气机可调叶片角度调节试验中的成功应用为叶片调节数字控制技术的使用和推广奠定了良好的基础。在该控制系统实际使用中，控制的好坏、准确度很大程度取决于使用维护和曲线标定上，设计室给定的是转速和角度的关系，往往由于角度刻度盘过小致使角度分辨率较差，且有机械间隙。而控制是靠位移变送器信号反馈的，位移和角度的测量是通过目测定位存在误差。试验前准备的越充分，参数配置的越精细，控制的

越好。

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