多级轴流压缩机多目标优化控制研究王掩刚刘波梅运焕/西北工业大学摘要：以数值计算和试验的某12级轴流压缩机特性结果为依据，分析了该机高效、节能、安全运行包线范围及最佳运行路径的获取，为控制系统改造后的垠佳运行规律提供了理论基础。结合多目标优化控制方法，实现了压缩机瑕佳定风量、定风压控制过程，为确保机组安全运行，按喘振边界裕度和效率加权分陀原则，定出了寻优公式。关键词：轴流式压缩机：特性；优化控制中图分类号：TH452文献标识码：B文章编号：1006-8155（2007）04-0012-04SecondaryFlowAnalysisonlow-SpeedLarge-scaleCentrifugalImpellerAbstract:TheFine/TurbosolverofcommercialNuniecasoftwareisemployedtosimulate.thecomplexthreedimensionalthreedimensionalviscousflowinlow-speedlarge-scalecentrifugalimpelle匚Onthebasisofgoodagreementbetweennumericalresultswithexperimentaldata,detailedanalysisoninnerflowfieldhasbeenmade.Furthennore,thesecondaryflowstructureisinvestigated.Itisconcludedthatthesecondaryflowhasgoodrelationshipwiththeformationanddevelopmentofwakeregionwhichformedmainlyfortheradialmovementoflowerenergyfluidinbladesurface.Keywords:centrifugalcompressor;impeller;secondaryflow0引言目前，国内外现场运行的透平机械多采用“单变量”（如轴流压缩机的静叶角度）控制方式，其它控制作用量（如转速）以有限可变量值，随预定慢变因素变化。因此，设备的'‘非瑕佳、较低效率工况”运行时间较长⑴。随着电子工业的迅猛发展以及人类对叶轮机械内部流动机理和性能预估方法的深入认识，对机纽进行闭环多变量优化控制，使其始终稳定工作在效率和喘振裕度较大的状态已经成为可能。在床缩机特性预估方面,流线曲率法结合有效损失和落后角模型始终是较为可靠的方法国内外也进行了大量的研究工作，取得了很好的效果，日前应用该方法预估风机特性,英结果的精确度主要収决于所应用的损失和落后角模型的精度⑵。本文考虑了多种因素且具有宽广应用范围的损失和落后角模型对某多级压缩机特性进行预估，结合试验结果，分析风机安全、髙效、节能的空气运行包线，结合多目标优化控制方法，确定了压缩机最佳定风量、定风压控制过程思路，为确保压缩机安全运行，按喘边裕度和效率加权分配原则，定出了寻优公式⑸。1压缩机特性分析及处理某压缩机加进口导向叶片共有25排叶片，其中8排静子叶片无级可调，山压缩机中的控制机构控制。为保证控制应用，并确保压缩机安全高效运行，必须对其特性有全而、宽范围的掌握。借助试验和数值预估的方式，在3纟［［不同静叶角度组合下（+16。、0°、-10。）进行了大量计算和统计分析，获取了每个角度10个转速下效率\流量、压比\流量曲线，得到了效率、压比与流量在不同转速下的变化特性，并转换成通用特性图（如图1和图2所示,+16°吋从左到右转速依次为2800、3000、3270、3460、3668r/min；0°时从左到右转速依次为2768、3114、3460、3668r/min；-10°时从左到右转速依次为3000、3270、3460、3668r/min）,为压缩机定风压、定风最自动控制提供了基础和依据。另外，在试验过程中，应用轴振动和轴位移预测压缩机喘振边界的方法得到了该压缩机不同静叶角度纽合的喘振边界，为压缩机工况控制提供了必要的基础。A（X，y）=fl（心1，兀22••，兀2“，儿1，）‘22••，）‘2“）已知/|=兀（“加，儿）加=1，兄图I流量•压比特性曲线图2流昴■效率特性曲线该压缩机工作范围在表盘指示角度TO。〜16°、转速为3000〜3700r/min（大气温度为20°左右）。要将压缩机所有工作点的性能都通过流场求解的方式求出，其工作难度是相当大的，只要能将压缩机在儿个关键点上的特性准确求出，使用二维内插值，基本上可以满足工程精度要求，因此有必要对曲线二维插值⑸作一简单介绍：对于一维问题已知函数在各个离散点的值，要求出在某点兀的函数值，可以使用线性插值、拉格郎日插值、赫尔米特等，本项目中采用拉格郎日插值。但对于二维问题，插值就变得复杂了。对于函数（X,）0=（心小2••眄〃，儿，）4•，儿J，/2=f...