Vibration-based detection of axial-flow compressor unstable operation

Abstract

Computer-aided and experimental research of a axial stage stability loss is presented. Informative criteria of the presurge compressor state is formulated. It is proved that the harmonic of a rotating stall is unstable, standing out sharply against noise; thus it can serve as a rotating stall indicator and a surge precursor. It was proved that vibration from the mounted on casing sensor can be applicable for rotating stall detection. An algorithm is proposed that detects the compressor pre-surge state by vibrations of the compressor casing. The algorithm is easy to be implemented in engine control and health monitoring systems.

Приведены результаты численного моделирования и экспериментальных исследований динамики потери газодинамической устойчивости ступени осевого компрессора. Выполнены исследования по выявлению информативных критериев обнаружения предпомпажного режима. Показано, что гармоника вращающегося срыва является устойчивой, значительно выделяется на фоне шумов, что позволяет использовать ее для диагностики вращающегося срыва как предвестника помпажа. Приведена уточненная зависимость для определения частоты вращающегося срыва. Показано, что для выявления вращающеегося срыва возможно использование параметров вибрации, зарегистрированных на корпусе компрессора. Предложен алгоритм выявления предпомпажного состояния компрессора по уровню вибраций корпуса компрессора для разработки автоматических систем предупреждения помпажа на этапе его зарождения.