Application of the wavelet transform of pressure signals for detecting and analyzing rotating stall inception in axial flow low speed compressor stage

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.

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.