涡轮压缩膨胀机的设计与性能分析

随着人们环境保护意识的加强,天然工质制冷剂重新受到研究人员的关注。空气是一种安全且对环境绝对友好的天然制冷剂,未来,压缩空气制冷循环有望成为传统蒸气压缩制冷循环的潜在替代品。压缩膨胀机作为压缩空气制冷的核心部件,其工作效率对机组性能有直接影响。为了设计出能够配合膨胀机高效工作的离心压缩机,需要对传统的设计方法进行一些修正。本文将质量、动量、能量守恒与射流尾迹区理论相结合,并将传统的离心压缩机相关参数推广到较低压力的范围中,提出了一种与现有的涡轮膨胀机相匹配的离心压缩机几何参数的设计方法。使用该方法为现有的膨胀机设计了对应的离心压缩机,并利用其他学者分析过的离心压缩机模型对该方法进行验证,利用计算流体力学方法(CFD)对压缩膨胀机变工况下的工作性能及对膨胀功的利用率进行模拟分析。按本方法设计的离心压缩机在设计工况下能够以高于92%的效率利用膨胀机的输出功。在变工况条件下能够以高于88%的效率利用膨胀机的输出功,并且在设计质量流量附近能够顺利运行。

压缩空气储能技术研究现状及发展趋势

[目的]压缩空气储能具有储能容量大、安全性高、寿命长、经济环保、建设周期短等优势,是未来和抽水蓄能相媲美的长时储能技术,成为未来储能重点布局的方向。在此背景下,文章通过对压缩空气储能技术现状进行综述,分析不同压缩空气储能技术的工作原理、面临挑战及解决方案,以期对压缩空气储能技术的发展提供参考。[方法]文章首先对压缩空气储能技术原理进行了介绍;对系统中的压缩机、透平膨胀机和换热器等关键设备进行了阐述,分析了大规模压缩空气储能用的关键设备;并从地面关键工艺技术和地下储气设施两个角度介绍了大规模压缩空气储能系统的常用关键技术、发展现状及工程案例;最后对压缩空气储能技术的未来发展趋势进行了分析。[结果]结果表明:蓄热式压缩空气储能是当前国内的主流技术,且高温储热成为未来压缩空气储能发展方向,也是压缩空气储能提高效率的重要途径。同时,系统关键设备和技术优化、成本降低、应用场景发展等方面尚有一定改进空间。[结论]压缩空气储能作为一种长时储能,对未来构建新型电力系统具有重要的支撑作用。

相继增压系统切换过程对增压器辅推轴承轴向力影响与轴承优化研究

采用数值仿真方法研究基本增压器在系统切换过程中的轴向力变化规律,并提出了辅助推力轴承的改进设计方法。首先数值仿真研究了基本增压器的转子系统在切换时的压气机/涡轮关键典型截面气动参数分布情况,分析了在柴油机增压模式切换过程中基本增压器转子轴向力大小和方向变化规律,然后提出了增加轴承承力面及改变承力面材料的优化方案。结果表明:基本增压器辅助推力轴承在切换的5 s时间内轴向力发生翻转,最大约承受2273 N的反向轴向力,是造成切换过程辅助推力轴承磨损的关键原因;优化方案最大承载能力为优化前的4.8倍,显著提升了辅助推力轴承承载力。经增压器平台可靠性验证,改进后的增压器辅助推力轴承在相同时间内未出现碰磨现象。

透平压缩机轴承积碳处理

压缩机在空分装置长周期安全稳定运行中起着关键性作用。随着压缩机运行周期的延长,机组内润滑油被氧化,颗粒度等级和漆膜生成倾向值会越来越高,沉积在轴承、轴瓦和传动部件上,导致轴温升高、振动加大,极易造成轴承损坏。在更换润滑油、清洗透平压缩机内部积碳的情况下,采用平衡电荷附聚净化技术对润滑油进行在线处理。结合透平压缩机轴承积碳清理试验,分析在线滤油机的处理效果。

迷宫密封的两控制体模型与动力特性研究

提出了迷宫密封腔两控制体模型的理论计算方法,从流体力学基本方程出发,经逐腔计算,获得各腔内的压力分布及反映气流对转子激振力的动力特性系数,实验结果与理论计算具有较好的一致性,为高参数的透平压缩机械转子稳定性评价提供了重要的理论依据。

通用化透平压缩机运行性能高速在线评估系统设计

提出了一种化工离心式压缩机运行性能(热力性能)在线监测与评估系统通用化设计思想.研究并介绍了对真实气体物性参数计算、压缩机变工况热力性能计算与评估分析及相应通用接口软件的编制等核心工作.现场运行表明:该系统能够实时显示压缩机组的工作状态及运行点位置,同时给出当前机组热力状态评估结果及防喘振裕度等重要指标,置信度高,运行可靠.

气体轴承在高速透平机械中的应用

气体轴承具有速度高、精度高、功耗低、寿命长、低振动、无污染等优点,气体润滑技术在高速透平机械中具有广泛的开发和应用前景。全面回顾了我国在低温透平膨胀机领域开发应用气体轴承的历史与发展概况,以及国外在制冷机、风机等通用高速透平机械中动压气体轴承成功应用的实例。

压缩空气储能技术现状分析

从电力供应的"削峰填谷"入手,阐述了储能的背景环境。重点分析了压缩空气储能(CAES),比较了各种储能形式的发电效率及技术参数。通过比较国内外CAES的发展及技术研究现状,我们清晰地认识国内的发展状态及与发达国家之间的差距。结合特定CAES形式,理论上分析热动力性能及效率,并论述了CAES在将来风电并网中良好的前景。

超流氦低温系统发展及涡轮冷压缩机的应用

2 K下大型氦低温系统已采用离心式涡轮冷压缩机在低温低压下对饱和液氦槽减压操作,以获得超流氦或过冷氦。介绍了2 K温度级超流氦制冷机发展情况和涡轮冷压缩机在氦制冷系统中的应用,以及中国科学院等离子体物理研究所EAST超导托卡马克氦低温制冷机中过冷氦的制取过程。

固体燃料ATR涡轮/压气机匹配方法研究

为了获得固体燃料空气涡轮火箭发动机(SP-ATR)中涡轮和压气机的匹配工作特性,建立了涡轮和压气机的工作特性模型,根据SP-ATR转速、功率和背压平衡的工作特点,分别基于涡轮和压气机的工作环境先后采用两种不同的方法完成了二者的匹配。对比两种匹配方法得出结论:(1)基于涡轮的匹配方法与转速稳定过程一致,可确定特定飞行环境中发动机的转速;(2)基于压气机的匹配方法需要条件更少、适用范围更广,可用于特定转速调控方案下驱涡燃气流量的确定。两种匹配方法的计算结果相对Ax STREAM仿真结果的最大误差为10.75%,两种匹配方法的计算结果相差不超过8%。将建立的匹配方法应用于HARM弹自主爬升飞行过程,得到SP-ATR驱涡燃气流量的定量调控规律。

透平循环压缩机组运行状态自动监控系统的设计

介绍了透平循环压缩机组运行状态自动监控系统的结构、软硬件配置、技术关键点及特点。该系统以工业控制计算机为中心， 选择与机组运行状况因果关系明显的轴向位置、振动及工艺参数（ 电流、功率、温度） 等信号作为在线监测信号， 采用阈值监测模式， 实时监测机组的运行状态， 实现预警、紧急自动停车、故障诊断和滚动轴承寿命分析等功能。该系统应用于工业现场， 取得了良好的效果。

基于UG的涡旋压缩机涡盘设计和制造

在分析涡旋压缩机工作原理和特点的基础上,基于UG软件平台,对涡盘进行了三维实体建模、工艺方案制定、刀位轨迹规划和仿真。通过网络将数控代码传输到三轴数控加工机床,完成了涡盘的数控加工。仿真和加工结果验证了工艺方案的合理性,对提高涡旋压缩机的加工精度和自动化程度有一定的应用意义。

基于Bently3500的风洞压缩机轴系监测系统

为准确监测0.6 m连续式跨声速风洞压缩机轴系的径向振动、轴向位移和键相位信号,设计基于Bently3500的轴系监测系统。采用Bently3500机械保护系统进行硬件配置和参数组态,通过PLC下位程序和上位机HMI设计,建立一套连续的在线轴系检测系统,并成功应用于压缩机运行和风洞调试。结果表明:系统能准确反映压缩机轴系的实时运行状态,实现轴系关键运行参数的连续采集、在线监测和逻辑报警,为压缩机的安全运行保护提供依据。

离心式冷压缩机研发试验研究

介绍了离心式涡轮冷压缩机的国外应用情况。根据中国科学院等离子体物理研究所EAST超导托卡马克氦低温系统当中过冷槽的设计制冷量,进行冷压机的整体结构设计,叶轮分析加工,轴承电机选择,并进行试验性加工。通过室温下测试,符合转速和稳定性要求。

涡旋压缩机正常工作时流动阻力损失的分析与计算

涡旋压缩机在正常工作运转时，动涡盘端板、十字环、平衡重等的运动过程，受到流体阻力的作用。当十字环、平衡块等浸在润滑油中时，还有流体的扰动损失。气体流动过程，特别是通过狭窄通道流动时，还会引起气流摩擦损失。

固体燃料空气涡轮火箭发动机方案和技术研究

针对固体燃料空气涡轮火箭发动机(SP-ATR)的工作特点,提出了双燃气发生器的加力工作模式,并根据总体性能要求确定了部件的工作参数。主要采用数值模拟和实验研究相结合的手段,分别针对压气机和涡轮部件开展了气动设计和增压装置集成,获得了工作特性,并完成了增压系统工作特性的冷流实验验证。开展了考虑涡轮后低温旋流条件下多股气流的高效掺混燃烧研究,通过研究涡轮转速、空气入射角度、补燃室富燃燃气流量和富燃燃气射流位置对燃烧效率的影响,确定了原理样机和关键部件的恰当形式和布局方式。最终开展了原理样机的地面热试实验,验证了双燃气发生器的SPATR发动机的工作原理,热试实验结果表明燃气涡轮增压装置工作可靠,性能满足设计要求,其中压气机压比达到了3.3,转速为82kr/min,补燃室燃烧效率为85.21%。

透平式鼓风机及压缩机热力性能测试系统

介绍了透平式鼓风机及压缩机热力性能测试系统的设计原理、系统结构和功能要求。开发出透平式鼓风机及压缩机热力性能测试系统。在该系统中,采用了容错机制和抗干扰设计,保证了高可靠性和准确性。

透平压缩机叶栅S_1流面迭代计算方法的改进

通过大量优化筛选计算,确定了应用流片厚度调整法的S1流面计算方法与考虑流片厚度变化影响的附面层计算模型,研究了湍流附面层分离后的反模式以及尾迹区的计算方法,在此基础上开发了一种新的S1流面迭代计算模型。通过可控扩散叶型(CDA)和双圆弧叶型(DCA)算例,验证了该迭代计算模型的有效性,为进一步完善风机与压缩机的设计和分析体系提供了技术储备。

空气涡轮火箭发动机起动过程推进剂供应及尾喷管面积变化规律研究

为了认识固体推进剂空气涡轮火箭发动机推进剂供应快慢和尾喷管面积变化对发动机起动过程产生的影响,采用容积法建立了考虑工质变比热及化学平衡的发动机动态模型,通过给定不同的推进剂供应速率、尾喷管喉部面积大小及尾喷管喉部面积随转速变化速率,模拟了发动机各工况下的起动过程,对比分析了这些参数对发动机起动时间、共同工作线位置的影响规律。研究发现,增加推进剂供应速率会使发动机起动时间降低,但压气机更接近喘振边界,当尾喷管喉部面积较小时,尾喷管会出现壅塞现象,导致压气机喘振。在此基础上,给出了采用较快推进剂供应速率和尾喷管喉部面积随转速升高而增大相结合的调节方法,使压气机在避免喘振的同时远离堵塞边界,实现了发动机的快速安全起动。

大型旋转设备轴缺陷故障诊断实例

利用先进的分析诊断设备 ,以实例对多台大型机组转轴上存在的缺陷进行了诊断分析 ,排除了干扰 ,帮助制定正确的决策 ,指导了生产 ,避免了不必要的停机 。