双级可转导叶压气机性能研究

压气机的稳定性是保证压气机其他性能及燃气轮机正常运行的基础,而压气机存在着失速、喘振等不稳定现象,这种不稳定流动会严重影响整机运行的稳定性。导叶/静叶可调是一种防止喘振从而避免压气机进入失稳流动的有效措施。该文介绍了一个集成式压气机实验台,除了可进行高精度可转导叶性能研究外,还可进行压气机不同叶片综合性能和局部特性实验测量工作,且其数据采集集成系统可满足实时准确观测实验台相关参数的需求。通过实验与数值模拟相结合的方法对2.5级轴流压气机进行了研究,通过逐级调节进口导叶和一级静叶的旋转角度,获得了叶片调节角度与压气机效率之间的对应关系。

烟气再循环联合循环中燃气轮机温度控制方案

在部分负荷工况下,采用余热锅炉排气再循环与压气机进口导叶调节联合应用(EGR-IGVC)策略,可有效改善燃气轮机联合循环性能.但此策略若配合联合循环电站部分负荷工况中燃气轮机常采用的等T3(透平入口温度)-T4_(m)(透平排气温度最大允许值)温控方案,在较低负荷下会造成较大的底循环[火用]损失,底循环做功能力下降明显.提出了一种更适用于EGR-IGVC策略的等T3-T4_(m)-T4_(d)(透平排气温度设计值)温控方案,以PG9351FA型燃气轮机联合循环为研究对象,采用能量与[火用]分析方法,对比研究了EGR-IGVC策略配合两种温控方案时的联合循环部分负荷性能.研究结果表明,当环境温度为15℃,部分负荷率在80%负荷以上时,EGR-IGVC策略配合等T3-T4_(m)方案效果仍为最佳;在30%~80%负荷时,与配合等T3-T4_(m)方案相比,EGR-IGVC策略配合等T3-T4_(m)-T4_(d)方案可使燃气轮机效率提高0.15~0.47个百分点,余热锅炉[火用]损失减少0.51%(2.15 MW)以上.研究亦表明,当环境温度在0~40℃间变化时,采用等T3-T4_(m)-T4_(d)方案总能获得更高的联合循环效率,且随环境温度上升,部分负荷效率增幅更为明显.

基于可调叶高扩压器的离心压气机构型流动机理研究

离心叶轮/扩压器匹配关系恶化直接限制了离心压气机的稳定工作范围.以Radiver离心压气机为研究对象,借助经过校核的数值模拟方法开展了基于可调叶高扩压器的离心压气机叶轮/扩压器匹配关系及流动机理研究.结果表明:通过建立能够指导扩压器叶高调节方向和量值的“压气机工作流量-扩压器最佳叶高”正相关对应关系,即可在压气机近失稳点等小流量点主动降低扩压器叶高以改善压气机稳定工作裕度.在设计转速下,引入可调叶高扩压器能够使离心压气机的稳定裕度提升18.8%、流量范围拓宽385%且峰值效率提高0.45%;随着压气机工作点向小流量工况偏移,降低扩压器叶高可以抑制扩压器来流正攻角,优化重构其通道内部涡系结构,减小扩压器吸力面和压力面/轮毂角区的低速区,进而改善叶轮/扩压器匹配关系,抑制扩压器内部流动失稳发生,提升离心压气机稳定裕度和效率指标.

压缩空气储能系统用多级离心压缩机进口导叶调节策略研究

压缩空气储能系统在储能过程中,储气装置内部压力不断升高,这要求压缩机在较大压比范围内工作。高效变工况是压缩空气储能系统中压缩机的核心要求,为实现这个设计目标需要采取合适的调节方式及其调节策略。可调进口导叶结构简单,可在工作过程中运行,并可利用伺服装置实现自动化,是目前压缩空气储能系统中压缩机最适合的调节方法之一。本文以压缩空气储能系统中某4级离心压缩机为研究对象,建立了一种适用于多级离心压缩机变工况调节的性能预测方法,采用数值模拟得出单级离心压缩机性能曲线,并编写级性能叠加程序获得整机性能曲线。利用最小二乘法将多级离心压缩机性能数据拟合为多项式函数,采用遗传算法建立了以等熵效率为优化目标,进口导叶开度为优化变量,整机出口压力或者流量为约束条件的可调进口导叶调节策略程序。

车载滑片式压缩机数值建模及其性能研究

由于对滑片式压缩机几何优化的研究有限,大多数受几何结构影响的流动和泄漏机制尚未完全揭示。为此提出一种新型车载滑片式压缩机,其设有密封减震垫片以减小磨损摩擦,进、排气口采用异面布置且进气口端面为月牙形结构,以改善腔内流动。结合动网格技术,选取RNG κ-ε湍流模型,采用Pumplinx对滑动叶片数量、叶片尖端间隙高度进行数值研究,并搭建压缩机试验台架进行试验验证。结果表明:随着滑片数量的增多,出口温度和定转子啮合间隙泄漏减小,质量流量增加;定转子啮合间隙高度从0.01 mm增大到0.05 mm时,质量流量和容积效率分别降低了11.46%和6.69%,而排气温度增加了45.8 K,间隙泄漏量增大了1.13倍。

进口导叶对S-CO_(2)离心压缩机内部流动及性能的影响研究

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环被认为是具有前景的动力循环之一,S-CO_(2)压缩机性能对循环热效率有很大影响。该文以带进口导叶的S-CO_(2)离心压缩机为研究对象,采用数值模拟方法探究预旋角度对S-CO_(2)离心压缩机内部流动和性能的影响。结果表明:预旋角绝对值的增大会加剧导叶吸力面侧的流动分离,导叶段总压损失与叶轮进口处流动不均匀程度也随之增大;随着正预旋角度增大,叶轮进口处相对气流角和相对速度减小,叶片吸力面侧膨胀加速和流动分离减弱;较大的正预旋角度会导致大流量工况下进口导叶段出现两相区流体。该文研究结果可为S-CO_(2)离心压缩机进口导叶调节提供一定参考。

轴流压气机可调静子叶片间隙泄漏流数值模拟

为了探究轴流压气机前面级可调静子叶片部分间隙泄漏流对压气机性能和流场的影响,通过数值方法模拟某轴流压气机带有可调静子叶片的前面级1.5级流场,并详细分析了部分间隙泄漏流特征。数值仿真结果表明,相较带容腔原型算例,部分间隙使得压气机特性线往左下方偏移,设计点效率降低0.12%,近失速点效率降低1.83%,但喘振裕度提升6.4%;可见受到部分间隙泄漏流影响,静子叶片根部出口气流角明显增加;部分间隙泄漏流可以给吸力面根部角区低能流体充能,降低设计点端壁处的损失,降低近失速点吸力面分离涡的强度,提升喘振裕度;根部部分间隙造成叶片根部做功能力降低,但影响范围控制在5%叶高以内;部分间隙造成静子根部流场发生改变,使得设计工况点静子根部产生一条附着线,并形成闭式分离。

可调静叶角度精度对多级压气机气动性能的影响

为了获得可调静叶的角度精度对多级压气机的气动性影响情况,对某11级高压压气机的S1、R2和S2共三排叶片开展了全三维数值模拟研究,通过调整S1静叶开、关角度值分析可调静叶角度偏差的量化影响。研究结果表明:可调静叶调节精度越高,则压气机越匹配设计点工况,气动性能则越好;可调静叶角度精度为±1°时对压气机的效率影响不大;但可调静叶角度精度在关闭3°时,效率损失最大达0.31%,静叶根部压力面流动分离明显增大。

可调进口导叶离心压缩机叶轮性能快速预测理论研究

文章使用理论公式推导的方法,研究了带可调进口导叶时,对离心压缩机叶轮性能快速预测,得出了压比和体积流量换算公式,以及效率和体积流量换算公式。该方法可用于带有可调进口导叶离心压缩机变开度性能预测。

高转速高增压比压气机导叶控制装置设计与研究

为充分考核压气机性能、寻求最佳导叶角度控制规律,满足高转速高增压比压气机性能试验所需,亟需压气机导叶角度实时可调导叶控制装置。针对压气机台架试验环境和试验场景,提出了双通道数字式电子控制导叶控制装置架构,开展了部件选型和设计,对装置的重要组成部件——电子控制器的硬件电路进行了设计和仿真。该装置经过安装调零、最优PID参数选取及系统联调,配合高转速高增压比压气机开展多轮性能摸底试验。台架试验结果表明,所设计的导叶控制装置控制稳定,性能良好,能安全可靠地按需实时调节压气机导叶角度,满足压气机性能试验所需。

交替静叶布局对轴流压气机气动稳定性的影响

为揭示交替静叶布局控制角区分离的流动机理,提升压气机性能,实现压气机的扩稳,采用了数值模拟方法对某高负荷跨声速压气机展开交替静叶设计研究。通过改变静叶叶尖进口几何角,调整叶片的布局方式,得到一种改叶型弯角交替静叶,在此基础上结合叶片弦长进一步优化,得到另一种改弦长交替静叶。数值研究表明:改叶型弯角交替静叶布局压气机的稳定裕度相对原型提升了34.7%,改弦长交替静叶使改叶型弯角交替静叶的压气机稳定性进一步提高,但会造成压比和效率的小幅下降,即以损失部分性能的代价换取了压气机稳定性的提升,改弦长交替静叶压气机在前者基础上将稳定裕度进一步提升了9.7%。新型的静叶布局使得相邻流道的流场结构产生差异,在周向上形成上、下角区分离交替分布的格局,促进了相邻流道出口流体的汇聚。叶型弯角的改变使角区低能流体区引入了更多高能流体,抑制了低能流体在角区堆积,提升了静叶的扩压能力。而弦长改变的同时增加了叶片前掠,阻隔了部分气流,实现了气流的重新分配,一定程度上平衡了两侧气流流量的不均匀性,从而改善了该压气机的气动稳定性。

旋叶式压缩机在船舶LNG燃料系统的仿真及应用

对近年广泛装船应用的一种新型旋叶式压缩机进行深入研究,对其结构形式及工作原理进行介绍。通过与传统蒸发气压缩机进行对比分析,论证其装船适用性及限制条件。提出一种合理化的近似仿真模拟计算方法并采用专业软件进行仿真模拟,通过与厂家实际数据进行对比,证实其仿真计算方法的有效性,从而解决了该类型压缩机特殊结构形式导致液化天然气燃料系统定量分析计算困难的问题。研究结果对LNG、氨、氢等绿色低碳燃料的船舶工程应用具有参考借鉴价值。

离心压缩机喘振实测方法与分析

对离心压缩机喘振机理及喘振对机组的影响进行了研究,给出压缩机喘振实测的必要性和可行性。根据某空气压缩机发生喘振时,在不同入口导叶角度下测得入口流量、出口压力,从而得出该入口导叶角度条件下的最小流量,从而得到导叶不同角度条件下的喘振线。比较实际喘振线与主机厂家给出的预期喘振线,实际喘振出口压力比预期喘振压力高16%~19%,从而得出该压缩机喘振实测很有必要。准确的压缩机喘振线为压缩机安全、节能创造了条件,并对此类压缩机的安全、高效和更加节能的控制给出指导。

轴流压气机可调进口导叶叶顶间隙的数值仿真

为了研究分布式能源燃气轮机可调进口导叶的叶顶间隙,以某型燃气轮机跨音速级的轴流压气机为研究对象,采用NUMECA软件对可调进口导叶的不同叶顶间隙方案进行了数值模拟,分析了可调进口导叶叶顶间隙的仿真方法,以及对压气机跨音速级性能的影响。结果表明:若忽略可调进口导叶的部分间隙,将减小压气机的堵塞流量,增大高负荷工况的效率;部分间隙的泄漏流增加了可调进口导叶叶顶区域的总压损失,增大了下游动叶的入口冲角,并改变了近堵塞工况时下游动叶内的激波结构。建议在三维仿真时,不可忽略可调进口导叶的部分间隙结构。

离心式压缩机负荷控制与喘振控制探讨

离心式压缩机是石油化工的重要设备,针对离心式压缩机自身结构特点,总结了离心式压缩机负荷控制的四种方式及优缺点。同时对防喘振控制的注意事项进行了详细的描述,并在传统控制的基础上提出超驰控制、负荷跟踪控制等优化控制措施。优化控制既可以保证离心式压缩机的安全稳定运行,又可以降低压缩机能耗,为今后离心式压缩机控制系统的设计提供了参考。

前缘开槽对可调导叶气动性能的影响

为减少大攻角时可调导叶产生的流动损失,本文基于平面叶栅试验和数值模拟方法,在前缘设置不同槽道结构,将叶片压力面的流体引导至吸力面,吹走低能流体,降低总压损失。研究结果表明:设置槽道引导气流产生射流动量至吸力面侧分离区域能够一定程度上降低不同开度下导叶的出口总压损失。在进口速度为45 m/s、攻角为25°时,射流能够有效削弱吸力面的分离涡,可降低65%的出口总压损失和2.4°气流落后角,当来流速度达到98 m/s时出口总压损失最大可降低70%。对比不同的槽道形式的射流动量、角度对流场的影响,发现合理的槽道形式可以降低大攻角时的损失基础上,控制小攻角时射流对流场的负面影响。

平动回转式压缩机的几何理论

为了解决压缩机摩擦能量损失大和结构磨损严重的问题,提出了一种全新结构的平动回转式压缩机,它由固定的气缸、摆动的滑板和平动的转子等组成。由气缸的内表面、滑板和转子的外表面形成的工作腔在工作循环中进行连续的进气、压缩及排气动作,使压缩机工作状态极为平稳。介绍了该压缩机的工作原理、结构特点及几何理论,并详细推导了行程容积、气腔压力及热力学计算的有关公式。分析结果表明,该压缩机结构简单、无易损件、易于密封、摩擦磨损小、成本低,适用于各种流体。

旋转离心叶轮与叶片扩压器间耦合流动的数值分析

以离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象，本文提出了动静耦合统一正命题型式，采用κ－ε紊流模型、同步计算动静耦合流场的方法，分别对下同流量工况下离心叶轮与叶片扩压器内部非定常流动进行了数值计算。计算结果与激光多普勒测量结果进行了比较：在设计工况下，离心叶轮与叶片扩压器相互匹配较好，而在非设计工况下，流道内流动趋向恶化。说明计算结果是有一定的可信度；计算结果同时说明，只有采用非定常算法，才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。

旋叶式压缩机的动力特性

研究了旋叶式压缩机的结构特点．依据达朗伯原理，建立了结构受力的数学模型，并编制软件对其进行了动力分析，对旋叶式压缩机的两种典型结构进行了受力分析及比较．研究结果表明，新型双作用旋叶式压缩机在滑片受力、摩擦耗功等方面均表现出明显优势，是一种有发展前景的新机型．

任意缸体旋叶式压缩机的叶片型线设计理论研究及应用

与缸体内壁相接触的叶片头部形状是旋叶式压缩机设计的关键之一。应用微分几何理论,研究出与各设计基本参数紧密相关、与缸体型线相匹配的叶片型线设计方法,从理论上保证旋叶式压缩机的运行可靠性,为实现高效压缩的旋叶式压缩机设计提供计算依据,拓宽设计理论。计算机仿真与试验表明,由设计理论获得的叶片具有很好的啮合特性,完全消除了'尖点滑移'和局部磨损现象,具有均匀相对滑动;型线的形状保证叶片头部与缸体内壁的运行可靠性;叶片头部具有最简单的型线形状,易于机械加工制造;与主型线光滑连接的前、后过渡修正圆弧,使叶片与缸体内壁啮合时,不成刀刃状,且利于形成油膜,改进润滑状况,同时降低缸体、转子及转子叶片和叶片槽的加工和装配精度要求。