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离心压缩机变导叶调节预测模型研究取得进展
发稿时间:2016-06-16         作者:闫雪          来源:储能研发中心     【字号:

  压缩空气储能是一项能够实现大规模长时间电能存储的储能技术。在储能过程中,压缩子系统向储罐充气,压缩机排气压力持续升高,导致压缩机运行工况点持续变化。为了尽可能扩大压缩机的稳定工作范围同时获得较高的变工况效率,工程热物理所储能研发中心对压缩机进口导叶调节开展了研究。为实现压缩机性能的快速计算,科研人员建立了可调导叶离心压缩机变工况性能预测模型,对某设计流量34kg/s、总压比120的多轴齿轮式压缩机中的前两级进行研究。 

  损失模型作为预测模型的重要组成部分,对预测模型的准确性有重要作用。离心压缩机中的损失可分为进口导叶损失、叶轮内部损失、叶轮外部损失、无叶扩压段损失和叶片扩压器损失,各种损失在压缩机级内分布如图1所示。从图中可以看出,表面摩擦损失、叶片载荷损失、尾迹混流损失、叶片扩压器损失为主要损失,因此研究中对这4种主要损失进行修正。 

图1 各损失在不同流量下分布图

  预测模型结果与模拟结果对比如图2所示。如图所示,采用无修正模型预测设计工况性能时比较可靠,但偏离设计工况时误差较大。这是由于不同损失之间相互影响,而预测模型中采用损失叠加方法进行处理,导致误差的叠加和放大。采用流量系数对损失模型进行修正,压缩机级内总损失在近失速时有所减小,近堵塞时有所增大,压比和效率在近失速处有所增大,近堵塞处有所减小,即压比、效率的预测曲线都与数值模拟结果更加接近,最大误差减小了一半,提高了预测模型的精确度。 

  2 修正前后导叶开度为0°时预测模型结果与数值模拟结果对比  

   研究人员利用修正后的预测模型计算变导叶调节工况,预测模型中赋予叶轮进口气流不同的预旋角来实现导叶开度的改变,结果如图3所示。如图所示,压比曲线已与模拟曲线基本一致,特别是近失速处误差在2%以内,近堵塞范围误差亦控制在5%以内;效率曲线与模拟曲线的最大误差在4%左右。压比、效率在大开度的误差稍大,但均能达到可靠精度。由此可见,损失模型修正后,预测模型能够准确地计算出离心压缩机级在不同导叶开度下的性能曲线。 

图3  修正后不同导叶开度下预测模型结果与模拟结果对比

    以上工作得到国家973计划项目和国家自然科学优秀青年基金项目支持,相关研究成果已被核心期刊中国电机工程学报接收。  

 

 
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