工程熱物理所儲能系統(tǒng)離心壓縮機(jī)研究取得新進(jìn)展

　　壓縮空氣儲能是一項能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模長時間電能存儲的儲能技術(shù)。在儲能過程中，壓縮子系統(tǒng)向儲罐充氣，壓縮機(jī)排氣壓力持續(xù)升高，導(dǎo)致壓縮機(jī)運行工況點持續(xù)變化。為了盡可能擴(kuò)大壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作范圍同時獲得較高的變工況效率，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心對壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)開展了研究。為實現(xiàn)壓縮機(jī)性能的快速計算，科研人員建立了可調(diào)導(dǎo)葉離心壓縮機(jī)變工況性能預(yù)測模型，對某設(shè)計流量34kg/s、總壓比120的多軸齒輪式壓縮機(jī)中的前兩級進(jìn)行研究。

　　損失模型作為預(yù)測模型的重要組成部分，對預(yù)測模型的準(zhǔn)確性有重要作用。離心壓縮機(jī)中的損失可分為進(jìn)口導(dǎo)葉損失、葉輪內(nèi)部損失、葉輪外部損失、無葉擴(kuò)壓段損失和葉片擴(kuò)壓器損失，各種損失在壓縮機(jī)級內(nèi)分布如圖1所示。從圖中可以看出，表面摩擦損失、葉片載荷損失、尾跡混流損失、葉片擴(kuò)壓器損失為主要損失，因此研究中對這4種主要損失進(jìn)行修正。

　　預(yù)測模型結(jié)果與模擬結(jié)果對比如圖2所示。如圖所示，采用無修正模型預(yù)測設(shè)計工況性能時比較可靠，但偏離設(shè)計工況時誤差較大。這是由于不同損失之間相互影響，而預(yù)測模型中采用損失疊加方法進(jìn)行處理，導(dǎo)致誤差的疊加和放大。采用流量系數(shù)對損失模型進(jìn)行修正，壓縮機(jī)級內(nèi)總損失在近失速時有所減小，近堵塞時有所增大，壓比和效率在近失速處有所增大，近堵塞處有所減小，即壓比、效率的預(yù)測曲線都與數(shù)值模擬結(jié)果更加接近，最大誤差減小了一半，提高了預(yù)測模型的精確度。

　　研究人員利用修正后的預(yù)測模型計算變導(dǎo)葉調(diào)節(jié)工況，預(yù)測模型中賦予葉輪進(jìn)口氣流不同的預(yù)旋角來實現(xiàn)導(dǎo)葉開度的改變，結(jié)果如圖3所示。如圖所示，壓比曲線已與模擬曲線基本一致，特別是近失速處誤差在2%以內(nèi)，近堵塞范圍誤差亦控制在5%以內(nèi)；效率曲線與模擬曲線的最大誤差在4%左右。壓比、效率在大開度的誤差稍大，但均能達(dá)到可靠精度。由此可見，損失模型修正后，預(yù)測模型能夠準(zhǔn)確地計算出離心壓縮機(jī)級在不同導(dǎo)葉開度下的性能曲線。

　　以上工作得到國家“973”計劃項目和國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金項目支持，相關(guān)研究成果已被《中國電機(jī)工程學(xué)報》接收。

圖1 各損失在不同流量下分布圖

圖2 修正前后導(dǎo)葉開度為0°時預(yù)測模型結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比 

圖3  修正后不同導(dǎo)葉開度下預(yù)測模型結(jié)果與模擬結(jié)果對比