摘要：Compressed Air Energy Storage(CAES) has tremendous promotional value in the intermittent renewable energy supply systems. CAES has special requirements for compressor(e.g. heavy load, high pressure ratio, wide range). With advantages of higher efficiency and wider operation range, IGC(Integrally Geared Compressors) is selected to fulfill the special requirements of the large-scale CAES. To get a better aerodynamic performance, in this paper, based on the analysis of internal flow of centrifugal compressor, a multi-objective one-dimensional optimization design program was put forward combined with modified Two-Zone model and a low solidity vaned diffuser(LSVD) design method. Then, a centrifugal compressor aerodynamic component optimization design system was established with the three-dimensional blade optimization design method based on neural network and genetic optimization algorithm. Then a validation was done by redesigning the Krain-Impeller to get better performance. Finally, the aerodynamic design of the first stage of IGC was completed. The CFD calculation results indicated that the total-to-total pressure ratio of the first stage was 2.51 and the polytropic efficiency was 91.0% at the design point. What’s more, an operation margin and surge margin of the compressor was about 26.5% and 16.4% respectively.

摘要：分析了离心压缩机在导叶可调情况下的变工况工作过程,在选取合适的离心压缩机各种经验损失模型的基础上,结合无叶扩压段多变指数损失计算法,利用Matlab编写离心压缩机变导叶调节的变工况性能预测模型。通过迭代计算得到结果,将预测结果与数值模拟结果进行对比。发现压缩机性能在设计点时预测与模拟结果符合较好,偏离设计点越多误差越大,大流量处误差高于小流量范围内的误差。通过分析损失特点,利用流量系数对4种主要损失模型公式进行修正,修正后预测模型与数值模拟符合较好,精确度得到提高,大流量和大开度时误差稍大,但最大误差可控制在5%以内,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变工况性能。

摘要：离心压缩机一维预设计中,准确的性能预测可以有效地缩短设计周期,提高设计效率。为了提高性能预测的准确性,在传统两区域模型的基础上,引入外界能量输入与叶轮旋转效应,提出一种叶轮扩压度计算模型,并结合无叶扩压器的特点,将两区域模型应用于无叶扩压器性能预测中。通过与文献中已有的实验结果进行对比,验证了改进模型的可用性。对比结果表明:改进的两区域模型有效减少对工程经验的依赖性,可以实现不同压比、不同后弯角离心压缩机性能预测,总体预测精度较高,与实验数据偏差在4%以内。

摘要：排气蜗壳对离心压缩机的整体性能、工作范围有直接且不可忽视的影响。排气蜗壳由于其完全三维的、湍流的内部流动会引起蜗壳进口周向压力畸变,从而影响上游部件的流动稳定性。本工作针对先进压缩空气储能系统离心压缩机排气蜗壳进行多目标优化设计,提出了一种可变截面形状的参数化设计方法。以总压损失系数和静压恢复系数为优化目标变量,采用多个控制面和控制点的方式对离心压缩机蜗壳截面参数进行全周控制,结合最优拉丁超立方试验设计方法和全三维CFD数值方法生成样本空间,利用二代非支配排序遗传算法对Kriging近似模型进行多目标寻优,建立优化平台和优化方法。研究结果表明:优化后的截面形状能够减小通流截面旋涡中心的剪切应力,使排气蜗壳内部通流速度分布更加均匀;优化方案在设计工况下整级等熵效率提高了0.45%,压比提高了0.36%;与初始模型相比,优化后的排气蜗壳可以有效改善离心压缩机的整体性能。本研究有助于推动数值优化设计方法在离心压缩机排气蜗壳中的应用,为高性能、低总压损失离心压缩机的优化设计提供参考。

摘要：压缩空气储能被认为是最具发展前景的大规模物理储能技术之一,压缩机作为其关键部件对系统整体性能具有重要影响。离心式压缩机具备大流量、高压比、宽工况的运行特性,在压缩空气储能领域相对其他类型压缩机更具优势。受固定容积储气装置充气特性影响,压缩机常运行于非设计工况,对压缩机性能进行准确预测可提高系统效率,减少研发投入。20世纪50年代起,国内外学者对离心式压缩机性能预测开展了大量研究,建立了多种性能预测方法。本文将性能预测方法分为机理建模类、相似换算类与数据驱动类,在总结各方法基本原理及研究进展的基础上,定性分析了各方法在建模周期、预测精度、可移植性及适用场景等方面的差异,并对性能预测未来发展趋势进行了展望,旨在为离心式压缩机性能预测方法的研究与应用提供指导。

摘要：针对国内现有矫直机在生产过程中产生的诸多问题,新设计出Φ168mm高强度矫直机,在矫直机的防水、防尘及设备稳定性方面进行了专门设计。经过数台该型号矫直机的制造和现场使用证明,新设计的Φ168mm矫直机所采用的基本设计方案是可行的,管材矫直质量明显提高。

摘要：发展压缩空气储能技术是解决可再生能源大规模接入电网的有效途径,也是实现“碳达峰,碳中和”目标的重要技术手段之一。轴流压缩机是压缩空气储能(CAES)系统的重要部件之一,需要有宽工况、大流量、高压比等特点。采用数值模拟方法,以NASA Stage35为原型,通过正交试验法研究不同动静叶弯高、弯角之间的耦合关系,并对其进行优化。选取L49(7^(4))正交表,以失速裕度、峰值效率、压比为优化目标,选取动静叶的弯高、弯角4个试验参数,进行4因素7水平的正交设计。优化设计后失速裕度提升了60.56%,效率和压比降低幅度在可接受范围内。通过极差分析发现弯叶片可以普遍提高失速裕度,但是峰值效率和压比普遍降低,动叶弯角对压缩机的气动性能影响最大。叶根附近,采用弯叶片使吸力面角区分离更加严重;在叶展中部,采用弯叶片可以弱化激波强度,减少低能流体的堆积,削弱附面层与激波的相互作用;在叶尖处,采用弯叶片可以延迟叶尖泄漏流与主流的交界面到达叶尖前缘,扩大失速裕度。

摘要：压缩空气储能系统膨胀吸热过程使压缩空气中水蒸气结冰,不仅会对膨胀机叶片造成机械损坏,而且影响膨胀机性能。开展储能子系统中多级活塞压缩机级间析水特性研究,为压缩系统设计以及膨胀机入口前压缩空气预处理提供参考。首先综合考虑压缩因子和增强因子,采用析湿系数法对析水过程进行理论推导,得出各级析水量的表达式,然后建立压缩机管网特性试验平台,对压缩机各级吸、排气压力,吸、排气温度、排气量、分离器液位等参数进行采样,开展在变工况条件下压缩机各级析水特性研究。结果表明压缩机排气压力从1.5 MPa增大到9.0 MPa时,湿空气经过第一级压缩机时,液态水未析出;经过其他四级压缩后,二级析水量最大,其余各级依次递减;各级析水量理论与试验研究的结果误差在0~10%左右波动。

摘要：可再生能源受天气、地域、季节限制,具有间歇性和不稳定性属性,从而导致供需不匹配,跨季节储热是解决上述问题的有效方法。然而,传统地下跨季节储热具有储热方式单一、热量损失大等缺点,本文将水箱储热和地埋管储热相结合,组成新型跨季节复合储热系统。建立并通过实验验证了复合储热系统模型,在此基础上,分析了储/释热质量流量、储热体模匹配、地埋管数量和层间距以及土壤热导率等参数对储热体温度、储/释热量、储/释热功率和热量损失等的影响规律。结果表明,随着储/释热质量流量的增加,系统效率也逐渐增加;储热体规模匹配α值增加,系统效率随之上升,但水箱体积占比的提高,会导致热量损失增大,故储热体规模匹配需综合考虑,既要能达到较高的系统效率,获得较大的储/释热功率,又需尽量减少投资成本,同时降低热量损失;提高地埋管数量,有利于增加储/释热量,提升系统效率;地埋管层间距的增大,增加了储热体土壤体积,从而降低了储热温度,不利于释热的进行,导致系统效率降低;土壤热导率的增加,强化了土壤间热量传递,地埋管储热功率增加,储热峰值温度也因此提高,然而热量散失也加快,释热功率显著降低,导致系统效率下降。

摘要：储能是建设以新能源为主体的新型电力系统的重要支撑技术,对实现“碳达峰碳中和”目标具有重要意义。铁轨重力储能属于物理储能,具有规模大、成本低、效率高、环境友好以及无自放电等优势,应用前景广阔。本工作基于MATLAB/Simulink搭建了铁轨重力储能系统模型,分析了系统各个部件在储能过程和释能过程中的能量损耗情况,研究了载重车辆质量、车辆速度、斜坡坡度、斜坡高度和滚动摩擦系数等因素对系统效率的影响及其变化规律。研究结果表明,车辆速度、斜坡坡度、斜坡高度和滚动摩擦系数对系统效率的影响十分显著,降低速度和滚动摩擦系数以及适当增加坡度和高度,可有效提高系统效率;在设计工况下,载重车辆160 t、车速20 km/h、斜坡高度200 m、斜坡坡度7°、滚动摩擦系数0.006,对应系统的输出功率为1.04 MW,系统效率达76.20%。