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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

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风机技术 2024年第2期66卷 24-30页

作者：王凯轩左志涛梁奇郭文宾陈吉祥陈海生中国科学院工程热物理研究所中国科学院大学毕节高新技术产业开发区国家能源大规模物理储能技术研发中心

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... 详细信息

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。

关键词：进口导叶调节多级离心压缩机调节策略

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基于时频分析的裂纹转子碰摩故障特征研究

推进技术 2013年第4期34卷 520-528页

作者：陶海亮左志涛高庆谭春青中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院轻型动力重点实验室北京100190

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT... 详细信息

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT谱图、瞬时频率和Hilbert-Huang时频谱(HHS)相结合的方法对故障转子振动信号进行了分析。分析结果表明:运用多种时频分析相结合的方法可以较为全面地了解转子的故障特征,裂纹转子在1/5、1/3临界转速时会发生较为明显的5X、3X谐波,且裂纹的产生会导致响应幅值增大,从而引起更为严重的碰摩。

关键词：转子时频分析故障诊断裂纹动力响应非线性

带可调导叶离心压缩机变工况性能预测模型研究

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中国电机工程学报 2016年第12期36卷 3381-3389页

作者：闫雪左志涛梁奇汤宏涛陈海生中国科学院大学北京市海淀区100190 中国科学院工程热物理研究所北京市海淀区100190

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... 详细信息

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。

关键词：分布式能源离心压缩机可调导叶变工况预测模型修正

离心压缩机低稠度叶片扩压器匹配设计方法研究

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工程热物理学报 2016年第12期37卷 2536-2543页

作者：梁奇左志涛周鑫汤宏涛陈海生中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

低稠度叶片扩压器(LSVD)在不损耗稳定工况范围的同时,具有较高的效率,应用广泛。本文以当量扩张角为判断依据,结合稠度的概念,提出一种LSVD设计方法,并基于两区域模型建立一种LSVD性能计算方法,完成大规模压缩空气储能系统离心压缩机大... 详细信息

低稠度叶片扩压器(LSVD)在不损耗稳定工况范围的同时,具有较高的效率,应用广泛。本文以当量扩张角为判断依据,结合稠度的概念,提出一种LSVD设计方法,并基于两区域模型建立一种LSVD性能计算方法,完成大规模压缩空气储能系统离心压缩机大流量系数叶轮扩压器匹配设计。结果表明,基于两区域模型所建立的性能计算方法可以作为一维预设计的工具,并结合低稠度叶片扩压器设计方法,实现扩压器匹配设计;进口冲角在-3°^-2°时,离心压缩机整级性能较好,达到设计要求。

关键词：压缩空气储能离心压缩机低稠度叶片扩压器匹配设计性能计算两区域模型

NACA翼型叶顶对低展弦比向心涡轮影响特性

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机械工程学报 2020年第18期56卷 172-179页

作者：王星朱阳历李文左志涛陈海生中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 国家能源大规模物理储能技术(毕节)研发中心毕节551712

针对压缩空气储能向心涡轮叶片展弦比低、叶顶间隙泄漏损失大的问题,将NACA0004翼型引入叶片顶部厚度分布以改善气动性能。采用ANSYSCFX软件对向心涡轮三维流场进行数值求解,分析0.5%~8%叶顶间隙范围内NACA0004翼型叶顶对间隙泄漏流结... 详细信息

针对压缩空气储能向心涡轮叶片展弦比低、叶顶间隙泄漏损失大的问题,将NACA0004翼型引入叶片顶部厚度分布以改善气动性能。采用ANSYSCFX软件对向心涡轮三维流场进行数值求解,分析0.5%~8%叶顶间隙范围内NACA0004翼型叶顶对间隙泄漏流结构和损失特征的影响。结果表明,NACA0004翼型叶顶对向心涡轮等熵效率的影响随叶顶间隙而变化。当叶顶间隙为0.5%时,NACA0004翼型叶顶使向心涡轮等熵效率降低0.3%;当叶顶间隙由1%增加至8%时,NACA0004翼型叶顶对等熵效率提升值由0.4%增加到1.9%。不同叶顶间隙下NACA0004翼型叶顶对间隙泄漏流损失特影响机理存在差异,当叶顶间隙为0.5%时,NACA0004翼型叶顶使泄漏流集中在叶片吸力面附近,并在叶轮出口区域产生更多泄漏流,增加叶片吸力面附近流动损失;当叶顶间隙为1%~8%时,NACA0004翼型叶顶能够降低叶片前缘和尾缘附近叶片压力面和吸力面压差,减小叶顶间隙泄漏流速度,降低与主流掺混强度,抑制流动损失。与此同时,叶轮强度也满足要求。研究成果可为同类向心涡轮叶顶间隙泄漏损失的控制提供参考。

关键词：压缩空气储能向心涡轮间隙流动叶片型线 NACA0004翼型

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MUSCL格式在跨声速转子流场计算中应用

推进技术 2013年第1期34卷 19-24页

作者：朱阳历左志涛王正明陈海生谭春青中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100190

以工程应用为背景,采用Spalart-Allmaras湍流模型和LU-SGS隐式解法,开发了基于MUSCL格式的CFD程序,并将程序应用到压气机跨声速转子内部流场的数值模拟中,研究了5种差分格式限制器的计算效果。与Rotor 67和Rotor 37转子试验数据的对比表... 详细信息

以工程应用为背景,采用Spalart-Allmaras湍流模型和LU-SGS隐式解法,开发了基于MUSCL格式的CFD程序,并将程序应用到压气机跨声速转子内部流场的数值模拟中,研究了5种差分格式限制器的计算效果。与Rotor 67和Rotor 37转子试验数据的对比表明:当程序采用VanLeer限制器,且入口湍流粘性取值约为3.6倍的分子粘性时,收敛效果最好,能较准确地模拟出流场的总性能参数和激波结构。

关键词：跨声转子 MUSCL格式限制器 Spalart-Allmaras湍流模型激波

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简单循环与回热循环燃气轮机变工况特性

航空动力学报 2013年第2期28卷 356-364页

作者：左志涛孙志刚朱阳历陈海生谭春青中国科学院工程热物理研究所北京100190 鄂尔多斯市东胜区大规模储能技术研究所内蒙古鄂尔多斯017000

针对某简单循环燃气轮机和回热循环燃气轮机建立了性能计算数学模型,并以Newton-Raph-son法进行求解,对各自的变工况性能进行计算、分析及对比.研究结果表明:在工作参数相同的情况下,简单循环燃气轮机做功能力强于回热循环燃气轮机,但... 详细信息

针对某简单循环燃气轮机和回热循环燃气轮机建立了性能计算数学模型,并以Newton-Raph-son法进行求解,对各自的变工况性能进行计算、分析及对比.研究结果表明:在工作参数相同的情况下,简单循环燃气轮机做功能力强于回热循环燃气轮机,但是前者的效率远远低于后者;涡轮进口温度自设计点降低时,回热循环燃气轮机效率降低幅度更大.对于简单循环、回热循环燃气轮机,环境温度降低使燃气轮机的输出功率和效率增加,但压气机喘振裕度降低;环境压力升高有助于提高燃气轮机的做功能力,使经济性以及稳定性更好.这些研究结果可以为航机陆改燃气轮机的变工况运行提供有益的参考.

关键词：简单循环回热循环燃气轮机变工况效率喘振裕度

基于BP人工神经网络的离心压气机叶轮多目标优化设计方法

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航空动力学报 2016年第10期31卷 2424-2431页

作者：罗明左志涛李弘扬李文陈海生中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

利用Concept NREC软件建立离心压气机叶轮设计样本库,借助BP(back propagation)人工神经网络建立样本库中各设计参数与压气机性能之间的关系,接下来以多目标遗传算法寻找Pareto解,从而获得离心压气机叶轮最佳设计参数.将该方法应用于Kr... 详细信息

利用Concept NREC软件建立离心压气机叶轮设计样本库,借助BP(back propagation)人工神经网络建立样本库中各设计参数与压气机性能之间的关系,接下来以多目标遗传算法寻找Pareto解,从而获得离心压气机叶轮最佳设计参数.将该方法应用于Krain叶轮设计工况,所得叶轮的效率、压比较Krain叶轮原型分别提高1.4%和10.9%.通过对人工神经网络模型可靠性的讨论、多目标优化模型的主成分分析和所设计叶轮性能的CFD验证,证明了所构建的目标函数与所获得的Pareto解集的合理性,说明本方法可以有效应用于在离心压气机设计、选型.

关键词：离心压气机叶轮设计多目标优化遗传算法人工神经网络主成分分析

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CAES系统离心压缩机设计及优化

热能动力工程 2015年第3期30卷 364-371,490-491页

作者：梁奇左志涛陈海生谭春青中国科学院工程热物理研究所北京100190

对压缩空气储能系统中低压离心段第一级叶轮和扩压器进行气动设计和优化,结果表明:叶轮设计点效率93.1%,总压比4.1,气动性能良好;设计5种无叶扩压器和3种有叶扩压器,均达到设计要求;有叶扩压器的扩压效果优于无叶扩压器,流动损失小,出... 详细信息

对压缩空气储能系统中低压离心段第一级叶轮和扩压器进行气动设计和优化,结果表明:叶轮设计点效率93.1%,总压比4.1,气动性能良好;设计5种无叶扩压器和3种有叶扩压器,均达到设计要求;有叶扩压器的扩压效果优于无叶扩压器,流动损失小,出口气流更加均匀;出口半径相同时,叶栅型扩压器气动性能优于楔型、翼型和无叶型。

关键词：压缩空气储能离心压缩机叶轮扩压器气动设计优化