超临界二氧化碳压缩机关键技术研究

二氧化碳是全世界最为关注的气体之一,它被认为是导致地球温室效应的罪魁祸首。然而人们对于它的认识不只是其负面作用,由于二氧化碳在特定条件下具有特殊的性能,而这些性能被利用起来可以达到非常好的效果,以至于二氧化碳也被各行各业所青睐。超临界二氧化碳就是一种非常良好的介质,它可以用于萃取、制冷等过程。 高压C02其性质特殊,对于处理超临界二氧化碳的离心压缩机比一般的气体压缩机有更多的不确定性,这就导致二氧化碳离心压缩机故障频发。典型的故障有两个方面：1)转子残余轴向力过大导致的推力轴承瓦温过高甚至烧损；2)由于气流激振导致的转子失稳。基于以上的原因,本论文主要工作及贡献如下： 1)建立离心压缩机整级全流道模型,该模型结合了压缩机主流道流场和转子上间隙和密封内的流场。采用计算流体力学(CFD)技术进行计算分析,洞悉压缩机内部流场的各个细节。将一次流和二次流结合分析,更加贴合实际情况。该方法能够使设计人员直接观察离心压缩机内部流场,然后可以研究结构的改变对流场的影响,从而让设计更加准确。 2)研究压缩机轴向推力的不确定性因素。在CFD全流道模拟技术的基础上,对离心压缩机整级轴向推力进行研究。分析离心压缩机转子在不同入口压力、不同密封间隙和不同工作流量情况下轴向推力的变化情况。对轴向力的准确把握可以有效避免离心压缩机因轴向推力过大而导致轴承烧瓦等故障。同时基于该模型,研究不同的工况参数,对气流激振性能的影响。 3)针对实际的高压大流量二氧化碳压缩机,进行气动性能的分析,并对比CFD计算结果和实际状态偏差验证方法的可靠性。 本文基于CFD技术,主要探究一种离心压缩机模拟的更加准确的方法,以及基于该方法的离心压缩机性能与参数的影响因素的研究。本项目的研究为超临界二氧化碳压缩机的性能的准确预测提供理论基础。