超临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣及其工作方法

超临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣及其工作方法

　　技术领域

　　本发明涉及超临界二氧化碳离心压缩机，尤其是一种临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣及其工作方法。

　　背景技术

　　二十世纪六十年代，国外科学家首先提出了在闭合的布雷顿循环中，使用超临界二氧化碳（sCO2）作为工质，在最佳的循环温度下，利用少量的压缩功，使动力循环系统达到更高循环效率的概念。

　　二氧化碳具有良好的热稳定性，可在较低的循环热源温度下获得较满意的热效率，用sCO2作为动力循环的工质时，动力系统具有效率高，成本低，洁净度高等优势。因此sCO2布雷顿发电是国际公认的具有革命性颠覆性的新一代发电技术，近年来受到科技界和高端装备制造产业的普遍重视，国内外诸多企业和科研院所正积极开展或及早布局有关研究。

　　sCO2离心压缩机是sCO2布雷顿发电系统的“心脏”。是整个动力循环的一个关键设备。由于sCO2工质的物性独特，在临界点附近变化剧烈，与传统的空气介质压缩机相比，sCO2离心压缩机的稳定性面临新的挑战。目前国内外学者已在sCO2离心压缩机的设计，数值模拟和实验验证方面作了许多探索。但如何拓宽压缩机的稳定工作范围，以及避免在主、分流叶片前缘位置因为局部的低温低压而产生凝结。目前国内暂属空白。因此急需一种结构来解决以上问题。

　　发明内容

　　本发明的目的在于提供一种临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣及其工作方法，它能够解决sCO2离心压缩机工作过程中在主、分流叶片叶顶前缘产生的“凝结”以及拓宽稳定工作范围的问题，本发明将sCO2离心压缩机下游高温，高压的sCO2回流至入口处来提高主，分流叶片前缘位置温度，避免了局部温度低于临界点而产生的冷凝，同时拓宽了sCO2离心压缩机的稳定工作范围。

　　为了解决上述技术问题，本发明是通过下列技术方案实现的：

　　一种超临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣，其特征在于它设置有自循环通道；所述自循环通道的入口设置在在离心压缩机的轮盖上，位于叶片尾缘位置处，可根据热量的需要而选择具体的位置，出口设置在离心压缩机进口处；所述自循环通道的入口端设置导流叶片；所述自循环通道内设置控制阀；所述自循环通道的出口端设置可调节周向夹角的可旋导流叶片。

　　所述自循环扩稳机匣设置有加热sCO2引流通道，所述加热sCO2引流通道上设置热源，加热sCO2引流通道的出口设置在离心压缩机进口处；所述加热sCO2引流通道设置控制阀。

　　所述加热sCO2引流通道与自循环通道连通于自循环通道的控制阀与可旋导流叶片之间。

　　一种超临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

　　（1）在sCO2离心压缩机工作效率较高时，当sCO2离心压缩机要发生冷凝时，关闭控制阀，打开控制阀，自循环通道入口处引入部分下游高温、高压的sCO2进入自循环通道，经过导流叶片改变sCO2的旋向，依次再通过控制阀和可旋导流叶片后由自循环通道出口进入到sCO2离心压缩机进口处；

　　（2）在sCO2离心压缩机工作效率较低或不稳定时，当sCO2离心压缩机要发生冷凝时，打开控制阀，关闭控制阀，由外部引入sCO2，sCO2经过热源加热到设定温度，进入到sCO2离心压缩机进口处。

　　所述步骤（2）中sCO2经过热源加热到设定温度后依次通过控制阀和可旋导流叶片由自循环通道出口进入到sCO2离心压缩机进口处。

　　所述可旋导流叶片可绕本身的转轴转动，在不同的工况条件下，通过对回流的预旋角加以控制来实现对回流通道出口工质的入射角。

　　本发明的优越性在于：利用超临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣结构，解决了超临界二氧化碳离心压缩机在叶片前缘的“冷凝”问题；同时增加了压缩机的稳定工作范围；也解决了sCO2离心压缩机因进口流量减少而引发的旋转失速和“喘振”问题，减少了sCO2离心压缩机下游的叶顶间隙泄露损失。

　　附图说明

　　图1 一种超临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣的结构示意图。

　　其中，1为自循环通道的出口，2为可旋导流叶片，3为控制阀，4为热源，5为控制阀，6为导流叶片，7为自循环通道的入口。

　　具体实施方式

　　以下结合附图1对本发明做进一步的说明。

　　sCO2离心压缩机将sCO2从进口吸入对sCO2进行做功后再排出。

　　一种超临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣，它设置有自循环通道；所述自循环通道的入口7设置在在离心压缩机的轮盖上，位于叶片尾缘位置处，可根据热量的需要而选择具体的位置，自循环通道的出口1设置在离心压缩机进口处；所述自循环通道的入口端设置导流叶片6；所述自循环通道内设置控制阀5；所述自循环通道的出口端设置可调节周向夹角的可旋导流叶片2。

　　所述自循环扩稳机匣设置有加热sCO2引流通道，所述加热sCO2引流通道上设置热源4，加热sCO2引流通道的出口设置在离心压缩机进口处；所述加热sCO2引流通道设置控制阀3。

　　所述加热sCO2引流通道与自循环通道连通于自循环通道的控制阀5与可旋导流叶片2之间。

　　一种超临界二氧化碳离心压缩机自循环扩稳机匣的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

　　（1）在sCO2离心压缩机工作效率较高时，当sCO2离心压缩机要发生冷凝时，关闭控制阀3，打开控制阀5，自循环通道入口处引入部分下游高温、高压的sCO2进入自循环通道，经过导流叶片6改变sCO2的旋向，依次再通过控制阀5和可旋导流叶片2后由自循环通道出口1进入到sCO2离心压缩机进口处；

　　（2）在sCO2离心压缩机工作效率较低或不稳定时，当sCO2离心压缩机要发生冷凝时，打开控制阀3，关闭控制阀5，由外部引入sCO2，sCO2经过热源4加热到设定温度，进入到sCO2离心压缩机进口处。

　　所述步骤（2）中sCO2经过热源加热到设定温度后依次通过控制阀3和可旋导流叶片2由自循环通道出口1进入到sCO2离心压缩机进口处。

　　所述可旋导流叶片可绕本身的转轴转动，在不同的工况条件下，通过对回流的预旋角加以控制来实现对回流通道出口工质的入射角。

　　本发明并不限于上述具体实施方式，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施方式做多种修改，补充或采用类似的方式代替，在不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围，都在本发明要求保护范围内。