一种离心压缩机叶片边界层抽吸系统及制造方法与流程

本公开的实施例属于热功转换设备，具体涉及一种离心压缩机叶片边界层抽吸系统及制造方法。

背景技术：

1、随着全球能源结构的深刻变革，构建以新能源为主体的新型电力系统已成为必然趋势。为了促进风能、太阳能等可再生能源发电的大规模并网消纳，压缩空气储能（caes）、空气热力电池以及二氧化碳热力电池等大型长时物理储能技术迎来了迅猛发展。这些先进的大容量储能系统不仅能够有效实现电网的削峰填谷、平抑电能波动，还在提高电力系统柔性、保障区域能源安全方面发挥着越来越举足轻重的作用，已成为支撑绿色低碳新型能源体系建设的核心关键基础装备。

2、然而，可再生能源发电本身具有显著的波动性、间歇性和周期性特征，这就迫切要求储能系统及其核心动力装备必须具备较宽的变负荷工作范围，以适应电网指令的实时动态变化。作为上述储能系统中的“心脏”部件，离心式气体压缩机承担着消耗电能并将其转化为工质高压势能的关键任务。但在实际运行中，常规的离心气体压缩机往往仅在设计工况点附近才能保持较高的运行效率，其高效工作区间极其狭窄。这种在偏离设计点的宽负荷工况下气动性能急剧衰减、失速裕度不足的特性，严重制约了储能系统的综合充能效率、动态调控灵活性以及工程化的推广应用。

3、导致离心压缩机高效工作范围十分狭窄的根本流体力学原因在于其内部复杂的流动演化，尤其是强逆压梯度作用下的叶片表面边界层分离现象。在离心压缩机内部，气体在叶轮和扩压器流道内的流动本质上是一个持续增压减速的扩压过程，主流气体始终面临着流向压力逐渐升高的逆压梯度环境。当压缩机处于变负荷或低流量工况运行时，逆压梯度急剧增强，靠近叶片表面的附面层（边界层）低能流体其自身动能被迅速消耗。当底层流体的动能不足以克服前方逆压梯度的阻碍时，气流便会脱离叶片表面，发生严重的边界层分离。这种流动分离不仅会产生强烈的尾迹漩涡与掺混损失，导致压缩机等熵效率呈断崖式下降，还会诱发叶道内的旋转失速甚至导致整机喘振，最终死死限制了压缩机的稳定运行边界。

4、因此，如何解决上述问题成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本公开的实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种离心压缩机叶片边界层抽吸系统及制造方法。

2、本公开的实施例的第一个方面，提供一种离心压缩机叶片边界层抽吸系统，包括：

3、主轴、设置于所述主轴的叶片和流道、开设于所述叶片表面并与所述流道连通的抽吸孔、设置于所述主轴并与所述流道连通的控制腔室，以及分别与所述控制腔室连通的排气管路和进气管路；

4、所述控制腔室被配置为：当需要抽吸时，通过所述排气管路排出所述控制腔室内的气体，使所述控制腔室内的压力维持在低于所述抽吸孔附近的气体压力，形成压差以驱动所述叶片表面的边界层气体经所述流道流入所述控制腔室；

5、当不需要抽吸时，关闭所述排气管路或通过所述进气管路向所述控制腔室输入气体，使所述控制腔室内的压力等于所述抽吸孔附近的气体压力，以停止抽吸。

6、可选的，所述流道包括设置于所述叶片内部并与所述抽吸孔连通的叶片流道，以及设置于所述主轴内部并与所述叶片流道连通的主轴中心流道。

7、可选的，所述叶片为轴流叶片或离心后弯叶片。

8、可选的，所述抽吸孔为多个并沿所述叶片流道的延伸方向间隔布置。

9、可选的，所述叶片流道为多个并绕所述主轴中心流道呈辐射状间隔布置。

10、可选的，所述控制腔室具有轴向内孔，并通过所述轴向内孔套设于所述主轴的外周，所述主轴可转动地贯穿所述控制腔室的轴向内孔。

11、可选的，所述控制腔室为低压级的干气密封腔室，其用于将所述叶片表面抽吸的气体用作所述低压级的干气密封气。

12、可选的，包括多个压力等级不同的所述控制腔室，多个所述控制腔室分别与所述叶片流道的延伸方向上不同位置的所述抽吸孔连通。

13、本公开的实施例的第二个方面，提供一种离心压缩机叶片边界层抽吸系统的制造方法，所述方法用于制造上述所述的系统，包括：

14、步骤s1，将待加工的叶轮和主轴的材料划分为无流道区域和有流道区域，所述无流道区域分为上部区域和下部区域，所述有流道区域分为多层板片；

15、步骤s2，对各层所述板片进行光化学蚀刻，在各层所述板片上分别蚀刻出具有相连通的叶片流道和主轴中心流道的流道；

16、步骤s3，将所述上部区域、多层所述板片和所述下部区域依次对接叠合，并进行扩散焊接，使各层界面形成冶金结合，组成完整的一体式基材；

17、步骤s4，对所述一体式基材进行机加工切削，制造出带有所述流道的所述叶轮和所述主轴。

18、可选的，所述步骤s2中，所述光化学蚀刻为贯穿各层所述板片厚度方向的全贯通蚀刻，以在各层所述板片上形成贯穿槽；所述步骤s3中，多层所述板片叠合时通过预设的对准标记进行叠层定位，并在真空环境下进行所述扩散焊接。

19、本公开的实施例的有益效果，包括：

20、本申请中，通过调节控制腔室压力灵活开启或关闭抽吸功能，能够根据压缩机运行工况按需精准抽除叶片表面附近的低能边界层流体，有效抑制并延缓强逆压梯度下的气流分离与失速现象，显著拓宽离心压缩机的高效稳定运行范围并提升整机效率。

1.一种离心压缩机叶片边界层抽吸系统，其特征在于，包括：主轴、设置于所述主轴的叶片和流道、开设于所述叶片表面并与所述流道连通的抽吸孔、设置于所述主轴并与所述流道连通的控制腔室，以及分别与所述控制腔室连通的排气管路和进气管路；

2.根据权利要求1所述的离心压缩机叶片边界层抽吸系统，其特征在于，所述流道包括设置于所述叶片内部并与所述抽吸孔连通的叶片流道，以及设置于所述主轴内部并与所述叶片流道连通的主轴中心流道。

3.根据权利要求1所述的离心压缩机叶片边界层抽吸系统，其特征在于，所述叶片为轴流叶片或离心后弯叶片。

4.根据权利要求2所述的离心压缩机叶片边界层抽吸系统，其特征在于，所述抽吸孔为多个并沿所述叶片流道的延伸方向间隔布置。

5.根据权利要求2所述的离心压缩机叶片边界层抽吸系统，其特征在于，所述叶片流道为多个并绕所述主轴中心流道呈辐射状间隔布置。

6.根据权利要求1所述的离心压缩机叶片边界层抽吸系统，其特征在于，所述控制腔室具有轴向内孔，并通过所述轴向内孔套设于所述主轴的外周，所述主轴可转动地贯穿所述控制腔室的轴向内孔。

7.根据权利要求1所述的离心压缩机叶片边界层抽吸系统，其特征在于，所述控制腔室为低压级的干气密封腔室，其用于将所述叶片表面抽吸的气体用作所述低压级的干气密封气。

8.根据权利要求4所述的离心压缩机叶片边界层抽吸系统，其特征在于，包括多个压力等级不同的所述控制腔室，多个所述控制腔室分别与所述叶片流道的延伸方向上不同位置的所述抽吸孔连通。

9.一种离心压缩机叶片边界层抽吸系统的制造方法，所述方法用于制造权利要求1至8任一项所述的系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述光化学蚀刻为贯穿各层所述板片厚度方向的全贯通蚀刻，以在各层所述板片上形成贯穿槽；所述步骤s3中，多层所述板片叠合时通过预设的对准标记进行叠层定位，并在真空环境下进行所述扩散焊接。