一种压缩机的实验装置及其实验方法

1.本发明涉及压缩机设备技术领域，具体涉及一种压缩机的实验装置及其实验方法。


背景技术：

2.压缩空气储能技术被认为是最具发展潜力的大规模长时间的储能技术，对构建以新能源为主体的新型电力系统。压缩机是压缩空气储能技术的核心部件，压缩机的性能直接影响整个系统的性能。与传统工业用压缩机不同，压缩空气储能系统的压缩机具有功率等级大，单级压比高，其性能参数往往需要经过整个系统的热力学分析获得，通常没有可供选择的模型级进行参考，需要从零开始进行研发。而叶轮和扩压器是压缩机的核心部件，是满足压缩机性能要求的关键。而叶轮和扩压器的自主设计需要大量的实验数据作为支撑，以修正传统的损失模型，优化设计方法。
3.目前，现有技术中，传统的压缩机实验往往是前期大量数值模拟分析后进行优化的结果，因为要想进行压缩机的叶轮或扩压器的气动性能试验，就必须要匹配蜗壳，形成整机进行测量，而优化过程往往也是通过数值模拟，若改变叶轮子午流道曲率或扩压器的形状往往需要重新匹配蜗壳，重新加工生产得到一台新的压缩机进而进行性能试验，而在整个过程中无论是时间成本还是金钱人力物力成本都是非常大的，因此进行多个压缩机部件的气动试验以及叶轮和扩压器的多部件匹配研究是极其困难的。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的试验压缩机的成本较高的缺陷，从而提供一种压缩机实验装置及其实验方法。
5.为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种压缩机的实验装置，所述压缩机包括叶轮和扩压器，其特征在于，包括：固定架；流道壳，设置于所述固定架内，所述流道壳具有可形变性，所述流道壳上设置有进气口和出气口，所述叶轮和扩压器均设置于所述流道壳内，且在所述流道壳内流体的流向上，所述扩压器设置于所述叶轮之后；集气室，连通于所述出气口；固定部，位于所述固定架内，设置于所述流道壳和所述固定架之间。
6.可选的，所述流道壳的材料包括钢板、铝板或其复合材料。
7.可选的，所述流道壳包括：第一流道壳，所述叶轮设置于所述第一流道壳内，且所述第一流道壳的纵截面轮廓的形状和所述叶轮的纵截面轮廓的形状相同；第二流道壳，连通于所述第一流道壳，所述扩压器设置于所述第二流道壳内，且所述第二流道壳的纵截面轮廓的形状和所述扩压器的纵截面轮廓的形状相同。
8.可选的，所述第一流道壳包括：第一侧挡板，所述进气口开设于所述第一侧挡板上；第二侧挡板，相对所述第一侧挡板设置，所述第一侧挡板和所述第二侧挡板分别位于所述叶轮的两侧。
9.可选的，第二流道壳包括：第三侧挡板；第四侧挡板，相对所述第三侧挡板设置，所
述扩压器设置于所述第三侧挡板和所述第四侧挡板之间，且所述出气口形成于所述第三侧挡板和所述第四侧挡板之间。
10.可选的，所述固定部的物态包括固体颗粒、液体、超临界流体。
11.可选的，所述集气室包括储气罐、盐穴、盐穴矿洞。
12.可选的，所述压缩机实验装置还包括：驱动部，连接于所述叶轮。
13.可选的，所述驱动部为深埋立式电机，所述压缩机实验装置还包括：支撑架，设置于所述固定架和所述驱动部上，且连接于所述流道壳。
14.可选的，所述压缩机实验装置还包括：进气管道，设置于所述固定架上，且连通于所述进气口和试验空间；排气管道，连通于所述集气室和所述试验空间；压力调节阀，设置于所述排气管道上。
15.为了解决现有技术中的缺陷，本发明还提供了一种压缩机的实验方法，该方法应用于上述的压缩机的实验装置，所述实验方法包括：
16.s1，根据待测试的所述压缩机的叶轮和扩压器，确定相对应的所述流道壳的结构；
17.s2，将所述流道壳、所述叶轮和所述扩压器完成装配；
18.s3，将所述固定部填充到所述流道壳和所述固定架之间；
19.s4，将所述流道壳与所述集气室连通。
20.优选的，在s2，将所述流道壳、所述叶轮、所述扩压器和固定架完成装配的步骤中，具体为：
21.将所述第一流道壳及所述第二流道壳进行拼装，并将所述叶轮和所述扩压器装配至所述流道壳内。
22.优选的，在将所述流道壳与所述集气室和进气管道连通后，s5，启动驱动部；
23.s6，调节压力调节阀以控制所述集气室内的压力变化；
24.s7，暂停驱动部，若需要针对同一所述叶轮和不同所述扩压器进行实验时，根据不同所述扩压器依次调整所述第二流道壳的结构，并依次重复步骤s2-s7；
25.s8，结束实验。
26.本发明技术方案，具有如下优点：
27.1.本发明提供的压缩机的实验装置，该装置包括固定架、设置于固定架内的流道壳以及固定部，由于流道壳具有可形变性，因此，在需要更换不同规格的叶轮和扩压器时，仅需要改变流道壳的形状及规格即可，流道壳可多次重复利用，不必针对不同规格的叶轮和扩压器设计唯一的蜗壳，大大地降低了压缩机试验的成本，且相比于现有技术中应用成品蜗壳实验，大大地缩短了实验周期，另外，通过将固定部设置于固定架和流道壳之间，能够保证流道壳的密闭性，同时能够限制流道壳内向流道壳的外部形变，以抵抗气流在流道壳内流动给流道壳所带来的几何形状的改变，保证对于压缩机的实验能够进行。
28.2.本发明提供的压缩机的实验装置，由于流道壳的材料包括钢板、铝板或其复合材料，因此，流道壳具有可形变性，且具有一定的强度，进而使得当需要更换不同规格的叶轮和扩压器进行实验时，仅需要改变流道壳的形状及规格即可，且在实验过程中又能够抵抗气流在流道壳内流动给流道壳所带来的几何形状的改变。
29.3.本发明提供的压缩机的实验装置，流道壳包括第一流道壳和第二流道壳，且第一流道壳的纵截面轮廓的形状和叶轮的纵截面轮廓的形状相同，第二流道壳的纵截面轮廓
的形状和扩压器的纵截面轮廓的形状相同，因此当仅需要更换不同的叶轮或扩压器进行实验时，只变换第一流道壳为要实验叶轮的型线即可，或变换第二流道壳为要实验的扩压器的型线即可，进而实现多组叶轮和扩压器的实验，不必再花费大量的时间和成本制造蜗壳来进行实验，提升了实验的效率，降低了实验成本。
30.4.本发明提供的压缩机的实验装置，固定部的物态包括固体颗粒物、液体、超临界流体，因此，能够使得流道壳抵抗气体通道内气体流动所带来的几何形状的改变，这些物态的固定部填充后稳定坚固，并且在实验结束后可取出，可通过控制不同填充物的量适应不同型线的流道壳的构建，保证实验能够正常运行。
31.5.本发明提供的压缩机的实验装置，通过将驱动部设置为深埋立式电机，节省了大量的地上空间，合理的利用了实验空间，同时，本实验装置可对应的设置于地下，具有较高的安全性和稳定性，也可用于除空气外其他气体压缩机部件性能试验的测量，如氦气、二氧化碳等。
32.6.本发明提供的压缩机的实验方法，由于采用了压缩机的实验装置的结构，因此，本实验方法具有对应上述压缩机的实验装置的结构所具有的优点。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明的压缩机的实验装置的结构示意图。
35.附图标记说明：
36.1、叶轮；
37.2、扩压器；
38.31、第一流道壳；311、第一侧挡板；312、第二侧挡板；313、进气口； 32、第二流道壳；321、第三侧挡板；322、第四侧挡板；323、出气口；
39.4、固定部；
40.5、集气室；
41.6、驱动部；
42.7、固定架；
43.8、支撑架；
44.91、进口连接节；92、出口连接节；93、进气管道；94、排气管道； 95、压力调节阀；96、固定节；97、主轴；98、地面。
具体实施方式
45.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
49.实施例1
50.参照图1，本实施例中提供了一种压缩机的实验装置，压缩机包括叶轮 1和扩压器2，压缩机的实验装置包括固定架7、流道壳、集气室5和固定部4；流道壳设置于固定架7内，流道壳具有可形变性，流道壳上设置有进气口313和出气口323，叶轮1和扩压器2均设置于流道壳内，且在流道壳内流体的流向上，扩压器2设置于叶轮1之后；集气室5连通于出气口323；固定部4位于固定架7内，且固定部4设置于流道壳和固定架7之间。
51.需说明的是，由于流道壳具有可形变性，因此，在需要更换不同规格的叶轮1和扩压器2时，仅需要改变流道壳的形状及规格即可，流道壳可多次重复利用，不必针对不同规格的叶轮1和扩压器2设计唯一的蜗壳，大大地降低了压缩机试验的成本，且相比于现有技术中应用成品蜗壳实验，大大地缩短了实验周期，另外，通过将固定部4设置于固定架7和流道壳之间，能够保证流道壳的密闭性，同时能够限制流道壳内向流道壳的外部形变，以抵抗气流在流道壳内流动给流道壳所带来的几何形状的改变，保证对于压缩机的实验能够进行。
52.另外，由于固定架7的设置，可使本装置的各部件均集中在一起，方便运输和实验前的安装，另外，固定架7的设置使得本装置能够通过吊装的方式将本装置安装在地下，便于实验人员操作。
53.本实施例中的叶轮1可以是离心叶轮1，还可以是斜流叶轮1，均可以进行实验。
54.参照图1，本实施例中集气室5连通于出气口323的一种实施例，出气口323和集气室5通过出口连接节92连接，能够快速实现出气口323和集气室5的连接，保证了实验效率，同时保证出气口323和集气室5之间连接的密封性。
55.本实施例中集气室5连通于出气口323的变形实施例，出气口323和集气室5可通过出口连接节92及管路连接，能够快速实现出气口323和集气室5的连接，保证了实验效率，同时保证出气口323和集气室5之间连接的密封性，且能够实现对由出气口323的气流向集气室5的输送。
56.优选的，流道壳的材料包括钢板、铝板或其复合材料。
57.需说明的是，由于流道壳的材料包括钢板、铝板或其复合材料，因此，流道壳具有可形变性，且具有一定的强度，进而使得当需要更换不同规格的叶轮1和扩压器2进行实验时，仅需要改变流道壳的形状及规格即可，且在实验过程中又能够抵抗气流在流道壳内流
动给流道壳所带来的几何形状的改变。
58.参照图1，优选的，流道壳包括：第一流道壳31和第二流道壳32，叶轮1设置于第一流道壳31内，且第一流道壳31的纵截面轮廓的形状和叶轮1的纵截面轮廓的形状相同；第二流道壳32连通于第一流道壳31，扩压器2设置于第二流道壳32内，且第二流道壳32的纵截面轮廓的形状和扩压器2的纵截面轮廓的形状相同。
59.需说明的是，第一流道壳31和第二流道壳32的设置，使得当仅需要更换不同的叶轮1或扩压器2进行实验时，只变换第一流道壳31为要实验叶轮1的型线即可，或变换第二流道壳32为要实验的扩压器2的型线即可，进而实现多组叶轮1和扩压器2的实验，不必再花费大量的时间和成本制造蜗壳来进行实验，提升了实验的效率，降低了实验成本。
60.参照图1，本实施例中第二流道壳32连通于第一流道壳31的一种实施方式，第一流道壳31和第二流道壳32通过固定节96连接，进而能够快速地实现对第一流道壳31和第二流道壳32的拆装，保证实验效率，同时保证第一流道壳31和第二流道壳32之间连接的密封性。
61.本实施例中第二流道壳32连通于第一流道壳31的变形实施方式，第一流道壳31和第二流道壳32通过法兰连接，进而能够快速地实现对第一流道壳31和第二流道壳32的拆装，保证实验效率，同时保证第一流道壳 31和第二流道壳32之间连接的密封性。
62.本实施例中第二流道壳32连通于第一流道壳31的变形实施方式，第一流道壳31和第二流道壳32通过焊接的方式连接，进而能够快速地实现对第一流道壳31和第二流道壳32的拆装，保证实验效率，同时保证第一流道壳31和第二流道壳32之间连接的密封性。
63.参照图1，优选的，第一流道壳31包括第一侧挡板311和第二侧挡板 312，进气口313开设于第一侧挡板311上；第二侧挡板312相对第一侧挡板311设置，第一侧挡板311和第二侧挡板312分别位于叶轮1的两侧。
64.参照图1，优选的，第二流道壳32包括第三侧挡板321和第四侧挡板322，第四侧挡板322相对第三侧挡板321设置，扩压器2设置于第三侧挡板321和第四侧挡板322之间，且出气口323形成于第三侧挡板321和第四侧挡板322之间。
65.优选的，固定部4的物态包括固体颗粒、液体、超临界流体，因此，能够使得流道壳抵抗气体通道内气体流动所带来的几何形状的改变，这些物态的固定部4填充后稳定坚固，并且在实验结束后可取出，可通过控制不同填充物的量适应不同型线的流道壳的构建，保证实验能够正常运行。
66.优选的，集气室5包括储气罐、盐穴、盐穴矿洞。
67.需说明的是，储气罐、盐穴、盐穴矿洞，这些结构均具有一定的体积，能够存储气体，保证本实验能够正常进行。
68.另外，若采用盐穴或矿洞还需要对这两种结构进行加固，一方面保证其密封性，保证实验能够正常进行，另一方面保证实验过程的安全性。
69.参照图1，优选的，压缩机实验装置还包括：驱动部6，驱动部6连接于叶轮1。
70.本实施例中驱动部6的一种实施方式，驱动部6为变频电机，以实现不同转速下叶轮1的性能实验，进行压缩机的变转速性能实验。
71.本实施例中驱动部6的另一种实施方式，驱动部6为定速电机，能够满足对定速下不同型线的叶轮1或扩压器2的性能实验。
72.本实施例中驱动部6连接于叶轮1的一种实施方式，通过在驱动部6 的输出轴上设
置齿轮，并在叶轮1的主轴97上设置齿轮，两齿轮互相啮合进而实现驱动部6向叶轮1传递动力，还可在两齿轮之间设置齿轮组，均可以实现动力的传递，同时满足动力传递距离的约束及实验过程中叶轮1 转速的要求，保证动力传递的效率，且可避免叶轮1的重力作用于和驱动部6的输出轴上，进一步的保证动力传递的效率。
73.本实施例中驱动部6连接于叶轮1的变形实施方式，通过在驱动部6 的输出轴上设置皮带轮，并在叶轮1的主轴97上设置皮带轮，两皮带轮之间套设至少一个根皮带，以传递动力，同时满足动力传递距离的约束，也能够避免实验过程中若叶轮1的转动出现干涉，能够减小叶轮1的损伤程度，且可避免叶轮1的重力作用于和驱动部6的输出轴上，保证动力传递的效率。
74.参照图1，优选的，驱动部6为深埋立式电机，压缩机实验装置还包括支撑架8，支撑架8设置于固定架7和驱动部6上，且支撑架8连接于流道壳。
75.需说明的是，将驱动部6设置为深埋立式电机节省了大量的地上空间，合理的利用了实验空间，同时，本实验装置可对应的设置于地下，具有较高的安全性和稳定性，也可用于除空气外其他气体压缩机部件性能试验的测量，如氦气、二氧化碳等；同时，由于支撑架8的设置，能够分担主轴 97上叶轮1的重力给支撑架8，保证驱动部6和叶轮1之间动力传递的效率，保证实验过程能够正常进行。
76.参照图1，优选的，压缩机实验装置还包括进气管道93，进气管道93 设置于固定架7上，且进气管道93连通于进气口313和试验空间。
77.需说明的是，进气管道93和进气口313之间通过进口连接节91连通，进而能够快速的将本实验装置进行装配；且进气管还可以连通于进气口313 与其他供气管道和设备相连，且在进气管道93上设置阀门，通过各种阀门进行进气流量的调节。
78.参照图1，优选的，压缩机实验装置还包括排气管道94、压力调节阀 95，排气管道94连通于集气室5和试验空间；压力调节阀95设置于排气管道94上。
79.需说明的是，通过压力调节阀95和排气管对集气室5的压力进行调节，通过压力调节阀95和排气管道94控制集气室5内的压力变化，使得在性能试验时满足压缩机部件试验所需要的出口背压，保证实验的正常进行；同时通过各种安装在叶轮1进出口、扩压器2进出口的流场测量装置进行叶轮1和扩压器2流场测量，进而完成对叶轮1和扩压器2的实验。
80.另外，压缩机实验装置还包括各种力学传感器、转速测量仪、位移测量仪等测量装置，通过各种力学传感器、转速测量仪和位移测量仪等能够监测本装置运行的状况，若在实验过程中流道壳、叶轮1和扩压器2的相对位置发生变化，可及时暂停实验进行调整，保证实验的安全稳定进行。
81.参照图1，本实施例的压缩机的实验装置的工作过程为：
82.当需要对叶轮1进行测量时，首先通过吊装装置将叶轮1和扩压器2 吊起安装于图中所示位置，同时设计、加工、生产适合于该叶轮1、扩压器 2的流道壳体，并对流道壳体进行精细安装，然后加入固定部4进行填充，使得叶轮1、扩压器2以及流道壳体的相对位置固定，将叶轮1的主轴97 与驱动部6连接。选用合适的进口连接节91将进气管道93和进气口313 连接，并选择合适的出口连接节92将集气室5和出气口323进行连接，形成密闭的气路通道后即可启动驱动部6，驱动部6带动叶轮1旋转，将气体从吸入，做功排入集气室5中。通过压力调节阀95和排气管道94控制集气室5内的压力变化，并通过各种安装在叶轮1进出
口、扩压器2进出口的流场测量装置进行叶轮1和扩压器2流场测量，进而完成对叶轮1和扩压器2的测量。
83.当实验结束后可通过吊装架将叶轮1和扩压器2取出，当进行新的扩压器2和不同子午流道型线或出口角的叶轮1时只需改变连接节和流道壳以及填充物的多少完成流道的构建，而无需重新加工制造集气室5。
84.若对同一叶轮1进行不同扩压器2的匹配性能研究，应对叶轮1和扩压器2第一流道壳31和第二流道壳32进行分别加工，更换扩压器2时可只改变扩压器2的第二流道壳32，通过第二流道壳32与第一流道壳31进行连接，以完成流道的构建。
85.实施例2
86.本实施例提供了一种压缩机的实验方法，其应用于实施例1中的压缩机的实验装置，该实验方法包括：
87.s1，根据待测试的压缩机的叶轮和扩压器，确定相对应的流道壳的结构。
88.s2，将流道壳、叶轮和扩压器完成装配。
89.s3，将固定部填充到流道壳和固定架之间。
90.s4，将流道壳与集气室连通。
91.需说明的是，由于流道壳具有可形变性，因此，在步骤s1中根据待测试的压缩机的叶轮和扩压器，确定相对应的流道壳的结构，可快速设计出流道壳的形状，不必针对不同规格的叶轮和扩压器设计唯一的蜗壳，大大地降低了压缩机试验的成本，且相比于现有技术中应用成品蜗壳实验，大大地缩短了实验周期；且当需要更换多组扩压器和叶轮时，能够完成快速地完成多组叶轮和扩压器的和流道壳的更换，不必再花费大量的时间和成本制造蜗壳来进行实验，提升了实验的效率，降低了实验成本；另外，将固定部填充到流道壳和固定架之间，能够保证流道壳的密闭性，同时能够限制流道壳内向流道壳的外部形变，以抵抗气流在流道壳内流动给流道壳所带来的几何形状的改变，保证对于压缩机的实验能够进行。
92.优选的，在s2，将流道壳、叶轮、扩压器和固定架完成装配的步骤中，具体为：将第一流道壳及第二流道壳进行拼装，并将叶轮和扩压器装配至流道壳内。
93.优选的，在将流道壳与集气室和进气管道连通后，s5，启动驱动部。
94.s6，调节压力调节阀以控制集气室内的压力变化。
95.s7，暂停驱动部，若需要针对同一叶轮和不同扩压器进行实验时，根据不同扩压器依次调整第二流道壳的结构，并依次重复步骤s2-s7。
96.s8，结束实验。
97.需说明的是，当仅需要更换不同的扩压器进行实验时，只变变换第二流道壳为要实验的扩压器的型线或结构即可，进而实现多组叶轮和扩压器的实验，不必再花费大量的时间和成本制造蜗壳来进行实验，提升了实验的效率，降低了实验成本。
98.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。