具有密封结构的超临界二氧化碳离心压缩机特性研究

为更全面了解超临界二氧化碳（SCO₂）压缩机内部流场，针对150 kW级简单布雷顿循环的SCO₂离心压缩机，设计了盘腔和迷宫密封。采用数值求解三维RANS方程和k-ε湍流模型的方法，研究了考虑盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机的气动性能和轴向推力；采用有限元方法分析了考虑气动力和离心力综合作用下离心叶轮的应力和应变特性，同时计算了设计的迷宫密封的应变。结果表明：具有盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机在设计工况下气动效率为72.1%,压比为2.19;SCO₂离心压缩机的最大轴向推力为1 635 kN;离心叶轮的表面等效应力最大值为109.95 MPa,满足设计材料304钢的强度需求；盘腔的泄漏流动会造成SCO₂离心压缩机气动效率的下降，但是在高流量工况下，盘腔泄漏可以缓解扩压器前缘的凝结现象。该研究可为具有盘腔和密封结构的SCO₂离心压缩机气动性能和强度特性分析以及密封结构设计提供参考。