王 智,刘亚丽,匡轩毅

(华北电力大学 电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定 071003)

随着能源需求的不断增加，超临界二氧化碳(SCO2)引起了广泛的关注[1-3]。SCO2布雷顿循环是将低品位热能转换为机械能中最有前途的技术之一，在聚光太阳能、核动力堆及低温废热利用等领域运用广泛。在低温废热的利用方面，热源的热力学参数是不稳定且不可控制的。以工业废热为例，其中废水的质量流量和温度均随工厂生产过程和生产量而变化。因此，研究作为SCO2系统关键组件——透平的非设计工况性能很有意义[4]。

国内外学者针对SCO2布雷顿循环系统及透平领域展开了不同程度的研究。桑迪亚国家实验室(SNL)建立了第一个250 kW SCO2布雷顿循环发电测试的模型，预期将达到32%的循环效率[5-6]。韩国能源研究所(KIER)设计了60 kW余热回收轴流透平，采用部分进气方式可以减小轴向力，增加轴承强度[7-8]。de la Calle等[9]提出同时调整再压缩率和压缩机入口温度这2个参数，尽可能地减小高温环境对整个循环性能的负面影响。王雨琦等[10]发现SCO2透平在非进气弧段内压力、温度及马赫数与进气弧段有明显差异，并且该区域的流动紊乱，部分进气损失增大。基于西安热工研究院有限公司的5 MW等级SCO2火力发电试验平台的高压涡轮设计参数，韩万龙等[11]设计了2级轴流SCO2涡轮，数值模拟得到的等熵效率可达84.88%，变工况性能良好。Luo等[12]通过优化SCO2离心涡轮叶片型线，在6 000 r/min转速下达到最大的总静态效率。Zhou等[13]采用数值模拟方法对设计工况和非设计工况下向心透平的性能进行了分析，表明当叶顶间隙增加到叶高的6%时，透平效率降低3.84%。……