200kW有機(jī)工質(zhì)向心透平氣動(dòng)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析.pdf

1、有機(jī)朗肯循環(huán)（Organic Ranking Cycle，ORC）發(fā)電技術(shù)是針對(duì)低溫?zé)嵩从行Ю玫募夹g(shù)，被廣泛應(yīng)用在太陽能光熱、地?zé)岷凸I(yè)余熱等領(lǐng)域。有機(jī)工質(zhì)透平是ORC系統(tǒng)的核心部件，對(duì)系統(tǒng)功率和效率有重要影響。對(duì)于小功率系統(tǒng)而言，向心透平具有優(yōu)勢。本文對(duì)應(yīng)用于有機(jī)郞肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的向心透平進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。在對(duì)ORC系統(tǒng)循環(huán)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，選用R123為工質(zhì)，研究高效的200kW有機(jī)工質(zhì)向心透平。研究內(nèi)容主要包括向心透平通流

2、部件的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和CFD數(shù)值模擬計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析。主要研究內(nèi)容如下：
　　對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平的一維氣動(dòng)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。通過對(duì)向心透平的方案設(shè)計(jì)和與軸流透平的方案對(duì)比，設(shè)計(jì)容量下的向心透平軸效率可達(dá)到75％以上，比同容量軸流透平效率高9.37%。
　　對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平整級(jí)通流部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和CFD計(jì)算。結(jié)果顯示，各進(jìn)出口參數(shù)狀態(tài)均與設(shè)計(jì)值基本相符，整機(jī)模擬結(jié)果滿足氣動(dòng)設(shè)計(jì)要求。分析內(nèi)部流動(dòng)發(fā)現(xiàn)

3、，在導(dǎo)向葉柵出口的超音速流動(dòng)導(dǎo)致動(dòng)葉輪進(jìn)口出現(xiàn)流動(dòng)分離，動(dòng)葉損失增加，還可進(jìn)一步優(yōu)化。
　　對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算。重點(diǎn)分析了導(dǎo)向葉柵入汽角、動(dòng)靜葉徑向間隙、動(dòng)葉葉片角、動(dòng)葉子午面、葉頂間隙和長短葉片等六個(gè)方面對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平性能的影響，可據(jù)此對(duì)整機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。
　　對(duì)有機(jī)工質(zhì)向心透平的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。計(jì)算了向心透平的轉(zhuǎn)子強(qiáng)度和軸向推力，對(duì)密封系統(tǒng)和軸向推力進(jìn)行了選型和計(jì)算。結(jié)果表明采用鈦合金等材料