200kW有機工質(zhì)向心透平氣動設(shè)計和強度分析.pdf

1、有機朗肯循環(huán)（Organic Ranking Cycle，ORC）發(fā)電技術(shù)是針對低溫?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。有機工質(zhì)透平是ORC系統(tǒng)的核心部件，對系統(tǒng)功率和效率有重要影響。對于小功率系統(tǒng)而言，向心透平具有優(yōu)勢。本文對應(yīng)用于有機郞肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的向心透平進行設(shè)計研究。在對ORC系統(tǒng)循環(huán)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，選用R123為工質(zhì)，研究高效的200kW有機工質(zhì)向心透平。研究內(nèi)容主要包括向心透平通流

2、部件的氣動設(shè)計和CFD數(shù)值模擬計算，并在此基礎(chǔ)上進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度分析。主要研究內(nèi)容如下：
　　對有機工質(zhì)向心透平的一維氣動程序進行了設(shè)計和優(yōu)化。通過對向心透平的方案設(shè)計和與軸流透平的方案對比，設(shè)計容量下的向心透平軸效率可達到75％以上，比同容量軸流透平效率高9.37%。
　　對有機工質(zhì)向心透平整級通流部分進行詳細設(shè)計和CFD計算。結(jié)果顯示，各進出口參數(shù)狀態(tài)均與設(shè)計值基本相符，整機模擬結(jié)果滿足氣動設(shè)計要求。分析內(nèi)部流動發(fā)現(xiàn)

3、，在導(dǎo)向葉柵出口的超音速流動導(dǎo)致動葉輪進口出現(xiàn)流動分離，動葉損失增加，還可進一步優(yōu)化。
　　對有機工質(zhì)向心透平進行優(yōu)化設(shè)計和計算。重點分析了導(dǎo)向葉柵入汽角、動靜葉徑向間隙、動葉葉片角、動葉子午面、葉頂間隙和長短葉片等六個方面對有機工質(zhì)向心透平性能的影響，可據(jù)此對整機設(shè)計進行優(yōu)化。
　　對有機工質(zhì)向心透平的結(jié)構(gòu)強度進行設(shè)計和計算。計算了向心透平的轉(zhuǎn)子強度和軸向推力，對密封系統(tǒng)和軸向推力進行了選型和計算。結(jié)果表明采用鈦合金等材料