本文關鍵詞：200kW有機工質向心透平氣動設計和強度分析

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【摘要】：有機朗肯循環(huán)(Organic Ranking Cycle,ORC)發(fā)電技術是針對低溫熱源有效利用的技術,被廣泛應用在太陽能光熱、地熱和工業(yè)余熱等領域。有機工質透平是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。本文對應用于有機愞肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的向心透平進行設計研究。在對ORC系統(tǒng)循環(huán)參數進行優(yōu)化設計的基礎上,選用R123為工質,研究高效的200kW有機工質向心透平。研究內容主要包括向心透平通流部件的氣動設計和CFD數值模擬計算,并在此基礎上進行了結構設計和強度分析。主要研究內容如下:對有機工質向心透平的一維氣動程序進行了設計和優(yōu)化。通過對向心透平的方案設計和與軸流透平的方案對比,設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%。對有機工質向心透平整級通流部分進行詳細設計和CFD計算。結果顯示,各進出口參數狀態(tài)均與設計值基本相符,整機模擬結果滿足氣動設計要求。分析內部流動發(fā)現(xiàn),在導向葉柵出口的超音速流動導致動葉輪進口出現(xiàn)流動分離,動葉損失增加,還可進一步優(yōu)化。對有機工質向心透平進行優(yōu)化設計和計算。重點分析了導向葉柵入汽角、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向心透平性能的影響,可據此對整機設計進行優(yōu)化。對有機工質向心透平的結構強度進行設計和計算。計算了向心透平的轉子強度和軸向推力,對密封系統(tǒng)和軸向推力進行了選型和計算。結果表明采用鈦合金等材料可保證轉子有足夠安全系數;齒形密封和機械密封的聯(lián)合密封方案,滿足有機工質的密封要求。
【關鍵詞】：有機朗肯循環(huán) 向心透平 氣動設計 數值模擬 強度分析
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK14
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題背景及意義9-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.3 本文研究內容15-17
• 2 200kW有機工質向心透平的氣動與造型設計17-38
• 2.1 向心透平的原理與特點17-19
• 2.2 向心透平設計方案參數的確定19-26
• 2.3 一維氣動設計26-31
• 2.4 向心透平與軸流透平方案的比較31-32
• 2.5 向心透平造型設計32-37
• 2.6 本章小結37-38
• 3 200kW有機工質向心透平整機流動數值模擬38-49
• 3.1 數值模擬方法介紹38-41
• 3.2 整體網格劃分41-43
• 3.3 數值模擬結果分析43-48
• 3.4 本章小結48-49
• 4 200kW有機工質向心透平的優(yōu)化設計探討49-69
• 4.1 導向葉柵入汽角的影響49-51
• 4.2 動靜葉徑向間隙的影響51-53
• 4.3 動葉葉片角的優(yōu)化設計53-58
• 4.4 動葉子午面流道優(yōu)化設計58-60
• 4.5 葉頂間隙對透平性能的影響60-65
• 4.6 長短葉片對透平性能的影響65-68
• 4.7 本章小結68-69
• 5 200kW有機工質向心透平的結構強度分析69-78
• 5.1 葉輪及轉子強度分析69-73
• 5.2 密封方案選擇73-75
• 5.3 轉子軸向推力計算75-77
• 5.4 本章小結77-78
• 6 全文總結與展望78-81
• 6.1 全文總結78-80
• 6.2 展望80-81
• 致謝81-82
• 參考文獻82-87
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文87

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