ORC低温余热发电系统向心透平振动研究

发布时间：2017-08-15 05:10

  本文关键词：ORC低温余热发电系统向心透平振动研究

  更多相关文章： 向心透平 振动 流固耦合 模态 谐响应

【摘要】：本文对适用于有机朗肯循环(ORC)低温余热发电系统的向心透平进行了振动模拟分析,模拟时载荷的设定由实验数据而得,利用仿真平台ANSYS Workbench对向心透平进行了流固耦合分析和谐响应分析。主要研究内容如下：1.向心透平所受扭矩实验研究。在60%额定质量流量下,采用R123有机工质,向心透平在53000rpm附近转动,在该工况下向心透平所受扭矩最大值为1.59N·m、最小值为1.27 N·m、平均值为1.46 N·m。扭矩波动的原因在于有机工质泵采用的是液压隔膜泵,属于往复泵的一种。2.对向心透平进行了流固耦合分析。结果表明：沿着径向方向,等效应力逐渐减小,变形量逐渐增大；在额定转速下,最大等效应力为34.32 MPa,发生在叶片叶根处,远小于材料的屈服强度,最大变形量为0.00314mm,发生在叶轮进口处,远小于叶轮页顶间隙0.5mm。3.对向心透平及轴进行了模态分析。结果表明：在额定转速以内,有6阶固有频率,分别为3858Hz、3860Hz、4498Hz、7505Hz、9268Hz、9272Hz,模态振型主要为轴向振动及弯曲振动。第7-12阶固有频率对应的转速区域为67373-67987rpm,其振动形式均为叶片的弯扭振动,此转速区域是一个较强的共振区域。4.将向心透平受到的外界载荷简化为简谐载荷,对向心透平及轴进行了谐响应分析。结果表明：叶轮远端轴承安装(连接联轴器的轴一端)表面在转速为15975rpm会发生振动幅值过大的现象,其振幅极大值为0.927mm,过大的振动会对联轴器造成损坏,但此表面不会发生应力过大的现象。叶轮近端轴承安装表面在转速26488rpm下,会发生等效应力幅值过大的现象,大小为260.8MPa,仅次于材料的屈服强度,向心透平长时间在此转速下运转有可能会发生轴疲劳断裂现象。叶片吸力面和压力面在转速26488rpm下,会发生振动振幅过大的现象,表现为轴向振动,振幅极大值为0.603mm,向心透平在转速为26488rpm下运转将有可能发生叶片与蜗壳碰撞的现象。为了设备的安全,建议向心透平应避免在转速为15975rpm及26488rpm附近长时间运转。
【关键词】：向心透平 振动 流固耦合 模态 谐响应
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM617
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 低温余热利用技术11-15
• 1.2.1 有机朗肯循环(ORC)发电技术11-13
• 1.2.2 Kalina循环发电技术13-14
• 1.2.3 热泵技术14-15
• 1.3 国内外研究现状15-18
• 1.3.1 流固耦合分析研究现状15-17
• 1.3.2 振动特性分析研究现状17-18
• 1.4 本文研究内容及路线18-19
• 2 向心透平所受载荷分析19-31
• 2.1 低温余热发电系统及向心透平组成19-22
• 2.1.1 低温余热发电系统简介19-20
• 2.1.2 向心透平简介20-22
• 2.2 向心透平所受载荷22-30
• 2.2.1 热力循环系统23-26
• 2.2.2 数据采集系统26-28
• 2.2.3 实验数据分析28-30
• 2.3 小结30-31
• 3 向心透平流固耦合分析31-48
• 3.1 向心透平流场分析31-36
• 3.1.1 Fluent软件简介31-32
• 3.1.2 向心透平流道模型的建立及网格划分32-34
• 3.1.3 计算方法选择及边界条件设置34-35
• 3.1.4 计算结果及分析35-36
• 3.2 向心透平动叶轮线性静态结构分析36-40
• 3.2.1 模型的建立及材料的选择36-37
• 3.2.2 网格划分及边界条件设置37
• 3.2.3 结果分析37-40
• 3.3 向心透平叶轮流固耦合分析40-46
• 3.3.1 流固耦合分析方法40-41
• 3.3.2 耦合面的数据传递41
• 3.3.3 流固耦合分析步骤41-43
• 3.3.4 结果分析43-46
• 3.4 小结46-48
• 4 向心透平及轴振动特性分析48-67
• 4.1 振动分析基本理论基础48-51
• 4.1.1 振动基本形式及基本参数48-49
• 4.1.2 叶轮轴系的基本振型49-51
• 4.2 向心透平及轴模态分析51-56
• 4.2.1 模态分析数学模型51-53
• 4.2.2 模态参数提取的方法53
• 4.2.3 模型的建立及材料的选择53-54
• 4.2.4 网格划分及边界条件设置54
• 4.2.5 结果分析54-56
• 4.3 向心透平及轴谐响应分析56-65
• 4.3.1 谐响应分析基本理论及数学模型56-58
• 4.3.2 引起向心透平及轴振动因素58-59
• 4.3.3 模型的建立及材料的选择59
• 4.3.4 载荷设置59-61
• 4.3.5 结果分析及建议61-65
• 4.4 小结65-67
• 5 总结与展望67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-72
• 个人简历及攻读硕士学位期间成果情况72-73
• 致谢73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张成祥,邓承伟;降低中低温余热发电投资及运行成本的主要途径[J];水泥技术;1999年05期

2 王建财,陈春天,张颖,杨嘉祥;低温余热发电模型研究[J];哈尔滨理工大学学报;2003年03期

3 夏俊生;中低温余热发电技术在窑外分解窑中的应用探讨[J];煤炭加工与综合利用;2004年06期

4 赵刚;朱建良;杨嘉祥;;低温余热发电的电路设计[J];哈尔滨理工大学学报;2005年05期

5 王江峰;戴义平;陈江;;中低温余热发电技术及其在水泥生产中的应用[J];节能;2007年02期

6 尹刚;吴方松;张立志;;低温余热发电技术的特点和发展趋势探讨[J];东方电气评论;2011年01期

7 宋永军;;浅析低温余热发电系统的优化[J];旅游纵览(行业版);2011年07期

8 胡东风;;浅议水泥行业低温余热发电的减排能力[J];广西节能;2011年04期

9 尹刚;吴方松;张立志;;低温余热发电技术的特点和发展趋势探讨[J];电工文摘;2012年04期

10 王培华;旋志林;;低温余热发电系统与烧成系统的协调操作[J];产业与科技论坛;2012年14期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 盖东兴;张佳佳;胡建亮;周全;黄永红;;中低温余热发电技术[A];2012年全国冶金安全环保暨能效优化学术交流会论文集[C];2012年

2 朱亚东;徐建;吕进;于立军;;高耗能行业中低温余热发电技术[A];第十三届中国科协年会第7分会场-实现“2020年单位GDP二氧化碳排放强度下降40-45%”的途径研讨会论文集[C];2011年

3 ;水泥行业低温余热发电技术介绍及技术创新[A];东南十省市水泥发展论坛会刊[C];2007年

4 屈云海;罗云秋;;提高烧结低温余热发电机组发电作业率和单位小时发电量的措施[A];2013年全国冶金能源环保生产技术会论文集[C];2013年

5 李开宁;夏海涛;;某超白玻璃炉窑低温余热发电[A];土木建筑学术文库(第15卷)[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者　朱殿勇;全省水泥行业推广低温余热发电[N];河南日报;2006年

2 通讯员;巢东拟建低温余热发电项目[N];巢湖日报;2008年

3 记者 关媛媛　实习生 周哲;我市突破低温余热发电技术瓶颈[N];重庆日报;2009年

4 安再祥 兰彩萍;我国首家低温余热发电项目签订[N];中国工业报;2004年

5 鲁莉;荆门又一低温余热发电项目上马[N];中国电力报;2008年

6 张宝;河南推广低温余热发电技术[N];中国冶金报;2007年

7 记者 康行远邋实习生 袁媛 通讯员 张力峰;华新开发低温余热发电项目[N];黄石日报;2007年

8 本报记者 石珊珊;杭锅集团连签大单 低温余热发电有望推广[N];机电商报;2007年

9 何伟;利用低温余热发电 实现节能减排增效[N];经济日报;2007年

10 本报记者　 乔国栋;中信海螺联手 觊觎万亿低温余热发电市场[N];中国经济时报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 林明明;低温余热发电过程建模与先进控制策略研究[D];华北电力大学(北京);2016年

2 陈春天;低温余热发电模型中EHD强化凝结换热效应研究[D];哈尔滨理工大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李明辉;ORC低温余热发电系统的能效分析[D];郑州大学;2015年

2 李文龙;ORC低温余热发电系统向心透平振动研究[D];郑州大学;2016年

3 王建财;低温余热发电模型的研究[D];哈尔滨理工大学;2003年

4 赵东;低温余热发电系统蒸发器压力与换热效率研究[D];沈阳工业大学;2013年

5 徐建;中低温余热发电有机朗肯循环系统性能分析及优化研究[D];上海交通大学;2012年

6 冯驯;有机朗肯循环中低温余热发电系统理论研究[D];上海交通大学;2011年

7 王广乐;高原气候条件下水泥窑低温余热发电系统热力学分析及优化[D];青海大学;2015年

8 权美英;低温余热发电系统蒸发器过热度控制策略研究[D];沈阳工业大学;2011年

9 尹训彦;水泥窑低温余热发电热力系统分析与设计[D];大连理工大学;2013年

10 张坤;钢铁厂烧结低温余热发电DCS及智能控制的仿真研究[D];昆明理工大学;2010年

，

本文编号：676385