200kW有机工质向心透平气动设计和强度分析

发布时间：2017-10-28 12:21

  本文关键词：200kW有机工质向心透平气动设计和强度分析

  更多相关文章： 有机朗肯循环 向心透平 气动设计 数值模拟 强度分析

【摘要】：有机朗肯循环(Organic Ranking Cycle,ORC)发电技术是针对低温热源有效利用的技术,被广泛应用在太阳能光热、地热和工业余热等领域。有机工质透平是ORC系统的核心部件,对系统功率和效率有重要影响。对于小功率系统而言,向心透平具有优势。本文对应用于有机愞肯循环发电系统中的向心透平进行设计研究。在对ORC系统循环参数进行优化设计的基础上,选用R123为工质,研究高效的200kW有机工质向心透平。研究内容主要包括向心透平通流部件的气动设计和CFD数值模拟计算,并在此基础上进行了结构设计和强度分析。主要研究内容如下:对有机工质向心透平的一维气动程序进行了设计和优化。通过对向心透平的方案设计和与轴流透平的方案对比,设计容量下的向心透平轴效率可达到75%以上,比同容量轴流透平效率高9.37%。对有机工质向心透平整级通流部分进行详细设计和CFD计算。结果显示,各进出口参数状态均与设计值基本相符,整机模拟结果满足气动设计要求。分析内部流动发现,在导向叶栅出口的超音速流动导致动叶轮进口出现流动分离,动叶损失增加,还可进一步优化。对有机工质向心透平进行优化设计和计算。重点分析了导向叶栅入汽角、动静叶径向间隙、动叶叶片角、动叶子午面、叶顶间隙和长短叶片等六个方面对有机工质向心透平性能的影响,可据此对整机设计进行优化。对有机工质向心透平的结构强度进行设计和计算。计算了向心透平的转子强度和轴向推力,对密封系统和轴向推力进行了选型和计算。结果表明采用钛合金等材料可保证转子有足够安全系数;齿形密封和机械密封的联合密封方案,满足有机工质的密封要求。
【关键词】：有机朗肯循环 向心透平 气动设计 数值模拟 强度分析
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK14
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.3 本文研究内容15-17
• 2 200kW有机工质向心透平的气动与造型设计17-38
• 2.1 向心透平的原理与特点17-19
• 2.2 向心透平设计方案参数的确定19-26
• 2.3 一维气动设计26-31
• 2.4 向心透平与轴流透平方案的比较31-32
• 2.5 向心透平造型设计32-37
• 2.6 本章小结37-38
• 3 200kW有机工质向心透平整机流动数值模拟38-49
• 3.1 数值模拟方法介绍38-41
• 3.2 整体网格划分41-43
• 3.3 数值模拟结果分析43-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 200kW有机工质向心透平的优化设计探讨49-69
• 4.1 导向叶栅入汽角的影响49-51
• 4.2 动静叶径向间隙的影响51-53
• 4.3 动叶叶片角的优化设计53-58
• 4.4 动叶子午面流道优化设计58-60
• 4.5 叶顶间隙对透平性能的影响60-65
• 4.6 长短叶片对透平性能的影响65-68
• 4.7 本章小结68-69
• 5 200kW有机工质向心透平的结构强度分析69-78
• 5.1 叶轮及转子强度分析69-73
• 5.2 密封方案选择73-75
• 5.3 转子轴向推力计算75-77
• 5.4 本章小结77-78
• 6 全文总结与展望78-81
• 6.1 全文总结78-80
• 6.2 展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文87

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