ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)向心透平振動(dòng)研究.pdf

1、本文對(duì)適用于有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的向心透平進(jìn)行了振動(dòng)模擬分析，模擬時(shí)載荷的設(shè)定由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而得，利用仿真平臺(tái) ANSYS Workbench對(duì)向心透平進(jìn)行了流固耦合分析和諧響應(yīng)分析。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.向心透平所受扭矩實(shí)驗(yàn)研究。在60％額定質(zhì)量流量下，采用R123有機(jī)工質(zhì)，向心透平在53000rpm附近轉(zhuǎn)動(dòng)，在該工況下向心透平所受扭矩最大值為1.59N·m、最小值為1.27 N·m、平均值為1.46N·m。

2、扭矩波動(dòng)的原因在于有機(jī)工質(zhì)泵采用的是液壓隔膜泵，屬于往復(fù)泵的一種。
　　2.對(duì)向心透平進(jìn)行了流固耦合分析。結(jié)果表明：沿著徑向方向，等效應(yīng)力逐漸減小，變形量逐漸增大；在額定轉(zhuǎn)速下，最大等效應(yīng)力為34.32 MPa，發(fā)生在葉片葉根處，遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度，最大變形量為0.00314mm，發(fā)生在葉輪進(jìn)口處，遠(yuǎn)小于葉輪頁(yè)頂間隙0.5mm。
　　3.對(duì)向心透平及軸進(jìn)行了模態(tài)分析。結(jié)果表明：在額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)，有6階固有頻率，分別為3858

3、Hz、3860Hz、4498Hz、7505Hz、9268Hz、9272Hz，模態(tài)振型主要為軸向振動(dòng)及彎曲振動(dòng)。第7~12階固有頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速區(qū)域?yàn)?7373~67987rpm，其振動(dòng)形式均為葉片的彎扭振動(dòng)，此轉(zhuǎn)速區(qū)域是一個(gè)較強(qiáng)的共振區(qū)域。
　　4.將向心透平受到的外界載荷簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧載荷，對(duì)向心透平及軸進(jìn)行了諧響應(yīng)分析。結(jié)果表明：葉輪遠(yuǎn)端軸承安裝（連接聯(lián)軸器的軸一端）表面在轉(zhuǎn)速為15975rpm會(huì)發(fā)生振動(dòng)幅值過(guò)大的現(xiàn)象，其振幅極大值

4、為0.927mm，過(guò)大的振動(dòng)會(huì)對(duì)聯(lián)軸器造成損壞，但此表面不會(huì)發(fā)生應(yīng)力過(guò)大的現(xiàn)象。葉輪近端軸承安裝表面在轉(zhuǎn)速26488rpm下，會(huì)發(fā)生等效應(yīng)力幅值過(guò)大的現(xiàn)象，大小為260.8MPa，僅次于材料的屈服強(qiáng)度，向心透平長(zhǎng)時(shí)間在此轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)有可能會(huì)發(fā)生軸疲勞斷裂現(xiàn)象。葉片吸力面和壓力面在轉(zhuǎn)速26488rpm下，會(huì)發(fā)生振動(dòng)振幅過(guò)大的現(xiàn)象，表現(xiàn)為軸向振動(dòng)，振幅極大值為0.603mm，向心透平在轉(zhuǎn)速為26488rpm下運(yùn)轉(zhuǎn)將有可能發(fā)生葉片與蝸殼碰撞的現(xiàn)