ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)向心透平振動研究.pdf

1、本文對適用于有機朗肯循環(huán)（ORC）低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的向心透平進行了振動模擬分析，模擬時載荷的設定由實驗數(shù)據而得，利用仿真平臺 ANSYS Workbench對向心透平進行了流固耦合分析和諧響應分析。主要研究內容如下：
　　1.向心透平所受扭矩實驗研究。在60％額定質量流量下，采用R123有機工質，向心透平在53000rpm附近轉動，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、扭矩波動的原因在于有機工質泵采用的是液壓隔膜泵，屬于往復泵的一種。
　　2.對向心透平進行了流固耦合分析。結果表明：沿著徑向方向，等效應力逐漸減小，變形量逐漸增大；在額定轉速下，最大等效應力為34.32 MPa，發(fā)生在葉片葉根處，遠小于材料的屈服強度，最大變形量為0.00314mm，發(fā)生在葉輪進口處，遠小于葉輪頁頂間隙0.5mm。
　　3.對向心透平及軸進行了模態(tài)分析。結果表明：在額定轉速以內，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及彎曲振動。第7~12階固有頻率對應的轉速區(qū)域為67373~67987rpm，其振動形式均為葉片的彎扭振動，此轉速區(qū)域是一個較強的共振區(qū)域。
　　4.將向心透平受到的外界載荷簡化為簡諧載荷，對向心透平及軸進行了諧響應分析。結果表明：葉輪遠端軸承安裝（連接聯(lián)軸器的軸一端）表面在轉速為15975rpm會發(fā)生振動幅值過大的現(xiàn)象，其振幅極大值

4、為0.927mm，過大的振動會對聯(lián)軸器造成損壞，但此表面不會發(fā)生應力過大的現(xiàn)象。葉輪近端軸承安裝表面在轉速26488rpm下，會發(fā)生等效應力幅值過大的現(xiàn)象，大小為260.8MPa，僅次于材料的屈服強度，向心透平長時間在此轉速下運轉有可能會發(fā)生軸疲勞斷裂現(xiàn)象。葉片吸力面和壓力面在轉速26488rpm下，會發(fā)生振動振幅過大的現(xiàn)象，表現(xiàn)為軸向振動，振幅極大值為0.603mm，向心透平在轉速為26488rpm下運轉將有可能發(fā)生葉片與蝸殼碰撞的現(xiàn)