ORC系统向心透平膨胀机动态特性研究
高速透平膨胀制冷机低频振动特性试验研究
临界转速振动幅值随之降低。
图 3.2.1 变轴承供气压力临界转速区转速幅值特性曲线
图 3.2.2 不同轴承供气压下的失稳转速
图 3.2.2 给出了出现低频振荡的初始转速随轴承供气压力变化的特征：随着轴承供气压力 从 0.3 MPa 增加到 0.7MPa，出现低频振荡初始转速从 21154rpm 增加到 50336rpm，最高工作 转速也从 28329 rpm 增加到 55755 rpm。由此可见，较高的轴承供气压力能有效地控制和抑制 低频振荡。 同时，采用提高轴承供气压力的方法，能够调整轴系的固有频率和轴系临界转速区域特 性，这为制定相应的升速方案提供试验依据，便于下文进一步分析轴系低频涡动、振荡和固 有频率之间的耦合关系。 3.2.2 升速率对低频振动特性的影响 图 3.2.3 是 0.4MPa 轴承供气压下的升速过程三维谱图。 其中， 曲线 BDE 表示低频振荡线， 曲线 CDE 表征的分频涡动线。 K 区域（196.2Hz~213.5Hz）是转子升速过程的临界转速区，转子的工作频率与固有频率 相近发生共振。 两条低频线都呈现出随转速变化的特性。分频涡动的频率保持和升速曲线一致：当转速 增大时涡动频率值随之增大，当转速保持稳定并略微下降时涡动频率随之发生相应变化；同 时，随着转速的升高，轴承内气膜的动压效果增强，刚度升高，振荡线锁频频率也随之增加。 因此，可以利用涡动、低频振荡频率与转速的关系，通过合理调整升速率，调整涡动和振荡 之间的关系。 由于气膜涡动效应，A 区域（216.35Hz ~221.15Hz）发生明显的半速涡动。涡动的频率变 化时刻保持和升速曲线一致，随着工频的增加，半速涡动频率逐渐增加并在 B 点和固有频率 耦合，发生低频振荡。由于存在气膜动压效应，B 点低频振荡刚刚出现时锁定的频率值 （223.56Hz）比临界转速对应的频率值大。 同时，C 点出现了分频涡动（低频频率为 128.21Hz，涡动比 0.23） 。在 D 点振荡线与分频 涡动线重合前， 涡动频率随着转速的升高而升高， 并始终低于振荡频率 （222.22Hz ~241.45Hz， 涡动比 0.38~0.33） ，直到 D 点（低频频率 241.452Hz，涡动比 0.33） ，分频涡动频率和振荡频 率相同，在 DE 段，分频涡动、低频振荡、固有频率三者发生多频耦合振荡。
ORC涡旋膨胀机旁通阀／开启阀切换工况系统性能参数变化研究
Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ａ ｎ ＯＲＣ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ
变化 ， 继而隔膜泵 的出 口压力 随系统阻力特性发生变化 ， 从 而导致 Ｏ Ｒ Ｃ各部件 都 出现对应 的性能参 数变 化。通过阻 力
变化特性 和设备响应规律 的研究 ， 为膨胀机和减压 阀匹配设计 以及膨胀机 故障诊断提供 了相关的指导 。 关键 词 ： 有机朗肯循环 ； 涡旋 膨胀机 ； 阀门切换
２ ０ １ ５年第 ４ ３ 卷第 ４期
文章 编 号 ： １ ０ ０ ５— ０ ３ ２ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４—０ ０ ０ １ 一 Ｏ ７
流
体
机
械
Ｏ Ｒ Ｃ涡旋 膨胀 机旁通 阀／ 开 启阀切换工况 系统 性能参数变化研究
刘季华， 朱 彤， 谢 飞博 ， 王 海鹰 。 穆
２ ０ １ ８ ０ ４ ）
ｓ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｐ ｈ ｒ ａ ｇ ｍ ｐ ｕ ｍｐ ｗｏ ｕ ｌ ｄ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ａ ｓ ｗｅ ｌ １ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ａ ｃ ｈ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｖ ａ ｉｅ ｒ ｄ ． Ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｂ ｅ
有机朗肯循环系统孤网运行的实验研究
2017年第36卷第10期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3577·化 工 进展有机朗肯循环系统孤网运行的实验研究曹泷，刘秀龙，张鸣，徐进良（华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室，北京102206）摘要：针对孤网环境下有机郎肯（ORC ）系统的实际应用，以R245fa 为工质，采用单螺杆膨胀机与同步发电机同轴联动，设计集成了一台10kW 级的小型ORC 机组，并以10.5kW 的卤素灯阵作为孤网负载，就地消耗机组输出的电能。
实验中在115℃热源条件下通过调整负载容量改变ORC 系统的运行工况，对不同负载与膨胀机转速下ORC 系统性能进行实验研究。
实验数据表明：单螺杆膨胀机的性能较为优良，其等熵效率最大值为84.1%，随负载及膨胀机转速的增加而减小。
工质泵的实际运行效率为8.31%～19.10%，其等熵效率随负载及转速增大而变大，最大值为73.97%。
工质泵的机械效率较低，仅为19.22%～36.82%，与负载及膨胀机转速之间没有明显关系，较低的机械效率是工质泵实际运行效率偏低的主要原因。
机组电功随负载及膨胀机转速的增加而增大，最大发电量与发电效率分别为5.86kW 与7.38%。
关键词：有机朗肯循环；孤网；R245fa ；单螺杆膨胀机；系统集成中图分类号：TK11+5 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）10–3577–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0194Experimental study of an integrated organic Rankine cycle system underisolated network operating conditionCAO Shuang ，LIU Xiulong ，ZHANG Ming ，XU Jinliang（Beijing Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer for Low Grade Energy ，North China Electric PowerUniversity ，Beijing 102206，China ）Abstract ：The test results of a 10kW integrated organic Rankine cycle （ORC ）system with R245fa as the working fluid under isolated network operating condition were presented in this paper. A single screw expander was integrated in the system to drive the synchronous generator to generate electric power. The 10.5kW halogen lamp array was used as the load to consume the generated electric power. Two independent parameters ，the load capacity and the expander speed ，were varied during the test. The ORC system characteristics were analyzed at the heat source temperature of 115℃. The experimental data showed that the single screw expander performed very well. The maximum expander isentropic efficiency was 84.1%，which decreased with increase of load and expander speed. The maximum isentropic efficiency of working fluid pump was 73.97%，which increased with the increase of load and expander speed. The mechanical efficiency of the working fluid pump was only 19.22%—36.82%，and had no obvious relationship with the load and the expander speed. The generated electric power increased with the increase of load and expander speed. The maximum generated electric power and the electrical efficiency were 5.86kW and 7.38%，respectively. Key words ：organic Rankine cycle ；isolated network ；R245fa ；single screw expander ；system integration利用技术研究。
工质流量对ORC低温余热发电系统性能的影响
工质流量对ORC低温余热发电系统性能的影响王慧;马新灵;孟祥睿;魏新利【摘要】搭建了以自行研发的向心透平为膨胀机的ORC低温余热发电系统实验平台，研究了R123质量流量对循环系统的性能影响。
结果表明：液压隔膜泵的温升和熵增均较小，所消耗的功率随流量的增加而增加。
工质在蒸发器内的压降明显大于冷凝器内的压降，均随流量的增加而增加；向心透平的等熵效率随质量流量的增加先增加后减小，存在最佳流量0.215 kg·s−1使透平等熵效率达到最大值0.775；系统输出的电功率随流量的增加而增加，流量为0.283 kg·s−1时输出系统最大功率为2.009 kW；蒸发器的㶲损率占系统总㶲损率的比重最大，冷凝器次之，向心透平第三，在本实验最佳质量流量下，三者的㶲损率分别为62%、32%、6%。
%An experimental prototype of organic Rankine cycle (ORC) was built for low-temperature waste heat power generation. With R123 as working fluid, heat transfer oil as the waste heat source, and radial inflow turbine as expander, a series of tests were carried out by adjusting the R123 massflow rate to evaluate the performance of apparatus and system. The temperature rise and entropy increase of hydraulic diaphragm pump were lower, and consumed power increased with the mass flow rate. The pressure drop in the evaporator was greater than that in the condenser, and both increased with the mass flow rate of R123. The isentropic efficiency of the radial inflow turbine increased first and then decreased with the increase of R123 flow rate, with the maximum value of 0.775 kg·s−1 and the optimum value of 0.215 kg·s−1. The system output power increased monotonously to 2.009 kW as the flow rate of R123 increased to0.283 kg·s−1. E xergy destruction rate of evaporator was the largest parts in total exergy destruction rate, followed by condenser and radial inflow turbine, about 62%, 32% and 6%, respectively, under the optimum condition.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】8页(P4185-4192)【关键词】有机朗肯循环;余热发电;熵;热力学【作者】王慧;马新灵;孟祥睿;魏新利【作者单位】郑州大学化工与能源学院，河南郑州 450001; 河南职业技术学院机电工程系，河南郑州 450046;郑州大学化工与能源学院，河南郑州 450001;郑州大学化工与能源学院，河南郑州 450001;郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TK11+5有机朗肯循环（organic Rankine cycle，ORC）是利用低品位热能最有效的方法之一。
基于小型ORC涡旋膨胀机变工况特性研究及实验验证
基于小型ORC涡旋膨胀机变工况特性研究及实验验证
石磊;赵亚珑;彭斌
【期刊名称】《热力发电》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】涡旋膨胀机作为有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)核心部件之一,其运行特性直接影响了ORC的性能。
首先,建立了涡旋膨胀机的三维瞬态仿真模型,通过数值模拟的方法,系统地分析了不同工况下吸气压力、排气压力、转速和对涡旋膨胀机输出功率和等熵效率的影响;其次,分析了不同工况对涡旋膨胀机瞬态性能的影响,较为全面地分析了其中的机理;最后,通过实验室搭建的ORC低温余热无油发电系统试验台验证了数值模型的准确性,实验结果与数值模拟结果吻合良好,验证了数值模拟方法的可靠性和适用性。
研究结果对涡旋膨胀机的设计和优化具有重要的参考价值。
【总页数】9页(P115-123)
【作者】石磊;赵亚珑;彭斌
【作者单位】兰州理工大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM6
【相关文献】
1.ORC 涡旋膨胀机旁通阀／开启阀切换工况系统性能参数变化研究
2.基于燃气轮机变工况的IGCC系统特性研究
3.低温余热用涡旋膨胀机的热力学特性研究及试验
验证4.大型离心式风机变工况调节中噪声特性的实验研究5.有机朗肯循环无油涡旋膨胀机热力学特性研究及试验验证
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ORC透平气动性能分析及优化设计
前言在节能减排和保护环境等国家战略需求下，低温余热的回收利用受到了广泛的重视。
ORC(Or-ganic Rankine Cycle,简称ORC)透平具有工质沸点低、来源范围广、蒸汽饱和曲线陡的特点，能安全高效的将低温热源的热能转换为机械能和电能。
透平是热能转换系统的核心设备，所以对ORC透平性能分析和设计方法的研究具有理论意义和重要的工程应用价值。
本文以R245fa有机蒸汽作为流动工质，设计了ORC透平，并开展ORC透平内部流动结构和气动性能分析。
1ORC单级透平热力设计1.1主要技术参数设计功率:50kW;循环工质:R245fa;新汽温度:110℃;新汽压力：1.56MPa;排汽压力:0.28MPa机组转速:8000r/min。
1.2热力设计模型及计算过程（1）由i-s图得整机理想比焓降Δh sC a=2×Δh s×103√(1) (2)汽轮机热力过程曲线图如图1所示图1汽轮机热力过程曲线图ORC透平气动性能分析及优化设计刘伟阳，闵爱妮，刘美丽，周志明（西安陕鼓动力股份有限公司，陕西西安710075）【摘要】采用一维绝热热力设计方法，在给定的技术参数条件下，给出了叶片节距、气流角、叶高等参数，计算了各个截面上的流动参数。
设计了通流部分的流道结构和整个有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,简称ORC)单级透平结构。
采用商业软件NUMECA进行数值模拟，对ORC单级透平内部流动的气动性能进行详细分析。
通过改善流动条件，对叶型进行优化。
【关键词】ORC透平；气动性能；数值模拟；优化设计【中图分类号】TK14【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2017)07-0038-05 Analysis and Optimized Design of the AerodynamicPerformance of ORC TurbinesLiu Weiyang,Min Aini,Liu Meili,Zhou Zhiming（Xian Shaangu Power Co.,Ltd.,Xian,Shaanxi710611,China）[Abstract]The one-dimensional adiabatic thermal design method was adopted;and with given technical parameters,the blade pitch,flow angle and blade length were provided and flow parameters of every section were calculated.The channel structure and the entire ORC single-stage turbine structure were designed.Numerical simulation was performed using com-mercial software NUMECA,to analyze the aerodynamic performance of the internal flow of single stage ORC turbine in detail.Through improving the flow conditions the blade shape was optimized.[Keywords]ORC turbine;aerodynamic performance;numerical simulation;optimized de-sign（3）主汽管和调节阀节流损失ΔP0=（0.003~0.005）P0（2）(4）排汽管中压力损失ΔP C=（0.004~0.008）P C（3）(5)汽轮机内效率是指蒸汽热能转化成轴上机械功的有效比焓降与整机理想比焓降之比。
orc系统向心透平膨胀机动态特性研究
摘要应用有机朗肯循环（ORC）将低品位热能转换为高品位电能，适用于工业废热、地热能、海洋温差能等领域。
ORC系统具有结构简单、环境友好、无有害气体排放等特点，其关键的换能设备是有机工质膨胀机。
本文在实验室搭建的ORC低温余热发电实验平台上，对自主设计的向心透平膨胀机进行性能研究。
分别研究了向心透平的工作性能和转子系统的振动特性；对向心透平流动特性、转子系统临界转速以及不平衡响应特性进行了实验和数值研究，并优化了透平的结构。
以R123为工质，实验研究了向心透平及其系统的性能变化规律。
对向心透平转轴的径向振动进行了测量，研究了转子系统的振动特性。
结果表明：随着工质流量的增加，透平转速增大，存在最佳转速，使得向心透平等熵效率最大；随着热源温度的升高，最佳转速不断增大；随着冷源流量的增加，向心透平的压比、转速以及膨胀功率不断增加，系统热效率逐渐升高；随着透平转速的增加，转轴径向振动幅值增加，振动峰值的特征频率增大；向心透平的最高转速达到54850r/m，等熵效率最大值为83.6%，膨胀机最大功率为3.041kW，达到设计要求。
使用ANSYS Fluent 软件，建立向心透平内部流动的单流道数值计算模型，研究不同的导叶安装角、导叶静叶数以及动叶的非可展直纹抛物面对内部流动特性的影响；根据实验数据，对比工质流量、膨胀功率以及等熵效率等参数的计算值，验证了单流道模型的正确性；根据数值研究结果，对透平结构进行了优化，导叶优化后，周向速度提高7.4%，速度系数提高1.12%；动叶优化后，叶轮效率提高 1.05%，最大叶轮效率为90.3%。
向心透平整级优化后，总-静效率提高1.7%。
利用ANSYS Workbench软件，对叶轮进行了模态分析，得到叶轮和转子前八阶固有频率及振型，并对向心透平转子系统进行临界转速分析。
结果表明：预应力下的叶轮固有频率大于无预应力的情况，离心力对叶轮的刚化作用明显；实验用转子系统一阶临界转速为33218r/min，二阶临界转速为65061 r/min；随着轴承支撑刚度的增加，临界转速先快速增大后逐渐缓慢增加，选取转子系统的轴承刚度为1×108N/m较为合理；随着转轴轴尾伸长量的增加，转子临界转速不断减小；随着叶轮密度的增加，临界转速将逐渐减小。
向心透平发电膨胀机静压气体轴承设计与承载特性分析
向心透平发电膨胀机静压气体轴承设计与承载特性分析
武潭;蔡树亭;高晓蕾;郭保国;张黎君
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2024(49)6
【摘要】为提升有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统向心透平发电膨胀机静压气体轴承的承载力与刚度,采用表压比法设计了以R245fa为润滑工质的静压气体轴承,分析转子偏心率、供气孔尺寸、进气压力对静压气体轴承承载力与刚度的影响。
实验结果表明:在相同供气压力下,轴承承载力与刚度随着转速的增大而增大;在相同转速下,0.7 MPa供气压力相对于其他气体供气压力轴承的承载力与刚度略高;静压气体轴承的偏心率越大承载力越大;相同供气孔直径下,静压气体轴承的承载力与刚度随着转速的升高而升高;随供气孔直径增大,静压气体轴承的承载力和刚度也随之增大。
【总页数】9页(P145-153)
【作者】武潭;蔡树亭;高晓蕾;郭保国;张黎君
【作者单位】郑州轻工业大学能源与动力工程学院;郑州大学力学与安全工程学院;河南省锅炉压力容器检验技术科学研究院;河南应用技术职业学院化学工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TH133
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1.透平膨胀机气体动压可倾瓦止推轴承承载特性的研究
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ORC系统向心透平膨胀机动态特性研究
应用有机朗肯循环(ORC)将低品位热能转换为高品位电能,适用于工业废热、地热能、海洋温差能等领域。
ORC系统具有结构简单、环境友好、无有害气体排放等特点,其关键的换能设备是有机工质膨胀机。
本文在实验室搭建的ORC低温余热发电实验平台上,对自主设计的向心透平膨胀机进行性能研究。
分别研究了向心透平的工作性能和转子系统的振动特性;对向心透平流动特性、转子系统临界转速以及不平衡响应特性进行了实验和数值研究,并优化了透平的结构。
以R123为工质,实验研究了向心透平及其系统的性能变化规律。
对向心透平转轴的径向振动进行了测量,研究了转子系统的振动特性。
结果表明:随着工质流量的增加,透平转速增大,存在最佳转速,使得向心透平等熵效率最大;随着热源温度的升高,最佳转速不断增大;随着冷源流量的增加,向心透平的压比、转速以及膨胀功率不断增加,系统热效率逐渐升高;随着透平转速的增加,转轴径向振动幅值增加,振动峰值的特征频率增大;向心透平的最高转速达到54850r/m,等熵
效率最大值为83.6%,膨胀机最大功率为3.041kW,达到设计要求。
使用ANSYS Fluent软件,建立向心透平内部流动的单流道数值计算模型,研究不同的导叶安装角、导叶静叶数以及动叶的非可展直纹抛物面对内部流动特性的影响;根据实验数据,对比工质流量、膨胀功率以及等熵效率等参数的计算值,验证了单流道模型的正确性;根据数值研究结果,对透平结构进行了优化,导叶优化后,周向速度提高7.4%,速度系数提高1.12%;动叶优化后,叶轮效率提高1.05%,最大叶轮效率为90.3%。
向心透平整级优化后,总-静效率提高1.7%。
利用ANSYS Workbench软件,对叶轮进行了模态分析,得到叶轮和转子前八阶固有频率及振型,并对向心透平转子系统进行临界转速分析。
结果表明:预应力下的叶轮固有频率大于无预应力的情况,离心力对叶轮的刚化作用明显;实验用转子系统一阶临界转速为
33218r/min,二阶临界转速为65061 r/min;随着轴承支撑刚度的增加,临界转速先快速增大后逐渐缓慢增加,选取转子系统的轴承刚度为1×10~8N/m较为合理;随着转轴轴尾伸长量的增加,转子临界转速不断减小;随着叶轮密度的增加,临界转速将逐渐减小。
通过灵敏度分析发现,转子临界转速受轴承刚度的影响最大,叶轮密度的影响次之,而转轴轴尾伸长量对转子临界转速的影响程度最小。
编写ANSYS APDL程序,结合转子模态以及临界转速分析结果,进行了向心透平转子系统的不平衡响应分析,分别研究了转子结构参数、不平衡量位置以及平衡精度与响应幅值的关系。
结果表明:当转轴直径的增大,转子系统各结点不平衡响应幅值减小;当轴间跨距的增加,叶轮结点的响应幅值逐渐增大,轴尾结点的不平衡响应幅值先减小后增大,轴承结点的不平衡响应幅值增大;当轴尾长度增加,转子系统各结点不平衡响应逐渐减小;在相同平衡精度下,叶轮离两轴承中间点距离增加时,转子系统各结点的响应幅值先减小后增大;在不平衡位置一定时,当平衡精度逐步降低,转子各结点的响应幅值均出现相应增加。