本文關(guān)鍵詞：ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)向心透平振動(dòng)研究

  更多相關(guān)文章： 向心透平 振動(dòng) 流固耦合 模態(tài) 諧響應(yīng)

【摘要】：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。主要研究內(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1.46 N·m。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3858Hz、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)幅值過大的現(xiàn)象,其振幅極大值為0.927mm,過大的振動(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)象。為了設(shè)備的安全,建議向心透平應(yīng)避免在轉(zhuǎn)速為15975rpm及26488rpm附近長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。
【關(guān)鍵詞】：向心透平 振動(dòng) 流固耦合 模態(tài) 諧響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM617
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 低溫余熱利用技術(shù)11-15
• 1.2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電技術(shù)11-13
• 1.2.2 Kalina循環(huán)發(fā)電技術(shù)13-14
• 1.2.3 熱泵技術(shù)14-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 流固耦合分析研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.2 振動(dòng)特性分析研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文研究內(nèi)容及路線18-19
• 2 向心透平所受載荷分析19-31
• 2.1 低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)及向心透平組成19-22
• 2.1.1 低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介19-20
• 2.1.2 向心透平簡(jiǎn)介20-22
• 2.2 向心透平所受載荷22-30
• 2.2.1 熱力循環(huán)系統(tǒng)23-26
• 2.2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)26-28
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析28-30
• 2.3 小結(jié)30-31
• 3 向心透平流固耦合分析31-48
• 3.1 向心透平流場(chǎng)分析31-36
• 3.1.1 Fluent軟件簡(jiǎn)介31-32
• 3.1.2 向心透平流道模型的建立及網(wǎng)格劃分32-34
• 3.1.3 計(jì)算方法選擇及邊界條件設(shè)置34-35
• 3.1.4 計(jì)算結(jié)果及分析35-36
• 3.2 向心透平動(dòng)葉輪線性靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析36-40
• 3.2.1 模型的建立及材料的選擇36-37
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置37
• 3.2.3 結(jié)果分析37-40
• 3.3 向心透平葉輪流固耦合分析40-46
• 3.3.1 流固耦合分析方法40-41
• 3.3.2 耦合面的數(shù)據(jù)傳遞41
• 3.3.3 流固耦合分析步驟41-43
• 3.3.4 結(jié)果分析43-46
• 3.4 小結(jié)46-48
• 4 向心透平及軸振動(dòng)特性分析48-67
• 4.1 振動(dòng)分析基本理論基礎(chǔ)48-51
• 4.1.1 振動(dòng)基本形式及基本參數(shù)48-49
• 4.1.2 葉輪軸系的基本振型49-51
• 4.2 向心透平及軸模態(tài)分析51-56
• 4.2.1 模態(tài)分析數(shù)學(xué)模型51-53
• 4.2.2 模態(tài)參數(shù)提取的方法53
• 4.2.3 模型的建立及材料的選擇53-54
• 4.2.4 網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置54
• 4.2.5 結(jié)果分析54-56
• 4.3 向心透平及軸諧響應(yīng)分析56-65
• 4.3.1 諧響應(yīng)分析基本理論及數(shù)學(xué)模型56-58
• 4.3.2 引起向心透平及軸振動(dòng)因素58-59
• 4.3.3 模型的建立及材料的選擇59
• 4.3.4 載荷設(shè)置59-61
• 4.3.5 結(jié)果分析及建議61-65
• 4.4 小結(jié)65-67
• 5 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 總結(jié)67-68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間成果情況72-73
• 致謝73

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