有机朗肯循环向心透平变工况特性与调节方式研究

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1、第56卷第6期汽轮机技术V01．56No．62014年l2月TURBINETECHN0LOGYDec．2014有机朗肯循环向心透平变工况特性与调节方式研究韩中合，吴伟铭，王智(华北电力大学能源动力与机械工程学院，保定071003)摘要：有机朗肯循环透平在变工况下的调节特性对系统的高效运行有重要意义。基于循环优化参数，设计了应用于低温热源的有机工质向心透平，探讨了向心透平的性能随进口压力和转速的变化规律，并研究了透平进口压力、出口背压和工质质量流量变化时不同调节方式对透平性能的影响。结果表明：当透平进口压力或出口背压变化时，转速调节能使透平的效率更高；当工质质量

2、流量变化时，部分进气调节的调节性能更好。关键词：有机朗肯循环；向心透平；变工况性能分析；调节方式分类号：TK14文献标识码：A文章编号：1001—5884(2014)06-0417-04Of-designCharacteristicsandRegulationModesStudyofOrganicRankineCycleRadialTurbineHANZhong．he．WUWei．ming，WANGZhi(SchoolofEnergyPowerandMechanicalEngineering，NoahChinaElectricPowerUniversity，B

3、aoding071003，China)Abstract：Off-designcharacteristicsofOrganicRankineCycleturbinehaveanimportanteffectontheeficientoperationofthecycle．Aradialturbinewasdesignedapplyingtolowtemperatureheatsourcebasedonthecycleoptimizationparameters．Thetrendsofradialturbineperformancechangingwithinle

4、tpressureandrotationspeedwereinvestigated，andtheinfluencesofdifferentregulationmodesonturbineperformancewheninletpressure，outletpressureormassflowratevarieswereanalyzed．Resultsshowthatturbineefficiencywillbehigherwithspeedregulationwhenturbineinletpressureoroutletpressurevaries，when

5、workingfluidsmassflowvaries，turbineperformancewillbebetterwithpa~ialadmissionregulation．Keywords：organicrankinecycle；radialturbine；of-designperformanceanalysis；regulationmodes本文以R245fa为工质，分析向心透平变工况运行特性，0前言进而研究不同调节方式对透平性能的影响，为调节方式的选择提供科学参考。由于有机朗肯循环(ORC)发电技术在低品位热能回收利用方面有一定优势，而逐渐受到重视。向

6、心透平以其结构1向心透平主要参数紧凑、制造工艺简单、小流量下具有高效率等优点，常作为有机朗肯循环系统的热工转换核心设备。受热源和外界环本文采用实际气体商用物性软件REFPROP_l计算工境变化的影响，透平常处于变工况运行状态，变工况调节方质物性，进行有机工质向心透平的设计和性能分析。式对透平的性能有较大影响。因此，研究有机朗肯循环向心以120kW太阳能有机朗肯循环系统的最优工质⋯和优透平的变工况性能和变工况调节方式，对循环系统的高效运化设计参数引作为透平的设计参数，透平入口工质为饱和行具有重要意义。状态，设计初参数如表1所示。有关蒸汽和燃气向心透平的变工况性能

7、预测，已建立了采用筛选法“，以轮周效率最优为目标进行透平设计，多种模型J，分析方法已经比较成熟。近年来，随着ORC计算所得透平的主要几何参数和气动参数如表2所示。技术的发展，国内外学者开始对有机工质透平的变工况性能进行数值与实验研究J，分析透平进口温度、膨胀比和转2向心透平性能分析速变化对透平性能的影响，并探讨变工况的不同调节方法J。但总体来说，相关研究较少，不同调节方式对透平性由于喷嘴出口马赫数大于1，喷嘴形状设定为缩放型，缩能的影响还有待深入研究。放叶栅在压力变化时会产生激波、压力突跃等，产生不可逆收稿日期：2014-01-23基金项目：国家自然科学基金项

8、目(No．51306059)。作者简介