有机工质向心透平全工况性能分析及工况边界探索

向心透平膨胀机具有效率高、结构简单等优点,是有机朗肯循环系统的核心部件,其性能直接影响系统热功转化效率。在内燃机余热回收系统中,透平工作状态会受内燃机复杂多变的工况影响,分析其全工况性能、探索其工况边界特点十分必要。利用计算流体力学软件进行数值模拟,开展向心透平全工况性能分析。结果表明:设计工况下输出功率和效率分别为13.435 kW、79.31%;对于非设计工况,温度变化对透平性能的影响幅度较小;入口压力通过改变透平质量流量来影响输出功率,二者呈线性关系;当入口压力为50%设计值时,透平效率受转速影响变化剧烈,很难再稳定工作;转速对透平工作状态影响较大,在±40%内变化时效率在60%以上,峰值接近80%;当转速变化超过±50%时,效率大幅下降甚至迫近零点,此时透平不宜再运行。该研究结果可为内燃机余热回收系统向心透平设计及实际运行提供参考。     

航空高速起发电机转子永磁体预应力设计

航空高速起发电机在可靠性方面要求高,对于带护套的表贴式高速永磁起发电机,永磁体预应力是通过在永磁体表面过盈压装非导磁合金护套实现,因此转子结构设计时需要合理的预应力设计。本文建立一种温度补偿的航空高速起发电机转子永磁体预应力设计仿真模型。以一台最高转速55000r/min的无人机用表贴式起发电机为例,分析过盈量对永磁体静态预应力的影响,在此基础上,计算并总结转子各部分动态应力随电机转速、温度、永磁体分段等因素的变化规律,为同类型电机设计提供参考。最后对一台起动功率20kW、额定发电功率4kW、最高转速55000r/min的高速起发电机进行实验验证,证明计算结果的有效性。     

应用于有机朗肯循环的新型小流量低转速离心膨胀机特性研究

相对于向心式膨胀机动辄数万转的转速,离心式透平能在较低的转速条件下实现较高的功率输出。本文以适用于有机朗肯循环(ORC)的某小流量低转速离心式透平膨胀机为研究对象,以R134a作为工作介质,用数值模拟的方法对新型透平膨胀机的气动特性进行了研究;采用CFX软件计算了该膨胀机在3 000 r/min转速下的工作特性曲线,并重点分析了在膨胀比1.7的工况下,叶片不同叶高位置的速度分布、表面压力分布、压力损失系数以及动叶内部流场马赫数云图。结果表明:该膨胀机能够在3 000 r/min转速下实现4.0的膨胀比,因此有效降低了轴承的转速和负荷;然而,由于静叶叶型设计不合理,静叶流道内出现了堵塞现象,同时叶顶间隙对动叶性能有较大的影响,这些均对离心膨胀机的性能产生了影响。本文研究结果将为离心式膨胀机的优化改进提供理论基础。     

国外文摘

容量1000kW级异步化风力发电机在俄投产俄罗斯新近推出的容量达1000kw级的风力发电机，采用了异步发电机。把原功率为80OkW，同步转速为1000r／min的绕线转子的电机改制成异步发电机。这种电机转速可达130Or／min，而功率可达IO00kW，其电压为6．3kV。转子为三相绕组，与电压为45OV时容量达45OKVA的变频器相连接，频率变化范围为全17HZ。由标准的整流变压器向变频器供电，电压为6．3kV。在额定状态下（1000kW，1300r／min），异步发电机效率为93．5％，而当转速为65Or／min和功率为200kW时效率为86．2％；当联网运行时，功率因数变…     

低温热源有机工质向心透平变工况特性分析

有机物朗肯循环发电系统广泛应用于工业余热、太阳光热和地热等低温热源回收利用领域。作为关键做功部件,膨胀机的性能对有机物发电系统效率和输出功率有着重要的影响。该文针对温度为150~200℃的工业烟气余热,选择R600a为循环工质,进行了适用于有机物朗肯循环发电系统的150k W级有机工质向心透平初步设计和变工况性能研究。在一维气动热力计算和CFD数值模拟基础上,获得了向心透平设计工况气动性能,研究了入口压力、入口温度以及转速对向心透平变工况性能的影响。结果表明,入口压力对有机工质向心透平性能影响最大,转速次之,入口温度的影响最小。同设计工况相比,入口压力变化约±6.25%(±0.1MPa)时,向心透平功率变化约±7.4%(±12 k W),效率变化约±1.2%(±1%),流量变化约±6.58%(±0.27 kg/s)。     

向心透平转子系统临界转速分析

以自行研发的用于有机朗肯循环低品位热能发电系统的向心透平为研究对象,在考虑陀螺效应,并将轴承约束等效为弹簧单元约束的基础上,采用ANSYS Workbench软件对向心透平转子系统进行了临界转速ncr分析。结果表明:该转子系统一阶临界转速ncr1为1 273 r/min,二阶临界转速ncr2为81 362 r/min;工作转速一定程度上偏离ncr,安全裕度合理;ncr随轴承刚度的增加急速增大后逐渐变缓,该系统轴承刚度安排合理;改变轴承跨距调节系统的ncr效果不大;随轴尾伸长量的增加,ncr先保持不变后迅速下降。     

带整流桥负载的定子双绕组感应发电机系统宽转速运行时的稳态特性

针对带整流桥负载的定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator, DWIG)系统在宽转速范围内运行时的稳态运行特性进行了研究。建立了带电容滤波的整流桥负载的DWIG系统数学模型,指出整流桥负载是具有容性的非线性负载,提出了采用数学仿真的方法进行励磁电容的选取以降低变换器容量。采用控制绕组端电压定向的控制策略,对一台18 kW、270 V带整流桥负载的DWIG系统在变速时稳态规律进行了仿真和实验研究,结果表明发电机系统能够在4 000~8 000 r/min宽转速范围内稳定运行,控制绕组最大功率为功率绕组额定输出功率的37%,控制绕组电流的最大有效值为功率绕组电流额定值的21%,与输出功率比较,实现了大幅度降低控制侧变换器容量的目的。     

一种带有PWM变换器的汽车感应发电机系统

讨论了一种三相42 V/4 kW汽车感应发电机系统设计方案,以满足未来对车载电源功率的需求。该方案采用一个与感应发电机直接相连的低成本二极管桥式整流器将有功功率传递给蓄电池和负载,感应发电机的励磁电流由一个小功率PWM变换器提供。同时,这里还提出了一种新颖的控制策略来控制发电机的输出电压,它主要通过控制一个辅助的PWM变换器来实现。通过对一辆桑塔纳2000的电路进行改造,在一台42 V/4 kW的实验样机上进行实验,得出此发电机系统在不同发电机转速和不同负载条件下的性能曲线。     

50 kW双透平气浮转子系统动力学特性研究

本文以海洋温差能发电为背景,设计了以气体轴承为支撑的50 kW双透平转子系统。应用ANSYS分析软件,对50 kW双透平转子系统进行动力学仿真计算分析,首先采用模态分析法求得了转子系统各阶临界转速及固有频率;其次,基于模态分析进行谐响应分析,得到叶轮径向幅频特性曲线,验证了转子系统能保持稳定运行;最后,对叶轮进行了离心应力分析。结果表明:双透平转子系统的临界转速为16 241.0 r/min,设计的工作转速符合安全裕度;系统在受到外界激振力时叶轮不会与喷嘴发生碰撞;叶轮的最大变形发生在叶尖处,且从叶片顶部到根部逐渐减小,最大应力发生在叶片顶端靠近轴孔的根部,叶轮在工作时不会损坏叶片。研究结果可为双透平试验与结构优化提供一定的理论依据。     

变冷凝环境条件下基于准二级膨胀单螺杆膨胀机的有机朗肯循环性能优化EI北大核心CSCD

冷凝环境条件的季节性变化会对有机朗肯循环系统的性能和膨胀机的运行工况产生重大的影响。采用新型准二级膨胀单螺杆膨胀机是确保有机朗肯循环系统实现跨季节高效运行的有效举措。该文通过建立准二级膨胀单螺杆膨胀机和变冷凝环境条件下有机朗肯循环系统的耦合模型,揭示了冷凝环境条件、准二级膨胀单螺杆膨胀机的性能和有机朗肯循环最佳工况点之间的关联机理。同时,对准二级膨胀单螺杆膨胀机的内容积比进行优化分析。结果表明:引入速度膨胀过程可以降低膨胀机的最优内容积比,提高膨胀机的最佳等熵效率,其中最优内容积比从6.0降低到4.86,此时对应的最佳等熵效率从0.679增加至0.692。循环净功率和净效率均存在最优值,当湿球温度为5℃,内容积比为4.0时,循环净功率最高达13.87kW,内容积比为8.0时,循环净效率最高达12.66%;利用准二级膨胀单螺杆膨胀机可以显著提升变冷凝环境条件下有机朗肯循环系统的性能,系统最大净功率和最大净效率分别提升了4.51%和0.59%。     

高速永磁同步电动机研制成功

为了提高生产效率,满足新式纺丝机向超高速发展的需要,如上海工业大学和上海纺织机电厂共同研制的1.9kW、2极高速永磁同步电动机,调速频率范围9～180Ha,最高转速为10800r/min,样机性能测试值:在供电频为50Hz时,额定电流为14.1A、效率81.7％、功率因数0.76、堵转转矩为1.4倍、最大转矩为1.78倍。     

发电机转子匝间短路故障诊断

发电机在转速3 000 r/min,电压220V的工况下,交流阻抗(3.658 Ω)比2009年A级检修后(4.27 Q)小O.61 Q(小14.3%);在盘车状态下,交流阻抗(4.23 Ω)比2009年A级检修后(4.72 Ω)小O.5 Ω(小10.6%).在转速3 000 r/min时的发电机功率损耗比2009年明显增大.根据发电机转子发生匝间短路时交流阻抗下降和功率损耗增加的特性,判明2号机组发电机发生了匝间短路.     

向心透平设计与出口相对气流角对透平效率的影响

选用烷类工质环己烷为循环工质,利用筛选法设计了进汽温度为150℃,功率为250 k W的有机朗肯循环系统中的向心透平,并利用计算流体力学软件ANSYS-CFX对动静叶栅流场进行三维稳态模拟,验证了设计方法的正确性。在此基础上研究了7种不同出口相对气流角β2对透平效率的影响;结果表明,所设计的ORC向心透平表现出良好的气动性能;并且在β2为32°情况下有较好的叶轮性能和较高的透平效率,能够满足初始设计条件下透平设计的需要。     

采用涡旋膨胀机的低品位热能有机物朗肯循环发电系统实验研究

有机物朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)的主要优点在于回收中低品位热能发电时的高效、环境友好、压力适宜等.文中对有机物朗肯循环进行了实验研究.实验装置采用涡旋式膨胀机,以R600a为工质,膨胀机最大输出电功率0.74 kW,最大第一定律效率2.4%.实验发现膨胀机最高转速为4589r/min:根据膨胀机输出功率随工质泵频率及热源温度的变化情况,发现工质泵频率存在一个最佳值,使得系统输出功率最大.循环第一定律效率随着蒸发压力的增加也存在最大值,其原因是由于较高压力和流量下膨胀机入口存在汽液两相现象.通过对ORC的实验研究,认为涡旋式膨胀机在中小型低品位热能ORC系统中具有非常大的优势,ORC系统有机物工质的流量和蒸发压力与低品位热能热源的匹配,是提高ORC系统性能的一个重要设计方法.     

超临界二氧化碳向心透平研究进展

向心透平是超临界二氧化碳(S-CO₂)动力循环系统的核心设备,其性能的优劣对系统整体性能具有直接影响。首先从理论研究角度总结了国内外S-CO₂向心透平的损失模型、落后角模型、一维优化设计方法和气动性能的研究情况,然后从实验研究角度总结了美国、韩国、日本、中国等国家S-CO₂向心透平设备的相关研究进展。研究结果可为S-CO₂向心透平的设计研发提供参考。     

防止300MW发电机密封油管路振动的措施

广安电厂二期工程安装2台东方汽轮机厂生产的QFSN-300-2-20型发电机。该发电机的额定有功功率为300MW,额定定子电压为20kV,最大连续出力为330MW,额定转速为3000r/min。     

YK2200-2 2200kW异步电动机定子绕组烧坏故障分析

1 前言 三钢(集团)公司炼钢厂制氧车间10000m~3/h制氧于2001年5月建成投产,其中中压透平氧压机选型为杭州制氧机厂生产的3TYS78型,所配驱动电动机型号为YK2200-2 功率-2200kW、电压-6000V、电流-242A、转速-2989r/min、绝缘等     

火电机组OPC超速保护动作特性分析

火电机组超速保护系统(OverspeedProtectController简称OPC)是一种抑制发电机组超速的保护控制,其作用是在汽轮机出现超速时,关闭所有调节汽门,防止汽轮机转速进一步升高。它取代了传统液压调节系统的微分器,对发电机跳闸、甩负荷、103%额定转速限制更精确可靠。OPC主要功能是:当汽轮机转速达到3090r/min(额定转速的103%)时关闭所有调节汽门,汽轮机转速恢复至3000r/min后,重新开启调节汽门维持汽轮机转速在3000r/min;发电机跳闸后快速关闭所有调节汽门,汽轮机转速恢复至3000r/min后,重新开启调节汽门维持汽轮机转速在3000r/min。尽管OP…     

大七孔水轮发电机设计

大七孔水轮发电机的额定转速为1000r/min,是目前国内转速最高的水轮发电机.本文重点介绍发电机的定子、转子和轴承的设计.     

100000r/min高速电动机

压气机、高压水泵、离心分离器、纺织机械等需要高速机械驱动。高速电动机与被驱动的负载直接相联结，免去了故障多、噪声大、寿命短的变速齿轮箱或比较复杂的偶合器；同时电动机因高速而具有体积小、重量轻、能量密度增大等优点。芬兰生产有用于拖动高压水泵、转速为100000r/min的高速电动机，转子为实心(非叠片组成)，外径70mm，对应于100000r/min时周速为367m/s，电动机重40kg。电动机通过变频器获得高速，轴承为水润滑液压轴承，定子为F级绝缘。当输入功率为62.9kW时，损耗所占百分比是：轴承损8.18%，摩擦损3.52%，电磁损2.90%。试验时电动机中部和端部的冷却风流量分别为2000l/min和800l/min。电磁损大的原因是因钢转子处于过饱和状态，转子内有很多磁滞回路。电动机电压500V，当冷却风量为2800l/min时，最大输出功率96kW，η=85.4%；如采用氦冷或氢冷，则最大输出为107kW和120kW，η分别为90.5%和91.5%。(赵旺初)