三级有机工质离心透平气动性能研究

宋艳苹, 刘海燕, 黄典贵

(1.河南城建学院能源与建筑环境工程学院, 平顶山 467036;2.上海理工大学能源与动力工程学院, 上海 200093)

1 引 言

有机朗肯循环以氟利昂、烷烃类等低沸点工质进行热功转换，应用于低品位热源发电系统中可提高循环热效率，在近年来备受关注[1-2]. 但是有机工质声速低，体积流量变化大的热力特征，增加了膨胀机设计的难度，成为有机朗肯循环发电技术中的研究热点，也引起了国内外学者的广泛关注[3-4]. 现阶段关于有机工质膨胀机的研究主要集中在以螺杆式为代表的容积型膨胀机和向心式透平[5-7]. 但是螺杆膨胀机膨胀比和功率均会受到螺杆长度限制；向心透平其结构固有特点使得气流膨胀的气动特性与几何变化特性不匹配，功率等级也会受到固有限制. 随着中低品位热源发电技术的进一步发展，机组功率越来越大，越来越需要研发功率等级更高的有机工质膨胀机满足工业应用的要求.

离心透平是一种新型膨胀机，其流动结构见图1. 气流从内径流入外径流出，通流截面旋成半径随着气流膨胀方向而增大，即工质体积流量增大的同时通流截面也呈现增大趋势，使气动与几何相匹配[8]. 该透平用于工质比容变化较大的有机朗肯循环系统可降低通流部件设计难度，叶高变化较小甚至设计为等叶高直叶片即可满足气动要求. 这一特征使得从流动机理上看可减小流动的三维效应；从制造方面来看可降低通流部件的加工制造的难度；……