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超临界二氧化碳工质润滑轴承特性研究及20kW涡轮发电装置进展

2020.05.09 来自:分布式供能与可再生能源实验室

超临界二氧化碳具有密度大、黏度小、流动性强的特点,作为循环工质可减少压缩耗功,提高循环效率。以超临界二氧化碳为工质的布雷顿循环适用于太阳能、核能、余热利用等多个领域,被认为是当前最具有发展前景的能量转换系统之一。循环中超临界二氧化碳涡轮机高参数与高性能的特点对轴承提出高DN值(轴的转速×轴承内径)、高稳定性的要求。


研究所分布式供能与可再生能源实验室杨金福项目组长期从事高速微型动力装置轴承及转子动力学特性研究,目前重点关注以超临界二氧化碳工质润滑的可倾瓦轴承的润滑机理与稳定性控制研究。研究人员拓展了频率扰动方法,提出了含扰动密度、粘度、扰动雷诺数与湍流系数的完整变量频率扰动方法,基于此方法,开展超临界二氧化碳可倾瓦轴承静特性(压力分布、雷诺数、承载特性)、动特性(刚度与阻尼特性)与稳定性的理论分析与数值仿真研究。


图1:S-CO2轴承动态刚度与阻尼求解流程、扰动压力分布


同时,研究人员设计并搭建20kW功率等级超临界二氧化碳涡轮发电实验装置,额定运行转速50000r/min,额定发电功率20kW。该实验装置能够进行S-CO2密封装置、轴承及转子非线性动力学特性研究。


图2:20kWS-CO2涡轮发电装置—位于廊坊研发中心


以上研究得到了中科院重点部署项目,国家自然科学基金项目等项目的支持。




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