摘 要

工业中有大量中低温余热被直接排放，不仅对环境造成热污染，而且造成能源浪费。而有机朗肯循环利用有机工质可以将浪费的余热资源进行循环发电，从而提高能源的利用率，对我国的节能减排有重要意义。本设计基于有机朗肯循环发电系统，对该系统进行热力循环模拟，并且对系统中的重要部件工质泵进行结构设计。本设计通过模拟有机朗肯循环系统，进行初步计算，计算出工质泵的扬程、阻力、等熵效率等，得出重要部件叶轮和压水室的各项计算数据。然后通过画叶轮轴面投影图和木模图，选取合适的部件完成整个泵的装配。最终设计出符合要求的工质泵。

关键词：有机朗肯循环； 冷凝器； 有机工质

Design of working pump based on R134a

Abstract

In industry, a large number of medium and low temperature waste heat is discharged directly, which not only causes heat pollution to the environment, but also causes energy waste. However, the recycling of organic Rankine can recycle the waste heat resources to generate electricity, so as to improve the utilization rate of energy, which is of great significance to China's energy conservation and emission reduction. Based on the organic Rankine cycle power generation system, this design simulates the thermal cycle of the system and designs the structure of the important parts of the system, the working pump. This design by simulating organic Rankine's circulatory system, a preliminary calculation, calculate the working medium pump lift, drag and isentropic efficiency, etc., and important components impeller water pressure chamber of the calculated data. Then, the entire pump assembly is completed by drawing the projection diagram and wooden model diagram of the spindle surface of the vane wheel. Finally, the working pump is designed to meet the requirements.

Key word：Organic Rankine cycle；Condenser； Organic quality

目录

摘 要 I

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2有机朗肯循环热发电技术利用现状 2

1.3 ORC热发电技术的研究国内外现状 4

1.4 研究内容 6

第二章 有机朗肯循环模拟及性能分析 7

2.1有机朗肯循环模拟 7

2.2 性能分析 13

2.3 总结 16

第三章 工质泵与预热器的设计 20

3.1 泵部分 20

3.1.1 泵的比转速 20

3.1.2 泵进出口直径的计算 20

3.1.3 计算泵的进出口流速 20

3.1.4离心泵效率的计算 20

3.1.5 泵的功率 21

3.1.6泵轴直径的计算 21

3.2 叶轮部分 21

3.2.1 确定叶轮的进口直径 21

3.2.2 叶轮出口直径 21

3.2.3 叶轮出口宽度的计算 22

3.2.4 根据下表选出出口安放角 22

3.2.5 根据下表选出叶轮叶片数 22

3.2.6 迭代法精算叶轮外径 22

3.2.7 叶轮出口速度的确定 23

3.2.8 叶轮设计计算汇总表 23

3.3 叶片木模图绘制 24

3.3.1 轴面投影图的绘制 24

3.3.2过水断面面积变化计算 24

3.3.3 绘制轴面截图线 26

3.3.4 叶片加厚 26

3.3.5绘制叶轮的木模图 27

3.4 压水室的设计 28

3.4.1 压水室的设计 28

3.4.2 蜗壳流线方程推导 28

3.4.3 等速度距原理 28

3.5 蜗壳水力计算与设计 28

3.5.1基圆 28

3.5.2涡室入口宽度 29

3.5.3舌角 29

3.5.4 泵舌安放角 29

3.5.5 涡室断面面积的确定 29

3.5.6扩散管 29

3.5.7 螺旋型蜗壳的绘制 29

3.5.8颈向导叶的设计计算 30

3.6 预热器设计 30

3.6.1流体的物性参数 30

3.6.2传热量及平均温差 31

3.6.3 估算传热面积及传热面结构 31

3.6.4 管程计算 33

3.6.5 壳程计算 33

3.6.6传热面积 35

3.6.7 阻力计算 35

3.7 预热器结构设计 36

3.7.1 接管设计 36

3.7.2 管板设计 36

3.7.3折流板尺寸 37

3.7.4 拉杆与定距管 37

3.8本章小结 37

第四章 结论 20

参考文献 21

致谢 40

附录 41

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1978年开始，我国经济持续高速增长。我国处在从一个传统农业国发展为世界第一大工业国的历史进程中，发电量与钢铁生产量等等各项工业指标均稳居世界第一，联合国统计的数百种大宗工业产品中有我国有220多种产品的产量位居世界第一。然而，能源的消耗和工业生产是牢牢地捆绑在一起的，人类文明的重要基础便是能源，能源同时也是从今往后很长一段时间限制我国发展和经济建设的重要障碍.在我国的能源战略中，节能减排是我国的重要基本国策，节能减排是我国实现可持续发展的这一伟大目标所面临的最大难题.在我国的工业体系中，工业能耗占比达到所有能耗的60%以上，其中更是有接近一半的能量转变为各种形式的工业余热，然而这其中大部分能量都是可以被重新利用的，却白白浪费掉。值得注意的是，目前我国工业余热再利用率只有30%左右,远远低于国际平均水平水平。因此，鉴于我国工业余热没有大量利用的基础国情及对于工业余热的高效利用的重大需求，通过强化节能降耗措施，并且制定行之有效的节能降耗战略目标，大规模发展工业余热全面利用的专项研究和工业生产实践, 这些举措都对推动我国节能减排进程的实现有着深远的影响^[1]。在这其中低温余热的利用就是工业余热综合利用的一部分。然而到目前为止就低温余热这一名词而言，国内外都没有达成统一的标准来进行区分，通常情况下，低温余热是指温度在200℃以内的工业生产过程中所产生的余热气，热水，冷凝水，以及300℃以下的气体等等^[2]。由于余热的利用问题难以解决，所以剩余的低温位热量都被循环水或空气冷却器带走,流失到大气环境当中,对能源造成了大量的浪费。如果对其热源、各个消耗能源的步骤以及全部热源网络进行改善,就能够加大工业生产对于低温余热的利用效率，从而实现节约能源的目标，并且有利于企业的长期发展^[3]。在这其中以炼油厂的低温余热利用为例。炼油厂所产生的低温余热热值很大，方便进行利用,因此国际上大多采用有机朗肯循环发电方式对炼油厂的低温余热进行循环使用^[4]。常规的火力发电系统以水为工质,在热力设备中循环往复进行等压加热、绝热膨胀、和绝热压缩等循环步骤,进行热能到机械能再到电能的转化。详细过程是由给水泵进行送水，水流经过锅炉加热后成为过热水蒸汽,进入汽轮机,将热能转化为机械能,过热蒸汽释放出热能后,降温降压,成为乏汽,再经由冷凝器冷凝为液态的水,再经给水泵升压,完成循环^[6]。

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