Analysis of dynamical properties of a 700 kW turbine rotor designed to operate in an ORC installation

• Autorzy: Breńkacz Ł. , Żywica G. , Bogulicz M.

Warianty tytułu

Analiza właściwości dynamicznych wirnika turbiny 700 kW zaprojektowanej do wykorzystania w instalacji ORC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of structural and dynamic analyses carried out for an axial-flow turbine with a capacity of 700 kW. The turbine is specifically designed for operation in an ORC (Organic Rankine Cycle) installation. The turbine rotor was supported by the following hydrodynamic bearings: two radial bearings and one bidirectional axial bearing. During numerical computation, both forces affecting the blade system and the rotor's torsional moments affecting the shaft were taken into account. Static, modal and forced vibration analysis of the turbine rotor was presented. The article also discusses the process of bearing selection and their geometry optimization to keep the rotor vibration level as low as possible. The computations of radial hydrodynamic bearings were carried out for various bearing clearance shapes. Madyn 2000 software and the in-house developed computer programs that are included in the MESWIR system were used during computer modeling.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy wytrzymałościowej i dynamicznej turbiny osiowej o mocy 700 kW. Turbina zaprojektowana została do pracy w obiegu ORC (Organic Rankine Cycle). Wirnik turbiny łożyskowany był za pomocą dwóch poprzecznych łożysk hydrodynamicznych oraz dwukierunkowego hydrodynamicznego łożyska osiowego. W obliczeniach numerycznych uwzględniono siły działające na układ łopatkowy oraz momenty skrętne działające na wirnik. Przedstawione zostały analiza statyczna, analiza modalna oraz analiza drgań wymuszonych. Zaprezentowany został proces doboru łożysk i optymalizacja ich geometrii pod kątem minimalizacji drgań wirnika. Wykonane zostały obliczenia poprzecznych łożysk hydrodynamicznych dla różnych kształtów szczeliny smarnej. Podczas pracy użyty został program Madyn 2000 oraz programy ze środowiska MESWIR opracowane w IMP PAN w Gdańsku.

Słowa kluczowe

EN

ORC turbine; rotor dynamic; hydrodynamic bearings

PL

turbina ORC; dynamika wirnika; łożysko hydrodynamiczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 17, No. 2
• Strony: 17--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Breńkacz Ł.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery, Polish Academy of Sciences Centre of Mechanics of Machines, Department of Turbine Dynamics and Diagnostics Gen. J. Fiszera 14 St. 80-231 Gdańsk, Poland

autor

Żywica G.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery, Polish Academy of Sciences Centre of Mechanics of Machines, Department of Turbine Dynamics and Diagnostics Gen. J. Fiszera 14 St. 80-231 Gdańsk, Poland

autor

Bogulicz M.

• The Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery, Polish Academy of Sciences Centre of Mechanics of Machines, Department of Turbine Dynamics and Diagnostics Gen. J. Fiszera 14 St. 80-231 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• 1. Li Y, Ren XD. Investigation of the organic Rankine cycle (ORC) system and the radial-inflow turbine design. Applied Thermal Engineering. Elsevier Ltd; 2016;96:547–54.
• 2. Cao Y, Gao Y, Zheng Y, Dai Y. Optimum design and thermodynamic analysis of a gas turbine and ORC combined cycle with recuperators. Energy Conversion and Management. Elsevier Ltd; 2016;116:32–41.
• 3. Hung TC, Shai TY, Wang SK. A review of organic rankine cycles (ORCs) for the recovery of low-grade waste heat. Energy. 1997;22(7):661–7.
• 4. Kiciński J, Żywica G. Steam Microturbines in Distributed Cogeneration. Springer monograph; 2014.
• 5. Kang SH. Design and experimental study of ORC (organic Rankine cycle) and radial turbine using R245fa working fluid. Energy. Elsevier Ltd; 2012;41(1):514–24.
• 6. Hun S. Design and preliminary tests of ORC (organic Rankine cycle ) with two-stage radial turbine. Energy. Elsevier Ltd; 2016;96:142–54.
• 7. Kaczmarczyk TZ, Ihnatowicz E. The experimental investigation of scroll expanders operating in the ORC system with HFE7100 as a working medium. Applied Mechanics and Materials. 2016;831:245–55.
• 8. Desideri A, Gusev S, Broek M Van Den, Lemort V, Quoilin S. Experimental comparison of organic fluids for low temperature ORC systems for waste heat recovery applications. Energy. Elsevier Ltd; 2015;97:460–9.
• 9. Dynamics T, Gen D. Experimental Investigation of a Radial Microturbine in Organic Rankine Cycle system with HFE7100 as working fluid. Proceedings of the 3rd International Seminar on ORC Power Systems. 2015;1–10.
• 10. Kaczmarczyk TZ, Żywica G, Ihnatowicz E. The experimental investigation of the biomass-fired ORC system with a radial microturbine. Applied Mechanics and Materials. 2016;831:235–44.
• 11. Żywica G, Drewczyński M, Kiciński J, Rządkowski R. Computational modal and strength analysis of the steam microturbine with fluid-film bearings. Journal of Vibrational Engineering and Technologies. 2014;2(6):543–9.
• 12. Kaczmarczyk TZ, Żywica G, Ihnatowicz E. Thermographic investigation of the cogenerative ORC system with low-boiling medium. Diagnostyka. 2015;16(3):25–32.
• 13. Żywica G, Kiciński J. The influence of selected design and operating parameters on the dynamics of the steam micro-turbine. Open Engineering. 2015;5(1):385–98.
• 14. ISO 1940-1 Mechanical vibration - balance quality requirements for rotors in a constant (rigid) state. Part 1: Specification and verification of balance tolerances.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.