Im Vergleich zu einer Zentrifugal-Expansionspumpe mit Drehzahlen von mehreren tausend Umdrehungen pro Minute kann eine Zentrifugal-Expansionsdampfturbine bei relativ niedrigen Geschwindigkeitsbedingungen eine hohe Leistung erzielen. In diesem Artikel wird eine neue Zentrifugal-Expansionsdampfturbine mit geringem Durchfluss und niedriger Geschwindigkeit für den Einsatz im organischen Rankine-Zyklus (ORC) unter Verwendung von R134a als Arbeitsmedium mittels numerischer Simulation untersucht. Die CFX-Software wird zur Berechnung der Betriebsmerkmale dieser Turbine bei 3000 U/min eingesetzt und legt den Schwerpunkt auf die Verteilung der Blattgeschwindigkeit unter Bedingungen einer Expansionsrate von 1,7, die Verteilung des Oberflächendrucks, den Verlustkoeffizienten und die Mach-Zahlenkarten innerhalb des dynamischen Blattströmungsraums. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Turbine bei 3000 U/min ein Expansionsverhältnis von 4,0 erreichen kann, wodurch die Drehzahl und die Belastung des Lagers effektiv reduziert werden. Aufgrund eines unzureichenden Designs des Profils der feststehenden Schaufeln kommt es jedoch zu einer Verstopfung im festen Schaufelpass, und der Zwischenraum zwischen den beweglichen Schaufeln hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der beweglichen Schaufeln, was die Leistung der Zentrifugal-Expansionsdampfturbine beeinträchtigt. Die Ergebnisse dieser Studie werden eine theoretische Grundlage für die Optimierung und Verbesserung der Zentrifugal-Expansionsdampfturbine bieten.

neue Expansionsdampfturbine; CFX; numerische Simulation; Mach-Zahl; Verteilung des Oberflächendrucks; interne Strömungsanalyse