有机朗肯循环(Organic Ranking Cycle,ORC)发电技术是针对低温热源有效利用的技术,被广泛应用在太阳能光热、地热和工业余热等领域。有机工质透平是ORC系统的核心部件,对系统功率和效率有重要影响。对于小功率系统而言,向心透平具有优势。本文对应用于有机郞肯循环发电系统中的向心透平进行设计研究。在对ORC系统循环参数进行优化设计的基础上,选用R123为工质,研究高效的200kW有机工质向心透平。研究内容主要包括向心透平通流部件的气动设计和CFD数值模拟计算,并在此基础上进行了结构设计和强度分析。主要研究内容如下:对有机工质向心透平的一维气动程序进行了设计和优化。通过对向心透平的方案设计和与轴流透平的方案对比,设计容量下的向心透平轴效率可达到75%以上,比同容量轴流透平效率高9.37%。对有机工质向心透平整级通流部分进行详细设计和CFD计算。结果显示,各进出口参数状态均与设计值基本相符,整机模拟结果满足气动设计要求。分析内部流动发现,在导向叶栅出口的超音速流动导致动叶轮进口出现流动分离,动叶损失增加,还可进一步优化。对有机工质向心透平进行优化设计和计算。重点分析了导向叶栅入汽角、动静叶径向间隙、动叶叶片角、动叶子午面、叶顶间隙和长短叶片等六个方面对有机工质向心透平性能的影响,可据此对整机设计进行优化。对有机工质向心透平的结构强度进行设计和计算。计算了向心透平的转子强度和轴向推力,对密封系统和轴向推力进行了选型和计算。结果表明采用钛合金等材料可保证转子有足够安全系数;齿形密封和机械密封的联合密封方案,满足有机工质的密封要求。