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超臨界二氧化碳具有密度大、黏度小、流動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，作為循環(huán)工質(zhì)可減少壓縮耗功，提高循環(huán)效率。以超臨界二氧化碳為工質(zhì)的布雷頓循環(huán)適用于太陽能、核能、余熱利用等多個(gè)領(lǐng)域，被認(rèn)為是當(dāng)前最具有發(fā)展前景的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之一。循環(huán)中超臨界二氧化碳渦輪機(jī)高參數(shù)與高性能的特點(diǎn)對(duì)軸承提出高DN值（軸的轉(zhuǎn)速×軸承內(nèi)徑）、高穩(wěn)定性的要求。

研究所分布式供能與可再生能源實(shí)驗(yàn)室楊金福項(xiàng)目組長(zhǎng)期從事高速微型動(dòng)力裝置軸承及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性研究，目前重點(diǎn)關(guān)注以超臨界二氧化碳工質(zhì)潤(rùn)滑的可傾瓦軸承的潤(rùn)滑機(jī)理與穩(wěn)定性控制研究。研究人員拓展了頻率擾動(dòng)方法，提出了含擾動(dòng)密度、粘度、擾動(dòng)雷諾數(shù)與湍流系數(shù)的完整變量頻率擾動(dòng)方法，基于此方法，開展超臨界二氧化碳可傾瓦軸承靜特性（壓力分布、雷諾數(shù)、承載特性）、動(dòng)特性（剛度與阻尼特性）與穩(wěn)定性的理論分析與數(shù)值仿真研究。

圖1：S-CO2軸承動(dòng)態(tài)剛度與阻尼求解流程、擾動(dòng)壓力分布

同時(shí)，研究人員設(shè)計(jì)并搭建20kW功率等級(jí)超臨界二氧化碳渦輪發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置，額定運(yùn)行轉(zhuǎn)速50000r/min，額定發(fā)電功率20kW。該實(shí)驗(yàn)裝置能夠進(jìn)行S-CO2密封裝置、軸承及轉(zhuǎn)子非線性動(dòng)力學(xué)特性研究。

圖220kWS-CO2渦輪發(fā)電裝置—位于廊坊研發(fā)中心

以上研究得到了中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。