无油涡旋膨胀机性能特性及试验研究

对应用于有机朗肯循环系统中的涡旋膨胀机,搭建了以空气为工质的性能试验测试平台。测量了试验样机在不同进气压力下的转速、转矩、出气压力和容积流量;对不同负载下发电机的电压、电流和发电量进行了测量;对实际和理论情况下的容积流量、输入功率和输出功率进行了比较。     

有机朗肯循环涡旋膨胀机性能试验研究

搭建了以R123为工质,设计输出功率为3kW的有机朗肯循环涡旋膨胀机试验系统,对涡旋膨胀机在不同工况下的性能进行了试验研究。试验得到涡旋膨胀机的最大输出功率为2.425kW,最高等熵效率为55%。变负载研究中涡旋膨胀机的转速变化范围为1550²165r/min。试验工况范围内,涡旋膨胀机输出功率、总机械效率随负载的增加而增加,转速随负载数量的增加而降低。     

ORC涡旋膨胀机旁通阀/开启阀切换工况系统性能参数变化研究

通过ORC试验台开展热态试验,获取系统稳定运行时,膨胀机旁通阀和开启阀切换后蒸发器出口压力及温度的变化以及系统其他部件性能参数变化规律。试验结果表明:膨胀机旁通阀和开启阀切换时,系统总的阻力特性会发生变化,继而隔膜泵的出口压力随系统阻力特性发生变化,从而导致ORC各部件都出现对应的性能参数变化。通过阻力变化特性和设备响应规律的研究,为膨胀机和减压阀匹配设计以及膨胀机故障诊断提供了相关的指导。     

采用螺杆膨胀机的ORC系统特性试验研究

有机工质朗肯循环（Organic Rankine cycle,ORC）能回收工业余热产生高压蒸气,并由膨胀机输出机械功,是一种具有广泛应用前景的节能技术。工质泵和膨胀机作为ORC循环运行的两大核心机械,实现不同热源流量或温度条件下,工质泵频率和膨胀机转速的匹配,可有效提高ORC循环效率。基于ORC循环的热力学分析,选用R245fa作为循环工质,采用适用性广、可靠性高的螺杆膨胀机,设计并搭建了ORC系统试验台,根据试验结果,重点研究螺杆膨胀机转速、工质泵频率及蒸发器出口过热度对系统性能的影响。结果表明：膨胀机转速的增加会使得系统中工质的循环流量上升,但对蒸发压力的影响较小;存在与工质泵频率相匹配的最佳膨胀机转速,使得系统的循环热效率达到最大;工质泵频率增加时,工质的循环流量和蒸发温度也随之增大,蒸发器换热量、膨胀机输出功率及系统循环热效率都有所上升;蒸发器出口过热度的变化基本不会影响系统热效率。     

不同季节单螺杆膨胀机散热损失的试验研究

膨胀机作为有机朗肯循环系统中的动力输出部件,其性能对系统起着至关重要的作用。传热损失作为膨胀机不可逆损失之一,是影响膨胀机运行效率的重要因素。本文对单螺杆膨胀机机壳及润滑油散热损失进行了冬夏两季试验研究,并进行了对比分析。试验结果表明,转速为3 000 r/min时,提高进气温度有助于减少传热损失的影响。虽然机壳及润滑油散热损失均有所提高,但各散热损失占比逐渐降低。夏季总散热损失占比由20.00%降低至9.52%,而冬季总散热损失占比由15.00%减小至8.79%。     

向心透平发电膨胀机静压气体轴承设计与承载特性分析

为提升有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统向心透平发电膨胀机静压气体轴承的承载力与刚度,采用表压比法设计了以R245fa为润滑工质的静压气体轴承,分析转子偏心率、供气孔尺寸、进气压力对静压气体轴承承载力与刚度的影响。实验结果表明：在相同供气压力下,轴承承载力与刚度随着转速的增大而增大;在相同转速下,0.7 MPa供气压力相对于其他气体供气压力轴承的承载力与刚度略高;静压气体轴承的偏心率越大承载力越大;相同供气孔直径下,静压气体轴承的承载力与刚度随着转速的升高而升高;随供气孔直径增大,静压气体轴承的承载力和刚度也随之增大。     

采用涡旋式膨胀机的有机朗肯循环系统试验研究

通过搭建采用涡旋式膨胀机的小型有机朗肯循环(ORC)系统,并使用R134a、R245fa、R22和R32 4种不同循环工质,测试了ORC系统的整体性能以及涡旋式膨胀机特性。试验采用的热源温度为70～110℃,冷源温度为28.5±1℃。试验结果中,系统最高运行效率为6.75%,涡旋式膨胀机进出口的压差相对稳定,为261.2～608.8 kPa,绝热效率为79.30%～99.19%,而工质实际流量仅为理论流量的23.5%～50.6%。     

渔船余热朗肯-朗肯制冰系统研究

为有效利用渔船烟气和冷却水的余热,本文采用有机朗肯-朗肯系统进行制冰,建立了系统的热力学模型,研究了系统的性能参数和影响因素,评价了单位质量热水以及单位功率热源的制冰能力。结果表明:余热温度和冷凝温度对系统性能有重要影响,而冷凝器的过冷温度对系统性能的影响很小。在热源温度为100℃,冷凝温度为40℃时,每吨热水的制冰量为86.4kg/t,单位功率余热每小时的制冰量为2.27kg/(kW.h),论证了有机朗肯-朗肯循环系统用于渔船余热制冰的可行性。     

回收船舶柴油机余热的有机朗肯循环系统热力学性能比较分析

利用有机朗肯循环(ORC)系统对某型号船舶柴油机(最大持续功率为996 kW)的余热进行回收,以系统净输出功为指标,对比分析5种不同结构形式的ORC系统的热力学性能,结果表明:回收柴油机排烟余热的基础ORC系统最大净输出功达49.83 kW;增设回热器进一步回收膨胀机出口工质废热后,系统最大净输出功达54.84 kW;...     

叶片角对径向膨胀机性能的影响

膨胀机转子的叶片角分布对其流动特性有很大影响,膨胀机在运行过程中,根据工况选择合适的叶片角,可以有效提高整体性能,改善各流动参数在膨胀机中的分布情况,减少流动损失,扩大工作范围.本文利用CFD软件对膨胀机转子模型进行了三维数值模拟与分析,对转子前后缘叶片角多参数模拟.研究表明:当转子前缘叶片角偏大或者偏小时,叶片前缘与...     

开山朗肯循环螺杆膨胀机通过验收出口美国

近日，开山压缩机股份有限公司出口美国GE公司首台KE132-110W-50朗肯循环螺杆膨胀发电站在上海港装船发运。作为全球唯一正式成功投入商业运行的朗肯循环螺杆膨胀发电站，甫一问世就引起了业内的广泛关注，美国通用电气（GE）对开山的这款产品表示了极大的兴趣。     

考虑换热温差的新型有机朗肯循环-分流闪蒸系统热力性能分析

为了提高有机朗肯循环(Organic Rankine cycle,ORC)系统热力性能,减少ORC发电中不可逆损失,实现对低品位热量的充分回收,以363~463 K地热水为热源,基于热力学第一、第二定律,从减小换热器换热温差考虑,提出一种新型ORC-分流闪蒸系统并建立系统热力学理论模型,通过编制计算程序对两种系统在不同热源温度下随蒸发温度的变化进行分析及比较,并针对4种临界温度不同的低沸点有机工质对系统的影响进行研究。结果表明:当热源不足以使工质在近临界温度下蒸发时,采用分流闪蒸系统可以提高系统热力性能,在热源温度Tg=363 K、393 K、423 K时,其效率较ORC系统分别增加10.51%、8.9%及7.07%;同时,分流闪蒸有助于减小工质对系统性能的影响,各工质热力性能表现相近;但随热源温度变化,系统适用工质不同,当热源温度高于工质临界温度15 K左右时,系统可在近临界状态下蒸发,此时选用该工质热力性能最佳。     

有机朗肯循环中工质泵对系统性能的影响

针对有机朗肯循环中工质泵耗功对系统效率影响较大的问题,本文以R245fa为工质的发电系统为例,对在不同的工质泵效率下,是否考虑泵耗功时,系统性能随工况的变化进行分析计算。结果表明,是否考虑泵耗功对系统的第一定律效率有较大的影响,并且这一影响会随着膨胀机效率和工质泵效率的降低而更加明显;蒸发温度的升高同样会增大工质泵对第一定律效率的影响,而冷凝温度的变化则几乎不会引起工质泵对第一定律效率的影响。在蒸发温度为99℃、冷凝温度为35℃、膨胀机效率为0.7、泵效率为0.3的ORC系统中,不考虑泵耗功的系统第一定律效率为9.6%,考虑泵耗功的系统第一定律效率为8.5%,工质泵的耗功占膨胀机输出功的比例为12.5%。     

围带对透平膨胀机叶轮气动性能的影响研究

应用CFD方法对透平膨胀机叶轮流场进行计算。首先将计算结果与实验数据进行对比,验证了计算方法的准确性和可靠性。然后对比分析不同围带参数对叶轮气动性能的影响,包括围带宽度、倒角以及叶顶间隙。结果表明,适当宽度的围带有利于提高叶轮气动性能;围带出口内缘倒角有助于提高叶轮气动性能,外缘倒角则会产生不利影响;叶顶间隙会导致叶轮气动性能降低,且随着间隙增大,不利影响更加显著。     

径向间隙对涡旋膨胀机性能的影响

建立了一种涡旋膨胀机的三维模型,利用Pump Linx流体计算软件,模拟和分析了不同径向间隙对涡旋膨胀机性能和涡盘受力情况的影响。结果表明,径向间隙增加0.15mm时,涡旋膨胀机的输出功和扭矩的平均值分别减小4.48%和3.35%,涡盘所受的压力则会增长3.79%;径向间隙每增长0.05mm,涡旋膨胀机入口平均质量流量增长19.57%;径向间隙从0.042mm增长到0.192mm,涡盘所受径向气体力大小从100N减小到0N再增加到100N,其方向发生改变,并在主轴转角为225°附近出现最大值,而切向气体力大小变化则相对不明显,但波动加剧。     

空气系统中滑片膨胀机热力性能的试验研究

研制了一台双作用滑片膨胀机,搭建了以空气为介质的膨胀机性能试验台,对所研制的滑片膨胀机热力性能进行了测试,对影响膨胀机性能的主要因素进行了定量分析.试验结果表明:容积效率随膨胀机的转速增加而增大,在1000r/min之后基本保持在35%左右;当进、排气压力差不变时,膨胀机输出功随压比增大而增大,当压差不变时,存在最佳压比使绝热效率达到最大值26%;在进、排气压力不变时,随着转速的增加绝热效率在900r/min会出现最优值28%.进一步分析表明,泄漏和摩擦损失是影响膨胀机效率的关键因素.     

二氧化碳摆动转子膨胀机的设计与受力研究

设计开发了二氧化碳摆动转子膨胀机,代替节流阀减小节流损失。研究给出了膨胀机摆动转子进行受力分析情况,对关键部件摆动转子进行了应力与变形的计算。结果发现膨胀机的摆杆两侧的摩擦力很大,将会导致此处的摩擦损失增大。与滚动活塞膨胀机相比,摆动转子膨胀机的总力矩更大,更有利于膨胀机的运行。计算结果表明,摆动转子膨胀机结构上有优势,承压能力很好,适于在高压差下工作。     

中高温太阳能有机朗肯循环系统向心透平气动设计研究

对中高温太阳能有机朗肯循环发电系统的有机工质进行对比分析;对发电系统的有机工质向心透平进行设计研究。根据给定的热源参数和发电功率,对甲苯、C12(十二烷)、D4(八甲基环四硅氧烷)、MDM(八甲基三硅氧烷)、MM(六甲基二硅氧烷)等工质进行详细的气动设计和多参数对比分析;根据分析结果选用甲苯为工质进行向心透平气动设计、三维造型设计和计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟验证。计算结果表明:选用甲苯为工质的ORC系统质量流量最小,系统热效率最高;模拟结果与设计结果基本一致,模拟状态参数的相对误差在2%以内,模拟的功率和轮周效率误差分别为3.16%和2.9%,表明热力设计的准确性;同时通过整机模拟,证实了该ORC向心透平具有良好的气动性能和热力学性能。     

内螺纹管结构对有机朗肯循环管内换热的影响

主要研究3种内螺纹管管槽结构参数对有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle,ORC）系统传热特性的影响,选取R601作为有机工质,基于ANSYS Workbench软件对内螺纹管道进行建模。通过对三角形槽、矩形槽和半圆形槽的内螺纹管进行数值模拟,分析ORC系统在不同管道结构中的换热特性,并得到较为优化的管道结构参数。结果表明：半圆形内螺纹的进出口温差为61.519 67 K,相比于光管提高2.720 92 K,比三角形内螺纹管提高1.607 29 K,比矩形内螺纹管提高1.565 63 K;半圆形内螺纹更有助于增强对流换热。