CO2摆动转子膨胀机的设计分析与性能测试

通过对CO2跨临界循环的运行工况分析，设计了摆动转子式膨胀机。指出控制摩擦损失、泄漏损失和余隙容积损失是提高膨胀机效率的关键。经过CO2跨临界循环水-水热泵膨胀机回收功率测试实验台的运行实验，测定了CO2摆动转子式膨胀机的性能，并对试验结果进行了分析。     

CO2跨临界循环热力学对比分析

对带回热器和带膨胀机的CO2跨临界循环过程应用热力学进行了对比分析。结果表明，带回热器的CO2跨临界循环过程虽然也能够在一定程度上提高系统效率，但只要膨胀机的效率达到一定值，带膨胀机循环的系统性能将优于带回热器循环的系统性能。     

CO2跨临界双级压缩循环中膨胀机的优化配置性能分析

用热力学第一定律和第二定律，对三种双级压缩带膨胀机的CO2跨临界循环进行热力学分析，并分别从系统的性能系数、效率、中间压力以及排气温度等方面进行了比较。结果表明，DCOP循环的性能系数和效率最高；DCDL的最低；DCDH循环的性能非常接近DCOP循环，可以近似实现在最佳条件下运行。在CO2跨临界双级压缩循环中，膨胀机与系统的优化配置是提高系统效率的关键。     

二氧化碳膨胀机的热力计算与选型分析

从往复式，转子式，螺杆式和涡旋式膨胀机的几何结构出发，对其膨胀过程进行了理论分析，并研究了各自的运行规律。通过对带有不同类型膨胀机的CO2跨临界系统进行热力计算，得出了各种膨胀机的实行功率范围和特征结构尺寸。考虑到超临界二氧化碳的膨胀特性，提出了理想的CO2膨胀机应该满足的要求并比较了它们各自的优缺点。     

CO2跨临界膨胀机循环最佳高压压力计算

CO2跨临界制冷循环存在最佳高压压力,对应着最大COP。但是,膨胀机循环的最佳高压压力与节流阀循环的最佳高压压力不同。CO2膨胀机循环的最佳高压压力主要受压缩机效率、膨胀机效率、气体冷却器出口温度以及蒸发温度等参数的影响。当压缩机和膨胀机的效率一定时,CO2节流阀循环的最佳高压压力比膨胀机循环的高。为了计算方便,对膨胀机循环的最佳高压压力进行了计算和数据回归,并给出了计算关联式。     

空调制冷CO2膨胀机研究分析

根据现有气体膨胀机和压缩机的技术以及对目前空调制冷CO2膨胀机研制状况的分析。比较了几种不同形式的膨胀机，给出CO2膨胀机研制过程中的难点。指出研究CO2膨胀机的关键在于耐压和泄漏的解决。     

CO2跨临界双级压缩循环中膨胀机的优化配置性能分析

用热力学第一定律和第二定律,对三种双级压缩带膨胀机的CO2跨临界循环进行热力学分析,并分别从系统的性能系数、效率、中间压力以及排气温度等方面进行了比较.结果表明,DCOP循环的性能系数和效率最高;DCDL循环的最低;DCDH循环的性能非常接近DCOP循环,可以近似实现在最佳条件下运行.在CO2跨临界双级压缩循环中,膨胀机与系统的优化配置是提高系统效率的关键.     

带膨胀机的CO2空调系统循环的研究

设计并比较了3种具有可行性的CO2跨临界循环.计算结果表明,当膨胀机效率大于19%时带膨胀机的两级压缩循环较双级节流循环的要好,膨胀机效率大于45%时,带膨胀机的单级压缩循环COP比双级节流循环要高.另外,通过引入当量温度分析法,将带膨胀的CO2跨临界循环与R134a循环进行了对比.结论是CO2双级带膨胀机循环的稳定性好,当量冷凝温度较大时单级带膨胀机循环性能高于R134a循环,当量冷凝温度较低时,R134a循环性能与双级带膨胀机循环不相上下.     

CO2循环在较低温制冷系统中的应用分析

对CO2带回热器双级压缩制冷、CO2带单膨胀机与CO2带双膨胀机双级压缩制冷系统进行了分析，同时与以R134a和R12为工质的双级压缩制冷进行了对比。由以上分析得出，由于CO2的热力学性质及其压缩机的特点，CO2系统非常适宜在较低的蒸发温度下使用。并且由于膨胀机的应用，将使CO2循环在较低温制冷系统的性能系数超过R12系统，具有更强的竞争力。     

CO2摆动活塞式膨胀机进气控制阀的设计与分析

对用于回收膨胀功的CO2膨胀机的进气控制阀进行了研究。在对电磁控制阀和普通凸轮一阀杆两种控制机构的特点进行分析的基础上，自行设计了一种通过膨胀机空心偏心轮轴进气的新型进气控制机构。针对现有CO2跨临界循环实验台的运行工况，对新型进气控制机构的关键参数——偏心轮轴的凹槽圆心角及进排气角进行了计算，并对偏心轮轴的材质要求做了初步分析。     

膨胀比对活塞式膨胀机工作特性影响的研究

活塞式膨胀机在压缩空气储能领域具有广泛的应用,但是效率低,很大程度上限制了其发展。为改善活塞式膨胀机的工作性能,通过MATLAB建立活塞式膨胀机的仿真模型,通过实验方法验证仿真模型的准确性,以输出功率和效率作为性能指标对活塞式膨胀机进行研究,分析了进气压力、间隙容积、进气持续角对膨胀机输出特性的影响。结果表明：在恒定工况下,随着进气压力的增大,膨胀机的输出功率增大,但效率降低;在稳定的进气压力下,膨胀机存在最优间隙容积与进气持续角;活塞式膨胀机的效率随进气持续角的增大而降低,进气持续角越大膨胀机输出功率随转速的升高下降斜率增大;3 MPa的进气压力下,膨胀比为2.18时膨胀机的效率最佳,进气持续角为90°时膨胀机输出功率最优,在转速为570 r/min时输出功率达最大4.29 kW、效率达到19.6%。为可变膨胀比活塞式膨胀机的设计提供了理论依据。     

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。     

余热回收型涡旋膨胀机性能试验

回收发动机冷却水的热量,建立余热回收型涡旋膨胀机系统,以提高燃油利用效率和涡旋膨胀机的工作效率,为汽车发电机提供动力,供各电子电器工作。对车用余热回收型涡旋膨胀机的速度特性、输入特性、涡旋膨胀机内泄漏情况进行了试验研究。试验结果表明:当余热回收型涡旋膨胀机的转速在1000³000r/min范围内时,其功率随着转速的提高而不断增大,并且做功效率也有所提高,内泄漏情况也有所降低;涡旋膨胀机输出功率随着气动功率的增大而增大;加装余热回收系统后,提高了涡旋膨胀机的效率;试验结果表明本系统的各项性能结果能够满足为汽车电子电器供电的应用要求。通过对涡旋膨胀机样机的性能试验,对于本余热回收型涡旋膨胀机的后期改进和对余热回收系统的优化提供一定的参考依据。     

应用于跨临界CO_2压缩循环的双转子滚动活塞式膨胀机的研究

由于二氧化碳制冷系统的制冷效率与人工合成制冷剂相比处于劣势,故采用跨临界循环,并利用膨胀机回收膨胀功以减少膨胀过程的能量损失,达到提高整个循环效率的目的。针对目前膨胀机存在的诸多问题,设计应用于跨临界CO2压缩循环的新型双转子滚动活塞膨胀机。该膨胀机的一级气缸始终与进气管连通,二级气缸始终与排气管相通,随着转子的转动在两气缸之间形成膨胀空间,因此,不需要专门的进气控制装置。对膨胀机的运行过程进行理论分析和设计计算,得出主要结构参数,并进行受力和力矩计算。分析结果表明,在膨胀过程中,一级转子的总力矩始终为正值,膨胀将结束时两转子的总力矩变为负值。在角度θ2之前,二级转子的驱动力矩大于一级转子的驱动力矩,在角度θ2之后,一级转子的驱动力矩更大。     

一种创新型扩径头加载实验装置与液压系统设计

介绍了机械扩径原理和传统的扩径头加载方式。根据扩径头的工作特性,提出了一种创新型液压加载装置,克服了传统加载方式的缺陷,能够真实地模拟现场工况对扩径头进行加载。根据扩径头加载实验的特定要求,对该实验装置的液压系统进行了设计。通过对原理和功能的分析,表明该液压系统能够满足加载实验的要求,并具备节能、高效等显著优点。该加载实验装置的设计为扩径头的研发改进提供了一种有效的实验手段。