摘要：针对发动机排气余热的特点,设计了有机朗肯循环(ORC)排气余热回收系统,采用单螺杆膨胀机作为动力输出装置,采用R245fa作为工质,提出了发动机排气余热利用率的概念和计算方法。结合发动机的试验数据,分析了ORC工质蒸发压力和发动机转速对ORC系统性能的影响,确定了适用于ORC系统的工质蒸发压力的最佳值。研究结果表明,当工质蒸发压力为3.0 MPa时,ORC系统能够在发动机全转速范围内正常工作,并且ORC系统的净输出功率最高可达12.1 kW,热力学第一定律效率最高可达11.27%,热力学第二定律效率最高可达25.8%,发动机排气余热利用率最高可达8.9%,发动机排气余热回收效果明显。

摘要：有机朗肯循环(ORC)是实现中低温热源发电利用的有效技术,膨胀机是系统热功转换核心部件,其性能表现直接制约系统整体性能。本文设计搭建单螺杆膨胀机回热式有机朗肯循环发电系统,R245fa为系统工质,实验分析恒定冷热源参数下回热式和无回热两类系统和膨胀机主要性能参数的变化规律。实验结果表明:两类系统效率随着膨胀机转矩和转速的增加而增大,膨胀机转矩和转速相同时回热式系统效率较大,当膨胀机转速为1300r/min,回热式系统最大效率为7.20%,比无回热系统效率增加了11.9%;由于回热器利用膨胀机乏汽预热蒸发器入口的有机工质,因此回热式系统相对于无回热式系统的膨胀机入口过热度、等熵效率增加,膨胀比和蒸发器的换热量减小,工质在回热器中的压降是回热式系统膨胀比变小的主要因素。随着膨胀机转矩和转速增加,两类系统蒸发器吸热量和膨胀比增大,膨胀机等熵效率和入口过热度减小。

摘要：为了提高柴油机燃料燃烧能量利用率,以某增压柴油机为例,设计了单螺杆膨胀机双循环系统来回收柴油机尾气余热能量。此系统由朗肯循环(水为工质)与有机朗肯循环(R245fa为工质)组成,由单螺杆膨胀机输出动力。建立双循环系统热力学模型,对其性能进行热力学分析计算,并确定合理的工作范围。可得出如下结论:随着柴油机尾气(水蒸发器出口处)温度升高,双循环系统的热效率降低;朗肯循环水蒸气蒸发温度在170℃到300℃时,可获得较高的热效率和较低的蒸发压力。

摘要：在中低温余热回收利用中,有机朗肯循环被认为是具有较大潜力的技术方向。膨胀机作为有机朗肯循环的输出动力设备起着至关重要的作用,而单螺杆膨胀机由于其独特的结构和工作特性使得其在节能和可再生能源利用领域具有较好的应用前景。除了膨胀机效率,膨胀比是膨胀机另一个重要的性能参数,其对有机朗肯循环系统的热效率影响很大。本文通过对本实验室设计的单螺杆膨胀机样机进行实验研究,分析了单螺杆膨胀机内、外膨胀比随工况的变化规律。实验结果发现,内膨胀比随着转速的增加逐渐增大,外膨胀比则逐渐下降。单螺杆膨胀机内、外膨胀比都随着进气压力的增加而增加。当进气压力区间为0.4~0.65 MPa时,外膨胀比变化范围为3.26~3.73,内膨胀比变化范围为4.8~8.0。可以发现,单螺杆膨胀机内膨胀比受工况的影响较大,外膨胀比受背压影响,但变化幅度较小。

摘要：单螺杆膨胀机作为一种新型膨胀机,具有变工况性能好、低转速、高压比的特点,适用于分散型、小规模工业余热的高效热功转换.目前,国内外对单螺杆膨胀机的技术研发尚在起步发展阶段.本文以自主研发的螺杆直径117 cm的单螺杆膨胀机用于中低温热源发电系统为背景,设计和搭建了单螺杆膨胀机性能实验装置系统,分别以压缩空气和水蒸气为工质对单螺杆膨胀机的动力特性进行了实验研究.研究表明,以空气为工质时,单螺杆膨胀机在转速为2700 r/min时功率达到最高值4.4 kW,进口流量最大为32.9 m^3/h,进口和出口最大温差达到45℃,气耗率最低达55.2 kg/(kWh),总效率最高达到58.8%;以水蒸气为工质时,单螺杆膨胀机的功率最高达到3.9 kW,汽耗率最低达22.5 kg/(kWh),膨胀机总效率最高达到66%.

摘要：关于空间共轭啮合副二次包络面的设计问题,尚没有一个完整而普遍的设计方法。基于此,在连续滑动接触和共轭啮合的基础上,提出一种空间共轭啮合副二次包络型面的三面共点构造法,并详细叙述二次包络面族的生成原理和两个辅助平面族的构造方法,给出求解这三类面的交点的图解法和解析法以及三面共点构造法的设计步骤和应用领域。应用三面共点构造法研究单螺杆压缩机啮合副的关键技术时,针对单螺杆压缩机共轭啮合副的热点问题提出五论一没有的观点。同时结合双椭圆产形面二次包络型线单螺杆压缩机的设计实例,得出整体星轮将取代浮动星轮,金属星轮将取代非金属星轮,应用多轴联动机床加工单螺杆啮合副是未来单螺杆压缩机和单螺杆膨胀机啮合副加工和生产的发展方向的结论。

摘要：采用自主研发的单螺杆膨胀机作为机械动力,实验研究了冷却水流量对ORC余热发电测试系统及单螺杆膨胀机性能的影响。实验结果表明:当冷却水流量从8 m^3·h^(-1)升至19 m^3·h^(-1)时,单螺杆膨胀机输出功和轴效率分别从4.31 kW、36.38%增至5.15 kW、41.1%,分别增加了19.5%、13%。针对本实验系统,在考虑润滑油泵、工质泵、冷却水泵和冷却塔风扇等所有系统辅机功耗之后,当冷却水流量为12 m^3·h^(-1)时,系统净输出功和系统净效率达到最大值,分别为2.44 kW和2.47%。通过研究冷却水流量对ORC系统性能的影响,为ORC冷却系统的设计和优化系统性能提供重要的实验依据。

摘要：针对孤网环境下有机郎肯(ORC)系统的实际应用,以R245fa为工质,采用单螺杆膨胀机与同步发电机同轴联动,设计集成了一台10k W级的小型ORC机组,并以10.5k W的卤素灯阵作为孤网负载,就地消耗机组输出的电能。实验中在115℃热源条件下通过调整负载容量改变ORC系统的运行工况,对不同负载与膨胀机转速下ORC系统性能进行实验研究。实验数据表明:单螺杆膨胀机的性能较为优良,其等熵效率最大值为84.1%,随负载及膨胀机转速的增加而减小。工质泵的实际运行效率为8.31%~19.10%,其等熵效率随负载及转速增大而变大,最大值为73.97%。工质泵的机械效率较低,仅为19.22%~36.82%,与负载及膨胀机转速之间没有明显关系,较低的机械效率是工质泵实际运行效率偏低的主要原因。机组电功随负载及膨胀机转速的增加而增大,最大发电量与发电效率分别为5.86k W与7.38%。

摘要：针对汽车发动机排出尾气余热的特点,设计了两级有机朗肯循环(ORC)尾气余热回收系统,采用单螺杆膨胀机输出动力。以R245fa作为循环工质,在不同的蒸发温度和膨胀比条件下,对两级有机朗肯循环系统和基本有机朗肯循环系统的热力性能进行了分析和比较。研究结果表明,两级有机朗肯循环系统具有更高的热效率和效率,且损率更低,对于发动机尾气余热的回收效果更好。

摘要：该报告对蒸发器和冷凝器内部能量传递机理进行研究,探索了蓄热过程传热传质的强化机理与方法,建立内燃机废热有机朗肯循环单螺杆膨胀机实验台。在前几年工作的基础上,2013年度该研究的主要进展如下:(1)研究组建立了烟气-有机工质蒸发器和空冷冷凝器传热的数学模型,编制了蒸发器和冷凝器的设计分析程序,进行了247 k W柴油机废气余热有机朗肯循环烟气蒸发器和空冷冷凝器的设计计算,计算获得了管翅式蒸发器总换热量、各区换热量及其进出口参数随内燃机工况的变化规律。研制了螺旋盘管强化传热钛管和波纹管烟气蒸发器和弯曲型平行流冷凝器。(2)提出了一种螺旋管熔盐蓄热换热器的创新方案,建立了蓄热换热器的数学模型,并进行了螺旋管蓄热换热器和套管式蓄热换热器的设计计算。搭建了套管式蓄热换热单元性能测试实验系统,进行了套管蓄热换热器的蓄热、放热和传热试验。(3)分析去年试验存在的问题,更换了适合该系统余热负荷的Φ155 mm螺杆的单螺杆膨胀机,研制了螺旋盘管钛管烟气蒸发器和弯曲型平行流冷凝器,重新选择了多级离心泵,优化了有机朗肯循环流程,建立了247 k W柴油机废气余热有机朗肯循环试验台,进行柴油机变工况废气余热有机朗肯循环试验,获得了不同发动机工况下有机朗肯循环系统性能参数(输出功率、膨胀机效率、有机朗肯循环效率、换热量等)随发动机工况变化的性能规律。(4)该课题组选取了8种滑移温度不同的非共沸混合工质,研究了内燃机变工况下,非共沸混合工质对有机朗肯循环余热回收系统性能的影响,对比分析了4种纯工质、4种共沸混合工质和4种非共沸混合工质对变工况下车用柴油机有机朗肯循环余热回收系统性能的影响。(5)提出比转数作为有机朗肯循环工质泵的选型指标,给出了蒸发温度为100℃,冷凝温度为45℃时不同工质所需泵的比转数随功率的变化关系,并给出了不同比转数适用泵的建议。进行了旋喷泵的性能试验,获得了不同频率下泵的扬程和效率随流量的变化规律。