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单螺杆膨胀机泄漏通道长度变化规律的理论分析

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机械工程学报 2015年第24期51卷 126-131页

作者：沈丽丽王伟吴玉庭北京工业大学环境与能源工程学院北京100124 北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100124 北京工业大学传热与能源利用北京市重点实验室北京100124

对于回转式的容积型膨胀机,内部泄漏是影响其性能的重要因素。单螺杆膨胀机具有复杂的三维空间结构,使得其内部泄漏规律变得很复杂。为了研究单螺杆膨胀机内泄漏规律,从单螺杆膨胀机的几何结构出发,建立泄漏通道长度的数学模型,并分析... 详细信息

对于回转式的容积型膨胀机,内部泄漏是影响其性能的重要因素。单螺杆膨胀机具有复杂的三维空间结构,使得其内部泄漏规律变得很复杂。为了研究单螺杆膨胀机内泄漏规律,从单螺杆膨胀机的几何结构出发,建立泄漏通道长度的数学模型,并分析进气孔口,螺杆直径和星轮直径等因素对泄漏通道长度的影响规律。结果表明,在进气过程中,当进气孔口完全加入时,泄漏通道L_9达到最大值,在膨胀过程中,泄漏通道的长度大小关系依次为L_8>L_7>L_1+L_2+L_4>L_9>L_6>L_3+L_5;单螺杆膨胀机螺头处泄漏通道的长度与内容积比有关,进气过程螺头处泄漏通道的长度随着内容积比的增大而减小;在内容积比不变的情况下,螺杆直径和星轮直径相等(等径)时,直径越大,泄漏线越长,且螺杆直径和星轮直径不相等(不等径)的泄漏线比等径时的更长,受进气孔口的影响更大。通过上述工作,为单螺杆膨胀机内泄漏量的分析计算提供基础数据,并为单螺杆膨胀机的结构优化提供理论指导。

关键词：单螺杆膨胀机泄漏通道进气孔口内容积比不等径

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单螺杆膨胀机散热损失的实验研究

制冷学报 2019年第5期40卷 37-43页

作者：陈如梦王伟赵英坤吴玉庭马重芳北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室传热与能源利用北京市重点实验室

单螺杆膨胀机作为有机朗肯循环系统中最适合的膨胀机类型之一,其性能对循环系统有重要影响。本文实验研究了有机朗肯循环系统中单螺杆膨胀机机壳及润滑油的散热损失及其在不同工况下对膨胀机性能的影响。实验结果表明,当进气温度由80℃... 详细信息

单螺杆膨胀机作为有机朗肯循环系统中最适合的膨胀机类型之一,其性能对循环系统有重要影响。本文实验研究了有机朗肯循环系统中单螺杆膨胀机机壳及润滑油的散热损失及其在不同工况下对膨胀机性能的影响。实验结果表明,当进气温度由80℃升至123℃时,单螺杆膨胀机的散热损失增大,其中润滑油散热损失为主要散热损失,其散热量从0.5 kW增至1.05 kW。随着膨胀比的增加,各散热损失占比逐渐减小。其中,当进气温度由80℃升至123℃时,机壳散热损失占比为5.1%~2.5%,润滑油散热损失占比为16.1%~9.5%。说明随着进气温度的增加,膨胀机性能逐渐改善,工质气体通过散热损失的能量比例逐渐减小,散热损失对膨胀机性能的影响逐渐减小。

关键词：单螺杆膨胀机散热量散热损失占比性能

进气压力及润滑油粘度对单螺杆膨胀机性能的影响

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太阳能学报 2017年第12期38卷 3222-3228页

作者：沈小红王景甫张新欣任超峰北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100124 北京工业大学传热与能源利用北京市重点实验室北京100124

以压缩空气为膨胀机工质,对不同进气压力及润滑油粘度下的单螺杆膨胀机的性能进行详细的实验研究。实验结果表明:进气压力的升高及采用低粘度的润滑油(低进气压力下)和采用高粘度的润滑油(高进气压力下)均可有效提高单螺杆膨胀机的功率... 详细信息

以压缩空气为膨胀机工质,对不同进气压力及润滑油粘度下的单螺杆膨胀机的性能进行详细的实验研究。实验结果表明:进气压力的升高及采用低粘度的润滑油(低进气压力下)和采用高粘度的润滑油(高进气压力下)均可有效提高单螺杆膨胀机的功率和效率,降低气耗率。

关键词：单螺杆膨胀机性能表现进气压力润滑油粘度

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基于单螺杆膨胀机的发动机排气余热回收系统

农业机械学报 2012年第5期43卷 27-31页

作者：张红光刘彬陈研杨凯张健王东芳北京工业大学环境与能源工程学院北京100124

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... 详细信息

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。

关键词：发动机余热回收单螺杆膨胀机有机朗肯循环工质蒸发压力

容积效率影响单螺杆膨胀机性能的初步分析与实验研究

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工程热物理学报 2013年第3期34卷 401-404页

作者：王伟吴玉庭马重芳北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室传热与能源利用北京市重点实验室北京100124

膨胀机性能是决定低温热能有机朗肯循环发电系统是否能实用化的关键。容积效率是评价容积膨胀机的重要指标。本文开展了容积效率对单螺杆膨胀机性能影响的初步研究工作,并对自主研发的膨胀机样机的容积效率进行了测试。结果表明,容积效... 详细信息

膨胀机性能是决定低温热能有机朗肯循环发电系统是否能实用化的关键。容积效率是评价容积膨胀机的重要指标。本文开展了容积效率对单螺杆膨胀机性能影响的初步研究工作,并对自主研发的膨胀机样机的容积效率进行了测试。结果表明,容积效率的提高可改进膨胀机性能,但容积效率不能直接反映出泄漏气体的做功情况。

关键词：单螺杆膨胀机容积效率耗气率间隙控制性能测试

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基于多元非线性回归的单螺杆膨胀机性能分析

应用物理 2022年第10期12卷 552-560页

作者：张立栋王伟吴玉庭北京工业大学环境与生命学部北京

单螺杆膨胀机作为有机朗肯循环系统的动力输出设备,其性能起着至关重要的作用。通过之前的研究发现,传统的物理学工具解决膨胀机内效率和膨胀比的变化规律这一问题较为困难,因此需要借助数学工具进行简化问题。而回归分析方法是一种基... 详细信息

单螺杆膨胀机作为有机朗肯循环系统的动力输出设备,其性能起着至关重要的作用。通过之前的研究发现,传统的物理学工具解决膨胀机内效率和膨胀比的变化规律这一问题较为困难,因此需要借助数学工具进行简化问题。而回归分析方法是一种基于数据之间建立定量化关系的统计数据分析工具,适用于解决该问题。本文利用SPSS软件,选择内容积比、膨胀机转速、进气压力以及容积效率为特征参数,通过调研大量的单螺杆膨胀机实验文献作为样本空间,对螺杆直径为117 mm的单螺杆膨胀机进行了多元非线性回归分析,得到了膨胀机内效率和膨胀比随特征参数变化的回归模型,并对这一模型进行合理性验证。验证结果表明,该模型计算准确度较高,误差较小,能够较好的反应单螺杆膨胀机内效率和膨胀比的变化规律。

关键词：单螺杆膨胀机性能分析膨胀机内效率膨胀比多元非线性回归

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单螺杆膨胀机压缩空气动力系统性能研究

单螺杆膨胀机压缩空气动力系统性能研究

作者：彭延海北京工业大学

学位级别：硕士

能源危机和环境污染问题已经成为全人类关注的焦点，传统汽车在消耗石油资源的同时排放的尾气又污染环境，因此世界各国都在研制新型汽车来缓解这两大问题。气动汽车使用气动发动机，通过将高压气体所具有的压力能转换为机械能驱动汽... 详细信息

能源危机和环境污染问题已经成为全人类关注的焦点，传统汽车在消耗石油资源的同时排放的尾气又污染环境，因此世界各国都在研制新型汽车来缓解这两大问题。气动汽车使用气动发动机，通过将高压气体所具有的压力能转换为机械能驱动汽车行驶。气动发动机与传统内燃机相比具有以下几点优势：（1）无燃烧过程，对设备要求简单，造价低。（2）汽车工作介质来自大气且排放尾气是纯净的空气或氮气，对环境没有任何污染。（3）低温的尾气可以作为空气动力汽车制冷空调的冷源而不需要额外消耗能量，而且尾气排放到空气中有助于降低周围环境的温度，减轻城市热岛效应。由于气动汽车的这些优点，使其能够同时缓解能源危机和环境污染这两大问题，必将受到汽车行业的重大关注。针对目前气动发动机型式单一的研究现状，本文提出了一种采用单螺杆膨胀机作为气动发动机的新型气动汽车动力系统。为了探索新气动发动机的工作特性和动力系统性能开展了一系列实验研究。基于实验室自主研制的螺杆直径为195mm和155mm的两款单螺杆膨胀机，分别以空压机和高压气瓶为气源设计和搭建了压缩空气动力系统实验台，对膨胀机的工作性能进行了实验研究。初步研究结果表明：（1）采用空压机为气源时，单螺杆膨胀机运行平稳，没有出现明显的共振现象;高进气压力和高转速下，膨胀机可获得较好的动力性能、经济性能、制冷性能和工作效率;实验获得单螺杆膨胀机最大扭矩为169.6N·m，最大功率为51.08kW，最大温降为88.28℃，最低气耗率为44.07kg/kW·h，最大总效率为62.23％。（2）采用高压气瓶供气时，由于受减压器工作特性的影响，其拥有独特的供气特性;在实验最高进气压力10bar，最高工作转速3000r/min的实验工况下获得了膨胀机最佳性能，最大功率为9.94kW，最高总效率为58.32%，最低气耗率为59.57kg/kW·h。总之，膨胀机体现了较好的工作性能。

关键词：气动汽车动力系统单螺杆膨胀机

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单螺杆膨胀机及其有机朗肯循环系统研究

单螺杆膨胀机及其有机朗肯循环系统研究

作者：刘林顶北京工业大学

学位级别：硕士

余热余压利用工程是我国节能减排工程的重点之一。目前在我国工业领域中存在大量小规模的余热资源,由于缺乏有效的技术手段而没有得到充分利用,使得总体的能源使用效率偏低。因此,开发新型高效的中低温余热发电系统,对于提高我国能源利... 详细信息

余热余压利用工程是我国节能减排工程的重点之一。目前在我国工业领域中存在大量小规模的余热资源,由于缺乏有效的技术手段而没有得到充分利用,使得总体的能源使用效率偏低。因此,开发新型高效的中低温余热发电系统,对于提高我国能源利用率,改善我国余热资源利用技术缺乏的现状具有重要的意义。本课题根据中低温余热资源的特点,提出了用单螺杆膨胀机和有机朗肯循环相结合的发电系统来解决余热资源的高效利用问题。本文首先设计并搭建了单螺杆膨胀机基本性能测试实验台,以压缩空气为动力源对单螺杆膨胀机进行了基本性能的试验研究,得到了单螺杆膨胀机的全负荷特性曲线、不同阀门开度下的性能曲线以及湿度和背压对膨胀机性能的影响曲线。试验结果表明:单螺杆膨胀机运行平稳、噪音低,运行过程中功率输出特性较好、温降明显,膨胀机的最大输出功可达5kW,温降最大为63℃;样机的效率并不是很理想,膨胀机还存在着很多不完善的地方,尤其是机械损失过大。其中,机械效率最高达到了95%,等熵效率最高为59%,总效率最大可以达到35%。综合看来,样机基本上达到了设计的初步要求,同时也存在着很大的改进余地。此外,本文针对以400℃烟气为热源的有机朗肯循环系统,提出确定系统各主要参数的方法,对R134a和R245fa两种工质,利用Matlab进行了计算。比较了两种工质在此热源条件下的优劣以及过热度对有机朗肯循环系统的影响。通过对以烟气为热源的有机朗肯循环系统的计算表明,对于R134a和R245fa两种工质,过热对增加热力系统输出功没有太大意义。综合比较来看,R134a在低温段的性能要好于R245fa,而R245fa在高温段的性能更优。最后,本文还在对膨胀机基本性能测试的基础上,设计并搭建了单螺杆膨胀机的有机朗肯循环发电系统。同时,创新性的设计和分析了单螺杆膨胀机有机朗肯循环发电系统在低温余热动力回收方面的应用案例,为中低温余热利用领域开辟了思路。

关键词：单螺杆膨胀机有机朗肯循环系统余热余压利用

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单螺杆膨胀机性能的实验研究

单螺杆膨胀机性能的实验研究

作者：任超峰北京工业大学

学位级别：硕士

能源是人类生存和发展的重要物质基础,也是制约经济和社会发展的主要瓶颈。我国工业能耗占总能耗的70%以上,其中至少50%的耗能是温度不同的工业余热,且大部分可回收利用。因此节能减排作为我国的一项基本国策,是我国实现可持续发展的重... 详细信息

能源是人类生存和发展的重要物质基础,也是制约经济和社会发展的主要瓶颈。我国工业能耗占总能耗的70%以上,其中至少50%的耗能是温度不同的工业余热,且大部分可回收利用。因此节能减排作为我国的一项基本国策,是我国实现可持续发展的重大战略保障和面临的极为迫切的任务。我国能源利用率低、能耗高。除了生产工艺相对落后、产业结构不合理的因素外,工业余热利用率低,经济效益差,能源没有得到充分综合利用是造成能耗高的重要原因,我国能源利用率仅为33%左右,比发达国家低约10%,至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃。余热利用率提升空间大,节能潜力巨大,因此大力提倡节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率,开发适用于低温余热发电的新一代小型高效动力设备成为了重要的研究方向。本文主要针对低温余热利用技术。因为一些领域里的余热资源没有得到合理的利用以及小规模低温发电动力设备技术效率底下等因素导致了能源的浪费。因此提高能源利用率尤其是提高低温余热发电系统能源利用率就显得尤为重要了。本文主要通过小型动力设备单螺杆膨胀机性能测试,来检验影响单螺杆膨胀机性能的原因。本文的主要内容如下:(1)设计和搭建加热压缩空气及蒸汽的单螺杆膨胀机以实验测试系统,在原来实验基础上对实验设备进行改造,增加水蒸气质量流量计算的仪表设备。并通过加入润滑油油路循环系统搭建测试润滑油粘度对单螺杆膨胀机影响的实验平台,对水蒸气和润滑油的影响进行了实验研究。(2)通过加入水蒸气,改变水蒸气的含量,通过测量和计算其功率、气耗率、热效率等性能参数,并对不同含湿量的压缩空气下膨胀动力机的性能进行对比分析。结果表明,在空气中加入部分水能有效提高膨胀机的运行效率。(3)通过改变不同润滑油的粘度,来观察在不同粘度润滑油的情况下单螺杆膨胀机的运行参数的变化情况,分析不同粘度的润滑油对单螺杆膨胀机造成的影响。不同的温度对于润滑油以及单螺杆膨胀机的影响不同,在改变压缩空气的温度来测量不同温度、不同润滑油的情况下,对单螺杆膨胀机的运行参数进行对比分析。实验表明,不同粘度的润滑油对单螺杆膨胀机的影响不同,粘度越小,膨胀机的效率越高。

关键词：单螺杆膨胀机含湿量性能测试润滑油