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结构参数对单螺杆膨胀机性能影响的初步实验研究

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可持续能源 2017年第1期7卷 10-17页

作者：程亮王伟陈贺贺吴玉庭马重芳北京工业大学环境与能源工程学院北京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

目前,中小规模有机朗肯循环系统的实用化仍存在许多问题,其中膨胀机性能是阻碍其应用的重要技术瓶颈,对于确定类型的膨胀机,结构参数对其性能影响较大。影响单螺杆膨胀机性能的结构参数主要是内容积比和配合间隙。本文开展了内容积比及... 详细信息

目前,中小规模有机朗肯循环系统的实用化仍存在许多问题,其中膨胀机性能是阻碍其应用的重要技术瓶颈,对于确定类型的膨胀机,结构参数对其性能影响较大。影响单螺杆膨胀机性能的结构参数主要是内容积比和配合间隙。本文开展了内容积比及间隙对单螺杆膨胀机性能影响的初步研究工作。结果表明:在相同间隙下,大内容积比的膨胀机效率仅为小内容比的50%左右,容积效率比小内容比的膨胀机低20%。对于小内容积比的样机,大配合间隙与小配合间隙相比,除容积效率略有下降外,功率和膨胀机效率基本没有差异;对于大内容积比的样机,大配合间隙与小配合相比,除容积效率略有下降外,功率和膨胀机效率均有一定幅度增加。

关键词：单螺杆膨胀机结构参数内容积比间隙性能测试

基于单螺杆膨胀机的分布式太阳能热电联供系统

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中国能源 2015年第8期37卷 33-36,27页

作者：吴玉庭王伟夏国栋郭航马重芳北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室北京100124

分布式太阳能热电联供系统可实现热电联供,满足居民的用电以及生活热水和供暖的需求,在城市和农村建筑中具有广阔的市场。单螺杆膨胀机具有受力平衡、寿命长、振动噪音小等优点,十分符合分布式太阳能热电联供系统的要求。单螺杆膨胀机... 详细信息

分布式太阳能热电联供系统可实现热电联供,满足居民的用电以及生活热水和供暖的需求,在城市和农村建筑中具有广阔的市场。单螺杆膨胀机具有受力平衡、寿命长、振动噪音小等优点,十分符合分布式太阳能热电联供系统的要求。单螺杆膨胀机分布式太阳能热电联供系统,主要包括非跟踪中温太阳能集热简单有机朗肯循环热电联供系统、分布式槽式或线性菲涅尔太阳能聚光带回热两级有机朗肯循环热电联供系统和分布式碟式太阳能聚光蒸汽朗肯循环热电联供系统三种。本文的课题组攻克了单螺杆膨胀机螺杆和星轮的加工技术,研制了五种型号的单螺杆膨胀机,并进行了压缩空气和有机朗肯循环性能试验,试验结果表明研制的单螺杆膨胀机最高效率可达70%以上,最大功率172kW,最小功率5kW。

关键词：分布式能源单螺杆膨胀机太阳能热电联供

膨胀介质湿度对单螺杆膨胀机性能影响的实验研究

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能源科学发展（中英文版） 2014年第4期2卷 34-38页

作者：任超峰王景甫薛艳青张新欣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工程节能教育部重点实验室北京100124

研究开发了一种用于中低温余热发电的小型动力装置一单螺杆膨胀机。单螺杆膨胀机具有转速低、膨胀比大、容积效率高等特点。特别是适合全流膨胀，允许水蒸气进入膨胀机。本文以压缩空气添加水蒸气为为膨胀机介质，对膨胀介质湿度下单螺... 详细信息

研究开发了一种用于中低温余热发电的小型动力装置一单螺杆膨胀机。单螺杆膨胀机具有转速低、膨胀比大、容积效率高等特点。特别是适合全流膨胀，允许水蒸气进入膨胀机。本文以压缩空气添加水蒸气为为膨胀机介质，对膨胀介质湿度下单螺杆膨胀机性能的影响进行了详细的实验研究。研究结果表明：在膨胀介质中适当的湿度增加能够有效提高单螺杆膨胀机的功率和效率。

关键词：单螺杆膨胀机性能测试含湿量

地热能全流发电用两相单螺杆膨胀机理论膨胀过程热力特性研究

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西安交通大学学报 2024年第5期58卷 190-199页

作者：聂涛周宏洋邵华王增丽中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

针对地热能发电技术存在的系统效率与热源利用率低的问题,对全流循环发电系统中替代传统汽轮机使用的单螺杆膨胀机进行了热力特性分析。基于质量守恒方程、能量守恒方程与湿蒸汽维里状态方程,建立了考虑液体闪蒸与气液平衡的单螺杆膨胀... 详细信息

针对地热能发电技术存在的系统效率与热源利用率低的问题,对全流循环发电系统中替代传统汽轮机使用的单螺杆膨胀机进行了热力特性分析。基于质量守恒方程、能量守恒方程与湿蒸汽维里状态方程,建立了考虑液体闪蒸与气液平衡的单螺杆膨胀机理论全流膨胀过程的热力学模型,探索了进气温度与干度对气液两相工质状态及膨胀机热力特性的影响机理。结果表明:当进气温度由140℃升高至170℃时,湿蒸汽工质的质量、压力和温度均得到提升,单螺杆膨胀机的输出功率也由210 kW提升至约260 kW,等熵效率在进气温度为160℃时取得77%的最佳值;进气干度的提高会减少进入工作腔湿蒸汽工质质量,进而导致膨胀结束后介质压力与温度的降低,但显著促进了膨胀机的性能参数包括输出功率和等熵效率的提高,当进气干度为0.3时,单螺杆膨胀机的输出功率超过了500 kW,等熵效率也可达76.5%。上述研究结果对应用于地热能全流发电的两相单螺杆膨胀机的热力特性分析与改善以及全流发电技术的优化有一定的参考意义。

关键词：地热能两相湿蒸气单螺杆膨胀机热力特性

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直径155mm螺杆的单螺杆膨胀机性能试验

科技创新导报 2016年第4期13卷 172-173页

作者：夏国栋陈夏张业强吉威宁北京工业大学

针对自主研制的螺杆直径为155 mm的单螺杆膨胀机,分别进行了压缩空气膨胀和有机朗肯循环性能试验。采用高压空气瓶作为气源,建立了压缩空气单螺杆膨胀机性能试验系统进行了压力、转速、油气分离器滤芯等对膨胀机性能影响的试验研究。结... 详细信息

针对自主研制的螺杆直径为155 mm的单螺杆膨胀机,分别进行了压缩空气膨胀和有机朗肯循环性能试验。采用高压空气瓶作为气源,建立了压缩空气单螺杆膨胀机性能试验系统进行了压力、转速、油气分离器滤芯等对膨胀机性能影响的试验研究。结果表明:当采用气瓶气源时,膨胀机处于变工况运行,工作过程分成"渐变段""阶跃段"和"稳定段"3个阶段;膨胀机进气体积流量随转速的增加而升高,不受进气压力的影响;高的进气压力和转速下,膨胀机可获得较好的动力性能、经济性能和效率性能。建立了单螺杆膨胀机有机朗肯循环性能试验台,进行了有机朗肯循环单螺杆膨胀机性能试验,获得了蒸汽干度和背压对单螺杆膨胀机性能的影响规律,结果表明单螺杆膨胀机的入口工质压力、输出功率、输出扭矩、膨胀比随着干度的增加而增加。

关键词：单螺杆膨胀机压缩空气有机朗肯循环性能试验

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基于单螺杆膨胀机的天然气调压系统性能分析

基于单螺杆膨胀机的天然气调压系统性能分析

2016中国燃气运营与安全研讨会

作者：熊亚选乔萃杰李夏喜刑琳琳刘蓉徐鹏北京建筑大学供热供燃气通风及空调工程北京市重点实验室北京市燃气集团有限责任公司

高压天然气由储气源或气田输送到居民用户或工业用户,需要经过多级调压才能达到用户的压力需求。这个调压过程主要由传统的节流式调压阀完成,工艺过程中无法充分利用天然气的压力能。本文提供了基于单螺杆膨胀机的天然气调压发电系统,... 详细信息

高压天然气由储气源或气田输送到居民用户或工业用户,需要经过多级调压才能达到用户的压力需求。这个调压过程主要由传统的节流式调压阀完成,工艺过程中无法充分利用天然气的压力能。本文提供了基于单螺杆膨胀机的天然气调压发电系统,以碟式太阳能驱动对天然气进行回热,从热力学第一和第二定律出发建立了该调压系统的数学模型,利用Engineering Equation Solver软件编制了上述数学模型的算法,通过数值方法研究了天然气流量、调压后压力对系统性能的影响规律。

关键词：天然气压力能单螺杆膨胀机调压性能分析

来源： cnki会议评论

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单螺杆膨胀机制冷系统的逆布雷顿循环分析

化工学报 2014年第S1期65卷 245-250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

利用气体膨胀制冷可获得较大的温降,具有广泛应用于工业节能领域的潜力,研究和开发小型逆布雷顿循环制冷系统对我国的节能减排事业具有重要意义。提出了一种逆布雷顿循环制冷系统的典型流程,建立了热力学模型,分析了是否加回热器、膨胀... 详细信息

利用气体膨胀制冷可获得较大的温降,具有广泛应用于工业节能领域的潜力,研究和开发小型逆布雷顿循环制冷系统对我国的节能减排事业具有重要意义。提出了一种逆布雷顿循环制冷系统的典型流程,建立了热力学模型,分析了是否加回热器、膨胀机绝热效率对系统性能的影响。这些工作为研发这种小型系统提供了理论依据。

关键词：逆布雷顿循环单螺杆膨胀机热力学过程数学模拟焓回热器绝热效率性能系数

基于半经验模型的单螺杆膨胀机工作过程数值模拟与性能分析

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基于半经验模型的单螺杆膨胀机工作过程数值模拟与性能分析

作者：霍家慧北京工业大学

学位级别：硕士

当前,不断增长的能源需求和化石燃料的消耗是全球能源问题以及环境问题的主要关注点,新型可再生能源和其他传统能源的高效利用成为研究的重点。其中,有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)被认为是一种切实可行并且节能高效的低温工... 详细信息

当前,不断增长的能源需求和化石燃料的消耗是全球能源问题以及环境问题的主要关注点,新型可再生能源和其他传统能源的高效利用成为研究的重点。其中,有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)被认为是一种切实可行并且节能高效的低温工业余热利用技术。然而对于中小型有机朗肯循环,膨胀机性能不佳是循环效率不高的主要问题,需要进一步对膨胀机开展不可逆损失的系统性理论研究。单螺杆膨胀机具有容积效率高、噪声低、磨损小、寿命长等多方面的优势,是作为中小型有机朗肯循环系统中最适合的膨胀机类型之一。本课题基于半经验模型,开展单螺杆膨胀机的数值模拟和理论研究,预测在膨胀过程不可逆损失的大小,分析影响单螺杆膨胀机性能的因素,为单螺杆膨胀机设计优化提供理论依据。主要研究内容如下:首先,基于工作过程的热力学变化,建立单螺杆膨胀机半经验模型。在单螺杆膨胀机几何结构的基础上,将模型参数减少至5个,包括名义质量流量、名义进气换热系数、名义排气换热系数、与环境换热系数和机械损失扭矩,并通过遗传算法得到最优值,其他参数通过几何结构或工况条件获得。其次,对单螺杆膨胀机半经验模型进行数值计算分析。通过已有的压缩空气变进气压力、变转速实验以及ORC变进气温度实验数据对单螺杆膨胀机半经验模型进行结果分析。工质为压缩空气和R123时排气温度最大计算误差分别为20.07%、2.44%,结果表明单螺杆膨胀机半经验模型更适用于在有机朗肯循环中的膨胀机性能分析,而影响模型输出结果的主要因素为泄漏损失和机械损失。同时计算过程中发现,以定熵喷管模型计算进气压降值很小在2～6k Pa之间,偏离了单螺杆膨胀机实际工作过程。最后,针对不可逆损失修正半经验模型。不可逆损失主要包括泄漏损失、机械损失和进、排气压降损失,并对比了两种计算进、排气压降的物理模型,发现回归分析方法的计算值更接近单螺杆膨胀机的实际工作过程。最终修正后的半经验模型与实验结果进行了对比,模型对单螺杆膨胀机预测结果很好,计算值与实验值之间的最大偏差为质量流量3.34%、轴功率9.14%、排气温度1.59%。本文最终修正后的单螺杆膨胀机半经验模型,不仅提高了模型的灵活性,针对不可逆损失考虑的更加全面,而且计算精度更高,为后续单螺杆膨胀机系统性的理论研究提供了基础方法指导。

关键词：单螺杆膨胀机半经验模型不可逆损失数值模拟有机朗肯循环

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单螺杆膨胀机内有机工质泄漏特性的数值研究

北京工业大学学报 2018年第10期44卷 1340-1346页

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

为了研究单螺杆膨胀机内泄漏特性,建立单螺杆膨胀机热力学工作过程的数学模型和油气混合的两相泄漏模型,分析间隙高度对各泄漏通道泄漏量的影响,并比较3种有机工质R123、R134a、R245fa在不同转速和进气压力下对单螺杆膨胀机容积效率和... 详细信息

为了研究单螺杆膨胀机内泄漏特性,建立单螺杆膨胀机热力学工作过程的数学模型和油气混合的两相泄漏模型,分析间隙高度对各泄漏通道泄漏量的影响,并比较3种有机工质R123、R134a、R245fa在不同转速和进气压力下对单螺杆膨胀机容积效率和泄漏量的影响.结果表明,9条泄漏通道中,螺杆与壳体之间的泄漏量占主要部分,其次是星轮与螺槽之间的泄漏量,星轮与壳体之间的泄漏量较小.增加转速和进气压力均可增大单螺杆膨胀机的容积效率.在相同的工况条件下,以R123为工质的单螺杆膨胀机容积利用率最高,其次是R245fa,R134a最低.

关键词：单螺杆膨胀机泄漏量容积效率有机工质数值研究