基于转子型线分析的双螺杆膨胀机热力性能研究

发布时间：2020-06-18 16:35

【摘要】：膨胀机作为有机朗肯循环核心部件之一,其热力性能直接影响着系统循环热效率。以往研究中,双螺杆膨胀机热力性能的计算大多通过等熵焓差方式获得,从几何特征出发的研究较少,导致其结构参数与热力性能之间的准则关系缺少普适性结论。因此,本文从数学解析的角度出发,提出基于转子型线分析为基础的双螺杆膨胀机几何特性规律模型,通过对热力性能相关参数影响因素的分析研究,实现提高该设备在系统中的整体运行效率的目的。本文从不同双螺杆膨胀机转子型线分析出发,确定以单边非对称-销齿圆弧型转子型线为研究对象;根据啮合原理构建转子型线的数学模型,对计算热力性能的关键几何特征参数基元面积及基元容积的变化规律进行研究,通过提出的啮合序列法计对两者进行计算。以求得的基元面积及基元容积为基础,对双螺杆膨胀机热力性能进行计算,分析得到包括转子直径、导程、阳转子扭转角及内膨胀角等结构参数对热力性能相关参数的影响规律:理论容积流量及等熵绝热功率与转子直径及导程呈正相关关系;理论容积流量随着阳转子扭转角的增加而增加,等熵绝热功率与阳转子扭转角及内膨胀角呈单调递减关系;根据影响规律将热力性能作为目标函数,采用非线性规划法对双螺杆膨胀机结构参数进行优化。再次,以开口系统能量方程及质量守恒方程为基础,结合优化后的工作腔体基元容积变化,建立存在泄漏情况下的双螺杆膨胀机实际运行过程的数学模型;确定采用龙格-库塔法对运行过程模型的微观特性变化规律进行数值计算。最后,根据双螺杆膨胀机运行过程数学模型求解结果与理想过程的计算结果的对比,分析泄漏对膨胀机运行过程的影响,并得到存在泄漏情况下膨胀机实际运行过程质量流量呈现先减小后增加的变化趋势;通过改变转速、吸气压力、吸气温度等运行参数对存在泄漏的双螺杆膨胀机实际运行过程的影响,得出膨胀机运行过程变化规律:转速和吸气压力的升高使得膨胀机轴功率及绝热效率不断提升;转速提升3000 rad/min,绝热效率提升5.12%;吸气压力提升300k Pa,绝热效率提升10.1%;吸气温度对膨胀机热力性能影响较小。本文以转子型线数学模型为基础,通过对热力性能影响因素的分析研究,提出了结构参数优化方法及运行特性提升建议,对实现双螺杆膨胀机的安全高效运行,及提高有机朗肯循环的低温余热回收能力具有重要的现实意义。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH69
【图文】：

示意图,双螺杆,膨胀机,转子

图 1-2 双螺杆膨胀机转子示意图特性等方面，国内外学者进行了深入的供动力用于发电的专利由 Nillsen 提出。研究陷入停滞状态，由于爆发的能源问业余热等可再生能源的螺杆式膨胀机又，我国开始了双螺杆膨胀机的科研工作，膨胀机的工作原理及热力性能进行了较胀机的研究方向主要包括双螺杆啮合式及优化设计研究、双螺杆膨胀机运行特究机的几何特性、热力学性能都具有重要

曲线,转子初始位置

状态的齿曲线为 BA 与 HG，啮合初始H 点接触，齿曲线 BC 与 HI 脱离啮合线完全贴合在一起，此时形成的基元面因此，认为起始状态时齿曲线围成的基化范围，求解出齿曲线 AB 与 HG 完整对转子各段齿曲线运用式（2-17）进行旋段齿曲线在阳转子旋转过程中每个瞬间中，阴转子齿曲线 BA 上从 B 点到 A 点齿曲线 HG 上从 H 点到 G 点上的各点，渐脱离啮合，与此同时，齿曲线 CD 与间的啮合点、经历过啮合的部分齿曲线合的部分齿曲线 CD 与 I 点围成一个封运用式（2-18）对围成基元面积的各段齿一啮合瞬间的基元面积的大小。

【参考文献】