基于朗肯循环余热能量回收系统的膨胀机技术研究

发布时间：2017-09-08 22:31

  本文关键词：基于朗肯循环余热能量回收系统的膨胀机技术研究

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【摘要】：伴随汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油消耗。目前,中国已成为仅次于美国和日本的第三大石油进口国。而汽车的石油消耗又占了中国石油年消耗量的50%。因此,提高发动机热效率在汽车节能、环保技术开发中起着关键的作用。玉柴积极响应国家节能减排政策,从2008年开始余热能量回收技术的研究,以提高发动机热效率。通过近2年时间的研发,玉柴成功建立起一套发动机废气回收的朗肯循环系统,但存在诸多问题,特别是膨胀机,出现配气轴卡死故障,无法完成基本的性能试验,导致开发进度中断。本文重新梳理膨胀机的技术路线,结合玉柴自有研发资源,开发新一代膨胀机,并搭载玉柴朗肯循环余热能量回收系统,对某发动机废气余热能进行回收完成性能试验,结果表明,新一代膨胀机能稳定运转,在发动机900r/min时,蒸汽马达发出的功率到了10k W,功率提升4%,而且随发动机转速增加效果越明显,同时也发现了玉柴余热回收系统存在的问题,并提出了后续的优化方向。论文的主要研究工作如下:(1)膨胀机技术路线研究,通过对国内外余热能量回收技术的分析,从热效率、技术成熟度、制造工艺性等方面,结合玉柴自有的优势资源,重新选择膨胀机的开发技术路线。(2)活塞式膨胀机性能研究开发,利用能量守恒方程、连续性方程、传热方程,建立了活塞式膨胀机的计算模型,计算分析了膨胀机初温、初压、配气相位、压缩比等参数对活塞式膨胀机输出功、效率以及工质流量的影响规律。为膨胀机的设计奠定了重要的理论基础。(3)活塞式膨胀机设计研究,按照玉柴发动机成熟的开发流程,从布置设计阶段、详细设计阶段、配气机构动力学运动学仿真等方面,完成活塞式膨胀机研究开发,结合玉柴的供应商体系,完成活塞式膨胀机零部件的制造。(4)活塞式膨胀机性能试验研究,通过搭载玉柴朗肯循环余热能量回收系统,设定特定的试验工况,验证玉柴余热能量回收系统及膨胀机性能。
【关键词】：发动机 废热回收 朗肯循环 膨胀机
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464;TK115
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-24
• 1.1 研究的背景13-14
• 1.2 发动机余热能量回收相关技术14-17
• 1.2.1 热电技术14-15
• 1.2.2 余热制冷技术15-16
• 1.2.3 动力涡轮技术16
• 1.2.4 朗肯循环16-17
• 1.3 国内外基于朗肯循环回收发动机余热的研究概况17-18
• 1.4 玉柴基于朗肯循环的余热能量回收系统的研究状况18-22
• 1.4.1 玉柴余热能量回收技术研究现状18-19
• 1.4.2 发动机主要结构及性能参数19
• 1.4.3 玉柴朗肯循环发动机余热回收系统试验结果19-22
• 1.5 本文课题来源和主要研究内容22-24
• 第2章 发动机余热回收系统膨胀机技术研究24-28
• 2.1 活塞式膨胀机24-25
• 2.2 透平式膨胀机25-26
• 2.3 螺杆式膨胀机26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 基于朗肯循环的活塞式膨胀机性能研究28-40
• 3.1 入口条件对性能的影响28-30
• 3.2 进排气相位对性能的影响30-37
• 3.2.1 IVC对性能的影响30-31
• 3.2.2 IVO对性能的影响31-33
• 3.2.3 EVC对性能的影响33-35
• 3.2.4 EVO对性能的影响35-37
• 3.3 活塞式膨胀机压缩比对性能的影响37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 活塞式膨胀机设计研究开发40-53
• 4.1 活塞式膨胀机主要技术参数41-42
• 4.2 活塞式膨胀机布置设计42-51
• 4.2.1 原型机轮廓扫描及测绘42-43
• 4.2.2 缸盖布置43-45
• 4.2.3 配气机构布置45-49
• 4.2.4 凸轮轴布置设计49
• 4.2.5 缸盖罩及其他附件布置设计49-51
• 4.3 膨胀机详细设计51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 膨胀机配气机构动力学运动学分析53-59
• 5.1 参数及零部件代号53
• 5.2 计算模型和边界条件53-54
• 5.3 运动学计算结果54-55
• 5.4 动力学计算结果55-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 活塞式膨胀机性能试验研究开发59-68
• 6.1 余热能量回收系统搭建59-61
• 6.1.0 试验对象59-60
• 6.1.1 6T发动机主要配置表60
• 6.1.2 试验条件60-61
• 6.2 性能试验方法61-62
• 6.3 性能试验数据研究分析及结论62-66
• 6.4 本章小结66-68
• 结论与展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 附录A 攻读学位期间发表的论文及专利74

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本文编号：816700