基于单螺杆膨胀机的中温地热发电膨胀特性研究

发布时间：2020-04-24 15:50

【摘要】：单螺杆膨胀机作为一种新型膨胀动力机，具有较好的稳定性。目前，国内对单螺杆膨胀机的技术研发尚在发展阶段。本课题以单螺杆膨胀动力机用于中低温地热发电系统为背景对单螺杆膨胀机的动力特性进行了实验研究与分析。 本文基于单螺杆膨胀动力机对中温地热发电循环进行了相应理论计算研究；设计和搭建了单螺杆膨胀动力机性能实验装置系统；分别以压缩空气和水蒸汽为工质对单螺杆膨胀动力机进行了实验研究。 主要研究内容如下： 1.基于最新研制的10kW单螺杆膨胀动力机设计了中温地热发电单循环和双循环模拟系统。分析了不同水蒸汽状态在单螺杆膨胀动力机额定流量下的做功特性，并在相同吸热量的条件下，对单循环和双循环进行了对比分析。进口参数在饱和态和两相态下有较好的做功特性，而在过热态下对系统净功率没有贡献。在相同吸热量下，双循环的系统热效率和功率比单循环有所提升，但随着水蒸汽参数的提高，两者的差异在减小。 2.设计和搭建了单螺杆膨胀动力机压缩空气和水蒸汽实验装置系统，对部分设备进行了设计和制作，，对搭建过程出现的问题进行了分析和解决，并对测试设备进行了标定。 3.以空气为工质，在已搭建的单螺杆膨胀动力机性能实验装置上，实验研究了功率、效率、气耗率以及温降等膨胀动力机性能随转速的变化规律。研究表明，以空气为介质，单螺杆膨胀动力机的最高转速达到3393r/min，扭矩最高达到22N·m，功率最高达到4.4kW，进口流量最大为32.9m3/h，进口和出口最大温差达到45℃，气耗率最低达55.2kg/kW·h，总效率最高达到58.8%。 4.为模拟研究单螺杆膨胀动力机中温地热发电的膨胀特性，以水蒸汽为工质，在已建立的单螺杆膨胀动力机性能实验装置上，实验研究了功率、效率以及汽耗率等膨胀动力机性能随转速的变化规律。研究表明，以水蒸汽为工质，单螺杆膨胀动力机的功率最高达到3.9kW，汽耗率最低达22.5kg/kW·h。膨胀动力机总效率最高达到66%。 研究表明，单螺杆膨胀动力机具有较好的膨胀特性，将其应用于地热发电领域具有很好的发展潜力和发展前景。本文未对润滑油对膨胀动力机的影响以及单螺杆膨胀动力机在两相态下的实验特性进行深入研究。单螺杆膨胀动力机目前采用的机械密封不能满足高压和真空条件下的实验要求，需要对其进行进一步改进。以上未完成的工作，需要本课题组对其进一步完善。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM616;TK52

【共引文献】

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本文编号：2639124