涡轮压缩膨胀机的设计与性能分析

随着人们环境保护意识的加强,天然工质制冷剂重新受到研究人员的关注。空气是一种安全且对环境绝对友好的天然制冷剂,未来,压缩空气制冷循环有望成为传统蒸气压缩制冷循环的潜在替代品。压缩膨胀机作为压缩空气制冷的核心部件,其工作效率对机组性能有直接影响。为了设计出能够配合膨胀机高效工作的离心压缩机,需要对传统的设计方法进行一些修正。本文将质量、动量、能量守恒与射流尾迹区理论相结合,并将传统的离心压缩机相关参数推广到较低压力的范围中,提出了一种与现有的涡轮膨胀机相匹配的离心压缩机几何参数的设计方法。使用该方法为现有的膨胀机设计了对应的离心压缩机,并利用其他学者分析过的离心压缩机模型对该方法进行验证,利用计算流体力学方法(CFD)对压缩膨胀机变工况下的工作性能及对膨胀功的利用率进行模拟分析。按本方法设计的离心压缩机在设计工况下能够以高于92%的效率利用膨胀机的输出功。在变工况条件下能够以高于88%的效率利用膨胀机的输出功,并且在设计质量流量附近能够顺利运行。

多燃料快速压缩膨胀机及动力系统应用分析

介绍了某型应用于多燃料燃烧可视化研究的快速压缩膨胀机。首先,介绍了快压机本体组成部件、总体参数和动力系统各模块可实现的进机边界条件、调节控制功能。其次,分别从快压机缸盖外形、缸盖强度校核、缸盖玻璃选型、缸盖专用垫片选型、起动系统主要组成部件、驱动电机选型、齿轮箱选型、起动计算等方面阐述了缸盖及起动系统设计要点。随后,对于动力系统中功能多样的进气配比系统和燃气系统分别从原理图、系统主要环节、设计指标、工作流程等方面进行说明。最后,分别进行了快压机倒拖测试、燃气系统功能测试、进气配比系统功能测试,实验结果表明快压机运行平稳、机械连接状态正常、燃气系统和进气配比系统均能满足燃烧可视化装置的试验需求。此快速压缩膨胀机应用分析为后续同类多燃料燃烧可视化装置设计及燃烧研究提供指导建议。

跨临界二氧化碳压缩膨胀机的研究

为提高二氧化碳跨临界循环效率,解决系统节流损失大的问题,研究开发了新型的滚动活塞转子式压缩膨胀机,来代替二氧化碳跨临界系统中的节流阀。给出了滚动活塞转子式压缩膨胀机的设计思路和设计特点。对压缩膨胀机主轴的受力和力矩进行了分析和计算,分析结果表明在二氧化碳压缩膨胀机工作过程中,两个气缸内的流体流动过程相反,作用于主轴上的作用力和力矩的大小、方向都不相同,选择两个偏心轮合适的相位角有利于主轴上总力矩的平稳变化,设计时应选择最佳相位角,但同时两个偏心轮之间的主轴部分将是最薄弱的环节。

CO_2双螺杆压缩膨胀机在热泵空调中的应用

分析了CO2双螺杆压缩膨胀机的优势以及膨胀机和压缩机同轴连接的受力情况。通过分析可以看出,将膨胀机和压缩机做成同轴可以很好地抵消轴向力。并设计了新型的进气装置可以很好地实现CO2热泵空调系统的冬夏季转换,CO2双螺杆压缩膨胀机自身的进排气调节可以取代热泵空调中的四通阀,避免了四通阀的热短路效应和高低压间的泄漏。

利用快速压缩膨胀机研究火花点火LPG发动机的燃烧过程

利用快速压缩膨胀机对火花点火LPG发动机的燃烧过程进行了模拟与测量 ,分析了混合气浓度、点火提前角、压缩比以及燃烧室形状等对LPG燃烧过程的影响 ,可供汽油机改装成汽油 /LPG双燃料发动机的参考。

乙烯装置低温膨胀机-再压缩机的工程设计探讨

简要介绍了采用高压脱甲烷工艺的乙烯装置中尾气膨胀-再压缩系统的工艺流程,认为在尾气膨胀-再压缩机的工程设计中需要重点考虑低温和高转速这两个特点。文章介绍了转子系统的选材、加工和安装方式,分析了传统润滑油轴承和主动磁力轴承的特点,建议乙烯装置的膨胀机-再压缩机设计时优先选择磁力轴承;此外,还对密封系统、机组调节、防喘振系统等方面的工程设计进行了总结。

一种进口膨胀机/压缩机在深冷分离装置中的应用

本文主要分析了林德工艺装置有限公司(美国)提供的大型制冷机组膨胀机/压缩机在兖矿榆林100万吨/年煤间接液化示范项目中的运行状况,同时根据实际运行维护情况提出了解决机组远离临界区域和避免振动值过高的几种措施和建议。

乙烯装置膨胀机再压缩机的仪表工程设计探讨

本文简要介绍了乙烯装置的典型工艺,重点对脱甲烷塔中应用的膨胀机再压缩机技术,从仪表工程设计角度出发,并结合实际项目经验,对联合机组的工艺流程、控制概述、控制系统、联锁逻辑、接线系统设计等方面进行了分析总结,为工程设计人员提供设计参考。

液压快速压缩-膨胀试验机的开发研究

研制了一台基于液压工作原理的光学快速压缩-膨胀机用以研究爆震机理。仿真结果表明:提高液压源压力或增大节流孔孔径,压缩比增大;点火相位靠后时,爆震发生期增加。燃烧试验表明:该装置能够用于HCCI、火花点燃、爆震燃烧等多种燃烧过程的试验模拟研究。

热面点火辅助均质压燃

利用电热塞热面效应,在一台快速压缩膨胀机上实现了甲醇热面辅助均质压燃,研究了不同电热塞加热功率和压缩比对热面辅助均质压燃燃烧特性的影响.研究表明:甲醇燃料热面辅助均质压燃具有两阶段放热特性,放热缓慢的第1阶段和放热急速的第2阶段;与HCCI相比,热面辅助均质压燃放热速率低,可以使运行工况向大负荷拓展,指示平均有效压力可以达到0.74,MPa;和SI燃烧模式相比,热面辅助均质压燃可以实现稀薄高压缩比燃烧;当压缩比为14~16、电热塞加热功率为30~34,W时,热面辅助均质压燃燃烧运行于高效状态.

多火花塞点火实现快速燃烧的试验研究

使用快速压缩-膨胀机改装的多火花塞点火试验台架,研究了火花塞数目对指示功大小、最高燃烧压力和最大压升率、燃料放热速率及爆震特性的影响。得到结果如下:液压源压力及混合气浓度相同,点火相位从上止点前5~35mm逐渐增大时,指示功先增大后减少,即存在最佳点火相位;随着火花数目的增加,最佳点火时刻后移;多火花塞点火的放热速率、最高燃烧压力和压升率、指示功均比单火花塞点火有明显提升,提升幅度和火花塞数目并不成线性关系;在混合气稀薄时,多火花塞点火对燃烧速率及指示功的提升作用更加明显;随着液压源压力的增大,相同点火相位时,多火花塞比单火花塞点火爆震倾向更加严重。

不可逆空气热泵循环供热率密度优化

基于有限时间热力学理论,以供热率密度作为热力学优化目标,分析了恒温热源不可逆空气热泵循环的性能,导出了供热率密度与压比和换热器有效度等参数间的解析关系式,并由数值计算分析了热源温比、总热导率及压缩机和膨胀机效率等对热导率最优分配及供热率密度最优性能的影响特点。

跨临界二氧化碳制冷技术现状研究

二氧化碳作为一种自然制冷剂,可以根本上解决制冷系统的CFCs工质替代问题。本文介绍了二氧化碳跨临界制冷循环系统及其关键设备—制冷压缩机、气体冷却器、蒸发器、膨胀机的研究设计进展情况,并详细介绍了压缩机、气体冷却器和膨胀机的性能影响因素。

SI燃烧过程优化途径的试验和仿真研究

在快速压缩-膨胀机上通过试验和仿真手段,研究了火花塞数目、活塞运动规律、压缩比对单次循环指示功和爆震倾向的影响。研究表明:使用多火花塞点火能缩短燃烧持续期和提高指示功,但是爆震倾向明显增加;提高活塞运动速度,减少活塞在上止点附近的停留时间,可以减少爆震倾向,但是相同条件下指示功有所降低;综合使用多火花塞点火,提高活塞运行速度和采用高达17.5的压缩比,可以提高指示功并抑制爆震,使SI燃烧过程得到优化。

火花点火式液压自由活塞发动机的模拟试验研究

使用液压快速压缩-膨胀机(RCEM)对火花点火式液压自由活塞发动机(SI-HFPE)的单次工作过程进行了模拟试验研究,研究了在使用甲醇燃料的情况下,液压源压力、点火提前相位、混合气浓度等因素对SI-HFPE活塞运动规律、放热率及指示效率的影响,提出了使用双火花塞同时点火方案。研究结果表明:SI-HFPE的实际压缩比主要受液压源压力和点火提前相位的影响,液压源压力越高或点火提前相位越小,则实际压缩比越大。在10MPa的驱动液压力下,使用双火花塞同时点火,调整合适的点火提前相位,指示效率可以大于45%,此时的实际压缩比达到18。

点燃式液压自由活塞发动机高增压燃烧过程的试验与仿真研究

在快速压缩-膨胀机上进行试验,模拟液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine,HFPE)在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程,并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真平台进行增压仿真研究。结果表明:液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大,相同压缩比下发动机循环周期缩短,活塞在上止点附近停留时间缩短,爆震极限压缩比增大,抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率,当缸内初始压力提高至0.15MPa时,发动机指示效率由0.30提高至0.31,但当初始压力达到0.20MPa后,指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题,在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案,即使在初始压力0.80MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。

柴油机燃烧可视化的几种方法

介绍了柴油机燃烧可视化的几种方法 ,这些方法包括 :光学观察窗分别在发动机的上面、下面和侧面共三种方法 ,快速压缩膨胀机法和内窥镜法。

技术创新驱动发展

介绍了近几年开封空分集团通过研发带动产业升级,最终实现核心技术自主化、产品国产化。发展成套特大型空分设备替代进口的市场空间、通过创新驱动,体现"科技是第一生产力"。

基于快压机的双燃料燃烧过程数值研究

利用CONVERGE软件构建并验证了基于快速压缩膨胀机的仿真模型,探究了柴油喷雾微引燃高压天然气射流的基础燃烧特征,分析了引燃油量和天然气喷孔直径对双燃料燃烧过程的影响。结果表明,燃烧火焰沿射流两侧扩散发展,燃气动量的减小对射流前端当量比分布影响较大;引燃油量影响了缸内引燃火焰持续时间,从而影响了燃气着火时刻和燃烧量;天然气喷孔直径影响了射流喷射量和动量,涡流条件下,燃烧着火区域的分布影响燃气的着火和稳定燃烧。