CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展

随着国际社会环境意识的提高,臭氧层破坏、温室效应问题受到持续广泛的关注,越来越多的学者将注意力集中于环保制冷剂。CO_(2)因简单易得、安全可靠、传热性能和流动性好等优点受到重视。本文对CO_(2)气液两相小型膨胀机的研究进展进行分析和总结,发现在循环中将节流阀换成CO_(2)膨胀机可有效提高系统的制冷效率,经过计算得到带膨胀机跨临界CO_(2)循环的制冷、制热效率分别比R134a循环高6.9%、4.6%,比带节流阀的循环高25.76%、16.17%;CO_(2)膨胀机的等熵效率越高,系统制冷、制热效率越大,若CO_(2)膨胀机的等熵效率大于32%,则带CO_(2)膨胀机的系统性能优于带回热器循环的系统性能。不同CO_(2)膨胀机由于结构不同导致效率、泄漏和摩擦损失不同,活塞式、转子式等膨胀机结构简单,但同时泄漏损失也较大;滑片式、旋转叶片式、涡旋式等膨胀机效率得到了很大提高,但其结构较为复杂,制造难度大,生产成本较高;同时对当前存在的一些问题提出了解决办法,如进行合理的设计减小泄漏与摩擦损失、将压缩功提供给压缩机、在膨胀过程中加入其他气体以及设计可调节膨胀比的CO_(2)膨胀机。目前CO_(2)膨胀机的研究基本集中于实验室,在工程中应用较少。因此未来应以实验和理论相结合,进一步研究CO_(2)膨胀机效率提升、关键零部件技术开发等问题。

跨临界CO_2制冷系统采用透平膨胀机的可行性分析

对CO2制冷系统中应用膨胀机的研究现状进行了回顾,在此基础上对跨临界CO2制冷循环中采用透平膨胀机的可行性进行了分析。研究表明透平膨胀机完全适用于家用及商用的跨临界CO2制冷/热泵系统,并通过计算实例给出了采用不同方案和效率的透平膨胀机替代节流阀对CO2制冷系统性能的提升效果。

基于变工质模化方法的超临界CO_(2)储能透平膨胀机相似特性分析

变工质下透平膨胀机的相似模化特性研究是特殊工质透平膨胀机研发的关键技术手段和必要方法,也是提升研发效率和节约成本的有效途径。本文提出了一种基于转速、进口总温、绝热指数和气体常数的适用于透平膨胀机变工质的新型模化方法,并利用某透平膨胀机对超临界CO_(2)与空气的相似模化进行了数值验证。结果显示,在总体性能参数的模化上具有较高的精确度;在内部流场预测(马赫数、速度分布)等方面也具有良好的模化效果。该方法适用于利用空气模化高温度、高压力下的超临界CO_(2)储能做功过程。

带膨胀机和回热器的两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环研究

通过对比3种不同的两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环,研究节流阀、回热器和膨胀机对制冷循环COP和效率的影响。结果显示:在3种两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环中,带膨胀机的制冷循环的COP和效率最高,带膨胀机和回热器的循环次之,带回热器和节流阀的循环的COP和效率最低;在合理参数范围内,增大压缩机1的压比可以提高3种循环的COP和效率;在合理参数范围内增大压缩机2的压比,3种制冷循环的COP和效率均先增大后降低;增大压缩机和膨胀机的等熵效率均可以显著提高两级压缩跨临界CO_(2)制冷循环的COP和效率。

带透平膨胀机的跨临界CO_(2)制冷循环热力性能研究

为提高跨临界CO_(2)制冷循环的性能,提出了冲动式透平膨胀机(ITE)改进方案,该方案可以在回收膨胀功的同时实现双级压缩,对相应的制冷循环进行了热力学性能研究,获得了该循环最佳高压压力、最佳中间压力以及COP的变化规律。结果表明:当蒸发温度从-10℃变化到15℃,气体冷却器出口温度从30℃变化到50℃时,改进ITE制冷循环的COP相对基本制冷循环、回热制冷循环和传统ITE制冷循环,分别提高了38.4%~45.1%,31.1%~37.1%,21.5%~27.9%;蒸发温度越低,气体冷却器出口温度越高,改进ITE制冷循环的优势越明显。

三角转子膨胀机在跨临界CO_(2)制冷循环中的应用分析

在高压比跨临界CO_(2)制冷循环中,采用膨胀机替代节流元件对提高循环效率有较大的潜力。分析了以三角转子机械作为膨胀机的运行机理,对三角转子膨胀机的工作过程进行计算和分析,并从形状因子、转子型线、进气角度、偏心距和轴距系数入手,讨论了影响三角转子膨胀机的影响因素。在设定情况下,使用三角转子膨胀机可以通过将10 MPa、313.15 K的超临界CO_(2)膨胀至3.49 MPa、273.69 K,并将制冷系数提高23.7%。形状因子和进气角度是影响膨胀机运行效果的主要因素,需选取适当的参数来提高效率。

3种型式CO_(2)跨临界带膨胀机热泵循环性能研究

为了提高CO_(2)跨临界热泵系统的性能,通过建立热力学模型,将3种带膨胀机的CO_(2)跨临界循环,即单级膨胀机循环(SCE)、双级一次节流中间完全冷却循环(TPCE)、双级二次节流中间完全冷却循环(TSCE)与单级节流阀循环(BASE)进行了制热性能对比分析。结果表明:蒸发温度变化时,TSCE循环的制热系数COP_(h)最大,分别比SCE和TPCE循环平均高出6.32%和10.01%;当气体冷却器出口温度高于37 ℃时,SCE循环的COP_(h)最大,低于37 ℃时,TSCE性能最好;TPCE和TSCE循环在蒸发温度变化过程中,存在蒸发温度的最优值,对应对基础循环的提升程度ΔCOP最大,TPCE和TSCE循环的ΔCOP最大值分别为27.27%和15.21%;根据假设条件,进而得到了最优高压和蒸发温度和气体冷却器出口温度之间的关联式。

3MW超临界CO_(2)透平平衡活塞结构优化研究

采用文献中经过试验验证的最新研究成果,开展3MW等级超临界CO_(2)透平平衡活塞结构参数优化。进行一维计算,确定平衡活塞迷宫密封方案。选取3种结构方案进行三维CFD计算。一维与三维结果对比分析表明,超临界CO_(2)迷宫密封一维优化计算方法准确,平衡活塞结构可用于工程设计。

应用于燃气轮机余热回收系统的超临界CO_(2)径流式透平性能探究

为研究应用于燃气轮机余热回收系统的超临界CO_(2)(SCO_(2))径流式透平整机性能,基于RANS(雷诺时均)模型,对透平整机系统内部流场进行数值模拟,获得了SCO_(2)径流式透平整机在起动、升速、自持及额定工况下的运行情况,并针对出口压力变化分析了透平非设计工况下的性能。模拟结果表明:透平起动工况下会发生运行失稳,产生“倒吸”现象且通道内出现大面积的低速区域,但随转速增加流动趋于稳定;叶顶间隙的泄漏流会对透平的性能产生不利影响,额定工况下0.5 mm的间隙使透平减少近47 kW的功率输出,等熵效率降低6%左右;轮背密封可以起到良好密封作用,密封引入气还提高了透平整机的功率和效率;在偏离设计点工况运行时,透平可以有效应对出口压力的变化;通过对比简化通道和全周通道的仿真数据,透平轴功率和等熵效率的误差均在0.5%以内,可知应用简化通道模型仿真能够保证计算精度。因此,在SCO_(2)径流式透平的仿真与应用过程中,研究人员要注重透平低速起动工况下的运行,以及叶顶间隙对这种小尺寸高转速透平机性能的影响。

新型CO_(2)超音速两相膨胀制冷循环的理论研究

本文提出了以Laval喷管为核心部件的超音速两相膨胀机概念,构建了以天然制冷剂CO_(2)为工质的超音速两相膨胀制冷循环模型并进行理想循环热力学分析和模拟计算研究。结果表明:超音速两相膨胀机入口压力、入口温度和旋流分离段出口压力均对系统制冷性能有影响;在空调温区工况,CO_(2)超音速两相膨胀制冷循环COP为6.69,是现有制冷性能相对最优的CO_(2)跨临界制冷循环COP的1.63倍,且大幅降低系统压力;气液分离时液相速度损失对系统制冷性能有影响,系统COP由9.56降至6.01,相对卡诺效率由0.95降至0.60,但仍保持在较高水平。通过初步的热力学分析和模拟计算研究表明,新型CO_(2)超音速两相膨胀制冷循环在原理上具有较好的可行性和发展前景。

3MW生物质发电超临界CO_(2)向心透平设计

进行生物质发电用3MW SCO_(2)向心透平设计,借鉴筛选法的参数约束范围,利用向心透平设计系统进行一维热力计算,并进行静动叶造型。进行三维气动性能校核,仿真结果表明:所设计的向心透平设计点气动性能优良,满足设计要求。

超临界CO_(2)透平主流道及间隙流动特性分析

以超临界CO_(2)为工质的闭式布雷顿循环系统具有结构紧凑、效率高等特征优势,符合可持续发展的需求。利用计算流体力学软件对某超临界CO_(2)轴流透平的气动性能和流动特性进行数值模拟,对比了主流道及考虑气封间隙后的流动特性差异。结果表明:超临界CO_(2)透平通流部分级等熵焓降和气流出口马赫数较低,不利于透平效率的提高;端壁二次流对于主流影响较大,末级出口的气流角仍有较大范围受端壁二次流影响;考虑气封间隙后,泄漏量占比非常大,第1级隔板气封处的泄漏量达到了总流量的7.4%,透平总静效率也下降了7.27%。该研究结果可为超临界CO_(2)机组的设计提供参考和借鉴。

浅析PLK-8.33×2/20-6透平机的使用和维护

根据几年来对PLK-8.33×2/20-6透平式膨胀机使用和维护的经验,总结对透平式膨胀机长周期稳定运行的行之有效的手段和方法。

近临界CO_(2)透平膨胀机设计与内流平衡相变研究

基于均相理论及流体动力守恒原理,对进口处于近临界区、出口为两相状态及质量流量为5.5 kg/s的透平膨胀机进行设计,得到膨胀机蜗壳、喷嘴和工作轮的基本几何参数,再采用平衡相变模型对膨胀机内流相变特性进行数值分析。结果显示:喷嘴入口处开始产生气体,叶轮出口气体质量分数为27%,等熵效率为65%,与设计值相差9.72%。结果表明,此设计方法可以用来设计两相状态CO_(2)透平膨胀机,平衡相变模型适用于CO_(2)透平膨胀机的内流相变特性研究。

CO_2双缸滚动活塞膨胀机模拟及实验研究

本文对CO_2双缸滚动活塞式膨胀机的膨胀过程进行了模拟,分析了不同长度直径的中间通道对膨胀机膨胀过程的影响,综合考虑各种因素,得出了中间通道取长度为20 mm直径为4 mm时为最佳,依据模拟结果对CO_2双缸滚动活塞式膨胀机进行了改造,并利用CO_2跨临界循环水-水热泵系统进行了性能测试,并得出了初步的测试结果,测试结果表明,改造后的带膨胀机热泵系统运行状况已经由原来的偏离正常状态进入了比较正常的运行状态,膨胀机的膨胀比较之改造前也有所提高。测试结果显示膨胀机的等熵效率最高达到了42.3%。

斯凯孚(SKF)获得沈阳鼓风机集团S2M磁浮轴承合同

中国上海,2014年12月22日：斯凯孚（SKF）获得了一份为沈阳鼓风机集团（SBW）提供斯凯孚S2M磁浮轴承系统的大合同。磁浮轴承所提供的无接触悬浮能够提高涡轮机的运转率,并大幅降低维护成本。斯凯孚S2M磁浮轴承可实现更高的旋转速度并且提高压缩机的整体效率。为SBW提供的磁浮轴承系统将采用一种经实地验证的设计。

使用甲醇处理天然气经济性好,可进行脱H2O、脱H2S、脱CO2,实现一剂多用

法国石油研究院(缩写代号IFP)的一项新的天然气处理工艺,用甲醇作单一的基本溶剂进行脱水、控制露点、回收烃液和产出气的脱硫处理。它具有一剂多用、溶剂价格低、损耗小、无腐蚀、装置简单、投资省、节约能源等优点。

基于超音速两相膨胀的新型CO_(2)制冷循环研究

提出了一种基于超音速两相膨胀的新型CO_(2)制冷循环,开展热力学分析和模拟计算。结果显示:在空调温区工况,新型CO_(2)制冷循环COP较现有性能相对最优的CO_(2)跨临界制冷循环COP提升了63.2%,且系统运行高压大大降低;自然工质气体添加剂对循环性能有较大影响,加入C_(2)H_(2)和N;后制冷温度更低,加入C_(2)H_(2)可提高相对卡诺效率,且随加入量的增加,效果越显著,当加入30%的C_(2)H_(2)时,可获得最大相对卡诺效率为0.93,较单一CO_(2)的相对卡诺效率提高了26%,而加入N;则降低相对卡诺效率;超音速两相膨胀机入口压力、入口温度和旋流分离段出口压力均对循环性能有较大影响,可调节以上参数提升循环制冷表现。研究表明:新型CO_(2)制冷循环具有较好的原理可行性,为CO_(2)有效利用、人工合成制冷剂替代、CO_(2)高效制冷提供一种可能的参考。

二氧化碳储能系统透平膨胀机研究进展

储能技术被视为克服可再生能源波动性对电网稳定运行影响的路径之一,CO_(2)储能(Carbon Dioxide Energy Storage,CES)作为新型储能技术之一,具有较高的能量密度且地理位置依赖度较低,比较有发展潜力。透平膨胀机作为CES系统的核心部件,直接影响系统的性能。本文介绍了CES的基本原理,总结了CO_(2)透平膨胀机的主要类型及特征,归纳了关于膨胀机设计方法和数值分析的研究,论述了部分进气和密封方式对透平膨胀机性能的影响规律,并分析了已有的CO_(2)实验研究系统,归纳了其透平膨胀机的设计参数,从而为CES系统及其透平膨胀机的设计开发提供参考。