濕飽和蒸汽螺桿膨脹機幾何模型與熱力過程仿真研究.pdf

1、隨著不可再生能源短缺和環(huán)境污染狀況日趨嚴(yán)峻，利用地?zé)崮芤约肮I(yè)中低溫余熱發(fā)電愈來愈受到各國政府的青睞。在地?zé)岚l(fā)電和中低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中使用雙螺桿膨脹動力機代替汽輪機具有很大的優(yōu)勢。本文將從幾何模型和熱力學(xué)模型兩方面開展對濕蒸汽螺桿膨脹機膨脹做功過程的特性研究，并且分析不同的運行參數(shù)對整體性能的影響。
　　首先，本文建立了雙螺桿膨脹機陰、陽螺桿、機殼以及進、排氣孔口的三維幾何模型。然后提出了雙螺桿膨脹機幾何參數(shù)如進氣孔口面積、基元容

2、積和四條主要泄漏通道面積隨陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變化的的新的計算求解方法。并且利用該求解方法來測量計算SEPG500機型幾何參數(shù)隨陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變化曲線。
　　其次，以變質(zhì)量系統(tǒng)的質(zhì)量和能量守恒方程為基礎(chǔ)，建立了濕蒸汽螺桿膨脹機工作過程的熱力學(xué)模型。濕蒸汽在膨脹機中通過接觸線、齒頂與機殼內(nèi)壁和泄漏三角形的泄漏當(dāng)作汽液兩相層流流動處理。濕蒸汽進氣過程則采用通過孔板的兩相流動公式來描述。濕蒸汽膨脹過程中水的蒸發(fā)當(dāng)作閃蒸來處理，濕蒸汽的狀態(tài)參數(shù)則利

3、用濕蒸汽維里狀態(tài)方程來求解。利用該模型，可以得到陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角每一度時對應(yīng)的基元容積中濕蒸汽的溫度、壓力、干度、質(zhì)量、泄漏質(zhì)量等，還可以求解螺桿膨脹機的等熵效率、輸出功以及功率。通過與螺桿膨脹機實際運行中的宏觀性能參數(shù)比較證明該模型可以準(zhǔn)確的描述其宏觀熱力學(xué)性能。
　　最后，利用建立的熱力學(xué)模型研究進氣壓力、干度和轉(zhuǎn)速對濕蒸汽螺桿膨脹機的性能影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)進氣節(jié)流和壓降損失以及泄漏損失對膨脹機效率影響很大。陰、陽轉(zhuǎn)子間的接觸線以及齒頂

4、和機殼內(nèi)壁是主要泄漏通道，進氣過程和膨脹初期泄漏最為嚴(yán)重。進氣壓力的增大以及進氣干度和轉(zhuǎn)速的減小會使泄漏損失增長。螺桿膨脹機節(jié)流損失隨著轉(zhuǎn)速和進氣壓力的增大而增長。輸出功率隨著進氣壓力和轉(zhuǎn)速增加而增加，但是在壓力較高時增加趨勢減緩；輸出功率隨著進氣干度的增加而減小，但是在進氣干度較高時進氣干度的變化對功率影響不大。螺桿膨脹機的等熵效率隨著轉(zhuǎn)速的增長而下降，隨著進氣干度的增長而增長。而不同的進氣壓力對應(yīng)的等熵效率變化曲線存在著一個峰值。<