[实用新型]一种基于涡旋式膨胀机的低品位能量回收的综合试验系统

说明书

技术领域:

本实用新型涉及一种低品位能量回收的综合试验系统，特别是基于涡旋式膨胀机 的低品位能量回收的综合试验系统。

背景技术：

随着世界经济的发展以及能耗的增加，能源与环境问题目前已经成为全世界所共 同关注的一个热点问题。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，环境保护形势严峻，能源利 用率低，而低品位热能作为生活中随处可见的能量，开发利用风能、太阳能、低温热能等低 品位能源变得日益重要。如果能将这部分能量加以回收利用，就可以提高能源的利益和利 用率，缓解能源短缺危机，因此开展低品位能量回收利用系统的研究具有重要的现实意义。

在高校现有的实验系统大多是基于螺杆式膨胀机的能量回收系统，体积大且回收 效率不高，急需要研究更高效率的试验系统来进行能量回收，提高回收效率。

发明内容：

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于涡旋式膨胀机的低品位能量回收利用 实验系统。气体经压缩加热后进入涡旋式膨胀机，膨胀机推动其做功产生机械能，后输出轴 与电机相连将能量转换为电能。通过调节温度、压力以及进气流量得出与提高能源的利用 效率有关的影响因素，最终达到提高能量转化效率的目的，实现降低化石燃料消耗、节能减 排和保护环境。

一种基于涡旋式膨胀机低品位能量回收的综合试验系统，包括储气罐、出风口手 动阀门、风道加热器、减压阀、压力传感器、温度传感器、流量传感器、空压机、涡旋膨胀机、 扭矩传感器、发电机。所述储气罐为高压储罐，用于存储压缩空气以及为系统提供高压气 体；所述出风口手动阀门为本试验系统的开启装置，并可用于控制气体的流量，所述减压阀 可用于控制进入涡旋式膨胀机气体的压力，以确保涡旋式膨胀机进气压力的稳定，从而确 保发电机运转的稳定，所述涡旋式膨胀机包括静涡盘与动涡盘，通过气体驱动动涡盘做功， 实现压缩势能向机械能的转变；所述发电机为高速发电机，实现机械能向电能的转换。

本发明具有以下有益技术效果：

1、利用涡旋式膨胀机作为能量转化装置，将空气压缩能转换为机械能，具有效率 高、振动小、噪音低、结构紧凑、体积小、重量轻、控制简单等优点。

2、该实验系统具有布局合理、对环境友好、绿色无污染、可调性好、操作安全方便 等优点，具有良好的应用价值和广阔的应用前景。

附图说明：

图1是试验系统平面布置图

图2是试验系统结构正视图

图3是试验系统结构左视图

图中1.储气罐，2.出风口手动阀门，3.风道加热器，4.减压阀，5.压力传感器 1，6.温度传感器，7.压力传感器2，8.温度传感器2,9.空压机，10.流量传感器，11.涡旋膨 胀机，12.扭矩传感器，13.发电机。

具体实施方式：

工质加热部分主要由空压机9、储气罐1、出风口手动阀门2、风道加热器3组成，储 气罐为高压储罐，用于存储压缩空气，以及为系统提供高压气体。加热器为防爆空气加热 器，使气体加热均匀，提高热交换效率并能调节和控制进入系统的气体温度。

工质做功部分主要由涡旋膨胀机11、扭矩传感器12和发电机13等组成，涡旋膨胀 机包括静涡盘与动涡盘，通过气体驱动动涡盘做功，实现压缩势能向机械能的转变。发电机 为高速发电机，实现机械能向电能的转换。

管路及其他传感器主要包括管路、减压阀4、压力传感器5,7、温度传感器6,8及流 量传感器10。

空气经空压机9压缩后进入储气罐1，出风口手动阀门2开启后储气罐1中的气体进 入加热器3，经加热处理温度升高；经过减压阀4，通过减压阀4调节涡旋膨胀机的进气压力 及流量，以保证气体流量和压力的稳定；接着压力传感器5、温度传感器6、流量传感器10分 别测量涡旋膨胀机的进气口气体的压力、温度、流量变化；最后高温压缩空气进入涡旋膨胀 机11，驱动膨胀机11的动涡盘绕静涡盘做圆周运动，实现压缩气体能向机械能的转换，膨胀 机的动涡盘转轴通过联轴器与发电机13输入轴相连，从而带动发电机13输入轴转动，实现 机械能到电能的转换。涡旋膨胀机与发电机之间装有转矩转速传感器12，测量并输出膨胀 机的转速和转矩。同时涡旋膨胀机出气口连接压力传感器7和温度传感器8测量出气口气体 压力及温度变化；最后结合理论分析得出涡旋压缩机的回收效率。实验中控制加热器温度 3，调节减压阀4的进气压力，改变涡旋膨胀机的进气口参数能得到不同的回收效率，从而达 到测试涡旋膨胀机实验性能的目的。