螺桿膨脹動力機技術及在低溫余熱發電中的應用

1引言

余熱在工業生產和日常生活中普遍存在，化工、冶金、建材和電力等行業產生的余熱種類繁多，含熱資源量大面廣，但同時大量余熱卻被浪費。余熱回收利用是工業節能迫在眉睫的關鍵技術之一，尤其是低溫余熱發電技術更具有挑戰性，并得到人們普遍關注。它不但提高了能源利用效率有助于緩解能源問題，而且還減少了生產過程中的環境污染問題，對節能減排具有重要作用。螺桿膨脹動力機技術就是適合于低溫余熱發電的新技術，該技術特點鮮明，具有同類型汽輪發電機不可比擬的優點，同時產生較好的經濟效益，提高企業的能源利用率。

2螺桿膨脹動力機系統

螺桿膨脹動力機屬于回轉容積式膨脹機，兼有活塞膨脹機和透平膨脹機二者之特點，螺桿膨脹動力機能將低品位熱能轉化為高品位機械能或電能。螺桿膨脹動力機是一種全流式動力機，適用于過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水混合物，并且對工質清潔度要求不高。它結構簡單，零部件數量少，幾乎沒有易損件，設備維護方便，因此設備可靠，壽命長。

2.1螺桿膨脹動力機工作原理

雙螺桿膨脹動力機由一對螺桿轉子、缸體、軸承、同步齒輪、密封組件以及連軸節等組成，氣缸呈兩圓相交的“∞”字形，兩根按一定傳動比反向旋轉相互嚙合螺旋形陰、陽轉子平行置于氣缸中。螺桿膨脹機運

轉過程從吸氣過程開始，氣體在封閉的齒間容積中膨脹做功，最后移至排氣過程。陰、陽螺桿和氣缸之間形成呈“V”字形的齒間容積，其大小隨轉子轉動而變化。圖1為螺桿膨脹動力機發電系統示意圖。

螺桿膨脹動力機工作過程是由吸氣過程、膨脹過程和排氣過程三個過程組成。吸氣過程：高壓氣體由吸氣孔口進入由陰、陽螺桿和氣缸之間形成的“V”字形齒間容積，推動陰、陽螺桿反向旋轉；而齒間容積不斷擴大，當后面一齒切斷進氣孔口時，吸氣過程結束。膨脹過程：在吸氣過程結束后，齒間容積充滿高壓氣體，在壓力差作用下形成一定轉矩，陰、陽螺桿轉子反向旋轉，于是齒間容積不斷擴大，氣體膨脹，螺桿轉子旋轉對外做功；當齒間容積達最大值時，膨脹過程結束。排氣過程：當膨脹過程結束時，齒間容積與排氣孔口接通，將膨脹后的氣體向排氣孔口推趕，氣體經排氣孔口排出，直到齒間

螺桿膨脹動力機技術

及在低溫余熱發電中的應用

上海交通大學機械與動力工程學院余岳峰

江西華電電力有限責任公司胡達鄧金云陳亮樂黃云鄧志強

圖1螺桿膨脹動力機發電系統