文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123545
单螺杆发动机在不同转速下的实验研究
何为,吴玉庭*,吉威宁,彭延海,马重芳
(北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室
及传热与能源利用北京市重点实验室,北京 100124)
Tel:010-67391612-8323, E-mail:******@bjut.
摘要:
针对目前现有的往复活塞式气动发动机具有的缺陷,提出了一种新型的采用单螺杆膨胀机作为气动发动机的新技术方案。采用实验室自主研制的螺杆直径为155mm的单螺杆膨胀机,搭建了压缩空气动力系统实验台,对单螺杆发动机在转速3000r/min内,进气压力6~11bar的实验工况下,不同转速下的工作性能进行了研究。通过工况实验研究结果表明,单螺杆膨胀机在高转速下具有较好的动力输出性能、经济性能及较高的工作效率,最大总输出功约为10kW,最高工作效率约58%,最小气耗率约59kg/kW·h。实验上证明了单螺杆膨胀机作为气动发动机具有一定的可行性。
关键词:压缩空气,气动汽车,单螺杆,发动机
0 前言
近年来随着节能环保的呼声高涨,掀起了较大的空气动力汽车研究高潮,并取得了显著的成绩。由于往复活塞式压缩空气发动机可以从成熟的内燃机技术中移植过来,研发周期短,设计和制造容易,因此国际上对气动发动机的研究普遍选用了传统的活塞发动机型式,如法国MDI公司开发了12缸W型的活塞式空气发动机,华盛顿大学将旧五缸直列活塞式发动机进行改装,浙江大学将四冲程汽油型内燃机进行改装,合肥大学对R175柴油机进行了改装等。国际上虽也有对两级偏心叶片式压缩空气发动机和偏心旋转式空气发动机形式进行了探讨,但其研究并未能进一步深入。现行气动发动机在借鉴了活塞式内燃机技术的同时,也避免不了其自身结构所具有的固有缺陷:结构极为复杂,且由于其动力直接来自于物理方法储存的高压空气能量,对气缸的密封性要求高,活塞与汽缸之间的摩擦属于动摩擦,不利于两者之间的密封,在实际应用中,气缸漏气比较严重,造成发动机效率低;往复活塞式压缩空气发动机低速性好,但随着转速的升高,输出扭矩减小、功率减小、耗气量增大、能量利用率下降;往复活塞式压缩空气发动机配气机构和减压控制机构的设计不够完善,输送过程中存在着较大的高压空气能量损失[1~6]。针对目前气动发动机型式单一及活塞式气动发动机具有的各种缺陷,本文提
基金项目:国家自然科学基金资助项目()
出了一种采用单螺杆膨胀机作为气动发动机的新型技术,并对采用这种新型单螺杆气动发动机压缩空气动力系统进行了实验研究。
1单螺杆发动机的优势
单螺杆膨胀机是一种回转容积式动力机,两个星轮在螺杆两侧对称配置,结构简单、体积小且无气阀组件,其结构原理图如图1所示。
图1 单螺杆膨胀机工作原理图
Principle picture of single-screw expander
选用单螺杆膨胀机作为气动汽车发动机,与目前现已开发的活塞式空气发动机相比具有较大的优越性:
(1)具有回转式膨胀机的结构简单、紧凑,单位容积利用率较高,且无需设气阀组件的优点;
(2)由于星轮对称配置,结构合理,具有理想的力平衡性,螺杆不受任何径向或轴向气体力,星轮齿上所受气体力很小