《表2 适用于微型CHP的膨胀机研究概况》

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《基于有机朗肯循环的微型热电联产技术研究现状》

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ORC-CHP关键技术研究主要针对ORC系统，膨胀机是ORC发电装置的核心设备，直接影响发电效率和经济性。Lemort和Legros[4]比较了容积式膨胀机，指出膨胀机的选择必须与ORC系统性能、容量、运行条件和工质的选择并行进行。吴玉庭等[6]基于单螺杆膨胀机的分布式太阳能热电联产系统，指出容积式膨胀机转速低、压比高、流量低更适合微型热电联产系统。Qiu等[7]综合考虑了系统工作温度与压力、工质泄漏、运行安全、运行效率及成本等因素，对透平膨胀机、螺杆膨胀机、涡旋膨胀机、活塞膨胀机和叶片膨胀机等不同类型膨胀机用于微型热电联产系统进行对比研究。分析指出:涡旋膨胀机和叶片膨胀机适用于1～10kW的系统，旋转叶片膨胀机适用于更小功率的系统，小功率的螺杆膨胀机和透平因为成本和效率问题还在研究中。此外，基于生物燃料的微型ORC-CHP系统，测试了由叶片式空气马达改造而成的膨胀机性能，膨胀机效率可达50%以上。Bracco等[8]研究了微型涡旋膨胀机的膨胀比对发电效率影响，发现存在1个最佳膨胀比使得膨胀机等熵效率达到最大值；并指出当蒸发温度不变时，膨胀机转速随膨胀比增大基本成线性下降。Kolasiński等[9]研究微型联产系统中的多叶片膨胀机内部流动特性及其几何参数对做功性能影响，指出增加叶片的数量可有效减少内部泄漏、压差和摩擦，发展多叶式膨胀机是容积式膨胀机中一个很有前景的替代方案，适用于家用ORC-CHP系统。Klonowicz等[10]对不同工质在不同膨胀机转速下的效率和入射尺寸进行了研究，指出优化设计尺寸和速度比可以找到最小损失点，气体轴承（如箔轴承）或陶瓷轴承可以满足微型膨胀机高速运转要求。顾伟[11]研制了输出功率为1kW的ORC实验装置，总结了可用于低品位能源的膨胀机的特点，并对膨胀机过膨胀与欠膨胀、泄漏问题引起的不可逆损失问题进行分析。Vignesh等[12]以正己烷为循环工质，径向透平为热功转换部件，开展了有机朗肯循环实验研究。热源从120～190℃时，系统的热效率最高为5.57%，功率为1.75kW。实验结果表明，径向透平可用于微型低温余热回收系统。不同类型膨胀机的选用要求及性能如表2所示。