低溫雙循環(huán)螺桿機(jī)組發(fā)電量與轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩的關(guān)系

張于峰，古廣磊，賀中祿，姚 勝

低溫雙循環(huán)螺桿機(jī)組發(fā)電量與轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩的關(guān)系

張于峰，古廣磊，賀中祿，姚 勝

(天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072)

為了探究低溫發(fā)電系統(tǒng)的最佳轉(zhuǎn)速，以及初始耗功量對(duì)整個(gè)系統(tǒng)輸出功的影響問(wèn)題，提出了基于測(cè)量扭矩的方法來(lái)達(dá)到解決上述問(wèn)題的目的．通過(guò)對(duì)系統(tǒng)在不同溫度工況下的實(shí)驗(yàn)研究，揭示了初始扭矩與轉(zhuǎn)速之間的內(nèi)在關(guān)系，進(jìn)一步得到初始耗功量占系統(tǒng)總輸出功的比重．結(jié)果表明：不同工況下，確實(shí)存在最佳轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速下螺桿機(jī)對(duì)外輸出功最大；初始耗功量在低溫區(qū)對(duì)系統(tǒng)輸出功影響很大，隨著熱源溫度的增加初始耗功量占最大輸出功的比值趨于33%．

螺桿膨脹機(jī)；扭矩；初始耗功量；最佳轉(zhuǎn)速

隨著世界能源危機(jī)的一次次爆發(fā)，再加上現(xiàn)階段大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中存在大量的余熱資源，低溫發(fā)電技術(shù)逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)．在對(duì)于低溫發(fā)電技術(shù)的研究過(guò)程中，一部分國(guó)內(nèi)外學(xué)者從循環(huán)工質(zhì)的角度對(duì)低溫發(fā)電進(jìn)行理論研究，探究哪種循環(huán)工質(zhì)更適合低溫發(fā)電系統(tǒng)，以及各工質(zhì)在熱力循環(huán)過(guò)程的熱力特性．早在1924年就有人開始采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)二苯醚作為工質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)(organic Rankine cycle，ORC)[1]．Liu等[2]研究了循環(huán)工質(zhì)對(duì)ORC系統(tǒng)性能的影響，結(jié)果表明蒸發(fā)潛熱較大的濕流體不適合用作ORC系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)，而等熵流體更為合適．另一部分學(xué)者則是基于現(xiàn)階段的低溫發(fā)電技術(shù)，通過(guò)研究影響低溫發(fā)電的因素來(lái)完善低溫發(fā)電技術(shù)．在眾多影響因素中，主要以系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、膨脹比和干度為主要影響因素．Huicochea等[3]和Austin等[4]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有機(jī)工質(zhì)干度約為10%時(shí)，全流膨脹發(fā)電的效率最高．除此之外，低溫發(fā)電技術(shù)在新能源技術(shù)方面也開始嶄露頭角，如利用太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能和海洋溫差能發(fā)電開始成為國(guó)內(nèi)外研究的新領(lǐng)域．

我國(guó)是能源生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)，電力、冶金、建材和化工等行業(yè)存在巨大的余熱發(fā)電潛力，但能源利用率不高且梯級(jí)利用不充分，在工業(yè)生產(chǎn)中至少50%熱量以各種形式的余熱被直接排到大氣中[5]．通過(guò)回收生產(chǎn)工藝過(guò)程中的余熱，利用低溫余熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電，不僅有效節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，而且還能減少污染物的排放，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)，符合我國(guó)“節(jié)能減排”的政策[6]．為了能回收這部分余熱，各種節(jié)能新技術(shù)新設(shè)備紛呈涌現(xiàn)出來(lái)．最終有機(jī)工質(zhì)雙循環(huán)螺桿膨脹機(jī)余熱回收發(fā)電技術(shù)吸引了眾多研究者的眼球，成為研究的重點(diǎn)．

目前大部分研究人員在實(shí)驗(yàn)中都是把余熱發(fā)電并網(wǎng)或通過(guò)一些簡(jiǎn)單的負(fù)載裝置消耗掉．但是在哪種轉(zhuǎn)速下并網(wǎng)最佳，是否存在某一最佳轉(zhuǎn)速使得螺桿機(jī)輸出功率最大以及并網(wǎng)前膨脹機(jī)自身所消耗的初始功量的多少和這部分初始功占并網(wǎng)時(shí)發(fā)電量的比例等卻無(wú)人探究，但它直接關(guān)系到低溫發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率和并網(wǎng)發(fā)電的科學(xué)性．筆者在實(shí)驗(yàn)中用一套測(cè)量扭矩的設(shè)備替換原有的發(fā)電和并網(wǎng)裝置，利用測(cè)量扭矩的方法來(lái)達(dá)到解決上述問(wèn)題的目的，使得整個(gè)系統(tǒng)的自控裝置得到了提高．

1 利用扭矩法測(cè)量低溫發(fā)電系統(tǒng)的原理及組成

基于朗肯循環(huán)的有機(jī)工質(zhì)低溫發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是利用有機(jī)工質(zhì)低沸點(diǎn)蒸發(fā)的熱物理性質(zhì)，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器與低溫?zé)嵩磽Q熱，生成的飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽推動(dòng)螺桿式膨脹機(jī)做功，將低品位的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的能，通過(guò)測(cè)量扭矩方法把這部分機(jī)械能以扭矩值方式實(shí)施采集．膨脹之后的低壓蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝為飽和液體，經(jīng)工質(zhì)循環(huán)泵加壓進(jìn)入蒸發(fā)器完成循環(huán)[7]，流程如圖1所示．

圖1 低溫有機(jī)工質(zhì)雙循環(huán)發(fā)電流程Fig.1 Process flow diagram of low-temperature organic fluid double circulation power generation

實(shí)驗(yàn)中使用電渦流制動(dòng)器來(lái)取代發(fā)電機(jī)，繼而通過(guò)測(cè)量扭矩?cái)?shù)值來(lái)分析系統(tǒng)熱-功轉(zhuǎn)化的內(nèi)在機(jī)理，優(yōu)點(diǎn)如下．

(1) 節(jié)省了原有的發(fā)電機(jī)及其電力上網(wǎng)設(shè)備，方便了實(shí)驗(yàn)工作，同時(shí)加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的安全性；可直接測(cè)量出熱-功轉(zhuǎn)化量，進(jìn)一步深化了系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率的研究?jī)?nèi)容，揭示出真正的轉(zhuǎn)化關(guān)系．

(2) 測(cè)量得到初始扭矩和發(fā)電量之間的比例關(guān)系，由此可以分析出機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題；可通過(guò)測(cè)量分析出螺桿機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電量之間的作用關(guān)系，由此得到最佳運(yùn)行轉(zhuǎn)速值．

此外本實(shí)驗(yàn)為了克服前期實(shí)驗(yàn)中管道離心泵作為工質(zhì)泵的問(wèn)題，首次使用齒輪泵作為該系統(tǒng)的工質(zhì)泵．齒輪泵在保證流量和揚(yáng)程的情況下，耗電量少，不僅是對(duì)前期工質(zhì)泵的一種優(yōu)化，而且減少了整個(gè)系統(tǒng)能耗，使得系統(tǒng)整體效率提高．

2 扭矩測(cè)量的基本原理及方法

2.1 扭矩測(cè)量的基本原理

根據(jù)應(yīng)變電測(cè)量原理測(cè)量傳感器扭矩?cái)?shù)值，當(dāng)應(yīng)變軸受扭力影響產(chǎn)生微小變形后，黏貼在應(yīng)變軸上的應(yīng)變計(jì)阻值發(fā)生相應(yīng)的變化．這里將具有相同應(yīng)變特性的應(yīng)變計(jì)組成測(cè)量電橋，應(yīng)變電阻的變化即可轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)進(jìn)行測(cè)量．扭矩測(cè)量的主要原理[8]如圖2所示，由于采用了能源與信號(hào)的無(wú)接觸耦合，解決了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下扭矩?cái)?shù)值的測(cè)量問(wèn)題．

圖2 應(yīng)變式扭矩測(cè)量法工作原理Fig.2 Working principle of strain type torque measurement

2.2 扭矩的測(cè)量方法

扭矩的測(cè)量方法有3種：平衡力法、能量轉(zhuǎn)換法、傳遞法．按照不同的物理參數(shù)，可將傳遞法進(jìn)一步劃分為磁彈性式、應(yīng)變式、光電式、磁電式、光纖式、無(wú)線聲表面波式、磁敏式、激光多普勒式、軟測(cè)量式、激光衍射式等多種扭矩測(cè)量方法[9]．

本實(shí)驗(yàn)采用的是傳遞法中的應(yīng)變式測(cè)量扭矩的方法：扭矩會(huì)使傳動(dòng)軸產(chǎn)生一定的應(yīng)變，這種應(yīng)變與扭矩的大小存在比例關(guān)系，因此可以通過(guò)電阻應(yīng)變片來(lái)檢測(cè)相應(yīng)扭矩的大?。ㄟ^(guò)這種方法不僅有效測(cè)試出扭矩，還可以同時(shí)監(jiān)視螺桿機(jī)進(jìn)出口壓力、工質(zhì)流量和溫度，是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)為一體的測(cè)量方法[9]．

2.3 測(cè)量系統(tǒng)裝備的特性

本實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)主要依據(jù)的是扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x和電渦流制動(dòng)器，扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x、電渦流制動(dòng)器和膨脹機(jī)通過(guò)同軸聯(lián)軸器相連．其中扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x是主要輸出設(shè)備，主要負(fù)責(zé)采集系統(tǒng)各個(gè)溫度工況下的轉(zhuǎn)速值和所對(duì)應(yīng)的扭矩值．而電渦流制動(dòng)器利用渦流損耗的原理充當(dāng)負(fù)載裝置，即給予某一電流值便可提供穩(wěn)定的扭矩值，使得僅通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流便可控制負(fù)載裝備(電渦流制動(dòng)器)的負(fù)載大小. 這套測(cè)試系統(tǒng)具有以下特性．

(1) 扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x通過(guò)傳感器與數(shù)字顯示器和計(jì)算機(jī)相連，并且可將采集的扭矩和轉(zhuǎn)速值實(shí)時(shí)同步到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)可根據(jù)采集的數(shù)據(jù)畫出曲線．

(2) 本套測(cè)試系統(tǒng)的整機(jī)靈敏度高，負(fù)載扭矩穩(wěn)定性和測(cè)試重復(fù)性好．

(3) 僅通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流便可控制負(fù)載裝備(電渦流制動(dòng)器)的負(fù)載大小，即給予電渦流制動(dòng)器某一電流值，電渦流制動(dòng)器便可長(zhǎng)時(shí)間維持穩(wěn)定的扭矩值，使得扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x測(cè)量的數(shù)據(jù)更具說(shuō)服力．

(4) 對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的軟件操作，簡(jiǎn)單易學(xué)，并且目前可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試相結(jié)合的測(cè)量方法．

(5) 對(duì)于電渦流制動(dòng)器和扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，量程均為3,000,r/min，完全滿足現(xiàn)階段的轉(zhuǎn)速測(cè)量要求.

3 扭矩與功率的理論分析

扭矩與功率的理論公式為

式中：P為輸出功率，kW；T為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的扭矩，(N·m)；n為轉(zhuǎn)速，r/min．

由式(1)可知，輸出功率、扭矩和轉(zhuǎn)速存在一定的關(guān)系，而螺桿式膨脹機(jī)就是通過(guò)氣體膨脹做功，產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速，并以輸出扭矩的形式實(shí)現(xiàn)膨脹功到有用功的轉(zhuǎn)化．

4 扭矩法在低溫發(fā)電實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

4.1 新型發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的對(duì)比與分析

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用電加熱罐和燃油鍋爐來(lái)提供低溫?zé)崴鳛榭衫玫挠酂釤嵩矗娂訜峁拮畲鬅峁β蕿?0,kW，當(dāng)這部分熱量不能滿足實(shí)驗(yàn)需要時(shí)，開啟燃油鍋爐，輔助其繼續(xù)實(shí)驗(yàn)．本實(shí)驗(yàn)也是首次嘗試了在較低熱源溫度(≤60,℃)下實(shí)現(xiàn)低溫發(fā)電，這是環(huán)境冷卻條件下國(guó)內(nèi)外最低的發(fā)電溫度，完善了低溫發(fā)電在熱源溫度50～60,℃之間的理論研究，為以后低溫發(fā)電技術(shù)在更低的熱源溫度下發(fā)電提供了一定的理論依據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)．冷源采用的是冷卻塔．傳統(tǒng)的低溫發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，都是由螺桿機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，發(fā)出的電通過(guò)電柜控制實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，或通過(guò)簡(jiǎn)單的負(fù)載給消耗掉(如燈泡、水箱等)，如圖3所示.

圖3 傳統(tǒng)的低溫發(fā)電系統(tǒng)示意Fig.3 Schematic diagram of traditional low temperature power generation system

這種方法無(wú)法得知并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的最佳值和轉(zhuǎn)速變化對(duì)應(yīng)的發(fā)電量最佳值，以及并網(wǎng)前螺桿機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)所消耗的初始功，故在并網(wǎng)時(shí)存在一定的盲目性，缺乏一定的理論依據(jù)．針對(duì)這一現(xiàn)狀，本實(shí)驗(yàn)使用一套扭矩測(cè)量裝置取代原來(lái)的發(fā)電機(jī)以獲取上述諸多內(nèi)因數(shù)據(jù)，得出科學(xué)的分析數(shù)據(jù)，新型的低溫發(fā)電系統(tǒng)見圖4．

圖4 新型的低溫發(fā)電系統(tǒng)Fig.4 Schematic diagram of new-type low temperature power generation system

改造后的新型系統(tǒng)不追求高發(fā)電量或高的螺桿機(jī)內(nèi)效率，而是利用一種新的方法去探究傳統(tǒng)系統(tǒng)所不能解決或探究的問(wèn)題，為今后的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)和其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供可以參考的數(shù)據(jù)．同時(shí)該新型系統(tǒng)采用全自動(dòng)采集數(shù)據(jù)模式，使得數(shù)據(jù)在采集方面的實(shí)效性較傳統(tǒng)系統(tǒng)大大提高，這也為下一步的數(shù)據(jù)分析提供了可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源．

4.2 不同工況下的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)量范圍從熱源溫度50,℃開始，每5,℃為一實(shí)驗(yàn)工況，直到熱源溫度達(dá)到85,℃為止．每一工況下通過(guò)對(duì)負(fù)載(電渦流制動(dòng)器)的控制，來(lái)獲得不同轉(zhuǎn)速下螺桿機(jī)輸出的扭矩值以及相應(yīng)的初始扭矩值．表1～表3為不同工況下的數(shù)據(jù)值，本實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)類別較多，這里只摘錄了部分?jǐn)?shù)據(jù) ．

從表中可以看出，不同溫度工況下所對(duì)應(yīng)的螺桿機(jī)的初始扭矩(負(fù)載電流為0時(shí)對(duì)應(yīng)的扭矩值)不同，并且其扭矩值隨著轉(zhuǎn)速的降低逐漸遞增．同時(shí)，每個(gè)溫度工況下都存在一個(gè)最佳轉(zhuǎn)速，使得其所對(duì)應(yīng)的螺桿機(jī)輸出功率最大．表中的初始扭矩值用傳統(tǒng)方法無(wú)法測(cè)出，但是在實(shí)際螺桿機(jī)發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中，除了螺桿機(jī)自身的不可逆損失以外，螺桿機(jī)自身轉(zhuǎn)動(dòng)所消耗的這部分初始功確實(shí)存在．并且從表中還可以看出，隨著熱源溫度的提高，該最佳轉(zhuǎn)速逐漸增加．

表1 工況1：熱源溫度在50.5～51.3,℃之間Tab.1 Condition 1：Heat source temperature from 50.5,℃ to 51.3,℃

表2 工況4：熱源溫度在65.6～66.3,℃之間Tab.2 Condition 4：Heat source temperature from 65.6,℃ to 66.3,℃

表3 工況5：熱源溫度在70.6～71.1℃之間Tab.3 Condition 5：Heat source temperature from 70.6,℃ to 71.1,℃

5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

5.1 不同溫度工況下的初始扭矩

從表1到表3可以看出，隨著熱源溫度的增加，螺桿機(jī)在0負(fù)載(電渦流制動(dòng)器供電電流為0)的情況下所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速逐漸增加，但不易看出其所對(duì)應(yīng)的初始扭矩變化，故取不同熱源溫度和0負(fù)載條件下的初始扭矩，結(jié)果如圖5所示．

圖5 初始扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系Fig.5 Relationship between initial torque and speed

從圖5可以看出，初始扭矩隨著轉(zhuǎn)速的增加先減少后遞增，說(shuō)明隨著轉(zhuǎn)速的增加，螺桿機(jī)克服自身轉(zhuǎn)動(dòng)所消耗的功也是先減少后逐漸增加．但是僅從絕對(duì)量值無(wú)法反映出這部分功對(duì)螺桿機(jī)總輸出功的影響，為了更加直觀地反映出這部分損失的功占螺桿機(jī)總輸出功的多少，圖6給出了這一關(guān)系，由于熱源溫度在每組實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)少許波動(dòng)，為了方便做圖，取其平均值．

圖6 初始耗功量占同一工況下最大輸出功的比例與熱源溫度的關(guān)系Fig.6 Relationship between initial power consumption in the proportion of maximum output power and heat source temperature under the same condition

從圖6可以看出，在低溫條件下，初始耗功量占據(jù)了一半以上的比例，隨著熱源溫度的增加，初始耗功量所占的比例先是急劇下降，然后在熱源溫度60,℃到75,℃趨于一穩(wěn)定值(約33%)，但是繼續(xù)增加熱源溫度，初始耗功量所占的比例再次出現(xiàn)下降趨勢(shì)，由于實(shí)驗(yàn)的熱源溫度有限，后面的趨勢(shì)暫時(shí)無(wú)法確定．但是從熱源溫度50,℃到82,℃范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，螺桿機(jī)在低溫區(qū)發(fā)電是極為不利的，其所產(chǎn)生的有用功大部分被自己消耗掉，但是隨著熱源溫度的升高，初始耗功量所占比例逐漸減少，即螺桿機(jī)對(duì)外輸出功逐漸增大．由此可以得出，初始耗功量在低溫區(qū)域內(nèi)對(duì)螺桿機(jī)發(fā)電系統(tǒng)影響很大，幾乎是螺桿機(jī)自產(chǎn)自消，但是隨著熱源溫度的增加，其影響逐漸減小.

5.2 不同溫度工況下的最佳轉(zhuǎn)速

由式(1)可知，扭矩與轉(zhuǎn)速和熱源溫度的關(guān)系可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣β逝c轉(zhuǎn)速和熱源溫度的關(guān)系．以其中一個(gè)工況的數(shù)據(jù)為例，結(jié)果如表3所示．

從表3可以看出，扭矩隨著轉(zhuǎn)速的減少逐漸遞增，但是功率隨著轉(zhuǎn)速的遞減會(huì)出現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，其趨勢(shì)如圖7所示．

圖7 功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系Fig.7 Relationship between power and speed

同理可知其他工況也存在相同的規(guī)律(由于規(guī)律性基本相同，此處不再一一羅列)，這就有力證明了：每個(gè)工況都存在一個(gè)最佳轉(zhuǎn)速，在該轉(zhuǎn)速下所產(chǎn)生的有用功率為極大值，并且這個(gè)最佳轉(zhuǎn)速會(huì)隨著熱源溫度的上升也逐漸增加，如圖8所示．

由此可以得出：每個(gè)工況所對(duì)應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速是不同的，如果每個(gè)工況都按照某一個(gè)特定的轉(zhuǎn)速去并網(wǎng)，這必然導(dǎo)致螺桿機(jī)的效率降低．說(shuō)明在不同熱源溫度工況下，盡力去選擇接近最佳轉(zhuǎn)速值并網(wǎng)，才能實(shí)現(xiàn)螺桿機(jī)輸出的功率最大，發(fā)揮出螺桿機(jī)的最大潛力．同時(shí)，這也為以后的并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)提供了可以參考的數(shù)據(jù)，避免了并網(wǎng)的盲目性．

圖8 不同熱源溫度下的最佳轉(zhuǎn)速Fig.8Optimal speed at different heat source temperatures

6 結(jié) 論

(1) 不同熱源溫度下的初始扭矩是不一樣的，并呈現(xiàn)出先減速后遞增的趨勢(shì)，但其遞增的趨勢(shì)不強(qiáng)．

(2) 初始耗功量在不同熱源溫度所對(duì)應(yīng)的螺桿機(jī)最大輸出功中所占的比例是不一樣的，該比例值在低溫?zé)嵩聪螺^大，隨著熱源溫度的上升，其比例值逐漸減少，并趨于一定值33%．所以這也是低溫發(fā)電系統(tǒng)在較低熱源溫度下發(fā)電效率低的根本原因．

(3) 在同一熱源溫度下，功率隨著轉(zhuǎn)速的減少會(huì)呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，并且存在一極大值，使得該轉(zhuǎn)速下所對(duì)應(yīng)的功率值為最大值．即不同熱源溫度下，存在不同的最佳轉(zhuǎn)速，只有在最佳轉(zhuǎn)速下才能提升低溫發(fā)電系統(tǒng)的效率．

(4) 不同熱源溫度下的最佳轉(zhuǎn)速會(huì)隨著熱源溫度的增加而遞增，該趨勢(shì)是否會(huì)一直延續(xù)下去，由于本實(shí)驗(yàn)涉及轉(zhuǎn)速范圍有限，暫不能確定．

［1］ 顧 偉，翁一武，曹廣益，等. 低溫?zé)崮馨l(fā)電的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 熱能動(dòng)力工程，2007，22(2)：115-119.

Gu Wei，Weng Yiwu，Cao Guangyi，et al. Research status and development trend of low temperature geothermal power[J]. Engineering for Thermal Energy and Power，2007，22(2)：115-119(in Chinese).

［2］ Liu B T，Chen K H，Wang C C. Effect of working fluids on organic Rankine cycle for waste heat recovery [J]. Energy，2004，29(8)：1207-1217.

［3］ Huicochea A，Rivera W，Gutierrez U. Thermodynamic analysis of a tri-generation system consisting of a micro gas turbine and a double effect absorption chiller[J]. Applied Thermal Engineering，2001，31(16)：3347-3353.

［4］ Austin A L，Higgins G H，Howard J H. The Total Flow Concept for Recovery of Energy from Geothermal Hot Brine-Deposits[EB/OL]. http：//www.osti.gov/bridge/ servlets/purl/4490523-LBqYX0/4490523.pdf，1973-04-03.

［5］ 李 艷，連紅奎，顧春偉. 有機(jī)郎肯循環(huán)系統(tǒng)及其透平設(shè)計(jì)研究[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào)，2012，31(12)：2014-2018.

Li Yan，Lian Hongkui，Gu Chunwei. Design and study of organic Rankine cycle(ORC)and turbine for ORC [J]. Journal of Engineering Thermophysics，2012，31(12)：2014-2018(in Chinese).

［6］ 湯元強(qiáng)，余岳峰. 低溫余熱雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J]. 動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2012，32(6)：487-493.

Tang Yuanqiang，Yu Yuefeng. Design and optimization of the low-temperature waste-heat dual-cycle power generation system[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering，2012，32(6)：487-493(in Chinese).

［7］ 李 虎，張于峰，李鑫剛，等. 低溫發(fā)電系統(tǒng)在精餾工藝中的節(jié)能技術(shù)[J]. 化工進(jìn)展，2013，32(5)：1187-1193.

Li Hu，Zhang Yufeng，Li Xingang，et al. Energysaving technology research of low-temperature cogeneration system in rectifying process[J]. Chemical Industry and Engineering Progress，2013，32(5)：1187-1193(in Chinese).

［8］ 王 巖，儲(chǔ)江偉. 扭矩測(cè)量方法現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2010，38(11)：14-18.

Wang Yan，Chu Jiangwei. Current status and development trend of torque measuring methods[J]. Forestry Machinery and Woodworking Equipment，2010，38(11)：14-18(in Chinese).

［9］ 鄭 爽，歐陽(yáng)斌林，果 莉. 基于電功率測(cè)量法的轉(zhuǎn)矩測(cè)量系統(tǒng)[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，38(4)：536-538.

Zheng Shuang，Ouyang Binlin，Guo Li. Torque survey system based on electric power measurement[J]. Journal of Northeast Agricultural University，2007，38(4)：536-538(in Chinese).

（責(zé)任編輯：田 軍）

Relationship Between Low Temperature Double Circulation Screw Expender Generated Energy and Torque

Zhang Yufeng，Gu Guanglei，He Zhonglu，Yao Sheng
(School of Environmental Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

In order to explore the optimal speed of low temperature power generation system and the effects of initial power consumption on the system output power, a method based on the measurement of torque was designed. Through experimental investigation of the system at different temperatures, the internal relationship between initial torque and speed was revealed，and the proportion of initial power consumption in total output power was obtained. The results show that the optimal speed does exist under different working conditions，which makes the output power of screw expender reach the maximum point；the initial power consumption hasa great influence on system output power in low temperature zone. With the increase of heat source temperature, the proportion of initial power consumption in maximum output power tends to be 33%.

screw expander；torque；initial power consumption；optimal speed

TK11

A

0493-2137(2014)11-0943-06

10.11784/tdxbz201309053

2013-09-16；

2013-12-04．

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2009CB219907)．

張于峰（1954— ），男，博士，教授.

張于峰，yufengfa@tju.edu.cn.

時(shí)間：2014-03-28.

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11784/tdxbz201309053.html.