新型太阳能发电机油气分离装置系统研发

摘要

为了适应经济全球化大趋势,发展适合我国国情的太阳能热发电技术是十分必要的,客观上也需要水利发电、风力发电和太阳能热发电等可再生新能源技术并重、协调发展。从发达国家太阳能发电技术的发展势头来看,太阳能热发电技术将成为可再生能源发电技术的一个新的关注点,而且这种发电系统也很适合发展中国家的经济水平。发展太阳能热发电技术能够带来良好的经济、社会和环境效益;将减少温室气体的排放;增加具有高技术水平的工作机会,成为新兴能源的经济生长点;有利于促进低碳经济发展,实现可持续发展,顺应经济迅速发展以及生态环保的大趋势,社会对能源消耗的增加和环境问题的关注,使得太阳能热发电迎来了新的机遇和挑战。
　　 本论文为研发“油气分离与增压装置”,该装置系统是碟式太阳能发电系统的一个重要组成部分。要求本装置过滤、回收碟式太阳能发电系统工作过程中所泄漏的含有油雾的氢气,泄漏气体回收压缩机前端压力为4MPa,后端压力为20MPa。装置布局空间狭小,能源消耗小,滤净率高,技术难度大。本论文进行了以下研究:
　　 (1)根据碟式太阳能发电系统的要求,制定了“油气分离与增压装置”系统方案,该方案有针对性的解决了要求压缩比高、泄漏量低、滤净率高和布局空间狭小等技术难点。
　　 (2)工作介质为高纯度氢气,活塞环工作在无油润滑的恶劣环境中,在回收压缩机设计中,运用高温塑料复合材料活塞环替代传统的聚四氟乙烯塑料,从而解决了活塞环磨损大、寿命低的问题。
　　 (3)针对含油雾的含油量大,氢气压力高,设计和采用了玻璃纤维滤芯,解决了要求高滤净率、耐高压、流阻小、使用寿命长和体积小等问题。
　　 (4)在进排气装置中,活塞吸排气频率高,进排气压差大,采用UHB20C材料设计了单臂进排气薄阀片,解决了要求阀片密封好、尺寸小、耐高温、耐腐蚀、反应快跟随性好、耐冲击和疲劳和使用寿命长等问题。
　　 (5)在活塞杆中部设计了滑动油膜密封组件,解决了活塞杆在高速往复运动时杆身处的密封性能问题,同时解决了润滑油消除其高压性以利于回收问题。
　　 (6)对方案中所涉及的系统部件进行了大量的计算、设计和校核,并绘制各部件的二维工程图和三维示意图;通过三维软件进行装配仿真,检查干涉碰撞检查;用有限元分析软件对有关部件进行应力应变分析。

目录

文摘

英文文摘

1 综述

1.1 前言

1.2 太阳能发电现状

1.2.1 国内现状

1.2.2 国外现状

1.3 气体过滤技术

1.4 课题来源及意义

1.5 本章小结

2 研究内容

2.1 系统要求与功能

2.1.1 设计条件及技术要求

2.1.2 系统组成及功能

2.2 研究方案

2.2.1 技术难点分析

2.2.2 创新之处

2.3 本章小结

3 气体压缩装置部分

3.1 工作原理

3.2 压缩机的工艺设计

3.2.1 压缩机选型

3.2.2 压缩机总体设计

3.3 热力计算

3.3.1 基本概念

3.3.2 排气量及其影响因素

3.4 压缩机的功率和效率

3.4.1 活塞力计算

3.4.2 排气温度

3.4.3 计算轴功率

3.5 动力计算

3.5.1 曲轴连杆机构几何关系

3.5.2 曲轴连杆机构的运动关系

3.5.3 压缩机作用力计算

3.5.4 主要构件受力分析

3.6 压缩机基本部件设计

3.6.1 往复式压缩机的主要结构及主要部件

3.6.2 活塞与活塞环

3.6.3 连杆

3.6.4 气缸

3.7 压缩机相关结构设计

3.7.1 滑动密封组件

3.7.2 进排气和冷却水道

3.7.3 活塞与活塞杆

3.7.4 十字头、销轴和连杆小头

3.8 本章小结

4 油气分离装置部分

4.1 工作原理

4.1.1 气道

4.1.2 油道

4.2 滤芯

4.3 单向阀

4.4 电磁阀

4.5 油气分离块和气道分布

4.6 本章小结

5 气体压缩装置运动仿真分析

5.1 利用PRO/E进行仿真的设计过程

5.2 三维实体模型的建立与虚拟装配

5.3 仿真设计

5.4 运动仿真结果

5.4.1 干涉检查和动画制作

5.4.2 创建连杆包络

5.4.3 测量结果

5.5 本章小结

6 系统部件有限元分析

6.1 ANSYS有限元分析

6.2 油气分离块有限元分析

6.3 分析结果

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录A:系统总装配图

附录B:油气分离块结构图

附录C:增压装置壳体图

攻读学位期间发表的学术论文目录