文摘

制造原型的直接驱动汽轮机使用本地可用的材料提供了一种方法为离网供电和过程热的地区,不容易由于崎岖的地形。太阳能技术的使用提供清洁能源和热量会减轻环境污染和全球变暖是由于燃烧化石燃料和其他碳基能源。化石燃料的能量密度高于nonconcentrated太阳能,这使得他们一个更好的选择比nonconcentrated太阳能电源。蒸汽热力涡轮机的高成本和有限的技术利用当地材料对汽轮机建筑阻碍了潜在的实现生产小型和大型的力量在非洲。单级叶轮的设计系统太阳能热汽轮机使用AutoCAD 2010。叶片是由封装稻壳颗粒板,和蒸汽套管是由0.0015黑色镀锌铁皮。赔偿更多的阶段是由发送液体从涡轮机退出到加热的太阳能收集器。这是耦合的单相发电机和齿轮箱。转子是镀锌管做的。涡轮机的平均效率得到61.6%和平均等熵效率为55.3%。 The combined gearbox and generator approximate efficiency was 54.7%. Locally available heat transfer fluids were used for solar thermal collection. The prototype turbine was designed to produce 500 W of power. It had a heat rate ratio of 0.08. The turbine inlet conditions were as follows: average temperature of 112.8°C, average pressure of 2.7 × 10⁵纳米⁻²3156焦每千克,平均焓,243.3公斤/小时的平均蒸汽流量。出口条件如下:出口平均温度97.3°C,平均蒸汽流量的102.0公斤/小时,平均1.20×10的压力⁵纳米⁻²,2103焦每千克焓。使用6 M氯化钠溶液,涡轮进气条件如下:焓的3789.1 kJ /公斤3.0×10的压力⁵纳米⁻²及其在出口焓是2346.3 kJ /公斤1.05×10的压力⁵米⁻²提供过程热电离网区域。

1。介绍

不利的气候变化和环境污染国际利益的关键问题,由于产品的燃烧化石能源发电资源和经验材料,导致全球变暖以及污染。可再生能源技术的解决方案在缓解环境污染和气候变化,因为它们是减轻污染和气候变化意义重大的危机。

由于工业化协同努力,特别是发展中国家,世界上对电力的需求,事实上,是压倒性的。不断增加的能源需求,经过多年的努力,使可再生能源技术的发展是必要的,而不是一个选择,这的确一直在推动对消耗的化石燃料。目前,可再生能源占全球能源消费的18.2%,而剩余的79.5%是来自石油、天然气和煤炭和核能产生2.2% (1]。具体地说,与典型的之后,相比,太阳能发电厂采用ptc很认可和技术是有前途的2]。氧化碳等温室气体(IV)和碳(II)氧化过程中产生燃烧的材料增加全球温度,使聚光太阳能发电的发展和模式变化与传统的矿物燃料,可再生能源的必要性。除了燃烧,杰克逊et al。3)发现,燃烧化石燃料和水泥制造释放大约90%的碳氧化(IV)人类活动的排放。脱碳通过太阳能被预测为唯一的主要方法应对气候变化造成的环境和经济挑战[4]。能源需求增加而增加的世界人口,如今,可再生能源技术可以提供过程热除了提供力量。增强对清洁能源的需求和脱碳进一步加剧了能源安全问题5]。经济、环境和安全因素被认为是决定能源利用的类型生产电力和热过程,考虑到政策的各种需求的方向,这取决于一个国家有优先制造行业和产品加工。根据Kalogirou [6),在替代能源、太阳能投资需要划分优先级,即使安装的初始成本较高。经济可行性,确定太阳能系统提供电力的成本远低于传统的能源来自化石燃料和生物质除了提供太阳能不排放污染物是由后者。在普通情况下,碳基能源如煤炭是首选和更有吸引力,而nonconcentrated太阳能资源由于其更高的能量密度,使它们更经常用于电力生产锅炉使用。然而,在可再生能源方面的研究表明,太阳能是最有利的资源(7)在一个层次分析法模型进行了研究。此外,最近的研究已经建立了电力生产的螺杆膨胀机技术的使用可以产生良好的效率在低到中等热源温度(2]。在这项研究中,12.6%和17.8%的最大太阳能热发电效率和exergetic效率,分别。螺杆膨胀机技术由一个旋转式容积式设备的特点是缺乏高速工作液体,然而它是有效足以满足电力需求。背压汽轮机可用于生产过程的热量除了发电。机械能从蒸汽用于移动转子与定子的磁场。背压汽轮机的使用有一个优势:升级cogenerate权力和过程热量高的产业过程中热量需求如茶加工业,而另一方面,他们可以生产提取铜等矿物。为了生产具有成本效益的能源,900 MW汽轮机循环偏离设计的操作,使用烟气,用于产生蒸汽,提高了电厂的效率以很大的优势(8]。多级汽轮机,郎肯循环的原则运作,确保蒸汽流量释放大部分的热能在退出前涡轮机。之间的对流的,理想兰金循环运行30 kPa和6 MPa的压力入口温度约为550°C。在汽轮机的设计,如果interblade相位角−45°和+ 90°之间,失速颤振记录有一个发生的概率(9]。实际功率的比例由涡轮机产生的电力将理想涡轮对应的热力学效率。提高汽轮机的效率为1% 500 MW容量导致最小碳(IV)氧化气体排放对环境(10]。生成工业强国,多级汽轮机用于满足需求,由于蒸汽膨胀发生在所有的阶段,导致大的能量转换。然而,汽轮机不像螺杆膨胀卡当网竞争电力需求小于2 MW和低品位热源(11]。一项研究表明,汽轮机产生大约90%的电力用于美国(12]。在太阳能系统的研究,建立了输入任何太阳系组成的(火用)13]。太阳能强度,随时间,决定了输出功率从太阳能转换技术设备,和如今,可再生能源的特点是低温和低热量值,吸引了越来越多的兴趣由于其高含量可访问性剥削。过程热有很多农产品加工等行业的需求,在材料加工生产。在印度,70%的能量形式的热能用于应用程序250°C以下。研究确定从海上船舶交通环境污染,通过评估生产排放的废气和散射船只,在操纵模式和在切换模式重硫残余燃料低硫石油馏分燃料,为了减轻海洋环境污染,减少污染产生兴趣在大海14]。在这项研究中,硫的分数(IV)氧化气体污染物排放由于城市那不勒斯港口活动是近40%的可观。在这方面,可再生能源技术成为必要的污染和减缓气候变化。

2。材料和方法

2.1。涡轮机制造

的手段制造的涡轮由Jawad[使用设计指南15]。在这项研究中,一个单一的壳单元组合使用2毫米厚镀锌黑色床单。转子耦合发电机和齿轮箱。这是捏造的使用1.5毫米厚镀锌管。太阳热能收集器和热交换器的设计,制造,测试(16,17]。

下列因素被用于叶片设计:刀片材料,离心弯曲应力和加载和动态压力。叶片的强度和振动特性进行了测试使用刀片旅行时间过程(18]。制造涡轮机与单级叶轮直接驱动涡轮机系统如图1。涡轮叶片从稻壳和木薯合成胶刨花板的封装与铝套管(2毫米19]。粒子板合成粒子的合成研究董事会不使用有害的甲醛化学(20.]。的叶片生产刨花板有以下尺寸:0.015米厚度、半径0.02米,体重0.8公斤,0.7米的长度。内的蒸汽在喷嘴扩大涡轮机。涡轮欧拉方程方程所示(1)是用于叶片设计21]。 在哪里和在入口和出口蒸汽的焓变,分别和绝对是切向速度分量的流体入口和出口,分别W是相对速度,U内部能量,表示流体的状态。设计布局是由使用AutoCAD 2010。涡轮轴承的直径340毫米l/D0.4到0.21的比率。画眉轴承用于轴轴承。涡轮设计生产转子转速为2800 rpm。这是加工轮廓和连接部分规定。两端轴承,密封压盖,和一个耦合区。加工轴向凹槽的叶片转子上。汽轮机是连接到单个齿轮箱耦合单相发电机。等人在研究中进行了Zachos共同断定。22),有限元方法用于叶片的结构设计。使用静态分析和热分析在叶片设计。叶片是单独制作和附加到转盘。移动刀片技巧被连接到一个带盖制造作为一个迷宫,它支撑移动刀片,以减少振动。径向间隙为0.3 m。转子平衡静态和动态组装后的叶片。转子平衡是在低速500 rpm的重量调整在两架飞机,一个转子的两端。提供了改变螺纹插头在了洞。四个底座制作从1毫米的镀锌棒直径和长度0.3米。他们支持通过轴承涡轮在固定轴向的关系。

每个叶片平衡之前单独组装。在静平衡,体重是流离失所的转子轴平行,直到叶片平衡。在这项研究中,质量轴不配合转动轴动平衡。平衡是通过切除或转子的材料。钻、铣、添加材料是由螺栓连接和焊接的平衡重量各点达到平衡。转子测试速度从500转到3000转。

镀锌管转子是良好的抗蠕变性和经受住高温,高断裂韧性。轴承孔的椭圆为液体动力润滑提供几何。圆孔加工垫片在水平分割。只有一个轴轴承在轴行。手动操作期间,油倒到轴承通过引入港口两个截然相反的点在水平中心线。

旋转组件包括一个坚实的单件整体与水动力建立了转子倾斜垫轴承联轴器和灵活的元素。转子有堆焊的面糊经过和最终覆盖焊接使用看到过程23]。喷嘴的直径是0.001米,蒸汽通过喷嘴的流动是一个绝热膨胀。控制阀是螺纹喷嘴控制蒸汽流入涡轮。喷嘴是捏造的截面变化从0.008米到0.001米,他们把30°角刀片。而使用的角度与美国专利号3452132 (24]。

而不是使用阶段,涡轮的流体退出后反馈到涡轮通过太阳能集热器加热。转子的设计取决于流动路径和入口的大小是0.001米。半块固定在一起,和橡胶密封件之间的一半情况下防止蒸汽泄漏蒸汽室。发电机轴承有l/D0.45到1.82的比率。

涡轮效率测试使用不同的传热流体和决心使用方程(3)[25]。

2.2。涡轮性能特征

以下确定涡轮的性能特点:涡轮等熵效率(使用方程(4)),蒸汽流量(公斤/小时),进口压力(Nm⁻²),出口压力(Nm⁻²)、进气温度(°C),出口温度(°C),和净耗热率(J / W)。使用的生成器/齿轮箱有一个54.7%的效率。

二次蒸汽的比例,年代_f,决心通过设置充电压力,压力控制阀的使用,和排放压力使用压力计测量。方程(2)是用于计算二次蒸汽的比例( )与使用蒸汽表(26]。 在哪里饱和水的比焓在入口,在出口,饱和水的比焓和是饱和蒸汽的潜热在各自的出口压力和温度。(过热蒸汽和饱和蒸汽表)是用于测定二次蒸汽的比例。蒸汽在不同温度下的热系数得到从蒸汽表27]。

效率,η_th方程3,焓的传热流体,是每一次,在不同压力和温度条件H_出是输出焓的传热流体和H_在是输入焓的传热流体表示为一个百分比: 在哪里和分别是焓的输入和输出。

汽轮机的等熵效率得到使用 在哪里是高压入口蒸汽的焓,是实际排气低压蒸汽的焓,然后呢是排气低压蒸汽的压力假设等熵膨胀。焓的大小是通过使用饱和和过热蒸汽表的操作压力和温度。

能量输入确定使用方程(5)这是一个产品蒸汽的质量流量, ,和焓的条目, 的蒸汽(28]:

的能量输出决心利用蒸汽的质量流量的产品出口, ,和焓的出口, ,如以下所示方程(28]:

确定汽轮机的热效率比的净热量输入和涡轮功率见以下方程:

2.3。流体传热性能

传热流体,即6 M氯化钠溶液,4 M氯化钠溶液,2 M氯化钠溶液中,未使用的机油,机油使用植物油2,和植物油1通过抛物槽太阳能集中器,然后与水的热交换器二级液体(16,17]。采用装配式背压式汽轮机蒸汽和电力生产过程。蒸汽从收集器通过热交换器送入涡轮输入管,它扩大了在叶片和退出出口管。用热电偶测量温度传感器固定在进口和汽轮机的输出。压力测量使用蒸汽压力表和探针的进口和出口管道内蒸汽涡轮机。蒸汽流量测量使用数字质量流率米固定在进口和出口处标汽轮机。蒸汽的焓进出汽轮机使用过热蒸汽和饱和蒸汽表确定。使用太阳能的太阳能强度测量仪。传热流体的温度测量之前和之后退出太阳能收集器。二级进行太阳能热流体是水热传热流体。 The heat exchanger was used to produce the steam which was fed into the turbine.

3所示。结果与讨论

3.1。汽轮机的特点

制造涡轮的性能特点如下:平均的等熵效率55.3%,平均循环输出功率450.8 W,最大输出功率为498.2 W,生成器/齿轮箱效率54.7%,电力/热比0.08,3.60×10的进口压力⁵纳米⁻²2.5×10⁵纳米⁻²,平均112.8°C的入口温度,平均出口温度为98.8°C,平均进口蒸汽流量的239.6公斤/小时,平均1.20×10的出口压力⁵纳米⁻²1.087×10⁵纳米⁻²出口蒸汽流量,平均102公斤/小时。

在研究交流发电机,扭矩转化为功率与效率高于90%29日]。效率高于一个记录在本研究由于更好的导电性的传热流体的性质。此外,本研究的效率是降低由于变化在太阳热能收集太阳能强度。

螺杆膨胀机设备达到75%的效率高,一对双胞胎螺旋转子,男性和女性的转子,是固定的平行轴和绑定到情况下2),相对于其他蒸汽转换设备。这种情况也在这项研究中,效率是降低由于不同的地方所使用的技术。

表1显示了涡轮机的平均效率对传热液体。效率上的差异观察列表将太阳热能的差异进行的热流体时,分别流过太阳能集热器(17]。盐解决方案进行更多的太阳能热植物油相比,热流体和引擎油躺在之间。未使用的机油进行更多的热量比机油使用。因此,传热流体的效率从61.5%到41.15%不等。

我们在美国专利号3452132,300°C的过热蒸汽的管道内压力的大小1.0×10¹⁰纳米⁻²被侵犯不对称的纱线在一个角上30°C,这是产生最高权力的角度(30.];这是为了生产工业热。努力提高汽轮机的性能,是建立以满足工业电力需求,45000 rpm和一个小的高速涡轮机叶片的长度为200×10⁻⁶米将所需最佳效率(31日]。在这项研究中,过程热cogenerated和权力。

3.2。涡轮与传热流体性能

6米的平均焓入口氯化钠的解决方案是3789.1 kJ /公斤3.01×10的压力⁵纳米⁻²,在出口焓2346.3 kJ /公斤1.05×10的压力⁵纳米⁻²。表2显示了进口和出口焓变的其他传热流体在相同条件下6 M氯化钠溶液。

涡轮效率被发现小型涡轮机范围从65%到90%大商业的(32]。在这项研究中,蒸汽进入汽轮机的最高温度平均为120°C和流体的温度使涡轮机平均为98.0°C 487 W的输出。

图2显示了蒸汽流量和输出功率的变化对传热流体平均太阳能强度1103.8 Wm⁻²。在479 W, 6 M氯化钠溶液产生298公斤/小时的蒸汽温度112 C和压力为1.24×10⁵纳米⁻²。植物油1生产336.3 W的力量产生蒸汽流量的68.9公斤/小时97.5°C的温度和压力为1.04×10⁵纳米⁻²。氯化钠的蒸汽流量较高的解决方案时降低植物油如图2。这是因为植物油少吸收太阳的热量,因为他们通过收集器比无机盐解决方案和引擎油。未使用的机油产生更高的蒸汽流量相比,使用的机油。这是因为使用引擎包含杂质,因此,降低蒸汽流量。发动机性能的油躺在盐的性能解决方案之间和植物油。二次传热流体质量流量的增加强度和太阳能的强度。输出功率的测量和各自的平均蒸汽流速测定平均太阳能强度1103.8 Wm⁻²。在这项研究中,转子旋转在2800 rpm,相比与转子在一项研究中,由以免和顾宾33旋转在3000 rpm。

发现的发电机必须在固定的同步速度旋转与电源的频率(34]这是与本研究的结果。

4所示。结论

蒸汽涡轮机,利用来自太阳的力量,可以提供过程热量和电力在离网的地区,这是由于崎岖的地形无法访问。当地技术和材料有潜在的可持续性和实际上可以用于改善当地能源需求。然而,需要强化传热流体对降解减少生产成本过程的热量和力量。退出的蒸汽涡轮机的平均109.0°C的温度被用来加热给水,流入收集器的吸收器,它是由集热器加热之前再入到涡轮机。涡轮机的效率最高为61.6%,对6 M氯化钠溶液,达到最高的焓。轮机操作条件表明,涡轮在这项研究可以升级到生产小规模工业强国和过程热。提高操作温度的热量转移液体,这样他们在更高的温度,可以降低导致更高的热量和电力生产过程。此外,增加传热流体的热导率会增加进口蒸汽焓导致增加过程热量和力量用于各种工业用途。加大输出可用于运行一个中型工厂如水果加工厂和采矿行业。

命名法

:	质量流率(公斤/小时)
:	与各自的焓效率,%
:	等熵效率,%
:	能量流率(J / s)
:	焓流率(J /公斤)

缩写

转:	每分钟旋转
l/D:	长度直径比
看到:	水下拱焊接
我们:	美利坚合众国
生理盐水:	氯化钠溶液
W:	相对速度的速度三角形
之后:	太阳能热发电系统

下标

1和2:	进口和出口流
和 :	进口和出口速度三角形的角度
:	气体
h:	焓
:	入口
:	出口
f:	闪光
U:	内部能量
V:	切向速度绝对组件。

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。