家用燃气斯特林发动机热电联产装置

燃气蒸汽联合循环机组在热电联产中的应用陈彬彬摘要：燃气-蒸汽联合循环生产单元是以天然气为燃料的循环热电联产项目，其能源利用率很高，同时污染物的排放量也很小，是节能减排的重要项目。

但是我们国家的燃气-蒸汽联合循环热电联产机组起步较晚，在一些算法和技术方面还有一些不完善的方面，有待专业人士研究。

关键词：燃气蒸汽联合循环机组；热电联产；应用前言燃气蒸汽联合循环技术从20世纪开始就已进入发电领域，但是局限于当时的燃气轮机单机容量小、效率低，且只能燃用气体或液体燃料，由燃气轮机和蒸汽轮机组成的联合循环容量相对较小，所以一直无法与传统燃煤发电技术相匹敌。

燃气蒸汽联合循环发电机组具有高效率、低污染、低水耗等特点，在发达国家承担各种负荷的主力发电机组。

1燃气-蒸汽联合循环机组配置方案的分析1.1单轴布置方案燃气—蒸汽联合循环机组的单轴布置方案通常将蒸汽轮机安装在燃气轮机与发电机之间，发电机布置在蒸汽轮机的排汽端，这样便于将发电机转子轴向抽出检修。

但这种方案只适用于单台燃气轮机与单台蒸汽轮机匹配的情况。

1.1.1单轴布置方案的优点：①联合循环单轴布置机组无论是在工艺系统还是厂房布置中都非常紧凑，真正的实现了独立自成系统，操控和运行简单。

②机组取消了多轴配置的启动电动机，简化了电气系统和设备。

燃气轮机与蒸汽轮机可共用一套润滑油系统，简化了运行和控制系统。

③当蒸汽源现成时,可以利用蒸汽轮机来启动燃气轮机。

1.1.2单轴布置方案的缺点：①在安装过程中,燃气轮机的安装周期比较短，而蒸汽轮机的安装周期比较长，但燃气轮机只能在蒸汽轮机安装完毕后才能投产运行。

②当蒸汽轮机有故障检修时，燃气轮机无法单独运行。

导致整台机组无法快速启动，机组对调峰运行的适应性能大大降低。

1.1.3单轴布置方案的改进单轴布置的主要问题是启动时间过长、无法适应调峰运行。

为解决该问题，西门子公司改动了一下单轴布置方案：把发电机改装在燃气轮机的高压蒸汽透平与压气机之间，而在高压蒸汽透平与发电机之间安装一个3S离合器。

空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电1. 简介空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电是当前研究的热电领域的一个重要主题。

从简单到复杂，从浅显到深刻地探讨这个主题，有助于我们更好地理解这一新兴技术的工作原理和应用前景。

2. 空间自由活塞斯特林热电转换装置空间自由活塞斯特林热电转换装置利用斯特林循环原理，通过热源和冷源之间的温差来驱动活塞运动，从而实现热能向机械能的转换。

相比传统的热电技术，空间自由活塞斯特林热电转换装置具有更高的热电转换效率和更广泛的适用范围。

它可以利用太阳能、地热能等恒定的热源来进行能量转换，具有较强的可再生能源利用潜力。

3. 热声发电热声发电是一种基于热声效应的新型能量转换技术，通过热源和冷源之间的温差产生声波振动，然后将其转换为电能。

热声发电不需要传统的机械运动部件，因此具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优点。

热声发电可以与其他热电技术相结合，形成混合能源系统，提高能量利用效率。

4. 应用前景空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电技术在航天航空、新能源领域、环境监测等方面具有广阔的应用前景。

在太空探索中，它可以为航天器提供稳定可靠的能源来源；在新能源领域，它可以实现太阳能、风能等不稳定能源向电能的高效转换；在环境监测中，它可以为遥感设备和传感器提供持续、稳定的能量保障。

5. 总结与回顾通过对空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电技术的探讨，我们可以得出结论，这些新型的热电转换技术具有较高的能量转换效率、广泛的能源适用范围和广阔的应用前景。

未来，随着科学技术的不断发展，这些技术必将在能源利用和环境保护方面发挥重要作用。

6. 个人观点与理解在我看来，空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电技术代表了热电领域的创新与进步。

它们不仅有望改变传统能源利用模式，还能为人类社会的可持续发展作出重要贡献。

我对这些新兴技术充满期待，并期待它们能够尽快投入实际应用，为我们的生活带来便利和改善。

毕业设计(论文) 题目斯特林发动机模型制作与研究系别动力工程系专业班级热能与动力工程08k3班学生姓名指导教师王庆五二○一二年六月斯特林发动机模型制作与研究摘要随着石油资源的日益短缺，石油价格逐渐上涨，传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。

研究能以天然气、沼气、生物质等作为燃料的发动机有关技术，对于促进能源的综合利用、改善当前使用单一石油资源的状况并减少环境污染，创造节约型社会，具有重要的意义。

斯特林发动机作为外燃机具有的燃料多样化、效率高、噪音和污染小等特点，适于利用农村薪材、桔杆和太阳能进行发电。

斯特林发动机得天独厚的优势，以及各种新材料新技术的出现，斯特林发动机必将代替内燃机为21世纪提供主要动力。

斯特林发动机的广泛应用，必将使我国的能源利用效率得到大幅度提高，无沦是对环境保护还是节能减排，都有着非常重要的积极意义，也将会为我国的经济又好义快的发展提供充足动力。

本文通过研究斯特林发动机的性能特性，讲述了斯特林发动机的结构类型与主要分析方法，总结了斯特林发动机的关键技术，阐述了斯特林发动机的特点及主要应用，设计制造了斯特林发动机模型，并对该模型进行了实验分析，得出的结论和模拟性能基本一致。

关键词:斯特林发动机；性能模拟；设计实验Stirling engine model production and studyAbstractThe oil energy is reducing and its price is increasing day by day,theinternal-combustion engine has brought environment pollution and broken zoology balance，the problems are standing out．Researching engine that can combust gas，marsh gas，biology is very signification that it can promote the compositive utilization of energy，change the use of only one oil energy，reduce environment pollution，create the economy society．The Stirling engine as outboard engines with fuel diversification, high efficiency, noise and pollution and other characteristics, suitable for rural fuelwood, straw and solar power generation. The unique advantage of the Stirling engine, as well as a variety of new materials, new technologies emerge, the Stirling engine will replace the internal combustion engine to provide the main driving force for the 21st century. Wide range of applications of the Stirling engine, will make China's energy use efficiency has been greatly improved, no occupied by the enemy of environmental protection or energy saving, have very important positive significance, will also be good for China's economic justice the fast pace of development to provide adequate power.According to the requirements on the development of energy and basing on the theory of stifling engine，the software the simulate stirling engine character is developed,then the configuration-type and analytical method of Stirling cycle were elaborated in the following parts.The key technology that affect the performance was also summarized.Through its character,the stifling engine model is designed and manufactured，and it is tested，the conclusion consistent with the simulation character．Key Words:stirling engine，simulation eharaeter`designing experiment目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 斯特林发动机的背景及意义 (1)1.2 斯特林发动机国内外研究动态 (2)1.2.1 国内发展状况 (2)1.2.2 国外发展状况 (2)1.3 本文的主要研究内容 (4)2 斯特林发动机组成及理论分析 (5)2.1 斯特林发动机的组成 (5)2.2 斯特林发动机的工作原理 (6)2.3 斯特林发动机热效率分析 (8)2.4 小结 (8)3 斯特林发动机性能分析 (10)3.1 斯特林发动机实际循环性能分析计算 (10)3.1.1 数学模型的建立 (10)3.2 斯特林发动机性能模拟及影响性能因素 (13)3.2.1 膨胀腔、压缩腔示功图和总示功图 (13)3.2.2温度、压力、转速等因素对斯特林发动机性能影响 (14)3.3 结论 (15)4 斯特林发动机模型设计制作 (16)4.1 斯特林发动机的设计类型 (16)4.2 斯特林发动机设计参数的选择及确定 (16)4.3 斯特林发动机的具体尺寸及制作 (17)4.3.1 斯特林发动机模型外型 (17)4.3.2 制作方法及制作工序 (18)4.3.3 组装次序及注意事项 (22)4.3.4 试运行 (23)4.4 小结 (23)5 斯特林发动机在联合循环及余热利用中的研究 (24)5.1 朗肯—斯特林联合循环 (24)5.2 燃气轮机—斯特林联合循环 (26)5.3 小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论在当今世界科学技术的迅速发展，人们在不断完善现有动力机的同时，还在努力探索开发新型的动力机，外燃机就是在这样的背景下设计成功的，随着石油资源的日益短缺，石油价格逐渐上涨，传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。

1斯特林发动机闭式循环系统的组件简介(1)冷腔处于循环的低温部分,和冷却器联接,压缩热量由冷却器导至外界,在压缩过程中有相当一部分工质居于冷腔。

(2)冷却器位于回热器和冷腔之间,功能是将压缩热传到外界,保证工质在较低的温度下进行压缩。

(3)回热器串联在加热器和冷却器之间,是循环系统的一个内部换热器,它交替从工质吸热和向工质放热,使工质反复地受到冷却和加热。

回热器并不是必需装置,但它对发动机的效率影响极大。

在往复式斯特林发动机中,回热器的使用既使斯特林循环的热效率明显提高,但又增加了工质的阻力和压力损失,工质吸热、散热交替进行,限制了斯特林发动机的转速,影响了功率的输出。

因此,优化回热器的设计是斯特林发动机的核心技术问题。

(4)加热器加热器是将外部热源的热能传给工质,使其受热膨胀。

加热器的一端与热腔联接,另一端与回热器联接。

(5)热腔始终处于循环的高温部分,连续地将外部热源传给工质,在膨胀时相当部分的工质居于热腔。

因此其必须能承受高温和高压,大量的热损失是由热腔散失的。

2斯特林发动机的基本结构根据工作空间和回热器的布置方式,斯特林发动机可以分为α、β和γ三种基本类型。

α型斯特林发动机的结构最简单,具有两个汽缸,两个汽缸中间通过加热器、回热器、冷却器连通,热活塞和冷活塞分别位于各自的汽缸内,热活塞负责工质的膨胀,冷活塞负责工质的压缩,两个活塞连接在同一曲轴上,往复运动遵循一定的规律。

α型斯特林发动机的优点是能实现较大的功率。

β型斯特林发动机只有一个汽缸,同时配备了配气活塞和动力活塞,配气活塞负责驱动工质在加热器、回热器和冷却器之间流通;动力活塞负责工质的压缩和膨胀,输出动力。

β型斯特林发动机的特点是能在小温差下工作。

γ型斯特林发动机配置有两个汽缸,配气活塞和动力活塞分别处于配气汽缸和动力汽缸内,配气活塞负责驱动工质流通,动力活塞单独完成工质的压缩和膨胀工作。

3斯特林发动机的工作原理斯特林循环包括2个等温过程和2个等容过程。

斯特林发动机的原理探究以及未来发展学校：平凉一中班级：2017届19班指导教师：柳荣春组长：卢彬组员：高阳阳刘译遥颉映汝兰子文胡鑫鑫张楷浛摘要：随着全球能源与环保的形势日趋严峻，斯特林发动机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视。

基于以上因素，本文结合实践，对于斯特林发动机的循环原理，优缺点进行了研究，对其应用以及研发改良进行相关探讨，并对其未来发展作出合理展望。

关键词：斯特林发动机能源环境循环原理研发改良斯特林发动机是英国物理学家罗巴特·斯特林于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”。

斯特林发动机是通过气缸内工作介质（氢气或氦气）经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。

斯特林发动机是一种外燃发动机，其有效效率一般介于汽油机与柴油机之间。

一、斯特林发动机的循环原理斯特林发动机及其循环编辑1816年伦敦牧师Robert Stirling提出了一种活塞式热气发动机一斯特林发动机的构想，这是一种外部加热的闭式循环发动机。

该循环由两个等温过程和两个定容回热过程组成，属于概括性卡诺循环的一种。

实现斯特林循环的关键在于实现回热。

斯特林构想的热机由两个气缸-活塞夹一个蓄热式回热器组成。

其制冷工作过程工作原理如下：两个气缸-活塞系统为膨胀气缸-活塞系统和压缩气缸-活塞系统，分别对应于高温吸热和低温放热过程。

两个气缸内工质气体通过蓄热式回热器连通，假定两个气缸缸套保持良好等温传热能力，以保证缸内气体温度各自始终不变(等温)，稳态工作状况下，蓄热式回热器已经建立了从低温( 膨胀气缸)到高温(压缩气缸)的稳定温度梯度。

定义两个气缸-活塞系统中活塞靠近蓄热式回热器的行程止点为近止点，远离回热器的行程止点为远止点。

选取循环开始时压缩活塞位于远止点，膨胀活塞位于近止点。

此时工质气体完全处于压缩气缸中(假定理想情况下回热器内不存储气体)，状态点编号为2。

机械 2017年第11期 第44卷 新产品开发 ・51・———————————————收稿日期：2017－04－05基金项目：2015年度国家级大学生创新创业训练计划项目（201513995003）利用工业余热的自由活塞式 斯特林发电机装置设计黄成，卢润生，张仁杰，杜佳玲，刘师良，赵佳峰，宋杰*（青岛工学院 机电工程学院，山东 青岛 266300）摘要：设计并制造了利用外热产生动力的自由活塞式斯特林发电装置，装置主要由动力气缸和磁感发电机组结合而成，利用工业生产中的余热（包括热废气、热废水等）推动活塞运动，从而带动发电转子进行发电。

气缸的形状和大小可根据应用领域而调整，封闭气缸内的气体不用更换，可实现废热的再利用。

关键词：斯特林；发电；工业余热中图分类号：TM617 文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.11.013文章编号：1006－0316 (2017) 11－0051－03Design of Stirling Power Generator Based on the Free Piston HUANG Cheng ，LU Runsheng ，ZHANG Renjie ，DU Jialing ，LIU Shiliang ，ZHAO Jiafeng ，SONG Jie( School of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao University of Technology,Qingdao 266300, China )Abstract ：A electricity generation device was designed and manufactured based on free piston Stirling generator, which was composed by the power cylinder and magnetic generator. Using of waste heat in industrial production ( such as waste hot water, hot gas, etc. ) to push the piston movement, and the generator was driven to rotor. The cylinder shape and size can be adjusted according to the application. The gas in closed cylinder did not need to be replacement, and waste heat energy recycle was then realized.Key words ：Stirling power generator ；generate electricity ；industrial waste heat自由活塞式斯特林发电机是以工业余热（以工业废水、废气等余热为主）为动力，实现将热能转化为电能的发电装置，这种热机如今主要被放在使用能源产生动力的位置，因体积大、反应慢等原因没被广泛应用，工业领域内往往由内燃机代替[1-3]。

斯特林发动机循环分析(北京交通大学机电）摘要：斯特林发动机不仅理论热效率高，等于卡诺循环效率，而且作为外燃机其排放特性非常好，所以近三十年来一直是研究的热点。

本文介绍了斯特林发动机的装置特点、动力性能等，并对理论循环进行了分析，提出了提高循环热效率的方法及措施。

关键词：斯特林发动机，斯特林循环，热效率1.斯特林发动机介绍1.1斯特林发动机的装置特点热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。

热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。

在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。

气缸一端为热腔，另一端为冷腔。

工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。

已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。

试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。

按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。

在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。

1.2斯特林发动机的应用现状1.2.1 国内发展状况我国从七十年代末即开始斯特林发动机的研究开发工作，已设计出功率150W-IOkW发动机11种，多数已在实验室正常运转。

现从事此项工作的约300人，并正筹建中国热气机研究会。

北京农业工程大学凌泽芝同志在能源政策研究通讯1991年第一期“发展热气机、促进农村电气化”一文中介绍国内外斯特林发动机的发展概况及其特点后建议：“充分利用我国农村丰富的生物质能源和部分地区丰富的太阳能资源以解决农业用电问题”。

并希望纳入国家“八五”科技规划和组织有关单位联合攻关。

上海711研究所研制出热气机，是一种具有国际水准的科研成果，而排放的污染气体比目前市面上的其它发动机都要小，达到欧洲排放标准。

专利名称：一种斯特林发动机燃气式加热装置
专利类型：发明专利
发明人：王沁,陈桦,田军委,赵鹏,李刚,苏宇,彭博,雷志强,张吉申请号：CN201610999884.5
申请日：20161114
公开号：CN106401792A
公开日：
20170215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种斯特林发动机燃气式加热装置，包括集热腔，所述集热腔的一端设有燃烧器，另一端通过密封夹连接斯特林发动机的热端，集热腔的靠近所述密封夹的一侧设有辐射板与多个排气口，每个排气口均连接有一条用于输出尾气的尾气回气管；集热腔外侧裹有保温高温棉。

本发明的可保证燃气与空气充分混合并充分燃烧，且通过辐射板结构使集热腔对斯特林发动机的热端的供热均匀，在提高发电效率的同时保证了燃料的充分燃烧，节能环保且发电效果好。

申请人：西安工业大学
地址：710021 陕西省西安市未央区学府中路2号
国籍：CN
代理机构：北京科家知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：莫文新
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