螺杆膨胀机应用于低温热源发电的研究现状

  对于螺杆膨胀机的研究最早始于1952年，当时，H．R．Nillsen取得了螺杆膨胀机作为动力机的专利。但此后的二十年内，螺杆膨胀机的研究进展缓慢，发表的文章也不多。直到70年代初能源危机的出现以及地热能、太阳能及工业余热的开发和利用受到注意以后，螺杆机作为一种有效的低焓能源动力利用的动力机，才重新得到重视。螺杆膨胀机作为汽液两相膨胀机的尝试始于1971年，1973年美国水热电力公司的R．Sprankle获得了螺杆膨胀机用于地热发电的专利。Sprankle用双螺杆膨胀机膨胀湿蒸汽或者恒压热水作为回收功的一种方式，主要回收来自液体或低干度部分的地热盐水的功。两相流体的膨胀又称为“全流"过程，因此这种方案又称为全流方案。

 

  1971年至1973年，美国水热电力公司将两台螺杆压缩机改造为膨胀机，并分别在加利福尼亚Imperial Valley和墨西哥Cerro Prieto进行了现场实验。20世纪80年代初，在世界能源组织(IEA)的资助下，美国水热电力公司设计、制造了1MW大型螺杆膨胀机发电机组，并分别在新西兰、意大利和墨西哥进行了机组的性能及可靠性实验，膨胀机的最大效率达68％。两相螺杆机械除了应用在地热发电厂外，还可以应用于化工厂及用于空调和热泵系统的大型蒸汽压缩设备的节流过程，来代替节流阀，通过利用径流透平和螺杆膨胀机回收功可以达到更高的效率。但国外的实践表明，这些方案共同的特点是，膨胀效率仍然较低。据有关文献报道，径流式透平的绝热效率是67％，而全流螺杆膨胀机的效率几乎不到50％，这也是阻碍两相膨胀机应用发展的一个主要因素。经过多年研究，目前的螺杆膨胀机可以在每级固定容积比3：1下，获得较大的膨胀比。这样就允许在体积相当小的机械中有较高的质量流速，因此减小了泄漏损失。在正确设计下，小机器可以达到70％--75％的绝热效率，在大机械中，如果提供合适的工质，如制冷剂、轻的烃化合物，还可以增加到80％。从技术实用性及设备运行方面分析比较，采用螺杆膨胀机驱动发电机发电，技术特点鲜明、并有同类型汽轮机发电不可比拟的优越性。

 

  与小型汽轮机相比，螺杆膨胀机发电的特点哑嗡1为：

 

  1)螺杆膨胀机除适用于汽液两相、热水和饱和蒸汽外，也适用于过热蒸汽。

 

  2)螺杆机结构简单，主要部件仅两根螺杆和外壳，安装维修容易。

 

  3)机组转速可调，一般可按被驱动机械的转速设计，直接驱动，不需要减速器，运转平稳，振动小，噪声低。

 

  4)螺杆膨胀机为容积式工作原理动力机，机内流速低，除泄漏损失外，很少有其它损失，机组效率较高，即使蒸汽参数或负荷变动仍能保持高效率。

 

  5)螺杆机除轴承、密封外，无其它磨损件，螺杆转速不高，机组寿命长，维护费用低，安全可靠性高。