[發明專利]煤層氣發電的渦旋引擎效率測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201710256247.3
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107091745B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 肖東;孟英峰;李皋;萬里平;張濤;李永杰;劉恩斌
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G01M15/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 曹少華

本發明涉及內燃機領域，特別涉及煤層氣發電的渦旋引擎效率測試裝置及測試方法，送風機通過空氣管道連接空氣煤層氣預混管道的進氣端，煤層氣引風機通過煤層氣管道連接空氣煤層氣預混管道進氣端，空氣煤層氣預混管道出氣端與多孔介質燃燒器連接；多孔介質燃燒器通過高溫燃氣管道連接蓄熱層，蓄熱層通過管道連接渦旋發生器的可調式渦旋入口；所述的渦旋發生器上方連接有防風筒，防風筒的頂部連接旋渦出口管道。本發明能夠模擬不同煤層氣的進氣量、不同燃燒溫度、不同渦旋出入口尺寸、不同進氣速度渦旋引擎內部的流場，為研究渦旋引擎內部的流動特性及規律提供了一種實驗方法；該裝置功能齊全、操作簡單。

技術領域

本發明涉及內燃機領域，特別涉及煤層氣發電的渦旋引擎效率測試裝置及測試方法。

背景技術

煤層氣發電是一種高效利用煤層氣的方式，得到國家政策的大力扶持。普通活塞式燃氣輪發電機組作為煤層氣發電的主要設備，存在結構復雜、單機功率大、對煤層氣產量及濃度要求較高等明顯缺陷。而將渦旋式引擎作為煤層氣發電系統的動力裝置優點突出，其結構簡單，單機功率可調范圍更大，對煤層氣產量及濃度的適應性更強。因此研究渦旋引擎的效率及其影響因素對合理設計煤層氣渦旋引擎發電系統、渦旋引擎結構優化及參數設計等方面都有重大意義。

與龍卷風的生成機理類似，渦旋引擎是一種依靠熱氣渦旋產生的旋轉升力做功的機械裝置，如圖1所示。基本原理是，當一定溫度的熱氣(水蒸氣、燃氣或加熱的空氣，本文的實驗部分采用熱空氣作為流體介質)由狹窄通道上升時，氣柱內外的溫差將產生沿圓周方向的切向力，使得上升氣流強烈旋轉，離心力的作用使氣柱中心壓力急劇降低，周圍較冷的空氣在此氣壓作用下向旋轉氣柱靠近，隨即跟著旋轉。將產生的渦旋穩定在一個固定容積的腔室(本文稱之為渦旋發生器)中時，則外界冷空氣只能通過該腔室的入口(本文定義為導流道)進入渦旋產生的低壓區域，在腔室入口安裝渦輪機，則入口處的高速氣流將推動渦輪機旋轉，渦輪機帶動發電機發電。

目前此項技術仍處于實驗探索階段，世界上僅有少數幾個機構在對此進行研究。1981年,德國和西班牙合作在西班牙Manzanares建造了第1座SC示范電廠。1995年顧兆林等提出了一種新型的燃氣機——渦旋式發動機，并對其進行了理論研究。1998年，中國工程師陳玉德發明了一套人造龍卷風發電系統，該系統包括中空的柱形風塔、渦輪機及發電機，通過噴射機完成熱空氣的強制預旋。1999年，加拿大AVEtec能源公司工程師Louis Michaud提出了大氣渦旋引擎(Atmospheric Vortex Engine)的概念。2009年，徐海超等對應用于煤礦瓦斯發電的渦旋引擎技術進行了研究綜述。專利“渦旋發動機”(申請號：201610463781.7)對渦旋發動機的結構進行了設計，但未說明其效率的測試方法。專利“往復式天然氣壓縮機組用燃氣發動機效率的測量方法”(申請號：201210366322.9)針對的是往復式發動機的效率測試，而往復式引擎和渦旋式引擎的原理完全不同，其測試方法和裝置不能為渦旋式引擎所用。

以上文獻均停留在渦旋引擎的相關概念和理論研究層面或其他引擎的效率測試上，針對渦旋引擎效率的測試還未見報道，因此建立一種應用于煤層氣發電的渦旋引擎效率測試裝置及方法對煤層氣渦旋引擎發電系統的應用和推廣具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應用于煤層氣發電的渦旋引擎效率測試實驗裝置，該裝置可以模擬渦旋引擎中渦旋的形成過程，并可通過測試其流速、流量、壓強、引擎尺寸等參數使之反映對內部流場的影響。

本發明的另一目的還在于提供利用上述裝置對渦旋引擎效率進行測試的方法，該方法原理可靠，操作簡便，結合煤層氣發電工程實際，可為渦旋式引擎的結構優化，渦旋式引擎的發電系統的設計及運行參數設計的深入研究提供更為準確可信的數據支持和理論基礎，克服現有技術的缺陷和不足。

為達到以上技術目的，本發明采用以下技術方案：