一種發(fā)動機低品質(zhì)余熱回收裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動機低品質(zhì)余熱回收裝置，具體涉及一種無葉渦輪回收發(fā)動機余熱的裝置，屬于發(fā)動機余熱回收技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機的燃油燃燒熱量約有30%以尾氣形式排放到大氣中，30%以摩擦和冷卻散熱等方式損失，僅有40%左右以有效功輸出?？梢姡l(fā)動機的能量利用率不尚。因此，如何最大限度地提高發(fā)動機能量利用效率是動力機械及相關(guān)學(xué)科所重點關(guān)注的問題。近年來，發(fā)動機余熱回收已成為提高能量利用效率的研究熱點，且內(nèi)容廣泛。在廢氣余熱回收利用方面，主要有溫差發(fā)電、取暖、制冷、利用廢氣余熱作功以及混合渦輪增壓(又稱電輔助渦輪增壓)等；冷卻液余熱回收主要是取暖和制冷。其中，利用廢氣余熱作功的研究主要是基于朗肯循環(huán)的熱力學(xué)裝置，包括有機朗肯循環(huán)(Organic Rank Cycle，ORC)、水蒸汽擴容循環(huán)以及Kalina循環(huán)等；混合渦輪增壓是在廢氣渦輪增壓器主軸上集成一個既能電動又能發(fā)電的高速電機，當(dāng)廢氣驅(qū)動渦輪的能量大于壓氣機消耗能量時，多余的渦輪能量帶動發(fā)電機發(fā)電并儲存到蓄能單元，當(dāng)渦輪能量不足時，蓄能單元給電機供電，電機驅(qū)動增壓器轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)以滿足增壓需要?？梢?，渦輪是廢氣余熱回收裝置的關(guān)鍵部件。
[0003]在冷卻液余熱回收利用方面，目前主要是駕駛室取暖或加熱，還沒有看到回收冷卻液余熱進行作功的報道。一般地，發(fā)動機冷卻液溫度為80°C?95°C，長時間大負(fù)荷運行時可升至110°C?120°C左右。通常，這部分能量冬季用以取暖，夏季則直接經(jīng)冷凝器損失了，同時還要消耗其它額外能量使冷凝器工作。
[0004]經(jīng)查閱相關(guān)文獻資料發(fā)現(xiàn)，幾乎所有發(fā)動機余熱回收裝置的膨脹機都選用具有復(fù)雜葉片形狀的有葉渦輪(簡稱渦輪)，其優(yōu)點是技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定，缺點是對渦輪進口的氣體狀態(tài)要求苛刻，且渦輪效率受膨脹比限制難以提高。當(dāng)工質(zhì)在渦輪中膨脹作功出現(xiàn)氣液兩相區(qū)域時，渦輪效率大幅降低，同時還可能損壞渦輪葉片甚至造成嚴(yán)重事故。
[0005]經(jīng)查閱相關(guān)文獻資料發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的發(fā)動機余熱回收裝置有廢氣余熱回收、冷卻液余熱回收等，基本上都是對單一余熱進行回收，很少看到對廢氣余熱和冷卻液余熱進行聯(lián)合回收的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是對發(fā)動機廢氣余熱和冷卻液余熱進行聯(lián)合回收，SP提供一種發(fā)動機低品質(zhì)余熱回收裝置，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機冷卻液余熱和廢氣余熱的聯(lián)合回收和利用，同時還可以解決現(xiàn)有余熱回收裝置中渦輪膨脹比小而使廢氣無法充分膨脹，能量回收率較低的問題。
[0007]本發(fā)明所涉及的技術(shù)方案是一種發(fā)動機低品質(zhì)余熱回收裝置。它包括發(fā)動機、廢氣渦輪增壓器、冷卻水套、冷卻液、換熱器、無葉渦輪、發(fā)電機、冷凝器、水栗、流量調(diào)節(jié)閥、發(fā)動機進氣管、發(fā)動機排氣管、冷卻液循環(huán)管路、控制器、可控風(fēng)扇等。其特征在于:所述發(fā)動機為汽車的動力裝置；所述廢氣渦輪增壓器與發(fā)動起進、排氣管相連，由壓氣機、廢氣渦輪等組成，為現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)動機廢氣渦輪增壓器；所述冷卻水套設(shè)置在發(fā)動機內(nèi)部，冷卻水套內(nèi)充滿冷卻液；所述冷卻液用于冷卻發(fā)動機的高溫零件并吸收熱量，為現(xiàn)有技術(shù)條件下的發(fā)動機冷卻液；所述換熱器為板式或管片式換熱器，廢氣和冷卻液在換熱器內(nèi)部進行熱交換；所述無葉渦輪為能量轉(zhuǎn)換裝置，由冷卻液帶動渦輪盤、渦輪軸高速旋轉(zhuǎn)而作功，置于換熱器之后；所述發(fā)電機由無葉渦輪的渦輪軸驅(qū)動，是本發(fā)明裝置中的能量轉(zhuǎn)換部件，也包括液壓栗、水栗等能量轉(zhuǎn)換部件；所述冷凝器置于無葉渦輪之后，為現(xiàn)有技術(shù)條件下的冷凝器；所述水栗把冷卻液加壓后栗入發(fā)動機冷卻水套，為現(xiàn)有發(fā)動機所使用的水栗，包括機械水栗和電子水栗；所述流量調(diào)節(jié)閥置于冷卻液循環(huán)管路中，實現(xiàn)對冷卻液流量的調(diào)節(jié)；所述發(fā)動機的進氣管和排氣管分別與廢氣渦輪增壓器的進口和出口相連；所述冷卻液循環(huán)管路為余熱回收裝置中各部件的連接管路，為現(xiàn)有技術(shù)中的連接管路；所述控制器是余熱回收裝置的控制單元，對流量調(diào)節(jié)閥和可控風(fēng)扇進行控制；所述可控風(fēng)扇為電子風(fēng)扇，由控制器依據(jù)發(fā)動機工況對其進行控制。
[0008]所述無葉渦輪由渦輪盤、渦輪軸、渦殼、墊片、壓緊螺母和支承軸承等組成。其中，所述渦輪盤為薄型圓盤，其上設(shè)有I個中心圓孔和4個中心對稱的排水孔；所述渦輪軸為圓柱形，其上加工有2處螺紋，用以安裝壓緊螺母；所述渦殼為殼體類零件，分別在其兩側(cè)設(shè)計有冷卻液進口、兩端設(shè)計有冷卻液出口，且進口形狀有助于冷卻液以切線流入；所述墊片為空心圓盤狀，內(nèi)外直徑分別對應(yīng)渦輪軸直徑和渦輪盤排水孔相應(yīng)內(nèi)徑，厚度對應(yīng)渦輪盤間隙；所述壓緊螺母擰緊在渦輪軸上；所述支撐軸承為深溝球軸承，用以支撐渦輪軸。它們的連接關(guān)系是:所述墊片和渦輪盤相間地套裝于渦輪軸上，以壓緊螺母固定；固定后的渦輪盤安裝于渦殼內(nèi)，并通過深溝球軸承支撐在渦殼上。特別地，無葉渦輪中渦輪盤的數(shù)目，對發(fā)動機低品質(zhì)余熱回收裝置的回收率有重要影響，應(yīng)進行合理設(shè)計。
[0009]本發(fā)明的積極效果和優(yōu)點在于:
[0010]本發(fā)明提出的發(fā)動機低品質(zhì)余熱回收裝置，具有以下積極效果和優(yōu)點:(1)發(fā)動機廢氣經(jīng)廢氣渦輪增壓器膨脹作功后，溫度仍高于冷卻液溫度，之后進入換熱器與冷卻液進行熱交換，冷卻液在換熱器中吸熱溫度升高后進入無葉渦輪作功并帶動發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)了廢氣余熱和冷卻液余熱的聯(lián)合回收，提高了發(fā)動機地能量利用效率；(2)無葉渦輪對工質(zhì)狀態(tài)沒有嚴(yán)格要求，可以實現(xiàn)兩相流動，因此冷卻液可以在無葉渦輪中充分膨脹并實現(xiàn)能量回收最大化；(3)發(fā)動機廢氣余熱經(jīng)渦輪膨脹作功后，再次向冷卻液放熱，實現(xiàn)了廢氣余熱的梯級利用，提高了余熱回收效率；(4)與【背景技術(shù)】中發(fā)動機余熱回收裝置中的有葉渦輪相比，無葉渦輪可以實現(xiàn)小流量條件下的能量回收，且制造簡單，維護成本低；(5)與【背景技術(shù)】中的發(fā)動機廢氣余熱回收裝置相比，本發(fā)明未引入其它工質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高。
【附圖說明】
[0011]圖1為發(fā)動機低品質(zhì)余熱回收裝置示意圖。
[0012]圖2為無葉渦輪縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為無葉渦輪盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]上述附圖中的各標(biāo)記意義如下:
[0015]1.發(fā)動機；2.廢氣渦輪增壓器；3.發(fā)動機冷卻水套；4.冷卻液；5.換熱器；6.無葉渦輪；7.發(fā)電機；8.冷凝器；9.水栗；10.流量旁通閥；11.發(fā)動機進氣管；12.發(fā)動機排氣管；13.冷卻液循環(huán)管路；14控制器；15.可控風(fēng)扇；16.壓氣機；17.增壓渦輪；18.發(fā)動機廢氣；19.控制電路；20.渦輪盤；21.渦輪軸；22.渦殼；23.墊片；24.壓緊螺母；25.支撐軸承；26.渦殼入口 ；27.渦殼出口 ；28.排水孔；29.軸孔。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0017]如圖1所示，為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)動機低品質(zhì)余熱回收裝置包括發(fā)動機(I)、廢氣渦輪增壓器(2)、發(fā)動機冷卻水套(3)、冷卻液(4)、換熱器(5)、無葉渦輪(6)、發(fā)電機(7)、冷凝器(8)、水栗(9)、流量調(diào)節(jié)閥(10)、發(fā)動機進氣管(11)、發(fā)動機排氣管
(12)、冷卻液循環(huán)管路(13)、控制器(14)、可控風(fēng)扇(15)、壓氣機(16)、增壓器渦輪(17)、廢氣(18)、控制線路(19)等。
[0018]如圖2所示，為本發(fā)明的無葉渦輪縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。包括渦輪盤(20)、渦輪軸
(21)、渦殼(22)、墊片(23)、壓緊螺母(24)和支承軸承(25)、渦殼入口(26)、渦殼出口(27)等。
[0019]如圖