Optimalizace lamelového expandéru pro tepelné oběhy nízkých výkonů

Abstract

Tato disertační práce se zabývá problematikou lamelových expandérů pro tepelné cykly s nízkým výkonem. Práce obsahuje rešerši expandérů pro tyto tepelné cykly s důrazem na lamelové expandéry, popisuje autorem navržený 1D termodynamický model tohoto expandéru, který popisuje vnitřní netěsnosti, tlakové ztráty i mechanické ztráty třením, dále prezentuje inovativní dynamický model lamel. Práce dále obsahuje experimentální část, v rámci které byl na experimentálním zařízení s ORC provozovaném v laboratoři organických Rankinových cyklů a jejich aplikací (LORCA) na UCEEB ČVUT v Praze měřen autorem navržený a zkonstruovaný lamelový expandér. Naměřená data byla použita pro kalibraci a ověření matematických modelů a následně pro analýzu vlivu velikosti hlavních vůlí a netěsnosti způsobené pozdním uzavíráním pracovních komor. Na základě předložených matematických modelů je prezentován obecný postup návrhu lamelového expandéru pro tepelné oběhy nízkých výkonů. Závěrem práce je prezentováno srovnání charakteristik nově navrženého lamelového expandéru pro ORC s experimentálně měřeným.

This thesis deals with rotary vane expanders for low-power cycles. The work contains literature review of suitable expanders for these heat cycles with emphasis on rotary vane expanders, describes author's designed 1D thermodynamic model of the vane expander, which describes internal leakages, pressure losses and friction losses, and presents an innovative dynamic model of vanes. The work also contains an experimental part, in which the rotary vane expander designed by the author was measured within an experimental ORC operated in the Laboratory of organic Rankine cycles and their applications (LORCA) at the UCEEB, CTU in Prague. The measured data were used for calibration and verification of mathematical models and subsequently for the analysis of the influence of the main clearances and leakage caused by the later closure of the working chambers. On the basis of presented mathematical models is presented general procedure of vane expander design for low power heat cycles. Finally, the comparison of characteristics of newly designed vane expander for the ORC with experimentally measured is presented.