自由活塞膨胀机－直线发电机的性能研究

doi:10.12141/j.issn.1000-565x.180223

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2019, Vol. 47 ›› Issue (1): 86-94.doi: 10.12141/j.issn.1000-565x.180223

• 能源、动力与电气工程 • 上一篇下一篇

自由活塞膨胀机－直线发电机的性能研究

张红光¹ 张梦茹¹ 侯孝臣¹ 许永红² 赵腾龙¹ 李健¹

1．北京工业大学环境与能源工程学院∥北京电动车辆协同创新中心，北京 100124; 2．北京信息科技大学机电工程学院，北京 100192

收稿日期:2018-03-21 修回日期:2018-08-21 出版日期:2019-01-25 发布日期:2018-12-01
通信作者: 张红光( 1970) ，男，教授，博士生导师，主要从事内燃机余热利用研究 E-mail:zhangmengru@emails.bjut.edu.cn
作者简介:张红光( 1970) ，男，教授，博士生导师，主要从事内燃机余热利用研究
基金资助:
国家自然科学基金资助项目( 51776005，51376011)

Performance Study of Free Piston Expander-linear Generator

ZHANG Hongguang¹ ZHANG Mengru¹ HOU Xiaochen¹ XU Yonghong² ZHAO Tenglong¹ LI Jian¹

1． College of Environmental and Energy Engineering∥ Collaborative Innovation Center of Electric Vehicles in Beijing， Beijing University of Technology，Beijing 100124，China; 2． School of Electrical and Mechanical Engineering， Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100192，China

Received:2018-03-21 Revised:2018-08-21 Online:2019-01-25 Published:2018-12-01
Contact: 张红光( 1970) ，男，教授，博士生导师，主要从事内燃机余热利用研究 E-mail:zhangmengru@emails.bjut.edu.cn
About author:张红光( 1970) ，男，教授，博士生导师，主要从事内燃机余热利用研究
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China ( 51776005，51376011)

摘要/Abstract

摘要： 开发了一款用于小型车用有机朗肯循环( OＲC) 余热回收系统的新型自由活塞膨胀机－直线发电机( FPE-LG) ，并设计了一种新型配气机构来控制工质的进排气过程; 基于压缩空气试验平台，对 FPE-LG 的运动特性、输出性能和指示效率进行了试验研究．结果表明:配气正时对 FPE-LG 的运动特性和输出性能具有重要影响; 活塞组件的行程和速度随着进气角的增加而增大，随着排气角的减小而减小;优化配气正时可以明显改善直线发电机的输出性能，在进气角为60°、排气角为180°的条件下，当进气压力为1． 9 ×105 Pa、工作频率为2Hz、外接负载电阻为9Ω 时，FPE-LG 的峰值电压的最大值为 13 V、峰值功率的最大值为18． 6W;随着外接负载电阻的增加，活塞组件的行程和速度呈现增加的趋势， FPE-LG 的峰值电压和峰值功率增大; FPE-LG 的指示效率随着外接负载电阻的增加而减小，当进气压力为1． 9 ×105 Pa、工作频率为 3 Hz、外接负载电阻为3 Ω 时，FPE-LG 的指示效率为66． 2%．

关键词: 自由活塞膨胀机－直线发电机, OＲC 余热回收系统, 配气正时, 输出性能, 运动特性, 指示效率

Abstract: A new free piston expander-linear generator ( FPE-LG) prototype for small-scale organic Ｒankine cycle ( OＲC) waste heat recovery system was developed，and a new valve train was designed to control the intake and exhaust process of working fluid． The motion characteristics，output performance and indicated efficiency of the FPE-LG were investigated based on a compressed air test rig． The results show that the intake duration and exhaust duration have a great influence on the motion characteristics and output performance of the FPE-LG． The stroke and velocity of free piston assembly increase with the increase of the intake duration，and decrease with the decrease of the exhaust duration． the valve timing optimization can significantly improve the output power of linear generator． The maximum value of voltage is 13 V and the maximum value of peak power is 18. 6 W when the intake angle is 60°and the exhaust angle is 180°，and the intake pressure，operating frequency and the external load resistance are 1. 9 ×105 Pa、2 Hz and 9 Ω，respectively． The velocity and stroke of the free piston assembly show an increasing tendency，and higher peak voltage and power output，when the external load resistance increases． The indicated efficiency shows a downward tendency when the external load resistance increases． The indicated efficiency is 66. 2% when the external load resistance，operating frequency and the intake pressure are 3 Ω、3 Hz and 1. 9 ×105 Pa，respectively．

Key words: free piston expander-linear generator, ORC waste heat recovery system, valve timings, output performance, motion characteristics, indicated efficiency

中图分类号:

TK115

张红光张梦茹侯孝臣许永红赵腾龙李健. 自由活塞膨胀机－直线发电机的性能研究 [J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2019, 47(1): 86-94.

ZHANG Hongguang ZHANG Mengru HOU Xiaochen XU Yonghong ZHAO Tenglong LI Jian.

Performance Study of Free Piston Expander-linear Generator

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自由活塞膨胀机－直线发电机的性能研究

Performance Study of Free Piston Expander-linear Generator

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