基于循环的直线发电系统设计摘要发动机的工作腔内没有爆燃并与大气隔绝，所以压力上升的速率没有内燃机高，特别是没有传动机构，因此，运转十分安静，不必使用隔音或消音装置。有自动调节功能自由活塞式发动机有根据外界负荷的变化自动调节输出功的能力。如果外界的负荷不大，活塞的行程会变得比较长，行程往返期间作用力的差也比较小。若负荷增大，活塞的行程便自动缩短，作用力随之增大。输出功基本不变。.永磁直线发电机及其工作原理直线发电机可以认为是传统旋转发电机在结构方面的种演变，它可以看作是将台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展成直线，转子的旋转运动变为了动子的往复直线运动。直线发电机较旋转式发电机磁路结构容易改变，因此，其结构型式比普通感应电机和同步电机有更多的式样。直线发电机按其结构型式的不同，可以分为扁平型圆筒型和圆盘型等。而扁平型直线发电机是最有代表性，且应用最为广泛。本发电系统采用的就是双边扁平型永磁直线发电机，如下介绍其结构工作原理和特点。永磁直线发动机结构发电系统中永磁直线发电机的基本结构如图所示，发电机为双边扁平型结构，由动子和定子组成。定子铁心中开有两个槽，槽中放有定子绕组，上下两定子中绕组线圈采用串联方式以提高输出电压。定子采用模块式设计，可根据实际需求，串联更多的定子模块和延长动子长度以增加输出功率。动子结构如图所示，动子由磁极和动子框架组成，选用永磁铁为动子磁极，固定在不导磁的铝框内，铝框中间开槽以防止运行时在铝框上形成大的环流损耗，相邻的永磁体磁极相反放置，有利于永磁体通过定子铁心形成磁回路。永磁直线发动机工作原理由上述结构可见，本系统采用的直线发电机的工作原理与以往旋转式发动机有很大不同。直线发电机工作时，是将自由活塞式发动机动力活塞所连接的传动轴和发电机动子的轴相连而带动动子作往复运动，动子运动的速度和频率则由自由活塞式发动机的动力活塞速度和频率决定。永磁直线发电机动子磁极通过定子铁心形成磁回路，穿过定子绕组的磁链大小与动子的位置有关，如图所示，动子在初始位置，即最左端时，磁链由动子永磁体中极发出，经过气隙定子铁心和气隙回到动子永磁体中极，定子绕组线圈中形成了向上的磁通分布，动子开始往复运动后，动子永磁体极发出的磁链与定子铁心相交联部分逐渐减小当动子运动到最右端位置时，处在定子中间铁心齿上的永磁体极向上，所以定子绕组线圈中形成了向下的磁通分布，随着动子的往复运动，动子中永磁体在铁心绕组线圈中形成的磁通分布由上到下，再由下到上不断变化。根据法拉第电磁感应定律得定子绕组内磁链的变化引起的定子绕组线圈两端的感应电动势式中为穿过定子绕组线圈中的磁通量.为定子绕组匝数。永磁直线发动机特点永磁直线发电机结构相对于传统旋转发动机有很大不同，而使之具有以下特点。永磁直线发电机采用永磁体进行励磁，所以无需电流励磁，没有易损坏的电刷和滑环等结构，因此使用寿命长，可靠性高。采用永磁体励磁，简化结构的同时也使得永磁直线发电机动子上无励磁损耗，无电刷和滑环之间的摩擦损耗和接触电损耗。因此，永磁直线发电机的机械效率比电励磁式同步电机要高。在永磁体框架上使用不导磁材料，并且在框架中采用开槽的结构，消除了电机工作时往复运动而产生的环流，从而减少了损耗，降低了动子的温升，提高了电机效率。发电机的极距与活塞的冲程相等。动子极距与定子槽宽相配合，使磁路在动子两端位置均能闭合，并关于动子运动左右止点位置对称。由于永磁直线发电机的特殊结构，使其工作原理不同于旋转发电机，即使与普通的直线电机相比也有很大的不同。因此，对于电机内电磁场的求解，不能直接套用以往的方法，需根据电机的具体结构和工作原理，找出适合其电磁场的求解方法。第章自由活塞式发动机的尺寸设计和运行性能分析.自由活塞式发动机设计要求为与永磁直线发电机相配合，自由活塞式发动机的设计技术指标为输出功率不低于所带负载重量.左右活塞行程为往复次数每分在次左右。.工质选择从表可以看出氢气在性能方面优于空气和氦气，但氢气和空气的混合物在空气占的范围内有着火危险。空气是最易得到的气体，但热力性能较差。在低速小功率斯特林发动机中，使用氢或氦在热力基于循环的直线发电系统设计摘要利斯市废水处理厂于年应用商业发动机建立了座利用废水处理中产生的沼气发电的示范工程，解决了当地因担心使用内燃机发电系统会带来新的空气污染而不能被利用的沼气的问题。该工程证实了利用废水站沼气和其它热电共生项目热源的发电设备可进行成功的商业应用，并提供了种在有丰富生物能源的地区可广泛应用的可再生能源利用技术。三蝶式聚光太阳能热发电系统世纪年代末到年代初由瑞典美国及等开始对现代碟式太阳能热发电技术进行研究，大都采用聚光镜，管状直接照射式集热器及型斯特林发动机。目前，因碟式发电装置的聚光系统与理想抛物面形状的偏差易造成焦斑直径过大和受到镜面和结构方面的限制，所以容量范围般在之间。点聚焦系统聚光比聚光镜开口直径般限制在米之间。美国于年建立了套碟式斯特林太阳热发电系统，从太阳能到电能的最高转换效率是.。以后，建立了套碟式斯特林热发电系统，系统净效率大于，后来将硬件和技术全部转让给在年间进行了试验，年平均效率达。德国公司于年至年间建造了两套大型碟式太阳热发电装置，安装在沙特阿拉伯的利亚德附近。采用张膜结构的聚光镜，直径米，用型斯特林发动机，氢气工作平均温度，工作平均压力兆帕。当入射光辐照度为时，净输出，效率达.。鉴于碟式太阳热电技术具有较高的热电转换效率和广阔的应用前景，上世纪年代以来，美德等国的若干企业和研究机构在政府部门资助下，以项目或计划方式加快了碟式太阳热电技术的研发步伐，以推动其商业化应用进程。例如美国公司开始了自由活塞式的碟式斯特林热发电系统的研究工作，与合资开发了碟式斯特林热发电系统，并于年率先把自由活塞式斯特林发动机直线发电机组应用于碟式太阳热发电系统，建造了套设计功率为.的示范装置美国联合开发了并网碟式斯特林太阳热发电系统计划美国建造了的碟式斯特林样机，具备了大批量生产和商业化的条件美国能源部与等公司签约合作开发碟式斯特林热发电系统美国桑地亚国家实验室研制了第套碟式斯特林遥控太阳能发电系统的样机，并已运行了多小时，达到了功率效率和自动运行等所有的性能指标美国,及三方合作安装了套系统，用于进行性能评价及寿命试验。年，德国建立了套.的装置年，德国在西班牙完成了项目，建立了套的装置，项目由提供聚光镜及结构，提供发动机。双方联合承担建立套碟式斯特林发电系统，聚光镜采用张膜式结构，斯特林发动机型号为，实现全天候从日出到日落自动控制运行，对性能可靠性及寿命的评价提供了数据，为日后大批量生产成套设备做技术准备。澳大利亚在参与下与和联合进行了”大型化研究，为在澳大利亚的建太阳能热电站作技术准备工作，在此期间取得了驱动机构简化，镜体改进，蒸汽接收器支撑结构改变等许多技术突破。以色列魏兹曼科学院建立了个“”发电单元，并进行了高温集热器燃气轮机试验。.课题的来源及意义本课题来源国家自然科学基金面上项目基于电流体力学的强化冷凝换热机理及应用研究资助项目号.基于循环的直线发电系统的原动机采用斯特林发动机，斯特林发动机属于外部燃烧加热式发动机。它是对封入内部的气体工质从外部进行加热和冷却，从而推动活塞往复做功，与内燃机的气缸内燃烧的方式有着明显的区别。由于本系统采用斯特林发动机直接带动永磁直线发动机工作，相比较