CN105298545B - 一种涡旋膨胀机涡旋盘 - Google Patents

Abstract

一种涡旋膨胀机涡旋盘，其目的是解决现有涡旋膨胀机涡旋盘中心腔体积小，进气量小的问题，同时减小了气体压力损失，从而有效的提高膨胀机输出功率；涡旋盘中的静涡旋盘（1）和动涡旋盘（2），其相位角相差180度，上下相扣，动涡旋盘（2）浮动于静涡旋盘（1）和支架体（5）之间，静涡旋盘（1）的涡旋齿、动涡旋盘（2）的涡旋齿的型线均为圆渐开线、圆弧、直线和圆弧分段首尾连接组成。

Description

一种涡旋膨胀机涡旋盘

技术领域

本发明属于涡旋膨胀机技术领域，涉及一种涡旋膨胀机涡旋盘。

背景技术

涡旋机械是一种新型容积式流体机械，主要部件包括：动涡旋盘、静涡旋盘、防自转机构、曲轴和支架等。1905年由法国人Leon Creux发现其工作原理，直到20世纪70年代，由于能源危机及温室效应，使得节能、环保日益高涨，涡旋机械以其效率高、噪声小、结构简单等受到青睐。如今，关于涡旋机械压缩机的研究不断深入，应用范围不断扩展。其应用领域主要有：制冷和空调、空气压缩、增压器、液体泵、膨胀机和真空泵等。

工业余热、发动机余热、太阳能热、地热等中低品位热能的有效利用是解决能源问题的一个重要途径。而有机朗肯循环(organic rankine cycle，ORC)作为一种回收中低品位热能用于发电的技术，具有效率高、环境友好、结构简单等优点。作为ORC涡旋膨胀机发电系统中的“心脏”—涡旋膨胀机的性能很大程度上影响着整个系统的综合性能。而涡旋膨胀机的涡旋盘作为其核心部件，其设计与加工则影响着膨胀机的输出功率。

现有技术中的涡旋膨胀机涡旋盘存在着以下缺点：所使用的涡旋膨胀机大多数由涡旋压缩机改造而来，涡旋盘始端多为单圆弧、双圆弧、组合型线等形成涡旋齿，这些型线形成的涡旋齿在涡旋膨胀机正常工作时，由于在某一时刻膨胀机进气孔会被动涡旋盘遮挡，从而影响涡旋膨胀机的进气量，增大了气体压力的损失，进而影响膨胀机的输出功率；同时对涡旋膨胀机的工作也非常不利。

发明内容

本发明的目的在于针对以上提到的现实情况而提供了一种涡旋 膨胀机的涡旋盘，解决现有涡旋膨胀机涡旋盘中心腔体积小，进气量 小的问题，同时减小了气体压力损失，从而有效的提高膨胀机输出功 率。

本发明是一种涡旋膨胀机涡旋盘，其中静涡旋盘1和动涡旋盘3， 其相位角相差180度，上下相扣，动涡旋盘3浮动于静涡旋盘1和支架 体5之间，静涡旋盘1的涡旋齿、动涡旋盘3的涡旋齿的型线均为圆渐 开线、圆弧、直线和圆弧分段首尾连接组成。

本发明的有益效果是所形成的涡旋盘在膨胀机正常工作时能增 大膨胀机的进气量，可以避免膨胀机在某一瞬时吸气时进气孔被动涡 旋盘封堵而影响膨胀机进气量和运行，并且可以减小进气损失，进而 能提高涡旋膨胀机的输出效率。

附图说明

图1是本发明涡旋齿型线形成原理图，图2是本发明涡旋膨胀机的进气孔位置示意图，图3、图4、图5、图6、图7、图8是本发明动、静涡旋盘月牙形吸气容积变化示意图，图9是本发明涡旋膨胀机动静涡盘啮合剖面结构示意图，附图标记及对应名称为：静涡旋盘1，滚针轴承2，动涡旋3，十字滑块防自转4，平衡铁5，支架体6，偏心主7，带轮，套筒9，调心球轴承10，圆柱滚子轴承11。

具体实施方式

本发明是一种涡旋膨胀机涡旋盘，其中静涡旋盘1和动涡旋盘2，其相位角相差180度，上下相扣，动涡旋盘2浮动于静涡旋盘1和支架体5之间，静涡旋盘1的涡旋齿、动涡旋盘2的涡旋齿的型线均为圆渐开线、圆弧、直线和圆弧分段首尾连接组成。

根据以上所述涡旋膨胀机涡旋盘，包括静涡旋盘1和动涡旋盘2，静涡旋盘1的涡旋齿中心起始端为第一圆弧O2，涡旋盘外壁为与涡旋盘中心起始端的圆弧外端点A相切并且与向外延伸的渐开线型组成，涡旋盘内壁包括与涡旋盘外壁相平行的渐开线段，渐开线段起始端和第二圆弧O1的外端点D相切，第一圆弧O2的第一内端点B和第二圆弧O1的第二内端点C通过直线段L相连，且直线段L分别与第二圆弧O1的第二内端点C以及涡旋盘中心起始端的第一圆弧O2的第一内端点B相切，然后在保证齿始端强度的前提下，从涡旋齿始端壁厚最大处向涡旋底盘打孔形成涡旋膨胀机的进气孔；动涡旋盘涡旋齿的形成与静涡旋盘相同。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1为涡旋膨胀机涡旋齿型线形成原理图，涡旋齿中心起始端为半径为的第一圆弧O2，涡旋盘外壁为与涡旋盘中心起始端的圆弧外端点A相切并且与向外延伸的渐开线型组成，涡旋盘内壁包括与涡旋盘外壁相平行的渐开线段，渐开线段起始端和半径为的第二圆弧O1外端点相切于外端点D，第一圆弧O2的第一内端点B与第二圆弧O1的第二内端点C通过直线段L相连，且直线段L分别与第二圆弧O1的内端点C以及涡旋盘中心起始端的第一圆弧O2的第一内端点B相切于第二内端点C、第一内端点B。

图2为涡旋膨胀机静涡旋盘上进气孔的位置，按图1所述形成的涡旋齿大大提高了齿头的强度，且此种型线形成的涡旋盘，中心腔体积较大，即增大了膨胀机的吸气容积。在满足运行条件，确定进气孔尺寸后，从涡旋齿始端壁厚最大处向涡旋底盘打孔形成涡旋膨胀机的进气孔。在满足齿头强度的要求下，把进气孔的部分放在齿端不仅可以增大吸气量，减小气体损失以及气流脉动，而且可以尽可能的避免在膨胀机正常工作时某一瞬时动涡旋盘封堵进气孔的情况。

图3~图8为动、静涡旋盘月牙形吸气容积变化示意图，动涡旋盘在高压气体的驱动下绕静涡旋盘按回转半径r做无自转的平面运动，动、静涡旋盘之间在几个线接触处先后形成一系列月牙形容积腔。气体通过静涡旋盘中心的吸气口进入吸气腔，形成了如图3中的月牙形吸气容积（阴影部分），月牙形吸气容积在高压气体的驱动下向外侧推进，同时月牙形容积逐渐增大，逐步经过图4、图5、图6、图7、图8所示过程，从而实现气体的膨胀作功。而在此过程中气体不断的从进气孔进入中心腔，不会出现进气孔被完全封堵而影响涡旋膨胀机性能的弊端。

图9是涡旋膨胀机动静涡盘啮合剖面结构示意图，静涡旋盘1和动涡旋盘3，其相位角相差180度，上下相扣，动涡旋盘3浮动于静涡旋盘1和支架体6之间，通过偏心轴7和十字滑块防自转4将两个涡旋盘的基圆中心相互错开一定距离（偏心距），十字滑块4使得动涡旋盘3在工作时只能公转平动，而不能自转。偏心轴7和十字滑块4保证了静涡旋盘1和动涡旋盘3上涡旋齿之间的相互啮合，形成了数对月牙形封闭腔,高压气体从进气孔进入，驱动动涡旋盘3绕静涡旋盘1做无自转的平面运动，从而通过连接在动涡旋盘上的偏心轴7向外输出功率。由于动静涡旋盘不断形成封闭腔，所以整个吸气、膨胀、排气过程连续进行。动静涡旋盘齿顶处都开由密封槽，采用固体自润滑的密封材料，其作用是防止气体泄漏，同时具有润滑的作用。结构中的防自转机构也可为其它类型，所有轴承10、11均可采用固体自润滑轴承或密封轴承，以适应涡旋膨胀机的各种用途。

Claims (2)

1.一种涡旋膨胀机涡旋盘，其中静涡旋盘(1)和动涡旋盘(3)，其相位角相差180度，上下相扣，动涡旋盘(3)浮动于静涡旋盘(1)和支架体(5)之间，其特征在于静涡旋盘(1)的涡旋齿、动涡旋盘(3)的涡旋齿的型线均为圆渐开线、圆弧、直线和圆弧分段首尾连接组成；在保证涡旋齿始端强度的前提下，从涡旋齿始端壁厚最大处向涡旋底盘打孔形成涡旋膨胀机的进气孔。

2.根据权利要求1所述涡旋膨胀机涡旋盘，其特征在于：包括静涡旋盘(1)和动涡旋盘(3)，静涡旋盘(1)的涡旋齿中心起始端为第一圆弧(O2)，涡旋盘外壁为与涡旋盘中心起始端的圆弧外端点

(A)相切并且与向外延伸的渐开线型组成，涡旋盘内壁包括与涡旋盘外壁相平行的渐开线段，渐开线段起始端和第二圆弧(O1)的外端点(D)相切，第一圆弧(O2)的第一内端点(B)和第二圆弧(O1)的第二内端点(C)通过直线段(L)相连，且直线段(L)分别与第二圆弧(O1)的第二内端点(C)以及涡旋盘中心起始端的第一圆弧(O2)的第一内端点(B)相切；动涡旋盘涡旋齿的形成与静涡旋盘相同；

所述动涡旋盘(3)上还设置有保证动涡旋盘(3)只能公转平动，不能自转的十字滑块(4)；

所述动涡旋盘(3)上还连接有与十字滑块(4)一起将静涡旋盘(1)与动涡旋盘(3)的基圆中心错开距离的偏心轴(7)。