CN108729951A - 一种新型双螺杆膨胀机 - Google Patents

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孙亚静
朱君
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    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
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    • F01C1/14—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/16—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
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Abstract

一种新型双螺杆膨胀机，属于动力机械技术领域，阴转子和阳转子所在的工作腔呈锥形设置，位于进口端的工作腔直径小于出口端的工作腔直径，阴转子和阳转子自身呈锥形设置，其进口端的齿顶圆半径逐渐小于出口端的齿顶圆半径，阴转子和阳转子上的螺距呈规律变化，其进口端的螺距逐渐小于其出口端的螺距。本发明结构新颖，工作原理清晰，本设计与现有的膨胀机内部结构相比，本发明可适应多种规格参数或品质的工作介质，能很好的利用介质所提供的能量，本发明中工作腔的设计呈渐大的形式可以更好地利用气体膨胀做功，并且更加平稳地出气，进一步提高对工业废热液、废热气的利用。

Description

一种新型双螺杆膨胀机
技术领域
本发明属于动力机械技术领域，涉及一种双螺杆膨胀机，具体的说是涉及一种可用于气液两箱液体、饱和蒸汽、过饱和蒸汽，也可用于全液介质，对工业废热液、废热气具有高效利用率的新型双螺杆膨胀机。
背景技术
现有技术中的双螺杆膨胀机，其结构主要包括壳体，壳体的一端设有齿轮箱，壳体内设有啮合的阴转子和阳转子，齿轮箱内设有啮合的大齿轮和小齿轮，阴转子和阳转子的轴穿过壳体进入齿轮箱内，小齿轮通过键与阳转子的轴连接，大齿轮安装在阴转子的轴上，大齿轮与阴转子之间为锥配合，壳体的一端设有进口，壳体的另一端设有出口。双螺杆膨胀机的原理是双螺杆压缩机的逆向使用的一种机械装置，其可将高压端的带有压力的气体向低压端释放，可取代节流阀，在太阳能、地热能及工业余(废)热动力利用方面，也有着很大的应用潜力。然而，现有的膨胀机的阴阳转子的螺距都是相等的，同时其齿顶圆直径和工作腔的左右端尺寸也都相等，这使得气体在出口处存在较大的压降，气体输出平稳性差，气体能量损失大，不利于节能。
发明内容
本发明的目的是针对现有膨胀机气体在出口处存在较大的压降，气体输出平稳性差，气体能量损失大，不利于节能等不足，提出一种新型双螺杆膨胀机，该膨胀机可适应多种规格参数或品质的工作介质，能很好的利用介质所提供的能量，使气体在低压端能够平稳输出，能有效解决上述不足，进一步提高对工业废热液、废热气的利用。
本发明的技术方案：一种新型双螺杆膨胀机，包括壳体，壳体的一端设有齿轮箱，壳体内设有啮合的阴转子和阳转子，齿轮箱内设有啮合的大齿轮和小齿轮，阴转子和阳转子的轴穿过壳体进入齿轮箱内，小齿轮通过键与阳转子的轴连接，大齿轮安装在阴转子的轴上，大齿轮与阴转子之间为锥配合，壳体的一端设有进口，壳体的另一端设有出口；其特征在于：所述阴转子和阳转子所在的工作腔呈锥形设置，位于进口端的工作腔直径小于出口端的工作腔直径，所述阴转子和阳转子自身呈锥形设置，其进口端的齿顶圆直径逐渐小于出口端的齿顶圆直径，所述阴转子和阳转子上的螺距呈规律变化，其进口端的螺距逐渐小于其出口端的螺距。
所述阴转子和阳转子从流道出口端到进口端，其齿顶圆直径由大到小逐步发生变化，直径的变小量是一个固定值；阴阳转子齿顶圆的初始设计直径为D，每一圈的直径变小量为t，阴、阳转子的齿数分别为a、b，阳转子的齿顶圆直径由大到小以D+bt、D+(b-1)t、D+(b-2)t、D+(b-3)t依次递推；阴转子的齿顶圆直径由大到小以D+at、D+(a-1)t、D+(a-2)t、D+(a-3)t依次递推。
所述工作腔的直径由大到小的初始设计为阴转子与阳转子齿顶圆直径之和减去一个啮合长度m再加空隙0.5，即锥形工作腔的直径由大到小以2D+(a+b)t-(m-0.5)、2D+(a+b-2)t-(m-0.5)、2D+(a+b-4)t-(m-0.5)、2D+(a+b-6)t-(m-0.5)依次类推。
所述阴转子和阳转子从出口端到进口端，其螺距由大到小逐步发生变化，螺距的变小量是一个固定值，令阴阳转子初始设计的螺距为p，每一圈的螺距变小量为d，均匀变螺距是阴阳转子上螺距由大到小发生的变化，初始螺距为p，升距为d，阴阳转子齿数为a、b，阳转子的螺距由大到小以p+bd、p+(b-1)d、p+(b-2)d、p+(b-3)d依次递推，阴转子的螺距由大到小以p+ad、p+(a-1)d、p+(a-2)d、p+(a-3)d依次递推。
所述大齿轮、小齿轮均采用齿形为渐开线的圆柱斜齿轮，大齿轮为左旋，小齿轮为右旋。
所述小齿轮的硬度值比大齿轮的硬度值至少高30HBS。
所述阴转子和阳转子的轴端均设有止动装置。
所述止动装置为圆螺母、六角螺母或轴端挡圈。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种新型双螺杆膨胀机，结构新颖，工作原理清晰，本膨胀机工作时，压力相对较高的气体从进口端进入，随着阴阳螺杆转子的转动，螺杆及壳体之间形成密封的工作腔，气体被封闭在密闭的工作腔中，阴阳螺杆转子继续转动，封闭的气体被不断推向出口，由于阴阳转子本身以及工作腔都呈成锥形，工作腔的空间不断增大，气体的压力降低，在气体从进口向出口运动的过程中，气体的压力不断降低，其在出口端能平稳的出气，气体在膨胀过程中，气体膨胀做功。本设计与现有的膨胀机内部结构相比，本发明可适应多种规格参数或品质的工作介质，能很好的利用介质所提供的能量，本发明中工作腔的设计呈渐大的形式可以更好地利用气体膨胀做功，并且更加平稳地出气，进一步提高对工业废热液、废热气的利用。
附图说明
图1 是本发明的整体结构示意图。
图中：阴转子1、壳体2、轴承3、大齿轮4、止动装置5、圆螺母6、圆螺母7、止动装置8、小齿轮9、键10、轴承11、阳转子12、进口端13、出口端14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种新型双螺杆膨胀机，包括壳体2，壳体2的一端设有齿轮箱，壳体2内设有啮合的阴转子1和阳转子12，齿轮箱内设有啮合的大齿轮4和小齿轮9，阴转子1和阳转子12的轴穿过壳体2进入齿轮箱内，小齿轮9通过键10与阳转子12的轴连接，大齿轮4安装在阴转子1的轴上，大齿轮4与阴转子12之间为锥配合，壳体2的一端设有进口，壳体2的另一端设有出口；其特征在于：所述阴转子1和阳转子12所在的工作腔呈锥形设置，位于进口端13的工作腔直径小于出口端14的工作腔直径，所述阴转子1和阳转子12自身呈锥形设置，其进口端14的齿顶圆直径逐渐小于出口端14的齿顶圆直径，所述阴转子1和阳转子12上的螺距呈规律变化，其进口端13的螺距逐渐小于其出口端14的螺距。
如图1所示，一种新型双螺杆膨胀机，阴转子1和阳转子12从流道出口端到进口端，其齿顶圆直径由大到小逐步发生变化，直径的变小量是一个固定值；阴阳转子齿顶圆的初始设计直径为D，每一圈的直径变小量为t，阴、阳转子的齿数分别为a、b，阳转子12的齿顶圆直径由大到小以D+bt、D+(b-1)t、D+(b-2)t、D+(b-3)t依次递推；阴转子1的齿顶圆直径由大到小以D+at、D+(a-1)t、D+(a-2)t、D+(a-3)t依次递推；工作腔的直径由大到小的初始设计为阴转子1与阳转子12齿顶圆直径之和减去一个啮合长度m再加空隙0.5，即锥形工作腔的直径由大到小以2D+(a+b)t-(m-0.5)、2D+(a+b-2)t-(m-0.5)、2D+(a+b-4)t-(m-0.5)、2D+(a+b-6)t-(m-0.5)依次类推；阴转子1和阳转子12从出口端14到进口端13，其螺距由大到小逐步发生变化，螺距的变小量是一个固定值，令阴阳转子初始设计的螺距为p，每一圈的螺距变小量为d，均匀变螺距是阴阳转子上螺距由大到小发生的变化，初始螺距为p，升距为d，阴阳转子齿数为a、b，阳转子的螺距由大到小以p+bd、p+(b-1)d、p+(b-2)d、p+(b-3)d依次递推，阴转子的螺距由大到小以p+ad、p+(a-1)d、p+(a-2)d、p+(a-3)d依次递推；大齿轮4、小齿轮9均采用齿形为渐开线的圆柱斜齿轮，大齿轮4为左旋，小齿轮9为右旋；小齿轮9的硬度值比大齿轮4的硬度值至少高30HBS；阴转子1和阳转子12的轴端均设有止动装置5；止动装置5为圆螺母、六角螺母或轴端挡圈。
如图1所示，一种新型双螺杆膨胀机的工作原理如下：壳体2内设有一对相互啮合的阴转子1和阳转子12，阴转子1和阳转子12分别通过轴承3、11安装在壳体2的轴承座内，在壳体2的中心轴上，转子右端设有进气通道和进气孔口，转子左端设有排气通道和排气孔口。在进气侧阴、阳转子1、12伸出轴上分别设有大齿轮4、小齿轮9，小齿轮9通过键10安装在阳转子12伸出轴上，然后用止动垫圈9和圆螺母7固定；大齿轮4通过锥配合安装在阴转子1伸出轴上，然后用止动垫圈5和圆螺母6固定；阴、阳转子1、12的螺距逐渐变大，并且，其本身结构呈锥形设置，位于进口端13的阴阳转子齿顶圆直径逐渐小于出口端14阴阳转子齿顶圆直径；阴阳转子1、12的工作腔也呈锥形设置，位于进口13端的工作腔直径小于出口14端的工作腔直径。安装时，先用盘车调整好阴、阳转子齿间间隙，然后安装小齿轮9，再安装大齿轮4，调整同步齿轮啮合间隙，各间隙调整好之后，拧紧轴端圆螺母6、7。工作时，气体从进口13即进入，阴阳转子螺杆相逆向转动，将气体封闭在相邻的拟合线和壳体2之间的空隙中，随着螺杆转动，气体逐渐被推向出口14，整个过程中，由于阴阳转子1、12本身以及其工作腔都成锥形，工作腔的空间不断增大，气体的压力降低，在气体从进口向出口运动的过程中，气体的压力不断降低，因此，其在出口端能平稳的出气。其体膨胀做功，辅助推动和螺杆转动，降低了螺杆转动时的能耗。

Claims (8)

1.一种新型双螺杆膨胀机，包括壳体(2)，壳体(2)的一端设有齿轮箱，壳体(2)内设有啮合的阴转子(1)和阳转子(12)，齿轮箱内设有啮合的大齿轮(4)和小齿轮(9)，阴转子(1)和阳转子(12)的轴穿过壳体(2)进入齿轮箱内，小齿轮(9)通过键(10)与阳转子(12)的轴连接，大齿轮(4)安装在阴转子(1)的轴上，大齿轮(4)与阴转子(12)之间为锥配合，壳体(2)的一端设有进口，壳体(2)的另一端设有出口；其特征在于：所述阴转子(1)和阳转子(12)所在的工作腔呈锥形设置，位于进口端(13)的工作腔直径小于出口端(14)的工作腔直径，所述阴转子(1)和阳转子(12)自身呈锥形设置，其进口端(14)的齿顶圆直径逐渐小于出口端(14)的齿顶圆直径，所述阴转子(1)和阳转子(12)上的螺距呈规律变化，其进口端(13)的螺距逐渐小于其出口端(14)的螺距。
2.根据权利要求1所述的一种新型双螺杆膨胀机，其特征在于：所述阴转子(1)和阳转子(12)从流道出口端到进口端，其齿顶圆直径由大到小逐步发生变化，直径的变小量是一个固定值；阴阳转子齿顶圆的初始设计直径为D，每一圈的直径变小量为t，阴、阳转子的齿数分别为a、b，阳转子(12)的齿顶圆直径由大到小以D+bt、D+(b-1)t、D+(b-2)t、D+(b-3)t依次递推；阴转子(1)的齿顶圆直径由大到小以D+at、D+(a-1)t、D+(a-2)t、D+(a-3)t依次递推。
3.根据权利要求1所述的一种新型双螺杆膨胀机，其特征在于：所述工作腔的直径由大到小的初始设计为阴转子(1)与阳转子(12)齿顶圆直径之和减去一个啮合长度m再加空隙0.5，即锥形工作腔的直径由大到小以2D+(a+b)t-(m-0.5)、2D+(a+b-2)t-(m-0.5)、2D+(a+b-4)t-(m-0.5)、2D+(a+b-6)t-(m-0.5)依次类推。
4.根据权利要求1所述的一种新型双螺杆膨胀机，其特征在于：所述阴转子(1)和阳转子(12)从出口端(14)到进口端(13)，其螺距由大到小逐步发生变化，螺距的变小量是一个固定值，令阴阳转子初始设计的螺距为p，每一圈的螺距变小量为d，均匀变螺距是阴阳转子上螺距由大到小发生的变化，初始螺距为p，升距为d，阴阳转子齿数为a、b，阳转子的螺距由大到小以p+bd、p+(b-1)d、p+(b-2)d、p+(b-3)d依次递推，阴转子的螺距由大到小以p+ad、p+(a-1)d、p+(a-2)d、p+(a-3)d依次递推。
5.根据权利要求1～4所述的任意一种新型双螺杆膨胀机，其特征在于：所述大齿轮(4)、小齿轮(9)均采用齿形为渐开线的圆柱斜齿轮，大齿轮(4)为左旋，小齿轮(9)为右旋。
6.根据权利要求5所述的一种新型双螺杆膨胀机，其特征在于：所述小齿轮(9)的硬度值比大齿轮(4)的硬度值至少高30HBS。
7.根据权利要求1～4所述的任意一种新型双螺杆膨胀机，其特征在于：所述阴转子(1)和阳转子(12)的轴端均设有止动装置(5)。
8.根据权利要求7所述的一种新型双螺杆膨胀机，其特征在于：所述止动装置(5)为圆螺母、六角螺母或轴端挡圈。
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