CN203239398U

CN203239398U - 涡旋膨胀机

Info

Publication number: CN203239398U
Application number: CN 201320217512
Authority: CN
Inventors: 宇波厚; 藤冈完
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP2013238188A; JP6086659B2

Abstract

一种涡旋膨胀机，具备固定涡盘和旋转涡盘，固定涡盘在固定端板的前端面处立设有螺旋状的卷绕部，旋转涡盘与固定涡盘相对地设置且在旋转端板的前端面处立设有螺旋状的卷绕部，从而在该旋转涡盘的卷绕部与固定涡盘的卷绕部之间划分出多个膨胀室，各个卷绕部上形成有沿着所述卷绕部的前端延伸的凹槽，且该凹槽内安装有密封构件，该密封构件与对方的内表面滑动接触，通过流入膨胀室内的作用介质膨胀而使得旋转涡盘转动，其特征在于，各个凹槽从内周端侧向外周端侧深度逐渐增大，且各个密封构件沿着螺旋状的凹槽从内周端侧向外周端侧厚度逐渐增大。目的是提高涡旋膨胀机的密封构件的耐磨性并且防止寿命由于磨损而缩短。

Description

涡旋膨胀机

技术领域

本发明涉及一种使固定涡盘和旋转涡盘啮合来形成膨胀室、通过该膨胀室的容积变化来进行吸入、膨胀和排出的涡旋膨胀机，尤其涉及一种密封机构。

背景技术

近年来，贯彻节能理念，成立了可再生能源特别处置法等，且对于小型发电的需求和市场日益扩大。一方面，太阳能发电和风力发电迄今为止无法提高成本效益。另一方面，开发了一种将75-150℃的高温水和蒸气用作热源、利用低沸点的作用介质来驱动小型发电机的二进制发电系统。此种行为中，涡旋膨胀机由于转矩变动较小而作为适用于小型发电系统的装置得到关注。

一般而言，涡旋流体机械由固定涡盘和旋转涡盘构成，该固定涡盘在端板的内表面处立设有螺旋状的卷绕部，而该旋转涡盘与该固定涡盘相对地设置并且在端板的内表面处立设有螺旋状的卷绕部，以在该旋转涡盘的卷绕部与固定涡盘的卷绕部之间划分出多个压缩室。另外，在旋转涡盘和固定涡盘的卷绕部上设置有沿着这些卷绕部的前端螺旋状延伸的凹槽，并且这些凹槽内安装有与对方的内表面滑动接触的密封构件（参照文件1）。

于是，固定涡盘和旋转涡盘之间形成的各个压缩室的容积从密封构件的外周端侧朝向内周端侧逐渐变小，密封在这些压缩室内的空气越靠近内周端侧则被压缩至越高的压力，从而密封构件在越靠近内周端侧就会以越高的力压紧于前端面的状态下进行滑动接触，于是，会产生内周端侧容易提前磨损的问题。

在如此构成的涡旋流体机械中，提出了使得对于螺旋状的卷绕部的前端和端板之间进行密封的密封构件的耐磨性提高的各种对策。

例如，专利文献2中记载的涡旋流体机械形成为使密封部件从外周端侧朝向内周端侧硬度逐渐变高且耐热极限温度逐渐变高。通过进行此种构造，能够可靠地提高压缩工序中温度升高的密封构件的中央部分的耐磨性，并且能够延长该密封构件的寿命。

然而，在涡旋流体机械是膨胀机的情形下，在导入固定涡盘中央部分的高压作用介质例如是高压水蒸汽的情形下，高压水蒸汽供给至气袋，通过作用介质的压力来使旋转涡盘旋转，从而会产生由于膨胀工序中作用介质液化而加速密封构件的外周端侧磨损的倾向。于是，很难将专利文献2中记载的密封构件适用于涡旋膨胀机。

另外，专利文献3中记载的涡旋流体机械能容易地设定组装时的轴向方向间隙，而且揭示了可消除由于运转时涡盘构件中央部分的热膨胀而产生的不良情况的密封构件。具体地说，特征在于，密封槽的外周端侧配置有比槽的深度尺寸大的密封构件，密封槽的内周端侧配置有比槽的深度尺寸小的密封构件。

即，专利文献3的发明中，因涡盘构件的中央部分由于压缩工序而热膨胀，从而预先使得密封构件的内周端侧的尺寸较小来进行应对，但没有研究在涡旋膨胀机中的适用性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平3-11101号公报

专利文献2：日本专利特开平9－32757号公报

专利文献3：日本专利特开平3－547号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明鉴于上述现有技术的问题而作出，目的是提供一种改进密封构件的耐久性的涡旋膨胀机。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明涉及一种涡旋膨胀机，该涡旋膨胀机具备固定涡盘和旋转涡盘，该固定涡盘在固定端板的内表面处立设有螺旋状的卷绕部，而该旋转涡盘与固定涡盘相对地设置且在旋转端板的内表面处立设有螺旋状的卷绕部，从而在该旋转涡盘的卷绕部与固定涡盘的卷绕部之间划分出多个膨胀室，其中各个卷绕部上形成有沿着卷绕部的前端延伸的凹槽，且凹槽内安装有密封构件，该密封构件与对方的内表面滑动接触，通过流入所述膨胀室内的作用介质膨胀而使得旋转涡盘转动，其特征在于，所述凹槽从内周端侧向外周端侧深度逐渐增大，且各个所述密封构件沿着螺旋状的凹槽从内周端侧向外周端侧厚度逐渐增大。

在上述构造中，所述密封构件的厚度也可形成为从内周端侧向外周端侧逐级增大。

在上述构造中，所述密封构件的厚度也可形成为从内周端侧向外周端侧连续地增大。

此外，在上述构造中，也可采用对所述密封构件附加台阶来改变厚度的方法（参见图3）。

另外，在上述构造中，也可准备不同厚度的密封构件来组合使用（参见图4）。

发明效果

本发明所涉及的涡旋膨胀机通过采用上述构造能得到如下所述的效果。（1）通过使凹槽的深度从卷绕部的内周端侧朝向外周端侧逐渐增大并且使得装配于该凹槽中的密封构件形成为厚度逐渐增大，则就算高压的作用介质导入到膨胀室内并向密封构件的外周端侧施加高压而使得密封构件与对方涡盘的端板强有力地滑动接触的情形下，也能够可靠地提高密封构件的耐磨性。

（2）由于密封构件的寿命延长，能够得到涡旋膨胀机长时间保持稳定的性能。

附图说明

图1是本发明涉及的涡旋膨胀机的一部分纵剖侧视图。

图2是示出本发明涉及的涡旋膨胀机的固定涡盘的一个示例的纵剖侧视图。

图3是示出本发明涉及的涡旋膨胀机中使用的密封构件的一个示例和固定涡盘的立体图。

图4是示出本发明涉及的涡旋膨胀机中使用的另一种密封构件和固定涡盘的立体图。

具体实施方式

下文通过附图中示出的实施例对本发明涉及的涡旋膨胀机的较佳实施例进行详细说明。此外，本发明并不局限于这些实施例，也可在不脱离本发明的技术思想的范围内进行各种变更。

基于图1对本发明涉及的涡旋膨胀机整体进行说明。在图1中，涡旋膨胀机1具有固定涡盘2和旋转涡盘3，且该固定涡盘2和旋转涡盘3相对配置。固定涡盘2具有固定端板4和螺旋状的卷绕部5，该卷绕部5从固定端板4朝向涡旋膨胀机1的轴向方向a立设。旋转涡盘3具有旋转端板6以及螺旋状的卷绕部7，该卷绕部7从旋转端板6朝向轴向方向a立设。该卷绕部5和卷绕部7在螺旋部的多个位置处直线接触，且多个膨胀室e由固定端板4、旋转端板6、卷绕部5以及卷绕部7形成。多个膨胀室e在卷绕部5、7的两侧朝向螺旋部的外周侧形成。

旋转涡盘3的中心轴8相对于曲柄轴9安装在偏心位置，由此相对于该曲柄轴9在偏心状态下进行公转运动。旋转涡盘3由于连结于防自转机构10而无法自转。外壳11设置成包围旋转涡盘3。曲柄轴9在一端侧穿过外壳11由滚动轴承12支承以自由转动，而另一端侧连接于发电机13。

从设置在固定涡盘2的中心部处的导入孔14供给高压的作用介质w，该作用介质w流入到膨胀室e之后，旋转涡盘3被作用介质w的膨胀力推动并进行公转运动。于是，膨胀室e容积增大，随之作用介质w隔热膨胀。隔热膨胀之后的作用介质w最后从设置在固定涡盘2的外周部上的流出孔15向外部流出。旋转涡盘3的公转运动通过曲柄轴9输出转矩，用该力来使发电机13转动并进行发电。

图2是用于对作为上述涡旋膨胀机的构成部件的固定涡盘的主要部分（凹槽）进行说明的一部分纵剖侧视图。另外，旋转涡盘一侧中的凹槽也一样，因此省略图示以及说明。固定涡盘2在固定端板4的内表面4a上立设有螺旋状的卷绕部5，并且在该卷绕部5的前端处形成有凹槽5a，该凹槽5a的深度从螺旋部的内周端侧朝向外周端侧逐级地（图3、图4）或者连续地（未图示）增大。在此种情形下，凹槽5a的横截面形成为四边形。于是，该凹槽5a装配有下文所述的密封构件16或18，从而对凹槽5a和与该凹槽5a相对的旋转涡盘（未示出）的旋转端板的内表面之间进行密封。

密封构件由耐磨性和滑动性优异的材料形成。此种材料例如是聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯硫醚（PPS）、氟橡胶、硅橡胶等等。另外提供一种材料，即将PTFE作为基底（基材）少量添加作为填充材料的二硫化钼（ＭｏＳ₂）、石墨、铁粉、青铜粉等。

如图1所示，设置在固定涡盘2以及旋转涡盘4的各个卷绕部前端面处的密封构件分别与对方侧涡盘的端板滑动接触，且固定涡盘2和旋转涡盘4的卷绕部彼此朝向轴向方向a直线接触。藉此，多个膨胀室e沿着卷绕部5、7从壳体17的中心朝向外周侧形成。

（实施例1）

图3是示出本发明所涉及的涡旋膨胀机中使用的密封构件16和固定涡盘2在装配之前的状态的立体图。

在图3中，包围固定涡盘2的壳体17形成为筒状。在壳体17的内部，圆板状的固定端板4沿与涡旋膨胀机的轴向方向a垂直的方向固定设置。固定端板14朝向轴向方向a立设有螺旋状的卷绕部5。在此种情形下，密封构件16构造成设置有台阶16a、16b、16c，以对应于固定涡盘2的凹槽5a的深度使从螺旋部的内周端侧朝外周端侧厚度逐级增大。另外，在使用此种密封构件16的情形下，固定涡盘2的凹槽5a也会形成同样的台阶。

（实施例2）

图4示出本发明涉及的涡旋膨胀机的另一实施例，并且是与实施例1同样地示出密封构件18和固定涡盘2的装配状态的立体图。在此种情形下，密封构件18是形成为从内周端侧向外周端侧厚度（相当于凹槽的深度）逐级增大的构造，并且在按厚度顺序对接不同厚度密封构件的状态下进行接合。

（实施例3）

密封构件也可构造成从内周端侧朝外周端侧厚度连续地增大（未示出）。

各实施例涉及的涡旋膨胀机具有如上所述的构造，而在与旋转涡盘之间的关系等基本构成、基本操作方面与现有技术的涡旋膨胀机不存在特别的不同。

另外，虽然实施例例如利用固定涡盘和旋转涡盘，然而本发明也可适用于彼此相对的两个涡盘体都转动的双转动型涡旋膨胀机。

产业上的利用可能性

根据本发明的涡旋膨胀机，能够针对膨胀工序中该涡旋膨胀机的作用介质的液化来提高密封构件的耐磨性。

符号说明

1 涡旋膨胀机

2 固定涡盘

3 旋转涡盘

4 固定端板

4a 内表面

5 卷绕部

5a 凹槽

6 旋转端板

7 卷绕部

8 中心轴

9 曲柄轴

10 防自转机构

11 外壳

12 滚动轴承

13 发电机

14 导入孔

15 流出孔

16 密封构件

16a、16b、16c 台阶

17 壳体

18 密封构件

Claims

1.一种涡旋膨胀机，具备固定涡盘和旋转涡盘，所述固定涡盘在固定端板的内表面处立设有螺旋状的卷绕部，所述旋转涡盘与所述固定涡盘相对地设置且在旋转端板的内表面处立设有螺旋状的卷绕部，从而在所述旋转涡盘的卷绕部与所述固定涡盘的卷绕部之间划分出多个膨胀室，各个卷绕部上形成有沿着所述卷绕部的前端延伸的凹槽，且所述凹槽内安装有密封构件，所述密封构件与对方的内表面滑动接触，通过流入所述膨胀室内的作用介质膨胀而使得所述旋转涡盘转动，其特征在于，各个所述凹槽从内周端侧向外周端侧其深度逐渐增大，且各个所述密封构件沿着螺旋状的凹槽从内周端侧向外周端侧其厚度逐渐增大。

2.如权利要求1所述的涡旋膨胀机，其特征在于，所述密封构件具有从内周端侧向外周端侧其厚度逐级增大的形状。

3.如权利要求1所述的涡旋膨胀机，其特征在于，所述密封构件具有从内周端侧向外周端侧其厚度连续地增大的形状。