錐形壓縮膨脹一體機(jī)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種錐形壓縮膨脹一體機(jī)及方法，屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓氣體壓縮和膨脹是常規(guī)能源系統(tǒng)中的常見(jiàn)過(guò)程，特別對(duì)于低壓低溫操作條件，單位質(zhì)量的氣體工質(zhì)體積流量大，常見(jiàn)的低壓壓縮機(jī)和膨脹機(jī)體積龐大，成本高昂。因此，如何繼續(xù)降低大體積流量條件下壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸仍是今后的重要發(fā)展方向。
[0003]分析現(xiàn)有能源系統(tǒng)常見(jiàn)的渦旋式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)的工作過(guò)程可知，以上設(shè)備在正向旋轉(zhuǎn)過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工質(zhì)壓縮，如果反向工作則能實(shí)現(xiàn)工質(zhì)膨脹。如果結(jié)合以上兩類容積式壓縮機(jī)特點(diǎn)，能夠在錐形通道內(nèi)布置偏心旋轉(zhuǎn)芯子，利用偏心旋轉(zhuǎn)芯子旋轉(zhuǎn)過(guò)程形成封閉腔，且集成多個(gè)偏心轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同工質(zhì)的壓縮和膨脹，則能夠極大的簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并進(jìn)而提高能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，此類設(shè)備將會(huì)有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種錐形壓縮膨脹一體機(jī)及方法，能夠極大的簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并進(jìn)而提尚能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
[0005]種錐形壓縮膨脹一體機(jī)，其特征在于:包括外殼體、第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子和第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子，第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子位于外殼體內(nèi)部，第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子位于第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)部；
其中外殼體內(nèi)廓面、第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面、第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面、第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面均為螺旋形錐面結(jié)構(gòu)，且錐角相同，均為cl，小于90°;
第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子繞外殼體中心線公轉(zhuǎn)且繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線自轉(zhuǎn)，第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線與外殼體中心線呈al角；第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線公轉(zhuǎn)且繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線自轉(zhuǎn)時(shí)；第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線呈a2角；外殼體中心線、第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線和第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線均通過(guò)外殼體錐角的頂點(diǎn)；上述al角大于a2角；上述所有公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)同為正時(shí)針或同為逆時(shí)針?lè)较颍?br> 外殼體內(nèi)廓面任一軸向位置的橫截面為倒角為R1的N邊形，第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面任一軸向位置的橫截面為倒角為R1的N-1邊形；第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面和外殼體內(nèi)廓面的接觸部位為N條螺旋線；外殼體內(nèi)廓面的軸向螺距與第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面的軸向螺距的比值為N:N-1, N為大于等于3的自然數(shù)；
第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面任一軸向位置的橫截面為倒角為R2的Μ邊形，第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面任一軸向位置的橫截面為倒角為R2的Μ-1邊形；第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面與第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面的接觸部位為Μ條螺旋線；第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面的軸向螺距與第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面的軸向螺距的比值為:Μ: Μ-1，Μ為大于等于3的自然數(shù)。
[0006]第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子繞外殼體中心線公轉(zhuǎn)且繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線自轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)角速度與自轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系為N-1:N ;以上轉(zhuǎn)速關(guān)系可保證第一工質(zhì)入口面積從零增加至最大然后再降低為零，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)第一工質(zhì)的吸入和封閉。
[0007]第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線公轉(zhuǎn)且繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線自轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)角速度與自轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系為M-1:M ;以上轉(zhuǎn)速比關(guān)系可以保證第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面與第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面構(gòu)成的螺旋封閉腔，保證第二工質(zhì)入口面積從零增加至最大然后再降低為零，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)第二工質(zhì)的吸入和封閉。
[0008]根據(jù)本發(fā)明所述的錐形壓縮膨脹一體機(jī)，外殼體的外廓切面與外殼體中心線的夾角為cl，該夾角小于90°。以上角度要求可以保證第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面、與外殼體內(nèi)廓面之間構(gòu)成的螺旋封閉腔體積沿著錐角方向運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷縮小，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)第一工質(zhì)的壓縮；第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面和第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面構(gòu)成螺旋封閉腔沿著錐角反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)體積不斷增加，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)第二工質(zhì)的膨脹。
[0009]根據(jù)本發(fā)明所述的錐形壓縮膨脹一體機(jī)，al角大于a2角；以上角度要求可以保證第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線的同時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子與外殼體中心線干涉，即就是轉(zhuǎn)動(dòng)芯子卡死的情況。
[0010]根據(jù)本發(fā)明所述的錐形壓縮膨脹一體機(jī)的工作方法，其特征在于:
壓縮工作過(guò)程在于:
第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子繞外殼體中心線公轉(zhuǎn)且繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線自轉(zhuǎn)，使得第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面在外殼體內(nèi)廓面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；
由于第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面橫截面的N-1邊形的倒角為R1，與外殼體內(nèi)廓面橫截面的N邊形的倒角相同；
第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面和外殼體內(nèi)廓面的接觸部位為N條螺旋線；且每相鄰的兩條螺旋線有若干交點(diǎn)；
每相鄰的兩條螺旋線及其相鄰的兩個(gè)交點(diǎn)、與第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面、與外殼體內(nèi)廓面之間構(gòu)成一個(gè)螺旋封閉腔；
在第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線繞外殼體中心線公轉(zhuǎn)且自轉(zhuǎn)的同時(shí)，上述螺旋封閉腔沿著軸向向錐角方向移動(dòng)，體積不斷縮小，當(dāng)螺旋封閉腔內(nèi)充入第一工質(zhì)，則該工質(zhì)即被壓縮，該螺旋封閉腔即構(gòu)成一個(gè)壓縮腔，從而對(duì)第一工質(zhì)壓縮；
膨脹工作過(guò)程:
第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線公轉(zhuǎn)且繞第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線自轉(zhuǎn)時(shí)，使得第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面在第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；
由于第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面的橫截面的M-1邊形的倒角為R2，與第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面橫截面的Μ邊形的倒角相同；
第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面和第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面的接觸部位為Μ條螺旋線；且每相鄰的兩條螺旋線有若干交點(diǎn)；
每相鄰的兩條螺旋線及其相鄰的兩個(gè)交點(diǎn)、與第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子外廓面、第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子內(nèi)廓面構(gòu)成一個(gè)螺旋封閉腔；
在第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子中心線公轉(zhuǎn)且自轉(zhuǎn)時(shí)，上述螺旋封閉腔沿著軸向向錐角反方向移動(dòng)，體積不斷增加，當(dāng)螺旋封閉腔內(nèi)充入第二工質(zhì)，則該工質(zhì)膨脹，該螺旋封閉腔即構(gòu)成一個(gè)膨脹腔，從而可以對(duì)第二工質(zhì)實(shí)現(xiàn)膨脹； 根據(jù)本發(fā)明所述的錐形壓縮膨脹一體機(jī)，其特征在于:壓縮腔入口的第一工質(zhì)為干空氣、濕空氣、水蒸氣以及其他有一定濕度的氣體；由于該錐形壓縮膨脹一體機(jī)的壓縮過(guò)程為容積式壓縮過(guò)程，且由于第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子的轉(zhuǎn)速不高，因此可對(duì)多種不同氣體、包括常規(guī)的干空氣、濕空氣以及其他具有一定濕度的氣體進(jìn)行壓縮，具有廣泛的氣體適應(yīng)性；
根據(jù)本發(fā)明所述的錐形壓縮膨脹一體機(jī)，其特征在于:膨脹腔入口的第二工質(zhì)為干空氣、濕空氣、水蒸氣以及其他有一定濕度的氣體。由于該錐形壓縮膨脹一體機(jī)的膨脹過(guò)程為容積式膨脹過(guò)程，且由于第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子的轉(zhuǎn)速不高，因此可對(duì)多種不同氣體、包括常規(guī)的干空氣、濕空氣以及其他具有一定濕度的氣體進(jìn)行膨脹，因此具有廣泛的氣體適應(yīng)性。
[0011]根據(jù)本發(fā)明所述的錐形壓縮膨脹一體機(jī)，其可有多種工作方式:可以同時(shí)對(duì)兩種工質(zhì)壓縮，也可對(duì)兩種工質(zhì)膨脹，還可用于兩種工質(zhì)的壓縮和膨脹、一種工質(zhì)的膨脹、一種工質(zhì)壓縮。當(dāng)用于壓縮膨脹一體機(jī)時(shí)，由于在實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的過(guò)程，回收了部分膨脹功，因此具有一定的節(jié)能性。此外，由于壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程集成在統(tǒng)一設(shè)備中，也具有整體結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)。
[0012]由于該錐形壓縮膨脹機(jī)，可在其轉(zhuǎn)動(dòng)芯子的外側(cè)和內(nèi)側(cè)分別布置了不同的螺旋型面，從而可以形成壓縮腔和膨脹腔，為設(shè)計(jì)壓縮膨脹一體化過(guò)程提供可能，且可以通過(guò)對(duì)兩個(gè)不同廓面參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)最佳的壓縮和膨脹效果。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為錐形壓縮膨脹一體機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2殼體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中標(biāo)號(hào):1、外殼體，2、第一轉(zhuǎn)動(dòng)芯子，3、第二轉(zhuǎn)動(dòng)芯子，4、夕卜殼體中