單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，屬于動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域。單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，包括單螺桿膨脹機(jī)的螺桿、與螺桿匹配的星輪、螺桿外部的機(jī)殼以及與螺桿連接的主軸，其特征在于，在螺桿尾部螺旋槽出口端設(shè)有與螺旋槽出口相通的排氣孔，在運(yùn)行過(guò)程中排氣孔通過(guò)機(jī)殼端面設(shè)的孔與外界連接。每個(gè)排氣孔是每個(gè)螺旋槽對(duì)應(yīng)一個(gè)排氣孔，且排氣孔是螺槽內(nèi)氣體排出的唯一通道。減小了單螺桿膨脹機(jī)在大膨脹比工況下的欠膨脹損失，具體表現(xiàn)為當(dāng)實(shí)際工作膨脹比大于最佳膨脹比時(shí)，隨著膨脹比的增加，膨脹機(jī)效率不降低或者降低速度較慢。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種新型單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，旨在減小單螺桿膨脹機(jī)的欠膨脹損失，屬于動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]常見(jiàn)的膨脹機(jī)有兩種形式，即速度式和容積式。速度式的工作原理是利于噴管產(chǎn)生的高速氣流來(lái)推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，而容積式膨脹機(jī)是利用一些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的容積變化來(lái)進(jìn)行工作。速度式膨脹機(jī)通常用于大型的(MW級(jí))動(dòng)力輸出系統(tǒng)，而容積式膨脹機(jī)一般用于較小規(guī)模(I麗以下)的動(dòng)力輸出系統(tǒng)。
[0003]容積式膨脹機(jī)主要有活塞式、渦旋式、單螺桿式和雙螺桿式等，其中單螺桿膨脹機(jī)是一種具有明顯優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，主要優(yōu)點(diǎn)有:沒(méi)有不平衡質(zhì)量，并且螺桿幾乎不承受任何軸向力和徑向力，只有星輪承受較小的氣體力。因此單螺桿膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)較為平穩(wěn)，振動(dòng)和噪音較小，并且軸承壽命長(zhǎng)。常見(jiàn)的單螺桿結(jié)構(gòu)配置如圖1所示，其工作容積為螺桿槽道。星輪把螺槽分為兩部分，隨著主軸旋轉(zhuǎn)，每部分螺槽容積都周期性的發(fā)生變化，高壓氣體進(jìn)入螺槽后隨螺槽容積增加而膨脹，相應(yīng)的氣體力推動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)輸出軸功。
[0004]單螺桿膨脹機(jī)通常具有固定的內(nèi)容積比。固定內(nèi)容積比的膨脹機(jī)可能存在欠膨脹或過(guò)膨脹問(wèn)題。過(guò)膨脹是指膨脹過(guò)程終了時(shí)螺槽內(nèi)氣體已膨脹至比排氣壓力更低的某一壓力，此時(shí)排氣管內(nèi)氣體經(jīng)排氣孔迅速回流至螺槽，使螺槽內(nèi)氣體壓力增大，消耗掉一部分膨脹功，同時(shí)使膨脹機(jī)排氣推動(dòng)功增大，造成過(guò)膨脹損失。欠膨脹是指膨脹終了時(shí)螺槽內(nèi)氣體壓力仍大于排氣壓力，排氣孔口打開(kāi)時(shí)，基元容積內(nèi)氣體經(jīng)歷一個(gè)無(wú)阻膨脹過(guò)程迅速減壓至排氣壓力，造成欠膨脹損失。
[0005]單螺桿膨脹機(jī)的螺槽排氣孔口(相當(dāng)于單螺桿壓縮機(jī)的進(jìn)氣孔口)通常位于機(jī)殼上，具體表現(xiàn)為機(jī)殼上與螺桿配合表面上的缺口，典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。在排氣過(guò)程中，螺槽內(nèi)氣體沿螺桿徑向流出螺槽，該流出過(guò)程不產(chǎn)生任何軸功。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出的單螺桿膨脹機(jī)，為具有單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0007]單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，包括單螺桿膨脹機(jī)的螺桿、與螺桿匹配的星輪、螺桿外部的機(jī)殼以及與螺桿連接的主軸，其特征在于，在螺桿尾部螺旋槽出口端設(shè)有與螺旋槽出口相通的排氣孔，在運(yùn)行過(guò)程中排氣孔通過(guò)機(jī)殼端面設(shè)的孔與外界連接。每個(gè)排氣孔是每個(gè)螺旋槽對(duì)應(yīng)一個(gè)排氣孔，且排氣孔是螺槽內(nèi)氣體排出的唯一通道。進(jìn)一步優(yōu)選，螺桿尾部端面的螺肋采用倒角的結(jié)構(gòu)。
[0008]該結(jié)構(gòu)和圖2所示結(jié)構(gòu)相比，具有兩點(diǎn)不同:
[0009](I)機(jī)殼上沒(méi)有用于徑向排氣的缺口；
[0010](2)螺桿尾部(指低壓側(cè)，下同)存在缺口。
[0011]采用上述結(jié)構(gòu)的單螺桿膨脹機(jī)，螺槽內(nèi)氣體排出只能依靠尾部空間進(jìn)行。通過(guò)尾部排氣孔排氣時(shí)，在欠膨脹工況下，由于排孔口面積小(相對(duì)同壓自膨脹來(lái)說(shuō))，并且排氣開(kāi)始時(shí)螺槽內(nèi)壓力明顯高于排氣壓力，氣體流經(jīng)排氣孔口時(shí)存在明顯的減壓增速過(guò)程，螺槽內(nèi)高壓氣體高速流出螺槽，氣體流出的反作用力可以推動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定軸功，這相當(dāng)于回收一部分壓力勢(shì)能，減小了欠膨脹損失。通過(guò)以上手段，單螺桿膨脹機(jī)實(shí)際上變成了一個(gè)準(zhǔn)二級(jí)膨脹機(jī)。在小膨脹比工況下，依靠單螺桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的容積變化來(lái)工作。在大膨脹比工況下，螺桿尾部排氣孔實(shí)際上成為了速度式膨脹機(jī)的“噴嘴”，螺肋為“葉片”，由二者構(gòu)成了第二級(jí)速度式膨脹機(jī)。該二級(jí)膨脹機(jī)先利用單螺桿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的容積變化來(lái)膨脹至某一中間壓力，從中間壓力到排氣壓力依靠“螺槽排氣余速利用”形成的速度式膨脹機(jī)來(lái)進(jìn)行工作。
[0012]除此之外，部分高壓氣越過(guò)星輪泄漏出螺槽時(shí)，也從上述排氣孔流出螺槽，同樣具有一定的做功能力。
[0013]單螺桿膨脹機(jī)，可能為單星輪結(jié)構(gòu)，也可能為多星輪結(jié)構(gòu)。
[0014]為提高氣流推動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)的效果，螺桿尾部結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于排氣，螺桿尾部排氣孔的開(kāi)口應(yīng)使排氣的速度矢量可能與螺桿尾部螺肋方向一致。
[0015]本發(fā)明的效益是減小了單螺桿膨脹機(jī)在大膨脹比工況下的欠膨脹損失，具體表現(xiàn)為當(dāng)實(shí)際工作膨脹比大于最佳膨脹比時(shí)，隨著膨脹比的增加，膨脹機(jī)效率不降低或者降低速度較慢。
【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖1，單螺桿膨脹機(jī)典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]附圖2，單螺桿膨脹機(jī)徑向排氣孔口示意圖；
[0018]附圖3，本發(fā)明提出的單螺桿膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]附圖4，螺桿尾部修正示例。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0021]實(shí)施例1:實(shí)施本發(fā)明的關(guān)鍵是螺槽內(nèi)氣體排出通道的位置和形狀。首先，在單螺桿膨脹機(jī)殼體上，不再開(kāi)設(shè)用于徑向排氣的缺口；同時(shí)，在螺桿尾部(低壓側(cè))切出相應(yīng)的排氣通道。示例I給出一種簡(jiǎn)單的方式，即在螺桿尾部倒角(如圖4所示)，這時(shí)螺槽存在缺口，并且該缺口是每個(gè)螺槽內(nèi)氣體排出的唯一通道，通過(guò)該通道排氣時(shí)，相應(yīng)的速度效應(yīng)能反推動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，回收一部分壓力勢(shì)能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，包括單螺桿膨脹機(jī)的螺桿、與螺桿匹配的星輪、螺桿外部的機(jī)殼以及與螺桿連接的主軸，其特征在于，在螺桿尾部螺旋槽出口端設(shè)有與螺旋槽出口相通的排氣孔，在運(yùn)行過(guò)程中排氣孔通過(guò)機(jī)殼端面設(shè)的孔與外界連接。2.按照權(quán)利要求1所述的單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)排氣孔是每個(gè)螺旋槽對(duì)應(yīng)一個(gè)排氣孔，且排氣孔是螺槽內(nèi)氣體排出的唯一通道。3.按照權(quán)利要求1所述的單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，其特征在于，螺桿尾部端面的螺肋采用倒角的結(jié)構(gòu)。4.按照權(quán)利要求1所述的單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，其特征在于，螺桿尾部排氣孔的開(kāi)口應(yīng)使排氣的速度矢量可能與螺桿尾部螺肋方向一致。5.按照權(quán)利要求1所述的單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，其特征在于，單螺桿膨脹機(jī)為單星輪結(jié)構(gòu)或多星輪結(jié)構(gòu)。6.按照權(quán)利要求1所述的單螺桿膨脹機(jī)螺槽排氣余速利用系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)尾部排氣孔排氣時(shí)，在欠膨脹工況下，由于排孔口面積小，并且排氣開(kāi)始時(shí)螺槽內(nèi)壓力明顯高于排氣壓力，氣體流經(jīng)排氣孔口時(shí)存在明顯的減壓增速過(guò)程，螺槽內(nèi)高壓氣體高速流出螺槽，氣體流出的反作用力可以推動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定軸功，這相當(dāng)于回收一部分壓力勢(shì)能，減小了欠膨脹損失。
【文檔編號(hào)】F04C18/16GK105952640SQ201610516022
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月1日
【發(fā)明人】王偉, 馬重芳, 吳玉庭, 王景甫, 雷標(biāo), 智瑞平
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué), 中投碧城節(jié)能科技有限公司