一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，以星轮和螺杆转子的中垂线为基准，螺杆转子的进气段的螺槽截断，其轴向长度为L1p，螺杆转子的排气段的螺槽长度保持完整，在螺杆转子的进气段的截面对应的机壳上设置有轴向进气孔口，在排气段的机壳上设置有径向排气孔口。本发明将机壳上的径向进气孔口改成螺杆进气端面机壳上的轴向进气孔口，消除离心力对进气气流的阻力。对适应螺杆进气端的改进，螺杆排气端的螺槽保持完整，并设置径向排气孔口，减小或消除螺杆转动引起的离心力对进排气的阻碍作用，降低膨胀机的进、排气阻力，提高整机效率。
【专利说明】
-种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构
技术领域
[0001] 本发明属于机械设计领域，特别是设及一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构。
【背景技术】
[0002] 螺杆膨胀机依靠高压气体驱动，在膨胀机内，高压气体膨胀后推动转子旋转，并输 出功率，实现将热能转换为机械能。螺杆膨胀机的应用，将会促进工业流程中的低品位废 热，地热能和太阳能等能量的回收，并转换为电能，缓解能源紧张和环境污染问题。
[0003] 单螺杆膨胀机是螺杆膨胀机的一种。与双螺杆膨胀机比较，单螺杆膨胀机还没有 商业化应用。原因在于，目前的单螺杆膨胀机都来自于简单改造的单螺杆压缩机：即将单螺 杆压缩机的排气孔口改造成膨胀机的进气口，将压缩机的进气口改造成膨胀机的排气口。 运种不改变机器内部结构，仅仅将进排、气孔口互换，反转压缩机成为膨胀机的方式并不适 合单螺杆膨胀机，将使单螺杆膨胀机的效率降低。
[0004] 单螺杆压缩机的主机结构如图1所示，它的核屯、部件是一根螺杆4,和两个与之呈 中屯、对称布置的星轮2;星轮2设置于星轮支架3上。星轮齿、齿槽和机壳5组成压缩腔，电机 通过螺杆4带动星轮2旋转，实现吸气、压缩和排气过程(标号1为转子排汽端）。
[0005] 单螺杆压缩机星轮螺杆的配合关系如图2所示。Ξ角形排气孔口 10的位置如图2中 虚线Ξ角形所示，设置在机壳上的相应位置。螺杆8的旋转方向如图中箭头9所示，驱动左右 两个星轮6、7旋转。进气流向如箭头11所示，向螺杆进气口的斜切口流入螺杆齿槽。排气过 程中，被压缩气体从螺杆的径向由该Ξ角形排气孔口 10排出，排气流向如图箭头12所示。
[0006] 目前，单螺杆膨胀机中螺杆与星轮的相对位置如图3所示，图中箭头17是螺杆15的 旋转方向，驱动左右两个星轮13、14旋转。图中虚线Ξ角形16是膨胀机的Ξ角形进气通道， 箭头18是进气的气流方向。膨胀机的排气方向如图中箭头19所示。膨胀机中流体的流动方 向刚好与压缩机中的气体流动方向相反。膨胀气体需从运个Ξ角形孔口进入膨胀腔。由于 膨胀气体的流动方向需要克服螺杆运动造成的离屯、力才能进入膨胀腔，导致流体的流动阻 力增加；由于该阻力与流体的密度成正比，进入膨胀腔之前流体中含有液体会导致阻力大 大增加，从而更加降低膨胀机效率;为保证该阻力不增加，通常在膨胀气体进入膨胀腔，且 膨胀腔随螺杆转动脱离运个Ξ角形孔口后才喷入液体(如润滑油)进行密封，运导致在膨胀 腔脱离Ξ角形孔口之前大量的气体泄漏，降低了膨胀机的效率。
[0007] 现有技术中，单螺杆膨胀机的螺杆20与星轮21的尺寸关系，如图4所示。螺杆20与 星轮21的中屯、距为A，螺杆的直径为dl，星轮的直径为d2。^星轮、螺杆轴的中垂线为基准， 螺杆进气端的螺槽轴向长度为L1，排气端的螺槽轴向长度为L2"L1的长度可表示为：
[000引
[0009] 而 L2 则小于 L1，通常 L2 = (0.6 ~0.8)L1。
[0010] 上述单螺杆膨胀机的进气孔口开设在径向，进气气流的流入方向与其受到因螺杆 转动引起的离屯、力方向相反，造成进气阻力增加。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于提供一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，W减小或消除螺杆 转动引起的离屯、力对进排气的阻碍作用，降低膨胀机的进、排气阻力，提高整机效率。
[0012] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0013] -种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，W星轮和螺杆转子的中垂线为基准，螺杆 转子的进气段的螺槽截断，截断后的螺杆转子的进气段轴向长度为Llp，螺杆转子的排气段 的螺槽长度保持完整，在螺杆转子的进气段的截面对应的机壳上设置有轴向进气孔口，在 排气段的机壳上设置有径向排气孔口；螺杆转子进气段的螺槽轴向长度Lip为：
[0014]
[0015] 其中，dl为螺杆转子的直径，d2为与螺杆转子晒合的星轮直径，A为螺杆转子的轴 线到星轮轴线的垂直距离。
[0016] 进一步的，螺杆转子的进气段的截面为螺杆转子的进气端面，螺杆转子的进气口 设置于螺杆转子的进气端面上;螺杆转子的排气口设置于螺杆转子的侧面上。
[0017] 进一步的，沿螺杆转子轴向，在螺杆转子的进气端面能够看见螺杆转子的齿槽;在 螺杆转子的排气端面不能够看见螺杆转子的齿槽。
[0018] 进一步的，进气孔口的内侧边界与螺杆转子的齿槽在进气端面的底边界重合;进 气孔口的后侧边界与膨胀机的分割面之间距离为h;进气孔口的外侧边界线与螺杆转子的 外缘线重合;进气孔口的前侧边界与齿槽在进气端面的后侧截面线型线相同，是齿槽刚好 进气结束时后侧截面线所处的位置。
[0019] 进一步的，进气孔口的内侧边界与螺杆转子的齿槽在进气端面的底边界重合;进 气孔口的后侧边界与膨胀机的分割面之间距离为h;进气孔口的外侧边界线与螺杆转子的 外缘线重合;进气孔口的前侧边界为一条直线或曲线，其位置与齿槽在进气端面的后侧截 面线型线重合或不重合。
[0020] 进一步的，h大于零。
[0021 ]进一步的，螺杆转子进气端面对应的机壳上，除进气孔口、轴孔之外，设置有密封 平面和星轮空间，该密封平面与螺杆转子进气端面配合保证密封;星轮空间用于安装星轮。
[0022] 进一步的，排气孔口的边界与螺杆转子的齿槽外缘的前侧边界线型线相同。
[0023] 进一步的，排气孔口的边界为直线或曲线，其位置与螺杆转子的齿槽外缘的前侧 边界线型线重合或不重合。
[0024] 进一步的，机壳上中屯、对称设置有两个轴向进气孔口；机壳上中屯、对称设置有两 个径向排气孔口。
[0025] 相对于现有技术，本发明具有W下有益效果：
[0026] 本发明中膨胀机的进气孔口开设在螺杆转子的进气端面，进气气流不受螺杆旋转 引起的离屯、力的影响，从而可W在进气气流中混入液体(包括润滑油）保证密封，也可W将 膨胀机用于两相膨胀，并维持较小的进气阻力。最终达到提高膨胀机效率的目的。
【附图说明】
[0027] 图1为单螺杆压缩机基本结构图；
[0028] 图2为单螺杆压缩机晒合副螺杆与星轮的配合与运动关系示意图；
[0029] 图3为现有单螺杆膨胀机晒合副螺杆与星轮的配合与运动关系示意图；
[0030] 图4为现有单螺杆膨胀机螺杆与星轮的尺寸与配合关系示意图；
[0031 ]图5为本发明单螺杆膨胀机星轮与螺杆的相对位置关系示意图；
[0032] 图6为本发明螺杆的进气端面示意图；
[0033] 图7为本发明机壳上的排气孔口在螺杆进气端面上的投影示意图；
[0034] 图8为本发明螺杆进气端面对应的机壳在螺杆进气端面的投影示意图；
[0035] 图9为本发明机壳上的径向排气孔口边界在螺杆俯视图上的投影示意图。
【具体实施方式】
[0036] 本发明将机壳上的径向进气孔口改成螺杆进气端面机壳上的轴向进气孔口，消除 离屯、力对进气气流的阻力。对适应螺杆进气端的改进，螺杆排气端的螺槽保持完整，并设置 径向排气孔口。
[0037] 请参阅图5所示，本发明一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，W星轮21、螺杆20 的轴的中垂线为基准，螺杆进气端的螺槽截去一段，进气端螺槽轴向长度由L1转变为Llp， 而螺杆排气端螺槽则保持完整，其轴向长度L2p = L1。Lip = (0.5~0.95化1。具体的数值根 据排气量选定。
[0038] 螺杆进气端如图6所示。从进气端视图看，主轴23的转动方向如图箭头26所示，端 面可W看见齿槽22，齿槽前侧截面线如标号24所示，齿槽后侧截面线如图标号25所示，槽底 截面线如标号28所示。随着螺杆进气端长度Lip变小，膨胀机的排气量变小，槽底截面线所 在圆的半径也将变小。
[0039] 膨胀机的进气通道开设在与螺杆进气端面配合的机壳平面上，进气孔口 29在螺杆 进气端面的投影如图7阴影区域所示。因一根螺杆与两个星轮呈中屯、对称布置，膨胀腔在螺 杆上也是对称分布的，所W在螺杆进气端面的对称位置，布置有一个相同的进气孔口 30。进 气孔口 29的内侧边界35与螺杆槽底边界28重合。进气孔口 29的后侧边界33与膨胀机的分割 面34(螺杆在中屯、线所在水平面)之间距离为h。该距离与机壳厚度相同或接近。进气孔口 29 的外侧边界线31与螺杆的外缘线27重合。进气孔口 29的前侧边界32与齿槽在进气端截面的 后侧截面线25型线相同，是齿槽刚好进气结束时后侧截面线25所处的位置。进气孔口 29的 大小由其前侧边界32决定。前侧边界32离后侧边界33越远，进气孔日29越大，进气量越大， 膨胀机的膨胀比越小。前侧边界32的位置根据膨胀比确定。
[0040] 在轴孔和进气孔口位置之外的其它区域，机壳上设置有平面端面与螺杆的进气端 面配合，起密封作用，如图8所示打剖面线的区域36。区域37、38是机壳上的预留的星轮空 间。为保证膨胀机的排气量，区域37和38应尽可能狭窄，只需能将星轮装入即可。
[0041] 为与进气孔口适应，螺杆的排气端保持螺槽完整，并将膨胀机的排气孔口布置在 机壳的径向方向。该径向排气孔口的边界40可投影到沿图8中箭头39所示方向所作的螺杆 的视图上，如图9所示。机壳上，从排气孔口的边界40到螺杆排气端的运侧所有区域均设置 为排气孔口。因单螺杆膨胀机的结构对称，在机壳上的对称位置还设有一个相同的排气孔 口。该排气孔口的边界40与螺杆齿槽外缘的前侧边界线41型线相同，排气孔口的边界40的 位置是齿槽处于刚好完全膨胀时刻齿槽前侧边界线41所处的位置(图9中，标号42为螺杆齿 槽外缘的后侧边界线，标号43为螺杆旋转方向）。
[0042]本发明采用上述方案，膨胀机的进气孔口开设在螺杆的进气端面，进气气流不受 螺杆旋转引起的离屯、力的影响，从而可W在进气气流中混入液体(包括润滑油)保证密封， 也可W将膨胀机用于两相膨胀，并维持较小的进气阻力。最终达到提高膨胀机效率的目的。
【主权项】
1. 一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在于，以星轮和螺杆转子的中垂线为 基准，螺杆转子的进气段的螺槽截断，截断后的螺杆转子的进气段轴向长度为Llp，螺杆转 子的排气段的螺槽长度保持完整，在螺杆转子的进气段的截面对应的机壳上设置有轴向进 气孔口，在排气段的机壳上设置有径向排气孔口；螺杆转子进气段的螺槽轴向长度Lip为：其中，dl为螺杆转子的直径，d2为与螺杆转子啮合的星轮直径，A为螺杆转子的轴线到 星轮轴线的垂直距离。2. 根据权利要求1所述的一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在于，螺杆转子 的进气段的截面为螺杆转子的进气端面，螺杆转子的进气口设置于螺杆转子的进气端面 上;螺杆转子的排气口设置于螺杆转子的侧面上。3. 根据权利要求1所述的一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在于，进气孔口 的内侧边界与螺杆转子的齿槽在进气端面的底边界重合;进气孔口的后侧边界与膨胀机的 分割面之间距离为h;进气孔口的外侧边界线与螺杆转子的外缘线重合;进气孔口的前侧边 界与齿槽在进气端面的后侧截面线型线相同，是齿槽刚好进气结束时后侧截面线所处的位 置。4. 根据权利要求1所述的一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在于，进气孔口 的内侧边界与螺杆转子的齿槽在进气端面的底边界重合;进气孔口的后侧边界与膨胀机的 分割面之间距离为h;进气孔口的外侧边界线与螺杆转子的外缘线重合;进气孔口的前侧边 界为一条直线或曲线，其位置与齿槽在进气端面的后侧截面线型线重合或不重合。5. 根据权利要求3或4所述的一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在于，h大于 零。6. 根据权利要求1至4中任一项所述的一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在 于，螺杆转子进气端面对应的机壳上，除进气孔口、轴孔之外，设置有密封平面和星轮空间， 该密封平面与螺杆转子进气端面配合保证密封;星轮空间用于安装星轮。7. 根据权利要求1所述的一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在于，排气孔口 的边界与螺杆转子的齿槽外缘的前侧边界线型线相同。8. 根据权利要求1所述的一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在于，排气孔口 的边界为直线或曲线，其位置与螺杆转子的齿槽外缘的前侧边界线型线重合或不重合。9. 根据权利要求1所述的一种单螺杆膨胀机的进排气孔口结构，其特征在于，机壳上中 心对称设置有两个轴向进气孔口；机壳上中心对称设置有两个径向排气孔口。
【文档编号】F01C21/18GK105927281SQ201610349773
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】吴伟烽, 张曌, 建志方, 谢佳, 张文珊
【申请人】西安交通大学