一种膨胀比可调的旋片式膨胀机的制作方法

本实用新型涉及膨胀机领域，特别是涉及一种膨胀比可调的旋片式膨胀机。

背景技术：

膨胀机是一种利用具有一定压力的气体膨胀对外输出机械功的机械，主要用于低品位能源的回收，膨胀机的对外输出机械功可以驱动发电机发电，也可以直接驱动机械设备。膨胀机与压缩机是依据使用条件或功能不同来命名的，压缩机的使用条件是由动力驱动，其功能是将低压气体压缩为高压气体；膨胀机的使用条件是通入高压气体，从出口获得低压气体，并推动转子转动，其功能是向外输出动力。

膨胀机按运行工作模式一般分为两类：一种是以气体速度能对外做功的膨胀机（如：透平膨胀机），另一种是以气体在设备可变容积中膨胀对外做功的膨胀机（如：活塞式膨胀机、螺杆式膨胀机、旋片式膨胀机等）。

其中，旋片机包括旋片式压缩机和旋片式膨胀机，现有旋片式膨胀机包括汽缸，汽缸内安装有旋片转子，旋片转子的轴心偏离汽缸的轴心，旋片转子外圆周上开有多个轴向的转子槽，转子槽内放置有沿径向滑动的旋片。由于旋片转子在汽缸中偏心配置，汽缸与旋片转子外圆表面所构成的空间容积不对称，其中有一弧段的空间容积狭窄而相对另一弧段空间容积宽大。旋片转子旋转过程中，旋片受离心力作用，旋片从转子槽内伸出贴合在汽缸内壁，将不对称空间分隔成多个小腔，位于狭窄空间的小腔容积较小，而位于宽大空间的小腔的容积较大。由于旋片转子转动，旋片所处的位置在不断变化，各小腔的容积也在不断改变，小腔内气体的压力随着容积变化而改变。所以，外加动力驱动旋片转子实现气压增加，此时完成气体压缩功能，或通入高压气体驱动旋片转子实现气体压力降低，此时完成气体膨胀功能。

现有大部分膨胀机的膨胀比根据理想的工况设计，在膨胀机运行中，因有些能源供给有波动，当膨胀机入口气体工况(包括压力和温度)发生变化或出口气体工况(包括压力和温度)，与原有膨胀比不匹配，就会造成过膨胀和欠膨胀情况的发生。膨胀机入口气体压力高于设计压力或出口气体压力低于设计压力时，会发生欠膨胀；膨胀机入口气体压力低于设计压力或膨胀机出口压力高于设计压力时，会发生过膨胀。以上两种情况都会导致膨胀机效率降低。

所以，需要设计一种新的膨胀机，以便克服现有膨胀机存在的上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种膨胀比可调的旋片式膨胀机，通过联动机构来调节转子与汽缸的偏心度，从而起到调节旋片式膨胀机膨胀比的效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种膨胀比可调的旋片式膨胀机，包括汽缸和汽缸盖，所述的汽缸的两端对称安装有汽缸盖，所述的汽缸内部偏心且轴向安装有转子，所述的转子的外圆周上均匀布置有若干个可径向移动的旋片，所述的转子两端的转子轴伸入到汽缸盖内部上下滑动的滑块内，所述的汽缸的上侧安装有伺服电机执行器，该伺服电机执行器通过同步传动机构驱动两端的滑块上下滑动，所述的汽缸的底部连接有进汽管，该汽缸的一侧圆周侧壁上安装有排汽管，其中转子轴的一端通过万向节与动力输出联轴器相连。

进一步的，所述的同步传动机构包括与伺服电机执行器连接的同步轴和同步轴两端竖直布置有执行螺杆，该执行螺杆的上端通过蜗轮蜗杆组件与同步轴相连，该执行螺杆的下端与对应的滑块螺纹相连。

进一步的，所述的汽缸盖的侧壁上竖向安装有两根导轨，所述的滑块沿着导轨上下滑动。

进一步的，所述的汽缸盖的外侧安装有将滑块和执行螺杆一起罩住的端部密封壳，所述的伺服电机执行器的外侧安装有将同步轴和汽缸部分外壁罩住的中部密封壳。

进一步的，所述的进汽管的侧壁上通过辅助进汽管与汽缸内和排汽管相对的侧壁相连通，该辅助进汽管上安装有电磁阀。

进一步的，所述的汽缸的侧壁上与排汽管相连接的位置设有两个斜向布置左右相对的排汽缝。

进一步的，所述的转子上布置有旋片的滑槽的底部通过通汽孔与转子的外侧壁相连通。

进一步的，所述的旋片上与汽缸的侧壁相接触的一端为圆弧状接触端。

进一步的，所述的排汽管上安装有排汽压力变送器，所述的汽缸的侧壁上安装有汽腔压力变送器。

进一步的，所述的汽缸盖的中部开有竖向轴孔供转子轴穿过并上下滑动。

有益效果：本实用新型涉及一种膨胀比可调的旋片式膨胀机，结构紧凑合理，具有以下优点：（1）通过双向调节转子在汽缸中的偏心度，改变膨胀比，工况变化时保证旋片式膨胀机的热效率；（2）安装有端部密封壳和中部密封壳将整个机体可泄漏点密封起来，保证整个机体气密性良好；（3）万向节一端与转子轴连接，另一端与动力输出联轴器连接，以适应同心度变化时转子轴可以顺利地将机械能传递给动力输出联轴器；（4）旋片与汽缸内壁接触端为圆弧状，更有利于旋片与汽缸内壁润滑剂形成液膜减少磨损；（5）设有带电磁阀的辅助启动进汽管，便于旋片式膨胀机带负荷启动。

附图说明

图1是本实用新型的主视半剖结构图；

图2是图1的较大膨胀比时的B-B向剖视结构图；

图3是图1的较小膨胀比时的B-B向剖视结构图；

图4是图1的A-A向剖视结构图；

图5是本实用新型的汽缸盖图；

图6是本实用新型所述的转子的局部结构图；

图7是本实用新型所述汽缸的排汽缝布置示意图。

附图标记：1. 最小汽腔，2. 最大汽腔，3. 转子，4. 汽缸盖，5. 旋片，6. 汽缸，7. 滑块，8. 端部密封壳，9. 排汽缝，10. 伺服电机执行器，11. 中部密封壳，12. 同步轴，13. 执行螺杆，14. 万向节，15. 转子轴，16. 动力输出联轴器，17. 进汽管，18. 排汽管，19. 导轨，20. 竖向轴孔，21. 汽腔压力变送器，22. 排汽压力变送器，23. 通汽孔，24. 圆弧状接触端，25. 辅助进汽管。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1-7所示，本实用新型的实施方式涉及一种膨胀比可调的旋片式膨胀机，包括汽缸6和汽缸盖4，所述的汽缸6的两端对称安装有汽缸盖4，所述的汽缸6内部偏心且轴向安装有转子3，所述的转子3的外圆周上均匀布置有若干个可径向移动的旋片5，所述的转子3两端的转子轴15伸入到汽缸盖4内部上下滑动的滑块7内，所述的汽缸6的上侧安装有伺服电机执行器10，该伺服电机执行器10通过同步传动机构驱动两端的滑块7上下滑动，所述的汽缸6的底部连接有进汽管17，该汽缸6的一侧圆周侧壁上安装有排汽管18，其中转子轴15的一端通过万向节14与动力输出联轴器16相连。

所述的同步传动机构包括与伺服电机执行器10连接的同步轴12和同步轴12两端竖直布置有执行螺杆13，该执行螺杆13的上端通过蜗轮蜗杆组件与同步轴12相连，该执行螺杆13的下端与对应的滑块7螺纹相连，作为同步性很好的同步传动机构，采用同步轴12来驱动两边的执行螺杆13进行同步转动，能保证滑块7的同步升降，同步轴12两端的蜗杆的螺旋方向不同，这样能抵消两端的轴向力，提高传动的平稳性。

所述的汽缸盖4的侧壁上竖向安装有两根导轨19，所述的滑块7沿着导轨19上下滑动，保证滑块7滑动的稳定性。

所述的汽缸盖4的外侧安装有将滑块7和执行螺杆13一起罩住的端部密封壳8，所述的伺服电机执行器10的外侧安装有将同步轴12和汽缸6部分外壁罩住的中部密封壳11，通过端部密封壳8和中部密封壳11可以将整个机体可泄漏点密封起来，防止工质泄漏。

所述的进汽管17的侧壁上通过辅助进汽管25与汽缸6内和排汽管（18）相对的侧壁相连通，该辅助进汽管25上安装有电磁阀，在膨胀机启动的时候可以与进汽管17同时进汽，推动多个叶片，使膨胀机在有负载的时候也可以正常启动。

所述的汽缸6的侧壁上与排汽管18相连接的位置设有两个斜向布置左右相对的排汽缝9，斜向布置的排汽缝9相对于原来平直的排汽缝能使旋片5沿轴向摩擦均匀，减少局部磨损。

所述的转子3上布置有旋片5的滑槽的底部通过通汽孔23与转子3的外侧壁相连通，防止旋片5在转子3的滑槽内伸缩运动时底部形成真空负压或压缩气体，从而影响旋片5的伸缩运动。

所述的旋片5上与汽缸6的侧壁相接触的一端为圆弧状接触端24，更有利于旋片与汽缸内壁润滑剂形成液膜减少磨损。

所述的排汽管18上安装有排汽压力变送器22，所述的汽缸6的侧壁上安装有汽腔压力变送器21，一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20mADC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

所述的汽缸盖4的中部开有竖向轴孔20供转子轴15穿过并上下滑动。

作为本实用新型的一种实施例，旋片式膨胀机实际安装时机体在图2-3的基础上逆时针旋转30度，以保证静止时因重力有更多的旋片在膨胀侧贴合汽缸壁形成汽腔，便于启动，初始状态下，在汽缸6的下端形成最小汽腔1，在最上端形成最大汽腔2。

旋片式膨胀机空载启动时：高温高压的工质蒸汽通过进汽管17进入最小汽腔1，因转子3在汽缸6中偏心设置则最小汽腔1两侧的旋片伸出长度不同，则伸出较长旋片5受力大，伸出较短旋片5受力小，工质蒸汽则推动旋片与转子3朝伸出较长旋片的方向旋转，转子3旋转则汽腔体积逐渐扩大，工质蒸汽膨胀对外做功。转子3旋转速度达到一定数值时所有旋片产生的离心力克服旋片自身重力贴合在汽缸壁上，转子3与旋片5与汽缸6形成若干汽腔，逐一通过进汽管17，高温高压的工质蒸汽逐一进入汽腔膨胀做功，推动转子3旋转。工质蒸汽膨胀且旋转到最大汽腔2以后，则进入排汽管18区域，这时转子3的旋转与汽缸壁作用下旋片逐渐缩进转子槽内，汽腔体积缩小，低温低压的工质蒸汽通过汽缸壁的排汽缝9进入排汽管18排除膨胀机外，当汽腔体积缩小到最小后，又开始通过进汽管17开始下一做功循环。

旋片式膨胀机带负荷启动时：除上述汽动过程外，还需打开带电磁阀的辅助进汽管25，让高温高压的工质蒸汽进入更多汽腔产生更大的启动扭矩，当转子3转速达到一定速度，旋片组5的所有旋片都能完全贴合汽缸壁，则用电磁阀关闭辅助进汽管25，旋片式膨胀机带负荷启动完成。

所谓“高温高压”与“低温低压”是工质在膨胀机进口与出口的比较，并非绝对高与低。

工质推动旋片式膨胀机连续运转时，在汽缸6的最大汽腔2安装的汽腔压力变送器21检测的压力值与排汽管18上安装的排汽压力变送器22检测的压力值一起送入PLC等工控机。

当最大汽腔2的压力值低于排汽管18的压力值且超过所需范围时工质过膨胀，PLC启动伺服电机执行器10正转，驱动同步轴12正转，同步轴12驱动执行螺杆13正转，通过螺纹将两个带轴承的滑块7同步往上移动，两个滑块7则通过转子轴15带动转子3同步往上移动，这时转子3在汽缸6内的偏心度变小，最小汽腔1体积变大，最大汽腔2体积变小，膨胀比变小，最大汽腔2的压力值升高与排汽管18的压力值恢复到所需范围内工质过膨胀现象消失，参照图2为调节前最小汽腔1与最大汽腔2比例，图3为调节后最小汽腔1与最大汽腔2比例。

当最大汽腔2的压力值高于排汽管18的压力且值超过所需范围时工质欠膨胀，则调节方向与以上调节相反，膨胀比变大。通过以上调节，避免了旋片式膨胀机内工质的过膨胀或欠膨胀情况发生，保证旋片式膨胀机的热效率。

旋片式膨胀机启动期间，不动作以上调节，启动完成后方可进入调节模式，旋片式膨胀机停机后，PLC控制转子3在最大膨胀比90%位置，便于下次启动。

当调节转子3与汽缸6的偏心度变化时，动力输出联轴器16与转子轴15的同心度也相应发生变化，中间通过万向节14连接，以适应同心度变化时转子轴15的机械能传递给动力输出联轴器16，这里的动力输出联轴器16可以为磁力联轴器，以保证旋片式膨胀机的气密性。

本实用新型通过联动机构来调节转子与汽缸的偏心度，从而起到调节旋片式膨胀机膨胀比的效果。