一种螺杆膨胀机的制作方法

本发明涉及膨胀机技术领域，特别涉及一种螺杆膨胀机。

背景技术：

螺杆膨胀机是依靠介质体积膨胀，驱动螺杆转子旋转，将热能转换为机械能的一种热机。我国对螺杆膨机研究的起步较晚，并且对于其性能的提高研究多集中在转子线形的研究。螺杆膨胀机与活塞缸的工作原理相同，均属于容积式膨胀机，从理论上说，单机功率受到其容量比的影响，即螺杆膨胀机的出口容积与进口的容积之比，由于机械结构空间影响，转子线性设计受限，该比值设计值一般不会超过10，现有螺杆膨胀机的最大功率在3000kw左右，受结构所限，其功率无法继续增加，并且无法适应不同压力的气体。

现有技术中，中国发明专利（cn102269015a）一种多联螺杆膨胀机，可采用并联、串联和并串联运行模式，能克服了现有螺杆膨胀机单机容量不大和介质压力受限的缺陷，在扩大功率和提高介质工作压力的同时，减少配套发电机、减速机和轴承和机械密封等辅、配件的用量，减少固定资产投资；该现有技术存在以下问题，一是串联和并联的方式均是针对螺杆膨胀机内部结构进行的改进，其内部结构并联，外部输出轴可以进行串联，并非传统意义上的串并联，通用性低，不利于行业推广；二是没有进行进、排气口位置及形状设计，提高螺杆膨胀机效率，理论最大效率下，吸气口应保证第一级膨胀容积最大吸气量，同时不能连通第二级膨胀容积，同理，排气口也应满足使膨胀后介质逐渐排出，防止介质排出过快，压力迅速降低，造成螺杆膨胀机震动；三是受结构所限，成型的单机功率依旧无法增加，无法适应不同压力的气体。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种螺杆膨胀机，旨在提供一种结构新颖，单机功率可调，能够适应不同压力气体的螺杆膨胀机，并通过对螺杆膨胀机进排气口位置及形状的限定，提高其机械可靠性和效率。

本发明提供的技术方案如下：

一种螺杆膨胀机，包括吸气端盖、壳体、后端盖、阳螺杆转子和阴螺杆转子，所述阳螺杆转子和阴螺杆转子相互啮合，并安装于壳体内部，所述吸气端盖安装在壳体前部，所述后端盖安装在壳体后部，其改进之处在于，所述吸气端盖包括轴承盖和孔型盖，所述孔型盖安装在轴承盖和壳体之间，所述孔型盖为椭圆形结构，且所述孔型盖上设有两个轴孔和一个进气孔，所述轴孔在孔型盖的左右两侧对称布置，所述进气孔位于孔型盖中央靠上位置，所述轴承盖设有轴承槽、轴承孔和吸气通道，所述轴承盖顶部设有吸气法兰，所述吸气法兰与吸气通道相连通，所述吸气通道安装时与孔型盖上的进气孔相连通；所述壳体底部设有排气口，所述壳体左右两侧面对称设有补气口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明的吸气端盖分为轴承盖和孔型盖两部分，根据不同的功率要求，需要不同线性的螺杆线性，设计不同的孔型盖即可，提高了壳体及轴承盖的通用性。

（2）本发明的吸气口位于轴承盖上，排气口位于壳体底部，可以防止含水汽的气体膨胀后产生液体，残留在壳体中，造成膨胀机性能不稳及损坏。

（3）本发明壳体的左右两侧对称设有补气口，可以在膨胀机工作工程中，通过补气口向工作腔内补入高介质，与工作腔内膨胀后压力降低的介质共同做功；可有效提升螺杆膨胀机的对外输出机械功，同时对于多种压力不同的气体可以将低压气体作为补充气通过补气口补入工作腔内，实现不同压力气体的同时利用，并且补气口左右对称设置，可以避免阳螺杆转子一侧和阴螺杆转子一侧的工作腔产生压力差，进而避免膨胀机震动，提高使用寿命。

在上述基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步的，所述排气口截面为三角形，且三角形的顶角位于壳体底部的前端，三角形的底边位于壳体底部的中央。

采用上一步的有益效果是：三角形排气口可以使膨胀后介质逐渐排出，防止介质排出过快，压力迅速降低造成螺杆膨胀机震动。

进一步的，所述进气孔由两个弧形孔组成，两个所述弧形孔成v字型排列，且相互靠近的末端相连通；两个弧形孔连通处下方形成凸起部。

采用上一步的有益效果是：弧形孔可以保证膨胀机在吸气过程中，保证第一级膨胀容积最大吸气量，同时不能连通第二级膨胀容积，提高膨胀机的效率，同时两个弧形孔连通处下方形成凸起部用于遮挡转子啮合线，使吸气口避开转子啮合线，能够防止气流冲击啮合线造成震动，保证膨胀机运行更加稳定。

进一步的，所述阳螺杆转子和阴螺杆转子的一端均设有斜齿轮，两个所述斜齿轮相互啮合，所述阳螺杆转子远离斜齿轮的一端设有平键槽或花键槽，并伸出所述轴承盖上的轴承孔。

采用上一步的有益效果是：两个斜齿轮相互啮合，其中阳螺杆转子端部的斜齿轮直径小于阴螺杆转子端部的斜齿轮，以保证阳螺杆转子和阴螺杆转子同步旋转，螺杆膨胀机的运行更加稳定。

进一步的，所述阳螺杆转子与吸气端盖接触部位采用蜂巢密封，所述壳体和后端盖之间、所述壳体和孔型盖之间以及所述孔型盖和轴承盖之间均安装有金属石墨缠绕垫片。

采用上一步的有益效果是：本发明改变了传统螺杆膨胀机结构，将四处高温高压的转轴密封缩减为阳螺杆转子与吸气端盖接触部位一处，并且转轴密封处采用蜂巢密封，精密封采用石墨垫密封，极大减少了泄露风险，提高了膨胀机的可靠性。

进一步的，两个所述补气口处均设有单向阀。

采用上一步的有益效果是：单向阀的设置可以保证气体从膨胀机外部进入工作腔的同时，防止工作腔内气体反流，无需补气时，不用进行封口，且工作过程中可以随时停止补气，工作腔内气体不会反流泄露。

进一步的，所述吸气法兰上设有蝶阀。

采用上一步的有益效果是：在一定的介质压力范围内，本发明无需将整个螺杆膨胀机进行拆装进行进气角调节，仅需通过限定蝶阀的开启角度，即可进行进气角的调整。

进一步的，所述阳螺杆转子齿数为4，所述阴螺杆转子的齿数为6。

采用上一步的有益效果是：阳螺杆转子齿数与阴螺杆转子的齿数比为4：6，在保证工作腔容积比适宜的前提下，提高转子强度，提高单机寿命。

进一步的，所述轴承盖的轴承槽和轴承孔内均设有耐高温轴承，所述耐高温轴承内部滚珠材质为硬质合金。

采用上一步的有益效果是：耐高温轴承能够适应螺杆膨胀机内部高温高压的工况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明螺杆膨胀机的外部结构示意图；

图2是本发明螺杆膨胀机的内部结构示意图；

图3是本发明轴承盖的立体结构示意图；

图4是本发明孔型盖的立体结构示意图；

图5是本发明壳体的立体结构示意图；

图6是本发明壳体的底部结构示意图；

图7是本发明后端盖的立体结构示意图。

图中，1、吸气端盖，2、壳体，3、后端盖，4、阳螺杆转子，5、阴螺杆转子，6、轴承盖，7、孔型盖，8、轴孔，9、进气孔，10、凸起部，11、轴承槽，12、轴承孔，13、吸气通道，14、吸气法兰，15、排气口，16、补气口，17、单向阀，18、斜齿轮，19、蝶阀，20、平键槽，21、封板、22、齿轮箱,23、蜂巢密封。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

螺杆膨胀机常与发电机配合用于带压介质能量回收，其基本原理是将带压介质送入螺杆膨胀机工作腔进行膨胀泄压，膨胀过程带动螺杆膨胀机内部阴阳转子转动，将能量通过转轴输出，带动发电机进行发电，在一定范围内，介质压力越高，膨胀机输出功率越大。根据介质压力及膨胀机容积比等参数，可以计算其输出功率，然后进行相应功率发电机的匹配。而实际情况是，不同来源的带压介质压力是不同的，进行螺杆膨胀机以及发电机的匹配往往较为困难，本申请实施例中的螺杆膨胀机能够适应不同压力的带压介质，其参数可调，可实现小压力气体的大功率输出；其具体的实施方式如下。

如图1-7所示，本实施例提供一种螺杆膨胀机，包括吸气端盖1、壳体2、后端盖3、阳螺杆转子4和阴螺杆转子5，其中，阳螺杆转子齿数为4，阴螺杆转子的齿数为6，阳螺杆转子4和阴螺杆转子5相互啮合，并安装于壳体2内部，吸气端盖1安装在壳体2前部，后端盖3安装在壳体2后部，在此基础上，其吸气端盖1又包括轴承盖6和孔型盖7，其中孔型盖7安装在轴承盖6和壳体2之间，孔型盖7具体为椭圆形结构，其水平长度大于竖直长度（即扁椭圆），且孔型盖7上还设有两个轴孔8和一个进气孔9，轴孔8在孔型盖7的左右两侧对称布置，进气孔9位于孔型盖7中央靠上位置，具体的，如图3所示，进气孔9由两个弧形孔组成，两个所述弧形孔成v字型排列，且相互靠近的末端相连通；两个弧形孔连通处下方形成凸起部10；进气孔9的形状是根据单个阳螺杆转子齿与单个阴螺杆转子的齿在最大吸气口时的轮廓曲线。此外，两个轴孔8处还分别设有轴承挡圈和密封挡圈，具体的，与阳螺杆转子4配合处为密封挡圈，用于密封件（蜂巢密封）和轴承的安装，和阴螺杆转子5配合处为轴承挡圈，用于轴承的安装。

在膨胀机吸气过程中，各齿和相互啮合，依次经过进气孔9吸气后，容积不断变大，带动转子旋转，可以近似成若干依次排列容积逐渐变大的工作腔，弧形孔的设置可以保证第一级膨胀容积（吸气过程的工作腔）最大吸气量，同时不能连通第二级膨胀（膨胀过程的工作腔）容积，提高膨胀机的效率，同时两个弧形孔连通处下方形成凸起部10用于遮挡转子啮合线，使吸气口避开转子啮合线，能够防止气流冲击啮合线造成震动，保证膨胀机运行更加稳定。

如图3所示，与之配合的轴承盖6设有轴承槽11、轴承孔12和吸气通道13，轴承盖6顶部还设有吸气法兰14，吸气法兰14与吸气通道13相连通，具体的，吸气通道13安装时与孔型盖7上的进气孔9相连通；即外界带压介质依次经过吸气法兰14、吸气通道13、进气孔9，最后进入工作腔；此处，吸气端盖1分为轴承盖6和孔型盖7两部分，可以根据不同的功率要求，需要不同线性的螺杆线性，设计不同的孔型盖7即可（即采用不同的进气孔形状即可），提高了壳体及轴承盖的通用性。

如图5和图6所示，壳体底部设有排气口15，具体的，排气口15截面形状为三角形，且三角形的顶角位于壳体2底部的前端，三角形的底边位于壳体2底部的中央，排气口15位于壳体2底部，可以防止含水汽的气体膨胀后产生液体，残留在壳体2中，造成膨胀机性能不稳及损坏，并且，三角形排气口可以使膨胀后介质逐渐排出，防止介质排出过快，压力迅速降低造成螺杆膨胀机震动。

又如图1和图5所示，壳体2左右两侧面对称设有补气口16，两个补气口16均连接有单向阀17。壳体2的左右两侧对称设有补气口16，可以在膨胀机工作工程中，通过补气口16向工作腔内补入高介质，与工作腔内膨胀后压力降低的介质共同做功；可有效提升螺杆膨胀机的对外输出机械功，同时在其他实施方式中，对于多种压力不同的气体可以将低压气体作为补充气通过补气口16补入工作腔内，实现不同压力气体的同时利用，并且补气口16左右对称设置，可以避免阳螺杆转子一侧和阴螺杆转子一侧的工作腔产生压力差，进而避免膨胀机震动，提高使用寿命。此外，单向阀17的设置可以保证气体从膨胀机外部进入工作腔的同时，防止工作腔内气体反流，无需补气时，不用进行封口，且工作过程中可以随时停止补气，工作腔内气体不会反流泄露。

更具体的，如图2所示，阳螺杆转子和4阴螺杆转子5的一端均设有斜齿轮18，两个斜齿轮18相互啮合，其中阳螺杆转子4端部的斜齿轮直径小于阴螺杆转子5端部的斜齿轮，以保证阳螺杆转子和阴螺杆转子同步旋转，螺杆膨胀机的运行更加稳定。在其他具体实施方式中，为了便与装配制造，后端盖3由封板21和齿轮箱22组成，且封板21和齿轮箱22之间密封件采用金属石墨缠绕垫片。

阳螺杆转子4远离斜齿轮18的一端还设有平键槽20，并伸出轴承盖6上的轴承孔12。需要特别说明的是，在其他实施方式中也可为花键槽，或者其他联轴装置。在阳螺杆转子4与吸气端盖1（具体为吸气端盖1的轴承盖6）接触部位采用蜂巢密封23，且壳体2和后端盖3之间、壳体2和孔型盖7之间以及孔型盖7和轴承盖6之间均安装有金属石墨缠绕垫片。本实施例改变了传统螺杆膨胀机结构，将四处高温高压的转轴密封缩减为阳螺杆转子4与吸气端盖1接触部位一处，并且转轴密封处采用蜂巢密封23，静密封处采用石墨垫密封（图中未示出），极大减少了泄露风险，提高了膨胀机的可靠性。

更具体的，如图1所示，吸气法兰上设有蝶阀19，通过限定蝶阀19的开启角度，即可进行进气角的调整，在一定的介质压力范围内，本发明无需将整个螺杆膨胀机进行拆装进行进气角调节。

为了能够适应螺杆膨胀机内部高温高压的工况；轴承盖6的轴承槽11和轴承孔12内均设有耐高温轴承，所述耐高温轴承内部滚珠材质为硬质合金。

其单个螺杆膨胀机单独使用时的工作方法是，将带压介质通过蝶阀19和吸气法兰14输入工作腔内，当输入介质压力降低或螺杆膨胀机输出功率过低时，将带压介质通过单向阀17及补气口16补入工作腔，与工作腔的气体混合后联合膨胀对外做功，提升螺杆膨胀机的对外输出机械功。当介质压力过大时，可以减少蝶阀19的开启角度，降低进气量，提高介质能量回收率。

此外，还可以通过多台螺杆膨胀机联合回收介质能量，以两台为例进行工作方法说明。

将第一台螺杆膨胀机的排气口与第二台螺杆膨胀机的吸气法兰14连接，高压介质在第一台螺杆膨胀机膨胀后，残余压力用于驱动第二台螺杆压缩机，此外，第一台螺杆膨胀机的排气口也可连接分流装置，膨胀后介质分流到第二台螺杆压缩机的吸气法兰和补气口，提高第二台螺杆膨胀机的对外输出机械功。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，对其进行简单的组合变化都列为本发明的保护之内。