一种滚动转子膨胀机

1.本发明涉及膨胀机技术领域，具体涉及一种滚动转子膨胀机。


背景技术：

2.滚动转子式膨胀机具有结构简单、易于加工的特点，广泛应用于能源领域。传统的滚动转子式膨胀机的工作原理是，气缸内腔壁面、滚动转子外壁和滑片构成封闭的气缸容积，即基元容积，其容积大小随滚动转子转角变化，容积内气体的压力则随基元容积的大小而改变，从而完成膨胀机的工作过程。
3.滚动转子膨胀机的进气关闭角度与进出口比容之比有关，即运行工况有关。传统的滚动转子式膨胀机整体只有一个进气口。在工作过程中，仅通过一个进气口进气，且不能实时调节进气的量，就容易导致滚动转子在转动过程中存在大量的能量浪费，且在推动滚动转子进行转动时的效率较低，能量调节十分有限，往往在较低的进气气压下容易存在转动乏力的情况。
4.对此为了克服传统滚动转子式膨胀机能量调节的不足，本发明提供了一种依靠偏心轮轴、进气腔和排气腔相互位置的改变来控制进气的滚动转子式膨胀机，通过设置多个进气孔来克服传统滚动转子式膨胀机能量调节的不足问题。


技术实现要素：

5.为实现上述目的，本发明目的是提供一种新技术方案：能量利用率高，结构巧妙且工况使用范围宽。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种滚动转子膨胀机，包括：
8.前端盖、气缸主体、后端盖、偏心转动装置和伸缩抵接装置；
9.所述气缸主体内部中间设有圆柱腔，所述前端盖安装在所述气缸主体前端，所述后端盖安装在所述气缸主体后端，所述偏心转动装置安装在所述气缸主体的所述圆柱腔中，且所述偏心转动装置在所述圆柱腔内的长度与所述圆柱腔的轴向长度等长，并与所述圆柱腔的内壁滚动连接；
10.所述前端盖中间设有多个围绕中心位置呈圆形间隔均匀分布的进气孔，所述前端盖的外侧还设有多个进气管，多个所述进气管一一对应连通多个所述进气孔，所述进气孔与所述偏心转动装置连通；
11.所述气缸主体内壁上还设有滑槽和排气通孔，所述滑槽连通所述圆柱腔，且所述滑槽连通长度与所述圆柱腔的轴向长度等长；所述排气通孔连通所述圆柱腔和外界，且所述排气通孔邻近所述滑槽；所述伸缩抵接装置安装在所述滑槽中并抵接所述偏心转动装置外侧面；所述伸缩抵接装置与所述偏心转动装置将所述圆柱腔分割为随所述偏心转动装置转而大小变动的进气腔和排气腔；且所述排气通孔位于所述排气腔中。
12.本发明的有益效果是：前端盖、气缸主体和后端盖之间均为密封，圆柱腔为偏心转
动装置的转动运动腔，伸缩抵接装置和偏心转动装置将圆柱腔分割为随偏心转动装置转而大小变动的进气腔和排气腔，通过进气管输入高压气体并从进气孔经偏心转动装置送至进气腔中，进气腔随之膨胀并推动偏心转动装置转动，排气腔缩小并将气体从排气通孔排出，往复循环中，在偏心转动装置转动过程中，伸缩抵接装置一直抵在偏心转动装置外侧且偏心转动装置与圆柱腔厚度相同，且滑槽宽度与圆柱腔厚度也相同，进而保持进气腔和排气腔在转动过程中的相互封闭状态，同时多个进气孔逐个为进气腔输气，保持推动力始终保持在高压状态；整个装置通过多个进气孔逐个进气，改变了现有滚动转子式膨胀机能量调节方式，提高了能量的利用效率，扩大了整体的气压输入调节范围。
13.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
14.进一步，所述进气管上还安装有压力电磁阀，所述进气管通过所述压力电磁阀连通所述进气孔，多个所述进气孔通过多个所述压力电磁阀进行单个或者多个打开。
15.采用上述进一步方案的有益效果是：通过压力电磁阀来感觉输气端的压力变化，进而在压力大的情况下只开通少个进气孔进气即可完成对偏心转动装置的推动转动，在压力小的情况下开通多个进气孔，实现多级的推动来满足对偏心转动装置的推动转动，整个过程在压力电磁阀控制下，节约了整体的能量耗费，同时扩大了低气压下的使用工况效果，实现了多级的能量调节。
16.进一步，所述偏心转动装置包括转动轴、偏心轮和环套，所述前端盖中心处开设有第一通孔，所述后端盖中心处开设有第二通孔；所述转动轴前后端一一对应转动安装在所述第一通孔和所述第二通孔中，所述偏心轮安装在所述转动轴上，且以所述转动轴为转动中心进行偏心转动，所述环套套在所述偏心轮外侧。
17.采用上述进一步方案的有益效果是：偏心轮套设在转动轴上，并沿转动轴进行偏心转动，环套套设在偏心轮上跟随转动，第一通孔和第二通孔用于约束转动轴的转动，整个结构确保了在气体推动下偏心转动装置在圆柱腔中的偏心转动。
18.进一步，所述偏心轮上靠近所述前端盖的一侧上开设有弧形排气槽、径向排气槽和外圈排气槽，所述弧形排气槽与多个所述进气孔适配，且随着所述转动轴转动而与各所述进气孔逐个连通，所述外圈排气槽位于所述偏心轮的外侧，所述径向排气槽一端连通所述弧形排气槽，另一端连通所述外圈排气槽；所述环套上设有排气口，所述排气口连通所述外圈排气槽和所述进气腔。
19.采用上述进一步方案的有益效果是：进气孔中的气体通过弧形排气槽进入到径向排气槽，再通过外圈排气槽经排气口进入到进气腔，进而扩大进气腔的体积，推动偏心轮和偏心轮套围绕转动轴偏心转动，在这个过程中，通过偏心轮和偏心轮套的转动，弧形排气槽与进气孔是逐个连通，因此每次只有一个进气孔有气体进入到进气腔中，且在交替进气过程中，再通过打开进气孔的多少进而可以实现多级的转动效率调节，在输气高压的情况下开通进气孔少个数量即能完成推动转动，避免了在高气压下的能量浪费，在输气气压较低情况下开通进气孔多个数量，即能持续的为进气腔供压，保持转动所需压力，解决了低气压下的推进不足问题。
20.进一步，所述环套与所述圆柱腔内壁为滚动连接,所述排气口在所述环套上邻近滚动连接处安装，且所述排气口位于所述进气腔中。
21.采用上述进一步方案的有益效果是：环套上排气口的位置即为进气腔中气体输入
位置，在环套上与应滚动连接处相邻安装，可以确保偏心轮在转过伸缩抵接装置后，排气口能立马提供进气保持进气腔立马进气，同时在绕过排气通孔时可以由于相邻间隔少，会极大的减少排气口进入的气体从排气通孔排出这个过程的浪费。
22.进一步，所述伸缩抵接装置包括弹簧和滑片，所述弹簧连接所述滑片，所述滑片的两端端面与所述圆柱腔齐平，所述弹簧安装在所述滑槽中，并始终保持压缩状态，所述滑片一端位于所述滑槽中，另一端抵接在所述偏心转动装置外侧，且所述滑片在所述滑槽为密封滑动。
23.采用上述进一步方案的有益效果是：弹簧安装在滑槽中，并始终保持压缩状态，进而滑片一端在滑槽中另一端始终推进抵在偏心转动装置上，且滑片的两端端面与圆柱腔齐平，进而保持进气腔与排气腔之间保持相对密封，提高转动效率。
24.进一步，所述排气通孔在所述气缸主体外侧还连接有排气电磁阀，所述排气电磁阀控制所述排气通孔的开闭。
25.采用上述进一步方案的有益效果是：排气电磁阀用于控制排气通孔的开闭，进而可以实现对整个装置排气的有序输出。
26.进一步，所述前端盖上开设有多个第一连接孔，所述气缸主体上与多个所述第一连接孔的对应位置上开设有多个第二连接孔，所述后端盖上与多个所述第二连接孔的对应位置上开设有多个第三连接孔，所述前端盖、所述气缸主体和所述后端盖通过在所述第一连接孔、所述第二连接孔和所述第三连接孔中插入螺栓进行卡接固定。
27.采用上述进一步方案的有益效果是：通过第一连接孔、第二连接孔和第三连接孔进行螺栓进行卡接固定，从而保持前端盖、气缸主体和后端盖之间的密封连接性。
28.进一步，所述前端盖、所述气缸主体和后端盖两两相接之间均安装有密封垫圈。
29.采用上述进一步方案的有益效果是：保持三者之间的密封性。
附图说明
30.图1为本发明的结构爆炸示意图；
31.图2为本发明的前端盖结构示意图；
32.图3为本发明的前端盖内侧示意图；
33.图4为本发明的转动轴和偏心轮结构示意图；
34.图5为本发明的环套结构示意图；
35.图6为本发明的气缸主体示意图；
36.图7为本发明实施例10步骤一各零部件位置关系图；
37.图8为本发明实施例10步骤二各零部件位置关系图；
38.图9为本发明实施例10步骤三各零部件位置关系图；
39.图10为本发明实施例10步骤四各零部件位置关系图；
40.图11为本发明实施例10步骤五各零部件位置关系图。
41.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
42.1、前端盖；11、进气孔；12、进气管；13、压力电磁阀；14、第一通孔；15、第一连接孔；2、气缸主体；21、圆柱腔；211、进气腔；212、排气腔；22、滑槽；23、排气通孔；231、排气电磁阀；24、第二连接孔；3、后端盖；31、第二通孔；32、第三连接孔；4、偏心转动装置；41、转动轴；
42、偏心轮；421、弧形排气槽；422、径向排气槽；423、外圈排气槽；43、环套；431、排气口；5、伸缩抵接装置；51、弹簧；52、滑片。
具体实施方式
43.为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明，并非用于限定本发明的范围。
44.实施例1：如图1-6所示，本发明公开的一种滚动转子膨胀机的实施例，包括：
45.前端盖1、气缸主体2、后端盖3、偏心转动装置4和伸缩抵接装置5；
46.气缸主体2内部中间设有圆柱腔21，前端盖1安装在气缸主体2前端，后端盖3安装在气缸主体2后端，偏心转动装置4安装在气缸主体2的圆柱腔21中，且偏心转动装置4在圆柱腔21内的长度与圆柱腔21的轴向长度等长，并与圆柱腔21的内壁滚动连接；
47.前端盖1中间设有多个围绕中心位置呈圆形间隔均匀分布的进气孔11，前端盖1的外侧还设有多个进气管12，多个进气管12一一对应连通多个进气孔11，进气孔11与偏心转动装置4连通；
48.气缸主体2内壁上还设有滑槽22和排气通孔23，滑槽22连通圆柱腔21，且滑槽22连通长度与圆柱腔21的轴向长度等长；排气通孔23连通圆柱腔21和外界，且排气通孔23邻近滑槽22；伸缩抵接装置5安装在滑槽22中并抵接偏心转动装置4外侧面；伸缩抵接装置5与偏心转动装置4将圆柱腔21分割为随偏心转动装置4转而大小变动的进气腔211和排气腔212；且排气通孔23位于排气腔212中。
49.具体的，气缸主体2中的圆柱腔21通过前端盖1和后端盖3覆盖密封，伸缩抵接装置5安装在滑槽22中并抵接偏心转动装置4外侧面，滑槽22宽度与圆柱腔21厚度相同，偏心转动装置4也与圆柱腔21厚度；偏心转动装置4和伸缩抵接装置5把圆柱腔21分为进气腔211和排气腔212，其中进气管12通过进气孔11把气体送至偏心转动装置4并输送到进气腔211中，进气腔211随之膨胀并推动偏心转动装置4在圆柱腔21中转动，排气腔212随之缩小，其内部气体通过排气通孔23排出，在偏心转动装置4转动至进气腔211最大时，偏心转动装置4与圆柱腔21的接触面绕过伸缩抵接装置5，进而进气腔211转变为排气腔212，偏心转动装置4与圆柱腔21形成的接触面和伸缩抵接装置5形成的空间成为新一轮的进气腔211，往复循环；排气通孔23与滑槽22相邻可以确保排气腔212在排气的过程中逐步缩小，也能在排气最后阶段通过排气通孔23进行排气。
50.应理解的，前端盖1、气缸主体2和后端盖3之间均为密封，圆柱腔21为偏心转动装置4的转动运动腔，进气腔211与排气腔212的体积转换，实现了偏心转动装置4的偏心转动，多个进气孔11逐个为进气腔211输气，改变了现有滚动转子式膨胀机能量调节方式，提高了能量的利用效率，扩大了整体的气压输入调节范围。
51.优选的，气缸主体2的内壁表面进行耐磨强化处理；通过强化气缸主体2的内壁表面的耐磨性，进而可以使得偏心转动装置4在转动时能使用更久，提高整体设备的使用寿命。
52.在实施例1的基础上，实施例2：如图2-3所示，进气管12上还安装有压力电磁阀13，进气管12通过压力电磁阀13连通进气孔11，多个进气孔11通过多个压力电磁阀13进行单个或者多个打开。
53.具体的，压力电磁阀13可以感知输气端的气压大小，在高压力下，即打开少个数量的进气孔11用于进气，这样在高压力下，进气腔211能通过少数的进气孔11进气即可完成膨胀和对偏心转动装置4的推动转动，当气压不足时，即可打开多个或者全部的进气孔11，这样通过多段的进气补充来完成对进气腔211的膨胀和对偏心转动装置4的推动转动。
54.应理解的，多个进气孔11的可以实时的气压大小进行多级逐步开启，可以通过多级的调节来确保能量的不浪费损耗，整个过程在压力电磁阀13控制下，节约了整体的能量耗费，同时扩大了低气压下的使用工况效果，实现了多级的能量调节。
55.优选的，多个进气孔11的开闭顺序是沿伸缩抵接装置5抵接在偏心转动装置4上位置向其转动方向逐渐开启或关闭。
56.优选的，压力电磁阀13各设定的压力开启区间不同，且沿伸缩抵接装置5向转动方向下，各压力电磁阀13设定的压力开启值越小，即气压越小时，开启的进气孔11越多。
57.在实施例1的基础上，实施例3：如图3-6所示，偏心转动装置4包括转动轴41、偏心轮42和环套43，前端盖1中心处开设有第一通孔14，后端盖3中心处开设有第二通孔31；转动轴41前后端一一对应转动安装在第一通孔14和第二通孔31中，偏心轮42安装在转动轴41上，且以转动轴41为转动中心进行偏心转动，环套43套在偏心轮42外侧。
58.具体的，转动轴41穿过第一通孔14和第二通孔31，并与第一通孔14和第二通孔31为转动连接，偏心轮42嵌套在转动轴41上，并围绕转动轴41做偏心转动，环套43套设在偏心轮42，并跟随偏心轮42转动。
59.应理解的，整个结构确保了在气体推动下进气腔211膨胀，进而偏心转动装置4在圆柱腔21中的完成偏心转动。
60.优选的，环套43和偏心轮42可以为一体加工形成。
61.优选的，环套43外壁需要进行耐磨强化处理，增加整体的使用寿命。
62.在实施例3的基础上，实施例4：如图3-6所示，偏心轮42上靠近前端盖1的一侧上开设有弧形排气槽421、径向排气槽422和外圈排气槽423，弧形排气槽421与多个进气孔11适配，且随着转动轴41转动而与各进气孔11逐个连通，外圈排气槽423位于偏心轮42的外侧，径向排气槽422一端连通弧形排气槽421，另一端连通外圈排气槽423；环套43上设有排气口431，排气口431连通外圈排气槽423和进气腔211。
63.具体的，高压气体通过进气管12再经压力电磁阀13从进气孔11进入到弧形排气槽421中，再通过径向排气槽422进入到外圈排气槽423中，最后从排气口431输送至进气腔211中，通过膨胀进气腔211完成转动；其中弧形排气槽421位于与进气孔11对应的圆周上，进而在偏心轮42沿转动轴41转动时，进气孔11是逐个进气的。
64.应理解的，在弧形排气槽421转动下进气孔11周期性交替进气过程中，再通过打开进气孔11的多少进而可以实现多级的转动效率调节，在输气高压的情况下开通进气孔少个数量即能完成推动转动，避免了在高气压下的能量浪费，在输气气压较低情况下开通进气孔11多个数量，即能持续的为进气腔211供压，保持转动所需压力，解决了低气压下的推进不足问题。
65.优选的，弧形排气槽421的弧长小于或等于两个进气孔11之间的距离，在弧形排气槽421转动时，每次也只能有一个进气孔11实现连通输气。
66.优选的，在偏心转动装置4转动至排气通孔23和滑槽22之间时，弧形排气槽421位
于两个进气孔11之间，即在弧形排气槽421此段路径中，不设有进气孔11，避免进气孔11输进的气体直接从排气通孔23排出浪费，提高能量的利用率。
67.优选的，外圈排气槽423和径向排气槽422的上端为密封状态，在偏心转动装置4转动过程中，进气孔11只与弧形排气槽421连通。
68.在实施例4的基础上，实施例5：如图3-6所示，环套43与圆柱腔21内壁为滚动连接,排气口431在环套43上邻近滚动连接处安装，且排气口431位于进气腔211中。
69.应理解的，排气口431与滚动连接处相邻安装，这样可以实现气体从排气口431进入时，一方面可以保持对进气腔211快速膨胀，另一方面也可以直接快速的推动偏心转动装置4转动；同时由于排气通孔23与滑槽22也相邻，因此在偏心转动装置4转过滑槽22前，一直保持进气腔211的膨胀和推动力，避免多余的高压气体未完成推动就从排气通孔23泄出；另外在偏心转动装置4在转过跨国滑槽22后，由于排气口431与滚动连接处间隔相邻安装，进而可以快速的对新一轮的进气腔211完成膨胀；整个设计会极大的减少排气口431进入的气体从排气通孔23排出这个过程的浪费。
70.优选的，排气口431与滚动连接处间隔相邻安装，其相邻的间距小于等于排气通孔23和滑槽22之间的间距，这样可以避免更多的能量浪费和快速的进行膨胀转动，提高了能量的利用率以及响应速度。
71.优选的，环套43需进行耐磨强化。
72.在实施例1的基础上，实施例6：如图6所示，伸缩抵接装置5包括弹簧51和滑片52，弹簧51连接滑片52，滑片52的两端端面与圆柱腔21齐平，弹簧51安装在滑槽22中，并始终保持压缩状态，滑片52一端位于滑槽22中，另一端抵接在偏心转动装置4外侧，且滑片52在滑槽22为密封滑动。
73.具体的，在偏心转动装置4转动过程中，滑片52在弹簧51推力下，一直抵接在偏心转动装置4上，且与偏心转动装置4在圆柱腔21中形成进气腔211和排气腔212。
74.应理解的，弹簧51安装在滑槽22中，并始终保持压缩状态，进而滑片52一端在滑槽22中另一端始终推进抵在偏心转动装置4上，进而保持进气腔211与排气腔212之间保持密封，提高转动效率。
75.在实施例1的基础上，实施例7：如图1和图6所示，排气通孔23在气缸主体2外侧还连接有排气电磁阀231，排气电磁阀231控制排气通孔23的开闭。
76.应理解的，排气电磁阀231用于控制排气通孔23的开闭，进而可以实现对整个装置排气的有序输出，同时排气电磁阀231可以检测出排气腔212的气压大小，进而与压力电磁阀13进行对比即可判断出本装置的运行情况，实现对本装置的运行检测，当前后数据相差较大时即能判断本装置内部出现泄气损坏。
77.在实施例1的基础上，实施例8：如图1-3所示，前端盖1上开设有多个第一连接孔15，气缸主体2上与多个第一连接孔15的对应位置上开设有多个第二连接孔24，后端盖3上与多个第二连接孔24的对应位置上开设有多个第三连接孔32，前端盖1、气缸主体2和后端盖3通过在第一连接孔15、第二连接孔24和第三连接孔32中插入螺栓进行卡接固定。
78.应理解的，通过第一连接孔15、第二连接孔24和第三连接孔32进行螺栓进行卡接固定，从而保持前端盖1、气缸主体2和后端盖3之间的密封连接性。
79.在实施例1的基础上，实施例9：如图1-3所示，前端盖1、气缸主体2和后端盖3两两
相接之间均安装有密封垫圈。
80.应理解的，前端盖1、气缸主体2和后端盖3安装有密封垫圈可以提高装置整体的密封性，提高装置的使用效率。
81.实施例10：如图7-11所示，本装置的的运行步骤具体包括如下情况：(进气孔11设为7个，且气压处于进气孔11开通4个情况下)
82.s1：吸气即将开始阶段，如图7，此时偏心转动装置4滚动至滑槽22处，并把滑片52全压缩在滑槽22中，此时进气腔211为最小状态零，排气腔212为最大状态；
83.s2：吸气膨胀过程阶段，如图8，此时偏心转动装置4滚动在滑槽22和弧形排气槽421连通第四个进气孔11时的位置之间，这个过程中进气腔211快速膨胀并推动偏心转动装置4快速转动；
84.s3：进气结束时刻，如图9，此时偏心转动装置4恰好滚动在弧形排气槽421刚远离第四个进气孔11时的位置，此时第一到第四个进气孔11进气结束，进气腔211在内部气压推动下还在膨胀，偏心转动装置4还处于转动中；
85.s4：继续膨胀阶段，如图10，此时偏心转动装置4滚动在滑槽22和弧形排气槽421路过完第四个进气孔11的位置，这个过程中进气腔211的膨胀是由于原来进入的高压气体膨胀释放下完成的，偏心转动装置4继续转动但速度较s2阶段慢下来；
86.s5：膨胀结束阶段，如图11，此时偏心转动装置4滚动在滑槽22和排气孔之间，且排气口431连通了排气通孔23，这个过程中，进气腔211转变为排气腔212。
87.s6：等同于s1，整个装置的转动进入到新的周期。
88.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。