专利名称：冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机的制作方法
技术领域：
本发明属于制冷机械，具体涉及一种冷水机组系统中的滚动活塞式膨胀机。
背景技术：
随着国民生产总值的快速增长以及人们生活水平的不断提高，人们对生活品质的追求也逐渐提高，这使得我国冷水机组得到了快速发展。我国在2004年制定了《冷水机组能效限定值及能源效率等级》，规定5个级别的能源效率等级，其中第5级是最低的入门级，第2级和第1级是节能级。目前大部分的冷水机组相当于国家能效标准的3、4级，仍有一部分勉强达到5级。近年来，人们大多在循环原理、高效压缩机(螺杆式、离心式)、节流机构和换热器的设计上做了很多事情，例如用膨胀机代替节流阀在理论上的完善等。对于逆卡诺循环，通过膨胀机降压并回收膨胀功在理论上是容易实现的，但在实际蒸汽压缩制冷循环中，膨胀过程膨胀比较大，而且相变膨胀过程本身非常复杂，高效膨胀机的开发比较困难，人们不得不采用结构简单的节流阀代替膨胀机，这样不仅损失了膨胀功，并因节流阀的不可逆而变成了低温热，抵消了制冷量，因此，用节流阀的制冷循环的损失是双倍的。开发高效的冷水机组膨胀机，用以代替节流阀是大幅度提高冷水机组效率、回收能量的关键技术之一。通过分析，在标准制冷工况下，当膨胀机效率为0.7时，利用膨胀机代替节流阀能提高机组约10％的能效比，同时回收的能量占压缩机消耗能量的8％左右。
发明内容
根据冷水机组系统的特点，本发明的目的是提供一种用以回收节流损失、提高机组性能的双转子滚动活塞式膨胀机，以使冷水机组系统性能显著提高。
以下结合附图对本发明的结构原理进行说明。冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机为卧式结构，由两个缸体串接而成。将下述部件润滑油室、润滑油泵、前后端盖、缸体、滚动活塞、两缸气体连接通道、曲轴、配重、回油室以及供回油通道等按顺序通过螺栓密封连接(如图1所示)，曲轴相嵌于第二个缸体前、后端盖的轴承内。润滑油泵置于第一个缸体前端盖外侧，油泵出口接供油通道。因为曲轴中心设有润滑油道，各润滑部件(主要是轴承及滚动活塞等)径向开有通孔并与润滑油道相通，以便对各轴承以及滚动活塞进行润滑，回油自回油室经回油通道返回润滑油室内。由于两缸重量不同且具有偏心，使得曲轴在半径方向受力不平衡，容易产生变形以致影响曲轴寿命，为了平衡力差，所以在曲轴外端嵌套配重，曲轴与电机联接法兰同轴心。
双转子滚动活塞膨胀机具有以下几个特征角度第一缸体吸气口后边缘角度α1，第一缸排气口前边缘角度β1，第二缸体吸气口后边缘角度α2，排气口前边缘角度β2以及两缸进排气口所占的角度δ。两缸滑片中心线成α2+β1-δ的角度装配(如图2所示)。这样的装配缩短了第一、二缸连接管的长度，以减少余隙容积和流动阻力。当第一缸吸入工质开始与排气口连通时，第二缸滚动活塞转过了吸气口前边缘角β1，使得第二缸吸气过程正常进行。活塞膨胀机的吸气容积和膨胀结束容积是由两个缸体的部分容积以及连接管的容积共同组成，利用第一缸来控制吸气量。当吸气结束、膨胀开始时，吸入的制冷剂容积由第一缸大部分容积与连接管容积、第二缸小部分容积共同组成；当膨胀结束、开始排气时，制冷剂所占的容积由第一缸小部分容积与连接管容积、第二缸大部分容积共同组成。两者的比值即为膨胀比，因此调整两缸的尺寸大小即可满足不同的膨胀比。用第一缸控制进气量可不需要另外的进气控制，避免了进气控制带来的摩擦损失、节流损失以及因为进气阀开关导致的压力脉动和噪声等。
双转子滚动活塞膨胀机的工作过程为膨胀机滚动活塞与气缸内壁的相切点位置从竖直向上为起点，然后顺时针旋转，θ为转过的角度。当θ＝α1-δ时，即转过第一缸进气口前边缘角，制冷剂进入膨胀机的第一缸；当θ＝360°-β1时，即转过第一缸排气口前边缘角，此时第一缸排气口通过联接管与第二缸进气口连通，膨胀机第二缸开始进气；当θ＝360°+α1时，即转过第二圈的第一缸进气口后边缘角，充满制冷剂的第一缸大部分容积与连接管容积、第二缸小部分容积形成封闭空间，整个吸气过程结束，开始膨胀；当θ＝720°-β2时，即转过第二圈的第二缸排气口前边缘角，此时与排气管连通，膨胀结束，排气开始。当θ＝1080°-β2时，即转过第三圈的第二缸排气口前边缘角，排气结束，下一循环排气开始。
图1为本发明原理结构简图。
图2为第一缸体膨胀单元结构图。
图3为第二缸体膨胀单元结构图。
具体实施例方式 以下通过具体实施例对本发明的技术原理与结构作进一步的说明。冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机包括润滑油室1、润滑油泵2、第一缸前端盖3、第一缸体4、第一缸后端盖5、第二缸前端盖6、两缸气体连接通道7、第二缸体8、曲轴9、第二缸后端盖10、配重11、回油室12、润滑油供油通道13、轴承14、回油通道15、电机联接法兰16、第一滑片17、第二滑片18，第一缸排气通道19、第一缸进气通道20、第一缸滚动活塞21、第二缸排气通道22、第二缸进气通道23和第二缸滚动活塞24等。在结构上，膨胀机为卧式结构，由两个缸体串接而成，第一缸体前端盖3、第一缸体4、第一缸体后端盖5、第二缸体前端盖6、两缸气体连接通道7、第二缸体8、第二缸体后端盖10和回油室12按顺序通过螺栓密封连接。曲轴9相嵌于第二缸体前端盖6和第二缸体后端盖10的轴承14内。润滑油泵2置于第一缸体前端盖3外侧，油泵出口接与供油通道13，回油自回油室12经回油通道15返回润滑油室1内。曲轴9外端嵌套配重11，曲轴与电机联接法兰16同轴心。吸气容积和膨胀结束容积均由第一缸体4、两缸气体连接通道7和第二缸体8的部分容积共同组成。第一缸体4中的第一滑片17和第二缸体8中的第二滑片18中心线的夹角为α2+β1-δ，其中α2为第二缸体吸气口后边缘角度；β1为第一缸排气口前边缘角度；δ为两缸体进排气口所占的角度。每一个缸体均由滚动活塞、进排气通道以及滑片等组成，滚动活塞装在曲轴上，在工作时，活塞在气缸内壁运动，与气缸之间形成一个月牙形空间，滑板端部与活塞紧密接触，将月牙形空间分成两部分，月牙形空间两端被气缸端盖封着，于是构成了封闭的工作腔(如图2和3)。当制冷剂在工作腔内膨胀时，可推动滚动活塞旋转进而将膨胀功通过主轴输出。
以冷水机组带双转子滚动活塞式膨胀机系统运行在标准工况下的制冷来体现应用实施例当冷水机组运行在标准(冷冻水12℃进，7℃出；冷却水30℃进，35℃出)制冷工况时，经实验验证，此时的蒸发温度为0℃，冷凝温度为40℃，膨胀比为13。本发明在系统中取代了节流阀来完成节流降压的作用，实现冷水机组的正常运行，并且增大了机组的制冷量，并产生了约占消耗功5％的电能。此时的膨胀机结构参数如表1所示。
表1冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机具体实施例尺寸 本发明的优点及有益效果在于省去单级滚动活塞式膨胀机吸气控制装置，直接利用第一缸来控制吸气量；调整两缸的尺寸大小可以满足不同的膨胀比，实现大膨胀比的设计。采用膨胀机代替节流阀，有利于膨胀功的回收，冷水机组明显增加了制冷量而且性能稳定可靠。
权利要求
1.冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机，具有润滑油室(1)、润滑油泵(2)、第一缸前端盖(3)、第一缸体(4)、第一缸后端盖(5)、第二缸前端盖(6)、两缸气体连接通道(7)、第二缸体(8)、曲轴(9)、第二缸后端盖(10)、配重(11)、回油室(12)、润滑油供油通道(13)、轴承(14)、回油通道(15)、电机联接法兰(16)、第一滑片(17)、第二滑片(18)，其特征在于膨胀机为卧式结构，由两个缸体串接而成，第一缸体前端盖(3)、第一缸体(4)、第一缸体后端盖(5)、第二缸体前端盖(6)、两缸气体连接通道(7)、第二缸体(8)、第二缸体后端盖(10)和发电机连接室(12)按所述顺序通过螺栓密封连接，曲轴(9)相嵌于第二缸体前端盖(6)和第二缸体后端盖(10)的轴承(14)内，润滑油泵(2)置于第一缸体前端盖(3)外侧，润滑油泵出口接与润滑油供油通道(13)，回油自回油室(12)经回油通道(15)返回润滑油室(1)内，曲轴(9)外端嵌套配重(11)，曲轴与电机联接法兰(16)同轴心。
2.按照权利要求1所述的冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机，其特征在于所述所述第一缸体(4)和第二缸体(8)的气缸内径可以调整，膨胀机吸气容积和膨胀结束容积是由所述第一缸体(4)和第二缸体(8)·的部分容积以及两缸气体连接通道(7)的容积共同组成。
3.按照权利要求1或2所述的冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机，其特征在于所述第一缸体(4)中的第一滑片(17)和第二缸体(8)中的第二滑片(18)中心线的夹角为α2+β1-δ，其中α2为第二缸体吸气口后边缘角度；β1为第一缸排气口前边缘角度；δ为两缸体进排气口所占的角度。
全文摘要
本发明公开了一种冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机。该膨胀机为卧式结构，由两个缸体串接而成，将缸体的前后端盖、缸体、两缸气体连接通道、回油室等部件按顺序通过螺栓密封连接。曲轴相嵌于第二个缸体前、后端盖的轴承内。润滑油泵置于第一个缸体前端盖外侧，油泵出口接与供油通道，回油从回油室经回油通道返回润滑油室内。曲轴外端嵌套配重，曲轴与电机联接法兰同轴心。本发明省去了单级滚动活塞式膨胀机吸气控制装置，直接利用第一缸来控制吸气量，调整两缸的气缸内径尺寸大小可以满足不同的膨胀比，实现大膨胀比的设计。采用膨胀机代替节流阀，有利于膨胀功的回收，冷水机组明显增加了制冷量而且性能稳定可靠。
文档编号F01C11/00GK101769167SQ20101003136
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者田华, 马一太, 李敏霞, 张云宪, 董克勤 申请人:天津大学