微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涡旋膨胀机，尤其涉及一种进气孔口不被运动涡旋齿遮蔽的涡旋膨胀机。
【背景技术】
[0002]在微小型有机朗肯循环(micro-organic rankine cycle)系统中，作为核心部件的膨胀机，需要其能够满足小流量，高膨胀比，体积、转速适中等方面的要求，而涡旋膨胀机能够较好的满足上述要求，并在实际应用及研究中得到广泛的关注和认可。
[0003]在涡旋膨胀机中，具有一定温度和压力的气态工质通过进气口进入动静涡旋齿形成的中心进气腔，气态工质膨胀做功，推动动涡旋齿绕静涡旋齿做公转平动，带动曲轴转动，输出轴功。能够作为小功率的原动机进行动力输出。
[0004]由于涡旋膨胀机涡旋齿的设计，采用了涡旋压缩机成熟的技术，其涡旋齿始端采取了型线修正(如PMP型线修正、对称圆弧修正、圆弧加直线修正)，对压缩机而言，这种修正会使动静涡旋齿实现完全啮合，增加压缩机的压缩比，减小余隙容积，但对涡旋膨胀机而言，会使得动涡旋齿周期性地遮蔽进气口(例如，参照专利文献I)，使得进气阻力增大，降低了能量转换效率。
[0005]如中国专利申请公开号CN101713300 A中单一出气口的设计，使得膨胀结束的气体在排出的过程，会增加动涡旋齿的摩擦阻力损失，降低了涡旋膨胀机效率及功率。
【发明内容】
[0006]基于以上现有技术的不足，本发明为了解决上述提到的问题，提供一种微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，该涡旋膨胀机能够有效的避免动涡旋齿对吸气孔口的周期性遮蔽，减少膨胀完成后的气体对动涡旋齿的摩擦阻力。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，包括静涡旋壳体、静涡旋齿、动涡旋齿、十字滑环、曲轴、密封盘、支架体，所述静涡旋壳体与支架体固定密封连接，静涡旋壳体内装有静涡旋齿、动涡旋齿，且静涡旋齿与动涡旋齿相互插合，静涡旋齿背部与静涡旋壳体固定连接，动涡旋齿背部通过背部滑槽配合连接十字滑环，且十字滑环通过滑键与支架体上的两个滑槽配合连接，实现动涡旋齿的公转平动;所述曲轴一端通过滚针轴承与所述动涡旋齿连接，中部与嵌套在密封盘中的止推轴承连接，另一端安装在支架体的支撑轴承上;所述曲轴上端曲柄销上配有一个扇形的平衡块，用来平衡动涡旋齿及滚针轴承及曲柄销的偏心力;所述密封盘固定在支架体上。
[0008]所述动涡旋齿背部延伸有一个用来装配一个滚针轴承的圆柱形槽，圆柱形槽上部设有两个背压气体流通空，所述动涡旋齿中心处开设有背压孔，高压气体通过背压孔及流通孔进入密封盘与动涡旋齿形成的背压腔中。
[0009]所述静涡旋壳体上端设有一个进气孔，侧壁设有二个排气孔，二个排气孔分别设在动、静涡旋齿齿尾处。
[0010]所述静涡旋齿背部开设有与静涡旋齿壳体的配对的个螺纹孔;且所述静涡旋齿中心部位开设有贯穿的与所述静涡旋壳体顶端同规格的进气孔。
[0011]所述密封盘中部开设有放置止推轴承的容置孔;密封盘沿圆周向均布有与所述支架体连接的沉头螺纹孔。
[0012]所述支架体上端面设有与静涡旋壳体圆周上的密封槽相配的凸台面，支架体下端部设有放置支撑曲轴轴承的圆柱形槽。
[0013]与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果:本发明的涡旋膨胀机结构简单，易于加工实现，对涡旋齿端型线进行直接截断修正，与传统方式相比，将起始膨胀角向后推移，增加了第一膨胀腔容积。进气口不受动涡旋齿遮蔽，降低了进气阻力，对称出气口设计降低了排气对动涡旋齿的摩擦阻力。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机的结构剖视图；
图2是动涡旋齿齿头与进气孔的位置关系示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0016]如图1所示，一种微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，包括静涡旋壳体1、静涡旋齿2、动涡旋齿3、十字滑环4、曲轴5、密封盘6、支架体7。
[0017]静涡旋壳体I上端有一个进气孔111，四个与静涡旋齿连接的螺栓孔12。侧壁有两个排气孔112，排气孔112分别设在动、静涡旋齿齿尾处。静涡旋壳体I与支架体7通过螺栓13连接，在接触面处静涡旋壳体I开设有密封垫槽113，密封垫槽113与支架体7的凸台712相配合以实现密封，减少进入涡旋膨胀机膨胀腔中的气体泄漏。如图1所示，静涡旋齿2背部设有四个螺纹孔，通过螺栓与静涡旋壳体I进行连接，并设有进气孔211。动涡旋齿3与静涡旋齿2相互插合，在动涡旋齿3中心处开设有背压孔311，在动涡旋齿3背部有二个滑槽313，用来与十字滑环4配合，在动涡旋齿3背部延伸有一个圆柱形槽，用来装配一个滚针轴承31，在圆柱形槽上部设有二个背压气体流通空312，高压气体通过背压孔311及流通孔312进入密封盘6与动涡旋齿3形成的背压腔611中。动涡旋齿3通过滚针轴承31与曲轴5连接，在曲轴5上端曲柄销上配有一个扇形的平衡块51，用来平衡动涡旋齿3及滚针轴承31及曲柄销的偏心力。曲轴5通过止推轴承62与密封盘6连接，密封盘6通过螺钉61固定在支架体7上。在支架体7上设有2个滑槽711用来与十字滑环4的滑键41相配合，在十字滑环4与滑槽41的配合下，能够实现动涡旋齿3的公转平动。
[0018]如图2所示，为本发明优选实施例的涡旋膨胀机动涡旋齿的齿头与进气孔的位置关系示意图，动涡旋齿在公转平动过程中，其齿头始终没有对进气孔有遮蔽，降低了进气阻力损失。
[0019]本发明的静涡旋齿2和动涡旋齿3以相位差180°，固定偏心距地方式插合在一起，通过进气口进入的具有一定压力和温度的气体在动、静涡旋齿组成的月牙形间隙内膨胀，推动动涡旋齿3做公转平动，动涡旋齿3通过偏心轴传递这种运动，实现功率的输出，用于带动小型耗功机械。
[0020]本发明的涡旋膨胀机涡旋齿部分，通过改变始端涡旋型线的结构，实现动涡旋的运动过程中不对进气口进行遮蔽，有效的降低了通过进气口进入膨胀腔内的气体的能量损失。同时设置双向排气孔，减少排气过程中气体对动涡旋齿的摩擦阻力。有效的提高了膨胀机的输出功率和等熵效率。
[0021]本发明的涡旋膨胀机结构简单，设计合理，部件易加工制造，涡旋齿齿形及排气孔的合理设计，有效提升了涡旋膨胀机的气动性能。
【主权项】
1.一种微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，包括静涡旋壳体(1)、静涡旋齿(2)、动涡旋齿(3)、十字滑环(4)、曲轴(5)、密封盘(6)、支架体(7)，其特征在于:所述静涡旋壳体(I)与支架体(7)固定密封连接，静涡旋壳体(I)内装有静涡旋齿(2)、动涡旋齿(3)，且静涡旋齿(2)与动涡旋齿(3)相互插合，静涡旋齿(2)背部与静涡旋壳体(I)固定连接，动涡旋齿(3)背部通过背部滑槽(313)配合连接十字滑环(4)，且十字滑环(4)通过滑键(41)与支架体7上的两个滑槽(711)配合连接，实现动涡旋齿(3)的公转平动;所述曲轴(5)—端通过滚针轴承(31)与所述动涡旋齿(3)连接，中部与嵌套在密封盘(6)中的止推轴承连接，另一端安装在支架体(7)的支撑轴承上;所述曲轴(5)上端曲柄销上配有一个扇形的平衡块(51)，用来平衡动涡旋齿(3)及滚针轴承(31)及曲柄销的偏心力;所述密封盘(6)固定在支架体(7)上。2.根据权利要求1所述的微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，其特征在于:所述动涡旋齿(3)背部延伸有一个用来装配一个滚针轴承(31)的圆柱形槽，圆柱形槽上部设有两个背压气体流通空(312)，所述动涡旋齿(3)中心处开设有背压孔(311)，高压气体通过背压孔(311)及流通孔(312)进入密封盘(6)与动涡旋齿(3)形成的背压腔(611)中。3.根据权利要求1所述的微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，其特征在于:所述静涡旋壳体(I)上端设有一个进气孔(111)，侧壁设有二个排气孔(112)，二个排气孔(112)分别设在动、静涡旋齿齿尾处。4.根据权利要求1所述的微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，其特征在于:所述静涡旋齿(2)背部开设有与静涡旋齿壳体(I)的配对的四个螺纹孔;且所述静涡旋齿(2)中心部位开设有贯穿的与所述静涡旋壳体(I)顶端同规格的进气孔(211)。5.根据权利要求1所述的微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，其特征在于:所述密封盘(6)中部开设有放置止推轴承(62)的容置孔;密封盘(6)沿圆周向均布有与所述支架体(7)连接的沉头螺纹孔。6.根据权利要求1所述的微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，其特征在于:所述支架体(7)上端面设有与静涡旋壳体(I)圆周上的密封槽相配的凸台面，支架体(7)下端部设有放置支撑曲轴轴承的圆柱形槽。
【专利摘要】本发明涉及一种微型有机朗肯循环用涡旋膨胀机，静涡旋壳体与支架体固定密封连接，静涡旋壳体内装有静涡旋齿、动涡旋齿，且静涡旋齿与动涡旋齿相互插合，静涡旋齿背部与静涡旋壳体固定连接，动涡旋齿背部通过背部滑槽配合连接十字滑环，且十字滑环通过滑键与支架体上的两个滑槽配合连接，实现动涡旋齿的公转平动；曲轴一端通过滚针轴承与所述动涡旋齿连接，中部与嵌套在密封盘中的止推轴承连接，另一端安装在支架体的支撑轴承上；曲轴上端曲柄销上配有一个扇形的平衡块，用来平衡动涡旋齿及滚针轴承及曲柄销的偏心力；密封盘固定在支架体上。本发明结构简单，设计合理，部件易加工制造，涡旋齿齿形及排气孔的合理设计，有效提升了涡旋膨胀机的气动性能。
【IPC分类】F04C18/02, F01C1/02
【公开号】CN105673082
【申请号】CN201610033139
【发明人】李垒, 陶乐仁, 胡永攀, 李庆普
【申请人】上海理工大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月19日