[发明专利]球形滚珠膨胀机

说明书

根据本发明的球形滚珠膨胀机，包括同心设置的球体、球壳以及两个滚珠，球体的外表面设有两个球体T形凸环和两个球体矩形凸环交替连接组成的整体球体凸环和两条内凹的球体弧槽，球壳的内表面设有一条内凹的球壳T形凹环和一条内凹的球壳环槽，球壳上分别开设有连通外部与球壳环槽的进气通道和排气通道，球壳T形凹环与球体凸环相嵌在一起，球体T形凸环经过进气通道时,阻断进气通道连通外部与球壳环槽，球体矩形凸环经过进气通道时,使得进气通道连通外部与球壳环槽。本发明的球形滚珠膨胀机通过采用球体凸环来实现进气阀的功能，不但节省了进气阀的设置，降低了制造成本，而且具有整机零件数量少、余隙容积小、结构紧凑、运动平衡性好的优点。

技术领域

本发明属于能源动力和制冷技术领域，具体涉及一种球形滚珠膨胀机。

背景技术

有机朗肯循环采用低沸点有机工质，将工业余热、地热、太阳能和生物质能等中低温余热转化为高品位的电能，在中低温余热利用方面有巨大的应用潜力。膨胀机是有机朗肯循环的关键部件，对其系统性能有重要影响。此外，膨胀机也可作为制冷技术领域制冷循环的重要设备。结构上，膨胀机可分为两类：一类为向心透平式、轴流透平式等速度型膨胀机；另一类为涡旋式、活塞式、螺杆式、旋片式等容积型膨胀机。速度型膨胀机是通过工质速度的变化来传递能量，常见于高转速和大流量的场所；容积型膨胀机则是通过工质体积变化引起压力变化，实现能量转化。利用有机朗肯循环系统回收低品位能的功率输出大概在1-50kW的范围内，一般采用容积型膨胀机。

现有的膨胀机大多成本高、体积大而且由于结构设计不完善，导致应用在中低温热源的条件下，效率偏低。目前国内仍缺乏适合应用在有机朗肯循环系统的高效率膨胀机，这方面的研究仍然停留在理论和实验阶段，未能进行大规模的商业生产。

因此，开发新型的适用于有机朗肯循环系统的高效膨胀机具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决上述问题，目的之一是提供了一种通过高压气体进入、膨胀，推动滚珠运动，带动球体旋转，输出机械功(轴功)的新型球形滚珠膨胀机。

本发明提供了一种球形滚珠膨胀机，具有这样的特征，包括同心的球体、球壳以及两个滚珠，其中，球体的外径略小于球壳的内径，球体可以在球壳内转动，球体的外表面设有一条凸起的球体凸环和两条内凹的球体弧槽，球体凸环由两个球体T形凸环和两个球体矩形凸环交替连接组成整体凸环，两条球体弧槽对称地设置在球体的两端，分别与球体T形凸环呈90°夹角相交，球体T形凸环在两个相交处各开有一凸环缺口，球体弧槽的横截面为半圆形，球壳的内表面设有一条内凹的球壳T形凹环和一条内凹的球壳环槽，球壳环槽与球壳T形凹环以40°-50°夹角相交，形成两个球壳环槽和球壳T形凹环之间相通的球壳槽交汇处，球壳环槽的横截面与球体弧槽的横截面形状与尺寸均相同，在球体上设有两根球体轴，球体轴与球体T形凸环垂直，球体绕球体轴旋转，在球壳上设有轴孔，轴孔的轴线与球壳T形凹环垂直，球体轴穿过轴孔与发电机连接，球体弧槽和球壳环槽之间有两个弧环槽交汇处，每个弧环槽交汇处均设有一个滚珠，滚珠的半径与球体弧槽的横截面半径一致，位于球壳槽交汇处的两侧的球壳上分别开设有进气通道和排气通道，排气通道连通外部与球壳环槽，进气通道连通外部与球壳环槽且与球壳T形凹环相连通，球壳T形凹环与球体凸环相嵌在一起，球体T形凸环经过进气通道时阻断进气通道连通外部与球壳环槽，球体矩形凸环经过进气通道时使得进气通道连通外部与球壳环槽。

在本发明提供的球形滚珠膨胀机中，还可以具有这样的特征：其中，凸环缺口与T形突出部分交替分布，球壳T形凹环的横截面的尺寸与T形凸环的横截面的尺寸相同。

另外，在本发明提供的球形滚珠膨胀机中，还可以具有这样的特征：其中，球壳环槽与球壳T形凹环之间的夹角为45°。

另外，在本发明提供的球形滚珠膨胀机中，还可以具有这样的特征：其中，凸环缺口的宽度大于球体弧槽的半圆形横截面的直径。