[发明专利]一种交叉轴锥形双螺杆膨胀机

说明书

本发明公开了一种交叉轴锥形双螺杆膨胀机，包括锥形阳螺杆转子(1)、锥形阴螺杆转子(2)、锥形泵体(3)、左传动齿轮(4)和右传动齿轮(5)；锥形阳螺杆转子(1)和锥形阴螺杆转子(2)从低压端面(Ⅱ‑Ⅱ)到高压端面(Ⅰ‑Ⅰ)均呈线性锥形，使两螺杆转子在异向交叉轴传动下，能够实现正确啮合，并保证两螺杆转子之间的有效密封；两螺杆转子之间的接触线在高压端较短，有效地减少了工作过程中的气体泄漏量；提高了双螺杆膨胀机的内容积比，使双螺杆膨胀机轴向尺寸更加紧凑，对提高双螺杆膨胀机工作性能和提高循环发电效率具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及双螺杆膨胀机，特别涉及一种交叉轴锥形双螺杆膨胀机。

背景技术

双螺杆膨胀机是一种容积式膨胀机，主要由一对螺杆转子、机壳体、轴承、同步齿轮、密封组件以及联轴器组成。其工作过程包括吸气过程、膨胀过程和排气过程，通过流体在两螺杆和泵腔形成的封闭容积中的降压膨胀做功，推动螺杆转动以实现能量转换。双螺杆膨胀机具有工质适应能力强、操作简单、占地小、应用范围广的优点，适用于工业余热发电、地热能发电的技术应用。

在双螺杆膨胀机的应用中，其内容积比对发电循环系统有极大的影响，现有的相互啮合的双螺杆转子所能形成的内容积比较小；较大内容积比的双螺杆膨胀机有利于提高系统的性能，如大内容积的双螺杆膨胀机能够实现全流发电循环。为提高螺杆膨胀机的内容积比，中国专利(专利号CN 109458226 A)提出了一种双螺杆膨胀机的变截面螺杆转子，该转子通过渐变截面型线的方法，使螺杆转子的吸气体积较小，而排气体积较大，从而提高了双螺杆转子所形成的内容积比，但这种方法对内容积比的提高有限。中国专利(专利号CN104141606A)提出了一种锥形双螺杆压缩泵，采用5：3传动的阴、阳锥形螺杆，理论上有较高的压缩系数，但两平面截面在交叉轴啮合情况下的接触线只能存在一条直线，平面型线在交叉轴啮合情况下会出现不完全啮合或不啮合，不能保证两螺杆转子之间的密封性能。

发明内容

本发明为了提高双螺杆膨胀机的内容积比，以满足发电循环系统对内容积比和膨胀比需求，本发明提出了一种交叉轴锥形双螺杆膨胀机；两螺杆转子均呈线性锥形，在工作过程中两螺杆转子能实现传动比为3：2的交叉轴啮合，在相同外形尺寸的条件下，内容积比是现有的平行轴双螺杆膨胀机的2～3倍；在相同内容积比情况下比原有双螺杆膨胀机结构更为简单紧凑。本发明采用球截面完成对两螺杆转子的设计，使两螺杆转子在交叉轴工作状态下能够实现正确啮合，并保证两螺杆转子之间的有效密封。提高了双螺杆膨胀机的内容积比，减小了螺杆转子所受的气体轴向力，使双螺杆膨胀机轴向结构更加紧凑，对提高双螺杆膨胀机工作性能和提高系统发电循环效率具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种交叉轴锥形双螺杆膨胀机，包括：锥形阳螺杆转子、锥形阴螺杆转子、锥形泵体、左传动齿轮和右传动齿轮，锥形阳螺杆转子和锥形阴螺杆转子均由从低压端面到高压端面呈线性锥形，即锥形阳螺杆转子和锥形阴螺杆转子的节圆半径线性减小；

锥形阳螺杆转子和锥形阴螺杆转子在高压端面处的端面为一内凹球面，其半径为R_h；锥形阳螺杆转子在高压端面处的节圆半径为r_mh，且满足r_mh＝R_h·sinθ₁，θ₁为阳螺杆转子节圆圆锥的圆锥半角；锥形阴螺杆转子在高压端面处的节圆半径为r_fh，且满足r_fh＝R_h·sinθ₂；θ₂为阴螺杆转子节圆圆锥的圆锥半角；