[發(fā)明專利]冷水機(jī)組用雙轉(zhuǎn)子滾動活塞式膨脹機(jī)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010031365.2
• 申請日: 2010-01-18
• 公開（公告）號: CN101769167A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田華;馬一太;李敏霞;張?jiān)茟?/a>;董克勤
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F01C11/00
• 分類號: F01C11/00;F01C21/04;F25B41/00
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制冷機(jī)械，具體涉及一種冷水機(jī)組系統(tǒng)中的滾動活塞式膨脹機(jī)。

背景技術(shù)

隨著國民生產(chǎn)總值的快速增長以及人們生活水平的不斷提高，人們對生活品質(zhì)的追求也逐漸提高，這使得我國冷水機(jī)組得到了快速發(fā)展。我國在2004年制定了《冷水機(jī)組能效限定值及能源效率等級》，規(guī)定5個級別的能源效率等級，其中第5級是最低的入門級，第2級和第1級是節(jié)能級。目前大部分的冷水機(jī)組相當(dāng)于國家能效標(biāo)準(zhǔn)的3、4級，仍有一部分勉強(qiáng)達(dá)到5級。近年來，人們大多在循環(huán)原理、高效壓縮機(jī)(螺桿式、離心式)、節(jié)流機(jī)構(gòu)和換熱器的設(shè)計(jì)上做了很多事情，例如用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥在理論上的完善等。對于逆卡諾循環(huán)，通過膨脹機(jī)降壓并回收膨脹功在理論上是容易實(shí)現(xiàn)的，但在實(shí)際蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，膨脹過程膨脹比較大，而且相變膨脹過程本身非常復(fù)雜，高效膨脹機(jī)的開發(fā)比較困難，人們不得不采用結(jié)構(gòu)簡單的節(jié)流閥代替膨脹機(jī)，這樣不僅損失了膨脹功，并因節(jié)流閥的不可逆而變成了低溫?zé)幔窒酥评淞浚虼耍霉?jié)流閥的制冷循環(huán)的損失是雙倍的。開發(fā)高效的冷水機(jī)組膨脹機(jī)，用以代替節(jié)流閥是大幅度提高冷水機(jī)組效率、回收能量的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過分析，在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下，當(dāng)膨脹機(jī)效率為0.7時(shí)，利用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥能提高機(jī)組約10％的能效比，同時(shí)回收的能量占壓縮機(jī)消耗能量的8％左右。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)冷水機(jī)組系統(tǒng)的特點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種用以回收節(jié)流損失、提高機(jī)組性能的雙轉(zhuǎn)子滾動活塞式膨脹機(jī)，以使冷水機(jī)組系統(tǒng)性能顯著提高。

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行說明。冷水機(jī)組用雙轉(zhuǎn)子滾動活塞式膨脹機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)，由兩個缸體串接而成。將下述部件：潤滑油室、潤滑油泵、前后端蓋、缸體、滾動活塞、兩缸氣體連接通道、曲軸、配重、回油室以及供回油通道等按順序通過螺栓密封連接(如圖1所示)，曲軸相嵌于第二個缸體前、后端蓋的軸承內(nèi)。潤滑油泵置于第一個缸體前端蓋外側(cè)，油泵出口接供油通道。因?yàn)榍S中心設(shè)有潤滑油道，各潤滑部件(主要是軸承及滾動活塞等)徑向開有通孔并與潤滑油道相通，以便對各軸承以及滾動活塞進(jìn)行潤滑，回油自回油室經(jīng)回油通道返回潤滑油室內(nèi)。由于兩缸重量不同且具有偏心，使得曲軸在半徑方向受力不平衡，容易產(chǎn)生變形以致影響曲軸壽命，為了平衡力差，所以在曲軸外端嵌套配重，曲軸與電機(jī)聯(lián)接法蘭同軸心。

雙轉(zhuǎn)子滾動活塞膨脹機(jī)具有以下幾個特征角度：第一缸體吸氣口后邊緣角度α₁，第一缸排氣口前邊緣角度β₁，第二缸體吸氣口后邊緣角度α₂，排氣口前邊緣角度β₂以及兩缸進(jìn)排氣口所占的角度δ。兩缸滑片中心線成α₂+β₁-δ的角度裝配(如圖2所示)。這樣的裝配縮短了第一、二缸連接管的長度，以減少余隙容積和流動阻力。當(dāng)?shù)谝桓孜牍べ|(zhì)開始與排氣口連通時(shí)，第二缸滾動活塞轉(zhuǎn)過了吸氣口前邊緣角β₁，使得第二缸吸氣過程正常進(jìn)行。活塞膨脹機(jī)的吸氣容積和膨脹結(jié)束容積是由兩個缸體的部分容積以及連接管的容積共同組成，利用第一缸來控制吸氣量。當(dāng)吸氣結(jié)束、膨脹開始時(shí)，吸入的制冷劑容積由第一缸大部分容積與連接管容積、第二缸小部分容積共同組成；當(dāng)膨脹結(jié)束、開始排氣時(shí)，制冷劑所占的容積由第一缸小部分容積與連接管容積、第二缸大部分容積共同組成。兩者的比值即為膨脹比，因此調(diào)整兩缸的尺寸大小即可滿足不同的膨脹比。用第一缸控制進(jìn)氣量可不需要另外的進(jìn)氣控制，避免了進(jìn)氣控制帶來的摩擦損失、節(jié)流損失以及因?yàn)檫M(jìn)氣閥開關(guān)導(dǎo)致的壓力脈動和噪聲等。

雙轉(zhuǎn)子滾動活塞膨脹機(jī)的工作過程為：膨脹機(jī)滾動活塞與氣缸內(nèi)壁的相切點(diǎn)位置從豎直向上為起點(diǎn)，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，θ為轉(zhuǎn)過的角度。當(dāng)θ＝α₁-δ時(shí)，即轉(zhuǎn)過第一缸進(jìn)氣口前邊緣角，制冷劑進(jìn)入膨脹機(jī)的第一缸；當(dāng)θ＝360°-β₁時(shí)，即轉(zhuǎn)過第一缸排氣口前邊緣角，此時(shí)第一缸排氣口通過聯(lián)接管與第二缸進(jìn)氣口連通，膨脹機(jī)第二缸開始進(jìn)氣；當(dāng)θ＝360°+α₁時(shí)，即轉(zhuǎn)過第二圈的第一缸進(jìn)氣口后邊緣角，充滿制冷劑的第一缸大部分容積與連接管容積、第二缸小部分容積形成封閉空間，整個吸氣過程結(jié)束，開始膨脹；當(dāng)θ＝720°-β₂時(shí)，即轉(zhuǎn)過第二圈的第二缸排氣口前邊緣角，此時(shí)與排氣管連通，膨脹結(jié)束，排氣開始。當(dāng)θ＝1080°-β₂時(shí)，即轉(zhuǎn)過第三圈的第二缸排氣口前邊緣角，排氣結(jié)束，下一循環(huán)排氣開始。

附圖說明

圖1為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)簡圖。