[發明專利]一種滑片膨脹機

在審

• 申請號: 201410192171.9
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN103967529A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 巫山;黃少飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學;重慶春升科技發展有限公司
• 主分類號: F01C1/344
• 分類號: F01C1/344;F01C21/18
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

技術領域

本發明屬于一種利用流體介質實現能量轉換的機械裝置，具體涉及一種滑片膨脹機。

背景技術

膨脹機是將高壓氣體、液體或氣液混合物所含的壓力能量轉化為機械能的裝置。

滑片膨脹機的結構如圖1所示，它具有包含氣缸的定子1，定子氣缸內安裝有轉子2，轉子2的軸心偏離定子氣缸的軸心，轉子2外圓周上開有多個軸向的轉子槽3，轉子槽3內放置有沿徑向滑動的滑片4。由于轉子在氣缸內偏心配置，氣缸內壁與轉子外圓表面所構成的空間容積不對稱，其中有一弧段的空間容積狹窄而相對另一弧段空間容積寬大。滑片從轉子槽內伸出緊貼在氣缸內壁上，將不對稱空間分隔成多個小室，位于狹窄空間的小室容積較小，而位于寬大空間的小室的容積較大，高壓介質從小容積位置進入，因氣密性和高壓介質的膨脹作用促使轉子向容積增大的方向轉動，在容積最大位置排放出介質，當不斷從小容積位置輸入高壓介質并從容積最大位置排放出介質時，就可使轉子不停轉動，滑片所處的位置在不斷變化，各小室的容積也在不斷改變，小室內流體的壓力隨著容積變化而改變。這樣，滑片膨脹機通入高壓流體驅動轉子旋轉，同時又實現流體壓力降低。轉子每轉動一周，各滑片在轉子槽內上下滑動一次。

滑片膨脹機與滑片壓縮機相比，滑片的功能和滑動形式都相同，但功能不同，進出氣通道正好相反，壓縮機是讓進入的流體介質在外部電動機的機械能作用下，讓介質從滑片形成的大容積腔室變化至小容積腔室，實現對介質的壓縮。而膨脹機是讓較高壓力介質從滑片形成的小容積腔室進入，依靠腔室的氣密性和高壓介質的膨脹性，使介質經大容積腔室排出時帶動轉子運動形成機械能。由此可知，二者在起動時所面臨的問題完全不同：滑片壓縮機起動時，轉子受外力驅動旋轉，滑片受離心力作用從槽中甩出，將氣缸內部空間隔分為小室，即滑片壓縮機能夠正常起動；但滑片膨脹機起動時，轉子沒有初始轉速，滑片上不存在離心力，滑片不能伸出轉子槽導致氣缸內部空間相通，膨脹機不能正常起動。為了使滑片膨脹機能夠起動，中國專利文獻CN201100234Y于2008年8月13日公開了“一種滑片膨脹機”，它在滑片的底部安裝有彈簧，依靠彈簧推力使滑片伸出，滑片與氣缸內壁貼合，從而分隔氣缸內部空間成若干小室，實現了滑片膨脹機正常起動。但是這種滑片膨脹機存在以下問題：

1、由于滑片膨脹機的轉子轉速為1500-3000r/min，因此彈簧的伸縮頻率同樣為1500-3000次/分，通常彈簧的使用壽命無法承受這樣高速的運動損傷，彈簧極易失效或斷裂，需頻繁更換彈簧。

2、彈簧在滑片底部因高頻率快速地長時間的摩擦而產生高溫，所有彈簧的彈性模量都發生變化，導致滑片兩端高度不均衡，從而損壞滑片、滑槽，甚至拉傷缸體。

3、轉子在高速運動時，由于離心力的作用，滑片與缸體本來就存在摩擦并損失有用功，在安裝彈簧片或者彈簧后，由于彈簧有預緊力使滑片摩擦功耗進一步增加，降低了滑片膨脹機輸出的機械功率。

4、由于轉子在運動時彈簧自身有振動，從而使滑片在運動狀態不停的跳動，減小了滑片膨脹機的效率。

另外，該專利還存在轉子槽中安裝彈簧所需的空間增大、難以保證氣密性的問題，彈簧彈跳偏離導向軸銷產生滑片卡死的問題等等。

中國專利文獻CN101871366A于2010年10月27日公開了“一種滑片槽底引壓的滑片式膨脹機”，它在氣缸和左端蓋上開設進氣引壓通道，從滑片式膨脹機進氣口分流高壓氣體，在左端蓋上徑向開設一個的引壓連通通道、再軸向開設一個槽底引壓通道，并在左端蓋內側壁刻制端面凹槽，端面凹槽沿膨脹機旋轉方向延伸，端面凹槽與滑片底部的轉子槽空隙接觸。該設計構思是：將進氣口的高壓氣體從進氣引壓通道、引壓連通通道、槽底引壓通道和端面凹槽導入轉子槽底部空隙，當轉子的滑片旋轉至端面凹槽延伸的區域內時，在高壓氣體的作用下，使滑片伸出與氣缸內壁接觸，以解決滑片頂部與氣缸內壁之間的密封問題。因為該結構是從端蓋內側壁向轉子槽底部空隙通入氣體，則必然存在以下問題：

1、一方面因為滑片靠近進氣口，滑片被壓回轉子槽內，轉子槽底部空隙很小，不超過3mm；另一方面又因為轉子高速旋轉，轉速一般為1500-3000r/min，每秒旋轉25-50周，轉子槽底部空隙經過端面凹槽的時間極短，高壓氣體不能通入轉子槽底部空隙，該結構無法利用高壓氣體頂起滑片，所以，該專利文獻記載的技術方案不能解決說明書中提出的技術問題；