[實用新型]螺錐轉(zhuǎn)子及螺錐膨脹機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420013089.0
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN203702262U
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃友鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 北京發(fā)源動力機械設(shè)計研究有限公司
• 主分類號: F01C21/08
• 分類號: F01C21/08;F01C1/16
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 李翀

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種容積式流體機械、動力機械，具體涉及通過變化容積的工作空間將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的機構(gòu)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的汽輪機熱功轉(zhuǎn)化設(shè)備是利用高壓、高溫過熱蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)換成軸功率，再帶動同步發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)換，但是汽輪機必須消耗過熱蒸汽這樣的高品位熱源，無法使用低品位熱源。同時由于汽輪機在熱功轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生很多乏汽，導(dǎo)致能源利用效率較低。

燃氣輪機是常用的將高溫氣體工作介質(zhì)轉(zhuǎn)化成機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械，主要包括壓氣機、燃燒室和燃氣透平這三大部件。壓氣機將由外界大氣吸入的空氣壓縮，壓縮空氣被壓送到燃燒室與燃料混合燃燒生成高溫高壓的燃氣，燃氣進入燃氣透平中膨脹做功，推動透平帶動壓氣機和輸出轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)。

首先，由于燃氣輪機的熱力循環(huán)一般為工作介質(zhì)取自大氣的開式循環(huán)，且其零件材料為高溫合金，因此工作溫度對其輸出功率的影響很大。當(dāng)工作溫度升高時，燃氣輪機不得不進行冷卻，導(dǎo)致能源利用效率較低。

其次，現(xiàn)有的燃氣輪機采用等壓膨脹為主的布萊頓循環(huán)，空氣的等壓比熱容CP=1.005kJ/(kgK)，等容比熱容Cv=0.716kJ/(kgK)，等質(zhì)量燃氣升高至相同溫度時，等壓膨脹會比等容膨脹需要更多的能量，因此為了進一步降低能耗，減少等壓膨脹過程并增加等容膨脹過程成為目前動力機械的設(shè)計趨勢。

實用新型內(nèi)容

本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中能源利用效率低的問題，使用具有旋轉(zhuǎn)式的螺錐曲面的螺錐轉(zhuǎn)子作為膨脹機構(gòu)，利用其特有的連續(xù)可變封閉空間的容積變化來釋放高溫高壓工作介質(zhì)熱能，可以提高熱能利用效率的螺錐膨脹機構(gòu)。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

一對螺錐轉(zhuǎn)子，其特征在于：包括具有凸齒的凸形轉(zhuǎn)子、具有凹槽的凹形轉(zhuǎn)子和具有雙內(nèi)錐面的外殼；所述凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子相向旋轉(zhuǎn)且存在交疊區(qū)域，均具有沿旋轉(zhuǎn)軸逐漸收斂的錐形外廓；所述凸齒和凹槽在錐面上自小端向大端螺旋延展；所述凸齒的曲面、凹槽的曲面和外殼的內(nèi)表面共同構(gòu)成連續(xù)、容積隨旋轉(zhuǎn)方向變化、封閉的工作空間。

所述凸齒和凹槽的齒形曲線為分別變換到同一個基準(zhǔn)球面上的一對平面共軛曲線，所述平面共軛曲線和外廓弧線在三條曲線的兩個交匯處無泄漏三角形。

所述凸齒和凹槽的曲面生成方法包括：

1）分別將一對共軛曲線與外包絡(luò)相交圓弧曲線由平面映射到一個基準(zhǔn)半徑的球面上，形成球面上的連續(xù)變化封閉區(qū)域；

2）將映射在所述基準(zhǔn)半徑的球面上的所述一對共軛曲線向球心方向衍生出兩組有限的不同半徑球面曲線簇，所述球面曲線簇各自按螺錐母線函數(shù)關(guān)系和距離球心半徑的比例關(guān)系排列，并沿共同軸線旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)，即分別得到所述凸齒和凹槽的共軛曲面；

3）將映射在所述基準(zhǔn)半徑的球面上的所述外包絡(luò)相交圓弧曲線向球心方向衍生出一組有限的不同半徑球面曲線簇，所述球面曲線簇按距離球心半徑的比例關(guān)系排列，形成具有雙內(nèi)錐面的外殼。

所述凸齒和凹槽的螺錐母線函數(shù)關(guān)系相同，如方程（1）所示：

x=α×θ×cos(θ)

y=α×θ×sin(θ)????（1）

z=β×θγ

式中：

x、y、z為螺錐母線的坐標(biāo)點

α為螺錐大端直徑系數(shù)

θ為螺錐旋轉(zhuǎn)角度值

β為螺錐長度系數(shù)

γ為螺旋升角冪指數(shù)

螺錐母線向x-y平面上的投影符合阿基米德螺線規(guī)律，z-θ展開為冪指數(shù)關(guān)系。

所述γ指數(shù)的值為1.2～3.0。

所述凸形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸與凹形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸交叉，夾角為25°～60°。

所述凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子之間及兩者與外殼之間的偏差小于20微米。

所述凸形轉(zhuǎn)子、凹形轉(zhuǎn)子和外殼采用五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心制造。

所述凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子使用復(fù)合結(jié)構(gòu)陶瓷材料制作。

使用所述一對螺錐轉(zhuǎn)子的螺錐膨脹機構(gòu)，其特征在于：所述螺錐轉(zhuǎn)子的大端一側(cè)設(shè)置同步齒輪箱。

本實用新型的技術(shù)效果如下：