一种减焓稳速涡旋膨胀机及减焓稳速方法技术

本发明专利技术提供一种减焓稳速涡旋膨胀机，包括动涡卷、定涡卷和偏心轴，动涡卷包括动涡卷元件和动涡卷端板；定涡卷包括定涡卷元件和定涡卷端板，动涡卷元件和定涡卷元件呈螺旋状或渐开线型相互共轭并以180

【技术实现步骤摘要】
一种减焓稳速涡旋膨胀机及减焓稳速方法


[0001]本专利技术涉及涡旋式的容积式流体位移装置，具体涉及一种减焓稳速涡旋膨胀机及减焓稳速方法。

技术介绍

[0002]涡旋膨胀机在逆布雷登制冷循环中使用时需要在设定的进气压力，质量流量和膨胀比下稳定地运行实现尽可能接近于绝热膨胀的过程，实现气体膨胀的温度下降的最大化。但在实际使用中，受进气压力波动、膨胀机内部泄露量、运行摩擦阻力大小等因素影响，膨胀机的转速往往表现出偏离额定转速，从而导致膨胀机很难在设定的进气压力，膨胀比和质量流量下稳定运行。
[0003]因此，需要对现有技术进行改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种高效的减焓稳速涡旋膨胀机及减焓稳速方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种减焓稳速涡旋膨胀机，包括动涡卷、定涡卷和偏心轴，动涡卷包括动涡卷元件和动涡卷端板；定涡卷包括定涡卷元件和定涡卷端板，动涡卷元件和定涡卷元件呈螺旋状或渐开线型相互共轭并以180
°
的相位角角位移和称之为绕动半径的径向位移相互啮合做相对的圆形平动或称之为绕动；所述动涡卷元件顶部与定涡卷端板底部抵接，定涡卷元件顶部与动涡卷端板底部抵接；所述动涡卷在其做绕动的过程中驱动偏心轴；所述动涡卷元件和定涡卷元件之间接触和分离的部分，以及动涡卷端板和定涡卷端板之间，共同形成至少一对密封气室；定涡卷端板上开设有与密封气室连通的进气孔和排气孔；进气孔连通密封气室的中心位置是为进气室，排气孔连通密封气室的边缘位置是为排气室；其特征在于：
[0006]所述偏心轴有轴承支撑，偏心轴上套设有电机转子，电机转子外侧设置有电机定子线圈；所述的电机转子和定子受控制系统所控制，可以作为电动机，亦可以作为发电机，并可以控制偏心轴以指定的速度旋转。
[0007]作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的改进：
[0008]所述动涡卷端板和定涡卷端板上设置有用于保证动涡卷和定涡卷轴向动态接触密封的磁性装置。
[0009]作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的进一步改进：
[0010]所述磁性装置包括永磁体磁足、永磁体磁足基座和钢环；
[0011]所述定涡卷端板和动涡卷端板两者，其中之一者开设有环形凹槽，凹槽中固定安装有永磁体磁足基座，永磁体磁足均匀或不均匀地分布在永磁体磁足基座上；另一者安装有钢环；
[0012]所述钢环与永磁体磁足及永磁体磁足基座配合使用，永磁体磁足及永磁体磁足基
座与钢环之间有间隙；所述永磁体磁足及永磁体磁足基座和钢环之间的间隙保证两者之间的磁吸力在有或者没有其他机械力的辅助下大于或等于动、定涡卷在工作时的轴向分离力。
[0013]作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的进一步改进：
[0014]所述永磁体磁足基座环绕设置在定涡卷元件外侧；
[0015]所述钢环环绕设置在动涡卷元件外侧并跟随动涡卷做绕动。
[0016]作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的进一步改进：
[0017]所述钢环的径向厚度与永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度具有一定的尺寸差异；
[0018]所述钢环径向厚度大于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度，在动涡卷做绕动过程，永磁体磁足及永磁体磁足基座一直位于钢环的径向厚度面积内；或者反之，钢环径向厚度小于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度，在动涡卷做绕动过程，钢环一直位于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度面积内；
[0019]所述永磁体磁足数量、磁力大小视动、定涡卷间气体膨胀产生的分离力大小而定，永磁体磁足与钢环之间的磁吸力略大于膨胀机工作时介质膨胀产生的分离力。
[0020]作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的进一步改进：
[0021]在电机外部还安装有发电机外罩，发电机外罩用于保证膨胀机密封，防止气体外泄；
[0022]所述定子线圈位于定子外罩的腔室中，定子线圈通过定子外罩上的加强筋固定；定子外罩的腔室密封并抽成真空。
[0023]作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的进一步改进：
[0024]还包括间隙可调装置，间隙可调装置安装在动涡卷和/或定涡卷上。
[0025]作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的进一步改进：
[0026]还包括控制系统；
[0027]所述控制系统包括MCU控制器、三相桥逆变电路和BUCK电路；
[0028]电源通过可控硅Q8与三相桥逆变电路连接，BUCK电路通过可控硅Q7与三相桥逆变电路连接，三相桥逆变电路与电机连接；
[0029]所述三相桥逆变电路包括三个桥臂的六个可控硅Q1
‑
Q6；
[0030]所述MCU控制器分别与可控硅Q1
‑
Q8的控制极和电机的转速传感系统连接，电机的转速传感系统将膨胀机转速反馈给MCU控制器。
[0031]本专利技术还提供一种减焓稳速方法，包括以下步骤：
[0032]气体自定涡卷的底部的进气孔进入由动涡卷与定涡卷啮合形成的密封气室，随着动涡卷绕着定涡卷做绕动，气体体积不断增大膨胀，焓值降低，最后气体自排气孔排出；
[0033]在气体膨胀过程中，推动动涡卷克服摩擦阻力围绕定涡卷做绕动，动涡卷推动偏心轴作旋转运动；偏心轴上的电机转子转动时配以合适的控制电路实现发电，气体绝热膨胀过程的焓的降低就是通过电机实现机械能到电能转换输出到外面的负载，存储或消耗能掉，达到气体膨胀减焓的目的；
[0034]当膨胀机转速较低或不能正常启动时，通过定子线圈与外部电源接通，对电机供电，帮助膨胀机启动或提高转速，达到减焓稳速的效果。
[0035]作为对本专利技术一种减焓稳速方法的改进：
[0036]MCU控制器通过对可控硅Q1
‑
Q8的控制实现膨胀机转速控制：
[0037]当膨胀机机械原动力不足，电机的转速传感系统检测到的转速不够时，MCU控制器控制可控硅Q7关断，可控硅Q8保持导通，同时通过对可控硅Q1
‑
Q6六个管子的组合控制将电机以电动方式带动膨胀机加速，直到电机的转速传感系统检测到的转速达到目标转速；调节电动控制参数，以实现转速控制；
[0038]当膨胀机机械原动力过大，电动控制效果减弱甚至取消后，电机的转速传感系统检测到的转速仍然过高时，需要消耗过多的能量来稳定速度，实现减焓功能时；即MCU控制器控制可控硅Q8关断，可控硅Q7以一定占空比方式工作，能量从膨胀机以发电的形式输送到Buck电路的负载电阻R1上以发热的形式消耗掉。
[0039]针对现有技术的缺点，本专利技术主要采取以下方案来保证膨胀机运行转速恒定：
[0040]1)动涡卷驱动偏心轴，在偏心轴上安装电机转子，在转子外部安装定子，线圈上引出导线，接电源及负载构成电动
‑
发电机，简称电机。该电机有控制系统实现电动
‑
发电机的减焓稳速的功能。
[0041]2)在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减焓稳速涡旋膨胀机，包括动涡卷、定涡卷和偏心轴，动涡卷包括动涡卷元件和动涡卷端板；定涡卷包括定涡卷元件和定涡卷端板，动涡卷元件和定涡卷元件呈螺旋状或渐开线型相互共轭并以180
°
的相位角角位移和称之为绕动半径的径向位移相互啮合做相对的圆形平动或称之为绕动；所述动涡卷元件顶部与定涡卷端板底部抵接，定涡卷元件顶部与动涡卷端板底部抵接；所述动涡卷在其做绕动的过程中驱动偏心轴；所述动涡卷元件和定涡卷元件之间接触和分离的部分，以及动涡卷端板和定涡卷端板之间，共同形成至少一对密封气室；定涡卷端板上开设有与密封气室连通的进气孔和排气孔；进气孔连通密封气室的中心位置是为进气室，排气孔连通密封气室的边缘位置是为排气室；其特征在于：所述偏心轴有轴承支撑，偏心轴上套设有电机转子，电机转子外侧设置有电机定子线圈；所述的电机转子和定子受控制系统所控制，可以作为电动机，亦可以作为发电机，并可以控制偏心轴以指定的速度旋转。2.根据权利要求1所述的一种减焓稳速涡旋膨胀机，其特征在于：所述动涡卷端板和定涡卷端板上设置有用于保证动涡卷和定涡卷轴向动态接触密封的磁性装置。3.根据权利要求2所述的一种减焓稳速涡旋膨胀机，其特征在于：所述磁性装置包括永磁体磁足、永磁体磁足基座和钢环；所述定涡卷端板和动涡卷端板两者，其中之一开设有环形凹槽，凹槽中固定安装有永磁体磁足基座，永磁体磁足均匀或不均匀地分布在永磁体磁足基座上；另一者安装有钢环；所述钢环与永磁体磁足及永磁体磁足基座配合使用，永磁体磁足与钢环之间有间隙；所述永磁体磁足和钢环之间的间隙保证两者之间的磁吸力在有或者没有其他机械力的辅助下大于或等于动、定涡卷在工作时的轴向分离力。4.根据权利要求3所述的一种减焓稳速涡旋膨胀机，其特征在于：所述永磁体磁足基座环绕设置在定涡卷元件外侧；所述钢环环绕设置在动涡卷元件外侧并跟随动涡卷做绕动。5.根据权利要求4所述的一种减焓稳速涡旋膨胀机，其特征在于：所述钢环的径向厚度与永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度具有一定的尺寸差异；所述钢环径向厚度大于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度，在动涡卷做绕动过程，永磁体磁足及永磁体磁足基座一直位于钢环的径向厚度面积内；或者反之，钢环径向厚度小于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度，在动涡卷做绕动过程，钢环一直位于永磁体磁足及永磁体磁足基座的总径向厚度面积内；所述永磁体磁足数量、磁力大小视动、定涡卷间气体膨胀产生的分离力大小而定，永磁体磁足与钢环之间的磁吸力略大于膨胀机工作时介质膨胀产生的分离力。6.根据权利要求5所述的一种减焓稳速涡旋膨胀机，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪诗茂，蔡康阗，蔡炯炯，
申请(专利权)人：思科涡旋科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：