一种减焓稳速涡旋膨胀机制造技术

本实用新型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；本实用新型专利技术还提供一种减焓稳速方法，本实用新型专利技术是利用机‑电‑磁能量转换的原理，在膨胀机转速较低或启动时给予电能辅助，使其达到额定转速；在转速较高时，把气体膨胀产生的焓转化成电能输出，把转速稳定在额定转速，从而使膨胀机始终控制在额定转速运行，保证膨胀机的膨胀比和质量流量稳定。使膨胀机得以实现接近绝热状态下膨胀。达到制冷的最佳效果。

【技术实现步骤摘要】
一种减焓稳速涡旋膨胀机
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。
技术介绍
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。因此，需要对现有技术进行改进。
技术实现思路
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。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；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；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。作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的改进：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。作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的改进：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。作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的改进：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；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。作为对本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的改进：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。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：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。2)在膨胀机启动或转速低于额定转速时，控制系统使电机工作于电动状态，电机赋能给膨胀机，膨胀机启动或转速增加。3)当膨胀机转速超过额定转速时，气体膨胀过程中焓值通过发电机转化成电能形式输出把膨胀机的转速降到额定转速。4)此装置膨胀机额定转速由控制系统控制。控制系统探测偏心轴转速，驱动电机实现减焓稳速的功能。控制系统的主要功能：①正常时，外接电机处于发电状态，发出的电连接到buck电路。此时，通过pwm调节buck电路负载两端的电压，进而可以调节膨胀机的转速。②当转速过低时，使外接电机工作在电动状态。此时，通过控制器调节电动机两端的电压，控制其转速，将膨胀机的转速带升至正常水平。此外，本专利技术是利用永久磁性材料的磁力提供浮动涡旋装置的部分或全部所需的轴向密封平衡力，在实现涡旋膨胀机、压缩机和真空泵的动、定涡卷轴向接触密封的同时，使得由轴向力引起的摩擦力最小化的机构。本专利技术利用磁力约束动、定涡卷的轴向间隙来解决涡旋膨胀机或压缩机在工作时由于气体膨胀力导致动、定涡卷分离产生轴向间隙，进而引起膨胀机或压缩机涡卷高低压力区域之间内部泄漏，降低膨胀机或压缩机的工作效率，同时实现了动、定涡卷之间轴向接触力的最小化。本装置工作原理是通过两个互相共轭的螺旋型柱面侧壁的涡卷元件相互啮合，并分别固定在各自的端板上，分别形成固定涡卷和绕动涡卷。这两个涡卷元件互相啮合并且在涡卷元件侧壁之间，形成线接触。工作时，一对线接触的侧壁与端板表面之间至少形成一密封气室。当绕动涡卷相对于固定涡卷做绕动运动(圆形平动)时，在螺旋型侧壁上的线接触会沿着该侧壁移动，从而改变密封气室的大小。涡旋膨胀机在一定压力、流量进气的情况下，气体膨胀，自身焓值降低，转速受摩擦阻力、进气量、进气压力等因素而改变。本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的技术优势为：本专利技术是利用机-电-磁能量转换的原理，在膨胀机转速较低或启动时给予电能辅助，使其达到额定转速；在转速较高时，把气体膨胀产生的焓转化成电能输出，把转速稳定在额定转速，从而使膨胀机始终控制在额定转速运行，保证膨胀机的膨胀比和质量流量稳定。使膨胀机得以实现接近绝热状态下膨胀。达到制冷的最佳效果。具体包括：1)、当本专利技术膨胀机自动启动有困难时，可以通过此装置输入电能，给予膨胀机外力帮助其启动。2)、当本专利技术膨胀机转速低于其额定工作转速时，此装置对膨胀机输入电能，提高其转速。3)、当本专利技术膨胀机转速超过额定转速时，使气体膨胀要求的焓降通过电机转变为电能输出到负载，达到减速、稳速的目的。4)、本专利技术膨胀机可实现膨胀机额定转速可调、可控。5)、涡旋膨胀机动、定涡卷之间的用磁吸力保证动、定涡卷顶底面之间的接触密封所需要的接触力的最小化，减少涡旋膨胀机涡卷高低压力区域之间内部泄露，提高涡旋膨胀机工作效率。6)磁吸力为非接触式约束力，不存在摩擦，不会造成摩擦生热并减少摩擦功率损失。附图说明以下叙述中，马达一侧为前，涡卷一侧为后。下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1是本专利技术一种减焓稳速涡旋膨胀机的结构示意图；图2是图1中电机转子6的结构示意图。图3是定涡卷21中设置调节伸缩杆65的结构示意图；图4是控制系统的电路原理图；图5是控制系统保证膨胀机运行转速恒定的控制方法的流程示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n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；/n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；/n所述磁性装置包括永磁体磁足、永磁体磁足基座和钢环；/n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；/n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。/n...

【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；
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。


2.根据权利要求1所述的一种减焓稳速...

【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：新型
国别省市：浙江;33