螺杆机的润滑制造技术

一种利用含有液相的工作流体的螺杆机包括具有啮合的、被润滑的螺旋形结构的转子。转子具有如专利WO?97/43550中公开的“N”形轮廓。在使用中，转子的螺旋形结构的润滑以及可选的转子轴承的润滑基本上仅仅通过工作流体的液相来实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种如螺杆扩张器等螺杆机(screw machines)的润滑，其可使用例如蒸汽作为工作流体来发电。
技术介绍
容积式扩张器正越来越广泛地应用在发电中。最成功的容积式机器之一是多螺杆机，其最常用的实施方式是双螺杆机。这种机器在Svenska Rotor Maskiner (SRM)公司的专利 GB1197432、GB1503488 和 GB2092676 中公开。螺杆机能够作为压缩机或扩张器使用。本专利技术的最主要的理念涉及这两种类型的螺杆机，但是本专利技术在扩张器领域中尤其有用。因此本说明书主要涉及用作扩张器的螺杆机并且结合用作扩张器的螺杆机来描述本专利技术。在本说明书中，用作扩张器的螺杆机将简称为螺杆扩张器。螺杆扩张器优于涡轮扩张器的关键之处在于能够操作湿工作流体(S卩，包含气相和液相的流体)而几乎没有损坏的风险。这是因为螺杆机内的流体速度的数量级大约低于通常在涡轮机中遇到的流体速度的数量级。因此，螺杆扩张器能允许从纯液体到干燥蒸汽的任何构成的流体，同时在这些相位之间保持热力学平衡。相反，如果在工作流体中夹带有相当部分的液相，则涡轮扩张器容易发生叶片侵蚀。螺杆扩张器包括壳体，其具有至少两个重叠但不相交的孔。这些孔容纳各自的啮合螺旋形带叶的转子，它们在被固定的壳体中反向旋转。壳体以极其紧密的配合完全包围转子。这些孔的中心纵向轴线是成对共面的并且通常平行。凸转子(或“主转子”)以及凹转子(或“闸转子”)安装到轴承上的壳体，用于围绕其各自的轴线旋转，这些轴线中的每一个均与壳体中的多个孔轴线中的一个相应轴线重合。转子通常由诸如低碳钢等金属制成，但是它们可由高速钢制成。转子还可以由陶瓷材料制成。通常，如果由金属制成，则它们由机器加工，但是替代性地，可以对它们进行研磨或铸造。每个转子均具有螺旋棱面(helical land),其与至少一个其它转子的棱面之间的螺旋形槽啮合。啮合的转子有效地形成一对或多对的螺旋齿轮，同时其凸角(lobe)起到齿的作用。沿横截面观察，该凸转子或每个凸转子均具有对应于棱面并且从它的节距圆向外凸出的一组凸角。同样地沿横截面观察，该凹转子或者每个凹转子均具有从它的节距圆向内延伸并且对应于凹转子的槽的一组凹部。凸转子的棱面和槽的数量不同于凹转子的棱面和槽的数量。转子轮廓的现有技术的示例在附图的图I (a)到I (d)以及图2 Ca)到图2 Cd)中示出，并且稍后将更详细地描述。螺杆扩张器的工作原理是基于三维的体积改变。每个转子的任意两个连续的凸角之间的空间和周围壳体形成单独的工作室。该室的容积随着两个转子之间的接触线的转移导致的旋转而改变。在凸角之间的整个长度因转子之间的啮合接触而无障碍时，该室的容积是最大的。相反地，在端表面处转子之间具有完全的啮合接触时，该室的容积最小，几乎接近O值。待膨胀的流体通过进入端口(主要位于壳体的前平面)或形成高压的开口进入螺杆扩张器。因此，被允许的流体填充在凸角之间限定的室中。当旋转进行并且转子之间的接触线退回时，每个室中获得的容积增加。在进入端口被隔断时，填充或准入进程终止，并且进一步的旋转将导致流体在通过螺杆扩张器向下游移动时膨胀 。进一步下游的，在凸转子凸角和凹转子凸角开始再次啮合时，露出壳体中的低压端口或排放端口。当进一步的旋转压缩凸角与壳体之间截留的流体的体积，该端口进一步打开。这使得流体以接近恒定的压力通过排放端口排放。该过程持续到截留的容积被减小到几乎为O并且基本上凸角之间截留的全部流体都已经排出。然后，每个室均重复该过程。因此，根据凸转子和凹转子中的凸角的数量，进而根据这些凸角之间的室的数量，在每次旋转中实现连续的填充、膨胀和排放过程。当转子旋转时，凸角的啮合动作本质上与螺旋形齿轮的啮合动作相同。然而，另夕卜，凸角的形状必须使得在任何接触位置，密封线形成在转子之间以及在转子与壳体之间，以便防止接连的室之间发生内部渗漏。进一步的要求是凸角之间的室应当尽可能大，从而使每次旋转的流体位移最大化。此外，转子之间的接触力应当较低，从而使内部摩擦损耗最小化并且使磨损最小化。当制造要求规定在转子之间以及在转子与壳体之间要具有较小的间隙时，转子轮廓是确定流速和螺杆扩张器的效率的最重要的特征。多个转子轮廓已经被试验了很多年，并且改变了成功度。如图1(a)中所示，最早的螺杆扩张器使用的是非常简单的对称性转子轮廓。沿横截面观察，凸转子10包括围绕节距圆等角度间隔的多个部分圆(part-circular)凸角12,其半径的中心都定位在节距圆14上。凹转子16的轮廓通过对等的一组部分圆凹部18以简单的方式与之成镜像。诸如这样的对称性转子轮廓具有非常大的气孔区域，这会产生很大的内部渗漏。这将对称性转子轮廓排除在包含高压力比或者甚至中等压力比的应用之外。为了解决这个问题，SRM引入其“A”形轮廓，其在图I (b)中示出并且在前述的英国专利GB1197432、GB1503488和GB2092676中以多种形式公开。这种“A”形轮廓大大减少了内部渗漏并且因此使螺杆压缩机获得与往复式机器相同量级的效率。图I (c)中示出的Cyclon轮廓进一步减少了渗漏，不过这是以削弱凹转子16的凸角为代价。这使得处于高压力差的凹转子16存在扭曲的风险，并且使它们难以制造。图I (d)中示出的Hyper轮廓试图通过加强凹转子16来克服该缺陷。在以上现有技术的所有转子轮廓中，啮合的转子之间的相对移动是旋转和滑动的彡口口 参照该背景，申请人开发出了公开号为W097/43550的国际专利申请PCT/GB97/01333所公开的“N”形转子轮廓。W097/43550的内容以引用方式并入本文。在该说明书中对“N”形转子轮廓的引用指的是W097/43550中所描述和限定的专利技术的轮廓。“N”形转子轮廓的特征在于，当沿横截面观察时，至少凸角的向凸转子的节距圆的外部凸出的那些部分的轮廓以及至少向凹转子的节距圆的内部延伸的凹部的轮廓通过相同的齿条构造产生。后者沿围绕凸转子轴线的一个方向以及沿围绕凹转子轴线的相反方向弯曲，产生转子的高压齿侧的齿条部分通过转子之间的转子共轭动作而产生。有益地，齿条的一部分、优选地形成转子凸角的高压齿侧的那部分呈旋轮线(cycloid)的形状。替代性地，该部分可形成为广义的抛物线，例如ax+bytl的形式。通常，凸转子的槽的底部处 于作为“齿根”部而位于节距圆以内，并且凹转子的棱面的尖端作为“齿顶”部向其节距圆以外延伸。优选地，这些齿根部和齿顶部也通过齿条构造产生。图2 (a)的双螺杆机的图解剖视图中示出的主转子(或凸转子)I和闸转子(或凹转子)2在它们的节距圆PpP2上围绕它们的中心O1和O2转动通过相应的角度Ψ和τ =Z1/Z2 ψ = ψ / i ο节距圆P的半径与相应的转子上的棱面和槽的数量成比例。如果弧段在主转子或闸转子上被定义为角参数Φ的任意函数并且由下标d表示Xd=Xd(^)(I)yd=yd (Φ)⑵则在另一个转子上的对应的弧段是Φ和Ψ两者的函数x=x ( Φ , Ψ) =_acos ( ψ/i)+xd cosk Ψ +ydsink Ψ (3)y=y ( Φ , Ψ) =asin ( Ψ/i) _xd sink Ψ +ydcosk Ψ (4)ψ是主转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.12 GB 1002411.51.一种将湿蒸汽用作工作流体的螺杆扩张器，所述扩张器包括两个或更多的具有啮合的、被润滑的螺旋形结构的转子，其中所述转子具有本文所限定的“ N”形轮廓，并且在使用中，所述转子的螺旋形结构的润滑基本上仅仅由湿蒸汽工作流体中携帯的水负责。2.根据权利要求I所述的扩张器，其中所述螺旋形结构涂覆有低摩擦涂层。3.根据权利要求2所述的扩张器，其中所述涂层包括碳化物相和碳相。4.根据前述任意一项权利要求所述的扩张器，其中所述转子由至少ー个轴承支撑，所述至少一个轴承在使用中也基本上仅仅由水来润滑。5.根据权利要求4所述的扩张器，其中所述轴承是液体动压轴承。6.根据权利要求4所述的扩张器，其中所述轴承是滚动体轴承。7.根据权利要求4到6中任意一项所述的扩张器，其中所述轴承由从湿蒸汽工作流体中获得的水来润滑。8.根据前述任意一项权利要求所述的扩张器，其中所述转子通过经由它们的啮合的螺旋形结构将同步カ矩从ー个转子传递到另一个转子而被同歩。9.根据权利要求8所述的扩张器，其中没有定时齿轮作用在所述转子之间。10.根据前述任意一项权利要求所述的扩张器，还包括对抗转子上的轴向...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·K·史密斯，N·R·斯托希克，
申请(专利权)人：城市大学，
类型：
国别省市：