[发明专利]冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机

说明书

技术领域

本发明属于制冷机械，具体涉及一种冷水机组系统中的滚动活塞式膨胀机。

背景技术

随着国民生产总值的快速增长以及人们生活水平的不断提高，人们对生活品质的追求也逐渐提高，这使得我国冷水机组得到了快速发展。我国在2004年制定了《冷水机组能效限定值及能源效率等级》，规定5个级别的能源效率等级，其中第5级是最低的入门级，第2级和第1级是节能级。目前大部分的冷水机组相当于国家能效标准的3、4级，仍有一部分勉强达到5级。近年来，人们大多在循环原理、高效压缩机(螺杆式、离心式)、节流机构和换热器的设计上做了很多事情，例如用膨胀机代替节流阀在理论上的完善等。对于逆卡诺循环，通过膨胀机降压并回收膨胀功在理论上是容易实现的，但在实际蒸汽压缩制冷循环中，膨胀过程膨胀比较大，而且相变膨胀过程本身非常复杂，高效膨胀机的开发比较困难，人们不得不采用结构简单的节流阀代替膨胀机，这样不仅损失了膨胀功，并因节流阀的不可逆而变成了低温热，抵消了制冷量，因此，用节流阀的制冷循环的损失是双倍的。开发高效的冷水机组膨胀机，用以代替节流阀是大幅度提高冷水机组效率、回收能量的关键技术之一。通过分析，在标准制冷工况下，当膨胀机效率为0.7时，利用膨胀机代替节流阀能提高机组约10％的能效比，同时回收的能量占压缩机消耗能量的8％左右。

发明内容

根据冷水机组系统的特点，本发明的目的是提供一种用以回收节流损失、提高机组性能的双转子滚动活塞式膨胀机，以使冷水机组系统性能显著提高。

以下结合附图对本发明的结构原理进行说明。冷水机组用双转子滚动活塞式膨胀机为卧式结构，由两个缸体串接而成。将下述部件：润滑油室、润滑油泵、前后端盖、缸体、滚动活塞、两缸气体连接通道、曲轴、配重、回油室以及供回油通道等按顺序通过螺栓密封连接(如图1所示)，曲轴相嵌于第二个缸体前、后端盖的轴承内。润滑油泵置于第一个缸体前端盖外侧，油泵出口接供油通道。因为曲轴中心设有润滑油道，各润滑部件(主要是轴承及滚动活塞等)径向开有通孔并与润滑油道相通，以便对各轴承以及滚动活塞进行润滑，回油自回油室经回油通道返回润滑油室内。由于两缸重量不同且具有偏心，使得曲轴在半径方向受力不平衡，容易产生变形以致影响曲轴寿命，为了平衡力差，所以在曲轴外端嵌套配重，曲轴与电机联接法兰同轴心。

双转子滚动活塞膨胀机具有以下几个特征角度：第一缸体吸气口后边缘角度α₁，第一缸排气口前边缘角度β₁，第二缸体吸气口后边缘角度α₂，排气口前边缘角度β₂以及两缸进排气口所占的角度δ。两缸滑片中心线成α₂+β₁-δ的角度装配(如图2所示)。这样的装配缩短了第一、二缸连接管的长度，以减少余隙容积和流动阻力。当第一缸吸入工质开始与排气口连通时，第二缸滚动活塞转过了吸气口前边缘角β₁，使得第二缸吸气过程正常进行。活塞膨胀机的吸气容积和膨胀结束容积是由两个缸体的部分容积以及连接管的容积共同组成，利用第一缸来控制吸气量。当吸气结束、膨胀开始时，吸入的制冷剂容积由第一缸大部分容积与连接管容积、第二缸小部分容积共同组成；当膨胀结束、开始排气时，制冷剂所占的容积由第一缸小部分容积与连接管容积、第二缸大部分容积共同组成。两者的比值即为膨胀比，因此调整两缸的尺寸大小即可满足不同的膨胀比。用第一缸控制进气量可不需要另外的进气控制，避免了进气控制带来的摩擦损失、节流损失以及因为进气阀开关导致的压力脉动和噪声等。

双转子滚动活塞膨胀机的工作过程为：膨胀机滚动活塞与气缸内壁的相切点位置从竖直向上为起点，然后顺时针旋转，θ为转过的角度。当θ＝α₁-δ时，即转过第一缸进气口前边缘角，制冷剂进入膨胀机的第一缸；当θ＝360°-β₁时，即转过第一缸排气口前边缘角，此时第一缸排气口通过联接管与第二缸进气口连通，膨胀机第二缸开始进气；当θ＝360°+α₁时，即转过第二圈的第一缸进气口后边缘角，充满制冷剂的第一缸大部分容积与连接管容积、第二缸小部分容积形成封闭空间，整个吸气过程结束，开始膨胀；当θ＝720°-β₂时，即转过第二圈的第二缸排气口前边缘角，此时与排气管连通，膨胀结束，排气开始。当θ＝1080°-β₂时，即转过第三圈的第二缸排气口前边缘角，排气结束，下一循环排气开始。

附图说明

图1为本发明原理结构简图。