[发明专利]螺杆机的润滑

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。本发明的最主要的理念涉及这两种类型的螺杆机，但是本发明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发明。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（即，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1（a）到1（d）以及图2（a）到图2（d）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0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0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，另外，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。