[发明专利]一种涡旋膨胀机

说明书

本发明公开了膨胀机领域的一种涡旋膨胀机，旨在解决高温条件下涡旋膨胀机排气阻力大，工作腔温度上升，涡旋齿的热变形增加的技术问题。一种涡旋膨胀机，所述涡旋膨胀机的涡旋型线为变基圆半径渐开线。选用定基圆半径渐开线型涡旋膨胀机作为原型机，保持涡旋齿齿高、涡旋齿展开角、齿头修正参数及初始基圆半径不变的情况下，按照变基圆半径渐开型线加工涡旋齿。与原膨胀机相比，改善了背压腔内流动，降低了动、静涡旋齿的温度，减弱了吸气集气室对工作腔的加热作用，涡旋齿变形量下降。

技术领域

本发明属于膨胀机技术领域，具体涉及一种涡旋膨胀机。

背景技术

涡旋膨胀机以其运转平稳、噪声低、效率高、结构紧凑及可靠性好等突出优点和小流量、高膨胀比的运行工况要求，成为车用发动机有机朗肯循环余热回收系统中较好的做功部件。虽然涡旋机械作为压缩机在制冷领域的技术应用已较为成熟，但对涡旋膨胀机的应用研究仍很欠缺，尚无成熟的产品，大多数涡旋膨胀机由涡旋压缩机改装而成。在实际工作过程中，即使是设计良好的涡旋压缩机改装为膨胀机，由于摩擦、泄漏、内部流动损失及热传递等因素的影响，涡旋膨胀机的实际工作过程与理论过程相比存在较大差异。其中，膨胀机机械摩擦损失的主要来源之一是动、静涡旋盘变形引起的涡旋盘侧壁的摩擦以及齿顶与涡旋盘端板之间的摩擦。

现有技术中涡旋膨胀机采用等径基圆半径渐开线涡旋型线，受单侧几何排气孔口开设位置以及动涡旋齿偏心转动的影响，对侧排气腔及背压腔内压力分布的非均匀程度高，特别是两侧背压腔内的非对称分布，恶化了膨胀机的排气过程，较大的排气阻力使得机械能耗散增加，工作腔温度上升，造成涡旋齿的热变形量增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡旋膨胀机，以解决现有技术中涡旋齿热变形量增加的技术问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种涡旋膨胀机，所述涡旋膨胀机的涡旋型线为变基圆半径渐开线。

所述渐开线的基圆半径和曲率半径是渐开角的函数，满足：

其中：表示渐开线的基圆半径；表示渐开线的曲率半径；表示渐开线展开角度；a₀表示初始基圆半径；k表示多变指数；δ₀表示修正增量。

修正增量δ₀的取值范围是[-0.05，0)；k的取值范围是(0，2]。

所述渐开线上的点M(x,y)满足：

其中：表示渐开线的基圆半径；表示渐开线的曲率半径；表示渐开线展开角度。

所述涡旋膨胀机的静涡旋型线内侧渐开线方程为：

所述涡旋膨胀机的静涡旋型线外侧渐开线方程为：

其中，x_f,i、y_f,i分别表示静涡旋型线内侧渐开线上点(x_f,i,y_f,i)的横坐标、纵坐标；x_f,o、y_f,o分别表示静涡旋型线外侧渐开线上点(x_f,o,y_f,o)的横坐标、纵坐标；表示渐开线展开角度；a₀表示初始基圆半径；表示初始渐开线发生角；δ₀表示修正增量。

所述涡旋膨胀机的内容积比满足：