本發(fā)明涉及膨脹機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)。

背景技術(shù)：

自19世紀(jì)以來，眾多學(xué)者對膨脹機(jī)的研究就一直處于不斷的發(fā)展與補(bǔ)足，目前，膨脹機(jī)已經(jīng)在電廠發(fā)電、余熱回收和動力機(jī)械、工業(yè)低溫余熱發(fā)電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，也產(chǎn)生了多種不同類型的膨脹機(jī)，比如活塞膨脹機(jī)、透平膨脹機(jī)和渦旋式膨脹機(jī)等。其中透平膨脹機(jī)和活塞膨脹機(jī)的歷史最為悠久，之前主要是獲取低溫的關(guān)鍵設(shè)備，但隨著膨脹機(jī)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展和人們對其應(yīng)用要求的不斷提高，這兩種普通形式的膨脹機(jī)已經(jīng)不能滿足人們對其更高的要求，除非活塞膨脹機(jī)、透平膨脹機(jī)的技術(shù)得到快速的發(fā)展，在市場上也有這樣類型的膨脹機(jī)，主要用于(1)天然氣管道壓差發(fā)電、(2)天然氣液化及儲存、(3)lng冷能發(fā)電與冷能的綜合利用、(4)合成氨尾氣的液化提取、(5)工業(yè)低溫余熱發(fā)電、(6)地?zé)?、海洋能、太陽能光熱發(fā)電等領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，成本較高，這也僅僅限于實(shí)力雄厚的大型企業(yè)。

因此，渦旋式膨脹機(jī)得到了快速的發(fā)展，渦旋膨脹機(jī)是一種連續(xù)進(jìn)氣、膨脹和排氣的多室膨脹的膨脹機(jī)械；渦旋膨脹機(jī)的膨脹氣體體積幾乎直線地變化，這將對膨脹機(jī)的性能造成有益的影響；渦旋膨脹機(jī)的軸向間隙會產(chǎn)生徑向泄漏，徑向間隙會增加切向氣體泄漏量，因此在設(shè)計(jì)渦旋膨脹機(jī)時(shí)應(yīng)充分考慮各種因素對軸向間隙和徑向間隙的影響，以免造成氣體泄漏量過大；即密封與泄漏問題是目前其實(shí)用化進(jìn)程中所急需解決的難題及重點(diǎn)。雖然其結(jié)構(gòu)類型較多，可滿足多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，但其結(jié)構(gòu)、安裝也較為復(fù)雜，所以，要使渦旋膨脹機(jī)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中去，還需要在這方面做大量的研究工作。因此開發(fā)新型結(jié)構(gòu)的膨脹機(jī)就成為重要的研究課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述活塞膨脹機(jī)、透平膨脹機(jī)和渦旋式膨脹機(jī)的關(guān)鍵性問題的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)，殼體上設(shè)有兩個(gè)排氣口，殼體內(nèi)的主動輪設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣口，正時(shí)裝置設(shè)有兩個(gè)氣口，當(dāng)正時(shí)裝置的氣口與主動輪的進(jìn)氣口重疊，高溫高壓氣體進(jìn)入基元容積，進(jìn)氣完畢后，氣口立馬關(guān)閉，高壓高溫氣體在密閉空間(基元容積)隨主動輪的凸起旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行充分內(nèi)膨脹，直至主動輪凸起旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過殼體上的排氣口時(shí)，此時(shí)高溫高壓氣體經(jīng)過了充分膨脹，氣壓與排氣管壓力相近，能實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)，最終經(jīng)排氣口排出，采用回轉(zhuǎn)容積式獨(dú)特布置方式，使得上下兩個(gè)容積分別進(jìn)行吸氣、膨脹和排氣過程，互不干擾，共同作用于8-主動輪，對外輸出功率，因此，8-主動輪轉(zhuǎn)動360度，吸氣、膨脹四次、排氣四次，如此往復(fù)，大大提高了輸出功率。與此同時(shí)，主動輪的上、下兩端面和外殼通過間隙非接觸密封，基本不產(chǎn)生摩擦，大大減少了系統(tǒng)內(nèi)的能量損耗。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)包括三個(gè)過程，分別為高溫高壓氣體工質(zhì)吸入過程、氣體工質(zhì)內(nèi)高效膨脹過程、低溫低壓氣體工質(zhì)排出過程。正時(shí)裝置、15-主動輪凸起、3-輔動輪共同構(gòu)成環(huán)繞8-主動輪的密封基元容積。8-主動輪上設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣口和兩個(gè)排氣口，分別為16-進(jìn)氣口a、13-進(jìn)氣口b、11-排氣口a和14-排氣口b，正時(shí)裝置設(shè)有兩個(gè)氣口，當(dāng)正時(shí)裝置的氣口與8-主動輪的進(jìn)氣口重疊，高溫高壓氣體進(jìn)入基元容積，高壓高溫氣體在密閉空間(基元容積)隨主動輪的凸起旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行充分內(nèi)膨脹，直至15-主動輪凸起旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過1-殼體上的排氣口時(shí)，氣體開始經(jīng)殼體上的11-排氣口a和14-排氣口b排出至1-殼體外，此時(shí)高溫高壓氣體經(jīng)過了充分膨脹，氣壓與1-殼體外壓力相近，能實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)，最終經(jīng)排氣口排出，本發(fā)明將利用高溫高壓的氣體進(jìn)行充分的膨脹進(jìn)而轉(zhuǎn)變成低溫低壓的氣體，由于膨脹而產(chǎn)生的功將帶動5-動力輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并帶動其他部件旋轉(zhuǎn)，對外做功。

高溫高壓氣體工質(zhì)吸入過程的主要工作原理為：當(dāng)8-主動輪和正時(shí)裝置一起轉(zhuǎn)動時(shí)，正時(shí)裝置氣口開始與8-主動輪進(jìn)氣口重合，此時(shí)高溫高壓的工作介質(zhì)進(jìn)入基元容積，開始進(jìn)氣過程，高溫高壓氣體經(jīng)正時(shí)裝置氣口進(jìn)入至16-進(jìn)氣口a、13-進(jìn)氣口b，當(dāng)正時(shí)裝置繼續(xù)隨8-主動輪旋轉(zhuǎn)，正時(shí)裝置的氣口脫離8-主動輪的進(jìn)氣口，結(jié)束進(jìn)氣，這一過程時(shí)間比較短暫。

氣體工質(zhì)內(nèi)高效膨脹過程的主要工作原理為：當(dāng)進(jìn)氣過程完成之后，此時(shí)高溫高壓氣體處于密閉的容積腔中，伴隨著8-主動輪的旋轉(zhuǎn)，高溫高壓氣體推動15-主動輪凸起進(jìn)行內(nèi)充分膨脹，帶動8-主動輪旋轉(zhuǎn)，并帶動5-動力輪旋轉(zhuǎn)，對外輸出功率。

低溫低壓氣體工質(zhì)排出過程的主要工作原理為：膨脹過程結(jié)束后，此時(shí)密閉的容積腔的氣體狀態(tài)為低溫低壓，當(dāng)15-主動輪凸起旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過1-殼體上的排氣口時(shí)，此時(shí)高壓高溫的氣體已經(jīng)在密閉的空間里進(jìn)行了充分高效的膨脹，環(huán)形氣缸內(nèi)的工質(zhì)轉(zhuǎn)到出氣口后排出，開始排氣過程，氣體開始經(jīng)1-殼體上的11-排氣口a和14-排氣口b排出至1-殼體外，此時(shí)排氣過程的持續(xù)時(shí)間取決于1-殼體上的氣口的角度。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明充分考慮了回轉(zhuǎn)容積式的布置方式，采用上下左右對稱結(jié)構(gòu)，充分降低了系統(tǒng)的成本。

2、本發(fā)明充分考慮回轉(zhuǎn)容積式上下對稱的結(jié)構(gòu)，使得主動輪轉(zhuǎn)動360度，吸氣、膨脹四次、排氣四次，大大增加了膨脹做功的次數(shù)，提高系統(tǒng)的功率輸出。

3、本發(fā)明充分考慮主動輪與正時(shí)裝置的安裝問題，通過采用人字同步齒輪，解決了主動輪和正時(shí)裝置的旋轉(zhuǎn)問題，精確控制氣體進(jìn)入的時(shí)間。

4、本發(fā)明充分考慮系統(tǒng)的密封問題，主動輪的上、下兩端面和外殼通過間隙非接觸密封，基本不產(chǎn)生摩擦，大大減少了系統(tǒng)內(nèi)的能量損耗。

附圖說明

所示附圖為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖以及進(jìn)排氣結(jié)構(gòu)示意圖，以下將結(jié)合附圖1-6對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)---主視圖；

圖2是一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)---俯視圖；

圖3是一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)---殼體端蓋主視圖；

圖4是一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)---主動輪端蓋主視圖；

圖5是一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)---進(jìn)氣過程示意圖；

圖6是一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)---排氣過程示意圖；

其中，1-殼體，2-殼體端蓋a，3-輔動輪，4-殼體端蓋b，5-動力輪，6-組合密封b，7-主動輪端蓋，8-主動輪，9-主動輪端蓋a，10-組合密封a，11-排氣口a，12-輔動輪凹槽，13-進(jìn)氣口b，14-排氣口b，15-主動輪凸起，16-進(jìn)氣口a。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明具體實(shí)施方式公開了一種基于回轉(zhuǎn)容積式的膨脹機(jī)，其主要裝置為1-殼體，2-殼體端蓋a，3-輔動輪，4-殼體端蓋b，5-動力輪，6-組合密封b，7-主動輪端蓋，8-主動輪，9-主動輪端蓋a，10-組合密封a，11-排氣口a，12-輔動輪凹槽，13-進(jìn)氣口b，14-排氣口b，15-主動輪凸起，16-進(jìn)氣口a。在上述方案中，其8-主動輪和3-輔動輪為外徑相切且8-主動輪是3-輔動輪外徑2倍的圓柱體，8-主動輪旋轉(zhuǎn)180度，3-輔動輪旋轉(zhuǎn)360度，8-主動輪上設(shè)有從其外圓徑向向外延伸的凸起，3-輔動輪上設(shè)有與主轉(zhuǎn)子上的凸起配合的凹槽，8-主動輪和3-輔動輪同步旋轉(zhuǎn)至嚙合位時(shí)凸起嵌合入凹槽內(nèi)，使得15-主動輪凸起與12-輔動輪凹槽能夠相互配合，不會出現(xiàn)15-主動輪凸起與3-輔動輪相碰撞的情況發(fā)生，造成膨脹機(jī)機(jī)構(gòu)受損。如圖5所示，在系統(tǒng)處于進(jìn)氣過程中，高溫高壓的氣體將會通過正時(shí)裝置進(jìn)入到16-進(jìn)氣口a和13-進(jìn)氣口b處，進(jìn)而推動15-主動輪凸起進(jìn)行膨脹做功，最后帶動5-動力輪，向外輸出動力。正時(shí)裝置是包含周向氣口的圓柱片，正時(shí)裝置和8-主動輪聯(lián)成一體。1-殼體外設(shè)有帶動8-主動輪和正時(shí)裝置同步旋轉(zhuǎn)的人字同步齒輪。8-主動輪的上、下兩端面和1-殼體通過10-組合密封a和6-組合密封b進(jìn)行間隙非接觸密封，基本不產(chǎn)生摩擦。正時(shí)裝置、15-主動輪凸起、3-輔動輪共同構(gòu)成環(huán)繞8-主動輪的密封基元容積。

本發(fā)明主要的工作過程包括進(jìn)氣過程和排氣過程，主要的基本思路為8-主動輪上設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣口和兩個(gè)排氣口，分別為16-進(jìn)氣口a、13-進(jìn)氣口b、11-排氣口a和14-排氣口b，正時(shí)裝置設(shè)有兩個(gè)氣口，當(dāng)正時(shí)裝置的氣口與8-主動輪的進(jìn)氣口重疊，高溫高壓氣體進(jìn)入基元容積，高壓高溫氣體在密閉空間(基元容積)隨主動輪的凸起旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行充分內(nèi)膨脹，直至15-主動輪凸起旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過1-殼體上的排氣口時(shí)，氣體開始經(jīng)殼體上的11-排氣口a和14-排氣口b排出至1-殼體外，此時(shí)高溫高壓氣體經(jīng)過了充分膨脹，氣壓與1-殼體外壓力相近，能實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)，最終經(jīng)排氣口排出，本發(fā)明將利用高溫高壓的氣體進(jìn)行充分的膨脹進(jìn)而轉(zhuǎn)變成低溫低壓的氣體，由于膨脹而產(chǎn)生的功將帶動5-動力輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并帶動其他部件旋轉(zhuǎn)，對外做功。

接下來將對本發(fā)明的具體實(shí)施方式的進(jìn)氣過程和排氣過程進(jìn)行詳細(xì)闡述。

如圖5所示，圖5為進(jìn)氣過程的結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí)，8-主動輪處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過人字同步齒輪帶動正時(shí)裝置運(yùn)動，8-主動輪處于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，3-輔動輪處于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，12-輔動輪凹槽朝向殼體端，此時(shí)，正時(shí)裝置、15-主動輪凸起、3-輔動輪共同構(gòu)成環(huán)繞8-主動輪的密封基元容積。當(dāng)8-主動輪和正時(shí)裝置一起轉(zhuǎn)動時(shí)，正時(shí)裝置氣口開始與8-主動輪進(jìn)氣口重合，此時(shí)高溫高壓的工作介質(zhì)進(jìn)入基元容積，開始進(jìn)氣過程，高溫高壓氣體經(jīng)正時(shí)裝置氣口進(jìn)入至16-進(jìn)氣口a、13-進(jìn)氣口b，當(dāng)正時(shí)裝置繼續(xù)隨8-主動輪旋轉(zhuǎn)，正時(shí)裝置的氣口脫離8-主動輪的進(jìn)氣口，結(jié)束進(jìn)氣，這一過程時(shí)間比較短暫。進(jìn)而高溫高壓氣體處于密閉的容積腔中，伴隨著8-主動輪的旋轉(zhuǎn)，高溫高壓氣體推動15-主動輪凸起進(jìn)行內(nèi)充分膨脹，帶動8-主動輪旋轉(zhuǎn)。

如圖6所示，圖6為排氣過程的結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí)，高溫高壓氣體工質(zhì)在基元容積的密閉空間里中膨脹推動8-主動輪轉(zhuǎn)動，帶動5-動力輪旋轉(zhuǎn)，對外輸出功率，8-主動輪處于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，3-輔動輪處于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，12-輔動輪凹槽朝向?qū)⒅饾u逼近15-主動輪凸起，最后15-主動輪凸起嵌合入12-輔動輪凹槽內(nèi)。8-主動輪和正時(shí)裝置同時(shí)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)15-主動輪凸起旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過1-殼體上的排氣口時(shí)，此時(shí)高壓高溫的氣體已經(jīng)在密閉的空間里進(jìn)行了充分高效的膨脹，環(huán)形氣缸內(nèi)的工質(zhì)轉(zhuǎn)到出氣口后排出，開始排氣過程，氣體開始經(jīng)1-殼體上的11-排氣口a和14-排氣口b排出至1-殼體外，此時(shí)排氣過程的持續(xù)時(shí)間取決于1-殼體上的氣口的角度。在8-主動輪轉(zhuǎn)動同時(shí)，3-輔動輪在同步齒輪的帶動下同步旋轉(zhuǎn)，至每個(gè)嚙合位時(shí)凸起與凹槽嚙合，15-主動輪凸起就巧妙地繞過3-輔動輪，然后8-主動輪、3-輔動輪又形成一個(gè)嚙合點(diǎn)，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次進(jìn)氣過程，由于回轉(zhuǎn)容積式獨(dú)特的布置方式，使得上下兩個(gè)容積分別進(jìn)行吸氣、膨脹和排氣過程，互不干擾，共同作用于8-主動輪，對外輸出功率，因此，8-主動輪轉(zhuǎn)動360度，吸氣、膨脹四次、排氣四次，如此往復(fù)。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施案例的新型膨脹機(jī)通過一種回轉(zhuǎn)容積式的方式來實(shí)現(xiàn)高溫高壓氣體工質(zhì)吸入過程、氣體工質(zhì)內(nèi)高效膨脹過程、低溫低壓氣體工質(zhì)排出過程三個(gè)過程，由于上下結(jié)構(gòu)的對稱性，當(dāng)8-主動輪轉(zhuǎn)動360度，吸氣、膨脹四次、排氣四次這樣高的做功次數(shù)明顯優(yōu)于其他膨脹機(jī)，該膨脹機(jī)可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)膨脹，即高溫高壓氣體可以在此膨脹機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分高效膨脹，對外輸出高功率，設(shè)計(jì)功率可達(dá)到195kw。8-主動輪的上、下兩端面和1-殼體通過10-組合密封a和6-組合密封b進(jìn)行間隙非接觸密封，基本不產(chǎn)生摩擦，將大大降低系統(tǒng)的能量損耗。