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1、前言螺杆膨胀机是一门十分年轻的膨胀机种，在技术文献中关于其书籍甚少，因而很难普及。靠气体膨胀消耗内能来对外作功的机械叫原动机或发动机。如燃气轮机、蒸汽轮机、内燃烧机等均是这种动力机械,在实质上都是膨胀机。广义的膨胀机包括发动机狭义膨胀机是指将温度不高的但具有一定压力的气体的内能转变为机械功的一种动力机械,因此也可叫气体发动机。本文讲的膨胀机主要是对狭义膨胀机而言。按膨胀机能量转换方式的不同,可将膨胀机分为两大类容积式膨胀机和透平膨胀机。不同种类的膨胀机,有着不同的应用范围。一般地讲,容积式膨胀机用于小流量,其中活塞式膨胀机适用
2、于高、中及低压的中小型装置,也就是适用于大膨胀比,小流量的场合。而透平膨胀机主要用于大型装置,即小膨胀比,小流量的场合,因透平膨胀机在高压、小流量的情况下,效率低,所以它的应用受着小气量的限制。本文讨论的螺杆膨胀机属于容积式膨胀机,是一种新型的膨胀机。近年来日本和西德有人在研究低压螺杆膨胀机,但尚未投入正式商品生产。他们研究的目的,旨在于工业废热回收、地热发电以及制取冷量等。螺杆膨胀机在我国还是一遍未开垦的空白地。螺杆膨胀机用途宽广，可用于低温制冷天然气液化分离化工尾气,烟气,高炉气余热回收地热发电，井口高压天然气压力能回收，
3、亦可在小流量下代替燃气透平,作为新型的燃气发动机用。本文主要进行螺杆膨胀机的结构设计，并应用三维软件绘制出所设计的膨胀机。螺杆膨胀机的心脏部分是带有特殊螺齿的转子副，由于关于螺杆膨胀机的研究我们国家还不是很多，而且螺杆膨胀机的结构与螺杆压缩机相似，两者的工作过程是互逆的，所以在设计过程中借用的螺杆压缩机的转子型线等结构。螺杆压缩机的典型型线结构有SRM齿型，Sigma齿型，X齿型，CF齿型和单边非对称摆线-销齿圆弧齿型，其中最后一种齿型在70年代末被我国规定为螺杆压缩机非对称齿型的标准齿型，已知沿用至今，而本文中正是应用的这种
4、齿型来设计的。第一章绪论1.1螺杆膨胀动力机的简介靠气体膨胀消耗内能来对外作功的机械叫原动机或发动机。如燃气轮机、蒸汽轮机、内燃机等均是这种动力机械,在实质上都是膨胀机。广义的膨胀机包括发动机狭义膨胀机是指将温度不高的但具有一定压力的气体的内能转变为机械功的一种动力机械,因此也可叫气体发动机。本文讲的膨胀机主要是对狭义膨胀机而言。按膨胀机能量转换方式的不同,可将膨胀机分为两大类容积式膨胀机和透平膨胀机。不同种类的膨胀机,有着不同的应用范围。一般地讲,容积式膨胀机用于小流量,其中活塞式膨胀机适用于高、中及低压的中小型装置,也就是
5、适用于大膨胀比,小流量的场合。而透平膨胀机主要用于大型装置,即小膨胀比,小流量的场合,因透平膨胀机在高压、小流量的情况下,效率低,所以它的应用受着小气量的限制。本文讨论的螺杆膨胀机属于容积式膨胀机,是一种新型的膨胀机。近年来日本和西德有人在研究低压螺杆膨胀机,但尚未投入正式商品生产。他们研究的目的,旨在于工业废热回收、地热发电以及制取冷量等。螺杆膨胀机用途宽广，可用于低温制冷天然气液化分离化工尾气,烟气,高炉气余热回收、地热发电井口高压天然、气压力能回收，亦可在小流量下代替燃气透平,作为新型的燃气发动机用。1.2螺杆膨胀机发电
6、的工作原理和工作过程螺杆膨胀机的工作周期是由齿间容积中的进气、膨胀和排气三个过程组成。由于每个齿间容积依次进行这些过程,因而电力的产生是连续不断的,且还省去了必要的飞轮。在进气过程中,气体直接从径向和轴向迸入,当进气口关闭时,齿间容积形成了一个由转和壳体围成的密闭空间,在密闭空间气体膨胀并产生一个转矩。转子的啮合点随气体的膨胀是向排气端移动的,当它抵达排气端时,膨胀过程结束,齿间容积最大。与此同时,在进气端下一个啮合又开始了,其它进气端都有相应的啮合点,排气过程开始,齿间容积减少到与转子的转动相一致。这就是螺杆膨胀机作为容积式
7、发电机的原理。螺杆膨胀机的主要组成部分如图1-1（a）,1-1（b）。图1-1（a)螺杆膨胀机结构图图1-1（b）螺杆膨胀机结构图1.径向轴承2.径向止推轴承3.阴螺杆转子4.密封5.密封6.同步齿轮7.阳螺杆转子8.缸体在节圆外具有凸齿的转子叫阳转子，在节圆内具有凹齿的转子叫阴转子螺杆膨胀机工作过如图1-2所示。图1-2螺杆膨胀机工作过程螺杆膨胀机是容积式膨胀机械,其运转过程从吸气过程开始,然后气体在封闭的齿间容积中膨胀,最后移至排气过程在膨胀机机体两端,分别开设一定形状和大小的孔口,一个是吸气孔口,一个是排气孔口。阴、阳螺
8、杆和气缸之间形成的呈“V”字形的一对齿间容积值随着转子的回转而变化,同时,其位置在空间也不断移动。（1）吸气过程图图1-2a高压气体由吸气孔口分别进入阴、阳螺杆“V”字形的齿间容积,推动阴、阳螺杆向彼此背离的方向旋转,这两个齿间容积不断扩大,于是不断进气,当这对齿间容积后面一
