【正文】 80年代。當(dāng)時，天津大學(xué)熱能研究所結(jié)合西藏地?zé)岚l(fā)電科研課題開展了螺桿膨脹機全流系統(tǒng)的研究。1987年，,該所建造了我國第一套螺桿膨脹機全流實驗裝置。目前天津大學(xué)熱能工程系仍在進行這方面的研究，“汽液全流螺桿膨脹機發(fā)電技術(shù)”已被列為國家“九五 ”期間技術(shù)改造示范項目。 螺桿膨脹機技術(shù)特點螺桿膨脹機的技術(shù)特點主要有以下幾點：⑴ 它是一種容積式的全流動力設(shè)備，能適應(yīng)過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水兩相流體和熱水(包括高鹽分熱水)工質(zhì)；⑵ 無級調(diào)速，轉(zhuǎn)速一般設(shè)計為（1500~3000）r/min，相比同功率汽輪機，有較高的內(nèi)效率，一般在65%以上；⑶ 在熱源參數(shù)、功率及熱負荷50%變化范圍內(nèi)，能保持平穩(wěn)工作且較高運行效率；⑷ 單機功率在（50~2000）Kw；⑸ 設(shè)備緊湊，占地少，工程施工量小；⑹ 操作方便，運行維護簡單，而且具有除垢自潔能力，大修周期長；⑺ 起動不需要盤車、暖機。噪音低、平穩(wěn)、安全、可靠，全自動無人值守運行；熱源范圍 直接驅(qū)動螺桿膨脹動力機的熱源應(yīng)用范圍如下： 　　 蒸汽參數(shù)： － ，溫度 300 ℃ 　　 熱水參數(shù)：壓力 以上的熱水，溫度 170 ℃ 間接應(yīng)用的熱源范圍如下： 　　　蒸汽參數(shù)：壓力 以下的各種蒸汽　――雙循環(huán)發(fā)電 　　　 熱水參數(shù)：壓力 以下，溫度 65 ℃ 的熱水　――雙循環(huán)發(fā)電 　　　 煙氣參數(shù)：溫度 200 ℃ 的各種煙氣　――配余熱鍋爐發(fā)電 本課題研究的主要內(nèi)容及方法本課題著重對螺桿膨脹機的轉(zhuǎn)子進行設(shè)計計算，以及對轉(zhuǎn)子外殼及前后機座的設(shè)計，相關(guān)設(shè)計參數(shù)如下：1）進口蒸汽設(shè)計參數(shù)：, 180 2)出口蒸汽設(shè)計參數(shù)：, 90 3）流量設(shè)計：22 t/h（或者44t/h ）4)折合到排氣口的排量為：5）內(nèi)效率：75%—80%6）陽轉(zhuǎn)子圓周速度8）發(fā)電功率： 500KW9外形尺寸：10）調(diào)節(jié)類型：電器控制11）系統(tǒng)重量：3000系統(tǒng)設(shè)計如下圖13：圖13 螺桿膨脹機系統(tǒng)設(shè)計第二章 螺桿膨脹機設(shè)計設(shè)計分析螺桿膨脹機的設(shè)計主要是對螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計，包括接觸線、泄漏三角形、封閉容積、齒間面積的設(shè)計，而這些要素的設(shè)計最主要的是取決于轉(zhuǎn)自型線的設(shè)計，所以本設(shè)計主要敘述對螺桿膨脹機得轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計。本設(shè)計中采用陽轉(zhuǎn)子右旋，陰轉(zhuǎn)子左旋。 轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計螺桿膨脹機最關(guān)鍵的是一對相互嚙合的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直面的截交線稱為轉(zhuǎn)子型線。對于螺桿膨脹機的轉(zhuǎn)子型線的要求，主要是在齒間容積之間有優(yōu)越的密封性能，因為這些齒間容積是實現(xiàn)氣體膨脹的工作腔。對螺桿膨脹機性能有重大影響的轉(zhuǎn)子型線要素有接觸線、泄漏三角形、封閉容積和齒間面積等。（1）接觸線。螺桿膨脹機的陰、陽齒子嚙合時，兩轉(zhuǎn)子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線。如果轉(zhuǎn)子間的接觸線不連續(xù)，則在高壓力區(qū)內(nèi)的氣體將通過接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄漏。陰、陽轉(zhuǎn)子型線嚙合時的嚙合點軌跡，稱為嚙合線。嚙合線是知識接觸線在轉(zhuǎn)子面上的投影。顯然接觸線連續(xù)，意味著嚙合線應(yīng)該是一條連續(xù)的封閉曲線。（2）泄漏三角形。在接觸線頂點和機殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會形成一個空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形。若嚙合線頂點距陰、陽轉(zhuǎn)子齒頂圓的交點較遠，則說明泄漏三角形面積較大。（3）封閉容積。如果在齒間容積開始擴大時，不能立即開始吸氣過程，就會產(chǎn)生吸氣封閉容積。吸氣封閉容積的存在，影響了齒間容積的正常充氣。從轉(zhuǎn)子型線可定性看出封閉容積的大小。（4）齒間面積。它是齒間容積在轉(zhuǎn)子端面上的投影。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，在相同的導(dǎo)程下，轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。（1）滿足嚙合要求。螺桿膨脹機的陰、陽轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共軛線。（2）形成較為合適長度的連續(xù)接觸線。既要減少氣體通過間隙帶的泄露，又要求較小面積的泄漏三角形。（3）應(yīng)使封閉容積較小。吸氣封閉容積導(dǎo)致膨脹機功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能的小。（4）齒間面積盡量大。較大的齒間面積是泄漏量占得份額相對減少，效率得到提高。 型線方程和嚙合線方程（1）坐標(biāo)系建立為了用數(shù)學(xué)方程描述螺桿膨脹機的型線中各段組成齒曲線，建立如圖21所示的四個坐標(biāo)系：圖21 坐標(biāo)系關(guān)系圖1）固結(jié)在陽轉(zhuǎn)子的動坐標(biāo)系2）固結(jié)在陰轉(zhuǎn)子的動坐標(biāo)系3）陽轉(zhuǎn)子靜坐標(biāo)系4)陰轉(zhuǎn)子靜坐標(biāo)系由于螺桿膨脹機的陰、陽轉(zhuǎn)子之間是定傳動比嚙合，固有： （21）式中，、為陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角；、為陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；、為陰、陽轉(zhuǎn)子的角速度；、為陰陽轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑；，為陰陽鉆子的齒數(shù)；為傳動比；A為陰陽轉(zhuǎn)子中心距。（2）坐標(biāo)變換螺桿膨脹機轉(zhuǎn)子型線上的每一點，都可以表示在上述四個坐標(biāo)系中，這些坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系式如下：a)動做標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （22）b）動坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （23）c）靜坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （24）d）動坐標(biāo)系與動坐標(biāo)系的變換 （25）e）動坐標(biāo)系與動坐標(biāo)系的變換 （26）（1）齒曲線方程及其參數(shù)變換范圍螺桿膨脹機的轉(zhuǎn)子型線通常由多段組成齒曲線相接而成。在設(shè)計轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型線時，通常先在陽轉(zhuǎn)子或者陰轉(zhuǎn)子上給定一些組成齒曲線，用如下的參數(shù)方程表示在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子動坐標(biāo)系中： （27）上式中，參數(shù)的始點和終點決定了此組曲線的起點b和終點e的坐標(biāo)和。（2）齒曲線的共軛曲線方程轉(zhuǎn)子組成齒曲線的共軛曲線，是指另一個轉(zhuǎn)子上與所選定的組成齒曲線相嚙合的曲線段，現(xiàn)在假定已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線2為 （28）1）求出陰轉(zhuǎn)子上組成齒曲線想對于陽轉(zhuǎn)子運動時的曲線簇將方程式（28）帶人坐標(biāo)變換式（25），得 （29）2）找出曲線簇的包絡(luò)條件把包絡(luò)條件的顯函數(shù)形式帶入曲線簇方程（29），就是曲線簇的包絡(luò)線方程，即 （210）此包絡(luò)線上任一點的切線斜率可微分上式，得 （211）與包絡(luò)線共切于該點的曲線簇中的一條曲線（為常數(shù)），其斜率為 （212）由于是公切線，這兩切線的斜率應(yīng)該相等，令式（211）與式（212）右邊相等，整理得: (213)或是 （214）同樣，若假定在陽轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線1，即 (215) 將曲線一的方程（215）帶入動坐標(biāo)變換式（26），得到曲線簇的方程為: (216)經(jīng)類似的推演，可得到其包絡(luò)條件為: （217）3）求共軛曲線方程若已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成曲線2為： （218）則其共軛曲線方程，可用方程（210）及補充條件聯(lián)立表示，即 （219） 同樣，若已在陽轉(zhuǎn)子上給定了一段曲線1為: 則其共軛曲線方程，可用方程（216）及補充條件聯(lián)立表示，即: （220）4）共軛曲線的嚙合線方程共軛曲線的嚙合線方程一般式可表示為: （221） 第三章 轉(zhuǎn)子