【正文】 k? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? （ 316） 參數(shù)變化范圍為 ： 1 1 1DD? ? ??? （ 317） 陰轉(zhuǎn)子 CD 曲線上任一點(diǎn)距陰轉(zhuǎn)子中心 2O 的距離可用下式表示： 22xy? ?? （ 318） 將式（ 316）代入（ 318），整理得 ： 2 2 21 1 1 12 c o s ( )A b A b? ? ?? ? ? ? 即 ： 2 2 2111 1a r c c o s 2Ab Ab ??? ???? （ 319） 故 ： 2 2 2111 1a r c c o s 2 CCAb Ab ??? ???? （ 320） 2 2 2111 1a r c c o s 2 DDAb Ab ??? ???? （ 321） 其中 22 2 2 12 c o sC t tR R R R??? ? ? （ 322） 2DtRe? ?? 其中 e稱為徑向直線修正長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 e=%A。 ③ 嚙合線方程 AB 和 GH嚙合時(shí)的嚙合線方程，可按（ 221）式，通過把 AB 的方程（ 31）帶入坐標(biāo)變換式（ 23），并與包絡(luò)條件式（ 37）聯(lián)立得到，即 ： 2 2 1 12 2 2 1 1211c o s( )sin ( )( a r c c o s ) /xiy y iiA? ? ?? ? ???????????? ? ????????? （ 38） 2） BC 與 HI ① BC 方程 陰轉(zhuǎn)子上的曲線 BC 為一圓心在節(jié)點(diǎn) P，半徑為 R 的圓弧，又稱銷齒圓弧，其方程為 ： 222c o ssin{ tx R R ty R t???? （ 39） 參數(shù) t 為 ： 12t??? ? ? （ 310） 由直角三角形 2OBP ,有 ： 212????? 1? 為保護(hù)角，通常為 5 10 ，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 5 。為此，通常限制直線段的長(zhǎng)度在 的允許范圍內(nèi)。如 31 所示： 圖 31 單邊不對(duì) 稱擺線 — 銷齒圓弧型線 其組成齒曲線如下表 ： 表 單邊不對(duì)稱擺線 — 銷齒圓弧型線個(gè)段得組成曲線 陽轉(zhuǎn)子 陰轉(zhuǎn) 子 齒廓 曲線性質(zhì) 齒廓 曲線性質(zhì) AB 直線 GH 擺線 BC 圓弧 HI 圓弧 CD 擺線 I 點(diǎn) D 點(diǎn) IJ 擺線 DE 直線 JK 擺線 EF 圓弧 KL 圓弧 這種單邊不對(duì)稱擺線 — 銷齒圓弧型線與原始 不對(duì)稱型線的主要區(qū)別在于： 采用徑向直線 AB 及 DE倒棱修正，去除了原始不對(duì)稱型線外圓上的擺線形成點(diǎn)，并使擺線 IJ 的形成點(diǎn)想內(nèi)移動(dòng)。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型線時(shí)，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(dòng)坐標(biāo)系中： ()(){x x ty y t?? bet t t?? （ 27） 上式中，參數(shù) t 的始點(diǎn) bt 和終點(diǎn) et 決定了此組曲線的起點(diǎn) b和終點(diǎn) e 的坐標(biāo) ? ?,bbxy 和 ? ?,eexy 。 （ 4）齒間面積盡量大。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。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。吸氣封閉容積的存在，影響了齒 間容積的正常充氣。在接觸線頂點(diǎn)和機(jī)殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會(huì)形成一個(gè)空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形。 陰、陽轉(zhuǎn)子型線嚙合時(shí)的嚙合點(diǎn)軌跡，稱為嚙合線。 對(duì) 螺桿膨脹機(jī)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。 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(duì)螺桿膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以及對(duì)轉(zhuǎn)子外殼及前后機(jī)座的設(shè)計(jì) ， 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 1） 進(jìn)口蒸汽設(shè)計(jì)參數(shù)： , 180 2)出口蒸汽設(shè)計(jì)參數(shù)： , 90 3）流量設(shè)計(jì)： 22 t/h（或者 44t/h ） 4)折合到排氣口的排量為： 31 / minQm? 5）內(nèi)效率： 75%— 80% 6）陽轉(zhuǎn)子圓周速度 1 10 /u m s? 8）發(fā)電功率： 500KW 9 外形尺寸： 1500 1400 1200?? 10）調(diào)節(jié)類型：電器控制 11）系統(tǒng)重量： 3000 系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下 圖 13： 圖 13 螺桿膨脹機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 螺桿膨脹機(jī) 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分析 螺桿膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)，包括接觸線、泄 漏 三角形、封閉容積、齒間面積 的設(shè)計(jì)，而這些要素的設(shè)計(jì)最主要的是取決于轉(zhuǎn)自型線的 設(shè)計(jì)，所以本設(shè)計(jì)主要敘述對(duì)螺桿膨脹機(jī)得轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計(jì)。五 ”期間技術(shù)改造示范項(xiàng)目。 我國(guó)對(duì)全流螺桿膨脹機(jī)的研究始于 80 年代。 1981年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校對(duì) LLL 用過的螺桿機(jī)的密封做了改進(jìn)后又進(jìn)行了實(shí)驗(yàn) ,獲得了較豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ,并對(duì)螺桿機(jī)內(nèi)部損失的機(jī)理提出 了一些看法。 1973 年，美國(guó)水熱電力公司的 則獲得了螺桿膨脹機(jī)用于 地?zé)岚l(fā)電的專利。但由于齒間間隙的存在 ， 則可用于含液的二相流氣體如地?zé)岚l(fā)電站的全流螺桿膨脹機(jī) ,含水、含原油的天然氣壓力能回收用螺桿膨脹機(jī) ,也可用于含粉塵的氣體 如煙氣 ,燃?xì)饴輻U膨脹機(jī)螺桿膨脹機(jī)既可在設(shè)計(jì)壓力下工作 ,也可在低的吸氣壓力下工作 ,即對(duì)吸氣壓力下降變工況的適應(yīng)能力 ， 不過有附加損失而已螺桿膨脹機(jī) 既可在設(shè)計(jì)氣量下工作 ，也可在小于設(shè)計(jì)氣量下工作 ， 但回收能量亦呈減少趨勢(shì)螺桿齒面是一空間曲面 ,加工精度要求很高 ， 需要特制的刀具在專用機(jī)床上進(jìn)行加工 ,我國(guó)有幾個(gè)工廠 ， 在螺桿莊縮機(jī)加工方面已積累了不少寶貴 經(jīng)驗(yàn) ,對(duì)于螺桿膨脹機(jī)的制造是不存在問題的 。 螺桿膨脹機(jī)具有較高的齒頂線速度 ， 轉(zhuǎn)速可達(dá)每分鐘萬轉(zhuǎn)以上 。 （ 3） 排氣過程圖 12d， 當(dāng)膨脹結(jié)束時(shí) ,齒間容積與排氣孔口接通 ,隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn) ,兩個(gè)齒間容積 因齒的侵入不斷縮 ,將膨脹后的氣體往排氣端推趕 ,爾后經(jīng)排氣孔口排出 ,此過程直到齒間容積達(dá)最小值為止 。陰 、 陽螺桿和氣缸之間形成的呈“ V”字形的一對(duì)齒間容積值隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而變化 ,同時(shí) ,其位置在空間也不斷移動(dòng) 。這就是螺桿膨脹機(jī)作為容積式發(fā)電機(jī)的原理。由于每個(gè)齒間容積依次進(jìn)行這些過程 ,因而電力的產(chǎn)生是連續(xù)不斷的 ,且還省去了必要的飛輪 。近年來日本和西德有人在研究低壓螺桿膨脹機(jī) ,但尚未投入正式商品生產(chǎn)。不 同種類的膨脹機(jī) ,有著不同的應(yīng)用范圍。如燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等均是這種動(dòng)力機(jī)械 ,在實(shí)質(zhì)上都是膨脹機(jī)。 本文主要進(jìn)行螺桿膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并應(yīng)用三維軟件繪制出所設(shè)計(jì)的膨脹機(jī)。近年來日本和西德有人在研究低壓螺桿膨脹機(jī) ,但尚未投入正式商品生產(chǎn)。不同種類的膨脹機(jī) ,有著不同的應(yīng)用范圍。如燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、內(nèi) 燃燒 機(jī)等均是這種動(dòng)力機(jī)械 ,在實(shí)質(zhì)上都是膨脹機(jī)。 靠氣體膨脹消耗內(nèi)能來對(duì)外作功的機(jī)械叫原動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)。 按膨脹機(jī)能量轉(zhuǎn)換方式的不同 ,可將膨脹機(jī)分為兩大類容積式膨脹機(jī)和透平膨脹機(jī)。 本 文討論的螺桿膨脹機(jī)屬于容積式膨脹機(jī) ,是一種新型的膨脹機(jī)。 螺桿膨脹機(jī)用途寬 廣， 可用于低溫制冷天然氣液化分離化工尾氣 ,煙氣 ,高爐氣余熱回收地?zé)岚l(fā)電 ， 井口高壓天然氣壓力能回收 ， 亦可在小流量下代替燃?xì)馔钙?,作為新型的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)用。 第一章 緒論 螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)的簡(jiǎn)介 靠氣體膨脹消耗內(nèi)能來對(duì)外作功的機(jī)械叫原動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)。按膨脹機(jī)能量轉(zhuǎn)換方式的不同 ,可將膨脹機(jī)分為兩大類 容積式膨脹機(jī)和透平膨脹機(jī)。本文討論的螺桿膨脹機(jī)屬于容積式膨脹機(jī) ,是一種新型的膨脹機(jī)。 螺桿膨脹機(jī)發(fā)電 的工作原理 和工作過程 螺桿膨脹機(jī)的工作周期是由齒間容積 中的進(jìn)氣、膨脹和排氣三個(gè)過程組成。與此同時(shí) ,在進(jìn)氣端下一個(gè)嚙合又開始了 ,其它進(jìn)氣端都有相應(yīng)的嚙合點(diǎn) ,排氣過程開始 ,齒間容積減少到與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)相一致。 圖 12 螺桿膨脹機(jī)工作過程 螺桿膨脹機(jī) 是 容積式膨脹機(jī)械 ,其運(yùn)轉(zhuǎn)過程從吸氣過程開始 ,然后氣體在封閉的齒間容積中膨脹 ,最后移至排氣過程 在膨脹機(jī)機(jī)體兩端 ,分別開設(shè)一定形狀和大小的孔口 ,一個(gè)是吸氣孔 口 ,一個(gè)是排氣孔口。轉(zhuǎn)子繼續(xù)回轉(zhuǎn) ,經(jīng)某轉(zhuǎn)角后 ,陰、陽螺桿齒間容積脫離 ,再轉(zhuǎn)一個(gè)角度 ,當(dāng)陰螺桿齒間容積的后齒從陽螺桿齒間容積中離開時(shí) ,這時(shí)陰、陽齒間容積值達(dá)最大值 ,膨脹結(jié)束 ,排氣開始 。故 螺桿膨脹機(jī)兼有二者的特點(diǎn) 。因此螺桿膨脹機(jī)通常為干式運(yùn)轉(zhuǎn) ， 除非另加 油泵 ， 進(jìn)行強(qiáng)制性噴油循環(huán)在干式螺桿膨脹機(jī)中 ， 由于陰 、陽螺桿齒面間 ， 齒頂 與缸孔間存在著間隙 ,因而內(nèi)泄漏損失大 ， 特別 是在低轉(zhuǎn)速時(shí)容積效率較低。 60 年代初，美國(guó)勞倫斯輻射實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了高溫用石墨螺桿膨脹機(jī)實(shí)驗(yàn)，所用工質(zhì)是惰性氣體氫，而螺桿膨脹機(jī)作為汽液兩相膨脹機(jī)的嘗試始于1971 年。由于實(shí)驗(yàn)中采用“節(jié)流法 ”生成不同干度的工質(zhì)，故實(shí)驗(yàn)干度范圍較小。 80年代初，在世界能源組織 IEA 的資助下，美國(guó)水熱電力公司設(shè)計(jì)、建造了 1MW 大型螺桿膨脹機(jī)發(fā)電機(jī)組，并分別在新西蘭、意大利和墨西哥作了實(shí)驗(yàn)。目前天津大學(xué)熱能工程系仍在進(jìn)行這方面的研究，“汽液全流螺桿膨脹機(jī)發(fā)電技術(shù)”已被列為國(guó)家“九 直接驅(qū)動(dòng)螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)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 ℃ 對(duì)于螺桿膨脹機(jī)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?yàn)檫@些齒間容積是實(shí)現(xiàn)氣體膨脹的工作腔 。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。 （ 2）泄漏三角形 。 如果在齒間容積開始擴(kuò)大時(shí)，不能立即開始吸氣過程，就會(huì)產(chǎn)生 吸氣封閉容積。它是齒間容積在轉(zhuǎn)子端面上的投影。 （ 2）形成較為合適長(zhǎng)度的連續(xù)接觸線。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能的小。 （ 2）坐標(biāo)變換 螺桿膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子型線上的每一點(diǎn)，都可以表示在上述四個(gè)坐標(biāo)系中，這些坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系式如下： a)動(dòng) 做 標(biāo)系 11 1oxy 與靜坐標(biāo)系 1 11OXY 的變換 1 1 1 1 11 1 1 1 1c o s s i ns i n c o s{ X x yY x y????? 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