【正文】 螺桿膨脹機的工作周期是由齒間容積 中的進氣、膨脹和排氣三個過程組成。在進氣過程中,氣體直接從徑向和軸向迸入,當進氣 口關閉時,齒 間容積形成了一個由轉和殼體圍成的密閉空間,在密閉空間氣體膨脹并產(chǎn)生一個轉矩。與此同時,在進氣端下一個嚙合又開始了,其它進氣端都有相應的嚙合點,排氣過程開始,齒間容積減少到與轉子的轉動相一致。螺桿膨脹機的主要組成部分如圖11（a） ,11（b） 。圖12 螺桿膨脹機工作過程螺桿膨脹機是容積式膨脹機械 ,其運轉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 在膨脹機機體兩端,分別開設一定形狀和大小的孔口,一個是吸氣孔 口 ,一個是排氣孔口。（1）吸氣過程圖圖12a高壓氣體由吸氣孔口分別進入陰 、陽螺桿“V ”字形的齒間容積,推動陰、陽螺桿向彼此背離的方向旋轉,這兩個齒間容積不斷擴大,于是不斷進氣 ,當這對齒間容積后面一齒一旦切斷吸氣孔口時,這時齒間容積的吸氣過程也就結束,膨脹過程開始圖12b。轉子繼續(xù)回轉,經(jīng)某轉角后,陰、陽螺桿齒間容積脫離 ,再轉一個角度,當陰螺桿齒間容積的后齒從陽螺桿齒間容積中離開時,這時陰、陽齒間容積值達最大值,膨脹結束,排氣開始 。螺桿嚙合所形成的每對齒間容積里的氣體進行的上述三個過程是周而復始的 ,所以機器便不停地旋轉。故螺桿膨脹機兼有二者的特點。膨脹機小螺桿膨脹機沒有曲軸活塞連桿機構，凸輪配氣機構，也無進排氣閥，結構非常借單，零件數(shù)極少，基本無易損件因此運轉可靠,壽命長也不存在不平衡慣性力矩，所以甚至可以實現(xiàn)無基礎運轉。因此螺桿膨脹機通常為干式運轉，除非另加 油泵，進行強制性噴油循環(huán)在干式螺桿膨脹機中，由于陰 、陽螺桿齒面間，齒頂 與缸孔間存在著間隙 ,因而內泄漏損失大，特別是在低轉速時容積效率較低。螺桿齒形及螺桿參數(shù)可采用國標 JB2409一85 “螺桿壓縮機轉子和同步齒輪基本參數(shù)及尺寸 ”的規(guī)定 ,也可采用效率高的新齒形。60年代初，美國勞倫斯輻射實驗室進行了高溫用石墨螺桿膨脹機實驗，所用工質是惰性氣體氫，而螺桿膨脹機作為汽液兩相膨脹機的嘗試始于1971年。最初的螺桿膨脹機汽液兩相實驗室實驗是1975年在美國Lawerence Livemore Liboratary簡記（LLL）進行的，但當時的實驗參數(shù)范圍較窄。由于實驗中采用“節(jié)流法 ”生成不同干度的工質，故實驗干度范圍較小。在實驗室研究的過程中,螺桿膨脹機應用于地熱的現(xiàn)場實驗也同時展開。80年代初，在世界能源組織IEA的資助下，美國水熱電力公司設計、建造了1MW大型螺桿膨脹機發(fā)電機組，并分別在新西蘭、意大利和墨西哥作了實驗。當時，天津大學熱能研究所結合西藏地熱發(fā)電科研課題開展了螺桿膨脹機全流系統(tǒng)的研究。目前天津大學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”已被列為國家“九 螺桿膨脹機技術特點螺桿膨脹機的技術特點主要有以下幾點：⑴ 它是一種容積式的全流動力設備，能適應過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水兩相流體和熱水(包括高鹽分熱水)工質；⑵ 無級調速，轉速一般設計為（1500~3000）r/min，相比同功率汽輪機，有較高的內效率，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，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 設備緊湊，占地少，工程施工量??；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。 直接驅動螺桿膨脹動力機的熱源應用范圍如下： 　　 蒸汽參數(shù)： － ，溫度 300 ℃ 　　 熱水參數(shù)：壓力 以上的熱水，溫度 170 ℃ 本設計中采用陽轉子右旋，陰轉子左旋。對于螺桿膨脹機的轉子型線的要求，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。（1）接觸線。如果轉子間的接觸線不連續(xù)，則在高壓力區(qū)內的氣體將通過接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄漏。嚙合線是知識接觸線在轉子面上的投影。（2）泄漏三角形。若嚙合線頂點距陰、陽轉子齒頂圓的交點較遠，則說明泄漏三角形面積較大。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。從轉子型線可定性看出封閉容積的大小。它是齒間容積在轉子端面上的投影。（1）滿足嚙合要求。（2）形成較為合適長度的連續(xù)接觸線。（3）應使封閉容積較小。所以轉子型線應使封閉容積盡可能的小。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。（2）坐標變換螺桿膨脹機轉子型線上的每一點，都可以表示在上述四個坐標系中，這些坐標系之間的變換關系式如下：a)動做標系與靜坐標系的變換 （22）b）動坐標系與靜坐標系的變換 （23）c）靜坐標系與靜坐標系的變換 （24）d）動坐標系與動坐標系的變換 （25）e）動坐標系與動坐標系的變換 （26）（1）齒曲線方程及其參數(shù)變換范圍螺桿膨脹機的轉子型線通常由多段組成齒曲線相接而成。（2）齒曲線的共軛曲線方程轉子組成齒曲線的共軛曲線，是指另一個轉子上與所選定的組成齒曲線相嚙合的曲線段，現(xiàn)在假定已在陰轉子上給定了一段組成齒曲線2為 （28）1）求出陰轉子上組成齒曲線想對于陽轉子運動時的曲線簇將方程式（28）帶人坐標變換式（25），得 （29）2）找出曲線簇的包絡條件把包絡條件的顯函數(shù)形式帶入曲線簇方程（29），就是曲線簇的包絡線方程，即 （210）此包絡線上任一點的切線斜率可微分上式，得 （211）與包絡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，可得到其包絡條件為: （217）3）求共軛曲線方程若已在陰轉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 轉子型線設計 單邊不對稱擺線—銷齒圓弧形線對于螺桿膨脹機轉子，在陰陽轉子之間的動力的傳遞只按照某一轉向恒定的，因而轉子的兩邊齒廓不需要無條件的造成對稱，只要盡可能完善的密封就好。本設計采用我國規(guī)定的螺桿壓縮機標準的單邊不對稱擺線—銷齒圓弧型線。另外，將圓弧齒曲線擴大角度，形成保護角，使擺線CD的形成點I處于陽轉子外圓之內，保護了度嚙合性能很敏感的擺線形成點。但使接觸線頂點與轉子齒頂圓交點距離略有增大，使通過泄漏三角形的泄露量增加。處在低壓側的直線段AB的長度，由于不影響氣密性，通常從工藝出發(fā)，使其與圓弧BC光滑過度。② GH方程陽轉子上