適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種流體膨脹機(jī)。特別是涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)余熱利用的適用于二級(jí) 有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)燃機(jī)余熱回收中，有機(jī)朗肯循環(huán)因其效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)成為主 要回收技術(shù)之一。為了進(jìn)一步提高有機(jī)朗肯循環(huán)對(duì)于排氣與缸套水的回收效率，采用二級(jí) 有機(jī)朗肯循環(huán)成為一種有效途徑，利用高溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)適應(yīng)高品位排氣余熱、品位降 級(jí)后與低品位缸套水再去適應(yīng)低溫級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)。二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)中，高低溫級(jí)循環(huán) 都需要膨脹機(jī)裝置將流體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功，即存在一個(gè)高溫級(jí)膨脹機(jī)與一個(gè)低溫級(jí)膨脹 機(jī)。在內(nèi)燃機(jī)余熱回收裝置中，由于經(jīng)常涉及移動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)，因此小型化和輕量化成為回收 裝置的重大需求?；厥昭b置中兩個(gè)膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)同時(shí)需要兩套各自的潤(rùn)滑系統(tǒng)，密封系統(tǒng)， 冷卻系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)等膨脹機(jī)輔助系統(tǒng)，很大程度上增加了設(shè)備的復(fù)雜程度，不利于設(shè)備的 小型化與輕量化。因此，提出用一個(gè)膨脹機(jī)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)高低溫級(jí)不同工質(zhì)的膨脹做功過(guò)程， 這種膨脹機(jī)可以稱(chēng)之為雙工質(zhì)膨脹機(jī)。一方面，雙工質(zhì)膨脹機(jī)可以實(shí)現(xiàn)不同工質(zhì)在一個(gè)膨 脹機(jī)裝置中實(shí)現(xiàn)做功，從而只需要采用一套潤(rùn)滑系統(tǒng)，密封系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)等膨 脹機(jī)輔助系統(tǒng)，有利于裝置的小型化和輕量化；另一方面，高低溫級(jí)的膨脹作用可以互補(bǔ)， 在特定工況下高低溫級(jí)存在一級(jí)膨脹過(guò)程動(dòng)力不足情況下，仍能主要依靠另一級(jí)帶動(dòng)輸出 功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠使二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的高低溫 級(jí)膨脹機(jī)集成一體的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，包 括有氣缸體，設(shè)置在所述氣缸體內(nèi)并徑向設(shè)置有多數(shù)個(gè)滑片的轉(zhuǎn)子，固定連接在所述轉(zhuǎn)子 中心的旋轉(zhuǎn)軸，所述氣缸體是由兩個(gè)長(zhǎng)半軸不相等而短半軸相等的半橢圓形結(jié)構(gòu)對(duì)接而形 成一體的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述的轉(zhuǎn)子的外周面在氣缸體的兩個(gè)半橢圓形結(jié)構(gòu)對(duì)接處能夠旋轉(zhuǎn)的 與所述氣缸體的內(nèi)周面相切，所述的轉(zhuǎn)子的兩側(cè)與所述的氣缸體之間分別形成有用于低溫 級(jí)大流量、小膨脹比工質(zhì)膨脹的低溫級(jí)循環(huán)基元容積和用于高溫級(jí)小流量、大膨脹比工質(zhì) 膨脹的高溫級(jí)循環(huán)基元容積，所述的氣缸體的缸體壁上設(shè)置有與低溫級(jí)循環(huán)基元容積相連 通的第一進(jìn)氣口和第一排氣口，以及與高溫級(jí)循環(huán)基元容積相連通的第二進(jìn)氣口和第二排 氣口。
[0005] 所述的轉(zhuǎn)子與所述的旋轉(zhuǎn)軸之間是通過(guò)鍵結(jié)構(gòu)而相互固定連接。
[0006] 所述的轉(zhuǎn)子上沿徑向開(kāi)有多數(shù)個(gè)滑槽，所述滑槽的開(kāi)口位于所述轉(zhuǎn)子的外周壁 上，所述的滑片能沿徑向自由滑動(dòng)的插入到所述滑槽內(nèi)。
[0007] 所述的兩個(gè)半橢圓形結(jié)構(gòu)的型線方程分別為： CN 105134299 A 說(shuō)明書(shū) 2/3 頁(yè)
[0009] 式中P為曲線的矢徑，Φ為矢徑的坐標(biāo)極角，rJPr2為各圓弧部分的長(zhǎng)半徑，R 1和私分別為各圓弧部分的短半徑。
[0010] 所述第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口直徑的大小與對(duì)應(yīng)進(jìn)入低溫級(jí)循環(huán)基元容積和高 溫級(jí)循環(huán)基元容積的工質(zhì)流量的大小成正比。
[0011] 本發(fā)明的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，將二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的高低 溫級(jí)膨脹機(jī)裝置集成一體，只需要一套潤(rùn)滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)膨脹機(jī)輔 助系統(tǒng)，以滑片式膨脹機(jī)的形式讓兩種工質(zhì)于同一裝置中同時(shí)膨脹做功，避免了原有的兩 個(gè)膨脹機(jī)裝置以及兩套輔助系統(tǒng)，可以有效地進(jìn)行循環(huán)各部件的空間布置，減輕了余熱回 收裝置的重量，降低了由于回收裝置所產(chǎn)生的油耗增加。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)兩 種工質(zhì)在一個(gè)膨脹機(jī)裝置中實(shí)現(xiàn)做功，有利于裝置的小型化和輕量化。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明雙工質(zhì)膨脹機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明中氣缸體的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明中氣缸體的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4是本發(fā)明中轉(zhuǎn)子的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖中：
[0017] 1 :轉(zhuǎn)子 2:氣缸體
[0018] 3 :滑槽 4 :滑片
[0019] 5 :旋轉(zhuǎn)軸 6 :低溫級(jí)循環(huán)基元容積
[0020] 7:高溫級(jí)循環(huán)基元容積 8:第一進(jìn)氣口
[0021] 9:第一排氣口 10:第二進(jìn)氣口
[0022] 11:第二排氣口 12:鍵結(jié)構(gòu)
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)做 出詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，包括 有氣缸體2,設(shè)置在所述氣缸體2內(nèi)并徑向設(shè)置有多數(shù)個(gè)滑片4的轉(zhuǎn)子1，固定連接在所述 轉(zhuǎn)子1中心的旋轉(zhuǎn)軸5,所述的轉(zhuǎn)子1與所述的旋轉(zhuǎn)軸5之間是通過(guò)鍵結(jié)構(gòu)12而相互固定 連接。所述氣缸體2是由兩個(gè)長(zhǎng)半軸不相等而短半軸相等的半橢圓形結(jié)構(gòu)對(duì)接而形成一體 的環(huán)形結(jié)構(gòu)。所述的兩個(gè)半橢圓形結(jié)構(gòu)的型線方程分別為：
[0026] 式中P為曲線的矢徑，Φ為矢徑的坐標(biāo)極角，為各圓弧部分的長(zhǎng)半徑，R1 和私分別為各圓弧部分的短半徑。
[0027] 所述的轉(zhuǎn)子1的外周面在氣缸體2的兩個(gè)半橢圓形結(jié)構(gòu)對(duì)接處能夠旋轉(zhuǎn)的與所述 氣缸體2的內(nèi)周面相切，所述的轉(zhuǎn)子1的兩側(cè)與所述的氣缸體2之間分別形成有月牙形的 用于低溫級(jí)大流量、小膨脹比工質(zhì)膨脹的低溫級(jí)循環(huán)基元容積6和用于高溫級(jí)小流量、大 膨脹比工質(zhì)膨脹高溫級(jí)循環(huán)基元容積7,所述的氣缸體2的缸體壁上設(shè)置有與低溫級(jí)循環(huán) 基元容積6相連通的第一進(jìn)氣口 8和第一排氣口 9,以及與高溫級(jí)循環(huán)基元容積7相連通的 第二進(jìn)氣口 10和第二排氣口 11。所述第一進(jìn)氣口 8和第二進(jìn)氣口 10直徑的大小與對(duì)應(yīng) 進(jìn)入低溫級(jí)循環(huán)基元容積6和高溫級(jí)循環(huán)基元容積7的工質(zhì)流量的大小成正比。所述的第 一排氣口 9和第二排氣口 11的直徑與對(duì)應(yīng)進(jìn)入低溫級(jí)循環(huán)基元容積6和高溫級(jí)循環(huán)基元 容積7的工質(zhì)流量的大小和膨脹比成正比。低溫級(jí)循環(huán)基元容積6和高溫級(jí)循環(huán)基元容積 7中，容積變化率比較大的高溫級(jí)循環(huán)基元容積7適應(yīng)于膨脹比較大的流體，容積變化率比 較小的低溫級(jí)循環(huán)基元容積6,適應(yīng)于膨脹比較小的流體。
[0028] 對(duì)于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)較優(yōu)工質(zhì)對(duì)組合而言，高溫級(jí)工質(zhì)（如甲苯）具有小流量、 大膨脹比的特點(diǎn)，而低溫級(jí)工質(zhì)（如R143a)具有大流量、小膨脹比的特點(diǎn)。因此，高溫級(jí)工 質(zhì)通入第二進(jìn)氣口 10經(jīng)基元容積變化而膨脹后在第二排氣口 11排出，低溫級(jí)工質(zhì)通入第 一進(jìn)氣口 8經(jīng)基元容積變化而膨脹后在第一排氣口 9排出。
[0029] 如圖4所示，所述的轉(zhuǎn)子1上沿徑向開(kāi)有多數(shù)個(gè)滑槽3,所述滑槽3的開(kāi)口位于所 述轉(zhuǎn)子1的外周壁上，所述的滑片4能沿徑向自由滑動(dòng)的插入到所述滑槽3內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子1 旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑片4受離心力作用從滑槽3中甩出，滑片4的端部緊貼在氣缸體2內(nèi)表面上，將 月牙形空間分割形成若干扇形小室的基元容積。
[0030] 本發(fā)明的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，作為一種雙工質(zhì)膨脹裝置， 可具體用于移動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)的二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)中。在移動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)余熱裝置空間有限的情 況下，本發(fā)明可以將高低溫級(jí)膨脹機(jī)裝置集成一體，只需要一套潤(rùn)滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、冷卻 系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)膨脹機(jī)輔助系統(tǒng)，避免了原有的兩個(gè)膨脹機(jī)裝置以及兩套輔助系統(tǒng)，可以有 效地進(jìn)行循環(huán)各部件的空間布置，減輕了余熱回收裝置的重量，降低了由于回收裝置所產(chǎn) 生的油耗增加。例如，針對(duì)一臺(tái)熱源溫度為470°C的柴油機(jī)，性能較好的高低溫級(jí)工質(zhì)對(duì)包 括甲苯/R143a，環(huán)己烷/R143a等，均存在高溫級(jí)工質(zhì)小流量、大膨脹比的特點(diǎn)，而低溫級(jí)工 質(zhì)大流量、小膨脹比的特點(diǎn)，本發(fā)明中氣缸體兩側(cè)不同的型線設(shè)計(jì)以及兩隊(duì)不同進(jìn)出口設(shè) 計(jì)能很好適應(yīng)這些特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙工質(zhì)在同一膨脹機(jī)中膨脹做功的過(guò)程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，包括有氣缸體（2)，設(shè)置在所述氣 缸體（2)內(nèi)并徑向設(shè)置有多數(shù)個(gè)滑片（4)的轉(zhuǎn)子（1)，固定連接在所述轉(zhuǎn)子（1)中心的旋轉(zhuǎn) 軸（5)，其特征在于，所述氣缸體（2)是由兩個(gè)長(zhǎng)半軸不相等而短半軸相等的半橢圓形結(jié)構(gòu) 對(duì)接而形成一體的環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述的轉(zhuǎn)子（1)的外周面在氣缸體（2)的兩個(gè)半橢圓形結(jié)構(gòu) 對(duì)接處能夠旋轉(zhuǎn)的與所述氣缸體（2)的內(nèi)周面相切，所述的轉(zhuǎn)子（1)的兩側(cè)與所述的氣缸 體（2)之間分別形成有用于低溫級(jí)大流量、小膨脹比工質(zhì)膨脹的低溫級(jí)循環(huán)基元容積（6) 和用于高溫級(jí)小流量、大膨脹比工質(zhì)膨脹的高溫級(jí)循環(huán)基元容積（7)，所述的氣缸體（2)的 缸體壁上設(shè)置有與低溫級(jí)循環(huán)基元容積（6)相連通的第一進(jìn)氣口（8)和第一排氣口（9)，以 及與高溫級(jí)循環(huán)基元容積（7)相連通的第二進(jìn)氣口（10)和第二排氣口（11)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，其特征在于，所 述的轉(zhuǎn)子（1)與所述的旋轉(zhuǎn)軸（5)之間是通過(guò)鍵結(jié)構(gòu)（12)而相互固定連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，其特征在于，所 述的轉(zhuǎn)子（1)上沿徑向開(kāi)有多數(shù)個(gè)滑槽（3)，所述滑槽（3)的開(kāi)口位于所述轉(zhuǎn)子（1)的外周 壁上，所述的滑片（4)能沿徑向自由滑動(dòng)的插入到所述滑槽（3)內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，其特征在于，所 述的兩個(gè)半橢圓形結(jié)構(gòu)的型線方程分別為：式中P為曲線的矢徑為矢徑的坐標(biāo)極角，rJPr2為各圓弧部分的長(zhǎng)半徑，RJPR2 分別為各圓弧部分的短半徑。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，其特征在于，所 述第一進(jìn)氣口（8)和第二進(jìn)氣口（10)直徑的大小與對(duì)應(yīng)進(jìn)入低溫級(jí)循環(huán)基元容積（6)和 高溫級(jí)循環(huán)基元容積（7)的工質(zhì)流量的大小成正比。
【專(zhuān)利摘要】一種適用于二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)的雙工質(zhì)膨脹機(jī)，包括有氣缸體，設(shè)置在氣缸體內(nèi)并徑向設(shè)置有多數(shù)個(gè)滑片的轉(zhuǎn)子，固定連接在轉(zhuǎn)子中心的旋轉(zhuǎn)軸，氣缸體是由兩個(gè)長(zhǎng)半軸不相等而短半軸相等的半橢圓形結(jié)構(gòu)對(duì)接而形成一體的環(huán)形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的外周面在氣缸體的兩個(gè)半橢圓形結(jié)構(gòu)對(duì)接處能夠旋轉(zhuǎn)的與氣缸體的內(nèi)周面相切，轉(zhuǎn)子的兩側(cè)與氣缸體之間分別形成有用于低溫級(jí)大流量、小膨脹比工質(zhì)膨脹的低溫級(jí)循環(huán)基元容積和用于高溫級(jí)小流量、大膨脹比工質(zhì)膨脹的高溫級(jí)循環(huán)基元容積，氣缸體的缸體壁上設(shè)置有與低溫級(jí)循環(huán)基元容積相連通的第一進(jìn)氣口和第一排氣口，以及與高溫級(jí)循環(huán)基元容積相連通的第二進(jìn)氣口和第二排氣口。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)二級(jí)有機(jī)朗肯循環(huán)兩種工質(zhì)在一個(gè)膨脹機(jī)裝置中做功。
【IPC分類(lèi)】F01C1/344, F02G5/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105134299
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510434392
【發(fā)明人】舒歌群, 石凌峰, 田華, 黃廣岱, 李曉雅
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年7月21日