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CN112814902A - 一种多气缸回转式膨胀压缩两用机 - Google Patents

一种多气缸回转式膨胀压缩两用机 Download PDF

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CN112814902A CN202011596046.6A CN202011596046A CN112814902A CN 112814902 A CN112814902 A CN 112814902A CN 202011596046 A CN202011596046 A CN 202011596046A CN 112814902 A CN112814902 A CN 112814902A
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Abstract

一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，包括机壳、转子、气缸、滑板、隔板、轴承和机械密封等结构，机壳内同轴布置气缸，向下偏心布置转子，沿转子工作段均匀分布若干个膨胀或压缩腔室，转子工作段上对应于每个腔室的矩形槽按等分相位设置，转子通过在矩形槽内的滑板驱动气缸随转，各腔室采用中间隔板或端封板分隔，气缸套装在气缸轴承内；在转子的中心孔内设有带长圆形孔排的高压进排气分配总管，在特定角度通过转子上的高压进排气孔排与气缸高压侧腔室相通；本发明可作为压缩机或膨胀机使用，各零部件之间相对速度差较小，摩擦损失较小，具有效率高、流量和压力较平稳、适合于大中型机组、成本较低等优点。

Description

一种多气缸回转式膨胀压缩两用机
技术领域
本发明涉及膨胀压缩两用机技术领域，尤其涉及一种多气缸回转式膨胀压缩两用机。
背景技术
间断发电的太阳能、风能等可再生能源和用电需求不匹配的矛盾要求配套发展蓄能装置系统，由于抽水蓄能电站受地质条件限制，压缩空气储能系统是一种应用前景广阔的方案。其中，膨胀机和压缩机是压缩空气储能系统的关键设备，尤其是高压比的机组。透平式膨胀机或压缩机适合于容积流量较大的场合，且其结构较复杂，制造难度较大。活塞式膨胀机或压缩机有不平衡质量，影响其运行的平稳性和效率，其他形式的容积式膨胀机或压缩机的压比都比较小。
CN1323243C的对比文件中公开了一种同步回转式压缩机，该压缩机压比很大，且能够大大降低滑板与气缸的相对速度和摩擦损失，但其只有一个滑板、一个工作段，单个气缸存在压力、流量和扭矩脉动以及单机功率较小的缺点，高压进排气的过程是间断不连续的，效能较低，流量和压力脉动大，并且以出口压力阀来控制出口压力，因此该装置只能用于压缩机而无法用于膨胀机。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种采用滑阀式的高压总管配气结构的，可以实现连续进排气的多气缸回转式膨胀压缩两用机。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，包括带底座的机壳、气缸、转子、滑板，所述气缸通过气缸轴承同轴布置在所述机壳内，所述转子通过转子轴承偏心布置在气缸内，气缸内壁与转子外壁之间相内切，气缸和转子之间形成一月牙形腔室，沿转子外壁径向开设有一矩形槽，所述滑板一端设置在所述矩形槽内，另一端固定在气缸的内壁上，滑板将所述腔室分隔为两部分，当转子和气缸同步旋转时，滑板沿矩形槽滑动；其特征在于：在转子的中心孔固定设置有高压总管，所述高压总管上均匀分布设置有若干高压分配孔，转子沿径向设置有与所述高压分配孔相对应的高压进排气孔排，在所述气缸壁上均匀分布设置有若干低压进排气孔排，且高压进排气孔排和低压进排气孔排分别设置在靠近所述滑板的两侧，高压进排气孔排所在的一侧腔室为高压腔室，低压进排气孔排所在的一侧腔室为低压腔室，当高压进排气孔排随着转子转动到与高压分配孔重合时，高压总管与所述高压腔室相连通，所述机壳上还设置有低压进出口管，所述低压进出口管与低压总管相连通。
进一步的，在所述转子两端设置有端封板，在转子上两块所述端封板之间设置有若干中间隔板，所述气缸沿轴向被所述中间隔板和端封板分隔为若干个长度相同的子工作段，中间隔板和端封板随转子同步旋转，根据子工作段的数量，每个所述子工作段内，所述矩形槽和滑板按等分的扇形角沿圆周呈不同的相位角分布，实现总体连续的高压进排气过程。
进一步的，所述转子和气缸内壁之间相切线位于转子的正下方，且该相切线处存在微小间隙。
进一步的，所述气缸轴承套设在每个所述子工作段气缸的中间，通过在气缸外圆上设置台阶和轴用弹性挡圈限制气缸轴承与气缸的相对位置。
进一步的，所述高压总管和转子的中心孔之间为滑动配合，转子的中心孔内侧靠近高压气体进出口的位置设有若干迷宫环形槽，对转子和高压总管之间间隙中的高压气体起迷宫密封的节流作用，在转子的中心孔内最右端与高压总管之间还设置有小轴承。
进一步的，在所述气缸轴承内壁中部设有气膜环形槽，在高压腔室一侧靠近滑板的气缸上开设有一穿透气缸壁的小孔，从而引入高压气体到气膜环形槽中形成气膜。
进一步的，在所述滑板靠近低压腔室一侧的表面上设有微小气槽和倒角，所述微小气槽连通所述低压腔室和矩形槽底部空间。
进一步的，所述低压进出口管设置在每个所述中间隔板的上方，所述气缸轴承上设置有若干用于平衡所述机壳内压力的通气孔。
进一步的，在所述气缸内壁上设置有Ω形槽，所述滑板通过所述Ω形槽与所述气缸固定连接。
进一步的，在所述转子轴承的外侧设置有过渡挡圈，所述过渡挡圈的上固定连接有机械密封，所述机械密封的外侧设置有罩板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、巧妙设计了沿转子均匀分隔为多个子工作段，在转子的中心孔内布置滑阀式的高压进排气分配管的结构，使得原来只能作为压缩机的同步回转式压缩机的原理应用到膨胀机，成为膨胀压缩两用机，通过改进了高压进排气结构和在圆周方向均匀布置各滑板的相位角，使不同子工作段的高压进排气过程首尾重叠相接，实现了总体连续的高压进排气过程，降低了压力脉动，同时也大大增大了机组的流量，不仅可以作为两用机应用于压缩空气储能系统，使系统设备大大简化，而且也有作为单独的压缩机或膨胀机在其他场合应用的前景和潜力；2、转子和气缸内壁之间相切线位于转子的正下方，有利于防止转子下垂弯曲，控制相切线处的合理间隙，并利用重力作用收集到的液滴来增强相切线处的密封效果；3、转子的中心孔内侧设置的迷宫环形槽，对间隙中的高压气体起迷宫密封的节流作用，防止高压气体从转子和高压分配管之间的缝隙中逸出；4、引入到气膜环形槽中高压气体形成的气膜，起到气膜润滑的作用，减小了气缸和气缸轴承之间的摩擦；5、在滑板低压侧表面上设置的微小气槽连通低压腔室和矩形槽底部空间，有效抑制了滑板在矩形槽中滑动时产生的打气效应，并且降低了滑板与矩形槽之间的摩擦阻力；6、气缸轴承上设置的通气孔用以平衡各子工作段之间机壳和气缸之间的压力；7、高压区域被限制在转子中心和气缸内的局部区域，采用多个低压出口管再合并为母管的结构有利于大流量大压比机组的布置，其总体结构有利于应用于大中型机组，转子上的各矩形槽的布置采用相间排列方式也是有利于增强转子的强度；8、设置机械密封能够应用于进口压力高于大气压的压缩空气或工质需要严格密封的场合；9、利用了同步回转式压缩机气缸随转的特点，气缸内设备部件之间的相对速度大大降低，减小了滑板与矩形槽、滑板和动气缸端面与隔板的摩擦阻力，并可实现腔室内无油或少油润滑。
附图说明
图1为本发明实施例主剖面结构示意图；
图2为本发明实施例B-B向剖面结构示意图；
图3为本发明实施例A处结构放大图；
图4为本发明实施例各子工作段滑板相位图；
图5为本发明实施例作为膨胀机时工作原理图；
图6为本发明实施例作为压缩机时工作原理图。
其中：1-机壳；2-气缸；3-转子；4-滑板；5-气缸轴承；6-转子轴承；7-腔室；8-高压总管；9-中间隔板；10-端封板；11-小轴承；12-过渡挡圈；13-机械密封；14-罩板；101-低压进出口管；102-低压总管；201-低压进排气孔排；202-台阶；203-轴用弹性挡圈；204-小孔；205-Ω形槽；301-矩形槽；302-中心孔；303-高压进排气孔排；304-迷宫环形槽；501-气膜环形槽；502-通气孔；701-高压腔室；702-低压腔室；801-高压分配孔。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
图1-6示出了一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，包括带底座的机壳1、气缸2、转子3、滑板4，气缸2通过气缸轴承5同轴布置在机壳1内，转子3通过转子轴承6偏心布置在气缸2内，气缸2内壁与转子3外壁之间相内切，气缸2和转子3之间形成一月牙形腔室7，沿转子3外壁径向开设有一矩形槽301，滑板4一端设置在矩形槽301内，另一端固定在气缸2的内壁上，滑板4将腔室7分隔为两部分，当转子3和气缸2同步旋转时，滑板4沿矩形槽301滑动，在转子3的中心孔302固定设置有高压总管8，高压总管8上均匀分布设置有若干高压分配孔801，转子3沿径向设置有与高压分配孔801相对应的高压进排气孔排303，在气缸2壁上均匀分布设置有若干低压进排气孔排201，且高压进排气孔排303和低压进排气孔排201分别设置在靠近滑板4的两侧，高压进排气孔排303所在的一侧腔室为高压腔室701，低压进排气孔排201所在的一侧腔室为低压腔室702，当高压进排气孔排303随着转子3转动到与高压分配孔801重合时，高压总管8与高压腔室701相连通，机壳1上还设置有低压进出口管101，低压进出口管101与低压总管102相连通。
作为本发明的具体实施方式，优选的，在气缸上还设置有四块中间隔板9和两块端封板10，气缸2沿轴向被中间隔板9和端封板10分隔为五段长度相同的子工作段，中间隔板9端封板10随转子3同步旋转，每个子工作段内，矩形槽301和滑板4分别以圆周上0°、144°、288°、72°、216°的相位角分布，实现总体连续的高压进排气过程；转子3和气缸2内壁之间相切线位于转子3的正下方，且该相切线处存在微小间隙；气缸轴承5共有五个，分别套设在每个子工作段气缸2的中间，通过在气缸2外圆上设置台阶202和轴用弹性挡圈203限制气缸轴承5与气缸2的相对位置；高压总管8和转子3的中心孔302之间为滑动配合，中心孔302内侧靠近高压气体进出端一侧设有若干迷宫环形槽304，对转子3和高压总管8之间间隙中的高压气体起迷宫密封的节流作用，在转子3的中心孔302内最右端与高压总管8之间还设置有小轴承11；在气缸轴承5内壁中部设有气膜环形槽501，在高压腔室701一侧靠近滑板4的气缸2上开设有一穿透气缸壁的小孔204，从而引入高压气体到气膜环形槽501中形成气膜；在滑板4靠近低压腔室702一侧与矩形槽接触的表面上设有微小气槽和倒角，微小气槽连通低压腔室702和矩形槽301底部空间；低压进出口管101设置在每块中间隔板9的上方，气缸轴承5上设置有若干用于平衡机壳1内压力的通气孔502；在气缸2内壁上设置有Ω形槽205，滑板4通过Ω形槽205与气缸2固定连接；在转子轴承6的外侧设置有过渡挡圈12，过渡挡圈12的上固定连接有机械密封13，机械密封13的外侧设置有罩板14。
本实施例的具体工作过程及原理如下：
本发明作为膨胀机使用时，首先高压气体通入高压总管8中，当高压进排气孔排303随着转子2转动到与高压分配孔801重合时，高压总管8与高压腔室701相连通，高压气体进入到高压腔室701中膨胀，推动滑板4并带动转子3作逆时针转动一定角度后，高压进气孔排303与高压分配孔801分离，停止高压进气；高压腔室701内气体开始绝热膨胀，转子3继续逆时针转动，此时低压腔室702内正经历前次膨胀后的排气过程，当低压进排气孔排201级滑板4转动一圈转过相切线后，低压腔室702内的排气过程结束，而高压腔室701此时膨胀到最大容积成为新的低压腔室702，其与低压进排气孔排201相连通，开始排气，排出的低压气体依次经过低压进排气孔排201、低压进出口管101和低压总管102排入大气中；随后高压进排气孔排303随着转子3转动再次与高压分配孔801重合时，高压气体进入滑板后的腔室形成新的高压腔室701，开始新一轮循环。
本发明作为压缩机使用时，外力驱动转子3作顺时针运动，低压气源或大气过滤净化后依次经低压总管102、低压进出口管101和低压进排气孔排201后进入到低压腔室702中，当滑板4和低压进排气孔排201转过相切线后，原来的低压腔室702在滑板4前成为新的高压腔室701，其内的气体开始压缩，滑板4后形成新的低压腔室702并开始吸气，当高压进排气孔排303随着转子3转动到与高压分配孔801重合时，高压总管8与高压腔室701相连通，被压缩的高压气体依次沿着高压进排气孔排303、高压分配孔801和高压总管8而被排出压缩机外；随着转子3继续转动，高压进气孔排303与高压分配孔801分离，完成排气，开始新一轮循环。由于高压所产生的小液滴向下汇聚到转子3和气缸2的相切线处，对结构之间的间隙起到增强的密封效果。
由于滑板4低压侧表面上设有微小气槽和倒角连通低压腔室702和矩形槽301底部空间，滑板4在矩形槽301内滑动的过程中，可以有效抑制阻碍滑板4滑动的打气效应，滑板4在矩形槽301内滑动时更加顺畅。
在高压进排气首尾相接无间断条件下，子工作段数量的选择主要根据压比，即压比大的场合所需要的子工作段的数目更多，对应于子工作段数目为2、3、4、5、6、7、11且不考虑滑板厚度时的理论压比分别为2、5.5、12.3、23.6、40.5、64、246.6；当选择的子工作段数目较少而所希望应用的压比较大时，高压进排气是有间断不连续的。由于子工作段数目增加带来压力、流量、扭矩的平稳，而对制造成本的增加不多，所以，一般采用5、7、11个子工作段。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，包括带底座的机壳(1)、气缸(2)、转子(3)、滑板(4)，所述气缸(2)通过气缸轴承(5)同轴布置在所述机壳(1)内，所述转子(3)通过转子轴承(6)偏心布置在气缸(2)内，气缸(2)内壁与转子(3)外壁之间相内切，气缸(2)和转子(3)之间形成一月牙形腔室(7)，沿转子(3)外壁径向开设有一矩形槽(301)，所述滑板(4)一端设置在所述矩形槽(301)内，另一端固定在气缸(2)的内壁上，滑板(4)将所述腔室(7)分隔为两部分，当转子(3)和气缸(2)同步旋转时，滑板(4)沿矩形槽(301)滑动；其特征在于：在转子(3)的中心孔(302)固定设置有高压总管(8)，所述高压总管(8)上均匀分布设置有若干高压分配孔(801)，转子(3)沿径向设置有与所述高压分配孔(801)相对应的高压进排气孔排(303)，在所述气缸(2)壁上均匀分布设置有若干低压进排气孔排(201)，且高压进排气孔排(303)和低压进排气孔排(201)分别设置在靠近所述滑板(4)的两侧，高压进排气孔排(303)所在的一侧腔室为高压腔室(701)，低压进排气孔排(201)所在的一侧腔室为低压腔室(702)，当高压进排气孔排(303)随着转子(3)转动到与高压分配孔(801)重合时，高压总管(8)与所述高压腔室(701)相连通，所述机壳(1)上还设置有低压进出口管(101)，所述低压进出口管(101)与低压总管(102)相连通。
2.根据权利要求1所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：在所述转子(3)两端设置有端封板(10)，在转子(3)上两块所述端封板(10)之间设置有若干中间隔板(9)，所述气缸(2)沿轴向被所述中间隔板(9)和端封板(10)分隔为若干个长度相同的子工作段，中间隔板(9)和端封板(10)随转子(3)同步旋转，根据子工作段的数量，每个所述子工作段内，所述矩形槽(301)和滑板(4)按等分的扇形角沿圆周呈不同的相位角分布，实现总体连续的高压进排气过程。
3.根据权利要求2所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：所述转子(3)和气缸(2)内壁之间相切线位于转子(3)的正下方，且该相切线处存在微小间隙。
4.根据权利要求3所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：所述气缸轴承(5)套设在每个所述子工作段气缸(2)的中间，通过在气缸(2)外圆上设置台阶(202)和轴用弹性挡圈(203)限制气缸轴承(5)与气缸(2)的相对位置。
5.根据权利要求4所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：所述高压总管(8)和转子(3)的中心孔(302)之间为滑动配合，中心孔(302)内侧靠近高压气体进出口端一侧设有若干迷宫环形槽(304)，对转子(3)和高压总管(8)之间间隙中的高压气体起迷宫密封的节流作用，在转子(3)的中心孔(302)内最右端与高压总管(8)之间还设置有小轴承(11)。
6.根据权利要求5所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：在所述气缸轴承(5)内壁中部设有气膜环形槽(501)，在高压腔室(701)一侧靠近滑板(4)的气缸(2)上开设有一穿透气缸(2)壁的小孔(204)，从而引入高压气体到气膜环形槽(501)中形成气膜。
7.根据权利要求6所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：在所述滑板(4)靠近低压腔室(702)一侧的表面上设有微小气槽和倒角，所述微小气槽连通所述低压腔室(702)和矩形槽(301)底部空间。
8.根据权利要求7所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：所述低压进出口管(101)设置在每个所述中间隔板(9)的上方，所述气缸轴承(5)上设置有若干用于平衡所述机壳(1)内压力的通气孔(502)。
9.根据权利要求8所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：在所述气缸(2)内壁上设置有Ω形槽(205)，所述滑板(4)通过所述Ω形槽(205)与所述气缸(2)固定连接。
10.根据权利要求9所述一种多气缸回转式膨胀压缩两用机，其特征在于：在所述转子轴承(6)的外侧设置有过渡挡圈(12)，所述过渡挡圈(12)的上固定连接有机械密封(13)，所述机械密封(13)的外侧设置有罩板(14)。
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