一种改进型三角活塞旋转压缩膨胀机

摘要

本发明涉及一种改进型三角活塞旋转压缩膨胀机，属于动力机械技术领域，包括动力齿轮和至少一个单缸机组，单缸机组包括套筒和位于套筒内的外转子、内转子，外转子内设置有空腔，空腔内壁设有中心对称的两条凸肋，两条凸肋之间的空腔内壁为凹形内壁，内转子位于空腔内，内转子外壁设有三条凸起的棱边，相邻两条棱边之间为弧形侧壁，棱边和凸肋上设有燕尾槽，燕尾槽内设有弹性滚动组件，弹性滚动组件用于使棱边、侧壁与空腔内壁、空腔内壁的两条凸肋之间形成阻力和磨损很小的滚动接触，减少摩擦损耗，延长整机使用寿命，弥补了加工及装配、运行时由于材质及误差和光洁度等带来的负面影响，密封效果好，降低了加工难度和成本，提高了整机转换效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进型三角活塞旋转压缩膨胀机，属于环保无碳无污染物利用可再生新能源的动力机械技术领域。

背景技术

膨胀机是利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低乃至液化的原理以获得能量的机械，常用于深低温设备中。

中国专利文件“单元组合始滑块活塞内转子发动机”(申请号87102947.2)，公开了单元组合式滑块活塞内转子发动机是内燃机设计新方案.缸体(A1)型线由两个不同半径划出的不同圆弧相切连接成弧线三角形；滑块(A5)型线是与缸体型线相同参数创成的近似椭圆形.该机主轴轴销(A6)在滑块轴销滑槽(A13)随滑块调头式转动做往复运动，这种运动在缸体内呈圆周运动轨迹，完成内燃机四行程工作循环，将热能转换成机械动力输出。中国专利文件“一种凹形三角转子发动机”(公开号1563675)，公开了一种发动机，尤其涉及一种节油、减少排污、寿命长的一种凹形三角转子发动机。本发明是这样实现的：一种凹形三角转子发动机，其特征在于转子的截面为凹三角形，在汽缸短轴中心线的两端设有密封装置，密封装置伸入到汽缸内的长度为NN′。

以上两篇现有技术文件是按照热力学正向循环工作的，其或多或少是要消耗一定的燃油，而且气缸活塞吸进的是空气，其压缩和燃烧过程的温度很高。由于其气缸活塞是属于半干润滑油滑动接触，而不是阻力和磨损很小的滚动接触，不但费力大而且难免会产生所谓的“震纹”和密封性能差等很多缺陷，其使用寿命必然大大缩短，而要增加润滑油润滑，但是由于气缸活塞工作温度很高，而且有氧助燃，会燃烧消耗大量的润滑油，因而只能采用半干滑动接触润滑，其密封性能差，压缩比和工作效率就会大打折扣，其使用寿命必然大大缩短。

本发明的发明人之一在2009年4月15日申请了一种三角活塞旋转压缩膨胀机(申请号为200920054727.2)，在实施该技术时，发现存在一些缺陷，如整个压缩膨胀机转换功率较低，内转子与外转子由于采用的是摩擦接触，气缸活塞磨损严重而容易损坏，需要很高的加工精度光洁度和很好的材质才能符合要求，摩擦损耗大，密封性能差，增加了加工难度，加工成本较高，而效果却不理想，然而现有三角活塞旋转发动机为什么不能得到广泛应用，其原因也主要是由于其存在难以解决的“震纹”和密封性能差等严重的缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，为了克服现有技术的缺陷，在原来技术的基础上提出一种改进型方案，本发明提供一种功率大、工作效率高、密封性能好、而且减少摩擦损耗和加工装配运行成本及难度的改进型三角活塞旋转压缩膨胀机。

本发明的技术方案如下：

一种改进型三角活塞旋转压缩膨胀机，包括动力齿轮和至少一个单缸机组，所述单缸机组包括套筒和位于套筒内的外转子、内转子，外转子内设置有空腔，空腔内壁设有中心对称的两条凸肋，两条凸肋之间的空腔内壁为凹形内壁，内转子位于空腔内，内转子外壁设有三条凸起的棱边，相邻两条棱边之间为弧形侧壁，内转子的棱边上设有燕尾槽，燕尾槽内设有弹性滚动组件。燕尾槽的槽口宽度小于槽底宽度，弹性滚动组件设于燕尾槽中不致脱落，弹性滚动组件能使内外转子之间形成阻力和磨损很小的相互滚动接触，提高密封性能和工作效率。

根据本发明优选的，所述弹性滚动组件包括滚动圆柱、弹簧和位于滚动圆柱与弹簧之间的弹性座，弹簧位于燕尾槽槽底。

进一步优选的，所述滚动圆柱直径大于燕尾槽槽口宽度，滚动圆柱位于燕尾槽内，滚动圆柱露出槽口的弧度小于滚动圆柱位于槽口内的弧度。

进一步优选的，所述燕尾槽内滚动圆柱的数量为一个，弹簧数量为至少一个，弹性座数量为至少一个。可以根据需求选择不同数量的弹性座配合弹簧均匀分布在滚动圆柱一侧，使实际工作时滚动接触更为均匀、平衡。

进一步优选的，所述滚动圆柱的长度与内转子棱边的轴向长度和外转子凸肋的轴向长度均为一致。

根据本发明优选的，所述外转子的两条凸肋上沿凸肋设有燕尾槽，燕尾槽内设有弹性滚动组件。在外转子空腔内壁的两条凸肋上也设有弹性滚动组件，使凸肋与棱边、内转子弧形侧壁形成弹性滚动接触，棱边与凸肋、外转子凹形内壁形成弹性滚动接触，进一步加强弹性滚动接触的效果。

根据本发明优选的，所述动力齿轮包括动力齿轮主轴和位于动力齿轮主轴两端的第一动力齿轮、第二动力齿轮。

进一步优选的，所述单缸机组还包括与外转子相连的外转子转轴和与内转子相连的内转子转轴，外转子转轴一端设有外转子齿轮，内转子转轴一端设有内转子齿轮，外转子齿轮与第一动力齿轮啮合，内转子齿轮与第二动力齿轮啮合。外转子转轴与外转子同轴、同步转动，内转子转轴与内转子同轴、同步转动。这种分布形式可以大大提高整机的功率，使之满足各种大功率要求场合，并且大大提高了整机运转的平衡性。

进一步优选的，在内转子、外转子及弹性滚动组件的两端端面与外转子转轴之间设有弹性密封环。通过向弹性密封环的外侧施加高压机油，以增强整机的密封性能。

进一步优选的，所述弹性密封环与外转子转轴之间设有碟形弹簧。从而进一步确保了整机的密封性能，提高了整机的压缩比及功率和效率，延长的整机的寿命。

根据本发明优选的，所述的单缸机组为四个，四个单缸机组均匀设于动力齿轮外部。

本发明的有益效果在于：

1.根据本发明的技术方案，通过在外转子内壁的凸肋以及内转子的棱边上设置弹性滚动组件，使内转子与外转子之间由以前的滑动接触改进为阻力和磨损很小的滚动接触，而且通过在内转子、外转子及其弹性滚动组件的两端端面与外转子转轴之间设置弹性密封环，不但提高了密封性能，减小了摩擦损耗，而且弥补了加工以及装配和运行时由于材质及机械误差和光洁度等带来的负面影响，密封效果好，降低了加工装配及运行的难度和成本，提高了整机的转换效率。值得一提的是：这对于现有三角活塞旋转发动机和其他一些旋转发动机，由于其存在难以解决的“震纹”缺陷和密封性能差等造成的缺陷，也是一种很好的改进方法。

2.本发明的技术方案采用多组单缸机组沿动力齿轮的周围排列，从而大大提高了整机的功率和运转的平衡性。

3.本发明的技术方案最佳的用途是利用空气能制冷制水与发电，其能量吸收转换原理是在空气能热水器的技术基础上，作了重大的科技创新与突破，其制出来的水源又是宝贵的生命之源，而其制出来的冷源，也有独到的广泛用途，尤其在治理雾霾中可以充分发挥强大的优势。

附图说明

图1为现有专利文件“一种三角活塞旋转压缩膨胀机”(申请号为200920054727.2)所示的现有三角活塞旋转压缩膨胀机的结构示意图；

图2为本发明技术方案轴向剖面结构示意图；

图3为本发明技术方案径向剖面结构示意图；

图4为本发明技术方案内转子结构示意图；

图5为本发明技术方案外转子结构示意图；

图6为本发明技术方案设置有弹性密封环的单缸机组轴向剖面示意图，图6中01线为内转子轴线，02线为外转子轴线。

图中释义如下：1、套筒，2、外转子，3、内转子，4、第一动力齿轮，4’、第二动力齿轮，5、弹性滚动组件，51、滚动圆柱，52、弹性座，53、弹簧，54、燕尾槽，6、机座，7、动力齿轮主轴，8、弹性密封环，9、碟形弹簧，10、外转子转轴，11、内转子转轴，12、外转子齿轮，13、内转子齿轮。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

如图1‐6所示：

实施例1：

一种改进型三角活塞旋转压缩膨胀机，包括动力齿轮和四个单缸机组，如图2、图3所示，四个单缸机组均匀设于动力齿轮外部，单缸机组包括套筒和位于套筒内的外转子、内转子，外转子内设置有空腔，空腔内壁设有中心对称的两条凸肋，两条凸肋之间的空腔内壁为凹形内壁，内转子位于空腔内，内转子外壁设有三条凸起的棱边，相邻两条棱边之间为弧形侧壁，为了减少现有技术中内转子与外转子滑动接触的缺陷，棱边上设有燕尾槽，燕尾槽内设有弹性滚动组件。燕尾槽的槽口宽度小于槽底宽度，弹性滚动组件设于燕尾槽中不致脱落，弹性滚动组件用于使棱边与空腔内壁、空腔内壁的两条凸肋之间形成阻力和磨损很小的滚动接触，套筒固定在整机的机座上。

弹性滚动组件包括滚动圆柱、弹簧和位于滚动圆柱与弹簧之间的弹性座，弹簧位于燕尾槽槽底，弹簧与燕尾槽槽底之间、弹簧与弹性座之间均为活动接触，非固定连接。滚动圆柱直径大于燕尾槽槽口宽度，滚动圆柱位于燕尾槽内，滚动圆柱露出槽口的弧度小于滚动圆柱位于槽口内的弧度，由此既可使滚动圆柱不会从燕尾槽中脱出，也可保证滚动圆柱能实现弹性滚动接触。如图6所示，本实施例中，燕尾槽内设有一个滚动圆柱，三个弹簧，三个弹性座。三个弹性座配合三个弹簧均匀分布在滚动圆柱一侧，使实际工作时滚动接触更为均匀、平衡。图6为轴向剖面示意图，滚动圆柱的长度与内转子棱边的轴向长度和外转子凸肋的轴向长度均为一致。

图6中的01线与02线的距离为本领域技术人员知晓的核心参数之一，本发明01线与02线的具体数值为e＝5，成为内外转子偏心距，是设计整机，尤其是内外转子型线必不可少的参数之一。

动力齿轮包括动力齿轮主轴和位于动力齿轮主轴两端的第一动力齿轮、第二动力齿轮。所述单缸机组还包括与外转子相连的外转子转轴和与内转子相连的内转子转轴，外转子转轴一端设有外转子齿轮，内转子转轴一端设有内转子齿轮，外转子齿轮与第一动力齿轮啮合，内转子齿轮与第二动力齿轮啮合。外转子转轴与外转子同轴、同步转动，内转子转轴与内转子同轴、同步转动。这种分布形式可以大大提高整机的功率，使之满足各种大功率要求场合，并且大大提高了整机运转的平衡性。

本发明是按照热力学逆向循环工作的，气缸活塞吸进潜热很大温度很低的制冷剂蒸汽，因而工作温度很低，一般不超过200℃，而且无氧助燃，因而润滑油不会被高温燃烧消耗，而可不断循环使用，从而可向气缸活塞喷入较多的润滑油，气缸活塞润滑、密封、冷却、消声、减震等问题就可以迎刃而解，其压缩比就可大大提高，其膨胀做功效率和功率也就跟着大大提高。

由于本发明技术方案本质所具有的压缩功能和膨胀做功两种主要功能，因而其功能强大而用途广泛独到。本发明最佳的用途是利用空气能制冷制水与发电，其能量吸收转换原理是在空气能热水器的技术基础上，作了重大的科技创新与突破，现以举例和对比加以说明：空气能热水器每用一度电，可以制出约四度电的热量，其中三度电的热量是从空气中吸收过来的，可见其必须用一度电的电能才能制出四度电的热量，是不可能发电而是要用电能花费制热的；而本发明每用一度电可以制出约四度电的热量，其中三度电的热量同样是从空气中吸收过来的，然而其在热力循环过程中，可将这四度电的热量，通过优化完善其热功转换的方式，而转变成有用的机械功，进而推动发电机发出四度电的发电量。当其起动工作后，就可以从中抽出一度电的发电量，用于维持整机不断运行，从而发出多余的三度电的发电量输出来加以利用。由此可见，当其进入正常运行工况时，就完全不用再花费外来电能，而是取自本身发出的电能来维持正常运行，并且发出三度电的电能输出来加以利用，同时还能将空气中的水分冷凝成约1.5Kg的水排出来加以利用，因而其不但能够产能发电，其制出来的水源又是宝贵的生命之源，而其制出来的冷源，也有独到的广泛用途，尤其在治理雾霾中可以充分发挥强大的优势。

值得一提的是本发明在实施工程中，采用了三级三角活塞旋转压缩膨胀热力循环，即将开始从一级气缸活塞吸入制冷剂蒸汽，经过三级压缩膨胀而液化为液体制冷剂，在其进入蒸发器时，就可蒸发吸收空气中的热量而成为制冷剂蒸气，从而周而复始完成本发明独到的制冷制水与发电之热力循环。展望本发明更为独到的用途，其可直接开始从一级气缸活塞吸入大量的空气，经过多级三角活塞旋转压缩膨胀而发电，乃至将吸入的空气液化而获取更多热能，用以发出更多的电力输出来加以利用。

实施例2：

一种改进型三角活塞旋转压缩膨胀机，其结构如实施例1所述，区别在于，外转子的两条凸肋上沿凸肋设有燕尾槽，燕尾槽内设有弹性滚动组件。在外转子空腔内壁的两条凸肋上也设有弹性滚动组件，使凸肋与棱边、内转子弧形侧壁形成滚动接触，棱边与凸肋、外转子凹形内壁形成弹性滚动接触，进一步加强滚动接触的效果。

实施例3：

一种改进型三角活塞旋转压缩膨胀机，其结构如实施例1所述，区别在于，在内转子、外转子及弹性滚动组件的两端端面与外转子转轴之间设有弹性密封环，可在两端弹性密封环的外侧分别施加高压机油，高压机油的流向如图6中箭头所示。通过在两端弹性密封环的外侧分别施加高压机油，以增强整机的密封性能。

实施例4：

一种改进型三角活塞旋转压缩膨胀机，其结构如实施例3所述，区别在于，进一步的，弹性密封环与外转子转轴之间设有碟形弹簧。从而进一步确保了整机的密封性能，提高了整机的压缩比及功率和效率，延长的整机的寿命。

以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。