磁悬浮螺杆式气体膨胀机
阅读说明：本技术 磁悬浮螺杆式气体膨胀机 (Magnetic suspension screw type gas expander ) 是由 余金龙 余凯 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：一种磁悬浮螺杆式气体膨胀机其特征是：至少由机体部件(1)、驱动转子(2)、从动转子(3)、磁性联轴器(7)、径向永磁轴承(8)和双向永磁轴向推力轴承(9)等零部件构成一个整体,其有益效果是：消除了膨胀机旋转运动件的摩擦功耗,实现了无油润滑运转,实现了零泄露,膨胀机的性能和可靠性极大提高。(A magnetic suspension screw type gas expander is characterized in that: at least, constitute a whole by spare parts such as organism part (1), drive rotor (2), driven rotor (3), magnetic coupling (7), radial permanent magnet bearing (8) and two-way permanent magnetism axial thrust bearing (9), its beneficial effect is: the friction power consumption of the rotary moving part of the expansion machine is eliminated, oil-free lubrication operation is realized, zero leakage is realized, and the performance and the reliability of the expansion machine are greatly improved.)
技术领域
本发明涉及气体膨胀机领域的螺杆式气体膨胀机，特别是一种磁悬浮螺杆式气体膨胀机。
背景技术
在气体膨胀机领域，螺杆式气体膨胀机被广泛应用在低品位热源的动力转换，如工业余热动力回收、太阳能利用、地热发电、海洋温差发电；以及应用在减压工程中的动力回收，如水蒸气膨胀机等。
螺杆式气体膨胀机利用装置在机体102内的一对相互啮合的具有特定凸凹齿形的驱动转子2和从动转子3，在高压气体进入、膨胀和排出气体介质的过程中，驱动转子2旋转并输出动力。
由图1和图2，螺杆式气体膨胀机至少由机体102、进气端座103、进气端盖104、排气端座108、排气端盖109、轴封座110、机械密封6、驱动转子2、驱动转子排气端径向滚动轴承21、驱动转子排气端轴套22、驱动转子进气端轴套23、驱动转子进气端径向滚动轴承24、驱动转子进气端间隙调整环25、驱动转子进气端轴向推力轴承26、驱动转子进气端轴承压盖27、驱动转子进气端蝶形弹簧28、驱动转子进气端锁紧螺母29、从动转子3、从动转子排气端径向滚动轴承31、从动转子排气端轴套32、从动转子进气端轴套33、从动转子进气端径向滚动轴承34、从动转子进气端间隙调整环35、从动转子进气端间隙调整环35、从动转子进气端轴承压盖37、从动转子进气端蝶形弹簧38、从动转子进气端锁紧螺母39等零部件构成。
机械密封6由硬质合金静环601、静环密封圈602、石墨动环603、动环密封圈604、弹簧605、动环座606组成，动静环之间存在摩擦功耗，需喷油润滑冷却。
现行螺杆式气体膨胀机均设置有径向滚动轴承和轴向推力轴承，均存在摩擦功耗，需喷油润滑冷却。油路循环系统复杂，元器件多，如在系统中需设置油分离器、油冷却器和循环油泵等，存在过滤网增加压力降的缺陷。
发明内容
为解决现有技术的螺杆式气体膨胀机存在的缺陷，完善和发展各自的优点，本发明提出一种磁悬浮螺杆式气体膨胀机。
螺杆式气体膨胀机在不同工况下运行时，其驱动转子2和从动转子3所受到的径向力和轴向力在大小与方向上是不同的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：至少由机体部件1、驱动转子2、从动转子3、磁性联轴器7、径向永磁轴承8和双向永磁轴向推力轴承9等零部件构成一个整体，其特征是：
连接体101、机体102、进气端座103、进气端盖104、端盖105、过滤器体111通过螺钉连接成机体部件；
驱动转子2、驱动转子排气端径向永磁轴承201、驱动转子排气端轴套22、驱动转子进气端轴套23、驱动转子进气端径向永磁轴承202、驱动转子进气端间隙调整环203、驱动转子进气端双向永磁轴向推力轴承204、驱动转子进气端轴承压盖27、驱动转子进气端蝶形弹簧28、驱动转子进气端锁紧螺母29通过装配构成驱动转子部件；
从动转子3、从动转子排气端径向永磁轴承301、从动转子排气端轴套32、从动转子进气端轴套33、从动转子进气端径向永磁轴承302、从动转子进气端间隙调整环303、从动转子进气端双向永磁轴向推力轴承304、从动转子进气端轴承压盖37、从动转子进气端蝶形弹簧38、从动转子进气端锁紧螺母39通过装配构成从动转子部件；
驱动联轴节701、屏蔽罩702、外旋转磁体703、外磁瓦704、内旋转磁体705、内磁瓦706组合构成磁性联轴器；
外环体801、外磁环802、外磁环压圈803、内环体804、内磁环805、 内磁环压圈806组合构成径向永磁轴承；
外环体901、静磁环902、外压环体903、内环体904、推力磁环905、内压环体906组合构成双向永磁轴向推力轴承。
在驱动转子排气端径向永磁轴承201和驱动转子进气端径向永磁轴承202的磁力的作用下，驱动转子2被悬浮。
在从动转子排气端径向永磁轴承301和从动转子进气端径向永磁轴承302的磁力的作用下，从动转子3被悬浮。
在驱动转子进气端双向永磁轴向推力轴承204、驱动转子进气端轴承压盖27、驱动转子进气端蝶形弹簧28、驱动转子进气端锁紧螺母29的共同作用下，驱动转子2实现了双向轴向力的平衡。
在从动转子进气端双向永磁轴向推力轴承304、从动转子进气端轴承压盖37、从动转子进气端蝶形弹簧38、从动转子进气端锁紧螺母39的共同作用下，从动转子3实现了双向轴向力的平衡。
在屏蔽罩702的隔离作用下，螺杆式气体膨胀机实现了静态密封的零泄露和介质的全适应性。
本发明的有益效果是：消除了膨胀机旋转运动件的摩擦功耗，实现了无油润滑运转，消除了过滤网增加压力降的缺陷，实现了零泄露，膨胀机的性能和可靠性极大提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1 是现有技术的一个螺杆式气体膨胀机实例的水平剖面图。
图2 是现有技术的一个螺杆式气体膨胀机的转子部件实例的水平剖面图。
图3 是本发明的一个磁悬浮螺杆式气体膨胀机的实施例的水平剖面图。
图4 是本发明的一个磁悬浮螺杆式气体膨胀机的转子部件实施例的水平剖面图。
图5 是本发明的一个磁悬浮螺杆式气体膨胀机的径向永磁轴承的实施例。
图6 是本发明的一个磁悬浮螺杆式气体膨胀机的双向永磁轴向推力轴承的实施例。
图7 是本发明的一个磁悬浮螺杆式气体膨胀机的径向永磁轴承的另一实施例。
图8 是本发明的一个磁悬浮螺杆式气体膨胀机的双向永磁轴向推力轴承的另一实施例。
图中：1.机体部件、2.驱动转子、3.从动转子、6.机械密封、7.磁性联轴器、8.径向永磁轴承、9.双向永磁轴向推力轴承；
21.驱动转子排气端径向滚动轴承、22.驱动转子排气端轴套、23.驱动转子进气端轴套、24.驱动转子进气端径向滚动轴承、25.驱动转子进气端间隙调整环、26.驱动转子进气端轴向推力轴承、27.驱动转子进气端轴承压盖、28.驱动转子进气端蝶形弹簧、29.驱动转子进气端锁紧螺母；
31.从动转子排气端径向滚动轴承、32.从动转子排气端轴套、33.从动转子进气端轴套、34.从动转子进气端径向滚动轴承、35.从动转子进气端间隙调整环、36.从动转子进气端轴向推力轴承、37.从动转子进气端轴承压盖、38.从动转子进气端蝶形弹簧、39.从动转子进气端锁紧螺母；
101.连接体、102.机体、103.排气端座、104. 排气端盖、108.进气端座、109.进气端盖、111.过滤器体；
201.驱动转子排气端径向永磁轴承、202.驱动转子进气端径向永磁轴承、203.驱动转子进气端间隙调整环、204.驱动转子进气端双向永磁轴向推力轴承；
301.从动转子排气端径向永磁轴承、302.从动转子进气端径向永磁轴承、303.从动转子进气端间隙调整环、304.从动转子进气端双向永磁轴向推力轴承；
601.硬质合金静环、602.静环密封圈、603.石墨动环、604.动环密封圈、605.弹簧、606. 动环座；
701.驱动联轴节、702.屏蔽罩、703.外旋转磁体、704.外磁瓦、705.内旋转磁体、706.内磁瓦；
801.外环体、802.外磁环、803.外磁环压圈、804.内环体、805.内磁环、806.内磁环压圈；
901.外环体、902.静磁环、903.外压环体、904.内环体、905.推力磁环、906.内压环体、A.喷液开孔。
具体实施方式
在图3、4、5、6所示的一个磁悬浮螺杆式气体膨胀机的实施例中，至少由机体部件1、驱动转子2、从动转子3、磁性联轴器7、径向永磁轴承8和双向永磁轴向推力轴承9等零部件构成一个整体。
连接体101、机体102、进气端座103、进气端盖104、端盖105、消音器111通过螺钉连接成机体部件；
驱动转子2、驱动转子排气端径向永磁轴承201、驱动转子排气端轴套22、驱动转子进气端轴套23、驱动转子进气端径向永磁轴承202、驱动转子进气端间隙调整环203、驱动转子进气端双向永磁轴向推力轴承204、驱动转子进气端轴承压盖27、驱动转子进气端蝶形弹簧28、驱动转子进气端锁紧螺母29通过装配构成驱动转子部件；
从动转子3、从动转子排气端径向永磁轴承301、从动转子排气端轴套32、从动转子进气端轴套33、从动转子进气端径向永磁轴承302、从动转子进气端间隙调整环303、从动转子进气端双向永磁轴向推力轴承304、从动转子进气端轴承压盖37、从动转子进气端蝶形弹簧38、从动转子进气端锁紧螺母39通过装配构成从动转子部件；
驱动联轴节701、屏蔽罩702、外旋转磁体703、外磁瓦704、内旋转磁体705、内磁瓦706组合构成磁性联轴器；
外环体801、外磁环802、外磁环压圈803、内环体804、内磁环805、 内磁环压圈806组合构成径向永磁轴承；
外环体901、静磁环902、外压环体903、内环体904、推力磁环905、内压环体906组合构成双向永磁轴向推力轴承。
机体102，其特征是：在机体102的膨胀腔开设有喷液开孔A。
磁性联轴器7，其特征是：驱动联轴节701与外旋转磁体703相连、外磁瓦704崁镶在外旋转磁体703内、内旋转磁体705与驱动转子2相连、内磁瓦706崁镶在内旋转磁体705上、屏蔽罩702将外旋转磁体703和内旋转磁体705隔离并与连接体101相连；外磁瓦704与内磁瓦706在周向成偶数对排列，径向充磁，相邻磁排的磁力线方向相反。
径向永磁轴承8，其特征是：外环体801、外磁环802和外磁环压圈803组合成一体，内环体804、内磁环805和内磁环压圈806组合成一体，可分开安装成对；外磁环802与内磁环805在轴向成偶数对排列，轴向充磁，相邻磁环间磁性相斥，或者径向充磁，内外磁环间磁性相斥。
双向永磁轴向推力轴承9，其特征是：静磁环902分别崁镶在外环体901和外压环体903上、推力磁环905崁镶在内环体904和内压环体906之间，推力磁环905处在两静磁环902中间；推力磁环905与静磁环902间的磁性相斥。
磁悬浮螺杆式气体膨胀机的工作过程如下：
驱动转子2和从动转子3是一对具有相互啮合特定凸凹齿形的螺杆转子，且都置于机体102的腔内，随着介质气体在膨胀机腔内发生进入、膨胀、排出过程，介质气体的状态发生改变：温度降低、压力降低、体积扩大，从而使驱动转子2和从动转子3旋转，驱动转子2和从动转子3的基元容积发生从缩小到的扩大周期性改变。
内旋转磁体705与驱动转子2相连，驱动转子2被驱动旋转时，内旋转磁体705也就同步被驱动旋转。
内旋转磁体705旋转，崁镶在内旋转磁体705上的内磁瓦706通过磁力驱动崁镶在外旋转磁体703内的外磁瓦704同步旋转，外旋转磁体703带动驱动联轴节701同步旋转并输出动力。在这个过程中，外磁瓦704与内磁瓦706非接触，也就没有摩擦功耗。
液体介质具有汽化潜热大和有一定粘度的特性，向膨胀机腔内喷入一定量介质液体，可膨胀放热，增加输出功，同时可吸收噪声。在机体102的压缩腔开设有喷液开孔A可起到增功降噪的作用。
本发明磁悬浮磁悬浮螺杆式气体膨胀机具有现有技术螺杆式气体膨胀机不可企及的优点：消除了膨胀机旋转运动件的摩擦功耗，实现了无油润滑运转，消除了过滤网增加压力降的缺陷，实现了零泄露，膨胀机的性能和可靠性极大提高。
图7与图5的区别是：图7是径向充磁，而图5是轴向充磁。
图8与图6的区别是：图8的推力磁环是由两块相同磁环相斥组成，而图6是一块磁环。无论图8与图6，推力磁环与静磁环间的磁性均相斥。