旋转式活塞膨胀机传动装置

本发明属于低温设备，具体涉及旋转式活塞膨胀机的传动装置。

背景技术：

1、在天然气工业中，天然气开采气井和输送管网存在着很大的压力能，如何回收这部分压力能至关重要。在天然气压力能回收工艺中,膨胀机是核心装置。目前常用的膨胀机按运动方式和结构形式通常分为两类：一是透平膨胀机，二是活塞膨胀机。尽管透平膨胀机具有流量大、运转效率高的优点，但其在一些天然气高压小体积流量的工况中难以应用。而活塞膨胀机具有结构简单、压比高、易于调节控制，能很好地适用于一些小体积流量、大压比的天然气压力能回收工况，又能保证较高的质量流量。因此，开发活塞式膨胀机在天然气压力能回收领域的技术成为本领域人员的重要需求。

2、常见的往复式活塞膨胀机由于存在进、排气阀流动阻力、不完全膨胀、摩擦热、外热与内部热交换等引起的冷量损失导致了膨胀机效率的降低，而后又相继出现了不用凸轮传动机构的无阀和单阀膨胀机，这种结构是在气缸侧壁开孔，由往复直线运动的活塞控制开口的接通与闭合，减少了膨胀机的运动件，提高了机器运转可靠性。

3、对于旋转式活塞膨胀机，活塞是基于轴承进行旋转运动，通过设置气体进出通道，随着旋转运动周期性接通与闭合，可以较好地实现无阀门结构，并消除摩擦带来的影响，具有结构简单，运行稳定、适应范围大等优点；在旋转式活塞膨胀机中，无阀门的配气结构需要借助机械传动机构来实现，气体推动活塞产出的轴功也需经过传动结构向外输出。因此，研究这种新型的传动装置，并应用于旋转式活塞膨胀机中，对减小旋转式活塞膨胀机的体积、提高膨胀机的运转可靠性具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明提出了旋转式活塞膨胀机的传动装置，旨在将旋转式活塞膨胀机中活塞沿轴的旋转摆动转化成完整的旋转运动向外输出轴功，并带动中心做旋转运动的配气轴机构，实现旋转式活塞膨胀机中配气机构与活塞运动的周期性配合。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：旋转式活塞膨胀机的传动装置，所述旋转式活塞膨胀机包括旋转配气轴、固定轴、摆动活塞轴，高压气体从做旋转运动的旋转配气轴一端流入，并流入固定轴外侧与摆动活塞轴组成的膨胀腔中，带动活塞往复旋转，膨胀后的气体从旋转配气轴的另一端流出；

3、所述传动装置中摆动活塞轴通过中间结构驱动输出轴转动，输出轴再通过驱动与旋转配气轴连接的结构，实现旋转配气轴的旋转运动；所述传动装置包括连杆机构、不完全齿轮机构、棘轮机构或齿条机构。

4、其传动功能为将旋转式活塞膨胀机中活塞沿轴的旋转摆动转化成完整的旋转运动向外输出轴功，并带动中心做旋转运动的配气轴机构，实现旋转式活塞膨胀机中配气机构与活塞运动的周期性配合。

5、所述连杆机构包括连杆、配重块、输出轴，小传动齿轮和大传动齿轮，连杆的一端设置在摆动活塞轴上，另一端与输出轴连接；连杆将摆动活塞轴的往复旋转转化为配重块的单向旋转运动，并带动输出轴向外输出轴功；

6、所述输出轴上固定有小传动齿轮，旋转配气轴上设置大传动齿轮，小传动齿轮与大传动齿轮啮合，带动旋转配气轴转动，控制气体输送。

7、所述连杆两端通过轴承与活塞摆动轴和配重块连接，连杆线型为直线形、抛物线形或圆弧形结构，连杆厚度为5mm～500mm。

8、所述不完全齿轮机构包括不完全齿轮a、不完全齿轮b、直齿轮a、直齿轮b，辅助轴、输出轴、小传动齿轮和大传动齿轮；辅助轴上连接不完全齿轮a和直齿轮a，输出轴上连接不完全齿轮b、直齿轮b和小传动齿轮，不完全齿轮a与不完全齿轮b交替与摆动活塞轴上齿轮啮合，并由直齿轮a、直齿轮b持续传递输出轴与辅助轴的动力，实现两轴的单向运动；

9、输出轴最后通过小传动齿轮和大传动齿轮带动旋转配气轴转动，控制气体输送。

10、所述棘轮机构包括棘轮a、棘轮b、惰轮、摆动轴、摆动轮a、摆动轮b、摆动轮c；摆动轴上连接有摆动轮a、摆动轮b、摆动轮c，其中摆动轮c与摆动活塞轴上设置的齿轮啮合，带动摆动轴运转；摆动轮b先与惰轮啮合完成换向，惰轮再与棘轮b连接传动，摆动轮a则直接与棘轮a啮合传动，实现单向旋转的转换，输出轴功并带动旋转配气轴转动。

11、所述齿条机构包括齿条、导轨、输出轴、小传动齿轮和大传动齿轮；所述齿条于摆动活塞轴上设置的齿轮啮合，并通过与齿条固定连接的导轨向输出轴传递，转化为输出轴的单向旋转运动；在导轨随着齿条往复直线运动的过程中，将动力传递至输出轴的旋转运动向外输出轴功，并通过小传动齿轮和大传动齿轮啮合带动旋转配气轴转动。

12、本发明提供的技术方案具有如下技术效果：

13、这种传动装置可以实现旋转式活塞膨胀机中的传动需求，具体表现为将膨胀机活塞结构中做有限角度往复旋转的运动，向单向旋转运动转化并完成输出，同时，设置可调传动比的齿轮结构，将此单向旋转运动用于控制膨胀机的配气系统，代替了传统的阀门机构，并消除了膨胀机中的电气设备，可靠性高，结构紧凑。传动装置的具体实现方式可分为多种，利用单轴或多轴结构，结合齿轮、齿条、棘轮和连杆等传动构件，完成运动方向的转化与传动比的控制。此结构可安全地运用于低温领域，特别是在天然气压力能回收制冷领域具有重要的前景。

14、当旋转式活塞膨胀机气缸数改变时，活塞的摆角随之改变，传动机构可通过调整轴之间的中心距，或通过改变齿轮的传动比从而实现不同运动角度的切换，并将膨胀机中的配气控制与轴功输出集合于本传动装置中，具有体积小、易维护、可调性高等优点。

技术特征：

1.旋转式活塞膨胀机的传动装置，其特征在于：所述旋转式活塞膨胀机包括旋转配气轴（1）、固定轴（2）、摆动活塞轴（3），高压气体从做旋转运动的旋转配气轴（1）一端流入，并流入固定轴外侧与摆动活塞轴（3）组成的膨胀腔中，带动活塞往复旋转，膨胀后的气体从旋转配气轴（1）的另一端流出；

2.根据权利要求1所述的旋转式活塞膨胀机的传动装置，其特征在于：所述连杆机构包括连杆（4）、配重块（5）、输出轴（6），小传动齿轮（7）和大传动齿轮（8），连杆（4）的一端设置在摆动活塞轴（3）上，另一端与输出轴（6）连接；连杆（4）将摆动活塞轴（3）的往复旋转转化为配重块（5）的单向旋转运动，并带动输出轴（6）向外输出轴功；

3.根据权利要求1或2所述的旋转式活塞膨胀机的传动装置，其特征在于，所述连杆（4）两端分别通过轴承与活塞摆动轴（3）和配重块（5）连接，连杆线型为直线形、抛物线形或圆弧形结构，连杆厚度为5mm～500mm。

4.根据权利要求1所述的旋转式活塞膨胀机的传动装置，其特征在于，所述不完全齿轮机构包括不完全齿轮a（9a）、不完全齿轮b（9b）、直齿轮a（9a）、直齿轮b（10b），辅助轴（11）、输出轴（6）、小传动齿轮（7）和大传动齿轮（8）；辅助轴（11）上连接不完全齿轮a（9a）和直齿轮a（9a），输出轴（6）上连接不完全齿轮b（9b）、直齿轮b（10b）和小传动齿轮（7），不完全齿轮a（9a）与不完全齿轮b（9b）交替与摆动活塞轴（3）上齿轮啮合，并由直齿轮a（9a）、直齿轮b（10b）持续传递输出轴（6）与辅助轴（11）的动力，实现两轴的单向运动；

5.根据权利要求1所述的旋转式活塞膨胀机的传动装置，其特征在于，所述棘轮机构包括棘轮a（12a）、棘轮b（12b）、惰轮（13）、摆动轴（14）、摆动轮a（15a）、摆动轮b（15b）、摆动轮c（15c）；

6.根据权利要求1所述的旋转式活塞膨胀机的传动装置，其特征在于：所述齿条机构包括齿条（16）、导轨（17）、输出轴（6）、小传动齿轮（7）和大传动齿轮（8）；所述齿条（16）于摆动活塞轴（3）上设置的齿轮啮合，并通过与齿条（16）固定连接的导轨（17）向输出轴（6）传递，转化为输出轴（6）的单向旋转运动；在导轨（17）随着齿条（16）往复直线运动的过程中，将动力传递至输出轴（6）的旋转运动向外输出轴功，并通过小传动齿轮（7）和大传动齿轮（8）啮合带动旋转配气轴（1）转动。

技术总结旋转式活塞膨胀机传动装置，属于低温设备技术领域。该传动装置包括连杆机构、不完全齿轮机构、棘轮机构或齿条机构，利用单轴或多轴结构，结合齿轮、齿条、棘轮和连杆等传动构件，完成运动方向的转化与传动比的控制。它将膨胀机活塞结构中做有限角度往复旋转的运动，向单向旋转运动转化并完成输出。同时，设置可调传动比的齿轮结构，将此单向旋转运动用于控制膨胀机的配气系统，代替了传统的阀门机构，并消除了膨胀机中的电气设备，可靠性高，结构紧凑。此结构可安全地运用于低温领域，特别是在天然气压力能回收制冷领域具有重要的前景。技术研发人员：胡大鹏,欧阳聪,赵一鸣受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18