螺杆膨胀机工作原理

螺杆膨胀机工作原理

余热发电系统最核心设备为获取余热的换热设备和将热能转换为机械能的热功转换设备。换热设备包括间壁式换热器、蓄热式换热器、热管、余热锅炉等，热功转换设备包括汽轮机、螺杆膨胀机等。

螺杆膨胀机主机主要由一对螺杆转子、缸体、轴承、同步齿轮、密封组件以及联轴节等极少的零件组成，结构简单，其气缸呈两圆相交的“∞”字形，两根按一定传动比反向旋转相互啮合的螺旋形阴、阳转子平行地臵于气缸中。螺杆膨胀机主机是按照螺杆压缩机的逆原理来工作的，其基本结构和螺杆压缩机相同，工作过程相反，螺杆转子可用现有的螺杆压缩机的生产技术来进行生产，但其制造工艺和控制系统要比螺杆压缩机复杂的多。

图1、螺杆膨胀机主机示意图

图2、螺杆膨胀机主机实物图

图3、螺杆膨胀机工作原理示意图

图4、螺杆膨胀机工作过程P-V图

螺杆膨胀机的工作周期由齿间容积中的吸气、膨胀和排气三个过程组成。

吸气过程：有机工质从进气管中流入齿间容积A（如上图左图），吸气结束时，齿间容积A就形成了一个由转子和机壳共同围成的密闭空间；膨胀过程：齿间容积A中的高温高压有机工质在齿间容积中有膨胀的力并对转子施加一个转矩，推动螺杆转动，随着螺杆转动，齿槽A旋转到B、C、D 逐渐加长、容积增大，压力和温度下降，当气体移到位臵D时，膨胀过程结束，这时螺杆齿间容积达到最大；排气过程：有机工质随着转子的不断旋转，通过与齿间容积接通的排气口排出。完成整个膨胀过程。从膨胀的始点到终点，随着膨胀过程的进行，其中气体的压力、温度和焓值（蒸汽具有的做功能力）下降，比容和熵值增加，气体的内能转化为机械能对外做功。上述的气体吸气、膨胀、排气三个过程不断循环重复，并不断对外做功。一般用实际焓值降低与理想膨胀过程焓值降低（等熵焓降）的比值来衡量螺杆膨胀机主机的效率，称为等熵效率或内效率。螺杆膨胀机的内效率与主机型线设计、加工精度、工质、工作状态稳定性等密切相关，目前螺杆膨胀机主机的等熵效率（又称内效率）一般可达65%-75%，而开山股份朗肯循环螺杆膨胀发电机主机在一定条件下的等熵效率可高达85%以上。