CN114607596B - 一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，包括箱体，箱体内设有涡旋压缩机构、余热回收机构、涡旋膨胀机构以及行星式多轴输出机构；涡旋压缩机构包括电动机、第一静涡旋盘和第一动涡旋盘，用于完成气体的压缩过程；压缩后的气体进入余热回收机构；余热回收机构包括高温容腔，高温容腔上设有余热进气口，利用外部余热完成低温高压气体向高温高压气体的转换；高温高压气体进入涡旋膨胀机构，涡旋膨胀机构包括第二静涡旋盘和第二动涡旋盘，向行星式多轴输出机构输出高速转速。本发明采用了涡轮压缩和涡轮膨胀一体化设计，减小材料浪费，安装有余热回收机构，充分利用余热资源；行星式多轴输出机构实现单一方向输出和双向同时输出。

Description

一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置
技术领域
本发明属于压缩机和齿轮传动技术领域，具体涉及一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置。
背景技术
随着经济高速发展，能源消耗会产生了大量的余热，我国工业领域能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％，我国能源利用率仅为33％左右，比发达国家低约10％，至少50％的工业能耗以各种形式的余热被直接废弃。现有的压缩膨胀一体化机构多采用补燃式加热，不利于能源利用，而且目前的涡旋压缩膨胀一体化装置结构整体尺寸比较大，密封性差，不能适应特殊的工作场地，并且输出结构比较单一，无法满足工业的需求，所以设计一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置是十分必要的。
发明内容
针对上述现有技术遇到的问题，本发明提出了一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。
一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，包括箱体，箱体内由下到上依次设有涡旋压缩机构、余热回收机构、涡旋膨胀机构以及行星式多轴输出机构；
涡旋压缩机构包括电动机、第一静涡旋盘和第一动涡旋盘，用于完成气体的压缩过程；压缩后的气体进入余热回收机构；余热回收机构包括高温容腔、流量传感器、温度传感器以及压力传感器，高温容腔上设有余热进气口，用于利用外部余热完成低温高压气体向高温高压气体的转换；高温高压气体进入涡旋膨胀机构，涡旋膨胀机构包括第二静涡旋盘和第二动涡旋盘，用于完成气体的膨胀过程，向行星式多轴输出机构输出高速转速；
行星式多轴输出机构包括由上到下同轴设置的第一内齿圈和第二内齿圈，第一内齿圈上方设有与其同轴的上行星架，第二内齿圈下方设有与其同轴的中行星架和下行星架；
下行星架中间通过轴承安装有动力输入轴，动力输入轴上端安装有第一水平锥齿轮；中行星架和下行星架上通过轴承安装有动力传输轴，动力输入轴通过行星齿轮将动力传递给动力传输轴，动力传输轴通过行星齿轮将动力传递给第二内齿圈；上行星架和中行星架上通过轴承安装有第一动力输出轴，第二内齿圈通过行星齿轮将动力传递给第一动力输出轴，第一动力输出轴通过行星齿轮将动力传递给第一内齿圈；上行星架中间通过轴承安装有第二动力输出轴，第二动力输出轴下端安装有第二水平锥齿轮，第二水平锥齿轮与第一水平锥齿轮同轴设置；第一水平锥齿轮和第二水平锥齿轮之间设有水平的第三动力输出轴，第三动力输出轴上安装有与第一水平锥齿轮和第二水平锥齿轮啮合的竖直锥齿轮。
进一步地，动力输入轴包括第一动力轴和第二动力轴，第一动力轴从下到上依次包括圆柱段和方形段，圆柱段安装有中心齿轮，方形段通过轴套和第二动力轴连接，第一水平锥齿轮安装在第二动力轴上。
进一步地，动力传输轴下端从下到上依次安装有第一行星齿轮和第二行星齿轮；
第一动力轴能够在轴套内上下移动，当第一动力轴的中心齿轮与第一行星齿轮啮合时，第一动力轴的方形段恰好脱离轴套。
进一步地，上行星架上通过轴承还安装有第四、第五以及第六动力输出轴，第一动力输出轴和第四动力输出轴通过行星齿轮啮合连接，第五动力输出轴和第二内齿圈通过行星齿轮啮合连接，第六动力输出轴和第五动力输出轴通过行星齿轮啮合连接。
进一步地，第一静涡旋盘设置在第一动涡旋盘上方且两者相互啮合，第一静涡旋盘顶部中心设有排气口，排气口与余热回收机构进气口连通，第一静涡旋盘侧壁设有进气口。
进一步地，第一动涡旋盘底部与曲轴连接，电动机输出轴和曲轴通过联轴器连接。
进一步地，第一动涡旋盘和曲轴通过键槽安装有十字环，防止第一动涡旋盘发生自转。
进一步地，余热回收机构进气口位于高温容腔底部，其顶部设有排气口，所述进气口和排气口处均设有流量传感器、温度传感器和压力传感器。
进一步地，余热进气口处设有进气电磁阀和过滤器，排气口处设有排气电磁阀。
进一步地，第二动涡旋盘设置在第二静涡旋盘上方且两者相互啮合；第二静涡旋盘底部中心设有进气口，进气口与余热回收机构排气口连通；第二动涡旋盘顶部与所述动力输入轴键连接。
本发明所带来的有益技术效果为：
本发明与传统输出装置相比，设计新颖，结构简单、装配难度小、运转平稳以及密封性好。本发明采用了涡轮压缩和涡轮膨胀一体化设计，减小材料浪费和工作损耗；同时在涡轮压缩机构和涡轮膨胀机构中间安装有余热回收机构，可以帮助工业回收和利用余热资源；行星式多轴输出机构采用了多种齿轮的啮合传动可以实现同向多轴输出和变向多轴输出，并且输出机构安装有调节功能，可以实现单一方向输出和双向同时输出，以满足工业需求。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明中涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置的立体图；
图2为本发明中涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置的剖视图；
图3为本发明中涡旋压缩机构、余热回收机构以及涡旋膨胀机构的剖视图；
图4为本发明中行星式多轴输出机构的立体图；
图5为本发明中行星式多轴输出机构的主视图；
图6为本发明中余热回收机构的立体图；
其中：1-箱体；2-涡旋压缩机构；201-电动机；202-第一静涡旋盘；203-第一动涡旋盘；204-排气口；205-曲轴；206-进气口；207-联轴器；
3-余热回收机构；301-余热进气口；302-进气口电磁阀；303-过滤器；304-高温容腔；305-流量传感器；306-温度传感器；307-压力传感器；308-排气口电磁阀；
4-涡旋膨胀机构；401-第二静涡旋盘；402-第二动涡旋盘；
5-行星式多轴输出机构；501-第一内齿圈；502-第二内齿圈；503-上行星架；504-中行星架；505-下行星架；506-动力输入轴；5061-第一动力轴；5062-第二动力轴；507-中心齿轮；508-轴套；509-第一水平锥齿轮；510-动力传输轴；511-第一行星齿轮；512-第二行星齿轮；513-第三行星齿轮；514-第一动力输出轴；515-第四行星齿轮；516-第五行星齿轮；517-第二动力输出轴；518-第二水平锥齿轮；519-第四动力输出轴；520-第五动力输出轴；521-第六动力输出轴；522-第六行星齿轮；523-第七行星齿轮；524-第八行星齿轮；525-矩形保持架；526-第三动力输出轴；527-竖直锥齿轮；
具体实施方式
本发明提出了一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
如图1、2所示，一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，包括箱体1，箱体1内由下到上依次设有涡旋压缩机构2、余热回收机构3、涡旋膨胀机构4以及行星式多轴输出机构5；
如图3所示，涡旋式压缩机构2包括电动机201、第一静涡旋盘202和第一动涡旋盘203，用于完成气体的压缩过程；第一静涡旋盘202设置在第一动涡旋盘203上方且两者相互啮合，第一静涡旋盘202顶部中心设有排气口204，排气口204与余热回收机构进气口连通，第一静涡旋盘202侧壁设有进气口206。
第一动涡旋盘203底部与曲轴205连接，电动机输出轴和曲轴205通过联轴器207连接。
第一动涡旋盘203和曲轴205通过键槽安装有十字环，防止第一动涡旋盘203发生自转。
曲轴205在电动机201的驱动下旋转，带动第一动涡旋盘203公转平动旋转，从而将气体通过上述进气口206吸入第一动涡旋盘203涡旋齿外壁与第一静涡旋盘202涡旋齿内壁啮合的月牙形空腔内，完成压缩过程，压缩后气体通过排气口204进入余热回收机构3。
如图4所示，余热回收机构3包括高温容腔304、流量传感器305、温度传感器306以及压力传感器307，余热回收装置进气口位于高温容腔304底部，排气口和进气口均设有流量传感器305、温度传感器306和压力传感器307，余热进气口301处设有进气口电磁阀302和过滤器303，排气口处设有排气口电磁阀308。
当外部余热进入时，打开进气口电磁阀302，余热经过过滤器303过滤后进入高温容腔304，使来自涡旋压缩机构2的低温高压气体转换成高温高压气体，高温高压气体经过流量、温度和压力传感器的检测后进入涡旋膨胀机构4。
如图3所示，涡旋式膨胀机构4包括第二静涡旋盘401和第二动涡旋盘402，用于完成气体的膨胀过程，向行星式多轴输出机构5输出高速转速；第二动涡旋盘402设置在第二静涡旋盘401上方且两者相互啮合；第二静涡旋盘401底部中心设有进气口207，第二动涡旋盘402顶部与动力输入轴506键连接。
高温高压气体从上述进气口207进入第二动涡旋盘402涡旋齿内壁与第二静涡旋盘401涡旋齿外壁啮合的月牙形空腔，在高温气体的推动下，第二动涡旋盘402开始公转平动转动，完成气体膨胀过程，输出高速转速。
如图5、6所示，行星式多轴输出机构5包括由上到下同轴设置的第一内齿圈501和第二内齿圈502，第一内齿圈501上方设有与其同轴的上行星架503，第二内齿圈502下方设有与其同轴的中行星架504和下行星架505；
下行星架505中间通过轴承安装有动力输入轴506，动力输入轴506包括第一动力轴5061和第二动力轴5062，第一动力轴5061从下到上依次包括圆柱段和方形段，圆柱段安装有中心齿轮507，方形段通过轴套508和第二动力轴5062连接，第一水平锥齿轮509安装在第二动力轴5062上。
中行星架504和下行星架505上通过轴承安装有动力传输轴510，动力传输轴510下端安装有第一行星齿轮511和第二行星齿轮512，动力输入轴506通过第一行星齿轮511和第二行星齿轮512将动力传递给动力传输轴510，动力传输轴510上端固定有与第二内齿圈502内啮合的第三行星齿轮513，动力传输轴510通过第三行星齿轮513将动力传递给第二内齿圈502；
上行星架503和中行星架504上通过轴承安装有第一动力输出轴514，第一动力输出轴514下端安装有与第二内齿圈502啮合的第四行星齿轮515，第二内齿圈502通过第四行星齿轮515将动力传递给第一动力输出轴514；第一动力输出轴514上端安装有与第一内齿圈501啮合的第五行星齿轮516，第一动力输出轴514通过第五行星齿轮516将动力传递给第一内齿圈501；
上行星架503中间通过轴承安装有第二动力输出轴517，第二动力输出轴517下端安装有第二水平锥齿轮518，第二水平锥齿轮518和第一水平锥齿轮509同轴设置；
上行星架503通过轴承还安装有竖直的第四、第五以及第六动力输出轴；第四动力输出轴519下端安装有与第五行星齿轮516啮合的第六行星齿轮522，第一动力输出轴514通过第五、第六行星齿轮将动力传递给第四动力输出轴519；第六动力输出轴521下端安装有与第一内齿圈501啮合的第七行星齿轮523，第一内齿圈501通过第七行星齿轮523将动力传递给第六动力输出轴521；第五动力输出轴520下端安装有与第七行星齿轮523啮合的第八行星齿轮524，第六动力输出轴521通过第七、第八行星齿轮将动力传递给第五动力输出轴520；
第一内齿圈501和第二内齿圈502之间设有矩形保持架525，第二动力输出轴517穿过矩形保持架525上轴承圈后安装有第二水平锥齿轮518，第二水平锥齿轮518与第一水平锥齿轮509同轴设置，动力输入轴506的第一动力轴5061穿过矩形保持架525上轴承圈后安装有第一水平锥齿轮509；矩形保持架525两侧通过轴承分别安装有水平的第三动力输出轴526，第三动力输出轴526安装有竖直锥齿轮527，且竖直锥齿轮527的上下两端分别与第二水平锥齿轮518和第一水平锥齿轮509啮合连接，动力输入轴506和第二动力输出轴517通过竖直锥齿轮527将动力传递给第三动力输出轴526。
具体地，第一动力轴5061能够在轴套508内上下移动，当第一动力轴5061上的中心齿轮507与第一行星齿轮511啮合时，第一动力轴5061的方形段恰好脱离轴套508，此时第一动力轴5061旋转，带动动力传输轴510旋转，故第一、第四、第五和第六动力输出轴旋转，第二动力轴5062静止，故第三动力输出轴526静止，实现单一的同向输出；
当第一动力轴5061上的中心齿轮507处于第一行星齿轮511和第二行星齿轮512之间时，均不与第一行星齿轮511和第二行星齿轮512啮合时，第一动力轴5061的方形段伸入轴套508中，此时第一动力轴5061旋转，但动力传输轴510静止，故第一、第四、第五和第六动力输出轴静止；第二动力轴5062旋转，故第三动力输出轴526旋转，实现变向输出；
当第一动力轴5061上的中心齿轮507与第二行星齿轮512啮合时，第一动力轴5061的方形段仍在轴套508中，此时第一动力轴5061旋转，带动动力传输轴510旋转，故第一、第二、第四、第五和第六动力输出轴旋转；第二动力轴5062旋转，故第三动力输出轴526旋转，同时实现同向和变向输出。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，其特征在于，包括箱体，所述箱体内由下到上依次设有涡旋压缩机构、余热回收机构、涡旋膨胀机构以及行星式多轴输出机构；
所述涡旋压缩机构包括电动机、第一静涡旋盘和第一动涡旋盘，用于完成气体的压缩过程；压缩后的气体进入余热回收机构；所述余热回收机构包括高温容腔、流量传感器、温度传感器以及压力传感器，高温容腔上设有余热进气口，用于利用外部余热完成低温高压气体向高温高压气体的转换；高温高压气体进入涡旋膨胀机构，所述涡旋膨胀机构包括第二静涡旋盘和第二动涡旋盘，用于完成气体的膨胀过程，向行星式多轴输出机构输出高速转速；
所述行星式多轴输出机构包括由上到下同轴设置的第一内齿圈和第二内齿圈，所述第一内齿圈上方设有与其同轴的上行星架，所述第二内齿圈下方设有与其同轴的中行星架和下行星架；
所述下行星架中间通过轴承安装有动力输入轴，动力输入轴上端安装有第一水平锥齿轮；所述中行星架和下行星架上通过轴承安装有动力传输轴，动力输入轴通过行星齿轮将动力传递给动力传输轴，动力传输轴通过行星齿轮将动力传递给第二内齿圈；所述上行星架和中行星架上通过轴承安装有第一动力输出轴，第二内齿圈通过行星齿轮将动力传递给第一动力输出轴，第一动力输出轴通过行星齿轮将动力传递给第一内齿圈；所述上行星架中间通过轴承安装有第二动力输出轴，第二动力输出轴下端安装有第二水平锥齿轮，第二水平锥齿轮与第一水平锥齿轮同轴设置；第一水平锥齿轮和第二水平锥齿轮之间设有水平的第三动力输出轴，第三动力输出轴上安装有与第一水平锥齿轮和第二水平锥齿轮啮合的竖直锥齿轮；
所述动力输入轴包括第一动力轴和第二动力轴，所述第一动力轴从下到上依次包括圆柱段和方形段，所述圆柱段安装有中心齿轮，所述方形段通过轴套和第二动力轴连接，所述第一水平锥齿轮安装在第二动力轴上；
所述动力传输轴下端从下到上依次安装有第一行星齿轮和第二行星齿轮；
所述第一动力轴能够在轴套内上下移动，当第一动力轴的中心齿轮与第一行星齿轮啮合时，第一动力轴的方形段恰好脱离轴套；
所述上行星架上通过轴承还安装有第四、第五以及第六动力输出轴，所述第一动力输出轴和第四动力输出轴通过行星齿轮啮合连接，所述第五动力输出轴和第二内齿圈通过行星齿轮啮合连接，所述第六动力输出轴和第五动力输出轴通过行星齿轮啮合连接。
2.根据权利要求1所述的一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，其特征在于，所述第一静涡旋盘设置在第一动涡旋盘上方且两者相互啮合，第一静涡旋盘顶部中心设有排气口，所述排气口与余热回收机构进气口连通，所述第一静涡旋盘侧壁设有进气口。
3.根据权利要求2所述的一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，其特征在于，所述第一动涡旋盘底部与曲轴连接，所述电动机输出轴和曲轴通过联轴器连接。
4.根据权利要求2所述的一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，其特征在于，所述第一动涡旋盘和曲轴通过键槽安装有十字环，防止第一动涡旋盘发生自转。
5.根据权利要求2所述的一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，其特征在于，所述余热回收机构进气口位于高温容腔底部，其顶部设有排气口，所述进气口和排气口处均设有流量传感器、温度传感器和压力传感器。
6.根据权利要求5所述的一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，其特征在于，所述余热进气口处设有进气电磁阀和过滤器，所述排气口处设有排气电磁阀。
7.根据权利要求5所述的一种非补燃式涡旋压缩膨胀一体化多轴输出装置，其特征在于，所述第二动涡旋盘设置在第二静涡旋盘上方且两者相互啮合；所述第二静涡旋盘底部中心设有进气口，进气口与余热回收机构排气口连通；所述第二动涡旋盘顶部与所述动力输入轴键连接。
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