摘要
随着国内双碳战略的发布和节能减排政策的深化推进，能源工业过程中低温余热回收利用正在高速发展，而兼具回转式机械和容积式膨胀机等诸多优点为一体的双螺杆膨胀机，是中低温余热回收利用机组的主要膨胀机类型。 本文根据双螺杆膨胀机的做功特性，首先运用公式推导和理论分析，将转子、壳体模型从数学模型构建为二维结构，再由二维模型通过三维软件构建成为三维模型。在经过对法兰密封面结构和法兰连接形式的选择后，确定了双螺杆膨胀机的流场范围，在分析法兰连接螺栓以及轴承载荷后，进一步确定双螺杆膨胀机热膨胀分析模型的固定约束部位和载荷，为双螺杆膨胀机流场分析及双螺杆膨胀机热膨胀分析的边界条件设定提供理论基础。之后将模型导入有限元分析软件中，进行仿真后发现: (1)分析双螺杆膨胀机流场中压力、温度、转子受力、输出功率等重要参数随热力过程的改变的动态特性。计算得出在额定工况下，阳转子轴向受力约为阴转子轴向受力的4.33倍，阴转子扭矩约为阳转子扭矩的34.6％。阴转子输出功率约为阳转子的23％。 (2)对比分析不同排气方式下，双螺杆膨胀机流场参数的变工况特性后，得出在采用轴向排气口时，出口流量波动相对更大。在相同吸气压力条件下，Φ300双螺杆膨胀机采用径向排气口时的输出功率，比采用轴向排气口时的输出功率高约4.03KW。 (3)随着齿顶间隙量增加，能够减轻工质在轴向上对转子的作用力。但是齿顶间隙平均每增大0.02mm,输出功率损失288.53W。流量增大会使一定区域的湍流动能减小。所以会产生流场湍流动能随着齿顶间隙增大而先升高后降低的现象。湍流动能耗散率总体周期变化趋势与湍流动能周期变化趋势大体一致。 最后，在分别探究双螺杆膨胀机转子与气缸的热膨胀特性后，引出“有效齿顶间隙膨胀量”这一概念，即排除掉气缸本身不受热膨胀变化影响的部位，如径向吸气孔口、排气腔室位置的间隙变化量，之后再计算转子的最大膨胀量和转子侧气缸内壁的最小膨胀量之差，从而得到有效齿顶间隙膨胀量。 本文以中低温双螺杆膨胀机流场动态特性及热膨胀分析为核心，通过理论分析和仿真计算，研究了双螺杆膨胀机流场特性和热膨胀等关键问题，结论可为工程实际应用中的中低温余热回收利用核心装备—双螺杆膨胀机设计与制造,提供一定的参考和依据。
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