基于流体容积变化的能量转换装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及基于流体容积变化的能量转换装置。包括定子和转子，定子与转子之间形成密闭的工作腔，转子沿周向均匀设置有五只行星辊，工作腔横截面的外轮廓线是由第一、第二、第三、第四、第五圆弧线、第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十曲线连接而成的闭合线，工作腔横截面的内轮廓线是以转子轴心为圆心、转子半径为半径的圆，行星辊横截面的轮廓线是由第六、第七、第八、第九、第十圆弧线、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五曲线连接而成的闭合线。本实用新型专利技术能够同时满足流体容积可变、流体可靠密封和转子相对于定子内腔同轴线旋转的要求，以提升能量转换装置的性能。

Energy conversion device based on fluid volume change

【技术实现步骤摘要】
基于流体容积变化的能量转换装置
本技术涉及一种基于流体容积变化的能量转换装置，可通过流体容积变化，将流体压力势能转换为驱动扭矩，或将输入扭矩转换为流体动能或势能，主要应用于汽轮机、水轮机、压缩机、气动马达、液压马达、液压泵、真空泵等流体机械领域。
技术介绍
目前，许多流体能量转换装置是通过流体的容积变化来实现能量的转换或流体的输送，而流体容积的变化大多是通过定子与转子之间的相对旋转运动来实现，如汽轮机、水轮机、压缩机、气动马达、液压马达、流压泵、真空泵等。这些装置设备的机械结构形式种类繁多，有叶片式、叶轮式、涡轮式、涡旋式、转轮式、旋片式、旋摆式、滑片式、齿轮式、螺杆式、罗茨式、爪式等，但这些结构形式均无法同时满足流体容积可变、流体可靠密封和转子相对于定子内腔同轴线旋转的要求，从而导致一些缺陷的存在。一、叶片式：如汽轮机转子上的叶片，大量叶片在转子上按一定方式排列、组合，主要是动能的转换，压力势能转换较少。缺陷：密封性差，转换效率低，结构复杂。二、转轮式：如水轮机转子上的转轮，通过转子上的多个转轮实现对水流势能、动能的转换。缺陷：密封性差，转换效率低，震动大。三、旋片式：缸体内偏心配置的转子旋转时，迫使转子纵向凹槽内的滑片紧贴缸壁沿径向自由滑动，促使流体循环进出，主要应用于液体马达、气动马达、压缩机、真空泵等。缺陷：旋片与转子和泵腔之间存在滑动摩擦，旋片不仅作直线往复运动、还作偏心旋转，密封性不高，转速不高，磨损、能耗、震动较大。四、旋摆式：转子在缸体内绕偏心轴转动，通过滑片或滑阀分隔流体，使相隔容积发生周期性变化,促使流体进出。主要应用于真空泵等。缺陷：密封性差，动平衡性能较差，磨损较大，振动噪音大，转速低，能效低。五、螺杆式：通过缸内一对互相啮合的螺旋形阴阳转子（螺杆）的反向转动，促使流体进出（或压缩），主要应用于液体泵、压缩机、真空泵、鼓风机等。缺陷：加工及装配难度均较大，螺杆外形及动态啮合方式决定其密封效果难以提高，间隙泄漏较大，成本高，体积大、排量较小，某些情况下震动较大。六、罗茨式：通过缸内两个相互啮合的罗茨转子（8字形、三叶形、四叶形）的同步、反向旋转，促使流体循环进出，主要应用于压缩机、真空泵、鼓风机等。缺陷：转子外形及啮合方式导致其密封效果难以提高，间隙泄漏较大，能效不高，加工难度大。七、涡旋式：由两个双函数方程型线的动、静涡盘相互啮合而成，动盘在偏心轴驱动下，绕静盘基圆中心做很小半径的平移偏心转动（不自转），流体在动、静涡盘啮合所组成的若干个月牙形压缩腔内被逐步压缩，然后由静盘中心的轴向孔连续排出，主要应用于压缩机等。缺陷：密封性差，间隙泄漏较大、压缩比低，动盘的偏心运动限制了转速提高、且带有震动，容积流量较低。八、叶轮式：如燃气轮机和喷气发动机，其叶轮一般由轮盘、轮盖和叶片等部件组成。流体在叶轮叶片的作用下，随叶轮作高速旋转，流体受旋转离心力的作用，以及在叶轮里的扩压流动，使它通过叶轮后的压力得到提高。缺陷：较低压缩比影响燃料燃烧效率，噪音大。九、涡轮式：如燃气轮机和喷气发动机，其涡轮是利用具有能量的流体冲击其旋浆式叶片，推动与涡轮连接的主轴旋转，将流体的动能转换成机械能。缺陷：涡轮对燃气动能的转换利用率较低、容易给喷气造成紊流。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于流体容积变化的能量转换装置，使其能够同时满足流体容积可变、流体可靠密封和转子相对于定子内腔同轴线旋转的要求，以提升能量转换装置的性能。本技术所述基于流体容积变化的能量转换装置，包括定子和位于定子内腔中的转子，转子通过转子轴可旋转地支撑在定子的两端，转子为圆柱体形，其在定子内腔中与定子内腔同轴线转动配合，在与转子转动配合的定子的圆柱形内腔壁上，沿周向开设有凹槽，使定子与转子之间形成密闭工作腔，该工作腔横截面的内轮廓线为以转子轴心为圆心、转子半径为半径的圆，该工作腔横截面的外轮廓线是由第一圆弧线、第二圆弧线、第三圆弧线、第四圆弧线、第五圆弧线、第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线、第五曲线、第六曲线、第七曲线、第八曲线、第九曲线和第十曲线连接而成的闭合线；在转子圆柱面上沿轴向开设有五个腔槽，五个腔槽在转子周向上均匀布置，腔槽横截面的轮廓线为圆弧线，腔槽的两端面分别与所述凹槽的两侧面齐平，腔槽内设置有行星辊，行星辊通过辊轴可旋转地支撑在转子的两端，且行星辊与腔槽同轴线，行星辊横截面的轮廓线是由第六圆弧线、第七圆弧线、第八圆弧线、第九圆弧线、第十圆弧线、第十一曲线、第十二曲线、第十三曲线、第十四曲线和第十五曲线连接而成的闭合线，是以行星辊横截面中心点为旋转对称中心、旋转角为72°的旋转对称图形，在以该中心点为原点的平面直角坐标系中，第六圆弧线与第七圆弧线、第八圆弧线与第十圆弧线、第十二曲线与第十五曲线、第十三曲线与第十四曲线分别相对于纵坐标轴对称，第十一曲线的方程式为：x2+(R2-y)2-R12=0，其中，-a≤x≤a，（R2-R1）≤y≤b。第六、第七、第八、第九、第十圆弧线的半径与所述腔槽横截面轮廓线的半径一致，为R3-R1。所述工作腔横截面的外轮廓线中，第一圆弧线连接在第一曲线与第十曲线之间，第二圆弧线连接在第二曲线与第三曲线之间，第三圆弧线连接在第四曲线与第五曲线之间，第四圆弧线连接在第六曲线与第七曲线之间，第五圆弧线连接在第八曲线与第九曲线之间，第一曲线与第二曲线连接，第三曲线与第四曲线连接，第五曲线与第六曲线连接，第七曲线与第八曲线连接，第九曲线与第十曲线连接，第一、第二、第三、第四、第五圆弧线是以转子轴心为圆心的圆弧线，工作腔横截面的外轮廓线是以转子横截面中心点为旋转对称中心、旋转角为72°的旋转对称图形，在以该中心点为原点的平面直角坐标系中，第一圆弧线与第二圆弧线、第三圆弧线与第五圆弧线、第一曲线与第二曲线、第三曲线与第十曲线、第四曲线与第九曲线、第五曲线与第八曲线、第六曲线与第七曲线分别相对于纵坐标轴对称，第一曲线的方程式为：（x-a）2+（y-b）2-R12=0，其中，0≤x≤a·R3/（R3-R1），b·R3/（R3-R1）≤y≤（R1+b）。第二曲线的方程式为：（x+a）2+（y-b）2-R12=0，其中，-a·R3/（R3-R1）≤x≤0，b·R3/（R3-R1）≤y≤（R1+b）。上述各式中，a=R1·(1-((R22+2·R1·R3-R32)/(2·R1·R2))2)1/2,b=(R22-2·R1·R3+R32)/(2·R2)。其中R1为行星辊轴线与转子轴线之间的距离，R2为转子的半径，R3为工作腔横截面外轮廓线中第一、第二、第三、第四、第五圆弧线的半径。所述行星辊在腔槽内与腔槽转动配合，行星辊的两端面与腔槽的两端面及所述凹槽的两侧面贴合。在转子端面侧设置有行星辊同步控制机构，当转子旋转时，在行星辊同步控制机构作用下，五只行星辊相对于定子只作没有自转的圆周平移运动。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于流体容积变化的能量转换装置，包括定子（1）和位于定子内腔中的转子（6），转子通过转子轴（7）可旋转地支撑在定子的两端，其特征在于：所述转子为圆柱体形，其在定子内腔中与定子内腔同轴线转动配合，在与转子转动配合的定子的圆柱形内腔壁上，沿周向开设有凹槽（9），使定子与转子之间形成密闭工作腔（12），该工作腔横截面的内轮廓线为以转子轴心为圆心、转子半径为半径的圆，该工作腔横截面的外轮廓线是由第一圆弧线（28）、第二圆弧线（16）、第三圆弧线（19）、第四圆弧线（22）、第五圆弧线（25）、第一曲线（14）、第二曲线（15）、第三曲线（17）、第四曲线（18）、第五曲线（20）、第六曲线（21）、第七曲线（23）、第八曲线（24）、第九曲线（26）和第十曲线（27）连接而成的闭合线；在转子圆柱面上沿轴向开设有五个腔槽（13），五个腔槽在转子周向上均匀布置，腔槽横截面的轮廓线为圆弧线，腔槽的两端面分别与所述凹槽的两侧面齐平，腔槽内设置有行星辊（8），行星辊通过辊轴（2）可旋转地支撑在转子的两端，且行星辊与腔槽同轴线，行星辊横截面的轮廓线是由第六圆弧线（38）、第七圆弧线（30）、第八圆弧线（32）、第九圆弧线（34）、第十圆弧线（36）、第十一曲线（29）、第十二曲线（31）、第十三曲线（33）、第十四曲线（35）和第十五曲线（37）连接而成的闭合线，是以行星辊横截面中心点为旋转对称中心、旋转角为72°的旋转对称图形，在以该中心点为原点的平面直角坐标系中，第六圆弧线与第七圆弧线、第八圆弧线与第十圆弧线、第十二曲线与第十五曲线、第十三曲线与第十四曲线分别相对于纵坐标轴对称，第十一曲线的方程式为：/nx...

【技术特征摘要】
1.一种基于流体容积变化的能量转换装置，包括定子（1）和位于定子内腔中的转子（6），转子通过转子轴（7）可旋转地支撑在定子的两端，其特征在于：所述转子为圆柱体形，其在定子内腔中与定子内腔同轴线转动配合，在与转子转动配合的定子的圆柱形内腔壁上，沿周向开设有凹槽（9），使定子与转子之间形成密闭工作腔（12），该工作腔横截面的内轮廓线为以转子轴心为圆心、转子半径为半径的圆，该工作腔横截面的外轮廓线是由第一圆弧线（28）、第二圆弧线（16）、第三圆弧线（19）、第四圆弧线（22）、第五圆弧线（25）、第一曲线（14）、第二曲线（15）、第三曲线（17）、第四曲线（18）、第五曲线（20）、第六曲线（21）、第七曲线（23）、第八曲线（24）、第九曲线（26）和第十曲线（27）连接而成的闭合线；在转子圆柱面上沿轴向开设有五个腔槽（13），五个腔槽在转子周向上均匀布置，腔槽横截面的轮廓线为圆弧线，腔槽的两端面分别与所述凹槽的两侧面齐平，腔槽内设置有行星辊（8），行星辊通过辊轴（2）可旋转地支撑在转子的两端，且行星辊与腔槽同轴线，行星辊横截面的轮廓线是由第六圆弧线（38）、第七圆弧线（30）、第八圆弧线（32）、第九圆弧线（34）、第十圆弧线（36）、第十一曲线（29）、第十二曲线（31）、第十三曲线（33）、第十四曲线（35）和第十五曲线（37）连接而成的闭合线，是以行星辊横截面中心点为旋转对称中心、旋转角为72°的旋转对称图形，在以该中心点为原点的平面直角坐标系中，第六圆弧线与第七圆弧线、第八圆弧线与第十圆弧线、第十二曲线与第十五曲线、第十三曲线与第十四曲线分别相对于纵坐标轴对称，第十一曲线的方程式为：
x2+(R2-y)2-R12=0，其中，-a≤x≤a，（R2-R1）≤y≤b;
第六、第七、第八、第九、第十圆弧线的半径与所述腔槽横截面轮廓线的半径一致，为R3-R1；
所述工作腔横截面的外轮廓线中，第一圆弧线连接在第一曲线与第十曲线之间，第二圆弧线连接在第二曲线与第三曲线之间，第三圆弧线连接在第四曲线与第五曲线之间，第四圆弧线连接在第六曲线与第七曲线之间，第五圆弧线连接在第八曲线与第九曲线之间，第一曲线与第二曲线连接，第三曲线与第四曲线连接，第五曲线与第六曲线连接，第七曲线与第八曲线连接，第九曲线与第十曲线连接，第一、第二、第三、第四、第五圆弧线是以转子轴心为圆心的圆弧线，工作腔横截面的外轮廓线是以转子横截面中心点为旋转对称中心、旋转角为72°的旋转对称图形，在以该中心点为原点的平面直角坐标系中，第一圆弧线与第二圆弧线、第三圆弧线与第五圆弧线、第一曲线与第二曲线、第三曲线与第十曲线、第四曲线与第九曲线、第五曲线与第八曲线、第六曲线与第七曲线分别相对于纵坐标轴对称，第一曲线的方程式为：
（x-a）2+（y-b）2-R12=0，其中，0≤x≤a·R3/（R3-R1），b·R3/（R3-R1）≤y≤（R1+b）;
第二曲线的方程式为：
（x+a）2+（y-b）2-R12=0，其中，-a·R3/（R3-R1）≤x≤0，b·R3/（R3-R1）≤y≤（R1+b）;
上述各式中，a=R1·(1-((R22+2·R1·R3-R32)/(2·R1·R2))2)1/2,
b=(R22-2·R1·R3+R32)/(2·R2);
其中R1为行星辊轴线与转子轴线之间的距离，R2为转子的半径，R3为工作腔横截面外轮廓线中第一、第二、第三、第四、第五圆弧线的半径；
所述行星辊在腔槽内与腔槽转动配合，行星辊的两端面与腔槽的两端面及所述凹槽的两侧面贴合；
在转子（6）端面侧设置有行星辊同步控制机构，当转子旋转时，在行星辊同步控制机构作用下，五只行星辊（8）相对于定子（1）只作没有自转的圆周平移运动；
在定子（1）上开设有与所述工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松，
申请(专利权)人：李松，
类型：新型
国别省市：重庆;50