【技术实现步骤摘要】
流体能量转换装置及转子发动机
本技术涉及流体能量转换装置及转子发动机,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,主要应用于内燃机、汽轮机、水轮机、压缩机、气动马达、液压马达、流体泵、真空泵等领域。
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,如转子发动机、汽轮机、水轮机、压缩机、气动马达、液压马达、液压泵、真空泵等。这些装置设备的机械结构形式种类较多,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
【技术保护点】
1.一种流体能量转换装置,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(17)、第二圆弧线(20)、第一曲线(16)、第二曲线(21)、第三曲线(19)和第四曲线(18)连接而成的闭合线;在转子圆柱面上沿轴向开设有两个腔槽(13),两个腔槽在转子周向上互成180°,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三圆弧线(22)、第四圆弧线(24)、第五曲线(23)和第六曲线(25)连接而成的闭合线,是关于行星辊横截面中心点成中心对称的图形,在以该中心点为原点的平面直角坐标系中,第五曲线的方程式为:/nx
【技术特征摘要】
1.一种流体能量转换装置,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(17)、第二圆弧线(20)、第一曲线(16)、第二曲线(21)、第三曲线(19)和第四曲线(18)连接而成的闭合线;在转子圆柱面上沿轴向开设有两个腔槽(13),两个腔槽在转子周向上互成180°,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三圆弧线(22)、第四圆弧线(24)、第五曲线(23)和第六曲线(25)连接而成的闭合线,是关于行星辊横截面中心点成中心对称的图形,在以该中心点为原点的平面直角坐标系中,第五曲线的方程式为:
x2+(R2-y)2-R12=0,其中:-a≤x≤a,(R2-R1)≤y≤b;
第三圆弧线与第四圆弧线相对于纵坐标轴对称,第三、第四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四曲线之间,第二圆弧线连接在第二曲线与第三曲线之间,第一曲线与第二曲线连接,第三曲线与第四曲线连接,第一、第二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关于转子横截面中心点成中心对称的图形,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相对于纵坐标轴对称,第一曲线与第四曲线以及第二曲线与第三曲线相对于横坐标轴对称;
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,两只行星辊(8)相对于定子(1)只作没有自转的圆周平移运动;
在定子上开设有与所述工作腔相通的两个流体进口(11)和两个流体出口(10),两个流体进口在定子内壁上的贯通口分别位于第一曲线(16)与第二曲线(21)连接点所对应的定子内壁棱线附近的第一曲线所对应的定子内壁曲面一侧,以及第三曲线(19)与第四曲线(18)连接点所对应的定子内壁棱线附近的第三曲线所对应的定子内壁曲面一侧;两个流体出口(10)在定子内壁上的贯通口分别位于第一曲线(16)与第二曲线(21)连接点所对应的定子内壁棱线附近的第二曲线所对应的定子内壁曲面一侧,以及第三曲线(19)与第四曲线(18)连接点所对应的定子内壁棱线附近的第四曲线所对应的定子内壁曲面一侧。
2.根据权利要求1所述流体能量转换装置,其特征在于:所述流体进口(11)在定子内壁上的贯通口分别位于第一曲线(16)、第三曲线(19)所对应的定子内壁曲面上;所述流体出口(10)在定子内壁上的贯通口分别位于第二曲线(21)、第四曲线(18)所对应的定子内壁曲面上。
3.根据权利要求2所述流体能量转换装置,其特征在于:位于第一曲线(16)和第二曲线(21)所对应的定子内壁曲面上的一组流体进口(11)和流体出口(10),以及位于第三曲线(19)和第四曲线(18)所对应的定子内壁曲面上的一组流体进口和流体出口能够同时分别被第五曲线(23)、第六曲线(25)所对应的行星辊曲面遮盖。
4.根据权利要求1所述流体能量转换装置,其特征在于:所述流体进口(11)、流体出口(10)在定子(1)内壁上的贯通口位于定子端部内壁上。
5.根据权利要求4所述流体能量转换装置,其特征在于:当转子(6)旋转至所述的定子内壁棱线与第五曲线(23)、第六曲线(25)所对应的行星辊曲面接触时,两个流体进口(11)和两个流体出口(10)能够同时分别与该行星辊曲面与定子内壁之间所形成的四个密闭空间接通。
6.根据权利要求1所述流体能量转换装置,其特征在于:所述行星辊同步控制机构包括同步齿轮(5)、中心齿轮(3)和同步齿形皮带(4),同步齿轮固定在辊轴(2)的一端,中心齿轮固定在定子(1)上且与转子(6)同轴线,中心齿轮与同步齿轮通过同步齿形皮带传动连接。
7.一种转子发动机,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(17)、第二圆弧线(20)、第一曲线(16)、第二曲线(21)、第三曲线(19)和第四曲线(18)连接而成的闭合线;在转子圆柱面上沿轴向开设有两个腔槽(13),两个腔槽在转子周向上互成180°,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三圆弧线(22)、第四圆弧线(24)、第五曲线(23)和第六曲线(25)连接而成的闭合线,是关于行星辊横截面中心点成中心对称的图形,在以该中心点为原点的平面直角坐标系中,第五曲线的方程式为:
x2+(R2-y)2-R12=0,其中:-a≤x≤a,(R2-R1)≤y≤b;
第三圆弧线与第四圆弧线相对于纵坐标轴对称,第三、第四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四曲线之间,第二圆弧线连接在第二曲线与第三曲线之间,第一曲线与第二曲线连接,第三曲线与第四曲线连接,第一、第二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关于转子横截面中心点成中心对称的图形,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相对于纵坐标轴对称,第一曲线与第四曲线以及第二曲线与第三曲线相对于横坐...
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