[发明专利]环形凸轮以及包括环形凸轮的流体工作机器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于流体工作机器的环形凸轮。与本发明尤其相关的是以下的应用，其中环形凸轮在使用中经受特别大的力，并且特别是用于大型流体工作机器(例如用于风力涡轮机的吊舱内)的环形凸轮。

背景技术

流体工作机器包括受流体驱动的和/或驱动流体的机器，如泵、马达、以及可以在不同的运行模式下作为泵亦或作为马达而起作用的机器。

当流体工作机器作为泵来运行时，一个低压歧管典型地用作工作流体的一种净来源点(net source)而一个高压歧管典型地用作工作流体的净汇收点(net sink)。当流体工作机器作为一台马达来运行时，一个高压歧管典型地用作流体的净来源点而一个低压歧管典型地用作流体的净汇收点。在本说明书和所附权利要求书中，术语“高压”以及“低压”是相对的，并且取决于具体应用。在一些实施方案中，低压工作流体可以处于高于大气压的一个压力，并且可以是大气压的几倍。然而，在所有情况下，低压工作流体将典型地处于比高压工作流体更低的压力。一台流体工作机器可以具有一个以上的低压歧管并且具有一个以上的高压歧管。

大排量环形凸轮式流体工作机器(即：具有一个大型的旋转的环形凸轮的流体工作机器，这个凸轮驱动围绕该凸轮安排的多个径向活塞，其中每个活塞典型地在每圈凸轮旋转上往复运动多次)是已知的并且被提议用于可再生能源的应用中，在这些应用中存在一种低速的旋转输入但有一个相对高速的发电机(Rampen，Taylor & Riddoch，Gearless transmissions for wind turbines，DEWEK，Bremen，Dec.2006)。环形凸轮流体工作机器典型地具有多个滚轮，这些滚轮在一个波状的凸轮上滚动并且运行性地连接到多个活塞上。每个活塞是可滑动地接合在一个缸中，这个缸与活塞一起限定了包含工作流体的一个工作室，该工作室通过一个或多个阀门与高压以及低压歧管相连通。这些活塞是各自可运行的以便在该缸内进行往复运动从而在环形凸轮旋转时改变该工作室容积，这样就执行了一个工作室容积周期，并且在这个过程中工作流体可以被排出。

环形凸轮流体工作机器可以被配置为使得这些活塞与缸被定位在该环形凸轮的内部(该环形凸轮具有一个面向内的工作表面)、或者可以被配置为使得该环形凸轮具有一个面向外的工作表面并且被定位在这些活塞与缸的内部。确实，具有每一种配置的环形凸轮流体工作机器也是已知的，其中该环形凸轮旋转、亦或这些活塞和缸旋转。在这种环形凸轮被定位在内与外两圈活塞与缸之间的情况下，还有可能使环形凸轮既有面向内的也有面向外的工作表面。甚至有可能使这些活塞与缸大致与旋转轴线平行地对齐、并且使环形凸轮具有一个或多个轴向面对的工作表面。

驱动相对小的液压马达的环形凸轮泵已经被提议作为耐用的可变速传动装置(例如)用在风力涡轮机发电机、或潮汐流以及重力供给的水力发电机之中。

多缸流体工作机器(包括环形凸轮流体工作机器)可以是可变排量的流体工作机器(泵亦或马达，或者作为泵亦或马达可运行的机器)，其中每个工作室是可选择的以便由该工作室在一个工作室容积周期的过程中执行一个有效的(或部分有效的)工作室容积周期或者一个空转周期来对从该低压歧管至高压歧管(或与之相反)的流体的时间平均净排量进行调节，在该有效的(或部分有效的)工作室容积周期中存在一个工作流体的净排量，而在该空转周期中基本上不存在工作流体的净排量。

大型环形凸轮式机器维修起来是困难并且昂贵的，甚至为了维修一个工作室就要求将整个机体拆卸。这在可再生能源的应用中可能是特别昂贵的，因为必须从一个难于接近的位置(例如一个风力涡轮机的吊舱)上移动一个笨重的流体工作机器，这伴随着要求大型并且昂贵的运输设备(例如一台起重机)。因此，令人希望的是使得此类大型流体工作机器在原位是可维修的，以此降低或免除对于大部件运输的要求。

此外，大型的流体工作机器(例如适合于可再生能源的那些)是典型地经受着特别高的内力和压力。例如，具有适合于风力涡轮机的尺寸的大型环形凸轮流体工作机器的高压(以及确实其低压)工作流体的压力是特别高的。因此由该环形凸轮接收的来自这些滚轮的力也是很高的，并且已知它使得这些环形凸轮的工作表面受损。已经有人提出用多个区段来组装大型环形凸轮，并且已知由于工作表面上出现的多个不连续点在区段之间的交界处的滚轮压力下使得过度磨损发生在滚轮上以及工作表面上。此外，多个旋转零件本身的重量可以导致过度的环形凸轮磨损。