[实用新型]基于流体容积变化的能量转换装置

说明书

本实用新型涉及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，定子与转子之间形成密闭的工作腔，转子上沿周向设置有互成120°的三只行星辊，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、第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线、第五曲线和第六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四圆弧线、第五圆弧线、第六圆弧线、第七曲线、第八曲线和第九曲线连接而成的闭合线。本实用新型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。

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。