CN1014920B - 摆轮式流体发动机 - Google Patents

Abstract

一种摆轮式流体发动机，由蜗壳(1)、摆轮(2)、转子(3)、转动轴(4)、端盖(5)所组成，在摆轮正、背面流体压差力的作用下，通过摆动轴处带动转子(3)、转动轴(4)转动，达到把流体压力能转换为转子(3)转动的机械能输出，适用于气体、液体、气液体的流体压力能回收利用和液压传动的场合，具有结构简单、性能稳定、能量转换率高、应用范围广和适应性强等特点。

Description

本发明属于流体发动机，尤其摆轮式流体发动机，适用于液体、气液两相流体及气体压差能的回收利用和液压传动的场合。

在本发明作出之前，通常使用的流体发动机为滑片式液压马达之类，它主要由蜗壳、滑片、转子、转动轴、端盖所组成，流体从滑片式液压马达进入，由于滑片正、背面的流体存在压差，在该压差力的推动下，滑片将力传给转子，使转子和转动轴转动，流体从滑片式液压马达出口流出，于是把流体的压力位能转换为转子转动的机械能输出，达到流体压力能回收利用和液压传动的效果，具有流体额定工作压力较高、能量转换率较高等优点，可用于流体压强降低时比容增大明显的场合，但结构较复杂、摩擦损耗大、对流体中的污物较敏感，容易出故障等缺点。还有一种德国P2739036.9号专利，它主要由管壳、摆轮、转子、端盖、转动轴所组成，三个摆轮组合在转子上，并可以形成相当于圆柱形状，然后套在管壳的孔管里，使其圆柱母线与管壳的孔管母线靠拢形成密封线，由于孔管直径大、转子直径小，于是转子的外径与管壳的孔管之间形成月牙形通道，接近月牙形通道的两端管壳上分别有一个进口通道和一个出口通道与月牙形通道构成通路，当转子转动时，摆轮在离心力的作用下张开，由于它只有三个摆轮，因此它只有一个摆轮落在管壳进出口通道之间的月牙形通道上把进出口通路隔开，其一侧与管壳的进口通道构成通路并承受进口流体的压强，另一侧与管壳的出口通道构成通路并承受出口流体的压强，在摆轮两侧压差力的作用下摆轮把力传给转子从而推动转子转动对外界作功，该液压马达结构简单，工作可靠，对流体中污物的敏感性小，可用于一般液体压差能回收和液压传动，由于只有一个摆轮置于月牙形通道中，所以不能在该通道上形成彼此弧立的密封室（只能短暂形成密封室），处在月牙形通道中的摆轮承受进出口流体的全部的压差力，承受的弯矩大，摆轮与管壳的孔管壁的接触线压强大，与孔管壁的摩擦力大，流体从两侧的漏损大，容积效率低，同时由于摆轮在月牙形通道中不能形成密封室，从而流体在月牙形通道中没有比容变化的过程，所以流体在经过该通道的过程中其热力学状态不变，也就不能将流体的内能转变为膨胀功，所以德国P2739036.9号专利只能用于油等液体的压差能回收及液压传动的作用，且输出力矩波动较大，不能用于气、液两相流体、更不适用于气体的压差能回收与传动。

本发明的任务是提供一种结构简单、应用范围广、适应性强、摩擦损耗小、能量转换率高的摆轮式流体发动机。

由蜗壳1、摆轮2、转子3、转动轴4及端盖5组成的摆轮式流体发动机，其中转子3为圆柱形，其圆周上开有圆孔形或具有轴向迷宫槽的开口孔及供嵌进摆轮2的槽，摆轮2的A端是圆柱形 或具有轴向迷宫槽的圆柱形或带有棱柱形的多边形，摆轮2A端套在转子3的开口孔中并可贴靠转子3形成圆柱形状，转子3与转动轴4通过键固定在一起，摆轮2、转子3与转动轴4组成转动组件并通过转动轴4套在端盖5上的轴承内，二个端盖5通过螺钉与蜗壳1连结固定，摆轮2、转子3的侧面与两个端盖5之间为无间隙滑配合（或间隙很小），主要是蜗壳1与转子3配合部分的内腔是圆孔面，沿着转子3的旋转方向蜗壳1内腔的其余部分，其圆弧半径逐渐增大并有过渡段与圆孔面相连接，转子3与蜗壳1内腔的圆孔面构成配合关系保持微小间隙，蜗壳1中圆弧半径逐渐增大的内腔与转子3的横截面构成弯曲的啦叭形通道，该啦叭形通道的横截面积由进口至出口逐渐增大并与蜗壳1的进口与出口构成通路，当转子3运转时摆轮2摔开将弯曲的啦叭形通道分隔成彼此独立的密封室，且从进口至出口各密封室的容积是逐个增大，在转子3运转中由两个相邻摆轮2构成的密封室的容积从进口处为最小，它随着转子3运转而移动的过程中逐渐增大，至接通出口之前为最大，转子3圆周上开有开口孔的数目至少5个。

本发明的摆轮式流体发动机与现有技术相比，本发明的流体发动机由于蜗壳1内腔具有特殊形面，从而创造了一个或两个尤如弯曲的啦叭形流体通道，至少有五个摆轮2且至少有两个相邻的摆轮2同时置于啦叭形通道里并形成至少一个以上密封室，它将随转子3的转动而移动使容积逐渐增大，因而被封闭在密封室里的定质量的流体的比容逐步增大，压强降低，因此，流体从外界进入摆轮式流体发动机后，其热力学状态在啦叭形通道中逐渐改变直至过渡到出口状态，所以流体能做到将外界的能量传给转子3外，同时流体本身的内能也能转变为膨胀功对转子3作功，流体在发动机的进出口压差力是由置于啦叭形通道中的几个摆轮2所分担，每个摆轮2承受的弯矩小，摆轮2两侧的流全压力之差小，摆轮2压在蜗壳1内腔壁面的压力小，因此摩擦力小、流体的漏损少，其容积效率高，而且转动轴4输出的扭矩波动小，本发明与德国P2739036.9号专利的液压马达相比，本发明突出的技术进步是创造了提供气体膨胀作功的条件，多个摆轮承受流体的压差力，工作效率高，工作平衡，摩擦力小，使用寿命长，适用性广，既能用于液体，还能用于气液两相流体及气体的压差能回收利用及液压传动的场合，同时大大降低了对流体中污物的敏感程度。

图1为摆轮式流体发动机的结构示意图。

其中1-蜗壳，2-摆轮，3-转子，4-转动轴，5-端盖。

图2为摆轮式流体发动机的工作原理图。

其中1-蜗壳，2-摆轮，3-转子，4-转动轴。

本发明的摆轮式流体发动机，其结构特征和工作原理为：包含有蜗壳1、摆轮2、转子3、转动轴4、端盖5，其中转子3的形状为圆柱形，其圆周上开有开口圆孔或具有轴向迷宫槽的开口孔及供嵌进摆轮2的槽，摆轮2的A端是圆柱形或具有轴向迷宫槽的圆柱形或带有棱柱形的多边形，摆轮2A端套在转子3的开口孔中，转子3与转动轴4通过键固定在一起，摆轮2、转子3、转动轴4组成转动组件并通过转动轴4一起套在端盖5的轴承内，二端盖5通过螺钉与蜗壳1连接固定，摆轮2、转子3的侧面与二个端盖5之间为无间隙滑配合（或间隙很小），蜗壳1与转子3配合部分的内腔是圆孔面，沿着转子3的旋转方向蜗壳1内腔的其余部分，其圆弧半径逐渐增大并有过渡段与圆孔面相连接，转子3与蜗壳1内腔的圆孔面构成配合关系保持微小间隙，蜗壳1中圆弧半径逐渐增大的内腔与转子3间的横截面构成弯曲的啦叭形通道，该啦叭形通道的横截面积由进口至出口逐渐增大并与蜗壳1的进口与出口构成通路，在流体的冲击下与转子3运转时摆轮2摔开将弯曲的啦叭形通道分隔成彼此独立的密封室，且从进口至出口各密封室的容积是逐个增大，在转子3运转中由两个相邻摆轮2构成的密封室的容积从进口处起为最小，它随着转子3运转而移动的过程中逐渐增大，至接通出口之前为最大，当转子3运转时每相邻摆轮2经过蜗壳1的流体进口处时，在流体的冲击下和离心力的作用下摆轮2张开，流体就充满两摆轮2间的空间，然后转入机器内部的啦叭形通道，流体就被两摆轮2、蜗壳1的内腔、两端盖5及转子3所构成的密封室密封在里面，并将这一部分流体从机器内部啦叭形通道的进口处带到出口处，随之接通蜗壳1的出口通道且驱出蜗壳1，摆轮2转回靠拢转子3等待下次接纳进口流体，每个摆轮2都依次往复而将流体从蜗壳1的进口流入，从出口流出带动转 子3转动，从机器结构介绍中可知该密封室的转移过程中，从啦叭形通道的进口到出口其容积是逐渐增大，因此，被密封在其密封室中的流体的比容将逐渐增大（流体的质量不变而容积增大），因此其中的流体压强逐渐下降（温度也降低），导至在弯曲的啦叭形通道上的各摆轮2的正、背面压强不一样，形成压差，摆轮2在压差力的作用下推动着转子3转动，不难看出，蜗壳1的进出口的总压差力被啦叭形通道中各密封室分隔成多项分压差力并由组成密封室的各摆轮2分摊承受共同推动转子3运转，把流体的压差能转换为转子3运转对外作功，同时由于流体在啦叭形通道中比容不断均匀增大，温度降低，把内能转变为膨胀功对转子3作功继而转子对外作功，所以流体通过摆轮式流体发动机时，发动机共得到两部分能量，即流体进出发动机的流动功之差及流体本身内能的变化，达到流体压力能回收利用和液压传动的效果，还有由于在啦叭形通道上的摆轮2承受的压差力小，所以流体的漏损小，摆轮2与蜗壳1的内腔壁面的摩擦力小，因而发动机的容积效率高、总效率也高。

图1、图2是本发明的一个实施例。如图1、图2所示，包含有蜗壳1、摆轮2、转子3、转动轴4、端盖5的摆轮式流体发动机，其中转子3的形状为圆柱形，其圆周上开有9个开口圆孔及供嵌进摆轮2的槽，摆轮2A端为圆柱形并套在转子3的开口孔中，转子3与转动轴4通过键固定在一起，摆轮2、转子3、转动轴4共同组成转动组件并通过转动轴4一起套在端盖5的轴承内，二端盖5通过螺钉与蜗壳1连结固定，摆轮2、转子3的侧面与二端盖5之间为无间隙滑配合（或间隙很小），转子3与两端盖5之间装有密封圈，蜗壳1与转子3配合部分的内腔为圆孔面，沿着转子3的旋转方向蜗壳1内腔的其余部分，其圆弧半径逐渐增大并有过渡段与圆孔面相连接，转子3与蜗壳1内腔的圆孔面构成配合关系使保持微小间隙，蜗壳1中圆弧半径逐渐增大的内腔与转子3间的横截面构成弯曲的啦叭形通道，该啦叭形通道的横截面积由进口至出口逐渐增大并与蜗壳1的进口与出口构成通路，当高压流体从摆轮式流体发动机进口进入时，在流体的冲击下和转子3旋转时摆轮2在离心力的作用下，摆轮2A端的圆柱母线与转子3开口孔的母线相重迭构成摆动轴线，摆轮2绕着其A端上轴线摆动摔开，于是每相邻两个摆轮2构成一个小密封室，共在啦叭形通道中由五个摆轮2构成四个密封室且从进口至出口其容积逐级增大，流体压强逐级降低，进出流体的总压差被分割为五个分压差组成，通道中的摆轮2正背面承受流体的分压差力使摆轮2B端母线靠紧在蜗壳1的内腔表面母线上，摆轮2所受的力通过摆动轴线处付给转子3产生转子3的转动力矩，使转子3和转动轴4转动，从而流体从摆轮式流体发动机进口处的热力学状态进入啦叭形通道，其比容不断增大、压强下降、温度也下降过渡到出口处的热力学状态老而排出，于是把流体压力能及内容转换为转子3转动的机械能，达到流体压力能回收利用和液压传动的效果，与德国专利其文件登记号P2739036.9相比，本发明的摆轮式流体发动机，流体在啦叭形通道经过时有热力学过程，由进口状态过渡到出口状态，能将流体的内能转换为膨胀功，同时流体的进出口压差能分割成五个分压差由五个摆轮分别承担，而德国专利，流体在其月牙形通过经过时没有热力学状态变化的过程，也就不能把其内能转换为膨胀功，同时流体的进出口压差不能被分割，只能由一个摆轮承担，因此本发明的摆轮式流体发动机其结构简单、性能稳定可靠、摩损小、能量转换率高，适用范围广、适应性强等优点，能适用于液体、气液两相流体及气体的流体压力能回收利用和液压传动的场合，特别适用于小流量流体（尤其溶有气体的液体）压力能的回收利用，大大降低了对流体中污物的敏感性，易于实施，具有较大的社会经济效益。

Claims (2)

1、一种摆轮式流体发动机，包含有蜗壳(1)、摆轮(2)、转子(3)、转动轴(4)、端盖(5)，其中转子(3)的形状为圆柱形，其圆周上开有圆孔形或具有轴向迷宫槽的开口孔及供嵌进摆轮(2)的槽，摆轮(2)的A端是圆柱形或具有轴向迷宫槽的圆柱形或带有棱柱形的多边形，摆轮(2)A端套在转子(3)的开口孔中，转子(3)与转动轴(4)通过键固定在一起，摆轮(2)、转子(3)、转动轴(4)组成转动组件并通过转动轴(4)一起套在端盖(5)的轴承内，二个端盖(5)通过螺钉与蜗壳(1)连接固定，摆轮(2)、转子(3)的侧面与二个端盖(5)之间为无间隙滑配合(或间隙很小)，其特征是蜗壳(1)与转子(3)配合部分的内腔是圆孔面，沿着转子(3)的旋转方向蜗壳(1)内腔的其余部分，其圆弧半径逐渐增大并有过渡段与圆孔面相连接，转子(3)与蜗壳(1)内腔的圆孔面构成配合关系保持微小间隙，蜗壳(1)中圆弧半径逐渐增大的内腔与转子(3)间的横截面构成弯曲的啦叭形通道，该啦叭形通道的横截面积由进口至出口逐渐增大并与蜗壳(1)的进口与出口构成通路，当转子(3)运转时摆轮(2)摔开将弯曲的啦叭形通道分隔成彼此独立的密封室，且从进口至出口各密封室的容积是逐个增大，在转子(3)运转中由两个相邻摆轮(2)构成的密封室的容积从进口处起为最小，它随着转子(3)运转而移动的过程中逐渐增大，至接通出口之前为最大。

2、如权利要求1所述的发动机，其特征是转子（3）圆周上开有开口孔的数目至少5个。