CN101619660B - 异型腔原动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开的异型腔原动机包括壳体、转子及两块盖板构成。壳体为带有异型面内腔、进口和出口的柱体，异型面内腔由圆弧面和非圆弧面组合而成。转子由转子本体和两对组合滑板组成，转子本体为加工有传动轴、定心轴和十字交叉导向槽的圆柱体，组合滑板安装在导向槽内。盖板为加工有轴承孔的平板。壳体的两个端面与盖板配合，构成密封腔。在密封腔内，转子通过传动轴和定心轴与盖板上的轴承孔配合。工作时，进口和出口之间流体的压力差驱动转子转动，传动轴向外输出动力，同时，异型面内腔的非圆弧面使两对组合滑板交叉滑动。转子每转动一周，在腔体内形成4个标准容积，因此有等量流体流过腔体。通过计数转子的转动周数，可以计量流体的流量。

Description

异型腔原动机 

技术领域

本发明涉及异型腔原动机，属流体机械和能源技术领域。 

背景技术

原动机是将水能、风能、热能、电能等自然能量或人造能量转化为机械原动力的机械装置，可以按照所使用能源类型的区别划分成不同的种类，例如水轮机、风力机、燃气轮机、蒸汽机、电动机、液压马达等。其中水轮机和液压马达属液力原动机，前者能够将液体(水)的动能转化为输出轴的旋转驱动力，后者则将液体的压力能转化为输出轴的旋转驱动力。原动机作为现代生产和生活的主要动力来源，其技术水平，不仅直接影响能源利用率和其它资源消耗，而且与保障安全生产和降低产出成本密切相关。因此，现代经济和产业技术的发展对原动机提出了更高的要求，包括能量效率、功率范围、转动速度、运转稳定性、工作可靠性、流量可调节性、结构复杂性、强度、重量、体积、安装条件、可维护性、制造工艺性等诸多方面。 

现有每一个主要类型的原动机，都有经过长期研究和使用形成的一些基本结构形式。例如在水轮机方面，有反击式水轮机和冲击式水轮机两大类，其中反击式水轮机又分为轴流式、贯流式、混流式及斜流式等结构形式。又如液压马达有齿轮式、叶片式、径向柱塞式和轴向柱塞式几种基本结构类型。但是，仅凭改进和完善现有形式的原动机，并不能完全适应新的技术和经济性需求。这是由于原动机的一些主要技术性能指标之间存在着相互制约，而在原动机的原有结构形式下，这些矛盾(与原动机的特定构造和工作特性有关)难以得到有效解决。水轮机的能量转换效率、抗空化能力、比转速三项性能，就是这种情况。液压马达的低速稳定性、转矩脉动、容积效率、结构复杂度之间也有同样的问题。 

因此，克服现有原动机存在的缺陷，需要寻求新的结构形式和工作原理。此外，现有的原动机一般都不能计量流量，而计算机网络技术的广泛应用和生产管理科学化的发展趋势，必然会要求原动机具备流量计量功能。 

发明内容

本发明的目的是提供一种构造简单、可靠性好、适用范围广并具有计量功能的转子型液力原动机-异型腔原动机。 

异型腔原动机包括由带有异型面内腔、进口、出口、进口导流槽和出口导流槽的壳体与安装在壳体两端面上的上盖板和下盖板，以及由所述上盖板和下盖板构成的密封腔，在密封腔内安装有转子。 

壳体的异型面内腔为平面对称的封闭柱面，该封闭柱面由四分之一圆弧面AB、第二过渡弧面BC、四分之一圆弧面CD和第一过渡弧面DA依次衔接构成，四分之一圆弧面AB与四分之一圆弧面CD共轴，公共轴线为O。四分之一圆弧面AB的半径R大于四分之一圆弧面CD的半径r。第一过渡弧面DA与第二过渡弧面BC的形状和尺寸相同，位置对称。四分之一圆弧面AB的端点A与第一过渡弧面DA的端点A相切，形成光滑过渡。四分之一圆弧面AB的端点B与第二过渡弧面BC的端点B相切，形成光滑过渡。四分之一圆弧面CD的端点D与第一过渡弧面DA的端点D相切，形成光滑过渡。四分之一圆弧面CD的端点C与第二过渡弧面BC的端点C相切，形成光滑过渡。第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC的形状和尺寸满足关系：过四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD的公共轴线O且垂直于公共轴线O的任意直线被第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC所截线段ce的长度L_ce大于或等于四分之一圆弧面AB与四分之一圆弧面CD的半径之和，即L_ce≥R+r。壳体上的进口和出口分别开设在第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC的区域内。进口导流槽开设在第一过渡弧面DA的区域内，起于端点A，止于端点D。出口导流槽开设在第二过渡弧面BC的区域内，起于端点B，止于端点C。 

上盖板和下盖板均为平板，上盖板的中心加工有第一轴承孔，下盖板的中心加工有第二轴承孔，第一轴承孔为通孔，第二轴承孔为盲孔。 

转子由转子本体、第一组合滑板、第二组合滑板以及永磁元件构成。转子本体的中部为加工有十字交叉导向槽的圆柱体，圆柱体的上端同轴加工有传动轴，圆柱体的下端同轴加工有定心轴。转子本体的半径R₁与四分之一圆弧面CD的半径r相等，即R₁＝r。转子本体的高度h与壳体的高度H相等，即h＝H。转子本体上的十字交叉导向槽由第一导向槽和第二导向槽组成，这两个导向槽的导向面都平行于转子本体的轴线O。第一导向槽和第二导向槽都是中心对称的，每个导向槽的两翼均沿转子本体的径向切入转子本体一定深度，切入段同时沿转子本体的轴线方向贯通。第二导向槽的中部是一个沿转子本体径向贯通的矩形孔，第一导向槽则由转子本体的上端面和下端面分别沿转子本体的轴线方向切入转子本体一定深度，切入部分同时沿转子本体的径向贯通，并分别在传动轴和定心轴的根部与第二导向槽的中部矩形孔 之间穿过。转子本体的圆柱体中部有一垂直于转子本体的轴线O且与第一导向槽平行的中间导流孔，中间导流孔将第一导向槽分处在轴线O两侧的部分相互连通。转子本体的圆柱体在靠近传动轴根部的地方和靠近定心轴根部的地方各有一垂直于转子本体的轴线O且与第二导向槽平行的侧翼导流孔，将第二导向槽分处在轴线O两侧的部分相互连通。 

第一组合滑板由两块形状和尺寸完全相同的槽形滑板和两个第一弹性元件组合而成。槽形滑板在两只槽腿的底部靠近边缘处各加工有一个第一导流孔。两块槽形滑板的槽腿相互正对，两个第一弹性元件分别位于两对槽腿之间。第二组合滑板由两块形状和尺寸完全相同的T形滑板和一个第二弹性元件组合而成。T形滑板的底部靠近边缘处加工有一第二导流孔。两块T形滑板的底部相互正对，第二弹性元件位于两块T形滑板的底部之间。槽形滑板的厚度与第一导向槽的宽度相等。T形滑板的厚度与第二导向槽的宽度相等。 

槽形滑板的高度h₁和T形滑板的高度h₂均等于转子本体的高度h，即h₁＝h₂＝h。第一组合滑板以滑动配合方式安装在转子本体的第一导向槽内，第二组合滑板以滑动配合方式安装在转子本体的第二导向槽内。槽形滑板的长度L₁与T形滑板的长度L₂、四分之一圆弧面AB的半径R和四分之一圆弧面CD的半径r之间满足关系：2L₁≤R+r，2L₂≤R+r。转子本体的上端面加工有沉孔，永磁元件安装在沉孔内。 

转子通过转子本体上的传动轴和定心轴分别与上盖板的第一轴承孔和下盖板的第二轴承孔旋转配合，在密封腔内转动。同时，转子通过转子本体的圆柱面与异型面内腔的四分之一圆弧面CD的滑动配合，转子本体的上端面与上盖板的滑动配合，转子本体的下端面与下盖板的滑动配合，第一组合滑板和第二组合滑板与异型面内腔的四分之一圆弧面AB的滑动配合，以及第一组合滑板与第一导向槽的滑动配合和第二组合滑板与第二导向槽的滑动配合，构成防内泄动密封系统。当第二组合滑板的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的T形滑板的第二导流孔与转子本体的中间导流孔刚好处于同轴位置，将第一导向槽的两侧连通。当第一组合滑板的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的槽形滑板的第一导流孔与转子本体的侧翼导流孔刚好处于同轴位置，将第二导向槽的两侧连通。 

异型腔原动机工作时，进口和出口之间流体的压力差驱动转子转动，传动轴向外输出旋转动力。当进口一侧的流体压力高于出口一侧的流体压力时，转子按A→B→C→D方向转动，异型面内腔的第二过渡弧面BC推动第一组合滑板和第二组组合滑板交叉滑动。当出口一侧的流体压力高于进口一侧的流体压力时，转子按B→A→D→C方向转动，异型面内腔的第一过渡弧面DA推动第一组合滑板和第二组组合滑板交叉滑动。转子每转一周，在密封腔内的AB空间连续形成4个标准容积V₀，使等量流体(4V₀)流过密封腔。永磁元件向密封腔外发送转子转动周数N的信号。通过异型腔原动机的流体体积流量V，按以下公式计算： 

V＝4NV₀。 

在第二组合滑板由AC位置转到BD位置而第一组合滑板由BD位置转到AC位置并在第一导向槽内向左滑动的过程中，第二组合滑板下部的T形滑板上的第二导流孔处于与转子本体上的中间导流孔同轴的位置，将第一组合滑板的两块槽形滑板之间的左右两个空腔部分连通，使右侧空腔内的流体通过第二导流孔和中间导流孔流入左侧空腔，同时，第二导流孔和中间导流孔对第一组合滑板的滑动产生一定的阻尼作用。在第一组合滑板由AC位置转到BD位置而第二组合滑板由BD位置转到AC位置并在第二导向槽内向左滑动的过程中，第一组合滑板下部的槽形滑板上的第一导流孔处于与转子本体上的侧翼导流孔同轴的位置，将第二组合滑板的两块T形滑板之间的左右两对空腔部分连通，使右侧空腔内的流体通过第一导流孔和侧翼导流孔流入左侧空腔，同时，第一导流孔和侧翼导流孔对第二组合滑板的滑动产生一定的阻尼作用。 

本发明的有益效果： 

(1)采用转子型结构实现从流体压力能到转动机械能转换，同时具备过流的流量计量功能。 

(2)零件数量少，构造简单，因此工作可靠性好，容易维护，且生产成本较低。 

(3)由于转子在密封腔内与异型面腔体配合形成动密封机构，因此异型腔原动机具有较高的能量转换效率，同时还具有容易起动和低速稳定性好的特点。 

(4)利用异型面腔体、导流槽与带有十字交叉组合滑板的转子配合工作，使过流流体的流速具有良好的均匀性，因此传动轴的动力输出比较平稳， 即转矩脉动轻微。 

(5)转子与腔体的配合使密封腔具有静态内密封能力，因此对于某些需要控制反向泄露的应用场合，转子不仅具有反向自锁防止倒转特性，而且可以直接起到阀门的作用。 

(6)弹性元件使组合滑板的长度可变，因此转子具有磨损自动补偿能力和一定的防卡死能力。这两个特点，前者有助于原动机保持计量精度稳定，后者使原动机具有较好的安全性。 

(7)转子型驱动、构造简单以及具备流量计量功能的特点，使异型腔原动机能够适应较宽的流量、压力和黏度范围，因此可以作为设计不同类型原动机的基础机型。 

(8)各零、部件相互之间的尺寸协调余地较大，有利于在满足综合技术性能要求的前提下，实现高强度设计。 

(9)利用异型面腔体与带有十字交叉组合滑板的转子配合工作，用标准容积方式计量流体流量，同时可以通过适当的动密封设计限制流体内泄，因此能够达到容积式流量计的计量精度。 

(10)可以采用由永磁元件发送磁脉冲和传动轴机械输出转子转动周数两种方式计量流量及转子的转速，便于配置闭环控制系统灵活调节流量，适合于数字化、网络化应用。 

附图说明

图1是异型腔原动机的结构和工作原理示意图，其中(a)图为转子处于任意转动位置的示意图，(b)图为转子处于形成标准容积转动位置的示意图； 

图2是异型腔原动机的纵向剖面图； 

图3是壳体的结构示意图，其中(a)图为壳体的主视图，(b)图为壳体的左视图； 

图4是转子本体的结构示意图，其中(a)图为转子本体的主视图，(b)图为转子本体的左视图，(c)图为转子本体的俯视图； 

图5是由两块槽形滑板和弹性元件构成的组合滑板的示意图； 

图6是由两块T形滑板和弹性元件构成的组合滑板的示意图； 

图7是异型面内腔的成型线示意图。 

具体实施方式

参照图1至图7。本发明提供的异型腔原动机包括由带有异型面内腔、进口2、出口3、进口导流槽4和出口导流槽5的壳体1与安装在壳体1两端面上的上盖板10和下盖板11，以及由所述上盖板和下盖板构成的密封腔，在密封腔内安装有转子。 

壳体1的异型面内腔为平面对称的封闭柱面，该封闭柱面由四分之一圆弧面AB、第二过渡弧面BC、四分之一圆弧面CD和第一过渡弧面DA依次衔接构成，其中四分之一圆弧面AB与四分之一圆弧面CD共轴，公共轴线为轴线O，(见图3)。四分之一圆弧面AB的半径R大于四分之一圆弧面CD的半径r。第一过渡弧面DA与第二过渡弧面BC的形状和尺寸相同，位置对称。第一过渡弧面DA的端点A到轴线O的距离AO等于四分之一圆弧面AB的半径R，即AO＝R；第一过渡弧面DA的端点D到轴线O的距离DO等于四分之一圆弧面CD的半径r，即DO＝r；在第一过渡弧面DA上，从端点A到端点D，各点到轴线O的距离ρ由R连续减小到r，AO称为第一过渡弧面DA的长半轴，DO称为第一过渡弧面DA的短半轴。第二过渡弧面BC的端点B到轴线O的距离BO等于四分之一圆弧面AB的半径R，即BO＝R；第二过渡弧面BC的端点C到轴线O的距离CO等于四分之一圆弧面CD的半径r，即CO＝r；在第二过渡弧面BC上，从端点B到端点C，各点到轴线O的距离ρ由R连续减小到r，BO称为第二过渡弧面BC的长半轴，CO称为第二过渡弧面BC的短半轴。四分之一圆弧面AB的端点A与第一过渡弧面DA的端点A相切，形成光滑过渡。四分之一圆弧面AB的端点B与第二过渡弧面BC的端点B相切，形成光滑过渡。四分之一圆弧面CD的端点D与第一过渡弧面DA的端点D相切，形成光滑过渡。四分之一圆弧面CD的端点C与第二过渡弧面BC的端点C相切，形成光滑过渡。 

第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC的形状和尺寸应满足关系：过四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD的公共轴线O且垂直于公共轴线O的任意直线被第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC所截线段ce的长度L_ce大于或等于四分之一圆弧面AB与四分之一圆弧面CD的半径之和，即L_ce≥R+r。 

如果按条件L_ce＝R+r设计第二过渡弧面BC和第一过渡弧面DA，则第二过渡弧面BC的成型线和第一过渡弧面DA的成型线可以分别用以下极坐标方程式表达(参看图7)： 

壳体1上的进口2和出口3分别开设在第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC的区域内，一般情况下，二者共轴。进口导流槽4开设在第一过渡弧面DA的区域内，起于端点A，止于端点D。出口导流槽5开设在第二过渡弧面BC的区域内，起于端点B，止于端点C。壳体的上端面30和下端面31均为光滑平面，二者相互平行并且垂直于异型面内腔的四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD的公共轴线O。制作腔体1的材料，应根据工作介质的性质、工况参数以及其它技术要求选择，例如铸铁、不锈钢、铜合金、铝合金等。 

上盖板10和下盖板11均为平板，其平面度应与壳体1的上端面30和下端面31匹配，能够依靠平面配合与壳体1的上端面30和下端面31形成密封结构。上盖板10的中心加工有第一轴承孔12，下盖板11的中心加工有第二轴承孔13，第一轴承孔12为通孔，第二轴承孔13为盲孔。两块盖板的材料可以与腔体1的材料相同。当采用永磁铁作为计量信号发送器件时，制作上盖板10和下盖板11的材料，除考虑工作介质的性质、工况参数等因素外，还须满足磁通要求，因此应使用非铁磁材料，例如不锈钢、铜合金、铝合金等。 

转子由转子本体6、第一组合滑板8、第二组合滑板9以及永磁元件7构成。转子本体6的中部为加工有十字交叉导向槽的圆柱体，圆柱体的上端同轴加工有传动轴14，圆柱体的下端同轴加工有定心轴15。转子本体6的半径R₁与四分之一圆弧面CD的半径r相等，即R₁＝r。转子本体6的高度h与腔体1的高度H相等，即h＝H。转子本体6上的十字交叉导向槽由第一导向槽20和第二导向槽21组成，这两个导向槽都是中心对称的，导向面都平行于转子本体6的轴线O。每个导向槽的两翼均沿转子本体6的径向切入转子本体6一定深度，切入段同时沿转子本体6的轴线方向贯通。第二导向槽21的中部是一个矩形孔，该矩形孔使第二导向槽21沿转子本体6的径向贯通。第一导向槽20则由转子本体6的上端面22和下端面23分别沿转子本体6的轴线方向切入转子本体6一定深度，切入部分同时沿转子本体6的径向贯通，并分别在传动轴14和定心轴15的根部与第二导向槽21的中 部矩形孔之间穿过。转子本体6的圆柱体中部有一垂直于转子本体6的轴线O且与第一导向槽20平行的中间导流孔17，将第一导向槽20分处在轴线O两侧的部分相互连通。转子本体6的圆柱体在靠近传动轴14根部的地方和靠近定心轴15根部的地方各有一垂直于转子本体6的轴线O且与第二导向槽21平行的侧翼导流孔16，将第二导向槽21分处在轴线O两侧的部分相互连通。转子本体6的上端面22加工有沉孔25，永磁元件7安装在沉孔25内。永磁元件7可以选用圆柱形磁钢标准件，装配方式可以是将其以过盈配合方式压入沉孔25。制作转子6的材料，应根据工作介质的性质、工况参数以及其它因素确定，例如使用不锈钢、铜合金等材料。 

第一组合滑板8由两块形状和尺寸完全相同的槽形滑板33和两个第一弹性元件27组合而成。槽形滑板33的顶部26为半径小于R₁的圆弧面或设计成其它形状的弧面，在两只槽腿的底部靠近边缘处各加工有一第一导流孔18。为了安装第一弹性元件27，可在槽形滑板33两只槽腿的底部边缘处各加工一容孔。在工作状态下，两块槽形滑板33的槽腿相互正对，两个第一弹性元件27分别位于两对槽腿之间，使两块槽形滑板33产生相互推力。第二组合滑板9由两块形状和尺寸完全相同的T形滑板34和一个第二弹性元件29组合而成。T形滑板34的顶部28为半径小于R₁的圆弧面或设计成其它形状的弧面，在T形滑板34底部靠近边缘处加工有一第二导流孔19。为了安装第二弹性元件29，可在T形滑板34底部边缘处加工一容孔。在工作状态下，两块T形滑板34的底部相互正对，第二弹性元件29位于两块T形滑板34的底部之间，使两块T形滑板34产生相互推力。槽形滑板33的厚度应与第一导向槽20的宽度相等，T形滑板34的厚度应与第二导向槽21的宽度相等。槽形滑板33的高度h₁和T形滑板34的高度h₂均应等于转子本体6的高度h，即h₁＝h₂＝h。第一组合滑板8以滑动配合方式安装在转子本体6的第一导向槽20内，第二组合滑板9以滑动配合方式安装在转子本体6的第二导向槽21内。槽形滑板33的长度L₁、T形滑板34的长度L₂与四分之一圆弧面AB的半径R和四分之一圆弧面CD的半径r之间应满足以下关系： 

2L₁≤R+r， 

2L₂≤R+r。 

制作槽形滑板33和T形滑板34的材料，应与转子本体6和壳体1统一考虑，例如使用不锈钢、铜合金等材料。制作第一弹性元件27和第二弹性 元件29的材料，主要根据工作介质的性质、工况参数、工作寿命等因素确定，可以使用不锈钢、铜合金等材料。 

转子通过转子本体6上的传动轴14和定心轴15分别与上盖板10的第一轴承孔12和下盖板11的第二轴承孔13旋转配合，在密封腔内转动。同时，转子通过转子本体6的圆柱面24与异型面内腔的四分之一圆弧面CD的滑动配合，转子本体6的上端面22与上盖板10的滑动配合，转子本体6的下端面23与下盖板11的滑动配合，第一组合滑板8和第二组合滑板9与异型面内腔的四分之一圆弧面AB的滑动配合，以及第一组合滑板8与第一导向槽20的滑动配合和第二组合滑板9与第二导向槽21的滑动配合，构成防内泄动密封系统。 

当第二组合滑板9的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的T形滑板34的第二导流孔19应与转子本体6的中间导流孔17处于同轴位置，将第一导向槽20的两侧连通。当第一组合滑板8的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的槽形滑板33的第一导流孔18应与转子本体6的侧翼导流孔16处于同轴位置，将第二导向槽21的两侧连通。 

组装程序： 

一、将两块槽形滑板33对插到第一导向槽20内，对插前，先在两块槽形滑板33之间装入第一弹性元件27。两块槽形滑板33和第一弹性元件27组装在一起，构成第一组合滑板8。然后，将两块T形滑板34对插到第二导向槽21内。对插前，先在两块之间装入第二弹性元件29。两块T形滑板34和第二弹性元件29组装在一起，构成第二组合滑板9。第一组合滑板8和第二组合滑板9与转子本体6的组合体，构成转子。 

二、将转子插入壳体1的内腔，使转子本体6的圆柱面24与异型面内腔的四分之一圆弧面CD配合，然后使转子本体6上的传动轴14和定心轴15分别与上盖板10的第一轴承孔12和下盖板11的第二轴承孔13配合，用螺钉把上盖板10和下盖板11分别固定在壳体1的上端面30和下端面31上。 

异型腔原动机工作时，进口2和出口3之间流体的压力差驱动转子转动，传动轴9将动力向外输出。 

当进口2一侧的流体压力高于出口3一侧的流体压力时，转子按A→B→C→D方向转动，异型面内腔的第二过渡弧面BC推动第一组合滑板 8和第二组组合滑板9交叉滑动。当出口3一侧的流体压力高于进口2一侧的流体压力时，转子按B→A→D→C方向转动，异型面内腔的第一过渡弧面DA推动第一组合滑板8和第二组组合滑板9交叉滑动。不论转子按哪一方向转动，每转一周，在密封腔内的AB空间连续形成4个标准容积V₀，使等量流体流过密封腔。永磁元件7向密封腔外发送转子转动周数N的信号。 

工作原理： 

一、能量转换：由图1可以看到，在转子的任何旋转角度下，都会有一块槽形滑板33或T形滑板34处在异型面内腔的AB区域内，并伸出转子本体6与1/4圆弧面AB接触。设进口2一侧的流体压力为q_in，出口3一侧的流体压力为q_out，则压力差q_in-q_out通过AB区域内的槽形滑板33或T形滑板34对转子的轴线O形成转动力矩M_O， 

$M_O=\frac{H(q_{\mathrm{in}}-q_{\mathrm{out}})(R-r)(R+r)}{2}---\left(3\right).$

只要M_O大于转子受到的阻抗力偶，便会驱动转子转动(槽形滑板33和T形滑板34交替进入AB区域)，由传动轴14向外输出旋转动力。 

二、流量计量：因为第一组合滑板8与第二组合滑板9是垂直交叉的，当其中一组组合滑板(例如第一组合滑板8)处在AC位置时，另一组组合滑板(第二组合滑板9)则刚好处于BD位置，如图1(a)所示。此时，密封腔内由两组组合滑板与异型柱面内腔的四分之一圆弧面AB所围成的空间区域构成一个标准容积。转子每转过一周，有4个标准容积V₀形成，同时有4个标准容积(4V₀)的流体由出口3排出。构成标准容积的AB空间区域是异型腔原动机的计量空间，也称为计量室。异型腔原动机工作过程中通过腔体的流体体积流量V，按以下公式计算： 

V＝4NV₀(4)。 

三、组合滑板的运动控制：考查异型腔原动机工作过程中组合滑板的运动，设第一组合滑板8的初始位置为AC，第二组合滑板9的初始位置为BD，参看图1(a)。此时，第一组合滑板8的左端(上端)位于1/4圆弧面AB与第一过渡弧面DA的交界处A，它的右端(下端)位于1/4圆弧面CD与第二过渡弧面BC的交界处C；第二组合滑板9的右端(上端)位于1/4圆弧面AB与第二过渡弧面BC的交界处B，它的左端(下端)位于1/4圆弧面CD与第一过渡弧面DA的交界处D。当转子按A→B→C→D方向转动时，两块组合滑板随之转动。 

第一组合滑板8在由AC位置转到BD位置，即旋转90°通过计量室的过程中，其上下两端分别与内腔的1/4圆弧面AB和1/4圆弧面CD保持弹性接触，因此第一组合滑板8的长度不变并相对于转子本体6保持静止。同时，第二组合滑板9的右端沿第二过渡弧面BC由长半轴的端点B向短半轴的端点C转动，其左端则沿第一过渡弧面DA由短半轴的端点D向长半轴的向端点A转动。随着第二组合滑板9的右端沿第二过渡弧面BC由长半轴端点B转到短半轴端点C，第二过渡弧面B推动第二组合滑板9在转子本体6的第二导向槽21内滑移，同时第二组合滑板9的左端沿第一过渡弧面DA滑动，直至到达端点A，此时第二组合滑板9的右端到达第二过渡弧面BC的短半轴端点C。当第二组合滑板9转到AC位置而第一组合滑板8转到BD位置时，两块组合滑板交换动作，重复前面90°的旋转过程。以后，组合滑板的运动周期性地重复以上动作，参看图1。 

四、转子内部的导流机构：在第二组合滑板9由AC位置转到BD位置而第一组合滑板8由BD位置转到AC位置并在第一导向槽20内向左滑动的过程中，第二组合滑板9下部的T形滑板34上的第二导流孔19处于与转子本体上的中间导流孔17同轴的位置，将第一组合滑板8的两块槽形滑板34之间的左右两个空腔部分连通。由于第一组合滑板9向左滑动，左侧空腔的体积连续增大形成负压而右侧空腔的体积连续减小形成正压，因此右侧空腔内的流体通过第二导流孔19和中间导流孔17流入左侧空腔，参看图2、图4、图5、图6。第二导流孔19和中间导流孔17由此起到了释放转子内部空腔压力从而保证转子能够顺利转动的作用，同时，第二导流孔19和中间导流孔17导流孔对组合滑板的滑动乃至转子的转动也产生一定的阻尼作用。 

类似地，在第一组合滑板8由AC位置转到BD位置而第二组合滑板9由BD位置转到AC位置并在第二导向槽21内向左滑动的过程中，第一组合滑板8下部的槽形滑板33上的第一导流孔18处于与转子本体上的侧翼导流孔16同轴的位置，将第二组合滑板9的两块T形滑板34之间的左右两个空腔部分连通。由于右侧空腔的体积连续增大而左侧空腔的体积连续减小，因此右侧空腔内流体通过第一导流孔18和侧翼导流孔16流入左侧空腔。 

五、对流体内泄的控制：当密封腔中转子与密封腔内壁以及转子自身各运动件之间的所有滑动配合的间隙都足够小时，转子在密封腔内即形成一个动密封机构，使流体不能以间隙渗漏的方式由进口2流到出口3。 

六、转子防卡死：当流体中含有的固体颗粒进入第一组合滑板8或第二组合滑板9的端部区域而产生卡滞作用时，弹性元件27和弹性元件29可以发生压缩变形，使组合滑板的长度减小，因而转子能够继续转动，不被卡死。 

Claims (1)

1.异型腔原动机，其特征是包括由带有异型面内腔、进口(2)、出口(3)、进口导流槽(4)和出口导流槽(5)的壳体(1)与安装在壳体(1)两端面上的上盖板(10)和下盖板(11)，以及由所述上盖板和下盖板构成的密封腔，在密封腔内安装有转子；

壳体(1)的异型面内腔为平面对称的封闭柱面，该封闭柱面由四分之一圆弧面AB、第二过渡弧面BC、四分之一圆弧面CD和第一过渡弧面DA依次衔接构成，四分之一圆弧面AB与四分之一圆弧面CD共轴；四分之一圆弧面AB的半径R大于四分之一圆弧面CD的半径r；第一过渡弧面DA与第二过渡弧面BC的形状和尺寸相同，位置对称；四分之一圆弧面AB的端点A与第一过渡弧面DA的端点A相切，形成光滑过渡；四分之一圆弧面AB的端点B与第二过渡弧面BC的端点B相切，形成光滑过渡；四分之一圆弧面CD的端点D与第一过渡弧面DA的端点D相切，形成光滑过渡；四分之一圆弧面CD的端点C与第二过渡弧面BC的端点C相切，形成光滑过渡；第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC的形状和尺寸满足关系：过四分之一圆弧面AB和四分之一圆弧面CD的公共轴线O且垂直于公共轴线O的任意直线被第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC所截线段ce的长度L_ce大于或等于四分之一圆弧面AB与四分之一圆弧面CD的半径之和，即L_ce≥R+r；壳体(1)上的进口(2)和出口(3)分别开设在第一过渡弧面DA和第二过渡弧面BC的区域内；进口导流槽(4)开设在第一过渡弧面DA的区域内，起于端点A，止于端点D；出口导流槽(5)开设在第二过渡弧面BC的区域内，起于端点B，止于端点C；

上盖板(10)和下盖板(11)均为平板，上盖板(11)的中心加工有第一轴承孔(12)，下盖板(11)的中心加工有第二轴承孔(13)，第一轴承孔(12)为通孔，第二轴承孔(13)为盲孔；

转子由转子本体(6)、第一组合滑板(8)、第二组合滑板(9)以及永磁元件(7)构成；转子本体(6)的中部为加工有十字交叉导向槽的圆柱体，圆柱体的上端同轴加工有传动轴(14)，圆柱体的下端同轴加工有定心轴(15)；转子本体(6)的半径R₁与四分之一圆弧面CD的半径r相等，即R₁＝r；转子本体(6)的高度h与壳体(1)的高度H相等，即h＝H；转子本体(6)上的十字交叉导向槽由第一导向槽(20)和第二导向槽(21)组成，这两个导向槽的导向面都平行于转子本体(6)的轴线O；第一导向槽(20)和第二导向槽(21)都是中心对称的，每个导向槽的两翼均沿转子本 体(6)的径向切入转子本体(6)一定深度，切入段同时沿转子本体(6)的轴线方向贯通；第二导向槽(21)的中部是一个沿转子本体(6)径向贯通的矩形孔，第一导向槽(20)则由转子本体(6)的上端面(22)和下端面(23)分别沿转子本体(6)的轴线方向切入转子本体(6)一定深度，切入部分同时沿转子本体(6)的径向贯通，并分别在传动轴(14)和定心轴(15)的根部与第二导向槽(21)的中部矩形孔之间穿过；转子本体(6)的圆柱体中部有一垂直于转子本体(6)的轴线O且与第一导向槽(20)平行的中间导流孔(17)，中间导流孔(17)将第一导向槽(20)分处在轴线O两侧的部分相互连通；转子本体(6)的圆柱体在靠近传动轴(14)根部的地方和靠近定心轴(15)根部的地方各有一垂直于转子本体(6)的轴线O且与第二导向槽(21)平行的侧翼导流孔(16)，将第二导向槽(21)分处在轴线O两侧的部分相互连通；

第一组合滑板(8)由两块形状和尺寸完全相同的槽形滑板(33)和两个第一弹性元件(27)组合而成；槽形滑板(33)在两只槽腿的底部靠近边缘处各加工有一个第一导流孔(18)；两块槽形滑板的槽腿相互正对，两个第一弹性元件(27)分别位于两对槽腿之间；第二组合滑板由两块形状和尺寸完全相同的T形滑板(34)和一个第二弹性元件(29)组合而成；T形滑板(34)的底部靠近边缘处加工有一第二导流孔(19)；两块T形滑板的底部相互正对，第二弹性元件(29)位于两块T形滑板的底部之间；槽形滑板(33)的厚度与第一导向槽(20)的宽度相等；T形滑板(34)的厚度与第二导向槽(21)的宽度相等；

槽形滑板(33)的高度h₁和T形滑板(34)的高度h₂均等于转子本体(6)的高度h，即h₁＝h₂＝h；第一组合滑板(8)以滑动配合方式安装在转子本体(6)的第一导向槽(20)内，第二组合滑板(9)以滑动配合方式安装在转子本体(6)的第二导向槽(21)内；槽形滑板(33)的长度L₁与T形滑板(34)的长度L₂、四分之一圆弧面AB的半径R和四分之一圆弧面CD的半径r之间满足关系：2L₁≤R+r，2L₂≤R+r；转子本体(6)的上端面(22)加工有沉孔(25)，永磁元件(7)安装在沉孔(25)内；

转子通过转子本体(6)上的传动轴(14)和定心轴(15)分别与上盖板(10)的第一轴承孔(12)和下盖板(11)的第二轴承孔(13)旋转配合，在密封腔内转动；同时，转子通过转子本体(6)的圆柱面(24)与异型面内腔的四分之一圆弧面CD的滑动配合，转子本体(6)的上端面(22)与上 盖板(10)的滑动配合，转子本体(6)的下端面(23)与下盖板(11)的滑动配合，第一组合滑板(8)和第二组合滑板(9)与异型面内腔的四分之一圆弧面AB的滑动配合，以及第一组合滑板(8)与第一导向槽(20)的滑动配合和第二组合滑板(9)与第二导向槽(21)的滑动配合，构成防内泄动密封系统；当第二组合滑板(9)的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的T形滑板(34)的第二导流孔(19)与转子本体(6)的中间导流孔(17)刚好处于同轴位置，将第一导向槽(20)的两侧连通；当第一组合滑板(8)的两端分别处在四分之一圆弧面AB区域内和四分之一圆弧面CD区域内时，处在四分之一圆弧面CD区域内的槽形滑板(33)的第一导流孔(18)与转子本体(6)的侧翼导流孔(16)刚好处于同轴位置，将第二导向槽(21)的两侧连通。 

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