CN102434215A - 一种外转子流体动力机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种外转子流体动力机，属于流体动力机械领域；主要解决的是使流体在马达中沿径向流动，流体的流向和所受离心力的方向基本一致，以减少能量消耗，外转子流体动力机主要由轴、壳体、叶轮、导流器等构成，叶轮和导流器同心套装，所述轴由动轴的一端同心套装在空心定轴的一端上，导流器安装在空心定轴上，空心定轴的一端面封闭，另一端面开放并与进流管道相连通，空心定轴与导流器接触的圆周上开设有与导流器的各导流叶片之间的流道相对应的导流孔，动轴还与对应于空心定轴的封闭端面一侧的叶轮的侧壁联接在一起，壳体套装在导流器和叶轮的外部，该装置结构简单，加工容易，可作为流体动力机械使用。

Description

一种外转子流体动力机

技术领域

本发明涉及流体和热力机械，尤其是涉及一种输入流体能源转换成机械能输出的动力机械。

背景技术

现有流体马达（流体动力机械）主要包括：液压马达、气动马达、轴流膨胀动力机、向心式膨胀动力机、径-轴流式膨胀动力机、涡旋膨胀动力机、螺杆膨胀动力机等，它们都是将能流所含的动能、压力能和热能转化成机械能的装置。各种液压马达和气动马达体积小、转速范围大、可无级调速，一般都由专门的液压站和气压站供应能流，且额定压力都在10几个MP以上，上述都是内转子结构。各种膨胀动力机可以适合高温高压、中温中压、低温低压流体，还可适应气-液两相流体，其也是内转子结构，另外，各种膨胀动力机的流体的流向要么沿轴向流动，要么沿径-轴向流动，这种流动方向与叶轮对流体质点产生的离心力的方向是相反的，会损失一部分能量，只有涡旋膨胀机一侧是定轴，另一侧是转轴，动叶轮嵌入在静叶轮内，流体沿轴-径向涡旋流动，但其现有结构的出流方式不能适应一些需要沿径向辐射向外排流的特种需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题：一是提供一种外转子流体动力机，流体在该马达中的流动方向是轴-径向或径向流动的；二是这种外转子流体动力机结构简单、加工容易，达到既可独立作为流体马达运行，又可与其它装置配合运行的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案。

一种外转子流体动力机，包括轴、壳体、叶轮、导流器，叶轮和导流器同心套装，所述叶轮为一两侧带有侧壁，两侧壁之间安装有叶片的环形闭式叶轮，所述导流器是一两侧带有侧壁，两侧壁之间安装有导流叶片的环形体，叶轮套装在导流器外圆上，所述轴包括同轴线的空心定轴和动轴，空心定轴为一端封闭另一端设有进流口的空心轴，空心定轴的管壁上设有导流孔，空心定轴的进流口与外部的进流管道相连通，能流通过进流管道输入，导流器安装在空心定轴上，空心定轴上的导流孔与导流器的导流叶片间的流道相对应，叶轮套装在导流器外圆上，叶轮经轴承与空心定轴相连接，叶轮的一侧壁还与动轴相连接，能流经导流孔、导流器流道进入叶轮作功，叶轮通过动轴输出动力，壳体套装在导流器和叶轮的外部。

动轴可以通过叶轮的侧壁上的法兰（叶轮的侧壁和法兰可为一体）联接在一起，动轴和叶轮是旋转体，叶轮通过动轴输出动力，空心定轴和导流器是固定体，壳体套装在导流器和叶轮的外部。当外转子流体动力机作为独立动力机运行时，壳体为蜗壳形，蜗壳内腔为截面沿流动方向逐渐扩大的蜗形通道，壳体套装在导流器和叶轮的外部，壳体与导流器和叶轮的两侧壁外表面保留有间隙，壳体的一侧壁的内径处通过轴承安装在动轴上，另一侧壁的内径处与空心定轴相连接。当外转子流体要与其它装置配合运行时（如：在外转子外周要安装空心涡轮叶片），壳体为内环面开放、外环面上沿圆周均布且径向辐射开有两个以上通孔、两侧带有端盖、内腔截面为U形的空心壳体，壳体套装在导流器和叶轮的外部，壳体的两侧端盖与外转子叶轮的两侧壁分别固定在一起，从叶轮排出的流体经通孔向外输出。当作为水力喷洒头使用时，外转子流体动力机可以去掉壳体。流体马达独立运行时，从空心定轴的进流口端输入流体，流体经对应于导流器的导流叶片之间流道的空心定轴周围的径向孔隙流入导流器的导流叶片之间的流道，流体在流道内经加速后，再流入叶轮的叶片之间的流道内，驱动叶轮和动轴旋转，做功后的流体经壳体膨胀扩压流出。为了提高流体流出导流叶片时的流速，当流入导流器的流体流速是亚音速时，导流叶片之间的流道的截面沿流向是逐渐缩小的；当流入导流器的流体流速是超音速时，导流叶片之间的流道的截面沿流向是逐渐扩大的。据此可以根据输入的工作流体的速度，设计导流叶片的形状、调节叶片的角度。导流叶片的调节机构可以采用类似水轮机的导流叶片调节机构。外转子与其它装置配合运行或作为水力喷洒头运行时，其运行过程与上述过程类似。

上述的一种外转子流体动力机，改进的技术方案是，导流器的外轮缘延伸进叶轮的内轮缘内，两者间隙配合。由于从导流器流出的流体的压力和速度都高于叶轮内流体的压力和速度，采用这种结构和间隙配合会形成射流效应，流过间隙的流体会卷吸外界介质进入，防止高压流体流出。这种结构可免除叶轮与导流器之间的机械密封。

上述的一种外转子流体动力机，可供选择的技术方案是，在所述叶轮的每两个叶片之间的流道内，靠近外缘的部分设有辅助叶片。这种结构的叶轮的叶片高度不能太高，叶片高度太高，流体会出现分离，能量转换率较低，在每两个叶片之间的流道内，靠近外缘的部分设有辅助叶片既可减轻流体分离，又可增大输出功率。叶片的形状和流道的截面变化应根据流体的参数进行设计。

上述的各种外转子流体动力机，可供选择的技术方案是，当导流器的导流叶片顺时针向轴心涡旋安装，叶轮的叶片则可以逆时针向轴心涡旋安装。还可以是导流器的导流叶片和叶轮的叶片同向涡旋安装。所需安装方式要根据流体速度及叶轮额定转速大小设计确定。

上述的各种外转子流体动力机，可供选择的技术方案是，导流器和叶轮由两个以上相同的导流器单体和两个以上相同的叶轮单体同心叠置而成。这种技术方案可以实现大功率、高转速输出。

为了实现上述目的，本发明提供的另一种类似技术方案是，一种外转子流体动力机，主要由轴、壳体、动涡轮（叶轮）、静涡轮（导流器）等构成，所述动涡轮由动涡盘和装在动涡盘上的动涡叶构成，所述静涡轮由静涡盘和装在静涡盘上的静涡叶构成，动涡轮的动涡叶与静涡轮的静涡叶相向嵌入，动涡盘与动轴相连，静涡盘中心安装有空心定轴，空心定轴的内端与静涡叶和动涡叶所形成的工作腔相连通，其外端与进流管道相连通，所述壳体为内环面开放、外环面上沿圆周均布且径向辐射开有两个以上通孔、两侧带有端盖、内腔截面为U形的空心壳体，壳体套装在动涡轮和静涡轮的外部，壳体的一侧端盖与动涡盘的外侧壁固定在一起，壳体的另一侧端盖与静涡盘的外侧壁外表面保留有间隙并可以通过轴承安装在空心定轴上。该技术方案是对现有涡旋膨胀动力机的改型，它可以实现与其它装置配合运行。如：在外转子壳体的外环面的通孔上安装空心涡轮叶片等。当装置作为水力喷洒头使用时，外转子流体动力机可以去掉壳体。

有益效果：与现有技术相比，本发明的各种技术方案可实现流体的径向流动，使流体流向与流体质点所受到的离心力的方向基本相同，减少能量损失；径向排出流体还可以与其它流体机械配合，充分利用所排流体的余压、余热，使高品位能源和低品位能源同时得以利用。

附图说明

图1是一种叶轮式外转子流体动力机的结构示意图。

图2是图1的A-A剖面示意图。

图3是一种带辅助叶片的叶轮示意图。

图4是一种涡旋式外转子流体动力机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1、图2所示的一种叶轮式外转子流体动力机，主要由轴、壳体20、叶轮30、导流器40等构成，叶轮30和导流器40同心套装，所述叶轮30为一两侧带有侧壁31、32，两侧壁之间安装有叶片33的环形闭式叶轮，所述导流器40是一两侧带有侧壁41、42，两侧壁之间安装有导流叶片43的环形体，叶轮30套装在导流器40外圆上，所述轴由一动轴11的一端同心套装在一空心定轴12的一端上构成，导流器40安装在空心定轴12上，空心定轴12的一端面封闭，另一端面没有进流口并与进流管道相连通，空心定轴12与导流器40接触的圆周上设有与导流器40的各导流叶片之间的流道相对应的导流孔13，动轴11还与对应于空心定轴12的封闭端面一侧的叶轮的侧壁32上的法兰52联接在一起，动轴11和叶轮30是旋转体，叶轮30通过动轴11输出动力，空心定轴12和导流器40是固定体，壳体20套装在导流器40和叶轮30的外部。壳体20为蜗壳形，蜗壳内腔为截面沿流动方向逐渐扩大的蜗形通道，壳体20与导流器40和叶轮30的两侧法兰51、52外表面保留有间隙，壳体20的一侧壁的内径处通过轴承53安装在动轴11上，另一侧壁的内径处与空心定轴12相固定连接。导流器40的外轮缘44延伸进叶轮30的内轮缘34内，两者间隙配合。从空心定轴12的进流口一端输入流体，流体经对应于导流器40的导流叶片之间流道的空心定轴周围的径向导流孔13流入导流器40的导流叶片之间的流道，流体在流道内经加速后，再流入叶轮的叶片之间的流道内，驱动叶轮和动轴旋转，做功后的流体经壳体20内膨胀扩压流出。由于从导流器40流出的流体的压力和速度都高于叶轮30内流体的压力和速度，采用这种结构和间隙配合会形成射流效应，流过间隙的流体会卷吸外界介质进入，防止高压流体流出。这种结构可免除叶轮30与导流器40之间的机械密封。

如图3所示的一种带辅助叶片的叶轮，叶轮30套装在导流器40的外圆上。导流器40上的每两个叶片之间的流道截面沿流体流向是逐渐缩小的，以适应输入亚音速能流。在叶轮30的每两个叶片33a、33b之间的流道内，靠近外缘的部分设有辅助叶片33c，辅助叶片33c既可减轻流体分离，又可增大输出功率。

如图4所示的一种涡旋式外转子流体动力机，主要由动轴11、空心定轴12、壳体20、动涡轮（叶轮）30、静涡轮（导流器）40等构成，所述动涡轮30由动涡盘31和装在动涡盘上的动涡叶32构成，所述静涡轮40由静涡盘41和装在静涡盘上的静涡叶42构成，动涡轮30的动涡叶32与静涡轮40的静涡叶42相向嵌入，动涡盘31与动轴11相连，静涡盘41中心安装有空心定轴12，空心定轴12的内端与静涡叶42和动涡叶32所形成的核心工作腔相连通，其外端与进流管道相连通，壳体20为内环面开放、外环面上沿圆周均布且径向辐射开有两个以上通孔21、22，两侧带有端盖23、24，内腔截面为U形的空心壳体，壳体20套装在动涡轮30和静涡轮40的外部，壳体20的一侧端盖24与动涡盘31的外侧壁固定在一起，壳体20的另一侧端盖23与静涡盘41的外侧壁外表面保留有间隙，其内径处通过轴承25安装在空心定轴12上。该技术方案是对现有涡旋膨胀动力机的改型，运行时，能流经过空心定轴12进入由静涡叶42和动涡叶32所构成的核心腔并开始膨胀，驱动动涡轮30旋转，膨胀后的余压余热能流经通孔21、22排出。它可以实现与其它装置配合运行。

尽管已经结合优选实施方式描述了本发明的装置和用途，但是本发明不限于本文所述的具体形式，相反，其目的在于覆盖理所当然会落入所述权利要求书限定的本发明的思路和范围内的各种替代方式、改型、各种特征要素的再组合而衍生的新组合和等同体。

Claims (10)

1.一种外转子流体动力机，包括轴、壳体、叶轮、导流器，叶轮和导流器同心套装，其特征在于，所述叶轮为一两侧带有侧壁，两侧壁之间安装有叶片的环形闭式叶轮，所述导流器是一两侧带有侧壁，两侧壁之间安装有导流叶片的环形体，所述轴包括同轴线的空心定轴和动轴，空心定轴为一端封闭另一端设有进流口的空心轴，空心定轴的管壁上设有导流孔，空心定轴的进流口与外部的进流管道相连通，能流通过进流管道输入，导流器安装在空心定轴上，空心定轴上的导流孔与导流器的导流叶片间的流道相对应，叶轮套装在导流器外圆上，叶轮经轴承与空心定轴相连接，叶轮的一侧壁还与动轴相连接，能流经导流孔、导流器流道进入叶轮作功，叶轮通过动轴输出动力，壳体套装在导流器和叶轮的外部。

2.根据权利要求1所述的一种外转子流体动力机，其特征在于，所述导流器的外轮缘延伸进叶轮的内轮缘内。

3.根据权利要求1所述的一种外转子流体动力机，其特征在于，在所述叶轮的每两个叶片之间的流道内，靠近外缘的部分设有辅助叶片。

4.根据权利要求1所述的一种外转子流体动力机，其特征在于，所述壳体为蜗壳形，蜗壳内腔为截面沿流动方向逐渐扩大的蜗形通道，壳体套装在导流器和叶轮的外部，壳体与导流器和叶轮的两侧壁外表面保留有间隙，壳体的一侧壁的内径处通过轴承安装在动轴上，另一侧壁的内径处与空心定轴相连接。

5.根据权利要求1所述的一种外转子流体动力机，其特征在于，所述壳体为内环面开放、外环面上沿圆周均布且径向辐射开有两个以上通孔、两侧带有端盖、内腔截面为U形的空心壳体，壳体套装在叶轮的外部，壳体的两侧端盖与外转子叶轮的两侧壁分别固定在一起。

6.根据权利要求1、2、3、4、5任意一项所述的一种外转子流体动力机，其特征在于，所述导流器的导流叶片顺时针向轴心涡旋安装，叶轮的叶片则逆时针向轴心涡旋安装。

7.根据权利要求1、2、3、4、5任意一项所述的一种外转子流体动力机，其特征在于，所述导流器的导流叶片和叶轮的叶片同向涡旋安装。

8.根据权利要求6所述的一种外转子流体动力机，其特征在于，所述导流器和叶轮由两个以上相同的导流器单体和两个以上相同的叶轮单体同心叠置而成。

9.根据权利要求7所述的一种外转子流体动力机，其特征在于，所述导流器和叶轮由两个以上相同的导流器单体和两个以上相同的叶轮单体同心叠置而成。

10.一种外转子流体动力机，包括轴、壳体、叶轮、导流器，所述叶轮为动涡轮，所述导流器为静涡轮，动涡轮由动涡盘和装在动涡盘上的动涡叶构成，静涡轮由静涡盘和装在静涡盘上的静涡叶构成，动涡轮的动涡叶与静涡轮的静涡叶相向嵌入，动涡盘与动轴相连接，静涡盘中心安装有一空心定轴，进流管经空心定轴与静涡叶和动涡叶所形成的核心工作腔相连通，其特征在于，所述壳体为内环面开放、外环面上沿圆周均布且径向辐射开有至少两个通孔、两侧带有端盖、内腔截面为U形的空心壳体，壳体套装在动涡轮和静涡轮的外部，壳体的一侧端盖与动涡盘的外侧壁固定在一起，壳体的另一侧端盖与静涡盘的外侧壁外表面保留有间隙。

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