CN103403296B - 旋转容积式机器 - Google Patents

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Abstract

一种旋转容积式机器，包括：固定结构（12）；转子（14），其能绕主转动轴（A）相对于固定结构（12）转动；形成在所述的转子（14）内的工作腔（24）；圆盘（36），其位于所述工作腔（24）内且能绕相对于所述固定结构（12）固定的第二转动轴（B）相对于固定结构（12）转动，所述第二转动轴（B）相对于所述主转动轴（A）倾斜，所述圆盘（36）具有径向通槽（50）；隔板（52），其相对于所述转子（14）固定，在所述工作腔（24）内延伸，且与所述圆盘（36）的径向通槽（50）接合；和用于工作流体的进入口和排出口（34），它们形成在所述转子（14）中，与所述工作腔（24）连通，且位于所述隔板（52）的相对两侧。

Description

旋转容积式机器
技术领域
本发明涉及旋转容积式机器。
在本发明的上下文中，术语“容积式机器”意指可利用流体的能量来产生旋转构件的运动的流体机械，或者使用旋转构件的机械能来进行循环或压缩流体的其它机械。
本发明尤其涉及一种由螺杆泵(capsulism)构成的机器，该机器通过可能是液体或气体的工作流体来操作，用于将流体能转化为机械能或将机械能转化为流体能。
更具体地说，本发明涉及一种包括旋转对称的工作腔和位于工作腔内的倾斜圆盘的旋转容积式机器，其中倾斜圆盘和工作腔之间的相对运动引起工作腔内的体积的周期性变化。
背景技术
文献GB1103271、WO02/14800、GB2115490和GB1178399描述了具有执行旋进动作的倾斜圆盘的旋转容积式机器。在这些文献中描述的机器包括具有关于主轴旋转对称的腔室的壳体、相对于壳体固定且将流体的进口和出口分隔开的隔板，以及位于所述腔室内且具有将所述腔室分为两部分的正中面的圆盘，其中，圆盘具有正交于所述正中面并相对于所述主轴倾斜的圆盘轴，并且圆盘具有所述隔板穿过其而延伸的径向裂缝。
在操作中，穿过工作腔的流体引起所述圆盘的振荡，以致圆盘轴绕所述主轴执行旋进动作。旋进动作导致圆盘轴限定了一个与主轴同轴且顶点位于所述圆盘的中心的锥形面。在所述旋进动作的过程中，圆盘并不绕自身轴线旋转。
现有技术的具有振荡圆盘的流体机械普遍用作流量计。
希望可以得到能用于例如水电能源的生产的这类大功率、高效率的流体机械。
根据现有技术的技术方案不适合于得到大功率的机器。这种类型的旋转容积式机器用于大功率用途的发展的障碍之一表现在倾斜盘的旋进动作上。
发明内容
本发明的目的是提供一种如上定义的类型的旋转容积式机器，其能克服现有技术中的问题。
根据本发明，所述的目的通过具有下述特征的机器来达到。
本发明提出了一种旋转容积式机器，包括：固定结构；转子，其能绕主转动轴相对于固定结构转动；形成在所述的转子内的工作腔；圆盘，其位于所述工作腔内且能绕相对于所述固定结构固定的第二转动轴相对于固定结构转动，所述第二转动轴相对于所述主转动轴倾斜，所述圆盘具有径向通槽；隔板，其相对于所述转子固定，在所述工作腔内延伸，且与所述圆盘的径向通槽接合；和用于工作流体的进入开口和排出开口，它们形成在所述转子中，与所述工作腔连通，且位于所述隔板的相对两侧。
优选地，所述固定结构包括两根与主转动轴同轴的轴，且所述转子可转动地安装在所述轴上。
优选地，所述轴具有分别用于所述工作流体的进入和排出的导管。
优选地，所述导管与形成在所述转子内的相应的歧管腔连通，所述歧管腔通过所述进入开口和排出开口与所述工作腔连通。
优选地，用于工作流体的进入和排出的所述导管与所述进入开口和排出开口直接连通。
优选地，所述圆盘具有销，所述销安装成使得所述圆盘能通过固定在所述轴的端部处的支撑件上的轴承而绕所述第二转动轴转动。
优选地，所述圆盘具有与所述隔板的一端密封式接触的球状中心部件。
优选地，所述圆盘有与所述工作腔的球形侧面密封式接触的外周边缘。
优选地，所述圆盘与所述工作腔的相对的前壁线性接触。
上述方案形成了这里提供的与本发明相关的教导的一个整体部分。
附图说明
现在参考仅作为非限制性的例子所提供的附图来详细描述本发明，其中：
图1和图2是根据本发明的旋转容积式机器的局部剖视图；
图3是图1和图2所示机器的分解示意图；
图4是根据图1中的IV-IV线的剖面图；和
图5是根据图2中的箭头V的正视图。
具体实施方式
在接下来的描述中，举例说明了多方面的具体细节来提供对本发明的深入理解。没有这些具体细节中的一个或多个，或者通过其它的方法、部件、材料等，也可以实施本发明。在其他情况中，未详细显示或描述所熟知的结构、材料或操作，以避免掩盖本发明的不同的方面。
在本说明书的上下文中，涉及“实施例”或“一个实施例”意味着针对该实施例描述的特定的构形、结构或特征包含在至少一个实施例中。因此，出现在本说明书的不同地方的用语如“在实施例中”或“在一个实施例中”未必全部涉及到同一个实施例。此外，特定的构形、结构或特征可以充分地结合到一个或多个实施例。
参照附图，标号10表示根据本发明的一个实施例的旋转容积式机器。该机器10包括固定结构12和可绕主转动轴A相对于固定结构12转动的转子14。
在一个实施例中，固定结构12包括两根与主转动轴A同轴的固定轴16。在一个实施例中，固定轴16是中空的，且限定了分别用于工作流体的流入口和流出口的导管18。固定轴16通过轴承20和轴承22可旋转地支撑绕轴A的转子14。
转子14大体上具有柱体的形状，并可旋转地安装在固定轴16的外面。在转子14内限定了设置为与导管18流体连通的工作腔24。在一个实施例中，转子14包括在其中形成了工作腔24的中心部分26，以及其中形成两个歧管腔30的两个侧部分28。所述歧管腔30例如通过形成在固定轴16的侧壁内的开口32而与相应的导管18流体连通。所述歧管腔30通过形成在转子14的中心部分26内的相应开口34与工作腔24流体连通。
机器10包括圆盘36，其能绕相对于主转动轴A倾斜的第二转动轴B相对于固定结构12转动。本发明的一个重要特征是，圆盘36的第二转动轴B相对于固定结构12是固定的。特别是参考图4，所述圆盘36固定在与第二转动轴B同轴的销38上，或与销38形成一体。销38在圆盘36的相对的两侧延伸。销38的两端通过固定到固定轴16的相应端上的各自的法兰42并借助于轴承40来转动支撑。圆盘36相对于固定轴16仅有由绕第二转动轴B的转动构成的一个自由度。第二转动轴B和主转动轴A之间的夹角α为10°～35°，优选为18°～25°。
特别是参考图4，所述的工作腔24有一个其中心在主转动轴A与第二转动轴B的交叉点处的球形的侧面44。圆盘36具有与球状侧面44密封式接触的外周边缘46。在所示的实施例中，工作腔24有两个汇聚在主转动轴A上的圆锥形的前壁48。圆盘36有两个正交于第二转动轴B且与相应的圆锥形前壁48线性接触的相对的平面壁。备选地，工作腔24的前壁48可以是平行于或正交于主转动轴A，在这种情况下，圆盘36的相对的壁面将是圆锥形的，以便与工作腔24的前壁48建立线性接触。
特别是参考图3，圆盘36具有相对于第二转动轴B为径向的通槽50。隔板52插在圆盘36的槽50内。隔板52相对于转子14固定，并且具有在工作腔24内延伸并与通槽50接合的平面壁54。
在圆盘36的槽50的一边提供有小的滚动轴承60，其承靠在隔板52的平面壁54上。
进入开口和排出开口34设在隔板52的相对的两条边上并与之紧邻。
隔板52的平面壁54具有与工作腔24的一半横截面的形状相对应的形状，并且位于通过主转动轴A的平面中。圆盘36具有球状中心部件56，隔板52具有与圆盘36的球状中心部件56密封式连接的内边缘58。在图4中可以看出，圆盘36的球状中心部件56与工作腔24的前壁48的内边沿密封接触。根据本发明的旋转容积式机器是一种螺杆泵，其能用液体或气体来操作，并且能像用于将流体能转化为机械能的机器或者像将机械能转化为流体能的机器一样运作。
在作为用于将流体能转化为机械能的机械运作时，流体在压力下经其中一根导管18进入机器10，并且填充相应的歧管腔30。加压流体经相应的开口34进入工作腔24。在工作腔24内，加压流体各向同性地作用在工作腔24的面44和面48上，作用在圆盘36的相对面和隔板52的平面壁54上。隔板52上的流体的压力引起转子14绕主转动轴A的转动。由于隔板52与圆盘36的通槽50接合，圆盘36被转子14驱动并绕第二转动轴B转动。加压流体经由排出开口34(其位于隔板52的相对于进入开口的另一侧)从工作腔24中离开，并经歧管腔30和出口管18排出。转子14可通过如齿轮传动连接到发电机。
在一种可能的变型中，工作流体可不通过歧管腔而直接从进口管18进到进入开口34以及从排出开口34到出口管18。在这种情况下，转动的歧管腔必须提供用于流体的供给和流体的排出。
机器10也可用作泵或压缩机。在这种情况下，转子14被驱动绕主转动轴A转动。隔板52在工作腔24内的转动在供给管路上产生负压，而在排出管路上产生正压。
机器10也可用作转子发动机。在这种情况下，该机器经供给管路供给空气和燃料的混合物。供给管路必须配备有阀，且工作腔24配备有火花塞。工作腔24内的空气-燃料混合物的点火引起腔24内的流体膨胀，这决定了作用在隔板52上的压力和转子14绕主转动轴A的旋转。
与根据现有技术的倾斜圆盘的旋转容积式机器相比，根据本发明的机器消除了圆盘36的旋进动作。在根据本发明的技术方案中，圆盘36显示为绕相对于转子14的转轴倾斜的固定轴B的纯旋转运动。这一特性使机器的效率增加。此外，相比于现有技术的的机器，由于不需要提供使圆盘作旋进运动的元件，从而简化了机器的结构。
当然，在不违背本发明的原理下，上述构造和实施例的细节可相对于在此描述和阐述的内容有很大的变化，即便如此也不会脱离如随后的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (9)

1.一种旋转容积式机器，包括：
固定结构(12)；
转子(14)，其能绕主转动轴(A)相对于固定结构(12)转动；
形成在所述的转子(14)内的工作腔(24)；
圆盘(36)，其位于所述工作腔(24)内且能绕第二转动轴(B)相对于固定结构(12)转动，所述第二转动轴(B)相对于所述固定结构(12)固定，所述第二转动轴(B)相对于所述主转动轴(A)倾斜，所述圆盘(36)具有径向通槽(50)；
隔板(52)，其相对于所述转子(14)固定，在所述工作腔(24)内延伸，且与所述圆盘(36)的径向通槽(50)接合；和
用于工作流体的进入开口和排出开口(34)，它们形成在所述转子(14)中，与所述工作腔(24)连通，且位于所述隔板(52)的相对两侧。
2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述固定结构(12)包括两根与主转动轴(A)同轴的轴(16)，且所述转子(14)可转动地安装在所述轴(16)上。
3.根据权利要求2所述的机器，其特征在于，所述轴(16)具有分别用于所述工作流体的进入和排出的导管(18)。
4.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，所述导管(18)与形成在所述转子(14)内的相应的歧管腔(30)连通，所述歧管腔(30)通过所述进入开口和排出开口(34)与所述工作腔(24)连通。
5.根据权利要求3所述的机器，其特征在于，用于工作流体的进入和排出的所述导管(18)与所述进入开口和排出开口(34)直接连通。
6.根据权利要求2所述的机器，其特征在于，所述圆盘(36)具有销(38)，所述销安装成使得所述圆盘(36)能通过固定在所述轴(16)的端部处的支撑件(42)上的轴承(40)而绕所述第二转动轴(B)转动。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的机器，其特征在于，所述圆盘(36)具有与所述隔板(52)的一端密封式接触的球状中心部件(56)。
8.根据权利要求1到6中任一项所述的机器，其特征在于，所述圆盘(36)有与所述工作腔(24)的球形侧面(44)密封式接触的外周边缘(46)。
9.根据权利要求1到6中任一项所述的机器，其特征在于，所述圆盘(36)与所述工作腔(24)的相对的前壁(48)线性接触。
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