CN106368737A - 一种流体动力转化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流体动力转化装置，涉及流体动力转化领域。该流体动力转化装置包括定子、转子、阻隔板和滑块。转子与定子转动连接。转子与定子相对的侧壁之间形成有圆环形空腔。定子上开设有进口和出口。阻隔板固定连接在定子上、且与转子滑动连接。阻隔板位于圆环形空腔内、且在进口与出口之间。转子对应圆环形空腔的表面上开设有滑槽。每一滑槽内设置有一个滑块。滑块从滑槽内伸出、与阻隔板一并将圆环形空腔分成压力不等的两个子空腔，滑块缩回滑槽内以越过阻隔板。该流体动力转化装置不仅结构简单、而且流体的动能与机械能相互转化的效率高。

Description

一种流体动力转化装置

技术领域

本发明涉及流体动力转化领域，具体而言，涉及一种流体动力转化装置。

背景技术

现有的气轮机或水轮机，其内部的压力腔并不是密封的，气体或液体从压力腔内的空隙大量流失，造成气轮机或水轮机无法获得持续稳定的力矩，从而使现有的气轮机或水轮机的能量转化效率较低。因此，现有的气轮机或水轮机不仅结构复杂，而且能量转化效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体动力转化装置，其旨在解决现有的气轮机或水轮机不仅结构复杂，而且能量转化效率较低的技术问题。

本发明提供一种技术方案：一种流体动力转化装置包括定子、转子、阻隔板和滑块；所述转子与所述定子转动连接；所述转子与所述定子相对的侧壁之间形成有圆环形空腔；所述定子上开设有进口和出口；所述阻隔板固定连接在所述定子上、且与所述转子滑动连接；所述阻隔板位于所述圆环形空腔内、且在所述进口与所述出口之间；所述转子对应所述圆环形空腔的表面上开设有滑槽；每一所述滑槽内设置有一个所述滑块；所述滑块从所述滑槽内伸出、与所述阻隔板一并将所述圆环形空腔分成压力不等的两个子空腔，所述滑块缩回所述滑槽内以越过所述阻隔板。

进一步地，每一所述滑块上平行其运动方向的至少一侧固定连接一所述轴承；所述定子上朝向所述滑块固定连接所述轴承的表面上开设有导槽；所述导槽的延伸形状为偏心环状形；所述轴承沿所述导槽滚动带动所述滑块在所述滑槽内往复滑动。

进一步地，所述定子为圆筒状；所述定子包括环形侧壁、第一顶壁和第一底壁；所述第一顶壁和所述第一底壁分别设置在所述环形侧壁的两端；所述转子为圆柱状；所述转子转动地设置在所述定子的内部；所述转子与所述环形侧壁之间形成所述圆环形空腔；所述滑槽开设在所述转子的外周面上；所述滑槽沿所述转子的轴向延伸至所述转子的两个端面。

进一步地，所述第一顶壁的内表面和所述第一底壁的内表面对应设置有所述导槽；所述滑块分别靠近所述第一顶壁和所述第一底壁的两端分别固定连接有所述轴承；所述轴承延伸至对应的所述导槽内。

进一步地，所述转子的外周面上设置有环形凸棱；所述滑槽从所述转子的外周面贯穿至所述环形凸棱的外周面。

进一步地，所述滑槽和所述滑块的数量至少两个；所述滑槽沿所述转子的外周面均匀布置；所述环形凸棱的数量为两个；两个所述环形凸棱间隔设置。

进一步地，所述定子为圆柱状；所述定子包括内圆柱体、第二顶壁和第二底壁；所述第二顶壁和所述第二底壁分别设置在所述内圆柱体的两端；所述转子为圆筒状；所述转子转动地套设在所述内圆柱体的外围、且位于所述第二顶壁与所述第二底壁之间；所述转子与所述内圆柱体之间形成所述圆环形空腔。

进一步地，所述滑槽开设在所述转子的内周面上；所述滑槽沿所述转子的轴向延伸至所述转子的两个端面。

进一步地，所述第二顶壁上靠近所述第二底壁的表面和所述第二底壁上靠近所述第二顶壁的表面对应设置有所述导槽；所述滑块分别靠近所述第二顶壁和所述第二底壁的两端分别固定连接有所述轴承；所述轴承延伸至对应的所述导槽内。

进一步地，所述转子的内周面上设置有环形凸棱；所述滑槽从所述转子的内周面贯穿至所述环形凸棱的内周面。

相比现有的气轮机或水轮机，本发明提供的流体动力转化装置的有益效果是：

本实施例提供的流体动力转化装置不仅结构简单、制造方便、成本低，而且通过设置阻隔板在圆环形空腔的内部形成了液体或气体的单向流道、且密封性较好。

转子上的滑块的受力面积较大，能够使转子受到较大的切向力，提高转子将液体或气体的动能转化为机械能效率。同理，滑块对液体或气体的作用面积较大，对液体或气体的推动力较大，能够有效提高将机械能转化为液体或气体的动能的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的流体动力转化装置的结构示意图。

图2为图1中的流体动力转化装置沿II-II剖切线的剖切结构示意图。

图3为图2中的转子的结构示意图。

图4为图2中第一顶壁的结构示意图。

图5为本发明第二实施例提供的流体动力转化装置的结构示意图。

图6为图5中的流体动力转化装置沿VI-VI剖切线的剖切结构示意图。

图7为图6中的转子的结构示意图。

图8为图6中的定子沿VIII-VIII剖切线的剖切结构示意图。

图标：100-流体动力转化装置；110-定子；111-进口；112-出口；113-环形侧壁；114-第一顶壁；115-第一底壁；116-导槽；1161-第一弧形段；1162-第二弧形段；1163-第三弧形段；117-内圆柱体；118-第二顶壁；119-第二底壁；120-转子；121-滑槽；122-转轴；123-环形凸棱；124-泄压槽；130-阻隔板；140-滑块；150-圆环形空腔；160-轴承；170-轴孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

图1为本实施例提供的流体动力转化装置的结构示意图，请参阅图1。

本实施例提供了一种流体动力转化装置100。流体动力转化装置100为外定子内转子结构。流体动力转化装置100包括定子110、转子120、阻隔板130和滑块140。定子110为圆筒状。转子120为圆柱状。

转子120转动地设置在定子110的内部。转子120与定子110相对的侧壁之间形成有圆环形空腔150。圆环形空腔150的截面形状为规则的圆环形。定子110上开设有进口111和出口112。阻隔板130固定连接在定子110上、并与转子120滑动连接。阻隔板130位于圆环形空腔150内、且在进口111与出口112之间。进口111和出口112均使圆环形空腔150与外界连通。

转子120对应圆环形空腔150的表面上开设有三个滑槽121，即滑槽121开设在转子120的外周面上。滑槽121围绕转子120的轴线均匀排列。每一滑槽121沿转子120的轴向延伸至转子120的两个端面。在转子120的端面上开设有泄压槽124。泄压槽124的一端与滑槽121的底部连通，泄压槽124的另一端与圆环形空腔150连通。每一滑槽121的内部设置有一个滑块140。滑块140从滑槽121内伸出、与阻隔板130一并将圆环形空腔150分成压力不等的两个子空腔，滑块140缩回滑槽121内以越过阻隔板130。

滑块140可在滑槽121内沿转子120的径向方向往复滑动。当滑块140收缩进滑槽121内的过程中，滑槽121内的气压或液压可通过泄压槽124释放至圆环形空腔150内。图1中虚线表示滑块140的运动轨迹，其中，滑块140的运动轨迹与阻隔板130交汇。滑块140的运动为沿转子120径向的直线运动与随转子120的圆周运动的合运动。容易理解的是，滑槽121和滑块140的数量还可以有其他选择，例如两个、四个、六个等，具体可根据转子120的大小灵活设置。

图2为图1中的流体动力转化装置沿II-II剖切线的剖切结构示意图，请参阅图2。

定子110包括环形侧壁113、第一顶壁114和第一底壁115。第一顶壁114和第一底壁115分别设置在环形侧壁113的两端。第一顶壁114和第一底壁115中任一个或两个均与环形侧壁113可拆卸连接。第一顶壁114的内表面和第一底壁115的内表面对应设置有导槽116。转子120与环形侧壁113之间形成圆环形空腔150(图2中圆环形空腔150被阻隔板130遮挡)。阻隔板130的两端分别延伸至第一顶壁114的内表面和第一底壁115的内表面。

滑块140的外形为长方体。滑块140沿转子120径向的长度等于滑槽121的深度。滑块140沿转子120轴向的长度等于滑槽121沿转子120轴向的长度。滑块140分别靠近第一顶壁114和第一底壁115的两端分别固定连接有轴承160。轴承160延伸至对应的导槽116内。

图3为图2中的转子的结构示意图，请参阅图2和图3。

转子120的外周面上设置有环形凸棱123。环形凸棱123的数量为两个。两个环形凸棱123间隔设置。滑槽121从转子120的外周面贯穿至环形凸棱123的外周面。转子120的中心位置设置有转轴122。转轴122可用于驱动其他设备，可以用于在其他设备带动下转动。

环形凸棱123能够有效防止滑块140在从滑槽121中伸出受力做功的过程中发生偏移或错位。相应的，阻隔板130上开设有容纳环形凸棱123的沟槽，以保证转子120能够正常转动。

图4为图2中第一顶壁的结构示意图，请参阅图4。

第一顶壁114的中心开设有供转轴122穿过的轴孔170。导槽116的延伸形状为偏心环状形。具体的，导槽116包括第一弧形段1161、第二弧形段1162和第三弧形段1163。第一弧形段1161、第二弧形段1162和第三弧形段1163依次首尾相连。其中，第三弧形段1163为圆弧形。第三弧形段1163上各处距离第一顶壁114的中心的距离相等，并且第三弧形段1163上各处相比第一弧形段1161和第二弧形段1162上各处距离第一顶壁114的中心较远。第一弧形段1161与第二弧形段1162的交接处距离第一顶壁114的中心最近。

请结合图2和图4，第一弧形段1161与第二弧形段1162的交接处与阻隔板130位于转子120的同一径向方向上。当轴承160滚动至第一弧形段1161与第二弧形段1162的交接处时，滑块140完成收缩至滑槽121的内部。当轴承160滚动至第三弧形段1163时，滑块140则伸出滑槽121的距离最大，也最靠近环形侧壁113。优选，第一弧形段1161对应的中心角a为90°。第二弧形段1162对应的中心角b为90°。第三弧形段1163的中心角c为180°。当然，第一弧形段1161、第二弧形段1162和第三弧形段1163各自的中心角还可以有其他选择，例如，第三弧形段1163的中心角c为120°。

容易理解的是，第一底壁115的结构与第一顶壁114的结构相似，这里不再赘述。

本实施例提供的流体动力转化装置100的工作原理：气体或液体从进口111流入圆环形空腔150中后，在阻隔板130的阻挡作用下，向远离阻隔板130的方向流动，将推动伸出滑槽121外的滑块140，使转子120围绕自身轴线转动。在转子120转动的过程中，滑块140上的轴承160在导槽116内滚动，带动滑块140沿转子120的径向移动。当滑块140转动到阻隔板130的位置时，轴承160滚动至第一弧形段1161与第二弧形段1162的交接处，滑块140完成收缩至滑槽121的内部，滑块140继续移动、且越过阻隔板130。此时，气体或液体从出口112排出。滑块140越过阻隔板130之后，滑块140在导槽116的导向作用下，逐渐靠近环形侧壁113，然后又逐渐远离环形侧壁113。如此循环，滑块140始终受到气体或液体的推力，带动转子120转动，转子120上的转轴123则可用于驱动其他设备转动，实现将流体的动能转化为机械能。

同理，本实施例提供的流体动力转化装置100也能够利用其他驱动设备驱动转子120转动，在转子120转动的作用下带动滑块140运动，滑块140驱动圆环形空腔150内流体运动，实现将机械能转化为流体的动能。

本实施例提供的流体动力转化装置100不仅结构简单、制造方便、成本低，而且通过设置阻隔板130在圆环形空腔150的内部形成了液体或气体的单向流道、且密封性较好。转子120上的滑块140的受力面积较大，能够使转子120受到较大的切向力，提高转子120将液体或气体的动能转化为机械能效率。同理，滑块140对液体或气体的作用面积较大，对液体或气体的推动力较大，能够有效提高将机械能转化为液体或气体的动能的效率。

第二实施例

本实施例提供了一种流体动力转化装置100，其与第一实施例中的流体动力转化装置的区别在于：本实施例提供的流体动力转化装置100为外转子内定子结构。

图5为本实施例提供的流体动力转化装置的结构示意图，请参阅图5。

定子110为圆柱状。定子110上开设有进口111和出口112。转子120为圆筒状。转子120转动地套设在定子110的外围。转子120与定子110之间形成圆环形空腔150。进口111和出口112均使圆环形空腔150与外界连通。阻隔板130固定连接在定子110上、并与转子120滑动连接。阻隔板130位于圆环形空腔150内、且在进口111与出口112之间。滑槽121开设在转子120的内周面上。滑槽121沿转子120的轴向延伸至转子120的两个端面。滑槽121和滑块140的数量均为三个。三个滑槽121沿转子120的内周面均匀布置。

图6为图5中的流体动力转化装置沿VI-VI剖切线的剖切结构示意图，请参阅图6。

定子110包括内圆柱体117、第二顶壁118和第二底壁119。第二顶壁118和第二底壁119分别设置在内圆柱体117的两端。第二顶壁118和第二底壁119中任一个或者两个均与内圆柱体117可拆卸连接。转子120转动地套设在内圆柱体117的外围、且位于第二顶壁118与第二底壁119之间。

第二顶壁118上靠近第二底壁119的表面和第二底壁119上靠近第二顶壁118的表面对应设置有导槽116。滑块140分别靠近第二顶壁118和第二底壁119的两端分别固定连接有轴承160。轴承160延伸至对应的导槽116内。

图7为图6中的转子的结构示意图，请参阅图6和图7。

转子120的内周面上设置有环形凸棱123。环形凸棱123的数量为两个。两个环形凸棱123间隔设置。滑槽121从转子120的内周面贯穿至环形凸棱123的内周面。

图8为图6中的定子沿VIII-VIII剖切线的剖切结构示意图，请参阅图8。

导槽116开设在第二顶壁118的内表面上、且位于内圆柱体117的外围。导槽116的延伸形状为偏心环状形。导槽116的结构与第一实施例中相近，不同之处在于，第一弧形段1161与第二弧形段1162的交接处距离第二顶壁118的中心最远。第三弧形段1163为圆弧形，并且第三弧形段1163上各处相比第一弧形段1161和第二弧形段1162上各处距离第二顶壁118的中心较近。

具体的，请结合图6和图8。第一弧形段1161与第二弧形段1162的交接处与阻隔板130位于转子120的同一径向方向上。当轴承160滚动至第一弧形段1161与第二弧形段1162的交接处时，滑块140完成收缩至滑槽121的内部。

本实施例提供的流体动力转化装置100的工作原理：气体或液体从进口111流入圆环形空腔150中后，在阻隔板130的阻挡作用下，向远离阻隔板130的方向流动，将推动伸出滑槽121外的滑块140，使转子120围绕自身轴线转动。在转子120转动的过程中，滑块140上的轴承160在导槽116内滚动，带动滑块140沿转子120的径向移动。当滑块140转动到阻隔板130的位置时，轴承160滚动至第一弧形段1161与第二弧形段1162的交接处，滑块140完成收缩至滑槽121的内部，滑块140继续移动、且越过阻隔板130。此时，气体或液体已从出口112排出。滑块140越过阻隔板130之后，滑块140在导槽116的导向作用下，逐渐靠近内圆柱体117，然后又逐渐远离内圆柱体117。如此循环，滑块140始终受到气体或液体的推力，带动转子120转动，转子120的外表面则可用于连接皮带等传动部件，实现将流体的动能转化为机械能。同理，本实施例提供的流体动力转化装置100也可实现将机械能转化为流体的动能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流体动力转化装置，其特征在于，包括定子、转子、阻隔板和滑块；所述转子与所述定子转动连接；所述转子与所述定子相对的侧壁之间形成有圆环形空腔；所述定子上开设有进口和出口；所述阻隔板固定连接在所述定子上、且与所述转子滑动连接；所述阻隔板位于所述圆环形空腔内、且在所述进口与所述出口之间；所述转子对应所述圆环形空腔的表面上开设有滑槽；每一所述滑槽内设置有一个所述滑块；所述滑块从所述滑槽内伸出、与所述阻隔板一并将所述圆环形空腔分成压力不等的两个子空腔，所述滑块缩回所述滑槽内以越过所述阻隔板。

2.根据权利要求1所述的流体动力转化装置，其特征在于，每一所述滑块上平行其运动方向的至少一侧固定连接一所述轴承；所述定子上朝向所述滑块固定连接所述轴承的表面上开设有导槽；所述导槽的延伸形状为偏心环状形；所述轴承沿所述导槽滚动带动所述滑块在所述滑槽内往复滑动。

3.根据权利要求1所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述定子为圆筒状；所述定子包括环形侧壁、第一顶壁和第一底壁；所述第一顶壁和所述第一底壁分别设置在所述环形侧壁的两端；所述转子为圆柱状；所述转子转动地设置在所述定子的内部；所述转子与所述环形侧壁之间形成所述圆环形空腔；所述滑槽开设在所述转子的外周面上；所述滑槽沿所述转子的轴向延伸至所述转子的两个端面。

4.根据权利要求3所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述第一顶壁的内表面和所述第一底壁的内表面对应设置有所述导槽；所述滑块分别靠近所述第一顶壁和所述第一底壁的两端分别固定连接有所述轴承；所述轴承延伸至对应的所述导槽内。

5.根据权利要求4所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述转子的外周面上设置有环形凸棱；所述滑槽从所述转子的外周面贯穿至所述环形凸棱的外周面。

6.根据权利要求5所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述滑槽和所述滑块的数量至少两个；所述滑槽沿所述转子的外周面均匀布置；所述环形凸棱的数量为两个；两个所述环形凸棱间隔设置。

7.根据权利要求1所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述定子为圆柱状；所述定子包括内圆柱体、第二顶壁和第二底壁；所述第二顶壁和所述第二底壁分别设置在所述内圆柱体的两端；所述转子为圆筒状；所述转子转动地套设在所述内圆柱体的外围、且位于所述第二顶壁与所述第二底壁之间；所述转子与所述内圆柱体之间形成所述圆环形空腔。

8.根据权利要求7所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述滑槽开设在所述转子的内周面上；所述滑槽沿所述转子的轴向延伸至所述转子的两个端面。

9.根据权利要求8所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述第二顶壁上靠近所述第二底壁的表面和所述第二底壁上靠近所述第二顶壁的表面对应设置有所述导槽；所述滑块分别靠近所述第二顶壁和所述第二底壁的两端分别固定连接有所述轴承；所述轴承延伸至对应的所述导槽内。

10.根据权利要求9所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述转子的内周面上设置有环形凸棱；所述滑槽从所述转子的内周面贯穿至所述环形凸棱的内周面。