CN106703891A - 一种流体动力转化装置 - Google Patents

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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。定子与转子相对的底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、并与转子滑动连接。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端面上开设有滑槽。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，所述进口与所述出口分别位于在两个所述子空腔内，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。
本发明提供的技术方案：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；所述定子与所述转子相对的底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、并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端面上开设有滑槽；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，所述进口与所述出口分别位于在两个所述子空腔内，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起伏环状形；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，所述定子包括第一环形侧壁、底壁和内圆柱体；所述内圆柱体设置在所述第一环形侧壁的内部、且与所述第一环形侧壁同轴线设置；所述底壁设置在所述第一环形侧壁和所述内圆柱体的一端、将所述第一环形侧壁和所述内圆柱体连为一体；所述内圆柱体与所述第一环形侧壁之间形成所述圆环形空腔；所述阻隔板设置在所述圆环形空腔的底部、且与所述第一环形侧壁、所述底壁和所述内圆柱体固定连接。
进一步地，所述转子为中空结构；所述转子包括第二环形侧壁和顶壁；所述顶壁设置在所述第二环形侧壁的一端；所述第二环形侧壁插入所述圆环形空腔内；所述内圆柱体插入所述第二环形侧壁内；所述滑槽开设在所述第二环形侧壁上远离所述顶壁的一端；所述滑槽沿所述第二环形侧壁的径向贯穿所述第二环形侧壁；所述滑槽沿所述第二环形侧壁的轴向延伸至所述第二环形侧壁上远离所述顶壁的一端。
进一步地，所述滑槽的数量为两个；两个所述滑槽相对所述第二环形侧壁的轴线对称设置。
进一步地，所述滑块朝向所述第一环形侧壁和所述内圆柱体的两侧分别连接有所述轴承；所述第一环形侧壁的内表面和所述内圆柱体的外表面上分别对应开设有所述导槽。
进一步地，所述导槽相对于所述底壁的最近点和最远点分别位于所述内圆柱体的轴线的两侧；所述最远点位于所述阻隔板相对所述底壁的另一侧。
进一步地，所述滑槽沿所述第二环形侧壁的径向贯穿所述第二环形侧壁；所述滑槽沿所述第二环形侧壁的轴向延伸至所述第二环形侧壁上远离所述顶壁的端面。
进一步地，所述滑块沿所述转子径向的长度等于所述第二环形侧壁的厚度；所述滑块沿所述转子轴向的长度等于所述滑槽沿所述转子轴向的深度。
进一步地，所述顶壁的中心位置固定设置有转轴；所述内圆柱体的中心位置开设有轴孔；所述转轴转动地连接在所述轴孔内。
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为本发明实施例提供的流体动力转化装置的全剖结构分解示意图。
图2为图1中的滑块和轴承的装配结构示意图。
图3为图1中的内圆柱体的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的流体动力转化装置的整体结构示意图。
图标：100-流体动力转化装置；110-定子；111-第一环形侧壁；112-底壁；113-内圆柱体；120-转子；121-第二环形侧壁；122-顶壁；123-转轴；130-阻隔板；140-滑块；150-轴承；160-圆环形空腔；170-滑槽；180-导槽；181-第一延伸段；182-第二延伸段；190-轴孔；200-进口；300-出口。
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”、“竖直”、“水平”、“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”、“第一”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。
图1为本发明实施例提供的流体动力转化装置100的全剖结构分解示意图，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包括定子110、转子120、阻隔板130、滑块140和轴承150。定子110和转子120均为回转体结构。
定子110与转子120相对的底壁之间形成有圆环形空腔160。阻隔板130设置在圆环形空腔160内、且固定连接在定子110上、并与所述转子滑动连接。转子120与定子110转动连接。转子120对应圆环形空腔160的端面上开设有滑槽170。每一滑槽170内设置有一个滑块140。滑块140从滑槽170内伸出、与阻隔板130一并将圆环形空腔160分成压力不等的两个子空腔，滑块140缩回滑槽170内以越过阻隔板130。
每一滑块140的两端分别固定连接一轴承150。定子110上朝向滑块140的两端的两个表面上分别对应开设有导槽180。轴承150沿导槽180滚动带动滑块140在滑槽170内轴向往复滑动。
具体的，定子110包括第一环形侧壁111、底壁112和内圆柱体113。内圆柱体113设置在第一环形侧壁111的内部、且与第一环形侧壁111同轴线设置。底壁112设置在第一环形侧壁111和内圆柱体113的一端、将第一环形侧壁111和内圆柱体113连为一体。
内圆柱体113与第一环形侧壁111之间形成圆环形空腔160。阻隔板130设置在圆环形空腔160的底部、且与第一环形侧壁111、底壁112和内圆柱体113固定连接。第一环形侧壁111的内表面和内圆柱体113的外表面上分别对应开设有导槽180。内圆柱体113的中心位置开设有轴孔190。
转子120为中空结构。转子120包括第二环形侧壁121和顶壁122。顶壁122设置在第二环形侧壁121的一端。滑槽170开设在第二环形侧壁121上远离顶壁122的一端。滑槽170沿第二环形侧壁121的径向贯穿第二环形侧壁121。滑槽170沿第二环形侧壁121的轴向延伸至第二环形侧壁121上远离顶壁122的端面。顶壁122的中心位置固定设置有转轴123。
当定子110与转子120组装后，第二环形侧壁121插入圆环形空腔160内。内圆柱体113插入第二环形侧壁121内。转轴123转动地连接在轴孔190内。
滑槽170和滑块140的数量有多种选择，优选为两个以上。本实施例中，滑槽170的数量为两个。两个滑槽170相对第二环形侧壁121的轴线对称设置。
如果滑槽170的数量为三个，三个滑槽170间隔均匀的角度开设在第二环形侧壁121上。也就是说，三个滑槽170两两之间成120°夹角。更多数量的滑槽170依次类推。
图2为图1中的滑块140和轴承150的装配结构示意图，请参阅图2。
滑块140为长方体结构。滑块140沿转子120径向的长度等于第二环形侧壁121的厚度。滑块140沿转子120轴向的长度等于滑槽170沿转子120轴向的深度。滑块140朝向第一环形侧壁111和内圆柱体113的两侧分别连接有轴承150。也就是说，滑块140相对的两个侧面上分别连接有轴承150。两个轴承150在转子120的同一径向上。
图3为图1中的内圆柱体113的结构示意图，请参阅图3。
内圆柱体113的外表面上的导槽180的延伸形状为起伏环状形。具体的，导槽180包括第一延伸段181和第二延伸段182。第一延伸段181和第二延伸段182首尾相连。其中，第一延伸段181沿内圆柱体113的外表面上的同一轴向延伸，也就是说，第一延伸段181上各处距离内圆柱体113的同一端面距离相等，或者说第一延伸段181上各处距离底壁112的相等(请参阅图1)。第二延伸段182的两端分别与第一延伸段181的两端连通。第二延伸段182的两端相对第二延伸段182的其他各处距离底壁112最近。第二延伸段182的中点相比导槽180上的其他各处距离底壁112最远。第二延伸段182的中点位于阻隔板130的上方。第一延伸段181在内圆柱体113的周面上的弧度为180°。当然，第一延伸段181的弧度还可以选择其他值，例如90°、120°等。
请同时参阅图1，轴承150位于导槽180的第一延伸段181时，滑块140最靠近底壁112。轴承150位于第二延伸段182的中点时，滑块140最远离底壁112，同时，滑块140恰完全位于阻隔板130的上方。
图4为本发明实施例提供的流体动力转化装置100的整体结构示意图，请参阅图4。
定子110上开设有进口200和出口300。进口200和出口300均使圆环形空腔160与外界连通。进口200和出口300可以开设在第一环形侧壁111上，也可以开设在底壁112上。本实施例中，进口200和出口300开设在底壁112上、且位于阻隔板130的两侧。
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200流入圆环形空腔160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170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150在导槽180内滚动，带动滑块140沿转子120的轴向移动。当滑块140转动到阻隔板130的位置时，轴承150滚动至第二延伸段182的中点，滑块140完全位于阻隔板130的上方，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300排出。滑块140越过阻隔板130之后，滑块140在导槽180的导向作用下，逐渐靠近底壁112，然后又逐渐远离底壁112。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，驱动圆环形空腔160内流体运动，实现将机械能转化为流体的动能。
容易理解的是，本实施例中的滑块140还可以为其他规则的或不规则的形状结构，只要滑块140运动到阻隔板130的位置时，能够越过阻隔板130即可。
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160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。
以上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；所述定子与所述转子相对的底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、并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端面上开设有滑槽；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，所述进口与所述出口分别位于在两个所述子空腔内，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起伏环状形；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，所述定子包括第一环形侧壁、底壁和内圆柱体；所述内圆柱体设置在所述第一环形侧壁的内部、且与所述第一环形侧壁同轴线设置；所述底壁设置在所述第一环形侧壁和所述内圆柱体的一端、将所述第一环形侧壁和所述内圆柱体连为一体；所述内圆柱体与所述第一环形侧壁之间形成所述圆环形空腔；所述阻隔板设置在所述圆环形空腔的底部、且与所述第一环形侧壁、所述底壁和所述内圆柱体固定连接。
4.根据权利要求3所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述转子为中空结构；所述转子包括第二环形侧壁和顶壁；所述顶壁设置在所述第二环形侧壁的一端；所述第二环形侧壁插入所述圆环形空腔内；所述内圆柱体插入所述第二环形侧壁内；所述滑槽开设在所述第二环形侧壁上远离所述顶壁的一端；所述滑槽沿所述第二环形侧壁的径向贯穿所述第二环形侧壁；所述滑槽沿所述第二环形侧壁的轴向延伸至所述第二环形侧壁上远离所述顶壁的一端。
5.根据权利要求4所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述滑槽的数量为两个；两个所述滑槽相对所述第二环形侧壁的轴线对称设置。
6.根据权利要求4所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述滑块朝向所述第一环形侧壁和所述内圆柱体的两侧分别连接有所述轴承；所述第一环形侧壁的内表面和所述内圆柱体的外表面上分别对应开设有所述导槽。
7.根据权利要求6所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述导槽相对于所述底壁的最近点和最远点分别位于所述内圆柱体的轴线的两侧；所述最远点位于所述阻隔板相对所述底壁的另一侧。
8.根据权利要求4所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述滑槽沿所述第二环形侧壁的径向贯穿所述第二环形侧壁；所述滑槽沿所述第二环形侧壁的轴向延伸至所述第二环形侧壁上远离所述顶壁的端面。
9.根据权利要求8所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述滑块沿所述转子径向的长度等于所述第二环形侧壁的厚度；所述滑块沿所述转子轴向的长度等于所述滑槽沿所述转子轴向的深度。
10.根据权利要求4所述的流体动力转化装置，其特征在于，所述顶壁的中心位置固定设置有转轴；所述内圆柱体的中心位置开设有轴孔；所述转轴转动地连接在所述轴孔内。
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