CN1260859A - 旋转式变容流体机器 - Google Patents

Abstract

一种旋转式变容流体机器包括一偏心地安装在壳体(14,15)以围绕一轴线(30)旋转的转子(12),该转子具有分别容置叶片(21)的诸凹槽(33),该叶片当转子旋转时在凹槽中摆动。通过一曲柄(27)将每个叶片(21)连接到臂(28)以围绕一叶片轴线(35)摆动,该叶片轴线位于本身在壳体(14,15)内具有一间隙配合的尖端部分和外端内部。每个叶片的尖端较佳围绕一叶片轴线(35)弯曲。该机器可与一内燃机的曲轴连接并由周围空气与内燃机进气管之间的压力差驱动。该装置也可作为一热泵工作。

Description

旋转式变容流体机器

本发明涉及旋转式变容流体机器。

按照本发明的一个方面，一种旋转式变容流体机器包括一偏心地安装在一壳体中以围绕一轴线旋转的转子，该转子具有分别容置叶片的凹槽，这些叶片当转子旋转时在凹槽中摆动，每个叶片通过一曲柄连接到一臂上以在其上围绕一叶片轴线摆动，该臂能围绕一与转子轴线偏置的轴线摆动，该叶片轴线位于壳体径向内表面径向内部，且叶片尖端围绕该叶片轴线弯曲。

按照本发明的另一方面，一种旋转式变容流体机器包括一偏心地安装在一壳体中的转子组件，该转子组件包括其间为一具有可动叶片的转子的端部件、一穿过一个端部件并连接到另一个端部件以支承该转子组件的驱动轴。

叶片可在径向滑动。叶片可安装在转子凹槽中以在端部件中摆动。

壳体可具有一向另一壳体端部件延伸并支承在驱动轴上的端部件。

叶片可通过曲柄连接到臂，该臂能相对于与转子轴线偏置的一轴线上的叶片摆动，这转子轴线由一支承在另一壳体端部件中的零件提供，并由可回转的驱动轴加以支承。

按照本发明的另一方面，一种旋转式变容流体机器包括一转子组件，该转子组件在一壳体中可旋转，并包括一具有容置叶片的凹槽的转子，该叶片通过曲柄连接到能相对于该曲柄和一与转子组件轴线偏置的轴线摆动的臂，该转子位于其间分别具有一密封件和一轴承和一相应叶片的轴的在轴向具有内件和外件的端部件之间。

每个发明均能与其它的发明内容一起使用。

按照本发明的另一方面，一种内燃机具有一连接到曲柄并由周围空气与内燃机入口管之间的压力差驱动的变容旋转式装置，并将废气从内燃机送至旋转装置的入口。

本发明并可以各种方式加以实施，现参照附图通过一实例说明一具有可能改进的具体实施例，其中：

图1为一旋转式机器的局部剖开的立体图；

图2为一机器的示意剖视图；

图3为一转子的示意轴向图；

图4为一转子圆盘的分解立体图；

图5为圆盘部分的立体图；

图6为圆盘的轴向图；

图7示出一修改；

图8示出另一修改：

图9示出一热泵；

图10示出一内燃机；

图11示出一控制板；

图12为一流动图；以及

图13为一改进的转子叶片部分的放大图。

旋转式变容流体机器10具有一其中能转动一偏心安装的转子组件12的外部定子组件11。定子组件11具有一第一端板13，一两部径向台阶的壳体件14、15以及一第二端板16，该组件由螺栓17固定在一起，具有适当的流体密封件(未示出)并提供一膨胀/压缩腔70。

转子组件12包括一具有容置相应叶片21的角度间隔的周向凹槽33的转子20。每个叶片21与端部轴22、23为一体，端部轴分别安装在用螺栓26(仅示出一个)与转子20固定的第一转子圆盘24和第二转子圆盘25中的轴承24a、25a上，以便围绕轴线32转动(摆动)。轴23通过相应的整体曲柄臂27枢转地连接到摆动臂或辐条28上，该摆动臂或辐条能在一固定在第二端板16中的公共轴29上摆动(围绕轴线30)。

臂28与转子一起转动并在轴29上摆动。臂27围绕轴线35摆动。

一与轴线30偏置的具有轴线41的驱动轴40通过螺栓26与转子组件固定。

通过这种配置，叶片21在凹槽33中围绕轴线32摆动以产生一压缩区43和一膨胀区44，而叶片21的外表面45配置成相对于壳体14的内表面46间隙很小。

叶片表面45被加工到最大公差，而叶片表面与表面46之间具有很小的运行间隙。

根据需要装设适当的轴承50。

在本例中，转子组件12被支承在驱动轴40上。

端壁13在51处轴向延伸，其中心区域通过中间轴承52、53朝向端壁16。故转子组件上的压力负荷大部分作用在轴承52、53上以呈轴向分布，而不是在驱动轴的端部处悬臂。

驱动轴40被容置在改善平衡的轴29的42处，故轴29被支承在其两端并具有小于悬臂轴情况的弯曲负荷，从而能更小并减少重量。轴29能与板16一体。轴29、40能通过相对轴向运动加以装配。

该特点能用于叶片在转子中径向滑入滑出的机器。

在本例中，臂27与28之间相对角度运动的轴线35径向朝向壳体表面46和叶片的外表面或绕轴线35弯曲(部分圆)的尖端45的内部。

与下列结构相比较：轴线35与表面46一致，并且表面45为一当其在壳体中旋转时叶片21绕其枢转的有效边缘，本结构为叶片尖端提供一弯曲表面，它在叶片围绕轴线35摆动时滚动而减少摩擦。弯曲的叶片失端制作更为容易，更为坚强，并改善了尖端间隙的维护。臂27和28的长度也更小，从而降低重量，并提供更小的机器整体直径。

为便于制造和装配，转子圆盘25由图4中的两个零件54、55形成并通过相对轴向运动加以装配。零件54具有带有凹端的径向部56，该径向部容置于零件55的径向凹槽57中，以形成用于轴23的小孔58，并在一端面中具有凹槽59，该凹槽容置带有容置在凸起60之间的槽62中的肋61的零件55的凸起60，整个结构提供一用于转子部分20a的小孔63。在将零件54轴向移动就位之前，将轴23放在零件55的小孔58中。在这种情况下，图2中的转子表面20b能延伸圆盘25的轴向范围。如对转子加以切割以提供凸缘64，则零件55具有一用于容置轴40上的凸缘64的端部凹槽。

转子圆盘24能制成为由一穿过圆盘24中的小孔以容置轴22的圆形分割线形成的两件，并通过相对轴向运动加以装配。

凹槽33的一个壁表面65(后缘表面)通常与相应叶片21的表面66一致，而弯曲表面45系指在叶片21的摆动运动的一个极限处将有图3所示的一未被叶片占据的小容积67。如图7所示，这能通过在69处对转子部分68加工成适当形状而减少。这降低了压缩损失。

如图8所示，防止润滑油进入、密封膨胀/压缩腔70的一个方法是将圆盘24、25分成两个在其径向外端处用螺栓固定在一起的轴向间隔的零件71、72，并设置用于零件72的轴承73和用于与轴40上的环75接合的零件71的密封件74。零件71、72之间的间隔76能作为一通风孔和排油口。在这种情况下，零件71、72可以是均为由一穿过小孔58的圆形端面连接的两个零件，而并不需要图6的结构。

能将图2中的一密闭的套筒77装设在零件16与圆盘25之间的轴29上，且臂28能在其内具有轴承78的套筒77上摆动。这就使径向负荷沿套筒分布(臂28上的径向负荷在其旋转时变化)。套筒77以一转子速度与臂28的摆动速度之间的速度旋转。

在图9的一个实例中，将该装置用作一热泵。成角度间隔的入口90、91和出口92、93与壳体的内部70连通。散热器94和94a由开关94b可选择性地与孔口90、93连接；而散热器95和95a由开关95b可选择性地与孔口91、92连接。流体在一闭合回路中循环。散热器94a和95a在室内而散热器94和95在室外。

在夏天时不使用散热器94a和95。离开孔口93的热流体通过外侧空气在散热器94中加以冷却，并且离开孔口92的进一步冷却的流体对散热器95a进行冷却。

在冬天时不使用散热器94和95a；离开孔口92的冷空气通过外侧(较冷)的环境空气在散热器95中加热，并且来自孔口93的加热的流体通过散热器94a加热室内。

如将该装置用作图10的内燃机131中的一节流损失恢复涡轮，该装置100代替一通过环境与进气支管之间的压力差驱动的进气口101与进气支管102之间的蝶阀，该进气支管的压力小于环境压力，从而驱动皮带103和曲轴皮带轮104将能量传给曲轴。

在本例中，当转子速度提高时，流体质量流量提高。例如，如图3和11所示，在壳体14中形成有一在角度方面延伸的进气口120，壳体中能在角度方向滑动以扩大或减少进气口的角度范围的是一板123，它能从图11中实线所示的低速位置移动到虚线所示的最大转子速度的位置123a(全节流)。在低速下，进气口120在图3和11中从A延伸到B，但板123在全节流情况下移动到位置123a，从而将空气入口延伸到位置D。在G处所示的向内燃机入口支管的流动系经一在位置E与A之间打开的孔口。限定腔室70范围的相邻叶片21之间的距离在图3中示意性地用B至C以及D至E表示。相应于发动机加速器踏板125(图10)的运动，板123的运动可由机构124(例如一电缆)加以控制。

在图12所示的改进型中，从内燃机131穿过排气管130的一些废气通至旋转装置100的进气口120，并回到内燃机进气口，以减少通至大气的废气的氧化氮的含量。该废气的压力通常小于或等于周围空气的压力。

图13示出在高速情况下采用的另一结构。点X表示当叶片关闭(腔室为最小容量)时最靠近壳体的尖端点；点Z表示当叶片充分打开(腔室为最大容量)时最靠近壳体的尖端点；点Y在点X与Z之间。

直线200、201、202分别为相对于点X、Y、Z的壳体表面的切线。

由于叶片尖端在运转过程中枢转，最靠近壳体内表面的叶片尖端部分从点X移动到点Z。机构应力在点X与Z之间为其最高以及法向的尖端间隙(在X处计算)减少。叶片与引起叶片摆动的驱动轴之间的连接机构通常拉伸和/或扭转(包括轴承、曲轴臂)以及尖端间隙减少。如减少量大于可采用的公差，则将产生尖端磨损。

在高速例如6000转/分情况下，在点Y与Z之间存在相对较大的尖端运动。为防止尖端的严重磨损，将尖端轮廓修改为如虚线203所示的较为平坦的形状。这可以用每个增量跟随壳体的曲率，或对于实际用途来说，直线203可以是分别在点Y与Z处与半径206、207垂直的尖端上加工的两个平坦部分204、205。

Claims (20)

1.一种旋转式变容流体机器，包括一偏心地安装在一壳体中以围绕一轴线旋转的转子，所述转子具有分别容置叶片的诸凹槽，这些叶片当转子旋转时在凹槽中摆动，每个叶片通过一曲柄连接到一臂上以在其上围绕一叶片轴线摆动，所述臂能围绕一与转子轴线偏置的轴线摆动，所述叶片轴线位于壳体径向内表面的径向内部。

2.如权利要求1所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述叶片尖端围绕所述叶片轴线弯曲。

3.如权利要求1或2所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述壳体具有轴向间隔的端部件，其中一个端部件朝向另一个延伸并支承在一驱动轴上。

4.如权利要求3所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述转子轴线由一支承在所述另一个壳体端部件中的零件提供，这零件由驱动轴加以支承。

5.如上述权利要求中任一项所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述转子位于其间具有一密封件和一轴承以及相应叶片的轴的轴向分别具有内部零件和外部零件的转子端部件之间。

6.如权利要求3所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述壳体安装在支承于驱动轴上并位于两个壳体端部件之间的轴承上。

7.如权利要求2或3所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，每个叶片被安装在转子上的一相应的径向配置的凹槽内，至少一个对每个凹槽进行限定的壁为部分弯曲以跟随相应叶片的弯曲尖端，从而减少在相应叶片的摆动运动的一个极限处弯曲尖端与壳体的相邻径向表面之间空间的容积。

8.一种旋转式变容流体机器，包括一偏心地安装在一壳体中的转子组件，所述转子组件包括其间为一具有可移动叶片的转子的端部件、一穿过一个端部件并连接到另一个端部件以支承所述转子组件的驱动轴。

9.如权利要求8所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述叶片可围绕一位于所述壳体的径向内表面的径向内部的叶片轴线摆动，所述叶片尖端围绕所述叶片轴线弯曲。

10.如权利要求8所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述叶片安装成在转子凹槽中可径向滑动，以相对于端部件摆动。

11.如权利要求5至8中任一项所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述转子端部件中的一个由适于通过相对轴向移动加以装配的两个零件形成。

12.如上述权利要求中任一项所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述机器与一内燃机的曲柄轴连接并由周围空气与内燃机进气管之间的压力差驱动。

13.如权利要求12所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，将从所述内燃机排出的废气送到所述旋转式变容流体机器的所述进气口。

14.如上述权利要求中任一项所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，当用作具有角度间隔的与壳体内部连通的进气口和出气口的热泵时，流体在一闭合回路中循环。

15.如上述权利要求中任一项所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述壳体中包括一流体进气口和一流体出气口，相邻叶片之间的腔室反复交替用作压缩腔和膨胀腔。

16.如权利要求15所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述进气口的尺寸可调节。

17.如权利要求16所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述进气口可根据流体质量流量的变化自动调节。

18.如权利要求2所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，每个叶片的弯曲尖端的轮廓被修改为一较为平坦的形状，以保证在转子高速情况下与壳体的间隙。

19.如权利要求18所述的旋转式变容流体机器，其特征在于，所述修改的轮廓包括一个或多个平直部分。

20.一种与一内燃机的曲轴连接并通过周围空气与内燃机进气管之间压力差驱动的旋转式变容流体机器，其特征在于，从内燃机排出的废气被送到所述旋转装置的入口。

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