CN216894888U - 一种基于扇叶旋转的容积泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于扇叶旋转的容积泵，包括外壳，及设置于外壳内的导向盘和至少3片扇叶，为类圆柱形空腔，腔体内有多个扇叶，经机械变化控制角度张合，达到增减流体机械能的目的。本实用新型解决了传统容积泵腔体容积与材料体积的比值小的问题，使其使用更少材料就能变化更大体积，泵出更大流量，解决了长期限制容积泵发展的瓶颈；同时相比动力泵，本容积泵有封闭流体、能量转化效率高、能对微小的流体动能实现实时传动，在理想条件下流量与机械旋转量呈绝对正相关、不会遗漏等优点。

Description

一种基于扇叶旋转的容积泵

技术领域

本实用新型涉及流体机械技术领域，具体涉及一种基于扇叶旋转的容积泵

背景技术

流体机械作为刚体机械能与流体机械能的转化工具，广泛应用于工业及社会的各个领域，是很多机械系统的基础及关键一环，但流体机械的基本结构已经多年没有改进，最常用的离心泵及所属的动力式流体机械因无法封闭流体，即使是理论上处于理想状态的最高能量转换效率也难以逼近100％，无法在低速下实现即时的流体传动，无法在刚体机械停止时静止流体。现有的容积式流体机械如齿轮泵，存在腔体容积与材料体积的比值小的问题，消耗大量材料只有少量容积产生流量，这限制了容积泵的发展和广泛的应用。为此，现有技术中做了一些研究，如专利号： CN202022440244.5，发明名称为《一种变容积泵体，包括定子外壳和转子》公开了转子与定子外壳配合形成一个环形密封腔，转子包括转子圆盘和与转子圆盘固定连接的活塞，活塞位于环形密封腔内，活塞的截面形状与环形密封腔的截面形状相匹配并在环形密封腔内滑动；定子外壳上还装有阀门，阀门在闭合时将环形密封腔隔断，在打开时将环形密封腔连通；但上述方案存在结构复杂，能量转化率低，容积比小的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种能量转化效率高、能对微小的流体动能实现实时传动的基于扇叶旋转的容积泵，解决了传统容积泵腔体容积与材料体积的比值小的问题。

为解决上述问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于扇叶旋转的容积泵，包括外壳，及设置于外壳内的导向盘和至少3片扇叶；所述外壳为由侧面、底面和顶面组成的封闭结构，侧面由2个小半径弧形面板和2个大面板间隙设置构成，外壳的出口和进口设置于不同的大面板上；在小半径弧形面板的圆心处设有垂直于底面的扇叶中心轴，所述扇叶通过其一侧上的轴承环套在扇叶中心轴上，每片扇叶的顶部设有凸起的导向棒，各导向棒到扇叶中心轴的距离相等，扇叶的端面可沿小半径弧形面板的内表面滑动，扇叶的端面距离大面板一定距离；所述导向盘通过中心旋转轴安装于顶面下，中心旋转轴与外部电机连接，导向盘底面开设有从导向盘中心向其边缘延伸的多条导向凹槽，导向凹槽均布于导向盘上且其数量与扇叶(3)数量相同，扇叶上的导向棒与导向凹槽滑动配装。

进一步的，轴承环设置于扇叶不同的高度上。

进一步的，扇叶中心轴长为a，扇叶数量为b，轴承环的长度为a/b。

进一步的，中心旋转轴穿过导向盘和顶面与外部电机连接。

所述大面板可以为与小半径弧形面板同圆心的弧形面板，也可以为直面板，或由直面板与弧形面板组成，或由多个直面板组成，或与小半径弧形面板非同圆心的弧形面板，只要满足大面板距离扇叶的端面一定距离足以使流体自由通过即可。在本优选方案中所述大面板为与小半径弧形面板同圆心的大半径弧形面板，该大半径弧形面板通过直面板与小半径弧形面板连接。

进一步的，所述扇叶的数量为3。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型为类圆柱形空腔，腔体内有多个扇叶，经机械变化控制角度张合，达到增减流体机械能的目的。本实用新型解决了传统容积泵腔体容积与材料体积的比值小的问题，使其使用更少材料就能变化更大体积，泵出更大流量，解决了长期限制容积泵发展的瓶颈；同时相比动力泵，本容积泵有封闭流体、能量转化效率高、能对微小的流体动能实现实时传动，在理想条件下流量与机械旋转量呈绝对正相关、不会遗漏等优点。

2、本实用新型是一种流体机械，通过导向盘改变多个扇叶间夹角大小，从而改变水仓内容积大小，在一侧开放仓抽取流体并旋转膨胀，到体积最大时进入封闭仓，并转入另一开放仓压缩流体挤出并旋转收缩，到体积最小时进入另一封闭仓，再转入原来的开放仓继续工作，如此循环往复，从而实现对流体实时应变的增减机械能；另外，通过控制导向盘的速度，可以控制吞吐流量，流量的控制更易于实现。

3、在本实用新型的基础上，只需要改变扇叶的长度或深度并且配合相应的外壳，就可以扩大仓体内空腔容积的大小，解决了传统容积泵容积比小的问题，结构简单，更易于实现。

4、解决了其他传统容积泵如齿轮泵，为保证密封性，需同步扩大齿轮体积，消耗了更多材料，从而导致整体体积变大，空间利用效率低的问题。本实用新型大大提高空间利用效率，降低成本，使容积泵市场得以扩展，应用在更多领域。本实用新型由于采用封闭流体通道的方式泵流体，使得它与动力泵不同，理论最高效率可以逼近100％。

5、本实用新型可应用于各种需要流体机械的应用场景，不论是泵气泵液体，还是被气体或液体所推动，都可以应用。

附图说明

图1为一种基于扇叶旋转的容积泵的结构示意图；

图2为一种基于扇叶旋转的容积泵的俯视图；

图3为一种基于扇叶旋转的容积泵中导向盘的结构示意图；

图4为一种基于扇叶旋转的容积泵中扇叶的结构示意图；

图5为一种基于扇叶旋转的容积泵中外壳的结构示意图；

图6(a)为导向盘2旋转角0°时的示意图；

图6(b)为相比图6(a)导向盘2旋转角30°的示意图；

图6(c)为相比图6(a)导向盘2旋转角60°的示意图；

图6(d)为相比图6(a)导向盘2旋转角90°的示意图；

图6(e)为相比图6(a)导向盘2旋转角120°的示意图；

图6(f)为相比图6(a)导向盘2旋转角150°的示意图；

图6(g)为相比图6(a)导向盘2旋转角180°的示意图；

附图标记：1、外壳，11、侧面，111、小半径弧形面板，112、大面板，12、底面，121、扇叶中心轴，13、顶面，131、导向盘安装槽，132、导向盘轴孔，2、导向盘，21、中心旋转轴，22、导向凹槽，3、扇叶，31、导向棒， 32、轴承环。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的和优点更清楚明了，下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1、2所示，一种基于扇叶旋转的容积泵包括外壳1，及设置于外壳1 内的导向盘2和3片扇叶3。如图5所示，所述外壳1为由侧面11、底面12和顶面 13组成封闭空腔，底面12和顶面13为平面。顶面13的下部开设有导向盘安装槽131，和导向盘轴孔132。侧面11由2个小半径弧形面板111和2个大面板112 间隙设置构成。

外壳1的出口和进口分别设置于不同的大面板112上，用于液体进、出。在小半径弧形面板111圆心处设有垂直且连接在底面12和顶面13的扇叶中心轴121，所述扇叶3通过其一侧上的轴承环32套在扇叶中心轴121上，使每片扇叶3可围绕扇叶中心轴121独立旋转。每片扇叶3的顶部设有凸起的导向棒31，各导向棒31到扇叶中心轴121的距离相等，扇叶3的端面可沿小半径弧形面板 111的内表面滑动，扇叶3的端面距离大面板112一定距离以使流体自由通过。当有两片扇叶3都处于小半径弧形面板111时，这两片扇叶3和外壳1形成了封闭仓，小半径弧形面板111我们称为封闭外壳1。当两片扇叶3都处于大面板112 时，扇叶3端面与大面板112有距离，这两片扇叶3和外壳1形成了开放仓，大面板112我们称为开放外壳1。

中心旋转轴21穿过导向盘2中心且插入导向盘轴孔132内将导向盘2安装于顶面13的导向盘安装槽131上，中心旋转轴21还穿过顶面13与外部电机连接，需要说明的是中心旋转轴21和扇叶中心轴121不重合。如图3所示，导向盘2底面开设有从导向盘2中心向其边缘延伸的多条导向凹槽22，导向凹槽22 均布于导向盘2上，并且导向凹槽22数量和扇叶3数量相同，扇叶3上的导向棒 31与导向凹槽22滑动配装。在外部电机的驱动下，中心旋转轴21转动，从而带动导向盘2旋转，致使导向棒31在导向凹槽22内滑动。此时，如图2所示，从俯视图看，小半径弧形面板111和大面板112同圆心(扇叶中心轴121)与导向盘2中心的距离连线、扇叶中心轴121与扇叶3上的导向棒31的距离连线就构成了三角形固定长度旋转的两条边，而受导向盘2控制的，导向盘2的中心旋转轴21到导向棒31之间的距离连线，就成为了三角形长度变化的第三条边(旋转边)，在导向盘2的控制下，三角形的旋转边的旋转速度在不断的变大变小的循环之中，在多个扇叶3的联动之下，扇叶3之间的角度因为变化速度的不同造成了张合的循环，就变成了从一个开放空间吸水到另一个开放空间吐水的循环之中，而实现容积泵的功能。

作为一种优选实施方式，如图4所示，轴承环32设置于扇叶3不同的高度上，各个轴承环32在扇叶3同侧的位置依次变高，使其可摞成与扇叶中心轴121 同高的独立圆环，圆环在保持独立可旋转的基础上紧挨扇叶中心轴121，使每片扇叶3都可以围绕扇叶中心轴121独立旋转，而长方形扇叶3的上方有一个圆柱形凸起导向棒31，使扇叶3可以在导向凹槽22的导向下变化速度旋转，实现扇叶3的功能。如扇叶中心轴121长为a，扇叶3数量为b，则轴承环32的长度为 a/b。

作为一种优选实施方式，所述大面板112为与小半径弧形面板111同圆心且半径大于小半径弧形面板111的大半径弧形面板，该大半径弧形面板通过直面板与小半径弧形面板111连接，此时外壳1为类圆柱形封闭空腔。2个小半径弧形面板111的弧长大于2个大半径弧形面板的弧长，并且其一小半径弧形面板111的弧长大于大半径弧形面板的弧长，另一小半径弧形面板111的弧长小于大半径弧形面板的弧长。本实用新型通过旋转扇叶3处于不同的圆弧面，使相邻扇叶3在旋转时的角度变化(若三角形三边可旋转，其中两条边定长且不等长，分别为短定边和长定边，第三条边长度可变，作为变长边，且变长边以靠固定短定边一端为圆心匀角速度的旋转，使得长定边的角速度不断循环增减。通过应用这一原理，设轴承环32圆心到导向棒31的平面距离为长定边，中心旋转轴21到轴承环32圆心的平面距离为短定边，导向棒31到中心旋转轴 21变长边，从而使3片扇叶3角速度不断周期性增减。因相邻扇叶3的周期进度差值相等，使得相邻扇叶3形成周期性角速度差增减，周期性角速度差增减导致相邻扇叶3之间在不停的做周期性的先追及后远离的运动，造成了相邻扇叶3旋转角度张合的结果。)，依据这一原理，因各导向棒31到中心旋转轴21的距离不同(相当于匀速旋转的变长边)，使得扇叶3在导向棒31作用下旋转时，各扇叶3的旋转速度不同(相当于变角速度的长定边)，致使扇叶3间的角度发生变化，增大(扇叶3夹角增大)或减小(扇叶3夹角减小)开放仓的容积，能够从大半径弧形面板吞(或吐)流体，在扇叶3处于小半径弧形面板111旋转时，能使水仓保持完全封闭，以转入下一个开放仓吐(或吞)流体。A-导向棒运动轨迹，B-扇叶运动轨迹,如图6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g) 所示。

本实用新型通过导向盘2改变多片扇叶3间的夹角大小，进而改变水仓内容积大小，从而实现对流体实时应变的增减机械能(例如：抽水或发电)的容积泵装置。

本实用新型可应用于绝大部分流体机械能与固体机械能相互转化的场景，例如水泵，室内排风扇，水力发电机，汽轮机等，与其他机械组合使用甚至可以实现更广泛的应用。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于扇叶旋转的容积泵，其特征在于：包括外壳(1)，及设置于外壳(1)内的导向盘(2)和至少3片扇叶(3)；所述外壳(1)为由侧面(11)、底面(12)和顶面(13)组成的封闭结构，侧面(11)由2个小半径弧形面板(111)和2个大面板(112)间隙设置构成，外壳(1)的出口和进口设置于不同的大面板(112)上；在小半径弧形面板(111)的圆心处设有垂直于底面(12)的扇叶中心轴(121)，所述扇叶(3)通过其一侧上的轴承环(32)套在扇叶中心轴(121)上，每片扇叶(3)的顶部设有凸起的导向棒(31)，各导向棒(31)到扇叶中心轴(121)的距离相等，扇叶(3)的端面可沿小半径弧形面板(111)的内表面滑动，扇叶(3)的端面距离大面板(112)一定距离；所述导向盘(2)通过中心旋转轴(21)安装于顶面(13)下，中心旋转轴(21)与外部电机连接，导向盘(2)底面开设有从导向盘(2)中心向其边缘延伸的多条导向凹槽(22)，导向凹槽(22)均布于导向盘(2)上且其数量与扇叶(3)数量相同，扇叶(3)上的导向棒(31)与导向凹槽(22)滑动配装。

2.根据权利要求1所述的一种基于扇叶旋转的容积泵，其特征在于：轴承环(32)设置于扇叶(3)不同的高度上。

3.根据权利要求2所述的一种基于扇叶旋转的容积泵，其特征在于：扇叶中心轴(121)长为a，扇叶(3)数量为b，轴承环(32)的长度为a/b。

4.根据权利要求1所述的一种基于扇叶旋转的容积泵，其特征在于：中心旋转轴(21)穿过导向盘(2)和顶面(13)与外部电机连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于扇叶旋转的容积泵，其特征在于：所述大面板(112)为与小半径弧形面板(111)同圆心的大半径弧形面板，该大半径弧形面板通过直面板与小半径弧形面板(111)连接。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于扇叶旋转的容积泵，其特征在于：所述扇叶(3)的数量为3。

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