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1、(10)申请公布号 CN 103842655 A (43)申请公布日 2014.06.04 CN 103842655 A (21)申请号 201280048044.0 (22)申请日 2012.08.03 13/204,184 2011.08.05 US F04C 2/08(2006.01) (71)申请人 能量转子股份有限公司 地址 美国纽约 (72)发明人 GA雅尔 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 蒋旭荣 (54) 发明名称 流体能量传递装置 (57) 摘要 一种旋转腔室流体能量传递装置, 包括壳体, 该壳体有 : 中心部分, 该中心部分有。
2、形成于其中 的孔 ; 以及端板 (414) , 该端板形成弓形进口通道 (415) , 该进口通道有径向高度和周向宽度。该 装置还包括外部转子 (120) , 该外部转子可在中 心部分的孔中旋转, 具有凹形齿轮型面, 该凹形 齿轮型面形成于径向部分中, 从而确定多个根部 (424) ; 以及内部转子 (440) , 该内部转子有凸形齿 轮型面, 该凸形齿轮型面确定了多个凸耳 (449) , 这些凸耳与外部转子 (420) 操作啮合。在外部转 子根部 (424) 和相应内部转子凸耳 (449) 之间的 最小径向距离确定了靠近端板 (414) 的导管端面 (441) , 其中, 导管端面 (441。
3、) 有径向高度, 该径向 高度基本等于进口通道 (415) 在前边缘 (480) 处 的进口通道 (415) 径向高度。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.03.31 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/049567 2012.08.03 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/022770 EN 2013.02.14 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 14 页 附图 16 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书14页 附图16页 (10)申请公布号 CN 10384。
4、2655 A CN 103842655 A 1/2 页 2 1. 一种旋转腔室流体能量传递装置, 包括 : (a) 壳体, 该壳体包括 (1) 中心部分, 该中心部分有形成于其中的孔 ; 以及 (2) 端板, 该端板形成弓形进口通道, 该进口通道包括径向高度和周向宽度 ; (b) 外部转子, 该外部转子可在中心部分的孔中旋转, 该外部转子包括凹形齿轮型面, 该凹形齿轮型面形成于径向部分中, 从而确定多个根部 ; 以及 (c) 内部转子, 该内部转子有凸形齿轮型面, 该凸形齿轮型面确定了多个凸耳, 这些凸 耳与外部转子操作接合, 形成在外部转子根部和相应内部转子凸耳之间的最小径向距离确 定靠近端。
5、板的导管端面, 其中, 导管端面包括径向高度, 该径向高度基本等于进口通道在前 边缘处的进口通道的径向高度。 2. 根据权利要求 1 所述的流体能量传递装置, 其中 : 导管端面和进口通道布置在基本 类似的径向位置处。 3. 根据权利要求 2 所述的流体能量传递装置, 其中 : 前边缘与外部转子在导管端面处 的相应对齐部分的形状基本匹配, 以便提供基本瞬时进口通道打开。 4. 根据权利要求 2 所述的流体能量传递装置, 其中 : 进口通道包括后边缘, 该后边缘 与外部转子在导管端面处的相应对齐部分的形状基本匹配, 以便提供基本瞬时进口通道关 闭。 5. 根据权利要求 1 所述的流体能量传递装置。
6、, 其中 : 进口通道径向高度横过进口通道 周向宽度基本恒定。 6. 根据权利要求 1 所述的流体能量传递装置, 其中 : 进口通道径向高度横过进口通道 周向宽度变化。 7. 根据权利要求 6 所述的流体能量传递装置, 其中 : 进口通道的外边缘由外部转子的 根部的旋转通路来确定, 进口通道的内边缘由内部转子的凸耳尖端的旋转通路来确定。 8.根据权利要求1所述的流体能量传递装置, 其中 : 进口通道周向宽度在直到大约180 度圆弧的范围内延伸。 9. 根据权利要求 8 所述的流体能量传递装置, 其中 : 进口通道周向宽度在直到大约由 外部转子的相邻根部确定的周向宽度的范围内延伸。 10. 根据。
7、权利要求 1 所述的流体能量传递装置, 其中 : 各根部的外壁沿径向方向根据深 度而变化。 11. 根据权利要求 10 所述的流体能量传递装置, 其中 : 外壁从包括线性、 凹形和凸形的 组中选择。 12. 根据权利要求 1 所述的流体能量传递装置, 其中 : 各根部的至少一个侧壁沿周向方 向根据深度而变化。 13. 根据权利要求 12 所述的流体能量传递装置, 其中 : 该至少一个侧壁从包括线性、 凹 形和凸形的组中选择。 14. 根据权利要求 1 所述的流体能量传递装置, 其中 : 各根部的外壁沿径向方向根据深 度而基本恒定。 15. 根据权利要求 1 所述的流体能量传递装置, 其中 : 。
8、装置适合用作压缩机。 16. 根据权利要求 1 所述的流体能量传递装置, 其中 : 端板还形成出口通道, 且进口通 权 利 要 求 书 CN 103842655 A 2 2/2 页 3 道和出口通道设置成用于流体的预定压缩。 17. 一种制造高膨胀比能量传递装置的方法, 该方法包括以下步骤 : (a) 提供壳体, 该壳体包括 (1) 中心部分, 该中心部分有形成于其中的孔 ; 以及 (2) 端板, 该端板形成弓形进口通道, 该进口通道包括径向高度和周向宽度 ; (b) 提供外部转子, 该外部转子可在中心部分的孔中旋转, 该外部转子包括凹形齿轮型 面, 该凹形齿轮型面形成于径向部分中, 从而确定。
9、多个根部 ; (c) 提供内部转子, 该内部转子有凸形齿轮型面, 该凸形齿轮型面确定了多个凸耳, 这 些凸耳与外部转子操作啮合 ; 以及 (d) 通过保持在外部转子根部和相应内部转子凸耳之间的最小径向距离而形成导管, 该导管包括径向高度、 周向宽度和深度, 以便确定导管容积, 其中, 在导管端面处的导管径 向高度基本等于进口通道在前边缘处的进口通道径向高度。 18. 根据权利要求 17 所述的方法, 其中 : 导管端面和进口通道布置在基本类似的径向 位置处。 19. 根据权利要求 18 所述的方法, 还包括 : 设置在导管端面和进口通道之间的界面的 步骤, 以便产生作为基本恒定的外部转子旋转的。
10、函数的进口通道开口面积型面。 20. 根据权利要求 18 所述的方法, 其中 : 进口通道的前边缘与外部转子在导管端面处 的相应对齐部分的形状基本匹配, 以便提供基本瞬时进口通道打开 ; 且后边缘与外部转子 在导管端面处的相应对齐部分的形状基本匹配, 以便提供基本瞬时进口关闭。 21. 根据权利要求 18 所述的方法, 还包括 : 确定进口通道周向宽度的步骤, 以便控制装 置的膨胀比。 22. 根据权利要求 18 所述的方法, 还包括 : 确定进口通道周向宽度的步骤, 以便控制装 置的脉冲。 23. 根据权利要求 18 所述的方法, 还包括 : 确定进口通道径向高度的步骤, 以便控制通 过进口。
11、通道流入至少导管容积中。 24. 根据权利要求 23 所述的方法, 其中 : 进口通道径向高度确定步骤包括通过外部转 子的根部的旋转通路来确定进口通道的外边缘, 并通过内部转子的凸耳尖端的旋转通路来 确定进口通道的内边缘。 25. 根据权利要求 17 所述的方法, 还包括 : 改变外部转子以便控制导管容积的步骤。 26. 根据权利要求 25 所述的方法, 其中 : 变化包括改变各外部转子根部的外壁。 27. 根据权利要求 26 所述的方法, 其中 : 各外壁变化成根据深度而沿径向方向改变, 并 变化成线性、 凹形和凸形中的一个。 28. 根据权利要求 25 所述的方法, 其中 : 变化包括改变。
12、各外部转子根部的至少一个侧 壁。 29. 根据权利要求 28 所述的方法, 其中 : 各改变的侧壁变化成根据深度而沿周向方向 改变, 并变化成线性、 凹形和凸形中的一个。 权 利 要 求 书 CN 103842655 A 3 1/14 页 4 流体能量传递装置 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请要求美国专利申请 No.13/204184 的优先权, 该美国专利申请的申请日为 2011 年 8 月 5 日, 该文献整个被本文参引。该申请的主题涉及美国专利 No.6174151 和共同 待审的国际专利申请 No.PCT/US11/035383, 这两篇文献整个被本文参引。 技术领域 0。
13、003 本发明涉及能量传递装置, 该能量传递装置根据相互啮合摆线齿轮流体移动的原 理操作, 更特别是涉及改进的流体流动以及在该系统中的进口通道打开和关闭。 背景技术 0004 摆线齿轮流体泵和发动机为本领域公知。 通常, 凸耳状、 偏心安装的内部凸形转子 与匹配的凸耳状凹形外部转子在紧配合腔室中相互作用, 该紧配合腔室形成于壳体中, 该 壳体有柱形孔和两个端板。偏心安装的内部转子齿轮有设定数目的凸耳或齿, 并与包围的 外部凸耳状转子 (即环齿轮) 配合, 该外部凸耳状转子具有比内部转子多 1 个的凸耳或齿。 外部转子齿轮容纳于紧配合柱形外壳内。 0005 内部转子通常固定在驱动轴, 且当它在驱。
14、动轴上旋转时, 它相对于外部转子每圈 前进一个齿矩。 外部转子可旋转地容纳于壳体中, 与内部转子偏心, 并在一侧与内部转子啮 合。当内部和外部转子从它们的啮合点转动时, 内部和外部转子的齿之间的空间在内部转 子旋转第一个 180 度中逐渐增加尺寸, 从而产生膨胀空间。在内部转子的一圈的后一半中, 在内部和外部转子之间的空间减小尺寸, 因为齿啮合。 0006 当该装置操作为泵时, 要泵送的流体由于在空间中产生的真空 (由于它的膨胀导 致的) 而从进口孔吸入膨胀空间中。在达到最大容积点之后, 在内部和外部转子之间的空间 变成为减小容积。 在由于减小容积而达到足够压力之后, 该减小空间朝出口孔打开,。
15、 流体从 该装置压出。进口孔和出口孔通过壳体以及内部和外部转子而相互隔离。 0007 对于传统结构, 可能在很多合适操作条件下很难使得流体充满合适腔室, 从而导 致大大降低效率。因此需要改进的流体流动, 以便产生更高效的装置。 发明内容 0008 在某些实施例中, 本发明通过使用导管来方便流体在合适的腔室和进口通道之间 流动而解决在标准流体能量传递装置中的缺陷。 导管可以设置成使得流体能够从进口通道 快速充满腔室, 例如通过优化流体流入腔室中的区域。导管还可以设置成能够几乎瞬时打 开和关闭进口通道。 0009 根据一个方面, 本发明涉及一种旋转腔室流体能量传递装置。 该装置包括壳体, 该 壳体。
16、有 : 中心部分, 该中心部分有形成于其中的孔 ; 以及端板, 该端板形成弓形进口通道, 该进口通道包括径向高度和周向宽度。该装置还包括外部转子, 该外部转子可在中心部分 的孔中旋转, 具有凹形齿轮型面, 该凹形齿轮型面形成于径向部分中, 从而确定多个根部 ; 说 明 书 CN 103842655 A 4 2/14 页 5 以及内部转子, 该内部转子有凸形齿轮型面, 该凸形齿轮型面确定了多个凸耳, 这些凸耳与 外部转子操作啮合。 在外部转子根部和相应内部转子凸耳之间的最小径向距离确定了靠近 端板的导管端面, 其中, 导管端面有径向高度, 该径向高度基本等于进口通道在前边缘处的 进口通道径向高度。
17、。 0010 根据一个特殊实施例, 导管端面和进口通道布置在基本类似的径向位置处。前边 缘可以与外部转子在导管端面处的相应对齐部分的形状基本匹配, 以便提供基本瞬时进口 通道打开, 且进口通道可以有后边缘, 该后边缘与外部转子在导管端面处的相应对齐部分 的形状基本匹配, 以便提供基本瞬时进口通道关闭。 0011 在另一实施例中, 进口通道径向高度横过进口通道周向宽度基本恒定。在另一实 施例中, 进口通道径向高度横过进口通道周向宽度变化。进口通道的外边缘可以由外部转 子的根部的旋转通路来确定, 进口通道的内边缘可以由内部转子的凸耳尖端的旋转通路来 确定。在一些实施例中, 进口通道周向宽度在直到大。
18、约 180 度圆弧的范围内延伸, 且进口通 道周向宽度在直到大约由外部转子的相邻根部确定的周向宽度的范围内延伸。 0012 在还一实施例中, 各根部的外壁沿径向方向根据深度而变化。 外壁从包括线性、 凹 形和凸形的组中选择。各根部的至少一个侧壁沿周向方向根据深度而变化, 该至少一个侧 壁从包括线性、 凹形和凸形的组中选择。 在其它实施例中, 各根部的外壁沿径向方向根据深 度而基本恒定。该装置可以适合用作压缩机。端板还可以形成出口通道, 且进口通道和出 口通道可以设置成用于流体的预定压缩。 0013 根据本发明的另一方面, 一种制造高膨胀比能量传递装置的方法包括提供壳体, 该壳体有 : 中心部分。
19、, 该中心部分有形成于其中的孔 ; 以及端板, 该端板形成弓形进口通 道, 该进口通道包括径向高度和周向宽度。该方法还包括 : 提供外部转子, 该外部转子可在 中心部分的孔中旋转, 该外部转子包括凹形齿轮型面, 该凹形齿轮型面形成于径向部分中, 从而确定多个根部 ; 以及提供内部转子, 该内部转子有凸形齿轮型面, 该凸形齿轮型面确定 了多个凸耳, 这些凸耳与外部转子操作啮合。该方法还包括通过保持在外部转子根部和相 应内部转子凸耳之间的最小径向距离而形成导管, 该导管包括径向高度、 周向宽度和深度, 以便确定导管容积。 在导管端面处的导管径向高度可以基本等于进口通道在前边缘处的进 口通道径向高度。
20、。 0014 在一些实施例中, 导管端面和进口通道布置在基本类似的径向位置处。在其它实 施例中, 该方法还包括设置在导管端面和进口通道之间的界面, 以便产生作为基本恒定的 外部转子旋转的函数的进口通道开口面积型面。 进口通道的前边缘可以与外部转子在导管 端面处的相应对齐部分的形状基本匹配, 以便提供基本瞬时进口通道打开 ; 且后边缘可以 与外部转子在导管端面处的相应对齐部分的形状基本匹配, 以便提供基本瞬时进口通道关 闭。 0015 在一个实施例中, 该方法包括确定进口通道周向宽度, 以便控制装置的膨胀比 ; 还 可以包括确定进口通道周向宽度, 以便控制装置的脉冲。在还一实施例中, 该方法还包。
21、括 : 确定进口通道径向高度, 以便控制通过进口通道流入至少导管容积中。进口通道径向高度 确定步骤可以包括通过外部转子的根部的旋转通路来确定进口通道的外边缘, 并通过内部 转子的凸耳尖端的旋转通路来确定进口通道的内边缘。 0016 在另外的实施例中, 该方法包括改变外部转子以便控制导管容积。该变化可以包 说 明 书 CN 103842655 A 5 3/14 页 6 括改变各外部转子根部的外壁, 该外壁可以变化成根据深度而沿径向方向改变, 并变化成 线性、 凹形和凸形中的一个 ; 和 / 或改变各外部转子根部的至少一个侧壁, 该侧壁可以变化 成根据深度而沿周向方向改变, 并变化成线性、 凹形和。
22、凸形中的一个。 附图说明 0017 通过下面对多个实施例的说明并结合附图, 能够更充分地理解本发明的其它特征 和优点以及本发明自身。 0018 图 1 是普通摆线齿轮装置的分解透视图。 0019 图 2 是普通摆线齿轮装置的剖视端视图, 其中端板已除去。 0020 图 3 是普通摆线齿轮装置的、 沿柱形壳体的直径的剖视图。 0021 图 4 是摆线齿轮装置的分解透视图, 表示在内部转子和外部转子上都使用具有轮 毂的预加载轴承组件。 0022 图 5A 是摆线齿轮装置的剖视图, 表示在内部转子和外部转子上都使用具有轮毂 的预加载轴承组件, 其中示意表示了使用内部转子的轴作为泵轴的集成冷凝泵组件。。
23、 0023 图 5B 是摆线齿轮装置的另一实施例的示意剖视图, 表示了使用位于内部转子的 孔内的预加载轴承组件, 并利用固定于端板上的轮毂。 0024 图 5C 是摆线齿轮装置的另一实施例的示意剖视图, 表示了使用位于内部转子的 孔内的预加载轴承组件, 并利用与端板成一体的轮毂。 0025 图 6 是摆线齿轮装置的剖视图, 表示在外部转子上使用具有轮毂的预加载轴承组 件, 同时内部转子能够浮动在轮毂和从壳体端板凸出的辊轴承组件上。 0026 图 7 是摆线齿轮装置的剖视端视图, 表示了内部和外部转子以及进口孔和出口孔 的结构。 0027 图 8 是摆线齿轮装置的剖视图, 表示了与外部转子相连的。
24、预加载轴承组件和浮动 的内部转子。某些部件的截面剖面线已经删除, 用于清楚和示例说明目的。 0028 图 9 是摆线齿轮装置的剖视图, 表示了使用推力轴承来保持最小的内部转子与端 板间隙, 来自外部转子的动力输出轴用于集成的泵以及旁通孔和压力控制阀。某些部件的 截面剖面线已经删除, 用于清楚和示例地说明目的。 0029 图 10 是图 9 的实施例的局部剖视端视图。 0030 图 11 是表示摆线齿轮装置的使用的示意图, 该摆线齿轮装置利用旁路孔来作为 Ranking 循环中的发动机。 0031 图 12A 是摆线齿轮装置的另一实施例的示意剖视图, 该摆线齿轮装置与普通的进 口孔和出口孔结构组。
25、合。 0032 图 12B 是图 12A 中所示的摆线齿轮装置的实施例的示意局部剖透明端视图。 0033 图 13A 是本发明实施例的示意局部剖透明端视图, 表示了外部转子和多个孔结 构。 0034 图 13B 是在图 13A 所示的进口通道、 内部转子和外部转子之间的界面的示意局部 剖视图。 0035 图 13C 是在内部转子和外部转子之间的界面的示意局部剖视图, 其中有沿周向方 向变化的进口导管侧壁。 说 明 书 CN 103842655 A 6 4/14 页 7 0036 图 13D 是沿图 13C 中的线 D-D 的示意局部剖视图。 0037 图 14A 是根据图 12A 和 12 中。
26、所示的摆线齿轮装置的、 作为时间的函数的开口孔 面积的曲线图。 0038 图 14B 是根据图 13A 和 13B 中所示的本发明实施例的、 作为时间的函数的开口孔 面积的曲线图。 0039 在说明附图中所示的本发明实施例时, 为了清楚而使用了特定术语。不过本发明 并不限制于所选择的特定术语, 且应当知道, 各特定术语包括为了实现类似目的而以类似 方式操作的所有技术等效物。 0040 尽管这里介绍了本发明的优选和可选实施例, 但是应当知道, 在不脱离本发明强 调的基本原理的情况下, 能够对所示和所述结构进行多种变化和改变。因此认为将覆盖这 种类型的变化和改变以及所有的功能和结构等效物。 具体实。
27、施方式 0041 首先参考图 1-3, 普通摆线元件 (它的流体移动装置 (泵或发动机) 是一种内齿轮 泵) 总体表示为装置 100, 并包括壳体 110, 该壳体 110 有柱形部分 112, 该柱形部分 112 有 大致轴向的柱形孔 118, 该柱形孔 118 通常以任意合适方式在相对端处封闭, 例如通过可拆 卸的静止端板 114 和 116, 以便形成与柱形壳体孔 118 基本相同的壳体腔室。 0042 外部转子120与壳体腔室 (轴向孔118) 自由地和可旋转地匹配。 也就是, 外部转子 120 的外周边表面 129 和相对端面 (表面) 125 和 127 与确定壳体腔室的内端面 (。
28、表面) 109、 117 和周边径向内表面 119 基本流体密封地啮合。外部转子元件 120 为已知结构, 并包括 径向部分 122, 该径向部分 122 有提供有凹形齿轮型面 121 的轴向孔 128, 该凹形齿轮型面 121 有规则和周向间隔开的纵向槽 (或根部) 124, 表示为 7 个, 应当知道, 该数目可以变化, 槽 124 通过弯曲横向截面的纵向脊 126 而分离。 0043 内部转子 140 与外部转子 120 的凹形齿轮型面 121 对齐, 该内部转子有凸形齿轮 型面 141, 该内部转子 140 可绕与外部转子 120 的旋转轴线 132 平行和偏心的旋转轴线 152 旋转。
29、, 并与外部转子 120 操作啮合。内部转子 140 有端面 154、 156, 该端面 154、 156 与壳体 110 的端板 116、 114 的端面 109、 117 流体密封地滑动接合, 且内部转子 140 提供有在孔 143 中的轴向轴 (未示出) , 该轴向轴穿过壳体端板 114 的孔 115 凸出。与外部转子 120 类似, 内 部转子 140 为已知结构, 并包括多个纵向延伸的脊或凸耳 149, 这些脊或凸耳 149 为弯曲横 向剖面, 通过弯曲纵向沟谷 147 来分离, 凸耳 149 的数目比外部转子的槽 124 的数目少一 个。内部和外部转子 140 和 120 的面对周。
30、边边缘 158、 134 形成为使得内部转子 140 的各凸 耳 149 在内部转子 140 的整个旋转过程中与外部转子 120 的面对内周边边缘 134 流体密封 和可线性纵向滑动或滚转地接合。 0044 多个连续的前进腔室 150 由壳体端板 114、 116 以及内部和外部转子 140、 120 的面 对边缘 158、 134 来界定, 并由连续凸耳 149 来分离。当腔室 150 处于它的最顶侧位置时, 如 图 2 中所示, 它处于完全收缩位置, 且当它顺时针或逆时针方向前进时, 它进行膨胀, 直到 它到达 180 度相对和完全膨胀的位置, 然后, 它随着进一步前进而收缩, 直到它的初。
31、始收缩 位置。应当知道, 内部转子 140 在每转一圈的过程中相对于外部转子 120 前进一个凸耳, 因 为凸耳 149 比槽 124 少一个。 说 明 书 CN 103842655 A 7 5/14 页 8 0045 口 160 形成于端板 114 中, 并与膨胀的腔室 150a 连通。口 162 也形成于端板 114 中, 该口162由向前前进的腔室150在到达它们的完全膨胀状态时 (即收缩腔室150b) 到达。 应当知道, 腔室 150a 和 150b 可以根据转子 120、 140 旋转的顺时针或逆时针方向而相对于 口 160、 162 膨胀或收缩。 0046 当操作为泵或压缩机时, 。
32、驱动力通过安装在孔 143 中的合适驱动轴而施加在内部 转子 140 上。流体通过在膨胀腔室 150a 中产生的真空而通过口 (例如 160) 吸入该装置中, 在到达最大膨胀后, 收缩腔室150b在流体上产生压力, 该流体在压力下从收缩腔室150b压 出至合适的口 162 中。 0047 当操作为发动机时, 增压流体能够通过口, 例如 160, 这在膨胀流体使得腔室 150 膨胀至它的最大尺寸时使得相连的轴旋转, 然后, 流体在腔室 150 收缩时通过相对口排出。 0048 过去, 已经习惯将马达 120 和 140 安装成与壳体 110 成紧密间隙。因此外部转子 120的外部径向边缘129与。
33、柱形壳体部分112的内部径向表面119成紧密间隙, 同时外部转 子 120 的端部 (面) 125、 127 与端板 114 和 116 的内部面 117、 109 成紧密间隙。在外部转子 120 的径向边缘 129 和内部径向壳体表面 119 之间的径向紧密间隙界面称为界面 A, 而在外 部转子 120 的端部 125、 127 和端板 114 和 116 的面 109、 117 之间的紧密间隙界面称为界面 B 和 C。类似的, 在内部转子 140 的面 154、 156 和端板 114、 116 的面 109、 117 之间的紧密间 隙界面称为界面 D 和 E。用于确定转子 120 的旋转。
34、轴线所需的界面 A 的紧径向公差以及用 于在腔室 150 中流体密封所需的界面 B、 C、 D 和 E 的紧端部公差引起较大的流体剪切损失, 该流体剪切损失与转子 120 和 140 的速度成比例。另外, 在转子 120 和 140 的面 125、 127、 154、 156 上的不平衡液压力能够导致转子面 125、 127、 154、 156 和静止端板 114、 116 的内部 面 109、 117 紧密接触, 从而引起非常大的摩擦损失, 甚至咬死。尽管当装置操作为泵时剪切 损失能够忍受, 但是当装置用作发动机时, 这种损失可能意味着在成功和失败之间的差别。 0049 为了克服较大流体剪切。
35、和接触损失, 转子已经进行了改进, 以便减小这些较大流 体剪切和接触损失。因此, 图 4-11 中表示了旋转、 有腔室的流体能量传递装置, 总体表示为 10。装置 10 包括壳体 11, 该壳体 11 有 : 通常柱形的中心部分 12, 该中心部分有形成于其中 的较大柱形孔 18 ; 以及静止端板 14, 该静止端板有进口和出口通道, 该进口和出口通道表 示为第一通道 15 和第二通道 17(图 4 和 7) 。应当知道, 第一通道 15 和第二通道 17 的形 状、 尺寸、 位置和功能将根据装置将用于的用途而变化。 因此, 当装置用于泵送液体时, 进口 和出口 (排出) 孔各自包含接近 18。
36、0 度的膨胀和收缩腔室圆弧, 以便防止液压锁定或腔室化 (图 1, 口 160 和 162) 。不过, 当装置用作膨胀发动机或压缩机时, 相互太接近的进口孔和出 口孔可能是多余旁通泄漏损失的源。对于可压缩流体 (当装置用作膨胀或收缩机器时所使 用) (图 7, 口 15 和 17) , 在进口和出口孔 15 和 17 之间的分离将大得多, 从而减少在口之间 的泄漏, 该泄漏与在高压和低压口15和17之间的距离成反比对于可压缩流体一个口 (例如 口 15) 的截断使得流体被捕获在由外部转子 20 和内部转子 40 形成的腔室 50 中, 而并不与 口 15 或 17 连通, 因此导致流体的膨胀或。
37、收缩 (根据转子的旋转方向) , 从而当装置用作膨胀 机器时促进转子旋转, 或者当装置用作压缩机器时将功施加给转子。另外, 截断的口 15 的 长度确定了装置的膨胀或压缩比率, 也就是, 装置 10 的膨胀或压缩比能够通过改变合适口 的周向长度而变化。对于膨胀机器, 口 15 是截断进口孔, 而口 17 用作排出或出口孔。对于 收缩装置, 口 15 和 17 的作用相反, 也就是, 口 15 用作排出口, 而口 17 用作进口孔。当操作 说 明 书 CN 103842655 A 8 6/14 页 9 为收缩或压缩机器时, 转子 20 和 40 的旋转方向与图 7 中所示相反。部件 15 和 1。
38、7 与导管 2 和 4 连通 (图 4) 。 0050 为了消除在外部转子和一个端板之间的界面 (在图 3 中, 在转子 120 和端板 116 之 间的界面 B) 处的流体剪切和其它摩擦能量损失, 端板和外部转子能够形成为一件, 或者以 其它方式合适附接, 如图 4 和 5A 中所示。也就是, 外部转子 20 包括 (1) 径向部分 22 ;(2) 凹形齿轮型面 21, 该凹形齿轮型面 21 形成于径向部分 22 中 ;(3) 端部 24, 该端部 24 覆盖 凹形齿轮型面 21, 并作为转子 20 的一部分而旋转, 该端部 24 可以形成为径向部分 22 的整 体部分 ; 以及 (4) 转。
39、子端表面或端面26, 该转子端表面或端面26位于凹形齿轮型面21的边 缘。 0051 具有凸形齿轮型面 41 的内部转子 40 定位成与外部转子 20 操作接合。外部转子 20 绕旋转轴线 32 旋转, 该旋转轴线 32 平行和偏心于内部转子 40 的旋转轴线 52。 0052 通过将端板 24 附接在转子 20 上和使得它成为转子 20 的一部分, 它与容纳凹形齿 轮型面 21 的径向部分 22 一起旋转, 因此完全消除当转子 20 对着静止端板旋转时产生的流 体剪切损失 (图 3 中的界面 B) 。而且, 因为内部转子 40 的端面 54 抵靠转子 20 的端部 24 的 旋转内部面 9 。
40、旋转, 而不是抵靠静止表面, 因此在形成的界面 X(图 5A 和 6) 处的流体剪切 损失明显降低。具体地说, 因为在内部转子 40 和外部转子 20 之间的相对转速为外部转子 20的转速的1/N倍, 其中N是在外部转子20上的齿的数目, 因此, 与图1-3中所示的普通安 装结构相比, 在内部转子 40 的端面 54 和外部转子 20 上的端部外壳 24 的旋转内部面 9 之 间的滑动速度成比例地降低。因此, 对于相同流体和间隙情况, 损失为 1/N 倍大。另外, 因 为旋转端部外壳板 24 附接在外部转子上, 因此从腔室 50 经过在静止端板之间的界面 (图 3 中的界面 B) 通向装置的径。
41、向末端 (例如在界面 V 处的间距) 的旁路泄漏几乎完全消除。 0053 除了界面 X 之外 (在外部转子 20 的端部 24 的旋转内部面 9 和内部转子 40 的面 54 之间的界面) , 还可以集中注意 5 个另外的界面。它们包括 : 1) 在柱形壳体部分 12 的内部 径向表面 19 和外部转子 20 的外部径向边缘 29 之间的界面 V ; 2) 在壳体元件 72 的端面 74 和转子 20 的端部 24 的外部面 27 之间的界面 W ; 3) 在转子 20 的端面 26 和端板 14 的内端 面 16 之间的界面 Y ; 以及 4) 在内部转子 40 的面 56 和端板 14 的。
42、内端面 16 之间的界面 Z。 更少关注的是界面 U, 在外部转子 20 的端部 24 的内部面 9 和端板 14 的轮毂 7 的面 8 之间 的界面。由于在内部面 9 的、 靠近旋转轴线 32 的区域中的相对较低转速, 防止两个表面接 触的任意间隙通常都可接受。 0054 通过保持在一个转子的至少一个表面和壳体 11 或另一转子之间的固定间距间 隙, 流体剪切和其它摩擦力能够明显减小, 从而导致较高效率的装置, 特别是用作发动机或 原动机。为了保持这种固定间距间隙, 外部转子 20 和 / 或内部转子 40 形成有中心轮毂 (在 转子 20 上的轮毂 28 或在转子 40 上的轮毂 42) 。
43、, 且轮毂 28 或 42 的至少一部分形成为用于 滚转元件轴承的轴, 并通过滚转元件轴承组件 (38 或 51 或者两者) 而安装在壳体 11 中, 其 中, 滚转元件轴承组件包括滚转元件轴承, 例如滚珠轴承 30、 31、 44 或 46。滚转元件轴承组 件 38 或 51 或者两组都设置 : 1) 外部转子 20 的旋转轴线 32 或内部转子 40 的旋转轴线 52 ; 或者 2) 外部转子 20 的轴向位置或者内部转子 40 的轴向位置 ; 或者 3) 外部转子 20 或内部 转子 40 的旋转轴线和轴向位置 ; 或者 4) 其它转子 20 和内部转子 40 的旋转轴线和轴向位 置。它。
44、可以实现为轴承组件 38 或 51 包括附接在装置壳体 11 上或者作为装置壳体 11 的一 说 明 书 CN 103842655 A 9 7/14 页 10 部分的元件。因此, 在图 5A 中, 轴承组件 38 包括静止轴承壳体 72, 该静止轴承壳体 72 也是 壳体 11 的一部分。类似的, 轴承组件 51 包括静止轴承壳体 14, 该静止轴承壳体 14 也用作 壳体 11 的静止端板 14。 0055 参考图 5A, 可以看见, 通过由轮毂 28 和轴承组件 38 来设置外部转子 20 的旋转轴 线, 从而在界面 V(在柱形壳体部分 12 的径向内表面 19 和外部径向边缘 29 或外。
45、部转子 20 之间的界面) 处保持固定间距的间隙。通过由轴承组件 38 来设置外部转子 20 的轴向位置, 在界面 W(在壳体元件 72 的面 74 和外部转子 20 的端部 24 的外部面 27) 和界面 Y(在转子 20 的面 26 和静止端板 14 的面 16 之间) 处保持固定间距的间隙。通过由轮毂 42 和轴承组 件 51 来设置内部转子 40 的轴向位置, 在界面 Z(在内部转子 40 的面 56 和端板 14 的面 16 之间的界面) 处保持固定间距的间隙。 0056 为了设置在界面X处的固定间距间隙, 必须固定外部转子20的轴向位置和内部转 子 40 的轴向位置。如图 5A 中。
46、所示, 轮毂 28 和轴承组件 38 用于设置外部转子 20 的轴向位 置, 该外部转子 20 再设置端部 24 的内部面 9 的轴向位置。轮毂 42 和轴承组件 51 设置内 部转子 40 的轴向位置, 该内部转子 40 也设置面 54 的轴向位置。通过设置面 54(转子 40) 和面 9(转子 20) 的轴向位置, 将确定在界面 X 处的固定间距间隙。 0057 在界面 V 和 W 处的固定间距间隙设置成尽可能地降低流体剪切力。因为由于流 体的粘性产生的摩擦力局限于流体边界层, 因此优选是将固定间距间隙保持在尽可能大的 值, 以避免该力。边界层可以认为离表面的距离为使得流体的速度达到自由流。
47、速度的百分 之 99。因此, 在界面 V 和 W 处的固定间距间隙取决于在装置中使用的流体的粘性以及转子 表面相对于静止部件的表面运行的速度并由它们确定。给出粘性和速度参数, 在界面 V 和 W 处的固定间距间隙优选是设置成比在装置中使用的操作流体的流体边界层更大的值。 0058 对于在界面 X、 Y 和 Z 处的固定间距间隙, 必须考虑减小在 1) 装置的膨胀和收缩腔 室 50、 2) 进口和出口通道 15 和 17 以及 3) 膨胀和收缩腔室 50 和进口和出口通道 15 和 17 之间的流体剪切力和旁路泄漏。 因为旁路泄漏与间隙的立方成正比, 剪切力与间隙成反比, 因此这些界面的固定间距。
48、设置成根据旁路泄漏和操作流体剪切损失的基本最佳距离, 也就 是基本较大, 以便充分减小流体剪切损失, 但是还足够小, 以避免较大的旁路泄漏。人们可 以从用于旁路泄漏和流体剪切力的公式同时求解而获得最佳操作间隙距离, 以便产生用于 给定组的操作条件的最佳间隙。 对于气体和液体蒸气, 旁路泄漏损失占优势, 特别是在更高 压力下, 因此间隙优选是设置在最小实际机械间隙, 例如对于具有大约 4 英寸 (0.1m) 外部 转子直径的装置为大致大约0.001英寸 (0.025mm) 。 对于液体, 泄漏和剪切公式同时求解通 常提供了最佳间隙。 因为各相的总体物理性能差异, 混合相流体并不容易数学求解, 因。
49、此最 好通过经验来确定。 0059 参考图 6, 外部转子 20 有从端部 24 垂直向外延伸的同轴轮毂 28, 且轮毂 28 的轴 部分通过轴承组件 38 而安装在静止壳体 11 中, 该轴承组件 38 包括静止轴承壳体 72 和至 少一个滚转元件轴承。如图所示, 预加载滚珠轴承 30 和 31 用作轴承组件 38 的一部分, 以 便设置外部转子 20 的轴向位置和旋转轴线 (径向位置) 。内部转子 40 的旋转轴线 52 由轮 毂 7 来设置, 该轮毂从端板 14 垂直地伸入柱形壳体部分 12 的孔 18 内。内部转子 40 形成 有轴向孔 43, 内部转子 40 通过该轴向孔 43 而轴向布置成用于绕轮毂 7 旋转。滚转元件轴 承 (例如辊轴承 58) 布置在轮毂 7 的轴部分和内部转子 40 之间, 并用于减小在孔 43 的内表 说 明 书 CN 103842655 A 10 8/14 页 11 面和轮毂 7 的轴之间的摩擦。 0060 界面 U(在端部 24 的内部面 9 和轮毂 7 的面 8 之间的界面) 的固定间距间隙通过 轴。