一種能量轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其包括外殼、轉(zhuǎn)子、多個(gè)葉片、心軸、介質(zhì)進(jìn)口和出口，以及位于外殼和轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)殼。采用該結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)換裝置作為泵、馬達(dá)或發(fā)動(dòng)機(jī)，可以極大地提高能量利用率和轉(zhuǎn)換效率，節(jié)約能源。
【專利說(shuō)明】一種能量轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)換裝置，特別是涉及一種能夠高效地將高壓介質(zhì)能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我們知道具有一定壓力、容積、溫度的氣體具有能量，例如壓縮空氣、從鍋爐中產(chǎn)生的高壓水蒸氣；而具有一定壓力、容積的液體也具有能量，例如，我們說(shuō)被攔截在大壩上高位的水相對(duì)于低位的水具有能量，我們稱這種具有壓力的、可以流動(dòng)的氣體和液體介質(zhì)所具有的能量為高壓介質(zhì)能。一般說(shuō)熱能是低級(jí)能量，不易轉(zhuǎn)換，人們利用熱能轉(zhuǎn)換成高壓介質(zhì)能，再利用高壓介質(zhì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電，驅(qū)動(dòng)其他機(jī)械。而要實(shí)現(xiàn)這些目的就需要一種高壓介質(zhì)能和機(jī)械能的互相轉(zhuǎn)換的裝置。
[0003]目前現(xiàn)有的能量轉(zhuǎn)換裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)(燃料燃燒產(chǎn)生高壓氣體轉(zhuǎn)化成機(jī)械能做功)、汽輪機(jī)(利用鍋爐產(chǎn)生的高壓介質(zhì)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能發(fā)電)、渦輪機(jī)(利用水壓轉(zhuǎn)化成機(jī)械能發(fā)電)、泵和馬達(dá)等等。然而這些裝置由于其原理結(jié)構(gòu)限制，各存在缺點(diǎn)。
[0004]對(duì)于四沖程氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言，有以下不足:(I)四沖程氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹比等于壓縮比，壓縮氣體排出發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)氣體仍具有一定溫度和一定的壓力，這些能量被浪費(fèi)掉了 ；
(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞與鋼桶之間是滑動(dòng)摩擦，為了保證高壓氣體不泄露還增加了密封環(huán)，滑動(dòng)摩擦?xí)?dǎo)致能量損失。(3)四沖程式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程中只有一個(gè)沖程用于做功，其他三個(gè)沖程均不做功，效率低。
[0005]對(duì)于汽輪機(jī)和渦輪機(jī)，由于是靠沖擊產(chǎn)生扭矩，介質(zhì)要具有足夠高的速度才能產(chǎn)生足夠的沖擊力，而介質(zhì)速度從零到高速需要能量，這些能量被浪費(fèi)掉了，所以汽輪機(jī)效率也不高。
[0006]由于存在上述缺點(diǎn)，導(dǎo)致目前實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率低、能量損失大，由此帶來(lái)能量浪費(fèi)大，環(huán)境污染等各類問(wèn)題。降低能源浪費(fèi)，提高能源的轉(zhuǎn)化效率一直是全社會(huì)、全世界的重點(diǎn)研究課題。隨著全社會(huì)對(duì)產(chǎn)品節(jié)能性能的要求越來(lái)越高，如果有更高效率的轉(zhuǎn)能機(jī)，現(xiàn)有能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)品由于能耗較高逐漸要被淘汰。如果效率提高一倍，就相當(dāng)于采用現(xiàn)在一半的能量可以驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有的所有機(jī)械。因此，提供一種能夠提高能量利用率、節(jié)能環(huán)保的能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)品是目前亟待解決的問(wèn)題，具有極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提高能量利用率，本發(fā)明通過(guò)“轉(zhuǎn)殼”外加軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)置，及轉(zhuǎn)子與葉片結(jié)構(gòu)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子、葉片和轉(zhuǎn)殼之間的幾乎相同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。一方面，滾動(dòng)摩擦代替?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品中的滑動(dòng)摩擦，降低了摩擦損失；另一方面，由于葉片與轉(zhuǎn)殼間滑動(dòng)量小，可以加大接觸力，再通過(guò)“葉片”和“轉(zhuǎn)殼”的配合，可以實(shí)現(xiàn)較好的密封效果。同時(shí)“轉(zhuǎn)子”回轉(zhuǎn)中心與“轉(zhuǎn)殼”回轉(zhuǎn)中心相互的偏心設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)圓周上有大小不同的多個(gè)容腔所組成的容腔，每一個(gè)容腔在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)從大到小再?gòu)男〉酱笥幸?guī)律的變化過(guò)程。配合不同的介質(zhì)進(jìn)口、介質(zhì)出口，轉(zhuǎn)能機(jī)可以實(shí)現(xiàn)使介質(zhì)(例如氣體)膨脹做功；壓縮介質(zhì)(例如空氣)成高壓介質(zhì)(氣體)；甚至實(shí)現(xiàn)在一個(gè)循環(huán)中吸氣、壓縮氣體、燃燒、膨脹做功、排氣等各種過(guò)程。對(duì)于液體，也可實(shí)現(xiàn)高壓介質(zhì)與機(jī)械能的互相轉(zhuǎn)換。正是由于本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)，使得機(jī)械能/高壓介質(zhì)能的轉(zhuǎn)換效率高，節(jié)能環(huán)保。以下是本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0008]一種能量轉(zhuǎn)換裝置，包括外殼、轉(zhuǎn)子、多個(gè)葉片、心軸、介質(zhì)進(jìn)口和出口，心軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在外殼上，其特征在于:
[0009]還包括位于外殼和轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)殼,轉(zhuǎn)殼與外殼通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件轉(zhuǎn)動(dòng)連接；
[0010]轉(zhuǎn)子側(cè)面圓周加工成凹槽，多個(gè)葉片沿圓周方向分布在轉(zhuǎn)子凹槽內(nèi)，且每個(gè)葉片沿轉(zhuǎn)子徑向設(shè)置；
[0011]轉(zhuǎn)子、心軸的回轉(zhuǎn)中心與轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件、轉(zhuǎn)殼的回轉(zhuǎn)中心相互偏心設(shè)冒；
[0012]相鄰兩個(gè)葉片、所述凹槽的底和側(cè)壁、以及轉(zhuǎn)殼內(nèi)表面構(gòu)成容腔，從而使得整個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置具有多個(gè)大小不同的容腔。
[0013]更進(jìn)一步，轉(zhuǎn)子凹槽內(nèi)沿轉(zhuǎn)子徑向形成多個(gè)徑向滑槽，葉片分別安裝在滑槽中，能夠沿轉(zhuǎn)子徑向方向移動(dòng)。
[0014]更進(jìn)一步，葉片外側(cè)具有凹形開口，轉(zhuǎn)殼部分或全部置于上述凹形開口中。
[0015]更進(jìn)一步，轉(zhuǎn)殼部分或全部設(shè)置在轉(zhuǎn)子的凹槽內(nèi)并與之相配合。
[0016]更進(jìn)一步，轉(zhuǎn)殼、轉(zhuǎn)子和葉片相互之間均采用氣密性接觸。
[0017]更進(jìn)一步，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片在離心力和轉(zhuǎn)子中心的油壓作用下沿轉(zhuǎn)子的滑槽移動(dòng)，其外側(cè)始終壓合在轉(zhuǎn)殼內(nèi)表面，其外側(cè)橫截面為圓弧形，與轉(zhuǎn)殼的內(nèi)圓相切，并隨轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)殼的關(guān)系往復(fù)移動(dòng)。
[0018]更進(jìn)一步，轉(zhuǎn)子分成兩個(gè)部分由螺栓連接構(gòu)成。
[0019]更進(jìn)一步，轉(zhuǎn)子與心軸固定連接或一體成型，或兩者設(shè)計(jì)成一體即兩者成為一個(gè)零件。
[0020]更進(jìn)一步,介質(zhì)進(jìn)口和出口設(shè)置在轉(zhuǎn)殼圓周面、轉(zhuǎn)子圓周面、轉(zhuǎn)子側(cè)面或心軸上。
[0021]更進(jìn)一步,心軸通過(guò)轉(zhuǎn)軸支撐件與外殼轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0022]更進(jìn)一步，多個(gè)容腔用于容置工作介質(zhì)。
[0023]更進(jìn)一步，通過(guò)轉(zhuǎn)子中心油池和/或介質(zhì)進(jìn)口向容腔加入潤(rùn)滑的油，油作用在葉片的端面，使容腔在高壓下仍能保證葉片與轉(zhuǎn)殼壓合，并使轉(zhuǎn)殼、葉片、和/或轉(zhuǎn)子之間的運(yùn)動(dòng)副存在油進(jìn)行密封。
[0024]更進(jìn)一步，在轉(zhuǎn)子的中心加工一個(gè)油槽，并注入一定壓力的油，壓力油潤(rùn)滑密封轉(zhuǎn)子與葉片之間的滑動(dòng)副，并通過(guò)該滑動(dòng)副滲透到容腔內(nèi)，在離心力的作用下，潤(rùn)滑油被甩到轉(zhuǎn)殼上，并有一定的厚度，這樣使轉(zhuǎn)殼、葉片、轉(zhuǎn)子相互之間的運(yùn)動(dòng)副都有密封油的存在，使氣密封改成油密封。
[0025]本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換裝置(簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)能機(jī))可以完成下列三種工作:(I)把高壓介質(zhì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；(2)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成高壓介質(zhì)能；(3)把可燃?xì)怏w(多數(shù)是氣體和燃料的混合氣體)加入機(jī)構(gòu)中，機(jī)構(gòu)先對(duì)可燃?xì)怏w進(jìn)行加壓，然后點(diǎn)燃燃燒，燃燒后的氣體溫度增加而產(chǎn)生更高壓力的氣體，高壓力氣體又對(duì)機(jī)構(gòu)做功,使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生機(jī)械能輸出。我們稱本發(fā)明的裝置為能量轉(zhuǎn)換裝置或轉(zhuǎn)能機(jī)。轉(zhuǎn)能機(jī)根據(jù)能量轉(zhuǎn)換的不同需要配置不同的介質(zhì)進(jìn)口和介質(zhì)出口，可代替汽輪機(jī)、渦輪機(jī)、馬達(dá)、泵、發(fā)動(dòng)機(jī)之用。
[0026]本發(fā)明與傳統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換裝置相比，具有更高的轉(zhuǎn)換效率、一定的密封性、更廣的用途。不僅可以極大提高泵、馬達(dá)、發(fā)動(dòng)機(jī)的能量利用和轉(zhuǎn)換效率，節(jié)約能源，而且還可擴(kuò)大燃料的應(yīng)用范圍，可采用可燃的氣體、液體、固體(例如經(jīng)過(guò)一定粉碎的煤)及它們的混合物做燃料，減少對(duì)石油的依賴。本發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用前景，可以廣泛應(yīng)用于需要能量轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，例如發(fā)電站、車、船、工業(yè)設(shè)備等。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為能量轉(zhuǎn)換裝置橫截面G-G的截面剖視圖
[0028]圖2為能量轉(zhuǎn)換裝置主體結(jié)構(gòu)A-A的截面剖視圖
[0029]圖3為能量轉(zhuǎn)換裝置主體結(jié)構(gòu)B-B的截面剖視圖
[0030]圖4為能量轉(zhuǎn)換裝置E-E截面剖視圖
[0031]圖5為能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)子D-D截面剖視圖
[0032]圖6為能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)子C-C截面剖視圖
[0033]圖7為能量轉(zhuǎn)換裝置葉片視圖
[0034]圖8為能量轉(zhuǎn)換裝置葉片F(xiàn)-F截面視剖視圖
【具體實(shí)施方式】
[0035]1、機(jī)械結(jié)構(gòu)
[0036]如圖1所示，能量轉(zhuǎn)換裝置(以下簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)能機(jī))包括外殼1、轉(zhuǎn)動(dòng)支撐2、轉(zhuǎn)殼3、多個(gè)葉片4、轉(zhuǎn)子5、心軸6、轉(zhuǎn)軸支撐7、和介質(zhì)進(jìn)口、介質(zhì)出口等部分組成。其主要部件從外到內(nèi)依次是外殼、轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件、轉(zhuǎn)殼、轉(zhuǎn)子、心軸；葉片安裝在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)軸支撐安裝在外殼上，轉(zhuǎn)動(dòng)支撐心軸。
[0037]外殼I是基礎(chǔ)構(gòu)件，外部與轉(zhuǎn)能機(jī)的基礎(chǔ)相連，內(nèi)部通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件2、轉(zhuǎn)軸支撐件7提供對(duì)轉(zhuǎn)能機(jī)各部件的支撐。通過(guò)轉(zhuǎn)軸支撐件7與心軸連接，使得心軸能夠相對(duì)外殼轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件2與轉(zhuǎn)殼連接，使得轉(zhuǎn)殼能夠相對(duì)于外殼轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0038]轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件2是轉(zhuǎn)殼3和外殼I之間的支撐件，其結(jié)構(gòu)可以是軸承、滾珠、滾珠加保持架等各種結(jié)構(gòu)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)殼在外殼支撐下轉(zhuǎn)動(dòng)即可。
[0039]轉(zhuǎn)殼3是一個(gè)筒狀零件，其內(nèi)部圓柱面②是形成容腔的一個(gè)表面；寬度和容腔的寬度相同；外面安裝轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件2。轉(zhuǎn)殼位于外殼和轉(zhuǎn)子之間。
[0040]葉片4結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示，葉片共N個(gè)，葉片外側(cè)具有凹形開口，轉(zhuǎn)殼的一部分或全部置于上述凹形開口中。葉片的總寬度為a+2b，其中凹形開口的兩個(gè)邊緣寬度為b的邊緣部分高于中間寬度為a的中間部分；凹形開口寬度a正好與容腔及轉(zhuǎn)殼的寬度相同；兩端寬度b的端部插裝在轉(zhuǎn)子5的滑槽內(nèi)，使得整個(gè)葉片露出部分寬度為a(即僅寬度為a的部分露出，寬度為b的部分插入滑槽內(nèi)并不露出)；寬度為a的部分其橫截面具有圓弧，半徑為r (如圖8所示)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)頂在轉(zhuǎn)殼3上且與轉(zhuǎn)殼3內(nèi)圓相切；而兩端寬度為b的部分的內(nèi)端面卡在轉(zhuǎn)殼3側(cè)面上；葉片的兩個(gè)表面⑥⑦是容腔六個(gè)表面中的兩個(gè)可以變化的表面。
[0041]轉(zhuǎn)子5的結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，由一個(gè)直徑Φ I兩個(gè)直徑Φ2的圓柱體組成，Φ2>Φ1。為了制造和轉(zhuǎn)配的方便，一般都制作成兩體結(jié)構(gòu)，用螺栓把兩部分緊在一起，也可以一體成型。不同直徑的圓柱體使得轉(zhuǎn)子側(cè)面圓周形成凹槽結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)殼部分或全部位于凹槽中。多個(gè)葉片沿圓周方向分布在轉(zhuǎn)子凹槽內(nèi)，且每個(gè)葉片沿轉(zhuǎn)子徑向設(shè)置。轉(zhuǎn)子由圓周向圓心沿徑向形成多個(gè)滑槽①，葉片分別安裝在滑槽①中，裝配后轉(zhuǎn)子5連同葉片4卡緊在轉(zhuǎn)殼3的寬度方向上，根掘轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子與葉片相對(duì)位置的不同，在離心力和/或中心油壓和/或轉(zhuǎn)殼壓力的共同作用下，葉片從轉(zhuǎn)子的徑向滑槽中伸出或縮回滑動(dòng)(如圖1所示)，從而使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，保證容腔的氣密性。轉(zhuǎn)子5的表面⑤形成容腔的內(nèi)表面，轉(zhuǎn)子5的表面③④形成容腔的兩個(gè)側(cè)表面；轉(zhuǎn)子5的中心孔內(nèi)通過(guò)鍵連接安裝在心軸6上。
[0042]心軸6安裝在轉(zhuǎn)軸支撐7上，中間部分安裝轉(zhuǎn)子5。
[0043]轉(zhuǎn)子5和心軸6可以設(shè)計(jì)成一體結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)零件一體成型構(gòu)成一個(gè)零件。
[0044]轉(zhuǎn)軸支撐7可以是軸承、滾珠、滾輪、滾柱等多種結(jié)構(gòu)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)心軸在外殼支撐下轉(zhuǎn)動(dòng)即可。轉(zhuǎn)軸支撐件7連接外殼I和心軸6。
[0045]轉(zhuǎn)子5、心軸6、轉(zhuǎn)軸支撐7具有共同的回轉(zhuǎn)中心Α，轉(zhuǎn)動(dòng)支撐2、轉(zhuǎn)殼3具有共同的回轉(zhuǎn)中心B，回轉(zhuǎn)中心A與B之間具有一個(gè)偏心e。N個(gè)葉片安裝后在轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)殼間形成了N個(gè)容腔RQl-RQn (例如n=12)，由于偏心的存在η個(gè)容腔容積大小并不相同。每個(gè)單獨(dú)的容腔的外面是轉(zhuǎn)殼內(nèi)表面②，里面是轉(zhuǎn)子5凹槽底面⑤，還有4個(gè)側(cè)面，左右分別是葉片的側(cè)面⑥⑦，前后兩側(cè)是轉(zhuǎn)子5的凹槽側(cè)面③④。如圖1所示假設(shè)共十二個(gè)容腔(具體容腔數(shù)目和大小可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定)，分別用RQ1、RQ2、RQ3-RQ12表示。多個(gè)容腔用于容置工作介質(zhì)，例如氣體、液體、固體粉末或它們的混合物。
[0046]在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)殼3、葉片4、轉(zhuǎn)子5同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)殼3在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有可能丟轉(zhuǎn)，但量非常小)，每個(gè)葉片4每轉(zhuǎn)一圈與轉(zhuǎn)殼3、轉(zhuǎn)子5之間的滑移量總和大致都等于兩個(gè)偏心量2e，比傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)葉片泵、馬達(dá)等滑動(dòng)摩擦量極大的減少，降低了磨損，提高了效率。
[0047]參見圖1，轉(zhuǎn)能機(jī)共有12個(gè)容腔，每一個(gè)容腔應(yīng)避免或減小向其他容腔以及轉(zhuǎn)能機(jī)的內(nèi)外泄漏。參見圖2中的I位置，是為了提高密封性而設(shè)的特定位置，葉片4鑲?cè)氲搅宿D(zhuǎn)子5的滑槽之中(參見圖4)，葉片4在此位置應(yīng)加工尖角，解決泄露可以通過(guò)提高加工精度、減小裝配后的間隙來(lái)達(dá)到。同時(shí)，本發(fā)明提供了另外一種方式用于改進(jìn)密封性:在轉(zhuǎn)子5的中心加工一個(gè)油槽(油池)，并注入一定壓力的油，壓力油潤(rùn)滑密封轉(zhuǎn)子5與葉片4之間的滑動(dòng)副，并通過(guò)該滑動(dòng)副滲透到容腔內(nèi)，在離心力的作用下，潤(rùn)滑油被甩到轉(zhuǎn)殼4上，并有一定的厚度，這樣使轉(zhuǎn)殼3、葉片4、轉(zhuǎn)子5相互之間的運(yùn)動(dòng)副都有密封油的存在，使氣密封改成油密封；同時(shí)一定壓力的油作用在葉片上，增加了葉片對(duì)轉(zhuǎn)殼的接觸力，加強(qiáng)了葉片4和轉(zhuǎn)殼3之間的密封。
[0048]介質(zhì)(氣體、液體、粉末或其混合物)的進(jìn)口和出口可以根據(jù)需要分別設(shè)置在任何與容腔接觸的部件上，例如轉(zhuǎn)殼、轉(zhuǎn)子徑向、轉(zhuǎn)子側(cè)面或心軸上。進(jìn)口和出口上設(shè)置閥，并通過(guò)一定的控制機(jī)構(gòu)打開和閉合(例如通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)或氣壓裝置等)，保證進(jìn)口僅在進(jìn)氣時(shí)打開，出口僅在出氣時(shí)打開。例如通過(guò)在外殼內(nèi)表面設(shè)置凸輪，不同位置凸輪凸起程度不同，使得在進(jìn)氣和出氣位置凸輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥和出氣閥打開，在其他位置關(guān)閉。進(jìn)口和出口閥的具體結(jié)構(gòu)可以參考現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)動(dòng)機(jī)、泵、氣動(dòng)馬達(dá)、汽輪機(jī)等的結(jié)構(gòu)。
[0049]2、轉(zhuǎn)能機(jī)的工作過(guò)程及原理[0050](I)高壓介質(zhì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)
[0051]轉(zhuǎn)能機(jī)做馬達(dá)時(shí)，將高壓介質(zhì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其RQl位置容腔設(shè)置進(jìn)氣口，QR7-RQ12位置容腔設(shè)置出氣口。
[0052]工作時(shí)，假定轉(zhuǎn)子5逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在將高壓介質(zhì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能時(shí)，RQl充滿高壓介質(zhì)，依次轉(zhuǎn)動(dòng)到RQ2-RQ6，容腔容積逐漸增大，氣壓逐漸減小。對(duì)于某個(gè)葉片而言，其右側(cè)RQl氣壓大于左側(cè)RQ2氣壓，因此會(huì)推動(dòng)葉片逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，依次類推各個(gè)葉片均受到壓力差的推動(dòng)進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這使得圖1中左半部每個(gè)葉片均受到氣壓的壓差力的推動(dòng)，推動(dòng)轉(zhuǎn)能機(jī)對(duì)外做功。同時(shí)，轉(zhuǎn)能機(jī)的膨脹比是可以設(shè)計(jì)的，對(duì)于一定壓力、流量的氣源，可以得到最佳的轉(zhuǎn)化效果。根據(jù)熱力學(xué)原理，從RQl與RQ6是一個(gè)等熵過(guò)程，伴隨著體積增大，介質(zhì)的溫度必然降低，從而使得RQl部分的高壓氣體在到達(dá)RQ6時(shí)部分水蒸氣得到液化，這樣不僅充分利用的高壓的能量，還使得氣體液化的能量釋放出來(lái)轉(zhuǎn)化成推動(dòng)葉片的機(jī)械能。從RQ7到RQ12放氣過(guò)程，即這個(gè)過(guò)程的氣壓都稍大于轉(zhuǎn)能機(jī)外部環(huán)境空間的氣壓，將容腔中的氣體放到外部環(huán)境空間，到RQ12為止，一個(gè)循環(huán)過(guò)程結(jié)束。
[0053](2)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成高壓介質(zhì)能時(shí)
[0054]轉(zhuǎn)能機(jī)做泵使用時(shí)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為高壓介質(zhì)能，這時(shí)RQ1、RQ2-RQ6位置設(shè)置吸氣口，而RQ12位置可設(shè)置高壓介質(zhì)的出氣口，出氣口是一個(gè)單向閥，外部是高壓氣體存儲(chǔ)器。
[0055]工作時(shí)，設(shè)定轉(zhuǎn)子5逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在RQl、RQ2-RQ6位置從環(huán)境中吸氣，轉(zhuǎn)動(dòng)到RQ6位置后吸氣口封閉，在外力的作用下，轉(zhuǎn)子5逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，壓縮介質(zhì)使容腔的容積逐步縮小，這個(gè)過(guò)程是等熵的壓縮過(guò)程，直至容腔中壓力大于出氣口外高壓氣體的壓力，這時(shí)單向閥打開，轉(zhuǎn)動(dòng)到RQ12時(shí)，高壓氣體輸送完成。一個(gè)循環(huán)結(jié)束。
[0056](3)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)能機(jī)
[0057]設(shè)定:外殼I不動(dòng)，轉(zhuǎn)殼3轉(zhuǎn)子5葉片4心軸6同向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向逆時(shí)針方向。容腔RQl外于高壓位置，隨著RQl向RQ2.RQ3.RQ4.RQ5.RQ6.方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)介質(zhì)膨脹，介質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)能機(jī)的葉片4作功，即高壓介質(zhì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過(guò)心軸6輸出；當(dāng)達(dá)到RQ6位置時(shí)，排氣口打開，已經(jīng)做功的高壓介質(zhì)(仍高于大氣壓力)通過(guò)排氣口迅速排向空氣，RQ6內(nèi)的介質(zhì)壓力急降到大氣壓；稍后進(jìn)氣口打開，進(jìn)氣腔內(nèi)是可燃?xì)怏w(可燃?xì)怏w指空氣與柴油、汽油、天然氣或其他燃料的混合氣體)，進(jìn)氣口的壓力大于此時(shí)容腔的壓力，進(jìn)氣口的氣體流向容腔，而容腔內(nèi)原先的已燃?xì)怏w繼續(xù)通過(guò)排氣口排到大氣中，這個(gè)動(dòng)作應(yīng)該在RQ7、RQ8、RQ9的位置中完成；到達(dá)RQ9位置時(shí)進(jìn)氣口和排氣口同時(shí)關(guān)閉，RQ9-RQ10-RQ11是壓縮可燃?xì)怏w的過(guò)程，會(huì)降低心軸6的輸出扭矩，到RQll與RQ12間的某一個(gè)位置點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃容腔中的可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w迅速燃燒或爆炸，溫度、壓力迅速升高，然后高壓介質(zhì)作功。
[0058]對(duì)于氣體介質(zhì)，由于氣體具有可壓縮的性能，轉(zhuǎn)能機(jī)可利用氣體的壓縮或膨脹吸收或釋放出的能量與機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于轉(zhuǎn)能機(jī)有一個(gè)膨脹過(guò)程和一個(gè)壓縮過(guò)程，根據(jù)需要取哪個(gè)過(guò)程再配合不同的進(jìn)、排氣口可以實(shí)現(xiàn)泵、馬達(dá)、發(fā)動(dòng)機(jī)等各種用途。對(duì)于液體介質(zhì)，介質(zhì)本身的可壓縮性是很小的，壓縮和膨脹過(guò)程可使介質(zhì)加壓或?qū)ν庾龉?，配合不同的進(jìn)液口和排液口制成馬達(dá)和泵。不同用途的機(jī)械產(chǎn)品，都可采用轉(zhuǎn)能機(jī)相同的原理和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
[0059]3、轉(zhuǎn)能機(jī)的工業(yè)實(shí)用性及技術(shù)前景[0060]本發(fā)明的轉(zhuǎn)能機(jī)經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和實(shí)踐，已經(jīng)證明了其可行性和可靠性，特別是其轉(zhuǎn)化效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的能量轉(zhuǎn)換裝置。
[0061](I)用于馬達(dá)的氣動(dòng)轉(zhuǎn)能機(jī):
[0062]假設(shè)轉(zhuǎn)能機(jī)某個(gè)容腔在到達(dá)出氣口前的容積，除以該容腔剛剛脫離進(jìn)氣口而封閉的容積的商稱為膨脹比。對(duì)于的具有一定壓力的特定介質(zhì)，不同的膨脹比可以得到不同的高壓介質(zhì)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的轉(zhuǎn)化效率。轉(zhuǎn)能機(jī)的膨脹比的是可設(shè)計(jì)的，根據(jù)各種參數(shù)可以采用最優(yōu)化的膨脹比。做馬達(dá)用的轉(zhuǎn)能機(jī)可以得到較大的膨脹比，并且膨脹中的高壓介質(zhì)能幾乎可以全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。對(duì)于多數(shù)以水蒸氣做介質(zhì)的馬達(dá)，通過(guò)熱力學(xué)方程的計(jì)算，高壓水蒸氣在較大的膨脹比下高壓介質(zhì)溫度下降較大，水蒸氣在低溫高壓下放出汽化熱直接轉(zhuǎn)成濕蒸氣或水，能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的效率高，同時(shí)還可減少冷凝水蒸氣的量。相比汽輪機(jī)以沖擊力對(duì)汽輪做功，轉(zhuǎn)能機(jī)以壓力對(duì)葉片做功，轉(zhuǎn)換效率高，并且無(wú)論功率大小都可以使用。
[0063](2)用于泵的氣動(dòng)轉(zhuǎn)能機(jī)
[0064]做泵用的轉(zhuǎn)能機(jī)，由于密封性好和摩擦力小，可以得到較高的氣壓和效率。
[0065](3)用于馬達(dá)的水能轉(zhuǎn)能機(jī)
[0066]用于做馬達(dá)用的水能轉(zhuǎn)能機(jī)，與常用的渦輪機(jī)比較，由于采用壓力驅(qū)動(dòng)葉片，高壓介質(zhì)能的轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的效率是非常高的，尤其對(duì)水位差大的水壩，其優(yōu)勢(shì)非常明顯。
[0067](4)做發(fā)動(dòng)機(jī)用的轉(zhuǎn)能機(jī)
[0068]如果將本發(fā)明轉(zhuǎn)能機(jī)用于發(fā)動(dòng)機(jī)，是與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)具有本質(zhì)區(qū)別的，將帶來(lái)革命性的影響。由于現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)原理的限制，其諸多方面的劣勢(shì)恰恰是本發(fā)明轉(zhuǎn)能機(jī)的優(yōu)勢(shì)所在。本發(fā)明轉(zhuǎn)能機(jī)優(yōu)勢(shì)如下:1、轉(zhuǎn)能機(jī)能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)(四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)僅一個(gè)沖程實(shí)際做功)，固定的進(jìn)氣排氣位置，可燃?xì)怏w的混合均勻。2、可以設(shè)計(jì)的膨脹比大于壓縮比(四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹比大致等于壓縮比，能量利用率低)，以提高效率。3、轉(zhuǎn)能機(jī)為滾動(dòng)摩擦，摩擦損失小。4、燃料的要求降低，可以利用氣體、液體、粉末及其混合物作為燃料。
[0069](5)做泵和馬達(dá)用的液壓轉(zhuǎn)能機(jī)
[0070]采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)用于油或乳化液的泵或馬達(dá)，相比現(xiàn)有油泵或馬達(dá)，其優(yōu)點(diǎn)是:可得到更高的效率，更高的壓力，更大的流量范圍，好的適用性，因此對(duì)液壓泵和馬達(dá)的性能有很大的提升。
[0071]以上僅為有限列舉，轉(zhuǎn)能機(jī)的應(yīng)用不限于此。并且上述原理、效果及應(yīng)用的描述不作為對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的具體限定。凡是與本發(fā)明結(jié)構(gòu)相同或以本發(fā)明構(gòu)思為基礎(chǔ)進(jìn)行的改進(jìn)產(chǎn)品均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種能量轉(zhuǎn)換裝置，包括外殼(I)、轉(zhuǎn)子(5)、多個(gè)葉片(4)、心軸(6)、介質(zhì)進(jìn)口和出口，轉(zhuǎn)子通過(guò)心軸(6)轉(zhuǎn)動(dòng)連接在外殼上，其特征在于: 還包括位于外殼和轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)殼(3),轉(zhuǎn)殼(3)與外殼(I)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件(2)轉(zhuǎn)動(dòng)連接。 轉(zhuǎn)子側(cè)面圓周形成凹槽，多個(gè)葉片沿圓周方向分布在轉(zhuǎn)子凹槽內(nèi)，且每個(gè)葉片沿轉(zhuǎn)子徑向設(shè)置。 轉(zhuǎn)子(5)、心軸(6)的回轉(zhuǎn)中心與轉(zhuǎn)動(dòng)支撐件(2)、轉(zhuǎn)殼(3)的回轉(zhuǎn)中心相互偏心設(shè)置。 相鄰兩個(gè)葉片、所述凹槽的底和側(cè)壁、以及轉(zhuǎn)殼內(nèi)表面構(gòu)成容腔，從而使得整個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置具有多個(gè)大小不同的容腔。
2.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:轉(zhuǎn)子凹槽內(nèi)沿轉(zhuǎn)子徑向形成多個(gè)徑向滑槽，葉片分別安裝在滑槽中，能夠沿轉(zhuǎn)子徑向方向移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:葉片外側(cè)具有凹形開口，轉(zhuǎn)殼部分或全部置于上述凹形開口中。
4.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:轉(zhuǎn)殼部分或全部設(shè)置在轉(zhuǎn)子的凹槽內(nèi)并與之相配合。
5.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:轉(zhuǎn)殼、轉(zhuǎn)子和葉片相互之間均采用氣密性接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片沿轉(zhuǎn)子的滑槽移動(dòng)，其外側(cè)始終壓合在轉(zhuǎn)殼內(nèi)表面，葉片外側(cè)橫截面為圓弧形，與轉(zhuǎn)殼的內(nèi)圓相切，并隨轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)殼的關(guān)系往復(fù)移動(dòng)?！?br> 7.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:轉(zhuǎn)子分成多個(gè)部分連接構(gòu)成或一體成型。
8.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:轉(zhuǎn)子與心軸固定連接，或兩者設(shè)計(jì)成一體即兩者成為一個(gè)零件。
9.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:介質(zhì)進(jìn)口和出口設(shè)置在轉(zhuǎn)殼圓周面、轉(zhuǎn)子圓周面、轉(zhuǎn)子側(cè)面或心軸上。
10.如權(quán)利要求1所述的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:通過(guò)轉(zhuǎn)子中心油池和/或介質(zhì)進(jìn)口向容腔加入潤(rùn)滑的油，油作用在葉片的端面，使容腔在高壓下仍能保證葉片與轉(zhuǎn)殼壓合，并使轉(zhuǎn)殼、葉片、和/或轉(zhuǎn)子之間的運(yùn)動(dòng)副存在油進(jìn)行密封。
【文檔編號(hào)】F03C2/30GK103527253SQ201310500059
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】宋振才 申請(qǐng)人:宋振才