一種葉片氣動機的制作方法

本發明涉及液壓機械、氣動機械、汽輪機、發動機技術領域。

背景技術：

汽輪機是利用蒸汽做功的一種旋轉式動力機械，它可將蒸汽的熱能轉換為汽輪機軸的回轉機械能，在汽輪機中,蒸汽在噴嘴中發生膨脹，因而汽壓，汽溫降低，速度增加，蒸汽的熱能轉變為動能。然后蒸汽流從噴嘴流出，以高速度噴射到葉片上，高速汽流流經動葉片組時，由于汽流方向改變，產生了對葉片的沖動力，推動葉輪旋轉作功，葉輪帶動汽輪機軸轉動，從而完成了蒸汽的熱能到軸旋轉的機械能的轉變，具有效率高、功率大、壽命長、運轉安全可靠等優點，在火力發電、大型船舶動力等方面得到了廣泛的應用，但因葉片組大量葉片的復雜加工使其制造成本高昂、體積龐大，且在蒸汽壓力較低時工作效率低下，特別是在余熱回收領域的低氣壓條件下，無法良好應用。

而在航空領域對相同功率的發動機的重量要求更加苛刻，其核心機原理是：通過與汽輪機工作原理相似的逆應用來進行空氣壓縮并輸送至燃燒室，然后向在燃燒室內的壓縮空氣噴入可燃材料，通過燃燒產生高溫高壓氣體來推動類似于汽輪機的多級葉片來完成旋轉做功的，而為了提高工作效率采用的多級渦輪來壓縮空氣及多級渦輪做功的結構，盡管采用了特殊材料，其功率重量比仍無法令人滿意。

而螺桿膨脹機的結構與雙螺桿壓縮機基本相同，并按氣體壓縮的逆原理工作，主要由一對互相嚙合的螺桿轉子和機殼組成，轉子與轉子、轉子與機殼之間以間隙密封，形成容積可連續變化的工作腔，含有熱量的氣態工質進入工作腔絕熱膨脹，驅動轉子旋轉做功，膨脹做功的同時，工質的壓力和溫度降低，以此實現熱功轉換，可廣泛應用于工業余熱回收、地熱發電、生物質發電等領域，可直接驅動發電機，也可直接拖動泵、風機等機械設備，但因過大的氣體壓力會直接導致轉子的經向力及軸向力超過轉子剛度、軸承壽命等的限制，所以螺桿膨脹機只能適用于中、低壓范圍，限制了其在高壓范圍的廣泛應用，使其無法實現在高氣壓下工作來達到高功率輸出的目的。

技術實現要素：

為解決上述汽輪機、發動機及螺桿膨脹機存在的不足，本發明的目的在于提供一種可大幅度平衡轉子徑向壓力，降低轉子軸和軸承的徑向載荷、工作壓力高、制造成本低、重量低，既可應用在火力發電及大型船舶動力、發動機又可應用在工業余熱回收、地熱發電、等領域的一種葉片氣動機。

本發明為了實現上述的發明目的而提供的一種葉片氣動機，所述的一種葉片氣動機，包括進氣通道、排氣通道及設置在殼體內的定子，在該定子內偏心的安裝有環形轉子，在該環形轉子的內圓周內設置有與其同圓心的固定在殼體上的徑向壓力平衡軸，且在徑向壓力平衡軸與環形轉子內圓周之間設有壓力平衡槽，在環形轉子上設有連通通道，連通通道的一端與壓力平衡槽相通，連通通道的另一端與工作容腔相通，在環形轉子的外圓周及內圓周均設有可徑向滑動的葉片及容納該葉片的葉片槽，在環形轉子的一端固定有轉子連接盤，在轉子連接盤上設有與環形轉子同軸心的并與轉子連接盤一同旋轉的轉子軸。

需要說明的是，環形轉子的徑向載荷等于壓力氣體對環形轉子外圓周從外部向圓心方向施加的壓力減去壓力氣體對環形轉子內圓周從圓心方向向外部施加的壓力，具體地說:在本發明中，在環形轉子上設有連通通道，連通通道的一端與壓力平衡槽相通，連通通道的另一端與工作容腔相通，使得壓力平衡槽與工作容腔內的壓強相等，通過壓力氣體對環形轉子內圓周從圓心方向向外部施加的壓力來平衡抵消壓力氣體對環形轉子外圓周從外部向圓心方向施加的壓力，從而降低了轉子軸和軸承的徑向載荷，提高了工作壓力及軸承的壽命，不僅適用于氣動傳動，通過工作介質的改變也同樣適用于液壓傳動，極大的拓展了其應用空間。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了更好的平衡環形轉子徑向壓力，保證內圓周葉片良好的密封旋轉，在環形轉子上設有連通通道，連通通道的一端與壓力平衡槽相通，連通通道的另一端與可浮動的油氣隔離塊的一端相通，油氣隔離塊的另一端與工作容腔相通。當在連通通道及壓力平衡槽內充滿油后，工作容腔的氣體壓強會通過浮動的油氣隔離塊傳導至連通通道內，使得壓力平衡槽內的壓強與工作容腔的壓強一致，其中浮動的油氣隔離塊與連通通道相通的一端與環形轉子之間設有復位彈簧，油氣隔離塊的設定防止了連通通道內壓力油向工作容腔泄露的同時也避免了高壓氣體進入壓力平衡槽內影響到零件的潤滑及環形轉子經向壓力的平衡。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了保證油氣隔離塊隔離油氣的作用，簡化零件加工其油氣隔離塊為圓柱形活塞，在環形轉子上設有與設為圓柱形活塞的油氣隔離塊相配合的缸套。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了更好的平衡轉子徑向壓力，降低轉子軸和軸承的徑向載荷，環形轉子的軸向橫截面為上窄下寬的凸字型結構，其凸字型的頂部為環形轉子的外圓周，其凸字型的底部為環形轉子的內圓周，在確定氣動機的工作流量后可通過設定凸字型的環形轉子底部軸向的厚度使得內圓周的面積與外圓周面積相等，由于其內圓與外圓所受壓力相等且方向相反，從而使得環形轉子徑向壓力為零，轉子軸和軸承的徑向載荷為零。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了更好的平衡轉子徑向壓力，降低轉子軸和軸承的徑向載荷，環形轉子的外圓周葉片與內圓周葉片的數量相同且在沿圓周徑向分布的角度位置一致 。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了避免因壓力平衡槽內壓力油泄露而影響環形轉子經向壓力的平衡，在定子的軸向端面上設有與壓力平衡槽相通的補油通道，在環形轉子每一圈的旋轉過程中，各段被環形轉子內圓周葉片分割的壓力平衡槽都會與補油通道連通一次進行補油，為了不影響環形轉子經向壓力的平衡及減小高壓氣體對補油的影響，補油通道設置在轉子轉向低壓工作容腔時與壓力平衡油道相通。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了保證葉片在葉片槽中正常滑動減少磨損，在定子的軸向端面上設有與外圓周葉片底部相通的潤滑油槽，當環形轉子逆時針旋轉工作時，在高壓容腔區的外圓周葉片底部與葉片槽底部轉子的距離由小變大，其容積也自然由小變大，此時潤滑油槽通過進油口吸油。當環形轉子逆時針旋轉工作時，在低壓容腔區的外圓周葉片底部與葉片槽底部轉子的距離由大變小，其容積也自然由大變小，此時潤滑油槽通過排油口強制排油。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了避免潤滑油在轉子運轉的過程中進入工作容腔，葉片槽經向末端兩邊的環形轉子上設有與外圓周葉片軸向接觸的刮油片，在刮油片與環形轉子之間的圓周方向設有彈片。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了避免潤滑油在轉子運轉的過程中從定子的軸向端面進入工作容腔，在定子的軸向端面上設有環形回油槽，環形回油槽通過油道與潤滑油箱相通。

根據本發明所提供的一種葉片氣動機，為了提高工作效率，減小排氣阻力，排氣通道與工作容腔在工作容腔旋轉至容積最大時開始連通。

需要說明的是，通過以上對本發明的整體構思的闡述可以看出，當設定油氣隔離塊后，連通通道通過油氣隔離塊與工作容腔相通，在壓力平衡槽與連通通道工作容腔均注滿油的情況下，工作容腔內的壓力氣體壓強通過油氣隔離塊導入壓力平衡槽，使得環形轉子內圓周與外圓周的壓強一致，使得環形轉子獲得經向力的平衡，同時保證了內圓周葉片與壓力平衡軸的接觸密封及潤滑。具體地說:在本發明中，在環形轉子上設有連通通道，連通通道的一端與壓力平衡槽相通，連通通道的另一端與可浮動的油氣隔離塊的一端相通，油氣隔離塊的另一端與工作容腔相通，使得壓力平衡槽與工作容腔內的壓強相等，通過壓力油對環形轉子內圓周從圓心方向向外部施加的壓力來平衡抵消壓力氣體對環形轉子外圓周從外部向圓心方向施加的壓力，從而降低了轉子軸和軸承的徑向載荷，提高了工作壓力及軸承的壽命，極大的拓展了其應用空間，不僅適用于氣動傳動，通過工作介質的改變也同樣適用于液壓傳動。

通過改變輸入方式使葉片氣動機和葉片氣壓機互換，也就是說葉片氣動機和葉片氣壓機的功能相反，但結構基本相同。因此 ，雖然上面主要描述葉片氣動機的技術特征，但不言自明的是，本發明關于葉片氣動機的描述同樣適用于葉片氣壓機。

同時由于本發明一種葉片氣動機具有實現空壓機的功能，通過空壓機將空氣壓縮后輸入氣動機使得燃料燃燒，形成高溫高壓氣體驅動氣動機旋轉即可實現發動機的功能，在此不再詳述。

本發明的一種葉片氣動機的優點在于結構簡單，由于壓力平衡槽與工作容腔內的壓強相等的設定而產生的壓力油對環形轉子內圓周從圓心方向向外施加的壓力，極大的平衡了環形轉子的徑向壓力，降低了轉子軸和軸承的徑向載荷，提高了工作壓力及軸承的壽命，極大的拓展了其應用空間。

附圖說明

通過下面結合附圖對實施例的進一步描述來詳細闡述本發明的構思及應用。

圖1是本發明一種葉片氣動機實施方式的示意性的剖視圖

圖2是沿圖1的A-A線剖開的示意性的剖視圖

圖3是沿圖1的B-B線剖開的示意性的剖視圖

圖4是沿圖1的C-C線剖開的示意性的剖視圖

圖5是沿圖1的D-D線剖開的示意性的剖視圖

圖6是圖4的A部分局部放大圖

圖7是圖5的B部分局部放大圖

具體實施方式

現在，將詳細描述根據本發明的實施方式，其示例在附圖中被示出。以下，將參照附圖描述實施例，以解釋本發明的總體構思。

如圖1至圖4所示，

所述的一種葉片氣動機，包括進氣通道29、排氣通道27及設置在殼體15內的定子21，在該定子21內偏心的安裝有環形轉子11，在該環形轉子11的內圓周內設置有與其同圓心的固定在殼體15上的徑向壓力平衡軸3，且在徑向壓力平衡軸3與環形轉子11內圓周之間設有徑向壓力平衡槽7，在環形轉子11上設有連通通道2，連通通道2的一端與壓力平衡槽7相通，連通通道2的另一端與可浮動的油氣隔離塊22的一端相通，油氣隔離塊22的另一端與工作容腔相通， 在環形轉子11外圓周及內圓周均在徑向設有軸向通槽16、19，在軸向通槽16、19內設有可徑向滑動及與環形轉子11轉子軸向長度相當的葉片18、20，在環形轉子11軸向的一端的殼體15上設有進氣通道29及排氣通道27，在環形轉子11的另一端通過螺絲R固定有轉子連接盤6，在轉子連接盤6上設有與環形轉子11同軸心的并與轉子連接盤6一同旋轉的轉子軸4，在轉子連接盤6的外側設有端蓋1。

其中油氣隔離塊22的設定，防止了連通通道2內壓力油向工作容腔泄露的同時也避免了高壓氣體進入壓力平衡槽7內影響零件的潤滑及環形轉子11經向壓力的平衡。

需要說明的是，環形轉子11的徑向合力＝壓力氣體對環形轉子11的外圓周從外部向圓心方向施加的壓力－壓力油對環形轉子11的內圓周從圓心方向向外部施加的壓力。

具體地說:在本發明中，當壓力平衡槽7及連通通道2內充滿油時，轉子軸4帶動與轉子連接盤6固定連接的偏心設置在定子21內的環形轉子11軸旋，外圓周葉片18在彈簧力的作用下，尖部緊貼在定子21的內表面上，這樣兩個外圓周葉片18與環形轉子11外表面和定子21內表面構成了工作容腔，當高壓氣體從進氣口29進入高壓容腔G后的膨脹壓力作用在兩個相鄰葉片18上，因環形轉子11的偏心安裝，使得葉片18滑出葉片槽16的長度不同而產生旋轉力矩，從而帶動環形轉子11旋轉，隨著環形轉子11的旋轉，當工作容腔與排氣通道26相通時，膨脹后的氣體通過排氣口27排出，由此完成氣動機的工作過程。

在氣動機的工作過程中，高壓容腔G里的壓力氣體對環形轉子11外圓周產生由外圓周向圓心方向的徑向力F1，其徑向力F1＝容腔內氣體壓強（P）×受壓面積（S1），為了減小環形轉子11的徑向壓力F1，在環形轉子11上設有連通通道2，連通通道2的一端與壓力平衡槽7相通，連通通道2的另一端與可浮動的油氣隔離塊22的一端相通，油氣隔離塊22的另一端與工作容腔相通，當壓力平衡槽7及連通通道2內充滿油時，高壓容腔G內的氣體壓強到入到環形轉子11的內圓周與徑向壓力平衡軸3之間的壓力平衡槽7內，使得壓力平衡槽7內的油壓壓強與高壓容腔G的氣體壓強保持一致，此時壓力平衡槽7里的壓力油對環形轉子11內圓周產生由圓心向外圓周方向的徑向力F2，其徑向力F2＝壓力平衡槽7內的壓力油壓強（P）×受壓面積（S2），使得環形轉子11徑向壓力的合力F＝F1-F2，由此可見，壓力平衡槽7內的油壓對環形轉子11內圓周從圓心方向向外部施加的壓力抵消了一部分高壓容腔G里的壓力氣體對環形轉子11外圓周從外部向圓心方向施加的壓力，降低了轉子軸4和軸承5的徑向載荷。

通過以上對本發明的整體構思的闡述可以看出，當設定油氣隔離塊后，連通通道通過油氣隔離塊與工作容腔相通，在壓力平衡槽與連通通道工作容腔均注滿油的情況下，壓力氣體壓強通過油氣隔離塊導入壓力平衡槽，使得環形轉子內圓周與外圓周的壓強一致，能夠使得環形轉子獲得經向力的平衡，同時保證了內圓周葉片與壓力平衡軸的接觸密封潤滑。

如圖1所示，為了更好的平衡環形轉子11徑向壓力，降低轉子軸4和軸承5的徑向載荷，環形轉子11的軸向截面為上窄下寬的凸字型結構，其凸字型的頂部為環形轉子11的外圓周，其凸字型的底部為環形轉子11的內圓周，在確定氣動機的工作排量后可通過設定凸字型環形轉子11的底部軸向的厚度使得內圓周的面積與外圓周面積相等，如上所述，其徑向壓力為F＝壓力平衡槽7內的壓力油壓強（P）×受壓面積（S），由于環形轉子11內圓與外圓所受壓力相等且方向相反，使得環形轉子11徑向壓力的合力為零，轉子軸4和軸承5的徑向載荷為零，從而極大的降低了轉子軸4和軸承5的徑向載荷，提高了工作壓力及軸承5的壽命，拓展了其應用空間。

如圖3所示，由于環形轉子11的外圓周葉片18與內圓周葉片20的數量相同且在沿圓周徑向分布的角度位置一致 ，使得在環形轉子在旋轉過程中，由兩個外圓周葉片18與環形轉子11外圓周和定子21內表面所構成的工作容腔內的氣體壓強與由環形轉子11的兩個內圓周葉片20與環形轉子11內圓周和徑向壓力平衡軸3外表面所構成的壓力平衡槽7內的油壓壓強始終保持一致。保證了平衡環形轉子11無論旋轉到任何角度其徑向壓力均為零，從而極大的降低轉子軸4和軸承5的徑向載荷。

如圖4所示，為了保證油氣隔離塊隔離油氣的作用，簡化零件加工，其油氣隔離塊22為圓柱形活塞，在環形轉子11上設有與設為圓柱形活塞的油氣隔離塊22相配合的缸套。

如圖4所示，為了避免因壓力平衡槽7內的油泄露而影響環形轉子11經向壓力的平衡，在定子21的軸向端面上設有與壓力平衡槽7相通的補油通道28，其中補油通道28與在殼體外的補油油路連通（圖中未示出），在環形轉子11每一圈的旋轉過程中，各段被環形轉子11內圓周葉片20分割的壓力平衡槽7都會與補油通道28連通一次進行補油，為了不影響環形轉子11經向壓力的平衡及減小高壓氣體對補油的影響，補油通道28設置在環形轉子11轉向低壓工作容腔D時與壓力平衡槽7相通。

如圖3、5所示，為了保證外圓周葉片18在葉片槽16中減少磨損正常滑動，在定子21的軸向端面上設有與外圓周葉片18底部相通的潤滑油槽12、10，當環形轉子11逆時針旋轉工作時，在高壓容腔G區的外圓周葉片18底部與葉片槽16底部轉子的距離由小變大，其容積也自然由小變大，此時潤滑油槽12通過進油口13吸油，當環形轉子11逆時針旋轉工作時，在低壓容腔區D的外圓周葉片18底部與葉片槽16底部轉子的距離由大變小，其容積也自然由大變小，此時潤滑油槽10通過排油口9向外強制排油，由于進油、排油具有強制性，如果在排油口9與進油口13之間設置有散熱器則潤滑油在環形轉子11內流通吸收的熱量可通過散熱器散發熱量，以此來降低環形轉子的工作溫度（圖中未示出）。

如圖1所示，為了避免潤滑油在環形轉子11運轉的過程中進入工作容腔，在外圓周葉片槽16經向末端兩邊的環形轉子11上設有與外圓周葉片18軸向接觸的刮油片24，在刮油片24與環形轉子11之間的圓周方向設有彈片23來保證刮油片24與外圓周葉片18的緊密接觸，在加強密封的同時又避免了潤滑油進入工作容腔。

如圖3所示，為了避免潤滑油在環形轉子11運轉的過程中從軸向端面進入工作容腔，在定子21的軸向端面上設有環形回油槽14，環形回油槽14通過油道8與潤滑油箱相通（圖中未示出）。

如圖4所示，為了提高工作效率，減小排氣阻力，排氣通道26與工作容腔在工作容腔旋轉至容積最大時開始連通。

如圖3所示，為了抵消內圓周葉片20在旋轉時的離心力，保證內圓周葉片20與徑向壓力平衡軸3之間的接觸密封，在內圓周葉片20底部與內圓周葉片槽19之間設有彈簧17。

通過本實施例對本發明一種葉片氣動機的詳細闡述，可以看出，轉子軸徑向載荷的大為減小，使得工作壓力大幅提高，同排量下傳遞的功率、扭矩大為增加，在同等功率、扭矩的情況下，其體積、重量大為減少，可廣泛應用于航空、火力發電、大型運輸機械、工業余熱回收、地熱發電、等領域。