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行星式流體能量轉換結構分析

   【壓縮機網】目前,流體能量轉換裝置的結構形式種類較多,如葉片式、葉輪式、渦輪式、渦旋式、轉輪式、旋片式、旋擺式、滑片式、齒輪式、螺桿式、羅茨式、爪式等。但這些結構形式要么存在偏心旋轉運動,要么存在往復運動,要么密封性能欠佳等,從而導致很多缺陷的存在。
 
  行星式流體能量轉換結構通過巧妙設置行星輥的運動方式,較完美解決了容積可變、可靠密封、同心旋轉三者之間的矛盾。
 
行星式流體能量轉換結構分析

行星式流體能量轉換結構分析
 
  如圖1和圖2所示,本行星式流體能量轉換結構,包括定子1和位于定子1內腔中的轉子6,轉子6通過轉子軸7可旋轉地支撐在定子1的兩端,轉子6為圓柱體形,其在定子1內腔中與定子同軸線轉動配合,在與轉子6轉動配合的定子1的圓柱形內腔壁上,沿周向開設有凹槽9,使定子1與轉子6之間形成密閉工作腔12,該工作腔12橫截面的內輪廓線為以轉子6軸心為圓心、轉子6半徑為半徑的圓,該工作腔12橫截面的外輪廓線是由第一圓弧線17、第二圓弧線20、第一曲線16、第二曲線21、第三曲線19和第四曲線18連接而成的閉合線。
 
  如圖3所示,第一圓弧線17為圓弧線B1B4,第二圓弧線20為圓弧線B2B3,第一曲線16為曲線M1B1,第二曲線21為曲線M1B2,第三曲線19為曲線M2B3,第四曲線18為曲線M2B4
 
行星式流體能量轉換結構分析
 
  在轉子6圓柱面上沿軸向開設有兩個腔槽13,兩個腔槽13在轉子周向上互成180°,腔槽13橫截面的輪廓線為圓弧線,腔槽13的兩端面分別與凹槽9的兩側面齊平,腔槽13內設置有行星輥8,行星輥8通過輥軸2可旋轉地支撐在轉子6的兩端,且行星輥8與腔槽13同軸線。行星輥8在腔槽13內與腔槽轉動配合,行星輥8的兩端面與腔槽13的兩端面及凹槽9的兩側面貼合。
 
  如圖3和圖4所示,行星輥8橫截面的輪廓線是由第三圓弧線22、第四圓弧線24、第五曲線23和第六曲線25連接而成的閉合線,第三圓弧線22為圓弧線D1D4,第四圓弧線24為圓弧線D2D3,第五曲線23為曲線D1D2,第六曲線25為曲線D3D4,該輪廓線是關于行星輥8橫截面中心點成中心對稱的圖形,在以該中心點為原點的平面直角坐標系中(圖4中的水平點畫線為橫坐標軸,垂直點畫線為縱坐標軸),第五曲線23與第六曲線25相對于橫坐標軸對稱。行星式流體能量轉換結構分析
  如圖3所示,工作腔12橫截面的外輪廓線中,第一圓弧線17連接在第一曲線16與第四曲線18之間,第一圓弧線17的兩個端點為B1點和B4點;第二圓弧線20連接在第二曲線21與第三曲線19之間,第二圓弧線20的兩個端點為B2點和B3點;第一曲線16與第二曲線21連接于M1點,第三曲線19與第四曲線18連接于M2點,第一、第二圓弧線17、20是以轉子6軸心為圓心的圓弧線,工作腔12橫截面的外輪廓線是關于轉子6橫截面中心點成中心對稱的圖形,在以該中心點為原點的平面直角坐標系中(圖3中的水平點畫線為橫坐標軸,垂直點畫線為縱坐標軸),第一曲線16與第二曲線21、第三曲線19與第四曲線18、以及第一圓弧線17與第二圓弧線20分別相對于縱坐標軸對稱,第一曲線16與第四曲線18、以及第二曲線21與第三曲線19相對于橫坐標軸對稱。
 
  第一曲線16的方程式為:
 
  (x-a)2+(y-b)2-R12=0
 
  其中,0≤x≤a·R3·(R3-R1)-1,b·R3·(R3-R1)-1≤y≤(R1+b),
 
  也就是說,M1點的橫坐標為0、縱坐標為R2,B1點的橫坐標為a·R3·(R3- R1)-1、縱坐標為b·R3·(R3- R1)-1,B2點的橫坐標為- a·R3·(R3- R1)-1、縱坐標為b·R3·(R3- R1)-1
 
  第五曲線23的方程式為:
 
  x2+(y-R2)2-R12=0,
 
  其中,-a≤x≤a,(R2- R1)≤y≤b,
 
  第三圓弧線22與第四圓弧線24相對于縱坐標軸對稱,第三、第四圓弧線22、24的半徑與腔槽13橫截面輪廓線的半徑一致,為R3- R1;
 
  上述各式中:
 
  a=R1·(1-((R22+2·R1·R3-R32)·(2· R1·R2)-1)2)1/2
 
  b=(R22-2·R1·R3+R32)·(2·R2)-1
 
  R1為行星輥8軸線與轉子6軸線之間的距離,R2為轉子6的半徑,R3為工作腔12橫截面外輪廓線中第一、第二圓弧線(17、20)的半徑。
 
  根據第一曲線16的方程可知,第一曲線實際就是以坐標(a,b)為圓心、R1為半徑的圓弧線,B1點是該圓弧線與坐標(0,0)為圓心、R3為半徑的圓相切的點,其余第二曲線21、第三曲線19、第四曲線18的曲線方程、以及B2點、B3點、B4點的坐標可根據對稱關系求得。
 
  如圖3所示,實際上第五曲線23是第一曲線16與第二曲線21的連接點M1在行星輥8橫截面上劃出的軌跡,第六曲線25是第三曲線19與第四曲線18的連接點M2在行星輥8橫截面上劃出的軌跡線,第一曲線16是第五曲線23與第三圓弧線22的連接點D1在定子1的凹槽9底面上劃出的軌跡線,第二曲線21是第五曲線23與第四圓弧線24的連接點D2在定子1的凹槽9底面上劃出的軌跡線,第三曲線19是第六曲線25與第四圓弧線24的連接點D3在定子1的凹槽9底面上劃出的軌跡線,第四曲線18是第六曲線25與第三圓弧線22的連接點D4在定子1的凹槽9底面上劃出的軌跡線。
行星式流體能量轉換結構分析
 
  如圖1和圖5所示,在轉子6端面側設置有行星輥同步控制機構(同步機構可視情況靈活設置),該行星輥同步控制機構包括同步齒輪5、中心齒輪3和同步齒形皮帶4,同步齒輪5固定在輥軸2的一端,中心齒輪3固定在定子1上且與轉子6同軸線,中心齒輪3與同步齒輪5通過同步齒形皮帶4傳動連接。當轉子6旋轉時,在行星輥同步控制機構作用下,兩只行星輥8相對于轉子6做轉速相同、方向相反的旋轉運動,兩只行星輥8相對于定子1相當于只作沒有自轉的圓周平移運動。
 
  如圖2所示,在定子1上開設有與工作腔12相通的兩個流體進口11和兩個流體出口10,兩個流體進口11在定子1內壁上的貫通口分別位于第一、第三曲線16、19所對應的定子內壁曲面上,兩個流體出口10在定子1內壁上的貫通口分別位于第二、第四曲線21、18所對應的定子內壁曲面上,位于第一曲線16和第二曲線21所對應的定子內壁曲面上的一組流體進口11和流體出口10,以及位于第三曲線19和第四曲線18所對應的定子內壁曲面上的一組流體進口和流體出口能夠分別被第五曲線23、第六曲線25所對應的行星輥曲面同時遮蓋,這樣,兩個流體進口11與兩個流體出口10之間均不能直接連通,能夠避免因流體進口與流體出口直接連通而引起的流體泄漏(兩個流體進口11和兩個流體出口10在定子內壁上的貫通口亦可位于定子端部內壁上)。
 
  圖6至圖12表示了轉子6在定子1內沿順時針方向旋轉半周過程中的狀態,結合圖3,轉子6在定子1內旋轉一周過程中,D1點所對應的行星輥8的頂角棱線僅與第一曲線16所對應的曲面接觸,D2點所對應的行星輥8的頂角棱線僅與第二曲線21所對應的曲面接觸,D3點所對應的行星輥8的頂角棱線僅與第三曲線19所對應的曲面接觸,D4點所對應的行星輥8的頂角棱線僅與第四曲線18所對應的曲面接觸,第三圓弧線22所對應的行星輥8圓弧面僅與第一圓弧線17所對應的定子1內壁圓弧面接觸,第四圓弧線24所對應的行星輥8圓弧面僅與第二圓弧線20所對應的定子1內壁圓弧面接觸,M1點所對應的定子1的內壁棱線除與轉子6圓柱面接觸外,還與第五曲線23所對應的行星輥8曲面接觸,M2點所對應的定子1的內壁棱線除與轉子6圓柱面接觸外,還與第六曲線25所對應的行星輥8曲面接觸。
 
  行星輥8上D1點、D2點、D3點、D4點所對應的頂角棱線(密封條),分別只負責第一、第二、第三、第四曲線所對應的定子內壁曲面的密封,接觸時間短,磨損較小。
 
行星式流體能量轉換結構分析
 
  如圖6所示,兩只行星輥8分別位于定子1內的最高和最低位置,此時兩組流體進口11和流體出口10分別被第五曲線23、第六曲線25所對應的行星輥曲面同時遮蓋,兩個流體進口11和兩個流體出口10均不能與工作腔12連通。
 
  當高壓流體經兩個流體進口11進入定子1內腔后,高壓流體給予兩只行星輥8壓力,從而帶動轉子6旋轉。轉子6旋轉過程中,兩只行星輥8又不斷將工作腔12內的流體從兩個流體出口10壓出,從而將流體的能量轉換為輸出動力,如汽輪機、水輪機、氣動馬達、液壓馬達等。
 
  機械動力通過轉子軸7驅動轉子6旋轉過程中,工作腔12容積產生變化,流體在負壓作用下從兩個流體進口11進入工作腔12內,并在行星輥8的高壓作用下從兩個流體出口10排出,從而將機械能轉換為流體動能實現流體輸送,如壓縮機、液壓、真空鼓風機等。
 
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來源:本站原創

標簽: 能量轉換流體行星  

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