CN211351852U - 连环转子变容泵 - Google Patents

Abstract

连环转子变容泵，通过多个转子连环共轭分布来构成变容空间，同时，转子的转动可以改变变容空间的容积，其本身也是泵送组件，由于变容组合结构更为简单，而且采用复合结构时方便通过组件共享来降低体积和重量的增加幅度，在功率重量比上具有显著的优势，甚至可以作为车、船、航空器等移动设备的泵推装置。此外，结合连环转子结构的特点采用移动三棱聚集点、磨损补偿倾斜角、螺旋配流、螺旋增压、活动转子外层、双转子空心电机、智能控制等局部方案，协同提高综合性能。

Description

连环转子变容泵

技术领域

本实用新型涉及一种变容泵。

背景技术

按工作原理划分，泵主要有变容泵和动力泵两大主流类型，其中，变容泵包括往复泵和转子泵。往复泵依靠活塞的往复运动来泵送流体，单个工作循环获得的流量较大，但需要有往复运动机构和单向阀、配流盘等配流装置来配合工作，结构较复杂。转子泵有齿轮泵和凸轮泵等类型，工作原理是依靠齿轮转子或凸轮转子的连续转动把转子与泵壳之间小空间里的流体从低压区携带到高压区，并通过转子之间的啮合排出而留在高压区，工作过程可以没有配流装置，结构相对于往复泵较为简单，输出脉动也较小，但依然摆脱不了现有变容泵的一个共同缺陷——变容组合必须包括变容空间和与之相对运动的泵送组件，特有关键组件至少包含两种形状和作用截然不同的组件，往复泵的变容组合的关键组件为活塞和缸筒，而转子泵的变容工作组合的关键组件为转子和泵壳。变容组合的正常运行不但对组件自身的形状有较高要求，还要保证相互之间的配合精度和安装精度，关键组件种类越多越不利于降低制造成本，在通过增加单元数量来扩大功率、平衡运动惯量或减轻脉动时，也不方便共享组件而造成机构重复性严重，体积、重量和成本也会以大体相当比例增加，不利于功率重量比的提高，限制了泵的应用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种变容泵，通过多个转子连环共轭分布来构成变容空间，同时，转子的转动可以改变变容空间的容积，其本身也是泵送组件，由于变容组合结构更为简单，而且采用复合结构时方便于通过组件共享来降低体积和重量的增加幅度，在功率重量比上具有显著的优势，甚至可以作为车、船、航空器等移动设备的泵推装置。在此基础上，结合连环转子结构的特点采用移动三棱聚集点、磨损补偿倾斜角、螺旋配流、螺旋增压、活动转子外层、双转子空心电机、智能控制等局部方案，协同提高综合性能。

本实用新型有多个转子连环分布，前后动态共轭，合围形成中心变容空间，或者，在该连环结构的外周还有外环而形成外周变容空间，中心变容空间或外周变容空间的容积可以随着转子的转动而变化。

本实用新型的转子的横截面是等宽三角形或以等宽三角形为基础经过修型的曲线，三个转子组成一个连环单元，转子具有外形平直的工作段，有配流装置与变容空间连接。

本实用新型的转子的横截面是等宽三角形或以等宽三角形为基础经过修型的曲线，三个转子组成一个连环单元，转子具有螺旋状的工作段，分别来自三个转子的三条棱边可以在连环单元的中轴线位置聚集，该三棱聚集点可以随着转子的转动在轴向移动来泵送流体。

本实用新型采用的配流方式包括螺旋配流、轴配流、盘配流或者阀配流。

本实用新型的转子具有螺旋增压结构，在同一螺旋型转子中，入口端的螺距比出口端的大，可以在沿程对流体加压。

本实用新型的转子可以通过轴向移动来进行磨损补偿。

本实用新型的转子结构包括以下方案之一——转子的棱边为尖角，相互可以在中心位置无缝连接；或者，转子的棱边嵌有直条或螺旋状的密封条；或者，转子的棱边为外圆弧，在中心变容空间的中央设置有带内圆弧的密封芯与之配合；或者，转子带有外包层，可以起到密封、吸收变形、抗磨减摩、抗腐蚀或防污染的作用；或者，转子带有活动外包层，其外表面为摩擦面或带有起到传动或密封作用的齿形，外包层之间的运动阻力大于外包层与转子之间的运动阻力因而可以相对滚动。

本实用新型的驱动装置采用双转子空心电机，带有中心孔作为流体通道或用来安装流体管道，电机转子包括外转子和内转子，可以对转子的自转轴施加旋转力偶，起到增加转矩和同步传动作用。

本实用新型至少具有以下复合结构中的一种——同一转子包含有两个以上相位或形状不同的工作段；整体装置包含有两个以上的连环单元，不同的连环单元之间有共同的转子；整体装置包含转动方向不同的连环结构单元；整体装置包含两个以上串联的连环单元。

本实用新型带有智能控制***。

附图说明

图1是平直型转子实施例轴向视图；

图2是平直型转子实施例径向视图；

图3是螺旋型转子实施例轴向视图；

图4是螺旋型转子实施例径向视图；

图5是螺旋配流转子结构的径向视图；

图6是螺旋配流转子结构的轴向视图；

图7是轴配流结构；

图8是中央密封柱结构；

图9是外包层与内层可以相对活动的转子结构；

图10是具有多个连环单元的复合结构。

具体实施方式

本实用新型有多个转子连环分布，前后动态共轭，合围形成中心变容空间，或者，在该连环结构的外周还有外环而形成外周变容空间，中心变容空间或外周变容空间的容积可以随着转子的转动而变化。参照图1和图2的实施例，三个自转轴3与底座4、端盖5等结构件转动连接，呈等边三角形格局分布；转子2在其中心点与自转轴3连接，以自转轴3为自转中心，前后无间隙连环分布；转子2的横截面是等宽三角形或以宽三角形为基础经过修型的曲线，三个转子2的自转相位相同，它们在同一轴向位置的横截面曲线可以相互前后共轭，合围形成中心变容空间，或者，在该连环结构的外周还有与底座4和端盖5固定连接的外环1，其与转子2共同构成外周变容空间；中心变容空间或外周变容空间的容积可以随着转子2的同步转动而变化，由此来泵送流体；同步装置包括与自转轴3固定连接的齿轮7，以及同时与多个齿轮7传动的同步齿环6，可以使多个转子2同步转动；有电机或其它类型的动力装置来驱动同步齿环6。转子2的截面的形状不局限于本实施例中的等宽三角形，也可以是其它满足以下两个条件的任何类型的曲线——一是可以连环分布并保持前后动态共轭而形成变容空间，二是转动时能够改变变容空间容积，例如等宽五角形、卵形、长圆形、椭圆形或“8”字形等。同步装置可以使转子2同步转动，其类型包括但不限于机械式、电子式、变频式、液压式或气动式。选用非等宽曲线转子时，同一连环结构内的转子2之间尺寸大小不必非要相等，数量也不局限于三个，其同步转动指的转速和相位都有明确函数关系，不必须是转速和相位都相同。驱动装置可以是通过传动轴来带动转子2传统电机，也可以是电机转子设置在转子2之内的直驱式电机，还可以是发动机、水力装置、风力装置、太阳能装置或人力装置等动力装置。底座4、端盖5等结构件除了起到连接、固定等基本作用，同时也可以具有密封或配流等其它功能。

本实用新型的转子的横截面是等宽三角形或以等宽三角形为基础经过修型的曲线，三个转子组成一个连环单元，转子具有外形平直的工作段，有配流装置与变容空间连接。参照图1和图2的实施例，三个自转轴3与底座4、端盖5等结构件转动连接，呈等边三角形格局分布；转子2在其中心点与自转轴3连接，以自转轴3为自转中心前后无间隙连环分布；转子2的横截面是等宽三角形或以等宽三角形为基础经过修型的曲线，三个转子2的自转相位相同，它们在同一轴向位置的横截面外曲面可以前后共轭合围成中心变容空间；变容空间的径向尺寸、容积可以随着转子2的同步转动而变化，由此来泵送流体；转子2具有外形平直的工作段，其外曲面由直线型母线绕自转轴3运动形成，不同轴向位置的横截面形状相同或相似且处在相同的相位；当转子2单向转动时，变容空间内的压力变化为低压和高压反复交替，为了实现单向连续工作，有配流装置与变容空间连接，配合行程的转换断开或连接高压区或低压区；配流方式的类型包括但不限于螺旋配流、轴配流、盘配流或者阀配流。

本实用新型的转子的横截面是等宽三角形或以等宽三角形为基础经过修型的曲线，三个转子组成一个连环单元，转子具有螺旋状的工作段，分别来自三个转子的三条棱边可以在连环单元的中轴线位置聚集，该三棱聚集点可以随着转子的转动在轴向移动来泵送流体。参照图3和图4的实施例，三个自转轴13与底座14、端盖16等结构件转动连接，呈等边三角形格局分布；转子12在其中心点与自转轴13连接，以自转轴13为自转中心，前后无间隙连环分布；转子12的横截面是等宽三角形或以等宽三角形为基础经过修型的曲线，同一转子12的横截面在不同的轴向位置相位渐变而使得转子12具有螺旋外形；不同的转子在相同轴向位置的螺距和螺旋升角大小都相等，横截面相同且处在相同的自转相位，因而它们在整个螺旋工作段可以处处前后共轭合围成中心变容空间；来自三个转子12的三条棱边顺着螺旋线逐渐聚集或分离，使变容空间在不同的轴向位置有不同的横截面积，在三条棱边同时到达离连环单元中轴线最近的轴向位置，变容空间的横截面积最小，该三棱汇聚点可以随着转子12的转动而在轴向移动来泵送流体；两个在轴向相邻的三棱聚集点之间的连续空间是一个完全封闭空间，一个三棱聚集点与底座14或端盖16之间的连续空间是半封闭空间；一个三棱聚集点在轴向运动时，其前方和后方的半封闭空间分别通过出口15和入口17连接高压区和低压区，容积分别逐渐变小和变大；转子12单向转动时，三棱聚集点移动也是单向循环的，一个连环单元中在任何同一时刻至少有一个三棱聚集点存在，使出口15和入口17不能直通，或者，虽然三棱聚集点对变容空间的封堵存在空窗期，但流体有足够的速度惯性而在出口15和入口17短暂直通时不能逆流，因此在工作过程中可以不需要配流装置来反复接通或断开流体高压区或低压区。

本实用新型采用的配流方式包括螺旋配流、轴配流、盘配流或者阀配流。螺旋配流是通过三个等宽三角螺旋型转子的转动来使其三棱汇聚点在轴向移动中不断产生和消失，从而周期性断开或打开变容空间的通道的一种配流方式。图5和图6所示的是带有螺旋配流段的平直型转子，由中间的平直工作段24和两端的入口螺旋段23和出口螺旋段25固定连接组成，三个这样的转子组成一个连环结构单元；出口螺旋段23和入口螺旋段25的旋方向相同，各自有三段螺旋棱在周向均布，并且出口螺旋段23和入口螺旋段25的螺旋棱在相位上互相错开；每段螺旋棱在周向上对应的圆周角度至少为60度，起、迄点设置在图6中虚线所标识的平直工作段24的横截面中的六个特殊位置；三个转子同步转动时，出口螺旋段23的三棱汇聚点和入口螺旋段25的三棱汇聚点交替生成和消失，配合平直工作段24的周期在出口或入口方向打开或关闭变容空间；为了出口方向和入口方向的三棱汇聚点在衔接上不出现断点，每段螺旋棱在周向上对应的圆周角度可以预留有过渡余量。轴配流结构如图7所示，转子26与自转轴30一体连接，自转轴30与底座29转动连接，在变容空间内的底座29内侧设置有沟槽27，自转轴30上也设置有沟槽28，其一端与流体高压区或低压区连通，另一端可以随着自转轴30的转动而周期性与沟槽27连通或断开。配流方式还可以是常用的盘配流或者阀配流。

本实用新型的转子具有螺旋增压结构，在同一螺旋型转子中，入口端的螺距比出口端的大，可以在沿程对流体加压。参照图4，螺旋型转子12构成的一段完全封闭变容空间的容积决定于转子的径向尺寸和螺距，在径向尺寸一定的情况下，螺距越大容积越大。在工质为可压缩流体的应用中，为了在沿程对流体加压来提高压缩比，把螺旋型转子12做成变螺距结构，从入口17到出口15方向螺距变小。

本实用新型的转子可以通过轴向移动来进行磨损补偿。在图2实施例中，自转轴3的轴线L1与其所在连环结构的中轴线L0平行，或者，不同的轴线L1相对于中轴线L0有统一的倾斜角；转子2在不同的轴向位置的横截面相同，即形状和大小均相同，或者，转子2在不同的轴向位置的横截面形状相似但面积在轴向渐变；由前述的轴线L1与中轴线L0相交或平行以及转子2横截面在轴向变或不变的多种情形可以组合成“轴平行且截面面积无变化”、“轴平行且截面面积有变化”和“轴不平行且截面面积有变化”三种实施例，后两者的转子2可以通过轴向移动来进行磨损补偿；螺旋型转子的实施例也以同样的方式来进行磨损补偿。

本实用新型的转子结构包括以下方案之一——转子的棱边为尖角，相互可以在中心位置无缝连接；或者，转子的棱边嵌有直条或螺旋状的密封条；或者，如图8所示，转子31的棱边为外圆弧，在中心变容空间的中央固定设置有带内圆弧的密封柱32与之配合；或者，转子带有外包层，可以起到密封、吸收变形、抗磨减摩、抗腐蚀或防污染的作用；或者，如图9所示，转子37带有活动外包层36，其内表面与转子37之间有润滑材料或滚子35来降低运动阻力，外表面为摩擦面或带有起到传动和密封作用的齿形，使得不同外包层36之间的运动阻力大于外包层36与转子37之间的运动阻力因而可以相对滚动。

本实用新型的驱动装置采用双转子空心电机，带有中心孔作为流体通道或用来安装流体管道，电机转子包括外转子和内转子，可以对转子的自转轴施加旋转力偶，起到增加转矩和同步传动作用。参照图4，变容空间的入口17和出口15处在连环结构的中心位置，为了简化结构和节省空间，电机采用中心同轴结构，从内到外依次为内转子21、定子22和外转子20；内转子21带有中心孔来作为流体通道或安装流体管道；电机的内转子21和外转子20转动方向相反，都带有传动齿，可以分别从内侧和外侧与自转轴18上的齿轮19啮合，对其施加周向力偶，不用专门的减速机和同步装置而起到增加转矩和同步传动作用。

本实用新型至少具有以下复合结构中的一种——同一转子包含有两个以上相位或形状不同的工作段；整体装置包含有两个以上的连环单元，不同的连环单元之间有共同的转子；整体装置包含转动方向不同的连环结构单元；整体装置包含两个以上串联的连环单元。如图2的平直型转子实施例，同一转子2也可以有两个以上相位不同的工作段，中间有隔板分形成工作相位不同的变容空间，由此来减轻输出脉动，这种复合结构转子包含的工作段也可以是螺旋型或同时有不同的类型。如图10所示，整体装置包含有两个以上的连环单元，相邻的连环单元之间有共享的转子，连环单元的数量越多，共享的转子数量比例就越高，在最充分共享的排列方式之下，转子和连环单元的数量比为3:1、4:2、5:3……12:12、13:14……21:25……数量越大比值越小，可实现的功率重量比就越大，若中心变容空间和外周变容空间都算上效果会更显著，这一优势远远超越了普通的泵，甚至使其可以作为车、船、航空器等移动设备的泵推装置。整体装置包含转动方向不同的连环结构单元，由此可以消除转子转动时反扭矩的不良影响。在工质为可压缩流体的应用中，为了提高压缩比或真空度，整体装置包含两个以上的以上、下游关系串联的连环单元，上游单元的输出为下游单元的输入。

本实用新型带有智能控制***，包括传感器、电控单元或执行元件在内，可以实现对电机转速、流体压力、输出流量、内部温度、噪音、磨损量、泄露量或运行时间等指标进行监测或进行智能控制。

Claims (10)

1.连环转子变容泵，包括转子、同步装置、驱动装置和结构件，其特征在于有多个转子连环分布，前后动态共轭，合围形成中心变容空间，或者，在该连环结构的外周还有外环而形成外周变容空间，中心变容空间或外周变容空间的容积可以随着转子的转动而变化。

2.根据权利要求1所述的连环转子变容泵，其特征在于转子的横截面是等宽三角形或以等宽三角形为基础经过修型的曲线，三个转子组成一个连环单元，转子具有外形平直的工作段，有配流装置与变容空间连接。

3.根据权利要求1所述的连环转子变容泵，其特征在于转子的横截面是等宽三角形或以等宽三角形为基础经过修型的曲线，三个转子组成一个连环单元，转子具有螺旋状的工作段，分别来自三个转子的三条棱边可以在连环单元的中轴线位置聚集，该三棱聚集点可以随着转子的转动在轴向移动来泵送流体。

4.根据权利要求2所述的连环转子变容泵，其特征在于采用的配流方式包括螺旋配流、轴配流、盘配流或者阀配流。

5.根据权利要求3所述的连环转子变容泵，其特征在于转子具有螺旋增压结构，在同一螺旋型转子中，入口端的螺距比出口端的大，可以在沿程对流体加压。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的连环转子变容泵，其特征在于转子可以通过轴向移动来进行磨损补偿。

7.根据权利要求6所述的连环转子变容泵，其特征在于转子结构包括以下方案之一——转子的棱边为尖角，相互可以在中心位置无缝连接；或者，转子的棱边嵌有直条或螺旋状的密封条；或者，转子的棱边为外圆弧，在中心变容空间的中央设置有带内圆弧的密封芯与之配合；或者，转子带有外包层，可以起到密封、吸收变形、抗磨减摩、抗腐蚀或防污染的作用；或者，转子带有活动外包层，其外表面为摩擦面或带有起到传动或密封作用的齿形，外包层之间的运动阻力大于外包层与转子之间的运动阻力因而可以相对滚动。

8.根据权利要求1、2、3、4、5或7所述的连环转子变容泵，其特征在于驱动装置采用双转子空心电机，带有中心孔作为流体通道或用来安装流体管道，电机转子包括外转子和内转子，可以对转子的自转轴施加旋转力偶，起到增加转矩和同步传动作用。

9.根据权利要求8所述的连环转子变容泵，其特征在于至少具有以下复合结构中的一种——同一转子包含有两个以上相位或形状不同的工作段；整体装置包含有两个以上的连环单元，不同的连环单元之间有共同的转子；整体装置包含转动方向不同的连环结构单元；整体装置包含两个以上串联的连环单元。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、7或9所述的连环转子变容泵，其特征在于带有智能控制***。

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