一种转子涡环产生装置

1.本发明涉及流体力学技术领域，具体涉及一种转子涡环产生装置。


背景技术：

2.现有的涡环产生装置，其产生结构比较复杂，且一个周期只能产生一个或者一对涡环，产生效率比较低。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种转子涡环产生装置，提高涡环的产生效率。
4.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
5.一种转子涡环产生装置，包括转子轮轴、动力驱动组件、空气弹簧组件和多段式转子壳体，转子轮轴设置于多段式转子壳体内，动力驱动组件与转子轮轴连接，空气弹簧组件设置于转子轮轴的内圈通孔，转子轮轴上沿周向分布有多个径向滑槽，每个径向滑槽内均设有密封杆件，密封杆件的内端穿入转子轮轴侧壁，并与空气弹簧组件连接，密封杆件的外端与多段式转子壳体内侧壁连接接触，多段式转子壳体的侧壁上分别设有出风口和进风口，出风口连接有渐缩喷口。
6.按照上述技术方案，转子轮轴的径向滑槽里端设有导轨通孔，导轨通孔布置于转子轮轴的侧壁上，导轨通孔与转子轮轴的内圈通孔连通，密封杆件的内端套接于导轨通孔内，密封杆件的内端与转子轮轴的导轨通孔之间套设有密封气环。
7.按照上述技术方案，空气弹簧组件包括高压气嘴和密封旋转驱动板，高压气嘴设置于转子轮轴的内圈通孔的一端，密封旋转驱动板设置于转子轮轴的内圈通孔的另一端。
8.按照上述技术方案，动力驱动组件包括电机和驱动齿轮组，电机通过驱动齿轮组与转子轮轴连接。
9.按照上述技术方案，转子轮轴的内圈通孔与高压气嘴和密封旋转驱动板合围形成空气弹簧腔体，高压气嘴内圈设有气压阀门。
10.按照上述技术方案，高压气嘴的内圈为设置的阶梯型通孔，阶梯型通孔与转子轮轴的内圈通孔连通，气压阀门套设于阶梯型通孔内，高压气嘴沿周向设置有多个进气流道，进气流道布置于阶梯型通孔外侧，进气流道的进口与外部大气连通，进气流道的出口与转子轮轴的中空内圈通孔连通，阶梯型通孔一侧还设有气压反馈机构，气压反馈机构与空气弹簧腔体连通；当外部气源向高压气嘴通气后，气压阀门的上端下移至阶梯型通孔的阶梯台阶处，进气流道的出口被打开，高压气嘴开启，向空气弹簧腔体内充气，当空气空气弹簧腔体内的气压到达设定值时，空气弹簧腔体内气压驱动气压反馈机构动作，带动气压阀门上移，使气压阀门挡住进气流道的出口，高压气嘴关闭，使外部气源停止向空气弹簧腔体充气。
11.按照上述技术方案，气压阀门包括气压阀门杆、限位圆台和气门凸台，气压阀门杆
套设于阶梯型通孔内，限位圆台和气门凸台分别设置于气压阀门杆的两端，当高压气嘴没有连通外部气源时，气门凸台挡住进气流道的出口，高压气嘴关闭，当高压气嘴连通外部气源时，外部气源将气压阀门杆向下挤压，限位圆台下移至高压气嘴的阶梯型通孔的台阶处，避免气压阀门杆从阶梯型通孔中脱出，气门凸台从进气流道的出口移开，高压气嘴开启。
12.按照上述技术方案，气压反馈机构包括气压反馈流道、气压反馈推杆和应变片，应变片设置于密封旋转驱动板和转子轮轴之间，应变片的上端与转子轮轴的内圈通孔连通，应变片下端与密封旋转驱动板的内腔连通，密封旋转驱动板的内腔与气压反馈流道连通，气压反馈推杆设置于气压反馈流道内，横向布置于气压阀门杆的一侧，气压阀门杆上设有斜面回位凹槽，当转子轮轴的内圈通孔内的压力过大时，挤压应变片由外凸变成内凹，挤压密封旋转驱动板的内腔气体，通过气压反馈流道推动气压反馈推杆向外顶出至气压阀门杆的斜面回位凹槽，通过斜面回位凹槽使气压阀门杆上移。
13.按照上述技术方案，密封杆件的个数为3～5个，沿周向均匀分布于转子轮轴上。
14.按照上述技术方案，多段式转子壳体包括多段式转子盖和多段式转子腔，多段式转子盖设置于多段式转子腔的上端，多段式转子腔内侧壁由多个不同曲率的曲线合围而成，多段式转子腔内侧壁曲线依次分为排空段、负压产生段、泵气段和压缩段；
15.多段式转子腔内侧壁按照曲线的曲率大小，从大到小依次分为泵气段、负压产生段、压缩段、排空段，出风口和进风口分别设置于多段式转子腔侧壁的排空段和泵气段上
16.本发明具有以下有益效果：
17.1、转子轮轴的设计使得每旋转一圈产生多个涡环，且在旋转的同时转子轮轴、多段式转子壳体及各密封杆件围成的多个空腔内的气体依次交替完成负压产生、负压泵气、加压、排气四个过程，使得涡环的产生效率更高。
18.2、通过与空气弹簧连接的气压反馈机构，形成压力保护系统，使得空气弹簧内气压不会过高，有助于保护软金属制成的密封杆件的密封触头；若没有气压反馈机构，则无法知道内部气压状态，气压过高时密封触头摩擦增大，磨损加剧；气压不足时又无法保证密封触头有足够的压力使得腔体密封。
附图说明
19.图1是本发明实施例中转子涡环产生装置的爆炸示意图；
20.图2是本发明实施例中转子涡环产生装置的立体图；
21.图3是本发明实施例中转子涡环产生装置的内部结构图；
22.图4是本发明实施例中转子轮轴的结构示意图；
23.图5是本发明实施例中密封杆件的结构示意图；
24.图6是本发明实施例中密封旋转驱动板的结构示意图；
25.图7是本发明实施例中高压气嘴的立体图；
26.图8是本发明实施例中高压气嘴的主视图；
27.图9是图8的c-c剖视图；
28.图10是图8的b-b剖视图；
29.图11是本发明实施例中动力驱动组件的结构示意图；
30.图12是本发明实施例中气压阀门的结构示意图；
31.图13是本发明实施例中气压反馈推杆的结构示意图；
32.图中，1-驱动齿轮组，2-步进电机，3-多段式转子腔，4-密封旋转驱动板，5-滚珠轴承，6-密封杆件a，7-转子轮轴，8-气压阀门，9-高压气嘴，10-密封杆件b，11-多段式转子盖，12-渐缩喷口，13-密封杆件c，14-气环，15-气压反馈推杆，16-金属应变片，17-密封o圈；
33.401-驱动轴，402-空腔，403-下气压反馈流道；
34.501-径向滑槽，502-中气压反馈流道，503-导轨通孔；
35.601-密封触头，602-圆柱形杆件，603-密封气环凹槽；
36.801-气门凸台，802-气压阀门杆，803-回位凹槽，804-限位圆台；
37.901-上气压反馈流道，904-进气流道，905-阶梯型通孔；
38.1501-斜面触头，1502-圆柱状导杆。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
40.参照图1～图13所示，本发明提供的一个实施例中的转子涡环产生装置，包括转子轮轴7、动力驱动组件、空气弹簧组件和多段式转子壳体，转子轮轴7设置于多段式转子壳体内，动力驱动组件与转子轮轴7连接，空气弹簧组件设置于转子轮轴7的中空内圈通孔，转子轮轴7上沿周向分布有多个径向滑槽501，每个径向滑槽501内均设有密封杆件，密封杆件的内端穿入转子轮轴7侧壁，并与空气弹簧组件连接，密封杆件的外端与多段式转子壳体内侧壁连接接触，多段式转子壳体的侧壁上分别设有出风口和进风口，出风口连接有渐缩喷口12；动力驱动组件带动转子轮轴7在多段式转子壳体内转动，密封杆件随转子轮轴7转动，并沿转子轮轴7的径向滑槽501来回伸缩移动，空气弹簧组件使密封杆件的外端始终与多段式转子壳体的内壁保持接触。
41.进一步地，密封杆件在空气弹簧组件的作用下始终和多段式转子壳体内壁曲线挤压接触。转子轮轴7的轮廓曲线、密封杆件头和多段式转子壳体内壁的轮廓曲线相互配合，形成三个涡环产生腔，在转子轮轴7旋转运动的过程中依次完成负压产生、负压泵气、腔内加压和高压排气四个过程；通过曲线间运动实现腔体大小和正负压的变化，进而在腔内完成负压进气和正压排气的过程。
42.进一步地，转子轮轴7的径向滑槽501里端设有导轨通孔503，导轨通孔503布置于转子轮轴7的侧壁上，导轨通孔503与转子轮轴7的中空内圈通孔连通，密封杆件的内端套接于导轨通孔503内，密封杆件的内端与转子轮轴7的导轨通孔503之间套设有密封气环。
43.进一步地，转子轮轴组件由转子轮轴7、密封气环和密封杆件构成。密封杆件一端为和转子轮轴7曲线相同的密封触头601，另一端为圆柱形杆件602，且圆柱形杆件602侧面开设有安装密封气环的凹槽，圆柱形杆件602在转子轮轴7轨道内沿径向直线运动，密封气环可以更好的防止转子轮轴7内的高压空气泄露。
44.进一步地，密封杆件的外端设有密封接触头，密封杆件的内端为圆柱形杆件602。
45.进一步地，空气弹簧组件包括高压气嘴9和密封旋转驱动板4，高压气嘴9设置于转子轮轴7的中空内圈通孔的一端，密封旋转驱动板4设置于转子轮轴7的中空内圈通孔的另一端。
46.进一步地，高压气嘴9和密封旋转驱动板4均通过螺栓与转子轮轴7连接。
47.进一步地，动力驱动组件包括步进电机2和驱动齿轮组1，步进电机2通过驱动齿轮组1与转子轮轴7上的密封旋转驱动板4连接；步进电机2通过驱动齿轮组1带动转子轮轴7旋转。
48.进一步地，驱动齿轮组1包括一号驱动齿轮和二号驱动齿轮，步进电机2的输出轴与一号驱动齿轮连接，密封旋转驱动板4的外端面连接有驱动轴401，驱动轴401与二号驱动齿轮连接，一号驱动齿轮与二号驱动齿轮啮合。
49.进一步地，转子轮轴7的中空内圈通孔与高压气嘴9和密封旋转驱动板4合围形成空气弹簧腔体，高压气嘴9内圈设有气压阀门8；通过高压气嘴9向空气弹簧腔体内补入气压。
50.进一步地，高压气嘴9的内圈为沿轴向设置的阶梯型通孔905，阶梯型通孔905与转子轮轴7的内圈通孔连通，气压阀门8套设于阶梯型通孔905内，高压气嘴上沿周向均匀设置有多个进气流道904，进气流道布置于阶梯型通孔外侧，进气流道的进口与外部大气连通，进气流道904的出口与转子轮轴7的中空内圈通孔连通，阶梯型通孔905一侧还设有气压反馈机构，气压反馈机构与空气弹簧腔体连通；当外部气源向高压气嘴9通气后，气压阀门8的上端下移至阶梯型通孔905的阶梯台阶处，进气流道904的出口被打开，高压气嘴9开启，向空气弹簧腔体内充气，当空气空气弹簧腔体内的气压到达设定值时，空气弹簧腔体内气压驱动气压反馈机构动作，带动气压阀门8上移，使气压阀门8挡住进气流道904的出口，进气流道904与转子轮轴的内圈通孔连通，高压气嘴9关闭，使外部气源停止向空气弹簧腔体充气。
51.进一步地，气压阀门8包括气压阀门杆802、限位圆台804和气门凸台801，气压阀门杆802套设于阶梯型通孔905内，限位圆台804和气门凸台801分别设置于气压阀门杆的两端，当高压气嘴9没有连通外部气源时，气门凸台801挡住进气流道904的出口，高压气嘴9关闭，当高压气嘴9连通外部气源时，外部气源将气压阀门杆向下挤压，限位圆台804下移至高压气嘴9的阶梯型通孔905的台阶处，避免气压阀门杆从阶梯型通孔905中脱出，气门凸台801从进气流道904的出口移开，高压气嘴9开启。
52.进一步地，气压反馈机构包括气压反馈流道、气压反馈推杆15和金属应变片16，金属应变片16设置于密封旋转驱动板4和转子轮轴7之间，金属应变片16的上端与转子轮轴7的中空内圈通孔连通，金属应变片16下端与密封旋转驱动板4的内腔连通，密封旋转驱动板4的内腔与气压反馈流道连通，气压反馈推杆15设置于气压反馈流道内，横向布置于气压阀门杆的一侧，气压阀门杆上设有斜面回位凹槽803，当转子轮轴7的中空内圈通孔内的压力过大时，挤压金属应变片16由外凸变成内凹，挤压密封旋转驱动板4的内腔气体，通过气压反馈流道推动气压反馈推杆15向外顶出至气压阀门杆的斜面回位凹槽803，通过斜面回位凹槽803使气压阀门杆上移。
53.进一步地，气压反馈推杆15一端为圆柱状导杆1502，另一端为与气压阀门8中部开设的两个斜面回位凹槽803斜率相同的三角形凸台。
54.进一步地，气压反馈流道依次沿纵向布置于密封旋转驱动板4、转子轮轴7和高压气嘴9上；气压反馈流道分为上气压反馈流道901、中气压反馈流道502和下气压反馈流道403，上气压反馈流道901设置于高压气嘴9内，呈倒l形，气压反馈推杆15设置于上气压反馈流道901的横向段，上气压反馈流道901的竖向段下端与中气压反馈流道502的上端连通，中
气压反馈流道502的下端与下气压反馈流道403的上端连通，下气压反馈流道403的下端与密封旋转驱动板4的内腔连通。
55.进一步地，气压反馈流道的个数为两个，对称布置，斜面回位凹槽803的个数为两个，对称布置于气压阀门杆上，气压反馈流道与空气弹簧腔体不相交。
56.进一步地，转子轮轴7中央开设的内圈通孔与转子轮轴7侧壁上的三个导轨通孔503相贯通，组成空气弹簧腔体。
57.进一步地，密封杆件的个数为3～5个，沿周向均匀分布于转子轮轴7上。
58.本实施例中最佳选择为，密封杆件的个数为3个，分别为密封杆件a6、密封杆件b10和密封杆件c13。
59.进一步地，转子轮轴7沿着圆周方向均布有三个密封杆件安装位，在安装位内设置有和密封杆件后端的圆柱形杆件602配合相连的导轨通孔503。转子轮轴7中央开设有通孔，且通孔的侧壁与侧壁三个导轨通孔503相贯通，组成空气弹簧腔体。且转子轮轴7设置有两条贯穿正反面的空气弹簧反馈流道，且该流道与空气弹簧腔不相交。转子轮轴7的正反面均设置有螺栓安装孔、滚针轴承安装定位孔和密封o圈17安装槽。
60.密封旋转驱动板4为中部存在空腔402的板件，密封旋转驱动板4的一端为通孔，通孔与金属应变片16相连，金属应变片16的形变使得空腔402内气压发生改变；相同端面设置有两根下气压反馈流道403；密封旋转驱动板4的另一端为一根驱动轴401，一号驱动齿轮与驱动轴401相连，二号驱动齿轮与步进电机2相连后与一号驱动齿轮相啮合，密封旋转驱动板4通过螺栓与转子轮轴7的驱动端相连。
61.进一步地，多段式转子壳体包括多段式转子盖11和多段式转子腔3，多段式转子盖11设置于多段式转子腔3的上端，多段式转子腔3内侧壁由多个不同曲率的曲线合围而成，多段式转子腔3内侧壁曲线依次分为排空段、负压产生段、泵气段和压缩段；
62.多段式转子腔3内侧壁按照曲线的曲率大小，从大到小依次分为泵气段、负压产生段、压缩段、排空段，出风口和进风口分别设置于多段式转子腔3侧壁的排空段和泵气段上。
63.进一步地，高压气嘴9底部为法兰连接，且设置有安装密封o圈17的凹槽。中部为圆柱状主体结构，主体结构的中央开设有阶梯型通孔905，通孔周边均布有六个进气流道904；且阶梯型通孔905内侧设置有气压反馈推杆15滑轨和气压反馈流道。
64.气压阀门8一端为控制开关的气门凸台801，另一端为限位圆台804，防止气压阀门8运动过程中脱离高压气嘴9。且气压阀门8中部侧面开设有两个斜面回位凹槽803。气压阀门8在高压气嘴9的中央通孔内上下运动，当气门凸台801触碰到高压气嘴9底部法兰面时，此时高压气嘴9周边均布的六个进气流道904被气门凸台801关闭，当气压阀门8向下运动，另一端的限位圆台804触碰到高压气嘴9的阶梯状通孔时，六个进气流道904被气门凸台801开启。
65.本发明的工作原理：参照图1所示，本发明提供的一种转子涡环产生装置，初始，打气设备通过高压气嘴9，向转子轮轴7内注入一定压力的气体，气流通过高压气嘴9的六个进气流道904时，在阶梯型通孔905内，气压阀门杆802向下运动，当限位圆台804触碰到阶梯型通孔时，高压气嘴9的六个进气流道904完全开启，使其成为气体弹簧；当空气弹簧气压到达一定程度以后，气压使得金属应变片16从外凸变成内凹，压缩密封旋转驱动板4的空腔402。使得空腔402内的气体沿着气压反馈流道403运动，穿过转子轮轴7内的气压反馈流道后，由
高压气嘴9的气压反馈流道901流入，并且推动上气压反馈流道901横向段内的气压反馈推杆15，气压反馈推杆的斜面触头1501与气压阀门回位凹槽803接触运动，使得气压阀门上移关闭高压气嘴9的六个进气流道904。空气弹簧将abc三个密封杆件6沿着导轨向远离转子轮轴7的方向挤压，进而使得三个密封触头601可以始终紧贴多段式转子腔3内壁。且密封杆件603上的两道气环14可以提高气体密闭性，提高转子轮轴7内空气弹簧的使用寿命。密封杆件a6处于出风口的前端，密封杆件b10处于负压曲线内，当电机2驱动齿轮1，进而驱动转子轮轴7运动后，由密封杆件a6、密封杆件b10、转子轮轴7曲线一和多段式转子腔3负压段曲线构成的空腔，由于多段式转子腔内壁的曲线曲率变化较大，因此在运动过程中，转子轮轴7与多段式转子腔3内壁的空腔体积开始扩大，但是内部气体量保持不变，因此在转子轮轴7运动的过程中，腔体内逐渐产生一定程度的负压。当密封杆件b10运动到多段式转子腔3的进风口处时，腔内的负压将外界空腔泵入腔体内部；同时转子轮轴7继续在泵气段曲线上运动，当密封杆件a6运动过进风口时，泵气阶段结束，此后密封杆件a6、密封杆件b10、转子轮轴7外壁和多段式转子腔3内侧壁的压缩段曲线构成一个密闭空腔，在轮轴的继续运转过程中，由于多段式转子腔3内侧壁压缩段曲线的曲率较低，因此在运动过程中，转子轮轴7与多段式转子腔3内壁的空腔体积开始减小，空腔内的气体开始压缩；当密封杆件b10在压缩段曲线运动结束时，经过出风口，此时腔体内的压缩空气经由出风口排出，此后密封杆件b10在多段式转子腔3排气段运动，密封杆件a6仍在压缩段曲线运动，由于多段式转子腔3排气段的曲线曲率比压缩段更小，因此在运动过程中，多段式转子腔3内壁曲线与转子轮轴7的腔体体积进一步减小，减小的气体经由出风口排出，当密封杆件a6运动过出风口时，排气过程结束，由于空腔内的气体是脉冲式的一段段气体，因此经由排气口流出一段段的气流柱，经过渐缩喷口12后，卷曲产生涡环。
66.以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。