专利名称：旋转容积机械的制作方法
技术领域：
本发明描述了一种没有分段的旋转容积机械，它参与体积变化的有压力变化或没有压力变化的组件不承受任何摩擦，工作体积可以免除任何形式的润滑，密封性通过有控制的负载损失得到，因此可以直接产生一个驱动扭矩。
背景技术：
—至少在文献中存在包括一个定子的旋转容积机械，定子中设有一个适当形状的室，一个与一个轴连接的转子位于所述室中，而一些叶片状的活动零件保证体积变化，这些机械可以大致分为以下几类—一类机械中的叶片在转子中径向移动，专利文本FR-A-2806751，FR-A-2792364，WO-A-0109485，WO-A-0057027，WO-A-0052306，WO-A-00223692，EP-A-1043504，EP-A-1001172，EP-A-1118773，FR-A-2807792，EP-A-1043503，EP-A-1035327，EP-A-1008753，WO-A-9911907，WO-A-0055478，GB-A-744247，EP-A-1055823，WO-A-0075517和DE-A-19815093中描述了这类机械；一般说来，这类机械具有以下共同点每个定子包括一个以上的叶片，这限制了叶片之间包括的最小体积与最大体积之间的比；活动零件承受转子转动产生的离心力，并且以或大或小的力贴靠定子的内壁，这样会产生摩擦和或大或小的压力；所述摩擦应该进行润滑，这使这类机械不能干运转，也不能高温运转；—一类机械中的叶片铰接在转子中，专利文本WO-A-9961752，WO-A-9857039，WO-A-0111196，WO-A-0120132，US-A-4451215中描述了这类机械；
一般说来，这类机械有以下共同点每个转子包括一个以上的叶片，这限制了叶片之间包括的最小体积与最大体积之间的比；即使与转子或定子成为一个整体的机械装置限制了摩擦压力，活动零件都承受转子转动产生的离心力，由于加工误差或磨损产生的间隙或早或迟产生摩擦和或大或小的接触压力；所述摩擦应该进行润滑，这使这类机械不能干运转，也不能高温运转；—一类机械中的叶片铰接在转子和定子中，专利文本US-A-1253460，US-A-1886206，和WO-A-0075517中描述了这类机械。
一般说来，这类机械有以下共同点每个转子包括一个以上的叶片，这限制了叶片之间包括的最小体积与最大体积之间的比；铰接位于工作体积中，它们也应该进行润滑，这使这类机械不能干运行，也不能在高温下运行；—一类机械中的叶片铰接在定子中，专利文本US-A-4772185和EP-A-0120993中描述了这类机械；一般说来，这类机械有以下共同点每个转子包括一个以上的叶片，这限制了叶片之间包括的最小体积与最大体积之间的比；铰接位于工作体积中，它们也应该进行润滑，这样使这类机械不能干运行，也不能在高温下运行；叶片通过弹簧保持贴靠转子，这样就不能在高温下使用这些机械；—一类机械中的叶片铰接在转子中，同时一些挡板类型的零件与定子成为一个整体，专利文本WO-A-0146561中描述了这类机械，一般说来，这类机械有以下共同点每个转子包括一个以上的叶片，这限制了叶片之间包括的最小体积与最大体积之间的比；活动零件承受转子转动产生的离心力，并且以或大或小的力贴靠定子的内壁，这样会产生摩擦和或大或小的压力；铰接位于工作体积中，并且由于所述铰接需要润滑，因此这些机械不能干运转，也不能在高温下运转；叶片根据旋转速度或轻或重地与所述挡板接触，这样不仅可能产生噪音，而且尤其使保证密封的部分很快破坏；—一类机械中叶片类型零件与转子成为一个整体，而挡板形零件铰接在定子中，专利文件WO-A-0073627中描述了这类机械；一般说来，这类机械有以下共同点每个转子包括一个以上的叶片，这限制了叶片之间包括的最小体积与最大体积之间的比；挡板通过弹簧保持贴靠转子，这样就不能在高温下使用这类机械；铰接位于工作体积中，并且由于它们也应该进行润滑，这样就使这类机械不能干运行，也不能在高温下运行；叶片根据旋转速度或轻或重地与所述挡板接触，这样不仅可能产生噪音，而且尤其使保证密封的部分很快破坏；最后从文件GB-A-2254888中了解到一种带有旋转活塞的泵或马达，其中一个阀门可以在工作缸体中的一个抬高位置和一个展开位置之间移动。阀门贴靠在转子的一个零件上，以便把工作缸体的体积分割成两个区域。由于阀门摩擦，接触表面必须润滑，这就使机械不能干运转和在高温下运转。
发明内容
总体上说，本发明的目标机械可以克服上述缺点中的一个或几个。
本发明涉及一种旋转容积机械，其包括一其中设有一柱形室的定子、一位于所述柱形室中并与一轴连在一起的转子、在所述转子上形成的叶片、和挡板——所述挡板可以通过动作装置在以下位置之间活动—一展开位置，所述挡板在工作阶段在所述柱形室的体积中展开，以便在所述叶片与所述挡板之间产生体积变化；—一进入位置，所述挡板进入到所述定子中，以便使所述叶片可以从所述挡板的一侧过渡到另一侧，所述旋转容积机械的特征在于—所述转子包括一盘体、两个位于所述盘体两侧的同心突肩和两个直径相对地位于所述盘体的两侧的固定叶片，每个叶片贴靠所述盘体的一个表面，并且与一个突肩的周边结合，以便得到一个转动平衡的整体件；—在所述柱形室体积中的展开位置，所述挡板靠近所述突肩，但不与其接触。
根据推荐变型—与所述定子的表面相关的所述转子表面的尺寸、与所述转子和定子的表面相关的所述挡板的表面尺寸、所述转子表面与所述相关的定子表面之间的间隙、所述挡板的表面与所述相关的转子和定子表面之间的间隙、以及所述所有相关表面的算术粗糙度被确定成在所述间隙中产生紊流，并可以通过有控制的负载损失得到密封性，使得这些地方没有摩擦，也不需要润滑；—形成所述不同表面周边的棱脊保持尖锐(laissées vives)，或者只是轻微打磨，以便使所述间隙中通过的流体形成紊流；—所述转子一方面轴向位于与所述定子连接的定子盖之间，另一方面通过隔环轴向位于所述轴承之间，所述隔环的长度在尺寸链(chaine descote)中确定，使所述转子可以转动，并且不与所述盖子接触；—所述活动的挡板的动作装置远离所述柱形室；—所述挡板由一个远离所述柱形室的轴支承，所述挡板在所述动作装置的作用下摆动，使贴靠压力由所述轴承受，外侧最好为高压侧，侧边为低压侧，因而所述挡板绕所述轴的铰接可以单独润滑，而不影响所述柱形室的内部；—每个摆动挡板通过一个铰接在所述定子中的液压或气动千斤顶进行控制，以便可以跟随它在所述摆动的挡板上的固定点的角度移动形成的圆弧曲线，进而限制摩擦点的数量；—每个摆动挡板通过至少一个电动马达进行控制，所述电动马达控制一个蜗杆，所述蜗杆带动一个与所述摆动的挡板中的每一个连接的扇形体，以便只保留一限定数量的摩擦点；—所述算术粗糙度通过在粗糙侧的密纹得到，所述密纹一方面与泄漏方向垂直，另一方面互相平行；—运行间隙约为0.02mm，且算术粗糙度约为0.2mm；
—两个叶片的尺寸不同，以便产生两个不同体积的环体。
本发明涉及一种泵，其特征在于包括至少一个符合本发明的机械。
本发明还涉及一种压缩机，其特征在于包括至少一个符合本发明的机械。
最后，本发明涉及一种液压或气动马达或外部燃烧的发动机，其特征在于包括至少一个符合本发明的机械。
通过运行间隙和算术粗糙度的结合得到—互相运动的零件之间的运行间隙由一般为标准化的加工误差决定，这些间隙存在，并且是必要的；—一个加工零件的表面总是或多或少粗糙的，这在某些情况下需要在两个互相运行的零件之间打磨，这种粗糙度可以从机械上进行测量，以便随后用微米表达，这就是算术粗糙度，并且在后一种情况下从液体动力学上给它赋予一个负载损失系数；—参照科学博士和Conservatoire des Arts et Metiers荣誉教授JeanGOSS先生1996年4月在“les Techniques de l’Ingenieur”中发表的题为《流体力学》的文章A 1870的7.54段，题为《表面粗糙度的影响》，在粗糙高度与流体的粘性底层之间有一个比值，这已经经过实验证实，尽管从一定的粗糙度起不再存在粘性底层，粗糙度增加摩擦。该文章的第9部分处理负载损失。
因此可以在一个狭窄通道中产生紊流，这些紊流形成所追求的密封性，狭窄通道来自运行间隙，而紊流来自产生负载损失的粗糙度。
例如，当运行间隙提高到0.02mm并且粗糙度提高到0.2mm时，紊流产生负载损失，负载损失可以根据上游压力足以得到所需的密封。
附图作为例子给出，并且不作为本发明的限制。它们仅仅表示本发明的一个实施例，并且可以很容易地理解本发明。
图1为转子的等距透视图，两个底部挡板和柱形室用虚线表示。
图2为基本机械的轴向剖面，其中X和Y的比例不成正比，以便在阅读时不需要翻页。
图3为基本机械的轴向剖面，转子处于正向235°，前挡板处于出口位置。
图4为基本机械的轴向剖面，转子处于正向270°，前挡板处于入口位置。
图5为基本机械的轴向剖面，转子处于正向325°，前挡板处于出口位置，体积比用斜线表示。
图6为基本机械的轴向剖面，转子处于正向235°和325°，前挡板处于出口位置，以便表示有效旋转角度和空载时间的角度。
图7为转子一个变型的轴向剖面。
图8为机械的轴向剖面，转子处于正向250°，铰接挡板处于出口位置。
图9为机械的轴向剖面，转子处于正向305°，铰接挡板处于入口位置。
图10为机械的轴向剖面，转子处于正向350°，铰接挡板处于出口位置。
图11和12为机械的轴向剖面。每个铰接挡板由一个液压或气动千斤顶进行控制。
图13和14为机械的轴向剖面。每个铰接挡板由至少一个电动马达进行控制，电动马达通过一个蜗杆和一个有齿扇形体控制铰接挡板。
图15为两个相对零件的显微剖面图。
图16为两个相对零件的剖面图，其中已经加工了密纹。
图17为一个泵或压缩机中渗漏的示意图。
图18为一个气动、液压或内燃热发动机中的渗漏示意图。
图19为一个由组装零件构成的转子的示意图，每个转子被与三个挡板的位置无关的侧边封闭。
图20表示密纹与渗漏方向垂直的位置。
具体实施例方式
下面的段落中将详细解释这些图。
参照图1，转子由一个盘体1、两个两个位于所述盘体两侧的同心突肩4和8以及两个固定叶片3和7组成，这两个叶片直径相对地位于所述盘体的两侧，每个叶片贴靠所述盘体的一个表面，并且与所述突肩的周边汇合，以便旋转时得到整体平衡，所述转子由一个单一零件加工形成，或者由组装零件构成，所述转子位于一个设在一个定子中的柱形室2中，挡板5和6位于定子中，是活动的，并且可以被机械、液压、气动或电动动作装置或者所述装置的结合带动，这些动作装置远离所述柱形室，使工作体积免除各种形式的润滑，因而能够干运行和在高温下运行，以便使转子连续旋转，在工作阶段，所述挡板非常靠近所述突肩，以便在所述叶片和所述挡板以及所述定子的入口之间产生体积变化，使所述叶片从所述挡板的一侧过渡到另一侧。
叶片3、7的转动形成的体积或环体不一定是图中所示方形或矩形截面。特别是可以考虑一个圆形截面。根据环体的截面，本装置的机构是适合的。
参照图2，转子与一个轴15连在一起，并且一方面轴向位于与定子9连接在一起的定子盖12和13之间，另一方面通过隔环11和14位于轴承10和16之间，隔环(entretoise)的长在工程尺寸链中确定，使转子能够旋转，同时又不与所述盖子接触。轴承是唯一需要润滑的点。
总之，密封以最佳的方式得到，因为—与定子表面相关的转子表面的尺寸、与转子和定子表面相关的挡板表面的尺寸、转子表面与相关的定子表面之间的间隙、挡板表面与相关的转子和定子表面之间的间隙、所有相关表面的算术粗糙度的综合确定使它们在所述间隙中产生可以通过受控制的负载损失得到密封性的紊流，因此在这些地方即没有摩擦，也不需要润滑，例如运行间隙39达到0.02mm，算术粗糙度40达到0.2mm，紊流产生负载损失，可以根据上游压力使负载损失高到足以得到要求的密封性；—形成所述不同表面的周边的棱脊是尖锐的或者只是稍微打磨，因为一般在车间里进行打磨，以便不会受伤，以便使流体在所述间隙中的通过形成紊流。
参照图3，该图是基本机械的轴向剖面图，转子位于正方向235°，前挡板位于出口位置。挡板5、6的厚度17是形成密封性的特征之一。管道18和19用于根据旋转方向吸入或排出。
参照图4，该图为基本机械的一个轴向剖面图，转子位于正方向270°，挡板6位于入口位置，以便使转子可以连续转动。
参照图5，该图为基本机械的轴向剖面图，转子位于正方向325°，挡板位于定子中的出口位置，体积比用斜线表示体积20比体积21大得多，这是由于每个突肩只有一个叶片。
参照图6，该图为机械底部的轴向剖面图，转子位于正方向235°和325°，前挡板位于出口位置，以便表示有效旋转角度22和空载间的角度23。因为归根结底，上面指出的大体积20是360°＝2π的圆的一个圆弧产生的体积截去一个等于小体积21和叶片体积的总和的余额。
参照图7，该图为一个转子变型的轴向剖面，突肩环冠外径减小，而叶片的侧翼指向转子的轴。
参照图8，该图为机械的轴向剖面图，转子位于正方向250°，铰接挡板25位于出口位置。这些挡板25由一个远离所述柱形室2的轴26携带，以便能够通过机械、液压、气动或电动装置进行控制，或通过所述装置的结合进行控制，这些装置远离柱形室，使工作体积免除一切形式的润滑，并且能够干运行和在高温下运行，因此所述挡板在所述轴周围的铰接可以单独进行润滑，而不影响所述柱形室的内部。通过这种设置，管道24最好用于输送高压，而管道27用于输送低压。形成一个突肩与一个摆动挡板之间密封区域的宽度的圆弧角度28与带有参考数字17的角度差不多。所述轴还可以参与盖子相对定子的就位。
参照图9，该图为机械的一个轴向剖面图，转子位于正方向305°，铰接挡板25位于入口位置。
参照图10，该图为机械的一个轴向剖面图，转子位于正方向350°，铰接挡板25位于出口位置。当转子向正方向旋转并且这个机械作为一个发动机运行时，产生一个用箭头29表示的力矩，同时贴靠压力产生一个用相等长度的箭头31表示的反作用。作用力始终指向轴26的中心。因为挡板25的表面30可以支撑一个比表面32更大的负载，因此所述用于输送高压的管道应该位于这一侧。
参照图11，该图为机械的一个轴向剖面图，每个铰接挡板25由一个铰接在定子9中的液压或气动千斤顶进行控制，以便能够跟随它在所述摆动挡板25上的固定点33的角度移动确定的圆弧曲线，以便限制摩擦点的数量。这里千斤顶34和挡板25进入，以便可以使叶片3、7通过。要润滑的点数提高到三个，因此包括两个轴承，提高到五个，所有这些点都远离工作体积。
参照图12，该图为机械的一个轴向剖面图，千斤顶34和挡板25伸出，以便可以改变体积。
参照图13，该图为机械的一个轴向剖面图，每个摆动挡板由至少一个控制一个蜗杆36的电马达35、38进行控制，蜗杆36带动一个与所述摆动挡板中的每一个连接的扇形体37。这里挡板25伸出。当使用两个电马达时，作用力是平衡的。除了电马达的润滑点外，润滑点的数量增加两个。包括两个所述轴承，润滑点增至四个，所有这些点都远离工作体积。
参照图14，该图为机械的一个轴向剖面图，摆动挡板25进入。
参照图15，运行间隙39的形成使得能够用传统的方式测量形状和尺寸的特征，而相对表面40和41的粗糙度的确定使产生的紊流产生需要的密封性，这里液压直径也用传统的方式进行测量。
总之，对于所有的图这都是有价值的，这个机械的特征还在于—通过在粗糙侧边上的密纹(图16)得到算术粗糙度，密纹一方面与渗漏方向垂直，另一方面互相平行；—该机械用于实现液压、气动发动机或者外燃烧的热发动机。
这种机械可以用于实现两个或几个共同轴的所述机械形成的组合，这些机械的尺寸可以不同。
在一个这样的配置中，可以用一个分隔不同工作体积的隔板代替其中一个盖子(12或13)，隔板的数量取决于工作体积的数量。
例如—两个或几个不同缸体的所述机械形成一组，作为分级压缩机运行；—两个不同缸体的机械形成一组，一个作为压缩机，另一个作为膨胀器，整体形成一个外燃烧热发动机。在这种情况下，需要设置一个分开的燃烧室和至少一个热交换器，还不包括必要的附件。
根据本发明的一个变型，一个本发明的机械的两个叶片可以具有不同的尺寸，以便产生两个体积不同的环体。
例如一台机械由两个体积不同的环体形成，小体积作为压缩机，大体积作为膨胀器。这种方法可以实现小排量的热发动机。
因此最好使“突肩-叶片”配置的尺寸可以得到一个转动平衡的整体。
图17表示用于一个泵或压缩机的情况下在叶片3、7处观察到的泄漏吸入压力42小于大气压力，因此有一个负压。压力46大于大气压力，这或者是由于需要克服摩擦，或者是由于需要从叶片这一侧得到一个压力。允许的泄漏补偿负压42。
图18表示在用于一个液压或气动发动机的情况下在叶片3、7处观察到的泄漏压力51大于大气压力，因为希望产生一个驱动力矩。压力47大于大气压力，因为需要克服由于排出产生的摩擦。叶片两侧的泄漏完全或部分平衡。
最后，转子和/或定子9的相对运动的部分可以由一种自润滑的材料构成(或覆盖)，以便承受意外摩擦(例如在存在杂质或由于柱形室2的体积内存流体实物)。
参考数字目录1.转子盘体2.工作缸体3和7.叶片4和8.突肩5和6.挡板9.定子10和16.轴承11和14.隔环12和13.定子盖15.轴17.突肩与挡板之间密封区的宽度18和19.转动方向形成的吸入和排出管道20.大的吸入和和排出体积21.小的吸入和排出体积22.有效旋转角23.无载旋转角24.高压管道25.摆动挡板26.挡板25的转轴27.低压管道28.形成一个突肩与一个挡板之间密封区宽度的圆弧角度29.可能驱动力矩的方向30.摆动挡板的外侧边31.对可能支撑力矩的反作用的支撑方向32.摆动挡板的侧边33.铰链轴34.液压或气动千斤顶35和38.电动马达
36.蜗杆37.用于蜗杆的轮扇39.运行间隙40和41.算术粗糙度42.吸入产生的负压43.补偿泄漏的方向44.负的旋转方向45.排出或压缩处的泄漏方向46.排出或压缩的压力47.排出压力48.平衡泄漏的方向49.正的旋转方向50.膨胀泄漏的压力51.工作压力
权利要求
1.旋转容积机械，其包括一其中设有一柱形室(2)的定子(9)、一位于所述柱形室(2)中并与一轴连在一起的转子、在所述转子上形成的叶片(3、7)、和挡板(5、6、25)——所述挡板可以通过动作装置在以下位置之间活动—一展开位置，所述挡板在工作阶段在所述柱形室(2)的体积中展开，以便在所述叶片(3、7)与所述挡板(5、6)之间产生体积变化；—一进入位置，所述挡板进入到所述定子(9)中，以便使所述叶片(3、7)可以从所述挡板(5、6、25)的一侧过渡到另一侧，所述旋转容积机械的特征在于—所述转子包括一盘体(1)、两个位于所述盘体(1)两侧的同心突肩(4、8)和两个径向相对地位于所述盘体(1)的两侧的固定叶片(3、7)，每个叶片贴靠所述盘体(1)的一个表面，并且与一个突肩(4、8)的周边结合，以便得到一个转动平衡的整体件；—在所述柱形室(2)体积中的展开位置，所述挡板(5、6、25)靠近所述突肩(4、8)，但不与其接触。
2.如权利要求1所述的机械，其特征在于，与所述定子(9)的表面相关的所述转子表面的尺寸、与所述转子和定子(9)的表面相关的所述挡板(5、6、25)的表面尺寸、所述转子表面与所述相关的定子(9)表面之间的间隙、所述挡板(5、6、25)的表面与所述相关的转子和定子(9)表面之间的间隙、以及所述所有相关表面的算术粗糙度被确定成在所述间隙中产生紊流，并可以通过有控制的压力损失得到密封性，使得这些地方没有摩擦，也不需要润滑。
3.如权利要求1或2所述的机械，其特征在于，形成所述不同表面周边的棱脊保持尖锐，或者只是轻微打磨，以便使所述间隙中通过的流体形成紊流。
4.如权利要求1至3中任一项所述的机械，其特征在于，所述转子一方面轴向位于与所述定子(9)连接的定子盖(12、13)之间，另一方面通过隔环(11、14)轴向位于所述轴承(10、16)之间，所述隔环的长度在尺寸链中确定，使所述转子可以转动，并且不与所述盖子接触。
5.如权利要求1至4中任一项所述的机械，其特征在于，所述活动的挡板(5、6、25)的动作装置远离所述柱形室(2)。
6.如权利要求5所述的机械，其特征在于，所述挡板(25)由一个远离所述柱形室(2)的轴(26)支承，所述挡板(25)在所述动作装置的作用下摆动，使贴靠压力(31)由所述轴(26)承受，外侧(30)最好为高压侧，侧边(32)为低压侧，因而所述挡板(25)绕所述轴(26)的铰接可以单独润滑，而不影响所述柱形室(2)的内部。
7.如权利要求6所述的机械，其特征在于，每个摆动挡板(25)通过一个铰接在所述定子(9)中的液压或气动千斤顶(34)进行控制，以便可以跟随它在所述摆动的挡板(25)上的固定点(33)的角度移动形成的圆弧曲线，进而限制摩擦点的数量。
8.如权利要求6所述的机械，其特征在于，每个摆动挡板(25)通过至少一个电动马达(35、38)进行控制，所述电动马达(35、38)控制一个蜗杆(36)，所述蜗杆(36)带动一个与所述摆动的挡板(25)中的每一个连接的扇形体(37)，以便只保留一限定数量的摩擦点。
9.如权利要求2单独所述的或与权利要求3至8中任一项结合所述的机械，其特征在于，所述算术粗糙度通过在粗糙侧的密纹得到，所述密纹一方面与泄漏方向垂直，另一方面互相平行。
10.如权利要求2单独所述的或与权利要求3至9中任一项结合所述的机械，其特征在于，运行间隙约为0.02mm，且算术粗糙度约为0.2mm。
11.如权利要求1至10中任一项所述的机械，其特征在于，两个叶片(3、7)有不同尺寸，以便产生两个不同体积的环体。
12.泵，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至11中任一项所述的机械。
13.压缩机，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至11中任一项所述的机械。
14.液压、气动或外燃烧热发动机，其特征在于包括至少一个如权利要求1至11中任一项所述的机械。
全文摘要
旋转容积机械，其包括一其中设有一柱形室(2)的定子(9)、一位于所述柱形室(2)中并与一轴连在一起的转子、在所述转子上形成的叶片(3、7)、和挡板(5、6、25)——所述挡板可以通过动作装置在以下位置之间活动—一展开位置，所述挡板在工作阶段在所述柱形室(2)的体积中展开，以便在所述叶片(3、7)与所述挡板(5、6)之间产生体积变化；—一进入位置，所述挡板进入到所述定子(9)中，以便使所述叶片(3、7)可以从所述挡板(5、6、25)的一侧过渡到另一侧，所述旋转容积机械的特征在于—所述转子包括一盘体(1)、两个位于所述盘体(1)两侧的同心突肩(4、8)和两个直径相对地位于所述盘体(1)的两侧的固定叶片(3、7)，每个叶片贴靠所述盘体(1)的一个表面，并且与一个突肩(4、8)的周边结合，以便得到一个转动平衡的整体件；—在所述柱形室(2)体积中的展开位置，所述挡板(5、6、25)靠近所述突肩(4、8)，但不与其接触。本发明特别用于泵、压缩机以及液压、气动或外燃烧热发动机。
文档编号F01C19/00GK1596332SQ02823811
公开日2005年3月16日 申请日期2002年11月27日 优先权日2001年11月30日
发明者雷内·斯奈德斯 申请人:雷内·斯奈德斯