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转动式能量回收装置

阅读:437发布:2020-05-12

专利汇可以提供转动式能量回收装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种转动式 能量 回收装置(11),其中多通道圆柱形 转子 (15)随其端面(32)回转,这些端面以密封关系与成对侧面端盖(19、21)并置,并且在每个端盖中设有进口和出口 流体 通路(27、29)。流体可沿平行于转子轴线的轴向方向引入转子通道(16)从从其中排出;然而,由于通道(16)的内部设计,转子回转是自驱动的,这些通道轴向地延伸通过转子并且成形为使得流过其中的流体产生 扭矩 。,下面是转动式能量回收装置专利的具体信息内容。

1.一种用在转动式能量回收装置中的具有端对端延伸通道的圆柱形转子,所述转动式能量回收装置用于将来自一种流体的高压传递至低压流体,其中所述转子会绕其轴线在密封装置之间的空腔中回转,所述密封装置与所述转子的相对两端密封连接,并且高压第一流体和低压第二流体供给至所述转子的相对两端,从而由于流体流动而在所述转子通道内同时产生轴向的流体进入流和流体排出流,
其中,改进包括:
所述通道中至少多个通道具有端对端纵向变化的横截面,所述变化通过对所述多个通道中每个通道的壁部的内表面进行成形而产生,所述壁部沿着在回转转子中会作为所述通道的尾随部分来定位,从而由于通过所述通道的轴向流体流而建立低压区域,并且由此产生致使所述转子回转的扭矩
2.如权利要求1所述的转子,其特征在于,所述多个通道中的每个具有扇形横截面,并且具有两个直侧壁以及外端壁和内端壁,其中尾随所述回转转子的运动的所述一个侧壁具有翼型形状,而另一侧壁基本上是平坦的。
3.如权利要求2所述的转子,其特征在于,所述多个通道的所述平坦侧壁都基本上与所述转子的中心轴线径向对准。
4.如权利要求3所述的转子,其特征在于,所述多个通道中每个的所述两个侧壁以彼此在大约20度和大约40度之间的度对准,并且所述外端壁和内端壁是弧形的。
5.如权利要求2所述的转子,其特征在于,所述翼型状尾随侧壁具有相对于所述转子的两个端部是对称的拱起,并且在所述通道的轴向中心区域中建立低压区域。
6.如权利要求2所述的转子,其特征在于,所述翼型状尾随侧壁具有拱起,所述拱起是不对称的,从而除了产生扭矩以外,在所述转子上还产生轴向
7.如权利要求2所述的转子,其特征在于,所述圆柱形转子容纳一些轴向通道,所述轴向通道仅仅具有纵向的直线侧壁。
8.如权利要求2所述的转子,其特征在于,所述圆柱形转子容纳数量在大约10个和20个之间的通道,所述通道基本上绕所述转子轴线等角度地设置。
9.如权利要求1所述的转子,其特征在于,所述圆柱形转子具有平坦端面。
10.一种能量回收装置,所述能量回收装置结合如权利要求1至9中任一项所述的圆柱形转子用于将来自一种流体的高压传递至低压流体,且所述能量回收装置包括:
壳体,所述圆柱形转子在所述壳体中回转,以及
第一和第二端盖,所述第一和第二端盖位于所述壳体中并且具有以密封关系相对于所述转子端面设置的内表面,
每个所述端盖都具有延伸通过其中的至少一个进口通路和至少一个排出通路,将所述端盖通路角度对准成:当转子通道与一个端盖中的进口通路对准时,所述转子通道同时与另一端盖中的出口通路对准。
11.如权利要求10所述的能量回收装置,其特征在于,所述端盖具有平坦内表面和成形为使得流体沿轴向方向进入和离开所述转子通道的通路。
12.一种用于将来自一种流体的高压传递至低压流体的能量回收装置,所述能量回收装置包括:
圆柱形转子,所述圆柱形转子具有在相对两个端面之间延伸的轴向通道,壳体,所述圆柱形转子在所述壳体中回转,
第一和第二端盖,所述第一和第二端盖位于所述壳体中并且具有以密封关系相对于所述转子端面设置的内表面,
每个所述端盖都具有延伸通过其中的至少一个进口通路和至少一个排出通路,将所述端盖通路角度对准成:当转子通道与一个端盖中的进口通路对准时,所述转子通道同时与另一端盖中的出口通路对准,以及
所述转子通道中的至少两个具有由于一个通道侧壁而端对端变化的横截面,所述一个通道侧壁大体径向定向和成形为:在这样的通道中由于轴向地流过其的流体流而建立低压区域,从而由于流过所述通道的这种流体流而产生扭矩,致使所述转子回转。
13.如权利要求12所述的能量回收装置,其特征在于,所述至少两个通道中的每个具有扇形横截面,并且具有两个直侧壁以及外端壁和内端壁,其中所述一个通道侧壁具有翼型形状,而另一直侧壁基本上是平坦的。
14.如权利要求13所述的能量回收装置,其特征在于,所述至少两个通道的每个所述平坦侧壁基本上与所述转子的中心轴线径向对准,其中所述翼型状侧壁中的拱起相对于两个端部是对称的,且所述至少两个转子通道中每个的所述两个直侧壁以在大约20度和大约40度之间的角度对准,并且所述通道具有弧形的外端壁和内端壁。
15.一种用于将来自一种流体的高压传递至低压流体的转动式能量回收装置,其中具有轴向地延伸通过其中的通道的基本圆柱形转子绕其轴线在一对端盖之间的空腔中回转,所述一对端盖与所述转子的相对两端密封连接,并且高压第一流体和低压第二流体通过延伸通过所述端盖的通路供给至所述转子的相对两端,从而由于流体流过所述通道而使流体同时充满和排出所述相对两个端盖中的通路,所述改进包括:
所述转子中至少多个所述通道具有由于一个侧壁区域而端对端变化的横截面,所述侧壁区域大体相对于所述轴线径向定向,并且成形为由于通过所述通道的流体流而沿着所述侧壁区域建立低压区域,并由此产生致使所述转子回转的扭矩。
16.如权利要求15所述的能量回收装置,其特征在于,所述多个转子通道中的每个具有扇形横截面,并且具有两个直侧壁以及外端壁和内端壁,其中每个所述通道的所述一个通道侧壁具有翼型形状,而另一侧壁基本上是平坦的。
17.如权利要求16所述的能量回收装置,其特征在于,所述转子通道的所述平坦侧壁都基本上与所述转子的中心轴线径向对准。
18.如权利要求17所述的能量回收装置,其特征在于,每个通道中的所述两个侧壁以在大约20度和大约40度之间的角度彼此对准,并且所述外端壁和内端壁是弧形的。
19.如权利要求15所述的能量回收装置,其特征在于,所述翼型状侧壁具有相对于所述转子的两个轴向端部是对称的拱起,并且在所述转子通道的轴向中心区域中建立低压区域。
20.如权利要求15所述的能量回收装置,其特征在于,所述转子端面是平坦的,且所述端盖具有平坦内表面,其中所述端盖具有进口和出口通路,所述进口和出口通路相对于所述转子通道对准,从而当转子通道与一个端盖中的进口通路对准时,与另一端盖中的出口通路对准,并且流体沿轴向方向进入所述通道并沿轴向方向离开所述通道。

说明书全文

转动式能量回收装置

[0001] 本申请要求2010年12月23日提交的美国临时专利申请第61/289,955的优先权,该申请的内容以参见的方式纳入本文。

技术领域

[0002] 本发明涉及一种转动式能量回收装置,其中在转子的轴向通道内,第一高压流体与第二低压流体液压连通以在流体之间传递压并产生第二流体的高压排出流。更具体地说,本发明涉及此种类型的转动式能量回收单元,其中穿过该装置的流体用于驱动转子,从而无需机械驱动机构。

背景技术

[0003] 已使用转动式能量回收装置数十年。例如,1960年提交的专利申请示出了此种能量回收装置的构造,其中多通道转子包含在外壳内。在这些早期构造中的许多构造中,例如在美国专利3,431,747、3,582,090以及3,910,587示出那些构造中,转子通道具有圆形横截面,并且使用会从通道的一端附近转移到另一端附近的球,以合理且有效地密封该通道,从而防止两种流体在它们之间的交界部处混合。使用传动带或齿轮传动件之类,这些能量回收装置通常由驱动轴驱动,该驱动轴通过使用合适的电动机之类而从转子的一端伸出。之后授予Hauge的美国专利、例如4,887,942、5,338,158以及5,988,993对于这些早期装置进行了改进并且避免在转子通道内使用球或其它滑动封堵件。此外,例如在'993专利中,进入能量回收装置的液体用于产生扭矩来驱动转子,即液流用作用于能量回收装置的驱动力。此种驱动原理基于再后期美国专利以及公开专利申请中示出的构造,并且大体存在于由本申请受让人、即能量回收股份有限公司所售出的能量回收单元中。
[0004] 一般而言,使流体、一般是液体流过转子来提供转动扭矩已通过端盖中进出通路的构造而可靠实现,且流体通过进出通路进入和离开转子。这些端盖能提供切向流矢量来实现所希望的目的,如'993专利和美国专利6,540,487、7,221,557以及7,306,437所进行的描述。
[0005] 对前述专利中的美国专利6,540,487进行说明,其中转子类似于图1所示的圆柱形转子3,该圆柱形转子包括十二个通道5,这些通道从端面6至端面轴向地延伸通过转子。通道在相对端部处具有开口7、9并且都具有类似的形状。每个通道5具有相等尺寸的一对直侧壁,该成对侧壁相对于转子3的轴线或中心线大体径向对准。使用在进出通路中包含斜面的端盖,这些斜面致使流体以定向矢量进入和离开通道5,从而在转子3上产生扭矩,该扭矩致使转子顺时针(如图1所示并且由参考箭头4所指示)回转。由于沿顺时针方向的此种回转,通道开口中的前导侧壁标为7L,而尾随侧壁标为7T。该结构基本上说明了转动式能量回收装置,而本发明基于此进行改进。
[0006] 比'993专利更近的专利提供了对于现有技术转动式能量回收装置的各种改进,并且继续努力寻求对于此种能量回转装置操作的改进。

发明内容

[0007] 虽然这些转动式能量回收装置中的许多装置采用端盖,这些端盖用于倾斜地引导高压和低压进入液体以及流出流,使其相对于转子通道倾斜来产生此种转动运动,但已发现能通过通道本身的内部形状来有效地产生此种多通道转子的转动运动。已发现,流体流能简单地直接轴向地输送到通道中并类似地从转子通道中排出,由此简化端盖的构造;然而,仍可依赖于转子通道的形状来产生扭矩以致使转子回转。
[0008] 已发现,此种转子中的通道可在每个通道中设有近似轴向对准的侧壁区域,该侧壁区域成形为致使通道中的流体流在通道内产生不对称的低压区域;并且将该区域在通道内的位置放置成在转子上产生致使转子回转的扭矩。在下文示例的一个实施例中,具有大体环形区域的扇段的转子通道具有成形为纵向弧形翼型状的一个壁,该壁较佳地在转子的大约纵向中心处设置有其最厚或拱起的区域。相对的平坦侧壁与此种弧形侧壁互补,该平坦侧壁基本上与转子轴线径向对准。当流体沿任意方向轴向地流过转子通道时,在弧形侧壁的厚区域附近产生低压区域。于是,由于在与弧形壁相对的侧壁的平坦表面的高压区域,净力基本上垂直于该平坦表面施加,该力切向于转子轴线,产生扭矩并驱动转子回转。
[0009] 在一个具体方面,本发明提供一种用在转动式能量回收装置中的具有端对端延伸通道的圆柱形转子,该转动式能量回收装置用于将来自一种流体的高压传递至低压流体,其中该转子会绕其轴线在密封装置之间的空腔中回转,该密封装置与转子的相对两端密封连接,并且高压第一流体和低压第二流体供给至转子的相对两端,从而由于流体流而在所述转子通道内同时产生轴向的流体进入流和流体排出流,其中改进包括:所述通道中至少多个通道具有端对端纵向变化的横截面,该变化通过对所述多个通道中每个通道的壁部的内表面进行成形而产生,该壁部沿着在回转转子中会作为所述通道的尾随部分的壁部来定位,从而由于通过所述通道的轴向流体流而建立低压区域,并且由此产生致使所述转子回转的扭矩。
[0010] 在另一具体方面,本发明提供一种用于将来自一种流体的高压传递至低压流体的能量回收装置,该能量回收装置包括:圆柱形转子,该圆柱形转子具有在相对两个端面之间延伸的轴向通道,壳体,所述圆柱形转子在壳体中回转,第一和第二端盖,该第一和第二端盖位于所述壳体中并且具有以密封关系相对于所述转子端面设置的内表面,每个所述端盖都具有延伸通过其中的至少一个进口通路和至少一个排出通路,将所述端盖通路度对准成:当转子通道与一个端盖中的进口通路对准时,该转子通道同时与另一端盖中的出口通路对准,以及所述转子通道中的至少两个具有由于一个通道侧壁而端对端变化的横截面,该通道侧壁大体径向定向,并且成形为由于轴向地流过该通道的流体流而在该通道中建立低压区域,从而由于流过所述通道的流体流而产生扭矩,致使所述转子回转。
[0011] 在又一具体方面中,本发明提供一种用于将来自一种流体的高压传递至低压流体的转动式能量回收装置,其中具有轴向地延伸通过其中的通道的基本上圆柱形转子绕其轴线在成对端盖之间的空腔中回转,该成对端盖与转子的相对两端密封连接,并且高压第一流体和低压第二流体通过延伸通过所述端盖的通路供给至转子的相对两端,从而由于流过所述通道的流体流而使流体同时充满和排出相对两个端盖中的通路,改进包括:转子中至少多个所述通道具有由于一个侧壁区域而端对端变化的横截面,该侧壁区域大体相对于轴线径向定向,并且成形为由于流过所述通道的流体流而沿着所述侧壁区域建立低压区域,并由此产生致使所述转子回转的扭矩。附图说明
[0012] 图1是用在此种一般类型的转动式能量回收装置中的一类现有技术转子的立体图。
[0013] 图2是以截面示出的此种一般类型的采用多通道转子的转动式能量回收装置的立体图。
[0014] 图3是可用在图2所示装置中的具有本发明各个特征的转子的放大立体图,该立体图将部分切除并示出替代套筒,作为内部定子的替代,转子在该替代套筒内回转。
[0015] 图4是图3所示多通道转子的放大端视图。
[0016] 图5、6和7是分别沿图3的线5-5、6-6和7-7剖取的剖视图。
[0017] 图8是可用于转子的端盖的立体图,并且将一部分移除。
[0018] 图9是类似于图8、但示出端盖的替代实施例的视图。
[0019] 图10和11是两个替代转子实施例的立体图。
[0020] 图12是类似于图2、具有改型端盖结构的此种装置的替代实施例的视图。

具体实施方式

[0021] 在图2中示出转动式能量回收装置11,该转动式能量回收装置11包括细长的大体圆柱形壳体或本体13,圆柱形转子15设置在该圆柱形壳体或本体中(参见图3),该圆柱形转子具有多个纵向通道16,这些纵向通道端对端延伸并开通到转子的相应平坦端面32中。通道16可具有如下所述的各种横截面形状。转子15示作绕中部中空定子17回转,然而这是可选的,且如'557专利所述可使用环绕套筒。两个端盖19、21将转子15夹在它们之间,且每个端盖具有多个通路27、29;这些端盖用作与转子端面32密封连接的装置。为了便于解释,根据图2所示装置的定向,这些部件有时可称作上端盖和下端盖;然而,这仅仅为了方便起见,应理解的是,该装置能以任何定向操作,即垂直的、平的或其它定向。
[0022] 为了能够作为一个单元来处理这些内部部件,通常通过使用中部拉杆23来将它们整合成子组件,该中部拉杆位于转子的轴向设置的扩展腔室25内;该拉杆通过上端盖和下端盖中的轴向通路25a、25b。该带螺纹拉杆23由垫圈和六角螺母之类固定,以产生四个部件的子组件,其中两个端盖19、21与定子17的端部邻抵密封接触。较佳的是,短接合销(未示出)座落在端盖和定子中的对准孔中,以确保两个端盖经由通过支承中空定子17的互连而保持彼此精确对准。在使用环绕套筒而非内部定子时,使用类似的结构。公差使得在转子15回转以在通道16中的水溶液或类似物之间传递压力时,在转子的平坦上下端面32与上端盖19和下端盖21的并列轴向向内表面33之间形成非常薄的液密封。端盖中的出口通路和进口通路终止于这些平坦内表面33中可具有相同或不同形状的开口中。虽然在图2以及随后的附图中,对于目前存在于此种类型商用装置中的转子端面32和端盖内表面33来说,它们都是平坦的,但这些表面仅仅需要满足彼此的密封关系;因此,它们可具有任何互补形状。例如,它们可以是截锥形的、球形的或椭圆形的。
[0023] 在图2中示出相应端盖19和21中的低压进口通路27a和低压排出通路27b。在图8中示出,高压进口通路29a位于端盖21中;它们大体与低压通路27等角度地设置。如图2所示,当通道16与一个端盖中的进口通路对准时,该通道与另一端盖中的出口通路对准。
[0024] 圆柱形壳体13由上闭合板35和下闭合板37闭合。卡环(未示出)或其它合适的定环装置接纳在壳体的沟槽38内以将闭合板35、37固定在闭合位置。低压液体(例如,海水)进口导管39轴向地穿过上闭合板35。壳体13的上部区域中的侧部出口41设置成将在装置内压力升高的海水排出。模制聚合圆柱形本体或互连件42提供分支导管43,以将海水进口39与端盖19中的两个低压(LP)进口通路27a互连。模制本体42和内部壳体表面其形状设计成还提供增压室45,端盖19中的高压(HP)出口通路(未示出)通过该增压室与侧部排出导管41连通。通过端盖19的轴向通路25a直径扩大,以提供通过端盖19与该高压海水增压室45的连通。
[0025] 在下端存在大体类似的构造,其中轴向穿过下闭合板37的导管47用于在低压盐水流已将其大部分压力传递给进入海水之后、将低压盐水流排出。高压盐水通过设置在壳体下方区域中的侧部进口49进入,且类似的圆柱形模制聚合互连件51在壳体中位于下端盖21和下闭合板37之间。互连件51类似地成形为提供分支导管53,盐水排出导管47通过该分支导管53连接于端盖21中的两个低压出口通路27b。该互连件的外部再次成形为产生高压增压室55,该高压增压室提供两个盐水高压进口通路与高压盐水侧部进口49之间的连通。盐水通过其中进入和离开的下端盖21可沿其外表面在中间具有沟槽,该沟槽容纳环形高压密封件57。
[0026] 作为操作示例,大约30psig(磅/平方英寸)的低压海水可例如通过送方式供给到装置上端处的直导管39中,且来自反渗透操作的高压盐水以例如约770psig或更高的压力供给至侧部进口导管49。由于转子中通道16的独特设计,通过端盖的通路27和29可设计成将流体直接轴向地供给到通道16中以及从通道16中直接轴向地排出流体;然而,流过能量回收装置的流体仍会为转子的回转提供动力。可选的是,流体将通过其中进入或排出的各个通路27和29可构造成,如果需要的话附加地增添一些由于非轴向进入和或离开而产生的驱动扭矩。下文将参见图9来描述此种结构。
[0027] 高压盐水充满下方增压室55并通过其中流至下端盖21中的两个高压(HP)进口通路29a。在转子15回转时,在通道16与相应的高压通路开口连通的同时,该高压盐水供给至每个通道16的下端;这同时致使相同容积的液体、例如海水从通道16的相对端部排出,该海水已升压至大约进入盐水所具有的压力。新加压第二液体(即,海水)的此种排出流经由上端盖19中的高压出口通路离开,然后遵循通过上增压室45至侧部出口41的路径。如图2所示,当此种转动的通道16接下来在上端盖19的轴向向内表面处变为与低压海水进口通路27a的出口对准时,该通道将同时与下端盖21中的低压盐水出口通路27b对准。因此,在低压海水流入通道16的上端时,这致使新的降压盐水在能量回收装置11的下端处通过分支导管53和直盐水出口导管47排出。
[0028] 在图3中更详细地示出转子15的一个实施例,该转子在形状上大体是圆柱形的并且具有中部开口25,而拉杆23会穿过该中部开口。管状的并具有圆形横截面的套筒18装配在转子15的外表面周围,从而以在本领域中众所周知的方式提供外部支承表面。
[0029] 或者,中部通路25可在直径上扩大,并且将内部定子设置在其中来提供内部支承表面。12个纵向通道16在转子的平坦端面32之间轴向延伸,这些通道在相对的两个端面处大体具有饼形横截面并且均匀地彼此隔开。本文示例12个通道16,这些通道绕中心轴线在环形区域中等角隔开,且每个通道构成位于360°整圆的大约30°区域内的环形扇段。
[0030] 根据使用何种构造,中部定子17或环绕套筒18较佳地通过本领域已知的短接合销(未示出)与两个端盖19、21相匹配。此种结构为转子15提供稳定转动平台,尤其是在安装中部拉杆23来将这些部件与就位的转子15整合成子组件时。较佳地是,此种设计使得在转子15的侧向外表面和套筒18之间或者在转子的内表面和定子17之间产生液压支承表面。在后一情形中,定子17上的两个表面段可隔开以提供用作润滑液储液器的中心凹槽,这在本领域已知并且在公开的美国申请2010/019152中进行了描述,该专利申请的内容以参见的方式纳入本文。径向通路可通过定子17从该储液器延伸至定子中的扩大轴向腔室,并且使储液器和该扩大轴向腔室流体连通。由于高压海水通过上端盖19流过扩大通路25a,此种轴向腔室会保持充满高压海水,且扩大通路25a与其中存在增压海水的上方增压室45连通,而增压海水从装置11中排出。
[0031] 两个端盖19、21可具有大体类似的构造。如图2和8所示,每个端盖形成有两个大体直径相对的低压通路27和两个高压通路29。每个端盖中的两个低压通路分别与两个分支通路43、53(由模制互连件42、51所提供)互连,且这两个分支通道如图2所示引向轴向对准的导管39、47。如图8所示,端盖19、21中的所有通路27和29设计成具有光滑的大体直壁,这些壁大体轴向地延伸通过相应端盖。每个端盖具有两个进口通路和两个排出通路,并且由于这些通路的形状,使得基本上直的直流沿基本上轴向方向通过端盖19、21的平坦轴向向内端面33中的相应开口来进出每个转动的通道16。
[0032] 如果需要的话,这些通路中的任何通路,例如高压通路或者两组通路,可成形为具有在其中形成有斜面59的内壁,以将高压液体倾斜地引入转子中的通道16或从通道中引出;图9示出端盖21’的此种替代实施例。然而,这种直壁通路中所有壁都是直的并且平行于转子轴线,因而提供此种直壁通路具有制造优点,并且此种构造由于通道设计而许可
[0033] 端盖中的相应成对高压通路分别经由增压室45、55连接于侧部导管41、49。如上所述,通过使模制聚合互连件42、51的外表面成形为产生中部腔室来产生增压室,该中部腔室与壳体13的在端盖和端部闭合板之间的界面区域的内壁中的浅凹槽连结,以提供与壳体壁中每个侧部导管41、49的连通。
[0034] 于是,当该装置结合海水脱盐操作而使用时,高压盐水通过侧部进口49进入,充满增压室55并流过下端盖21中的高压进口通路29a,致使新的加压海水从每个通道16的相对上端离开。流过独特成形的转子通道16的液流产生有效力矢量,该力矢量产生扭矩以驱动转子15。因此,尽管所有的端盖通路都是基本上带有光滑壁的通路,简单地将液流轴向地供给到通道16中或者从通道16中排出液体,但是通道的独特形状以切向于转子的力形式产生扭矩,这会致使转子回转。
[0035] 如图2、3、4、5、6和7所示,转子15具有直圆柱体的形状,且该圆柱体具有中空轴向芯部;定子17和/或拉杆可位于该中空轴向芯部中,且转子会绕该中空轴向芯部回转。或者,本领域众所周知的是,转子15的中心部分可以是实心的,或者可留为大体打开,而转子在环绕的薄套筒18内回转,该套筒提供外部支承表面。转子15的新颖性在于转子通道
16的形状。从附图中可观察到,通过转子15从端面纵向地或轴向地延伸至端面的12个通道16都具有类似的构造并且具有一般称为扇形的横截面。虽然转子通道16的数量可根据转子直径和装置的具体设计目的而改变,但转子通常具有在大约10个和20个之间的通道。
在这点上,每个通道16都具有两个直侧壁61、63,即这些侧壁沿径向方向基本上是直的;这两个侧壁较佳地以大约20度和大约40度之间的角度彼此倾斜,且所示出的通道16具有以大约30度的角度对准的侧壁。每个转子通道占据圆形转子周缘的大约30度区域的部分;
然而,从图5中可观察到,前导侧壁61(沿回转方向)相对于转子轴线精确地径向定向。两个侧壁经由短的弧形内壁65并且由浅的弧形外壁67来连接,且弧形外壁所具有的曲率半径基本上与转子的直圆柱体同心。前导侧壁61基本上是平面的,且浅的弧形外端壁67沿轴向方向也是基本上直的。
[0036] 在图3-7所示的实施例中,尾随侧壁63形成有翼型形状,从而沿着转子十二个通道中的尾随侧壁产生低压区域。在图3-7所示的实施例中,尾随侧壁63的拱起是轴向对称的,这在图3中最佳示出,并且将尾随侧壁的拱起设计成使得突出侧壁的最厚区域69位于每个通道的纵向中心处(参见图7)。内部弧形端壁65沿轴向方向遵循尾随侧壁63的曲率并且与其平滑过度。由于通道16的此种独特内部构造,泵送或以其它方式通过通道行进的液体或其它流体的压力在该液体或其它流体轴向地流过通道的过程中、在每个通道的尾随侧壁63的拱起表面附近减小,在此产生低压区域。于是,远离拱起侧壁产生切向于转子轴线的方向的净力,该净力致使转子在图4所示的端视图中如箭头71所示顺时针回转。因此,转子通道16的内部设计使得通过通道沿任一方向流动的流体都会产生致使转子15回转的扭矩。应理解的是,如果对于特定的应用来说,这些通道16具有翼型侧壁63的设计会产生过高速度的回转,则转子应构造成使得通道中的两个或四个或六个或更多个构造成具有简单直壁设计,使得这些直壁不会产生驱动转子回转的扭矩。至少两个通道16会构造成具有拱起侧壁63;较佳地是,通道中至少一半会具有此种构造。更佳的是,通道的大部分或全部会具有此种构造。
[0037] 所示例的通道16具有对称的尾随侧壁63,在该侧壁的两个轴向半部上都具有类似的拱起。图7是沿轴向中点剖取的剖视图,该视图示出在该位置处的最厚厚度处相邻通道16之间的辐板,其中壁被看作突伸到最大程度进入通道区域内。图5和6是靠近端面32相继剖取的剖视图,并示出逐渐变薄的辐板。此种对称的结果是所产生的力在轴向中和。在一些情形中,重要的是是存在于端盖的两个表面处的压力平衡,以防止这些端盖可能发生长期翘曲。发现通过将此种转子的尾随侧壁替代地成形为具有非对称的拱起,所产生的压力分布在转子自身上除了致使转子回转的扭矩之外会产生净轴向力。图10以立体图示出此种转子71;将该转子剖开以示出其中三个辐板的横截面;所示例的通道形成有一个平坦侧壁73和一个具有此种非对称拱起的侧壁75。在此种转子71中,轴向力会定向成向下引导转子,这会使转子抵靠于存在高压的端盖、例如引入的高压盐水流流过的端盖,以使压力以此方式来平衡。
[0038] 如前所述,图8示出代表性端盖21,该端盖具有四个通路、即两个高压进口通路29a和两个低压出口通路27b,这四个通路通过该端盖延伸至端盖21的平坦向内表面33中的四个开口,且该平坦向内表面密封抵靠于转子15的平坦端面32。由于转子通道16的新颖设计,可简化合适端盖的制造,仅仅提供具有直的直线性壁81的通路腔室,而避免加工斜面;这些通路会将流体直接轴向地输送到穿过的通道16中,并且会沿轴向方向接纳泄出流。轴向方向意思是基本上平行于转子轴线的方向。或者,如果特定操作需要的话,端盖21可如图9所示实施成使其中两个或多个通路设有斜面59,以产生附加扭矩来增大转子的回转速度。
[0039] 根据转子的实际尺寸,转子可具有任何所需数量的通道,这些通道较佳地绕转子周缘等角度隔开。虽然许多转子会如图所示具有10至12个相对较大的通道,但所具有的直径超过一英尺或类似尺寸的转子还会具有更多数量的此种通道。类似地,例如在国际申请公开WO2009/046429中说明的具有内圈外圈通道的转子可构造成:使得仅仅其中一圈,例如最外圈,使用独特通道成形方式来制造,而其它圈简单地采用轴向或纵向直形通道。
[0040] 虽然已将转子描述成具有较佳扇形的通道,但可使用具有各种不同横截面形状,例如等圆形、卵形或椭圆形的通道来获得本发明的益处。通常,只要使此种通道中相对于转子轴线径向定位且定向并成形成产生低压区域的纵向侧壁区域变为通道在转子回转时的尾随侧壁,则扭矩将会由于有差动力施加于通道侧壁的会变为前导侧壁的相对纵向区域而产生。例如,转子可使用各个管件来进行制造,例如国际申请公开WO 2008/002819所示,且此种具有圆形横截面的管件可小心地弯曲或型锻,使得管件的一个纵向延伸侧壁区域会平滑且均匀地向内变形,以产生类似于图3所示壁形的翼型拱起。于是,施加于通道的相对弧形区域的差动高压力会致使转动,而该相对弧形区域作为每个通道的前导壁部分运动。
[0041] 使用在其通道中具有此种翼型形状侧壁的转子与具有直光滑进口和出口通路的端盖的组合带来各种制造和操作优点。通过并不包括导流斜面的此种能量回收装置会有较低的压降,并且这会改进效率。还认识到,由于会产生更均匀的流动型面,进出通道的此种轴向入流和出流会使流体,尤其是液体,之间产生的更安静的操作和较少的混合。使用此种转子的装置还预计会实现更恒定的流量与转子转速(RPM)比。此外,斜面的消除还致使在端盖的表面中使用较大开口,这会使具有给定直径的转子具有更高的流量。
[0042] 在实心陶瓷圆柱体之类构件中产生此种翼型状通道能通过垂直铣削操作以直通方式来实现,该垂直铣削操作会将每个通道从每个端部开始的一半长度铣削掉。或者,能以两个半部(或甚至更多部分)来制成转子,这些半部然后固定在一起来产生一体的本体,或者转子可如上所述由多个各个管件构成。
[0043] 尽管为了说明构成对发明人来说目前已知的实施本发明的最佳模式的某些实施例而描述了本发明,但应当理解,对本领域的技术人员来说显而易见有各种更改和改变而不偏离由所附权利要求书所限定的本发明范围。例如,已知除了通常已知的翼型拱起以外,沿着流体流动所沿的表面还可实施其它干扰,来沿该表面产生均匀的低压区域。例如,转子83可构造成使得扇形通道的尾随侧壁85能如图11所示成形;突部87会产生低压区域,该低压区域会致使引发扭矩的差动力远离相同通道的尾随侧壁。平坦前导侧壁89会较佳地与转子轴线总的径向对准。如上所述,所产生的转子会如箭头所示顺时针回转。
[0044] 迄今为止,通常与此种多通道转子在侧面相接并且密封抵靠于该多通道转子的端面的成对端盖的一个功能通常是提供加工成包括斜面的进口和出口通路,以产生定向力使得所泵送的流体驱动转子;然而,在本发明中,对于具有此种独特通道形状的转子,不再需要具有斜面形状的端盖。于是,可设想到转子能量回收装置91可构造成基本上消除图2所示的端盖19和21或者至少采用减少复杂度的端盖。在图12中示出一个此种实施例,其中与低压进口导管39'互连的一对管状延伸部93向转子延伸并且终止于端面,这些端面与转子31的平坦端面32密封并置;这些管状延伸部93穿过大体中空间隔板94并用作带有光滑壁的轴向平行进口通路,而该进口通路较佳地用于低压海水。设有类似一对管状延伸部95,该成对管状延伸部95与低压出口导管47'互连并且穿过类似间隔板96中的开口,从而类似地在转子的另一端处与平坦表面32密封连接。相应间隔板94、96中基本敞开腔室分别围绕那些成对延伸管93、95中的每个延伸管并且提供增压室,这些增压室分别与高压盐水侧部进口49'或者与高压海水侧部出口41'流体连通,用以供给和排出高压流体。
[0045] 在以下权利要求书中会强调本发明的特定特征。
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