双 apex 结构万克尔泵气动机型设计

　　做了快十年动力与流体输送类结构设计，接触过不少容积式流体转换设备的方案，这次的双 apex 万克尔结构机型，跳出了传统往复式、叶片式结构的固有思路，把三角转子的运动逻辑做了适配调整，去掉了常规内燃机结构里的压缩、膨胀冲程环节，直接把转子的偏心旋转运动和流体的进排通道做匹配，不管是作为低压气源驱动的动力输出单元，还是作为小流量流体的输送泵体，都能适配不少紧凑安装空间的场景。

　　先从实际落地的场景说，这类结构最早在小型便携气动工具、实验室微量流体输送台架、小型教学演示动力台里见过类似的方案，传统的活塞式气马达或者齿轮泵，要么是往复运动带来的振动余量需要预留更大的安装缓冲空间，要么是齿轮啮合的泄漏量在低转速工况下效率掉得快，而这种双 apex 的万克尔结构，整个运动部件只有偏心轴和带密封边的转子，没有往复运动的惯性件，运行时的动平衡余量更容易控制，在对振动幅值要求高的便携设备、桌面级实验装置里，不用额外加厚重的减震安装座就能满足运行要求。

　　从功能特性上拆解，这个结构取消压缩和膨胀冲程之后，进排气（液）口的位置直接布置在端盖对应转子腔的型线位置，当转子在偏心轴带动下做行星旋转时，转子的三个密封边和缸体型线、前后端盖围成的密闭腔室容积会随转角变化，当腔室转到和进口连通的位置时容积增大，介质被导入腔室，随着转子转动，腔室封闭带着介质转到出口位置时容积缩小，介质被压出腔体，整个过程没有额外的配气机构，也没有往复运动的阀片，结构零件数比同功率等级的活塞式气马达少近40%，故障点主要集中在转子顶点的密封片磨损上，后期维护只需要拆开端盖更换密封件即可，不用调整复杂的配气相位。

　　设计思路上，整个缸体采用的是类圆形的外包络结构，进出接口都采用了侧向伸出的管接头结构，两个接口呈一定夹角布置在缸体侧围，避免安装时管路走向和输出轴端的负载部件产生干涉；输出轴从缸体前端盖中心伸出，轴端做了中心定位孔，方便和负载端的联轴器做同轴定位，端盖和缸体的连接采用沿圆周均布的螺栓紧固，螺栓的布置位置避开了进出通道的内部流道，同时保证每个连接点的压紧力均匀，避免端盖变形导致的端面泄漏。转子的型线是双弧外次摆线的等距曲线，设计时特意把 apex 密封槽的深度做了统一，密封片采用弹簧顶推的结构，保证在不同转速下密封片都能贴紧缸体型面，减少介质的内泄漏。

　　再说到安装边界的尺寸控制，整个机型的最大外轮廓是缸体的圆形外沿，没有突出的安装吊耳或者额外的阀组部件，安装时可以采用端盖法兰固定，也可以采用缸体抱箍固定，两种安装方式的预留空间都不需要超过缸体外径20mm以上；输出轴的伸出长度控制在较短的范围，避免长轴带来的挠度变形，轴上的轴承采用前后端盖内嵌的深沟球轴承，能承受一定的径向负载，满足直接连接小功率负载的需求，不需要额外加外置的轴承支撑座。进出接口的通径和腔体的单腔排量做了匹配，在额定工作压力下，介质的流速控制在合理区间，避免流道内的沿程损失过大。另外，整个结构的内部流道没有直角急转弯，介质从进口进入腔体的路径做了圆弧过渡，减少了流体阻力，也避免了输送含微小颗粒介质时的颗粒沉积问题。

　　在实际选型适配的时候，要注意这个结构因为没有压缩膨胀环节，作为气动机使用时，需要在进口前配置节流阀来调节输入气源的流量，以此控制输出转速，不能靠内部的配气结构来调节工况；作为泵使用时，适合输送粘度不高的清洁介质，如果输送含杂质的介质需要在进口加过滤装置，避免杂质刮伤缸体型面和密封片，导致内泄漏量增大影响效率。整个转子的偏心距和缸体的生成半径做了优化配比，在保证密封片比压合理的前提下，尽量增大单腔的容积效率，让同体积下的输出功率或者输送流量比传统叶片式结构更高。