專利名稱：回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)，尤其涉及一種有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)與有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)活塞式燃?xì)獍l(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，龐大的飛機(jī)已經(jīng)可以從容地飛上藍(lán)天，幾十節(jié)長的火車已經(jīng)可以在高山峻嶺上來回穿梭，幾百萬千瓦發(fā)電裝置可以源源不斷地向工農(nóng)業(yè)和市區(qū)供電，各種車輛可以急速地在高速公路上奔馳，都是因為它們身上裝備了先進(jìn)的強(qiáng)有力的發(fā)動機(jī)。然而，是否因此就可以說這些技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了頂峰了呢？沒有再向前發(fā)展的空間了呢，答案應(yīng)該是不是。就目前應(yīng)用最為成熟而普遍的燃?xì)廨啓C(jī)來說，其熱效率也僅為45％左右。其實，不僅僅是燃?xì)廨啓C(jī)、也包括活塞式燃?xì)獍l(fā)動機(jī)和各類壓縮機(jī)、真空泵、水輪機(jī)、汽輪機(jī)、風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電等機(jī)械均普遍存在工作效率或熱效率急待提高地必要和可能，因為，當(dāng)今的世界仍普遍存在嚴(yán)重的能源浪費和能源利用率不高的大問題。提高能源利用率的其中一種辦法就是要找到一種工作壓力高、連續(xù)作用、無齒輪、內(nèi)耗小等同時滿足的變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)。
燃?xì)廨啓C(jī)和活塞式燃?xì)鈾C(jī)均屬燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)。燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)的特點是以連續(xù)流動氣體為工質(zhì)，壓氣機(jī)與透平各自獨立，燃燒器連續(xù)燃燒、完全徹底，壓力穩(wěn)定，易于控制、污染物排放少，優(yōu)點非常突出，人們夢寐以求能利用它的這些特點設(shè)計出一種既平穩(wěn)，又高效的發(fā)動機(jī)，其中最為關(guān)鍵的是要找到一種工作壓力高、連續(xù)作用、無齒輪傳動、內(nèi)耗小等同時滿足的變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)。
目前的燃?xì)廨啓C(jī)和活塞式燃?xì)鈾C(jī)都有各自許多優(yōu)點，但都還不是人們心目中理想的發(fā)動機(jī)。燃?xì)鉁u扇發(fā)動機(jī)是目前航空領(lǐng)域應(yīng)用最為成熟而普遍的燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，但因為它們的渦輪葉片間的整個氣流通道完全是通透的，靠高速風(fēng)扇葉對工質(zhì)推壓或利用有壓力的工質(zhì)噴射產(chǎn)生反沖沖力進(jìn)行氣體壓縮或膨脹做功，葉片間無密封活塞，不能形成密閉工作室，無法利用變?nèi)莘绞竭M(jìn)行工作，級壓比和能量轉(zhuǎn)換效率難以與變?nèi)莘绞较啾葦M，想再大幅度地提高是完全不可能；有資料介紹，葉片的動靜葉間還存在強(qiáng)烈湍流，燃?xì)廨啓C(jī)運轉(zhuǎn)時還會產(chǎn)生高達(dá)130分貝的強(qiáng)烈噪音，不僅產(chǎn)生強(qiáng)大的噪音污染，而且說明其存在大的壓力損失，如此說來，燃?xì)廨啓C(jī)仍存在嚴(yán)重的不足，有必要用新辦法替代才能顯著提高發(fā)動機(jī)的性能。
活塞式燃?xì)鈾C(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)一樣，也可以有獨立的氣缸單獨用做壓氣機(jī)或膨脹做功機(jī)。壓氣機(jī)專門提供壓縮空氣，膨脹做功機(jī)專門用于釋放轉(zhuǎn)換高溫高壓工質(zhì)的能量，輸出動力；燃燒器則將燃料連續(xù)燃燒獲得有高溫高壓能量的燃?xì)狻Ｄ壳?，活塞式燃?xì)鈾C(jī)方面已經(jīng)開始成功應(yīng)用于制造汽車等運輸交通工具，但仍未能找到工作壓力高、連續(xù)作用、無齒輪傳動、內(nèi)耗小等同時滿足的變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，現(xiàn)有技術(shù)往復(fù)波動大，振動猛烈，無法參冷，需散熱等固有缺點，使得目前的活塞式燃?xì)鈾C(jī)的熱效率也再無法顯著提高。
活塞式燃?xì)獍l(fā)動機(jī)又分往復(fù)式與回轉(zhuǎn)式，往復(fù)式燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的優(yōu)勢是工作室密閉性好，動力強(qiáng)勁，劣勢是有活塞、連桿、進(jìn)排閥等往復(fù)件運動，高速情況下，運動慣性非常大，還有曲軸參與進(jìn)行工作，低速情況下曲軸死點容易造成發(fā)動機(jī)死火，工作平穩(wěn)性差，汽缸容積效率低，排量小，不適應(yīng)大排量場合使用。盡管采用多缸形式進(jìn)行輪流工作，平穩(wěn)性有所改善，但往復(fù)式工作方式所存在的各種弊病仍無法徹底消除。旋轉(zhuǎn)活塞式燃?xì)獍l(fā)動機(jī)集中了燃?xì)廨啓C(jī)與往復(fù)式燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的優(yōu)點，使得自身既具有內(nèi)燃旋轉(zhuǎn)、連續(xù)燃燒、無往復(fù)件運動的優(yōu)點，又具有活塞機(jī)變?nèi)輭嚎s與變?nèi)菖蛎涀龉Φ膬?yōu)勢，兼有良好的高速性能和低速性能，將是一種人們心目中理想的發(fā)動機(jī)，是目前發(fā)動機(jī)研究的熱點和方向。
汪克爾發(fā)動機(jī)是目前一種成熟的旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機(jī)，但它除具有連續(xù)回轉(zhuǎn)無往復(fù)慣性優(yōu)于目前的內(nèi)燃機(jī)外，在許多性能方面仍然不及內(nèi)燃機(jī)，難于廣泛推廣，難于取代現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)。汪克爾發(fā)動機(jī)不是燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，況且排量等許多性能方面完全不可與燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)相比。
容積式壓縮機(jī)是人們非常熟悉的一類壓縮機(jī)，包括往復(fù)式壓縮機(jī)、旋片式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)等。因為它們是通過改變密閉工作室內(nèi)容積大小而使工作室內(nèi)壓力產(chǎn)生變化的，所以，人們將他們叫做變?nèi)莘e式壓縮機(jī)，主機(jī)稱之為變?nèi)菅b置或變?nèi)輽C(jī)構(gòu)。如果工作室容積大小的變化速率隨機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動而平滑地變化，則稱為無級變?nèi)荨?yán)格地講，變?nèi)輽C(jī)構(gòu)還包括容積式真空泵和容積式膨脹做功機(jī)等一切因容積改變而使工作室內(nèi)壓力發(fā)生變化的機(jī)構(gòu)。容積變小稱為變?nèi)輭嚎s，容積變大稱為變?nèi)菖蛎?。往?fù)式壓縮機(jī)的優(yōu)點是工作室密閉性好，工作壓力高，缺點是有往復(fù)件運動、有曲軸參與工作，有死點，工作平穩(wěn)性差，噪音大，需散熱，吸氣與壓縮交替進(jìn)行，使得內(nèi)燃機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和熱效率的提高受到極大的限制；螺桿式壓縮機(jī)的優(yōu)點是轉(zhuǎn)子連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)行工作，無往復(fù)件運動無往復(fù)慣性，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，缺點是排量小，效率低，不適應(yīng)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)用。這一點早在2000年10月由郁永章主編(北京)機(jī)械工業(yè)出版社出版的《容積壓縮機(jī)技術(shù)手冊》一書第四篇(回轉(zhuǎn)壓縮機(jī))第3章(雙螺桿壓縮機(jī))第579頁發(fā)展歷程和發(fā)展方向一節(jié)中已有過清晰的表述“20世紀(jì)30年代(指1937年)，瑞典工程師Alf Lysholm在對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行研究時，希望找到一種作回轉(zhuǎn)運動的壓縮機(jī)，要求其轉(zhuǎn)速比活塞壓縮機(jī)高得多，以便可由燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動，并且不會發(fā)生喘振。為了達(dá)到上述目的，他發(fā)明了螺桿壓縮機(jī)。在理論上，螺桿壓縮機(jī)具有他所需的特點，但由于必須具有非常大的容積流量才能滿足燃?xì)廨啓C(jī)工作的要求，螺桿壓縮機(jī)并沒有在此領(lǐng)域獲得應(yīng)用”；旋片式壓縮機(jī)的優(yōu)點是轉(zhuǎn)子連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)行工作，容積流量大，工作室密閉性好，工作壓力高，效率高，缺點是有徑向往復(fù)件運動，平穩(wěn)性差。前述三種變?nèi)莘绞街校降膬?yōu)點最為突出，最有望成為改進(jìn)和極大地提高現(xiàn)有壓縮機(jī)、真空泵、蒸汽機(jī)和發(fā)動機(jī)等機(jī)械性能的突破口。目前的旋片式壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上已有四個合理之處，應(yīng)欲予保留一，有圓形氣缸；二，有旋轉(zhuǎn)葉片(或環(huán)形段)；三，有一對工質(zhì)進(jìn)出口。四、葉片在圓環(huán)形氣缸內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動為機(jī)構(gòu)提供了高速平穩(wěn)工作的場所。不足之處在于一，旋轉(zhuǎn)葉片在轉(zhuǎn)子的滑槽內(nèi)伸縮滑動，產(chǎn)生了徑向往復(fù)件運動和往復(fù)慣性，不利于高速運轉(zhuǎn)，不利于連續(xù)工作；二，轉(zhuǎn)子與環(huán)形氣缸偏心，不利于葉片做圓周運動；三，沒有一套使各葉片獨立搖擺回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，缸內(nèi)圓環(huán)段活塞在做回轉(zhuǎn)運動過程中始終只能保持固定的環(huán)向間距，周向間距不能變化，無法在相鄰活塞之間周期性地產(chǎn)生時而靠近合攏、時而分離拉遠(yuǎn)的變化過程，優(yōu)勢沒能得以發(fā)揮
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的無級變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)與有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的燃?xì)馐綗崃Πl(fā)動機(jī)。
為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)中的圓環(huán)段活塞通過一體上的密封環(huán)與導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿呈放射狀與驅(qū)動軸固定連接、驅(qū)動軸偏離缸軸心線一距離構(gòu)成聯(lián)動機(jī)構(gòu)，使所述圓環(huán)段活塞隨驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動由快到慢又由慢到快周期性地變化旋轉(zhuǎn)，使環(huán)形段活塞之間的圓環(huán)段空腔內(nèi)容積隨驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動由大到小到零又由零到小到大周期性地變化、形成吸入、壓縮或膨脹、排出工作室；燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)中的壓氣機(jī)和膨脹做功機(jī)均采用了有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，壓氣機(jī)的回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)使常壓氣體、受壓縮升壓，膨脹做功機(jī)的回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)使高溫高壓氣體對外膨脹做功、降壓。
本發(fā)明還可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)所述圓環(huán)段活塞通過一體上的一個密封環(huán)或一個以上密封環(huán)分別與導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連，聯(lián)動機(jī)構(gòu)使所述圓環(huán)段活塞分別隨驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的每一圓周回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)由快到慢又由慢到快周期性地變化旋轉(zhuǎn)一次，使環(huán)形段活塞之間的圓環(huán)段空腔內(nèi)容積隨驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的每一圓周回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)由大到小到零又由零到小到大周期性地變化一次、形成吸入、壓縮或膨脹、排出工作室一次。所述導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)為有回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)或有導(dǎo)向槽回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)或有回轉(zhuǎn)槽輪的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。所述導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由固定構(gòu)件、曲柄、滾銷或滑塊或?qū)虿?、?dǎo)桿構(gòu)成；缸體、機(jī)架、軸承座組成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件，回轉(zhuǎn)密封環(huán)一端面設(shè)置有滾銷或回轉(zhuǎn)銷，滾銷中心為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄回轉(zhuǎn)點之一，回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿組成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿構(gòu)件，有導(dǎo)向槽的導(dǎo)桿或槽輪包含導(dǎo)向槽和導(dǎo)桿兩個構(gòu)件；滾銷的軸心線平行于缸軸心線，靠導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)一側(cè)或靠中間的密封環(huán)設(shè)置有通透的使?jié)L銷穿過的槽孔；機(jī)架上設(shè)有軸承座，座孔內(nèi)中心線上平行放置著驅(qū)動軸；回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿或槽輪的槽呈均勻放射狀分布；一個導(dǎo)桿或一個槽輪的槽上設(shè)置一個滑塊或一個滾銷，滑塊或滾銷活套在回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿或?qū)Р圯喌牟凵峡梢匝貙?dǎo)桿或?qū)Р圯喌牟刍瑒?，滑塊的銷孔或銷軸與回轉(zhuǎn)套端面的滾銷銷軸孔或配合，導(dǎo)桿或槽輪的槽數(shù)目與回轉(zhuǎn)式活塞數(shù)目一致且為2個或2個以上，以3個為宜；活塞轉(zhuǎn)角變化規(guī)律符合關(guān)系式β＝arccos〔lsin2α+cosα√(R2-l2sin2α)〕/R。相鄰活塞所在活塞組件的滾銷回轉(zhuǎn)中心或回轉(zhuǎn)銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心指向驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心方向的兩側(cè)時所述活塞的相鄰端面彼此吻合、間距為零，所述工質(zhì)進(jìn)出口分布于吻合面兩側(cè)，吻合面兩側(cè)為工質(zhì)高壓區(qū)與低壓區(qū)分界線，工質(zhì)進(jìn)出口開口分別以所述分界線為起點沿缸的環(huán)形方向周向延伸，低壓進(jìn)出口的開口可延伸至相鄰兩活塞對稱分布于驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心指向缸回轉(zhuǎn)中心方向兩側(cè)時靠低壓側(cè)一端的位置，高壓進(jìn)出口開口的延伸量視機(jī)構(gòu)壓縮比而定，應(yīng)小于或等于低壓進(jìn)出口開口的延伸長度。壓縮比取1或大于1，液態(tài)工質(zhì)工作時壓縮比取1。所述壓氣機(jī)采用一套或一套以上有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)式活塞變?nèi)輽C(jī)構(gòu)，以一套為宜；所述膨脹做功機(jī)采用一套或一套以上有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，以兩套為宜，其中一套用于驅(qū)動壓氣機(jī)，一套用于向外輸出動力。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顯著的有益效果是
1.回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)內(nèi)相鄰活塞間的工作缸內(nèi)可產(chǎn)生持續(xù)內(nèi)壓縮或內(nèi)膨脹，無級變?nèi)?，壓縮比為1～∞之間可變，壓縮比高，理論上講壓縮比可以無窮大，實際工作過程中壓縮比可以達(dá)到100或更高，工作壓力和工作效率顯著提高。
2.回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)內(nèi)活塞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，完全無往復(fù)件運動，無進(jìn)排閥，無齒輪傳動，有良好的高速性能和低速性能，通用性強(qiáng)，應(yīng)用非常廣泛，包括可以應(yīng)用于真空泵、水輪機(jī)、風(fēng)力發(fā)電和核能利用等主機(jī)配置。
3.回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，重量輕、另部件少，造價低。
4.回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)缸內(nèi)密閉性好，回流少，內(nèi)損小，容積效率高、節(jié)能，單位質(zhì)量和體積比功率高。
5.回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)新穎，整體剛性好，結(jié)構(gòu)力強(qiáng)，易加工，抗喘振能力強(qiáng)，使用壽命長。
6.作為燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，可以設(shè)置有兩個膨脹做功機(jī)，為壓氣機(jī)所需動力和動力輸出分別配備獨立的膨脹做功機(jī)。當(dāng)外部負(fù)載增大導(dǎo)致動力輸出膨脹做功機(jī)轉(zhuǎn)速降低、動力輸出膨脹做功機(jī)的燃?xì)庀臏p少時，多出一部分燃?xì)饪勺詣臃峙浣o壓氣機(jī)的膨脹做功機(jī)，從而加大壓氣機(jī)的源動力，壓氣機(jī)動力增大后，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速得到提高，加大了壓氣機(jī)空氣吸氣量和輸出壓力，反過來增大了動力輸出的源動力，增大了克服負(fù)載的能力，遏制了機(jī)械進(jìn)一步減速；當(dāng)外部負(fù)載減小，如下坡，導(dǎo)致動力輸出膨脹做功機(jī)轉(zhuǎn)速提高，動力輸出膨脹做功機(jī)的燃?xì)庀脑龃?，分配給壓氣機(jī)的膨脹做功機(jī)的燃?xì)鈩t少些，壓氣機(jī)動力變小，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，壓氣機(jī)吸氣量和輸出壓力相應(yīng)減少和降低，反過來減小了提供給動力輸出的壓力，削弱了對負(fù)載做功的能力，遏制了機(jī)械進(jìn)一步升速，使發(fā)動機(jī)保持在相同油門大小的情況下，始終能夠自動平衡在某一合適的轉(zhuǎn)速上。如果因為上坡，車速變慢不適合需要的話，司機(jī)只要進(jìn)一步加大油門即可，無須刻意去換檔，如同有一個自動撥在工作一樣，既節(jié)省了昂貴的自動撥裝置，又如同手動撥一樣動力響應(yīng)快、省油，而且不易死火。
7.作為燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，無冷卻水套和冷卻風(fēng)扇，可用壓縮空氣直接摻冷，受熱后的摻冷空氣可以直接作為動力使用，節(jié)省能源，減少散熱損失，同時簡化了裝置，適應(yīng)能力更加廣泛，尤其無須擔(dān)心因缺水造成發(fā)動機(jī)無法工作和遇0℃以下凍裂水箱的麻煩。
8.作為燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，可以任意設(shè)置排量與空氣的配比。
9.作為燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，可以直接燃用各種燃料，包括直接燃用煤炭或木炭，只是間斷性增加燃料而已。
10.作為燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)，尾氣背壓低，可以接近常壓排放或常壓排放，噪音小，消噪過程簡單容易或無須消噪。


圖1為圓環(huán)形缸缸體三維剖切立體圖。
圖2為有回轉(zhuǎn)密封環(huán)的圓環(huán)形缸缸體三維剖切立體圖。
圖3為有圓環(huán)段活塞的圓環(huán)形缸缸體三維剖切立體圖。
圖4、圖5、圖6分別為3個活塞組件的三維立體圖。
圖7為本發(fā)明放射狀導(dǎo)桿固定組合三維立體圖。
圖8為本發(fā)明軸承座三維立體圖。
圖9為機(jī)架三維立體圖。
圖10為本發(fā)明回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)三維立體圖。
圖11為有回轉(zhuǎn)式活塞組件的圓環(huán)形缸結(jié)構(gòu)簡圖。
圖12為本發(fā)明有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的變?nèi)輽C(jī)構(gòu)正面外形簡圖。
圖13為本發(fā)明有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的變?nèi)輽C(jī)構(gòu)剖面圖。
圖14為單導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)原理圖15為單導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)幾何分析圖16為變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)的曲柄AB轉(zhuǎn)角β與導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角α間的關(guān)系曲線圖17為導(dǎo)桿作用力臂長AC與導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角α間的關(guān)系曲線圖18為導(dǎo)桿作用力臂長AC和導(dǎo)桿有效作用力臂長與導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角α間的關(guān)系曲線對比圖19為兩個導(dǎo)桿的有效作用力臂長與導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角α間的關(guān)系曲線對比圖20為相鄰兩活塞端面間距圓弧夾角與導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角α之間的關(guān)系曲線圖。
圖21為2活塞機(jī)構(gòu)滾銷中心對稱于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)時工作狀態(tài)。
圖22為2活塞機(jī)構(gòu)滾銷中心同時轉(zhuǎn)到缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線上時工作狀態(tài)。
圖23為3活塞機(jī)構(gòu)的相鄰活塞滾銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)間距為零時工作狀態(tài)。
圖24為3活塞機(jī)構(gòu)的相鄰活塞滾銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)間距最大時工作狀態(tài)。
圖25為4活塞機(jī)構(gòu)有兩組相鄰活塞滾銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)，一間距最大、一間距為零時工作狀態(tài)。
圖26為4活塞機(jī)構(gòu)有兩活塞滾銷中心同時轉(zhuǎn)到缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線上時工作狀態(tài)。
圖27為5活塞機(jī)構(gòu)的相鄰活塞滾銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)間距為零時工作狀態(tài)。
圖28為5活塞機(jī)構(gòu)的相鄰活塞滾銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)間距最大時工作狀態(tài)。
圖29為6活塞機(jī)構(gòu)有兩組相鄰活塞滾銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)一間距最大一間距為零時工作狀態(tài)。
圖30為6活塞機(jī)構(gòu)有兩活塞滾銷中心同時轉(zhuǎn)到缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線上時工作狀態(tài)。
圖31為8活塞機(jī)構(gòu)有兩組相鄰活塞滾銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)一間距最大一間距為零時工作狀態(tài)。
圖32為8活塞機(jī)構(gòu)有兩活塞滾銷中心同時轉(zhuǎn)到缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線上時工作狀態(tài)。
圖33為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角60°，活塞3a、3b滾銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)間距為零時工作狀態(tài)，活塞3a進(jìn)入常壓空間開始吸氣。
圖34為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角120°，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距內(nèi)正處吸氣階段。
圖35為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角150°時，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距內(nèi)仍處吸氣階段。
圖36為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角180°，活塞3a滾銷中心正好位于驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心指向缸回轉(zhuǎn)中心連線的延長線上，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距內(nèi)仍處吸氣階段。
圖37為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角240°，活塞3a、3b滾銷中心對稱分布于缸回轉(zhuǎn)中心與驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線兩側(cè)，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距內(nèi)吸氣階段結(jié)束，壓縮階段開始。
圖38為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角270°時，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距內(nèi)工質(zhì)正在被壓縮，屬于內(nèi)壓縮。
圖39為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角300°時，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距工質(zhì)仍在被壓縮，屬于內(nèi)壓縮。
圖40為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角360°時，活塞3a滾銷中心正好位于缸回轉(zhuǎn)中心指向驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線的延長線上，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距工質(zhì)還在進(jìn)行內(nèi)壓縮。
圖41為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角390°時，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距內(nèi)工質(zhì)還在進(jìn)行內(nèi)壓縮。
圖40為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角420°時，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距內(nèi)工質(zhì)全部被壓縮進(jìn)入高壓區(qū)，活塞3a同時順利地從高壓區(qū)退出，進(jìn)入常壓區(qū)重新開始新的工作周期。
圖42為變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中一導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過初始角360°時，活塞3a滾銷中心正好位于缸回轉(zhuǎn)中心指向驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)中心連線的延長線上，活塞3a、3b間圓環(huán)形間距工質(zhì)還在進(jìn)行內(nèi)壓縮。
圖43為本發(fā)明中單壓氣機(jī)單膨脹做功機(jī)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)方案的工作原理簡圖。
圖44為本發(fā)明中單壓氣機(jī)雙膨脹做功機(jī)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)方案的工作原理簡圖。
圖45為本發(fā)明中單壓氣機(jī)單膨脹做功機(jī)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)方案的工作原理簡圖。
圖46為本發(fā)明中單壓氣機(jī)雙膨脹做功機(jī)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)方案的工作原理簡圖。
機(jī)件1-缸，機(jī)件2-定心軸，機(jī)件3a、3b、3c-活塞，機(jī)件4、5-工質(zhì)進(jìn)出口，機(jī)件6a、6b、6c、6d、6e-回轉(zhuǎn)套，機(jī)件7-光桿導(dǎo)桿，機(jī)件8a、8b、8c-滾銷，機(jī)件9a、9b、9c-有導(dǎo)向槽的導(dǎo)桿，機(jī)件10-軸承座，機(jī)件11-驅(qū)動軸，機(jī)件12-有導(dǎo)向槽的槽輪、機(jī)件13a、13b-通透圓弧形槽孔，機(jī)件14-滑塊，機(jī)件15-機(jī)架，機(jī)件24-滑塊，機(jī)件25-固定構(gòu)件，機(jī)件26-曲柄，機(jī)件28-旋轉(zhuǎn)導(dǎo)桿，代號29-軌跡線，代號30-轉(zhuǎn)角β值變化曲線，代號31-導(dǎo)桿作用力臂長變化曲線，代號32-導(dǎo)桿有效力臂長變化曲線，代號33-滯后120°相位的導(dǎo)桿有效力臂長變化曲線，代號34-相鄰活塞間夾角變化曲線，機(jī)件41-壓氣機(jī)，機(jī)件42-壓縮空氣出口，機(jī)件43-燃燒器，機(jī)件44-進(jìn)氣口，機(jī)件45-膨脹做功機(jī)，機(jī)件46-壓氣機(jī)進(jìn)氣口，機(jī)件47-膨脹做功機(jī)排氣口，機(jī)件48-透平即膨脹做功機(jī)，機(jī)件49-透平進(jìn)氣口，機(jī)件50-高壓燃?xì)夥种Ч堋?br> 具體實施方式
下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1中，圓形缸體1內(nèi)的圓環(huán)形槽是敞口的，實施方式中敞口選定在槽的內(nèi)環(huán)側(cè)，圓環(huán)形槽即為缸1的工作場所。缸1上同時設(shè)置中心定心軸2和工質(zhì)進(jìn)出口4、5。
圖2中，缸1的圓環(huán)形槽敞口處軸向同軸平行排列有回轉(zhuǎn)密封環(huán)6a、6b、6c、6d、6e，使缸1內(nèi)形成密閉的圓環(huán)形腔，所述密封環(huán)6a、6b、6c、6d、6e和密閉的圓環(huán)形腔有同一回轉(zhuǎn)軸心線。
圖3中，圓環(huán)段活塞3a、3b、3c在圓環(huán)形缸1內(nèi)按圓環(huán)形腔的圓周環(huán)向分布，與腔內(nèi)壁有吻合面呈間隙密封或密封件密封狀態(tài)。
圖4中，圓環(huán)段活塞3a與回轉(zhuǎn)密封環(huán)6a、6e固定連接成一體，構(gòu)成一可繞密封環(huán)軸心線旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式活塞組件。密封環(huán)6e上背離密封環(huán)6a一側(cè)設(shè)置有圓柱形滾銷8a，在滾銷8a所在分度圓上設(shè)置有通透的馬蹄形通孔13a。
圖5中，圓環(huán)段活塞3b與回轉(zhuǎn)密封環(huán)6b、6d固定連接成一體，構(gòu)成又一可繞密封環(huán)軸心線旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式活塞組件。密封環(huán)6d上背離密封環(huán)6b一側(cè)設(shè)置有圓柱形滾銷8b，在滾銷8b所在分度圓上設(shè)置有通透的馬蹄形通孔13b。
圖6中，圓環(huán)段活塞3c與回轉(zhuǎn)密封環(huán)6c固定連接成一體，構(gòu)成又一可繞密封環(huán)軸心線旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式活塞組件。密封環(huán)6c一側(cè)設(shè)置有圓柱形滾銷8c。
圖13為圖1～圖6中各零件組合的結(jié)構(gòu)簡圖。圖13中，缸1的回轉(zhuǎn)軸心線上設(shè)有定心軸2，缸1的圓環(huán)形槽敞口處軸向同軸平行排列有若干回轉(zhuǎn)密封環(huán)6a、6b、6c、6d、6e，使缸1內(nèi)形成密閉的圓環(huán)形腔，所述若干回轉(zhuǎn)密封環(huán)6a、6b、6c、6d、6e與密閉的圓環(huán)形腔缸1有同一回轉(zhuǎn)軸心線，圓環(huán)段活塞3a、3b、3c在所述圓環(huán)形腔內(nèi)按腔的圓周環(huán)向分布、與腔內(nèi)壁有吻合面呈間隙密封或密封件密封狀態(tài)且分別與一個或多個回轉(zhuǎn)密封環(huán)固定連接成一體，活塞3a固定連接在回轉(zhuǎn)套6a、6e上，活塞3b固定連接在回轉(zhuǎn)套6b、6d上，活塞3c固定連接在回轉(zhuǎn)套6c上，構(gòu)成多個獨立的有回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)式活塞回轉(zhuǎn)式活塞組件。缸1內(nèi)壁上分別設(shè)置有工質(zhì)進(jìn)出口4、5，進(jìn)出口4、5均沿缸的圓環(huán)形方向延伸。以b點為界。進(jìn)出口5的開口分布為b→a，進(jìn)出口4的開口分布為b→c，兩者開口形狀可以為外環(huán)側(cè)上開孔，也可以呈扇環(huán)狀開孔。由于變?nèi)莸淖饔眠^程不同，所述進(jìn)出口4、5的作用也不同。當(dāng)機(jī)構(gòu)作為壓縮機(jī)用并按圖1所示轉(zhuǎn)向運轉(zhuǎn)時，進(jìn)出口5為進(jìn)氣口，進(jìn)出口4為排氣口；當(dāng)機(jī)構(gòu)作為膨脹做功機(jī)用時，按圖1所示逆向運轉(zhuǎn)，進(jìn)出口4為進(jìn)氣口，進(jìn)出口5為排氣口。
圖14、15為本發(fā)明有導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的變?nèi)輽C(jī)構(gòu)簡圖。圖中，缸1、機(jī)架15和軸承座10固定連成一體，定心軸2固定在缸1體上。偏離缸1軸心線左側(cè)或右側(cè)一距離由支架15支撐的軸承10上同軸設(shè)置有一回轉(zhuǎn)軸(即驅(qū)動軸11)，驅(qū)動軸11上在垂直于驅(qū)動軸11的平面內(nèi)以驅(qū)動軸11的軸心線為中心呈均勻放射狀固定連接有三根有導(dǎo)向槽的導(dǎo)桿9a、9b、9c，成星狀?；剞D(zhuǎn)套6e端面固定連接的圓柱形滾銷8a放置在導(dǎo)桿9a的導(dǎo)向槽內(nèi)，回轉(zhuǎn)套6d端面固定連接的圓柱形滾銷8b放置在導(dǎo)桿9b的導(dǎo)向槽內(nèi)，回轉(zhuǎn)套6c端面固定連接的圓柱形滾銷8c放置在導(dǎo)桿9c的導(dǎo)向槽內(nèi)。因而，圓環(huán)形缸內(nèi)的圓環(huán)段活塞通過所述一體上的回轉(zhuǎn)密封環(huán)分別與導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿呈放射狀與驅(qū)動軸11固定連接、驅(qū)動軸11偏離缸1軸心線一距離構(gòu)成變?nèi)萋?lián)動機(jī)構(gòu)。所述導(dǎo)桿也可以為光桿導(dǎo)桿或有導(dǎo)向槽的槽輪，此時的導(dǎo)桿活套著滑塊，導(dǎo)桿或槽輪上的一個槽或一個桿只設(shè)置一個滾銷或一個滑塊。所述滾銷或滑塊活套在回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿上或?qū)Р圯喌膶?dǎo)槽內(nèi)可以沿導(dǎo)桿或?qū)U的槽或?qū)Р圯喌牟刍瑒?，所述滑塊的銷孔或銷軸分別與回轉(zhuǎn)套端面的滾銷8a、8b、8c或滑塊的銷軸孔配合。驅(qū)動軸11為各導(dǎo)桿的公用軸，作動力輸入或動力輸出用。有導(dǎo)向槽的導(dǎo)桿或槽輪包含導(dǎo)向槽和導(dǎo)桿28兩個構(gòu)件；滾銷8a、8b、8c的軸心線平行于缸回轉(zhuǎn)軸心線，靠近導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)一側(cè)或中間的密封環(huán)設(shè)置有通透的槽孔13a、13b使?jié)L銷8a、8b、8c穿過。驅(qū)動軸11軸心線、滾銷中心或滑塊銷軸或銷孔中心線均平行與缸1軸心線并偏置于缸1軸心線與滾銷中心或?qū)U滑塊銷孔或滑塊銷軸中心線之間，使導(dǎo)桿受力點力臂長度隨導(dǎo)桿驅(qū)動軸11的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生周期性變化，從而使回轉(zhuǎn)式活塞呈環(huán)狀不均勻周向間距分布。密閉的圓環(huán)形腔內(nèi)相鄰活塞間的內(nèi)腔即為機(jī)構(gòu)作用缸工作室，因為同一缸內(nèi)任何位置壓強(qiáng)均等，所以作用在相鄰活塞端面的作用力也就相等，但相鄰活塞所在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)桿受力作用點力臂長度基本上都不相同，力臂長所在導(dǎo)桿有相對大的力矩，因而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩。導(dǎo)桿或槽輪的槽數(shù)目與回轉(zhuǎn)式活塞數(shù)目一致且為2個或2個以上，以3個為宜。
圖16、17是對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析。圖中機(jī)件25代表導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件，由缸1、機(jī)架15、軸承座10和定心軸2組合而成；機(jī)件26代表導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄，曲柄長等于回轉(zhuǎn)密封環(huán)的滾銷圓心回轉(zhuǎn)半徑，滾銷8a、8b、8c圓心為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄26回轉(zhuǎn)點；機(jī)件28代表機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿，回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿組成導(dǎo)桿28構(gòu)件；機(jī)件24代表機(jī)構(gòu)的滾銷8a、8b、8c或滑塊14，點A代表滾銷或滑塊24的銷軸或銷孔的的軸心、點B代表曲柄26的回轉(zhuǎn)中心、點C代表導(dǎo)桿回轉(zhuǎn)中心，α代表導(dǎo)桿28與固定構(gòu)件25間的夾角，β為曲柄26與固定構(gòu)件25間的夾角。曲柄26桿長AB固定不變，繞回轉(zhuǎn)中心B轉(zhuǎn)動，但是有A、B兩個回轉(zhuǎn)點；固定構(gòu)桿25的桿長BC長度也是固定不變，而且靜止不動；滑塊24既可以繞回轉(zhuǎn)中心點A轉(zhuǎn)動，也可以沿導(dǎo)桿28呈直線來回走動；圓29為滑塊24回轉(zhuǎn)銷或回轉(zhuǎn)銷孔回轉(zhuǎn)中心點A隨導(dǎo)桿28繞回轉(zhuǎn)中心C做圓周運動時形成的軌跡線，實質(zhì)上就是以回轉(zhuǎn)中心點B為圓心的一個標(biāo)準(zhǔn)圓?；剞D(zhuǎn)中心C至回轉(zhuǎn)點A為導(dǎo)桿28的作用力臂長，可繞回轉(zhuǎn)中心C轉(zhuǎn)動并隨轉(zhuǎn)角α變化而變長或變短。當(dāng)α＝0°時，力臂最短，為線段CD，D點代表圓29與缸1回轉(zhuǎn)軸心指向驅(qū)動軸11回轉(zhuǎn)軸心連線的延長線時的交點；當(dāng)α＝180°時，力臂最長，為線段CE，E點代表圓29與驅(qū)動軸11回轉(zhuǎn)軸心指向缸1回轉(zhuǎn)軸心連線的延長線時的交點；當(dāng)α在0°～180°之間變化時，導(dǎo)桿28作用力臂長在CD長與CE長之間變化。所述導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)為有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)桿或槽輪的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)角β與轉(zhuǎn)角α有如下關(guān)系式(0≤α≤180°，””表示開平方，其后面的“()”或“〔〕”內(nèi)為被開方數(shù))。關(guān)系式的推導(dǎo)過程如下
設(shè)曲柄26的桿長為R，導(dǎo)桿28的作用力臂長為r，固定構(gòu)件25的桿長為l，根據(jù)三角形余弦定理公式可得
①R2＝r2+l2-2rlcos(180°-α)
＝r2+l2+2rlcosα ---------------------------------------------(1)
②r2＝R2+l2-2Rlcosβ ---------------------------------------------(2)
將式(2)、式(3)代入式(1)可得
簡化整理式(4)，可得
式(5)兩邊同時平方，可得(注意，可能會產(chǎn)生增根)
cos2α(R2+l2-2Rlcosβ)＝R2cos2β-2Rlcosβ+l2 --------------------------(6)
整理式(6)，可得
R2cos2β-2Rlsin2αcosβ-R2cos2α+l2sin2α＝0--------------------------(7)
用公式法可求得
去除增根，可得
由此，再根據(jù)三角形余弦定理公式可導(dǎo)出導(dǎo)桿28作用力臂公式
開平方，可得
r值不可能為負(fù)數(shù)，舍去負(fù)值，可得
由于每個活塞作用力F不完全成90°(即垂直)作用于導(dǎo)桿28的力臂，真正有效作用力應(yīng)該是其分力F1，或求出導(dǎo)桿28的有效作用力臂rcosγ公式，均可推導(dǎo)出相同的作用力矩。在此僅推導(dǎo)導(dǎo)桿28的有效作用力臂公式。根據(jù)力臂公式可知，導(dǎo)桿28的有效作用力臂為AC*cosγ(即rcosγ)，公式推導(dǎo)如下
根據(jù)三角形余弦定理公式，可得
l2＝r2+R2-2Rrcosγ ------------------------------------(13)
整理式(13)，可得
rcosγ＝(r2+R2-l2)/2R ---------------------------------(14)
將式(10)代入式(14)，可得導(dǎo)桿28的有效作用力臂關(guān)系式
根據(jù)式(9)、式(12)、式(15)的關(guān)系式，用電腦繪圖工具分別描繪出圖18、圖19、圖20、圖21曲線圖。
圖18中，轉(zhuǎn)角α值為自變量坐標(biāo)，轉(zhuǎn)角β值為函數(shù)值坐標(biāo)。曲線30清晰地顯示出轉(zhuǎn)角α在0°～360°之間均勻變化時轉(zhuǎn)角β值的變化趨勢。α在0°～50°之間勻速增大時，曲線較為平坦的平直線，β值增幅不大，說明在導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，活塞轉(zhuǎn)動較為緩慢；α在50°～130°之間變化時，曲線變成急劇向上彎曲，β值增幅急劇變大，說明在導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，活塞轉(zhuǎn)速變得急劇加快α在130°～230°之間變化時，曲線變成一條直線段，β值勻速增大，說明導(dǎo)桿趨于勻速轉(zhuǎn)動過程，活塞轉(zhuǎn)速變化不大，并保持著高的轉(zhuǎn)速；α在230°～310°之間變化時，曲線變成緩慢向上彎曲，β值增幅急劇變小，說明導(dǎo)桿又趨于勻速轉(zhuǎn)動過程，活塞轉(zhuǎn)速變得急劇放慢；α在310°～360°之間變化時，曲線變得較為平坦的平直線，β值增幅不大，說明在導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，活塞轉(zhuǎn)動基本趨于平穩(wěn)但較為緩慢，并重新恢復(fù)到α在0°時的狀態(tài)。此特征有利于我們利用活塞在不同時刻有不同的轉(zhuǎn)速，在相鄰兩活塞間形成一個隨導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角而改變的不同間距，產(chǎn)生不同容積大小的工作室。有利于使機(jī)構(gòu)的變?nèi)葸^程控制在密閉的空間里進(jìn)行，極大地提高機(jī)構(gòu)的壓縮比和膨脹做功的能量轉(zhuǎn)換效率。對壓氣機(jī)或加壓裝置來說，可以將當(dāng)兩相鄰活塞間間距最大時，設(shè)計成吸氣結(jié)束，開始加壓，將當(dāng)兩相鄰活塞間間距最小為零時，設(shè)計成壓縮結(jié)束，開始從高壓區(qū)退出；中間過程，活塞間持續(xù)進(jìn)行內(nèi)壓縮，直至送入高壓區(qū)。對膨脹做功機(jī)來說，可以將當(dāng)兩相鄰活塞間間距最小為零時，設(shè)計成高壓燃?xì)饣蛴袎毫δ艿墓べ|(zhì)進(jìn)入，開始膨脹做功；將當(dāng)兩相鄰活塞間間距最大時，設(shè)計成膨脹結(jié)束，開始排氣或排放；中間過程，活塞間持續(xù)進(jìn)行內(nèi)膨脹，包括對外做功。這種無齒輪傳動的機(jī)構(gòu)完全無往復(fù)件運動。
圖19中，轉(zhuǎn)角α值為自變量坐標(biāo)，導(dǎo)桿力臂長r值為函數(shù)值坐標(biāo)。R代表機(jī)構(gòu)曲柄長，l代表機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件長。曲線31清晰地顯示出轉(zhuǎn)角α在0°～180°之間變化時導(dǎo)桿力臂長r的變化情況。當(dāng)α在0°～60°之間增大時，曲線較為平坦，β值增幅不大，說明導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，受力臂臂長增長較為緩慢；當(dāng)α在60°～150°之間增大時，曲線即為陡峭，r值增幅變得急劇變大，說明導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，導(dǎo)桿受力臂臂長增漲速度變得急劇變快；當(dāng)α在150°～180°之間增大時，曲線又變得較為平直，r值增幅不大，基本趨于平頂，說明在導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，導(dǎo)桿受力臂臂長增長速度減緩趨于停止，并達(dá)到最長。此特征有利于我們將導(dǎo)桿的勻速圓周運動轉(zhuǎn)換成接近于旋轉(zhuǎn)活塞的勻變速圓周運動，有利于用較均衡的動力作用于機(jī)構(gòu)得到壓力非常高的高壓源，也有利于高溫高壓燃?xì)庠谂蛎涀龉C(jī)內(nèi)進(jìn)行內(nèi)膨脹過程中將壓力相差懸殊的作用力轉(zhuǎn)換成較均衡的作用力矩作為動力輸出。
圖20中，轉(zhuǎn)角α值為自變量坐標(biāo)，導(dǎo)桿的有效力臂長rcosγ值為函數(shù)值坐標(biāo)。R代表機(jī)構(gòu)曲柄長，l代表機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件長。曲線32清晰地顯示出轉(zhuǎn)角α在0°～180°之間變化時導(dǎo)桿有效力臂長rcosγ值的變化情況。當(dāng)α在0°～50°之間增大時，曲線相當(dāng)平坦，β值增幅很小，說明導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，有效力臂臂長基本沒有變化；當(dāng)α在50°～110°之間增大時，曲線變得較為急速、陡峭，rcosγ值增幅變得急劇變大，說明導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，有效力臂臂長變得急劇變長；當(dāng)α在110°～155°之間增大時，曲線變得非常陡峭，并保持著同樣的增長速度，rcosγ值增幅急劇增大，說明導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，有效力臂臂長變得急劇變長；當(dāng)α在155°～180°之間增大時，曲線又變得較為平直，r值增幅不大，基本趨于平頂，說明導(dǎo)桿勻速轉(zhuǎn)動過程中，有效力臂臂長增漲速度減緩并趨于停止，達(dá)到最長力臂。需要說明的是，相鄰活塞間的作用缸內(nèi)壓力分別對相鄰活塞產(chǎn)生的作用力是相等的，但旋轉(zhuǎn)作用力矩方向是相反的。本圖中，曲線32為某一導(dǎo)桿的有效力臂長隨轉(zhuǎn)角α變化而變化的曲線圖，曲線33為滯后于該導(dǎo)桿120°的導(dǎo)桿的有效力臂長隨轉(zhuǎn)角α變化而變化的曲線圖。從圖20可以清晰地看出，轉(zhuǎn)角α在60°～240°之間變化時，曲線32的有效力臂長始終大于曲線33的有效力臂長，即動力力矩始終大于阻力力矩，因而可以產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩。
圖21中，轉(zhuǎn)角α值為自變量坐標(biāo)，導(dǎo)桿力臂長為函數(shù)值坐標(biāo)。R代表機(jī)構(gòu)曲柄長，l代表機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件長。曲線31、32清晰地顯示出轉(zhuǎn)角α在0°～180°之間變化時導(dǎo)桿力臂長的變化情況。通過對比，不難看出，α值在0°、180°兩個特定位置時，導(dǎo)桿受力臂臂長和導(dǎo)桿有效作用力臂都是一樣的，但在0°～180°之間變化時，有效作用力臂長的增長速度滯后于力臂長的增長速度。
圖22為相鄰活塞間距夾角Δβ的變化曲線圖，須待后面的有關(guān)公式推導(dǎo)完成后方可以討論分析。
圖23～圖34是用電腦繪圖工具將2活塞至6活塞及8活塞六種機(jī)構(gòu)按有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)桿的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)原理的兩種特定情況繪制出來的氣缸內(nèi)活塞工作過程圖。一種是有一個或兩個活塞的滾銷正好位于環(huán)形缸回轉(zhuǎn)軸心線與驅(qū)動軸軸心線連線的延長線上時，一種是有兩個相鄰活塞正好對稱位于環(huán)形缸回轉(zhuǎn)軸心線指向驅(qū)動軸軸心線連線的延長線上時。以上六種活塞的工作過程圖有一個共同特征，它們每兩個相鄰活塞正好對稱位于環(huán)形缸回轉(zhuǎn)軸心線指向驅(qū)動軸軸心線連線的延長線上時相鄰兩端面間間距為零。
變?nèi)輽C(jī)構(gòu)內(nèi)相鄰活塞所在組件的滾銷回轉(zhuǎn)中心或回轉(zhuǎn)銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸1回轉(zhuǎn)中心指向驅(qū)動軸11回轉(zhuǎn)中心方向的兩側(cè)時所述活塞的相鄰端面彼此吻合、間距為零，工質(zhì)進(jìn)出口4、5分布于吻合面兩側(cè)，即吻合面兩側(cè)為工質(zhì)高壓區(qū)與低壓區(qū)分界線。工質(zhì)進(jìn)出口4、5開口分別以所述分界線為起點沿缸的環(huán)形方向周向延伸。對于壓氣機(jī)或加壓裝置來說，可以理解為活塞剛好結(jié)束壓氣或加壓工作，對于膨脹做功機(jī)來說，可以理解為正好是高壓燃?xì)饣蛴袎毫δ艿墓べ|(zhì)剛開始進(jìn)入氣缸。相鄰活塞所在滾銷中心對稱分布于環(huán)形缸回轉(zhuǎn)軸心線指向驅(qū)動軸軸心線連線的延長線時相鄰活塞端面之間吻合、而且間距為零，吻合面所在平面是高壓區(qū)與常壓區(qū)或低壓區(qū)的分水嶺，這一點非常關(guān)鍵。吻合處靠高壓側(cè)缸壁上可設(shè)置高壓進(jìn)出口，靠常壓側(cè)或低壓側(cè)缸壁上可設(shè)置低壓進(jìn)出口。低壓進(jìn)出口開口可延伸至兩相鄰活塞對稱分布于驅(qū)動軸軸心線指向環(huán)形缸回轉(zhuǎn)軸心線連線的延長線兩側(cè)時靠低壓側(cè)活塞端面的位置；高壓進(jìn)出口開口的延伸量視機(jī)構(gòu)壓縮比而定，應(yīng)小于或等于低壓進(jìn)出口開口的延伸長度，通過調(diào)節(jié)高壓進(jìn)出口開口的延伸分布大小可以方便地選擇壓氣機(jī)或膨脹機(jī)的壓縮比或膨脹比。液態(tài)工質(zhì)工作時壓縮比為1。相鄰兩活塞正好對稱分布于環(huán)形缸回轉(zhuǎn)軸心線指向驅(qū)動軸軸心線連線的延長線兩側(cè)時活塞端面接觸、間距為零，對壓縮機(jī)或壓力裝置而言，剛好為前一周期壓縮工作結(jié)束、后一周期吸氣開始，對膨脹做功機(jī)而言，剛好為前一周期排氣結(jié)束、后一周期燃?xì)忾_始進(jìn)入；相鄰兩活塞正好對稱分布于驅(qū)動軸軸心線指向環(huán)形缸回轉(zhuǎn)軸心線連線的延長線兩側(cè)、活塞間間距為最大，對壓縮機(jī)而言，剛好為壓縮開始，對膨脹做功機(jī)而言，剛好為排氣開始。圖16、圖17中，3活塞機(jī)構(gòu)的相鄰兩活塞正好對稱位于環(huán)形缸回轉(zhuǎn)軸心線指向驅(qū)動軸軸心線連線的延長線間距為零時，位于高壓側(cè)的那一活塞所在導(dǎo)桿與延長線已成60°夾角，即起始角為60°，而位于常壓側(cè)或低壓側(cè)的那一活塞所在導(dǎo)桿與前述延長線滯后了60°夾角，即起始角為-60°。根據(jù)前述關(guān)系式(9)和圖18轉(zhuǎn)角β曲線走勢可知，隨著導(dǎo)桿回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角α值繼續(xù)增大，兩活塞的轉(zhuǎn)角也會同時增大(假設(shè)按圖示方向轉(zhuǎn)動)，但位于高壓側(cè)的那一活塞轉(zhuǎn)角加快的速度比位于常壓側(cè)的那一活塞快，因而隨著導(dǎo)桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動，此相鄰活塞間的間距越來越大，直到導(dǎo)桿回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角α值增大到180°時方停止增長。此時，所述兩相鄰活塞間距也達(dá)到最大。通過以上分析，利用前述關(guān)系式(9)，可以導(dǎo)出3活塞機(jī)構(gòu)相鄰活塞間距夾角Δβ公式
推導(dǎo)過程如下
設(shè)曲柄26的桿長為R，固定構(gòu)件25的桿長為l，l∶R＝0.8∶1，高壓側(cè)活塞組件滾銷中心至缸回轉(zhuǎn)軸心線連線與驅(qū)動軸軸心線至缸回轉(zhuǎn)軸心線連線的夾角為β+60，常壓側(cè)活塞組件滾銷中心至缸回轉(zhuǎn)軸心線連線與驅(qū)動軸軸心線至缸回轉(zhuǎn)軸心線連線的夾角為β-60，半個活塞圓周長夾角為β60，α為與相鄰活塞相連的導(dǎo)桿間夾角的角平分線轉(zhuǎn)角。根據(jù)前述關(guān)系式(9)可得
Δβ＝β+60-β-60-2β60
根據(jù)式(16)，用電腦列表法和輔助作圖法作出如下圖表和曲線圖。
從列表和圖22中可以看出，當(dāng)α＝20°時，Δβ＝4.776862°，當(dāng)α＝30°時，Δβ＝10.99928°，當(dāng)α＝120°時，Δβ＝131.5613°，當(dāng)α＝180°時，Δβ＝175.4148°，曲線34顯示了相鄰活塞間間距夾角Δβ值隨導(dǎo)桿轉(zhuǎn)角α變化而變化的情況。應(yīng)特別注意到的一點就是，我們可以利用列表和Δβ變化曲線找到和確定壓氣機(jī)或加壓裝置的結(jié)束內(nèi)壓縮(此時將得到的高壓氣體排入高壓腔內(nèi))時工作缸活塞端面間夾角或膨脹做功機(jī)結(jié)束高壓燃?xì)膺M(jìn)入工作缸時活塞間端面夾角，即確定了壓氣機(jī)、加壓裝置或膨脹做功機(jī)的壓縮比或膨脹比。如選擇Δβ＝175.4148°為壓氣機(jī)結(jié)束內(nèi)壓縮并將得到的高壓空氣排入高壓腔內(nèi)時活塞端面夾角，則壓縮比為(175.4148°÷175.4148°)＝1，如選擇Δβ＝10.99928°，則壓縮比為(175.4148°÷10.99928°)＝15.948，如選擇Δβ＝4.776862°，則壓縮比為(175.4148°÷4.776862°)＝36.721，如選擇Δβ＝2.657015°，則壓縮比為(175.4148°÷2.657015°)＝66.0195如選擇Δβ＝1.170189°，則壓縮比為(175.4148°÷1.170189°)＝150.7575。壓縮比為時，回轉(zhuǎn)式活塞變?nèi)輽C(jī)構(gòu)可用于液體類變?nèi)輽C(jī)械，如水泵、水輪機(jī)等。相鄰兩活塞間的間距即為本發(fā)明機(jī)構(gòu)的壓縮缸或膨脹缸，缸容積的變化與活塞間圓弧間距成線性變化關(guān)系，研究分析了活塞間圓弧間距變化規(guī)律，也就等同于研究分析了氣缸容積的變化規(guī)律。氣缸內(nèi)工作介質(zhì)的容積壓力溫度三個參數(shù)的變化規(guī)律與現(xiàn)有技術(shù)相同，在此均不再贅述。
一個環(huán)形缸中活塞的數(shù)量為2個或2個以上，以3個為宜。因為3個時，變?nèi)輽C(jī)構(gòu)有較簡單的結(jié)構(gòu)和最高的壓縮比，同時仍有良好的平穩(wěn)性。所有活塞的環(huán)向長度之和總是小于缸1本身的環(huán)向周長，使活塞間能夠有足夠的自由回擺活動空間。因為雖然回轉(zhuǎn)過程中，所有活塞都在朝同一轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動，但是，每個活塞在有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)桿的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)連動下，其瞬間速度隨所在位置改變而改變，使得某一活塞在某一位置可能與相鄰的葉片或活塞有較大的間距，但在另一位置卻可能與相鄰葉片或活塞有較小的間距，甚至?xí)o挨在一起，間距為零。環(huán)形缸中所有活塞的圓環(huán)周向長度之和應(yīng)占整個環(huán)形缸周長多少比例為合適，需要經(jīng)過嚴(yán)格計算或測試才能確定；但相鄰活塞的相鄰端面回轉(zhuǎn)靠攏在一起彼此必須完全吻合，可為空間曲面或平面，最好選用平端面，因為平面易加工，易保證質(zhì)量和精度。所述缸1內(nèi)壁、相鄰活塞端面和回轉(zhuǎn)套表面三者共同合圍成機(jī)構(gòu)的變?nèi)莨ぷ魇?。綜上所述，實現(xiàn)活塞間有不同轉(zhuǎn)速、時快時慢的辦法是將所述回轉(zhuǎn)式活塞的回轉(zhuǎn)套6c、6d、6e端側(cè)分別連接于導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，組成具有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)桿的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。
圖35～圖44展示了3a活塞變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)方案中導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過360°時活塞3a的部分工作狀態(tài)?；钊?a所在導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過0°～60°之間時處于常壓或低壓狀態(tài)；導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過60°～180°之間時，活塞3a處于吸料狀態(tài)；導(dǎo)桿轉(zhuǎn)過180°～360°之間時，活塞3a和后一個活塞組成壓縮缸對吸進(jìn)來的工質(zhì)進(jìn)行壓縮，包括內(nèi)壓縮。實質(zhì)上，每個活塞都是雙作用的，就是說，每個活塞在后端吸料過程中，同時它的前端已經(jīng)在與前一個活塞對前一個活塞吸進(jìn)來的工質(zhì)進(jìn)行著壓縮。每個活塞在前端從高壓區(qū)退出過程中，它的后端仍然在與后一個活塞對吸進(jìn)來的工質(zhì)進(jìn)行著壓縮工作。
圖45中，壓氣機(jī)41的壓縮空氣出口42與燃燒器43的空氣入口相連，燃燒器43的高溫高壓燃?xì)獬隹谂c膨脹做功機(jī)45的進(jìn)氣口44相連，新鮮空氣從壓氣機(jī)41的進(jìn)氣口46進(jìn)入，膨脹做功機(jī)45工作完畢后的尾氣從膨脹做功機(jī)的排氣口47排出，壓氣機(jī)41和膨脹做功機(jī)45均采用回轉(zhuǎn)活塞式無級變?nèi)輽C(jī)構(gòu)，但作用過程相反。壓氣機(jī)41用來壓縮空氣，膨脹做功機(jī)45用來釋放高溫高壓燃?xì)獾膲毫δ芎蜔崮墚a(chǎn)生工作動力和動力輸出。
與圖45對比，圖46中多出一個透平48。燃燒器產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馔ㄟ^三叉連通管50分別向膨脹做功機(jī)45和透平48送氣。即燃燒器43的高溫高壓燃?xì)獬隹诔c膨脹做功機(jī)45的進(jìn)氣口44相連外，多了一跟高壓燃?xì)夥种Ч?1與透平48的進(jìn)氣口49相連，給透平48供應(yīng)高溫高壓燃?xì)狻嶋H上，壓氣機(jī)41可以采用一套，也可以采用多套回轉(zhuǎn)活塞式變?nèi)輽C(jī)構(gòu)，以采用一套為宜；膨脹做功機(jī)45可以采用一套，也可以采用多套回轉(zhuǎn)活塞式變?nèi)輽C(jī)構(gòu)，以采用兩套為宜，設(shè)置兩個膨脹做功機(jī)，為壓氣機(jī)所需動力和動力輸出分別配備獨立的膨脹做功機(jī)。當(dāng)外部負(fù)載增大導(dǎo)致動力輸出膨脹做功機(jī)轉(zhuǎn)速降低，動力輸出膨脹做功機(jī)的燃?xì)庀臏p少時，多出一部分燃?xì)庾詣臃峙浣o壓氣機(jī)的膨脹做功機(jī)，從而加大壓氣機(jī)的源動力，壓氣機(jī)動力增大后，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速得到提高，加大了壓氣機(jī)空氣總量和輸出壓力，反過來又增大了動力輸出的源動力，增大了克服負(fù)載的能力，遏制了機(jī)械進(jìn)一步減速；當(dāng)外部負(fù)載減小導(dǎo)致動力輸出膨脹做功機(jī)轉(zhuǎn)速提高，動力輸出膨脹做功機(jī)的燃?xì)庀脑龃?，分配給壓氣機(jī)的膨脹做功機(jī)的燃?xì)鈩t少些，壓氣機(jī)動力變小，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，壓氣機(jī)產(chǎn)氣量和輸出壓力相應(yīng)減少和降低，反過來減小了提供給動力輸出的壓力，降低了對負(fù)載做功的能力，遏制了機(jī)械進(jìn)一步升速，使發(fā)動機(jī)保持在相同油門大小的情況下，始終能夠自動平衡在某一合適的轉(zhuǎn)速上。如果因為上坡，車速變慢不適合需要的話，司機(jī)只要進(jìn)一步加大油門即可，無須刻意去換檔，如同有一個自動撥在工作一樣，既節(jié)省了昂貴的自動撥裝置，又如同手動撥一樣動力響應(yīng)快、省油，而且不易死火。
從以上的分析和各圖中可以看出，正是因為缸內(nèi)活塞每時每刻都在以不同的速度周期性地變化進(jìn)行運轉(zhuǎn)，每回轉(zhuǎn)360°產(chǎn)生一個循環(huán)，使回轉(zhuǎn)活塞在某一時刻可能與相鄰的活塞有較大間距，但在另一時刻卻可能與相鄰活塞有較小的間距，甚至?xí)o挨在一起，間距為零，使所述圓環(huán)段活塞隨驅(qū)動軸11的轉(zhuǎn)動由快到慢又由慢到快周期性地變化旋轉(zhuǎn)，使環(huán)形段活塞3a、3b、3c之間的圓環(huán)段空腔內(nèi)容積隨驅(qū)動軸11轉(zhuǎn)動由大到小到零又由零到小到大周期性地變化、形成吸入、壓縮或膨脹、排出工作室，使我們可以成功地利用這些活塞平緩有效地以無級變?nèi)莘绞綄⒊嚎諝鈮嚎s，送入高壓區(qū)，送入燃燒器，又利用相鄰活塞間距可以為零，使高壓區(qū)內(nèi)完成壓氣功能的活塞順利地從高壓區(qū)引退出來，不產(chǎn)生內(nèi)漏，工作效率得到大幅度地提高。反復(fù)地吸氣、壓縮、再吸氣、再壓縮，低壓氣體從壓氣機(jī)進(jìn)氣口進(jìn)入，高壓氣體從排氣口排出，實現(xiàn)氣體升壓；反復(fù)地膨脹、排氣、再膨脹、再排氣，高壓氣體從膨脹做功機(jī)進(jìn)氣口進(jìn)入，尾氣從排氣口排出，實現(xiàn)膨脹做功或進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電等。如用ProENGINEER電腦繪圖軟件工具制作的三維仿真運動模型中更能清晰完整直觀地看出整個容積變化機(jī)構(gòu)的仿真工作情況，更能體會到以上分析的客觀性所在。
整個發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎、工作壓力高，排量大，效率高，機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，技巧性強(qiáng)，實用性強(qiáng)，節(jié)能效果顯著，易加工，造價低，同時極大地提高了壓氣機(jī)級壓比和膨脹釋放做功機(jī)即透平的能量轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到了改進(jìn)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、水輪機(jī)、汽輪機(jī)、風(fēng)力和太陽能熱力發(fā)電機(jī)、往復(fù)式發(fā)動機(jī)、極大地提高燃?xì)馐桨l(fā)動機(jī)工作性能的目的。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，包括圓環(huán)形槽的缸[1]、若干圓環(huán)段活塞[3a、3b、3c]和若干回轉(zhuǎn)密封環(huán)[6a、6b、6c、6d、6e]，缸[1]的圓環(huán)形槽敞口處軸向同軸平行排列有若干回轉(zhuǎn)密封環(huán)[6a、6b、6c、6d、6e]使缸[1]內(nèi)形成密閉的圓環(huán)形腔，所述若干回轉(zhuǎn)密封環(huán)[6a、6b、6c、6d、6e]與密閉的圓環(huán)形腔有同一回轉(zhuǎn)軸心線，若干圓環(huán)段活塞[3a、3b、3c]在所述圓環(huán)形腔內(nèi)按腔的圓周環(huán)向分布、與腔內(nèi)壁有吻合面呈間隙密封或密封件密封狀態(tài)且分別與一個或一個以上回轉(zhuǎn)密封環(huán)固定連接成一體構(gòu)成若干可繞密封環(huán)軸心線旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式活塞組件，缸[1]內(nèi)壁設(shè)置有工質(zhì)進(jìn)出口[4、5]，其特征在于，所述圓環(huán)段活塞通過所述一體上的密封環(huán)分別與若干導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連、所述導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿[14]呈放射狀與驅(qū)動軸[11]固定連接、驅(qū)動軸[11]偏離缸[1]軸心線一距離構(gòu)成聯(lián)動機(jī)構(gòu)，使所述圓環(huán)段活塞[3a、3b、3c]隨驅(qū)動軸[11]的轉(zhuǎn)動由快到慢又由慢到快周期性地變化旋轉(zhuǎn)，使環(huán)形段活塞[3a、3b、3c]之間的圓環(huán)段空腔內(nèi)容積隨驅(qū)動軸[11]轉(zhuǎn)動由大到小到零又由零到小到大周期性地變化、形成吸入、壓縮或膨脹、排出工作室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述圓環(huán)段活塞[3a、3b、3c]分別通過所述一體上的一個密封環(huán)分別與導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連，所述聯(lián)動機(jī)構(gòu)使所述圓環(huán)段活塞[3a、3b、3c]分別隨驅(qū)動軸[11]轉(zhuǎn)動的每一圓周回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)由快到慢又由慢到快周期性地變化旋轉(zhuǎn)一次，使環(huán)形段活塞[3a、3b、3c]之間的圓環(huán)段空腔內(nèi)容積隨驅(qū)動軸[11]轉(zhuǎn)動的每一圓周回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)由大到小到零又由零到小到大周期性地變化一次、形成吸入、壓縮或膨脹、排出工作室一次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)為有回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)為有導(dǎo)向槽回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)為有回轉(zhuǎn)槽輪的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由固定構(gòu)件[25]、曲柄[26]、滾銷[24]或滑塊、導(dǎo)向槽或?qū)U[28]構(gòu)成；缸體[12]、機(jī)架[15]、軸承座[10]組成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件[25]，回轉(zhuǎn)密封環(huán)環(huán)半徑組成曲柄[26]，回轉(zhuǎn)密封環(huán)[6a、6b、6c、6d、6e]端面分別設(shè)置有滾銷[8a、8b、8c]或回轉(zhuǎn)銷，滾銷[8a、8b、8c]軸心為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄[26]回轉(zhuǎn)點，回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿組成導(dǎo)桿[28]構(gòu)件，有導(dǎo)向槽的導(dǎo)桿或槽輪包含導(dǎo)向槽和導(dǎo)桿[28]兩個構(gòu)件；滾銷[8a、8b、8c]的軸心線平行于缸回轉(zhuǎn)軸心線，靠近導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)一側(cè)或中間的密封環(huán)設(shè)置有通透的槽孔[16a、16b]使?jié)L銷[8a、8b、8c]穿過；機(jī)架[15]上設(shè)有軸承座[10]，座孔內(nèi)中心線上平行放置著驅(qū)動軸[11]；所述回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿[9a、9b、9c]或槽輪的槽呈均勻放射狀分布；導(dǎo)桿或槽輪[12]上的一個槽或一個桿只設(shè)置一個滾銷或一個滑塊[14]，所述滾銷或滑塊[14]活套在回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿上或?qū)Р圯哰12]的導(dǎo)槽內(nèi)可以沿導(dǎo)桿或?qū)U的槽或?qū)Р圯喌牟刍瑒?，所述滑塊的銷孔或銷軸分別與回轉(zhuǎn)套端面的滾銷[8a、8b、8c]或滑塊的銷軸孔配合，導(dǎo)桿或槽輪的槽數(shù)目與回轉(zhuǎn)式活塞數(shù)目一致且為2個或2個以上，以3個為宜；活塞轉(zhuǎn)角變化符合關(guān)系式
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，其特征在于，相鄰活塞所在組件的滾銷回轉(zhuǎn)中心或回轉(zhuǎn)銷回轉(zhuǎn)中心對稱分布于缸[1]回轉(zhuǎn)中心指向驅(qū)動軸[11]回轉(zhuǎn)中心方向的兩側(cè)時所述活塞的相鄰端面彼此吻合、間距為零，所述工質(zhì)進(jìn)出口[4、5]分布于吻合面兩側(cè)，吻合面兩側(cè)為工質(zhì)高壓區(qū)與低壓區(qū)分界線，工質(zhì)進(jìn)出口[4、5]開口分別以所述分界線為起點沿缸的環(huán)形方向周向延伸，低壓進(jìn)出口的開口可延伸至兩相鄰活塞對稱分布于驅(qū)動軸軸心線指向缸[1]回轉(zhuǎn)軸心線連線的延長線兩側(cè)時靠低壓側(cè)活塞端面的位置，高壓進(jìn)出口開口的延伸量視機(jī)構(gòu)壓縮比而定，應(yīng)小于或等于低壓進(jìn)出口開口的延伸長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述壓縮比為1或大于1，液態(tài)工質(zhì)工作時壓縮比為1。
9.一種實施權(quán)利要求1所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機(jī)，包括壓氣機(jī)[41]、燃燒器[43]和膨脹做功機(jī)[45]，所述壓氣機(jī)[41]的壓縮空氣出口[42]與燃燒器[43]空氣入口相連接，燃燒器[43]的高溫、高壓燃?xì)獬隹谂c膨脹做功機(jī)[45]的進(jìn)氣口連接，其特征在于，所述壓氣機(jī)[41]和膨脹做功機(jī)[45]均采用了所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，壓氣機(jī)[41]的回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)使常壓氣體、受壓縮升壓，膨脹做功機(jī)的回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)使高溫高壓氣體對外膨脹做功、降壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述壓氣機(jī)[41]采用一套或一套以上所述回轉(zhuǎn)式活塞變?nèi)輽C(jī)構(gòu)，以一套為宜；所述膨脹做功機(jī)采用一套或一套以上所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，以兩套為宜，其中一套用于驅(qū)動壓氣機(jī)，一套用于向外輸出動力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓環(huán)形缸內(nèi)有持續(xù)內(nèi)壓縮或持續(xù)內(nèi)膨脹、無級變?nèi)?、壓縮比高、連續(xù)回轉(zhuǎn)的變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機(jī)。變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)的環(huán)形缸內(nèi)若干旋轉(zhuǎn)活塞通過回轉(zhuǎn)套分別與若干有回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)相連；導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的所有導(dǎo)桿呈放射狀均垂直勻分布并固定在同一驅(qū)動軸上；驅(qū)動軸偏置于所述缸回轉(zhuǎn)中心一距離，使缸內(nèi)活塞呈環(huán)狀不均勻間距分布。驅(qū)動軸得到同一轉(zhuǎn)向合力距而連續(xù)回轉(zhuǎn)，適用于壓縮機(jī)、透平、真空泵、汽輪機(jī)、水輪機(jī)、風(fēng)力機(jī)械、太陽能核能熱力發(fā)電等主機(jī)配置。發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)和膨脹做功機(jī)均采用所述回轉(zhuǎn)式變?nèi)莘e機(jī)構(gòu)，但作用過程相反，達(dá)到顯著提高發(fā)動機(jī)工作性能的目的，適用于飛機(jī)、艦船、機(jī)車、汽車、熱力發(fā)電設(shè)備等動力配置。
文檔編號F02B53/02GK1844642SQ20051012113
公開日2006年10月11日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者廖海聶 申請人:廖海聶