專利名稱：一種動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械裝置，可以將流體的壓力和機(jī)械的旋轉(zhuǎn)力高效互相轉(zhuǎn)換，屬于能夠進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)換的機(jī)械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)械裝置按照用途劃分為發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器(泵)兩大類；按照構(gòu)造劃分主要有渦輪(螺旋槳)和往復(fù)活塞汽缸兩種形式，這兩種不同構(gòu)造的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置都能夠用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器(泵)。例如往復(fù)活塞汽缸既用于制造內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，也用于制造活塞泵；渦輪(螺旋槳)既用于制造風(fēng)力和水力發(fā)動(dòng)機(jī)，也用于制造推進(jìn)器和泵。上述動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的原理和技術(shù)在當(dāng)代社會(huì)已經(jīng)公開普及，依據(jù)上述原理制造的機(jī)械設(shè)備在日常的生產(chǎn)和生活中也廣泛應(yīng)用，例如船舶推進(jìn)器、氣體壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、水輪機(jī)等。渦輪主要由外殼、轉(zhuǎn)子和葉片組成，優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造大功率機(jī)械的成本較低，缺點(diǎn)是動(dòng)力轉(zhuǎn)化比較低。往復(fù)活塞汽缸裝置主要由曲軸、活塞、汽缸組成，優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力轉(zhuǎn)化比相對(duì)較高，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件的加工精度要求高，大型設(shè)備的制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，綜合了往復(fù)活塞汽缸和渦輪兩種機(jī)械裝置在構(gòu)造上的各自特點(diǎn)，既有渦輪的兩端開放的桶裝殼體使流體快速通過，又有往復(fù)活塞汽缸和曲軸使動(dòng)能的轉(zhuǎn)化比得以提高，而且在采用模塊化以后實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化曲軸小型化，降低設(shè)備制造難度和制造成本。本發(fā)明的目的是由以下方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置包括殼體、活塞組、曲軸機(jī)構(gòu)，其中殼體為兩端開放的矩形筒狀結(jié)構(gòu)，殼體的兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁為工作面，另外兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁為滑動(dòng)面；活塞組至少由四個(gè)獨(dú)立的活塞構(gòu)成，每個(gè)活塞均有兩個(gè)工作面、兩個(gè)滑動(dòng)面和兩個(gè)組合面，活塞的兩個(gè)工作面分別與殼體的兩個(gè)工作面相對(duì)，兩個(gè)滑動(dòng)面與殼體的兩個(gè)滑動(dòng)面接觸，活塞之間以組合面相鄰并列排列構(gòu)成活塞組，活塞組在殼體內(nèi)沿殼體軸向排列；每個(gè)活塞設(shè)有一個(gè)獨(dú)立的等長(zhǎng)度的活塞桿，活塞組中所有活塞的活塞桿均設(shè)在活塞相同一側(cè)的工作面上， 活塞桿穿過殼體工作面上預(yù)設(shè)的孔延伸至殼體外；曲軸機(jī)構(gòu)設(shè)在殼體外部，曲軸機(jī)構(gòu)由曲軸、曲柄構(gòu)成，曲軸上的曲拐數(shù)量與活塞組中活塞數(shù)量相等，每個(gè)曲拐上有一個(gè)曲柄，每個(gè)曲柄均與對(duì)應(yīng)的活塞桿相連接，相鄰曲拐間的相位角=曲軸總扭曲度+n，曲軸總扭曲度彡360°，η為曲拐數(shù)。所述殼體的工作面與活塞工作面是平面，或是殼體的工作面有凸起；所述活塞為矩形或H形的柱狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)殼體的內(nèi)壁具有凸起時(shí)，在活塞的對(duì)應(yīng)面上設(shè)有與凸起相配合的凹槽；所述活塞組是圍繞殼體的中軸線以正弦曲線的形態(tài)排列和運(yùn)行；所述活塞組中的活塞的工作面是等面積的，或是從左到右按縮放形式漸變的；
所述殼體可以是獨(dú)立的殼體，也可以是其他設(shè)備的一部分；所述的殼體和活塞組構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備工作單元，兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作單元能夠并列組合，組合方式是相鄰殼體內(nèi)相對(duì)應(yīng)的活塞之間通過等長(zhǎng)度的連桿串接，這種并行的設(shè)備工作單元可以共用同一個(gè)曲軸機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置能夠作為推進(jìn)器或發(fā)動(dòng)機(jī)使用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合了往復(fù)活塞汽缸和渦輪兩種機(jī)械裝置的優(yōu)點(diǎn)，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造工藝簡(jiǎn)單，動(dòng)力轉(zhuǎn)化比高的特點(diǎn)，而且可以通過模塊化組合實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大型化。


圖1是本發(fā)明的基本構(gòu)造示意圖，這種工作單元對(duì)應(yīng)的曲軸總扭曲度為360° ；圖2是本發(fā)明所述的矩形柱狀活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述的H形柱狀活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是活塞組中的活塞的工作面從左到右以縮放形式漸變的工作單元示意圖，這種工作單元對(duì)應(yīng)的曲軸總扭曲度應(yīng)大于；圖5至圖13是由4個(gè)活塞構(gòu)成的工作單元在曲軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，活塞組中各個(gè)活塞從起始位置往復(fù)運(yùn)行并回到起始位置的一個(gè)工作循環(huán)的狀態(tài)圖，圖中的殼體工作面上設(shè)有凸起、活塞的工作面上設(shè)有凹槽，外殼兩個(gè)工作面上的凸起錯(cuò)位間隔排列，活塞工作面上的凹槽位于兩個(gè)工作面斜線相對(duì)的兩角處，凸起與凹槽相配合工作，圖中指示了活塞的凹槽與殼體工作面的凸起相配合的狀態(tài)；圖14是兩個(gè)以上的工作單元并列組合后與一個(gè)曲軸構(gòu)成大型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.殼體，11.殼體殼體上的凸起，2.活塞組，2a 21.活塞組中的活塞， 21.活塞上與殼體上的凸起對(duì)應(yīng)的凹槽，3.活塞桿，4.曲柄，5.曲軸，6.連桿。
具體實(shí)施例方式參照附圖1，本發(fā)明的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置包括殼1、活塞組2、曲軸機(jī)構(gòu)，其中殼體1為兩端開放的矩形筒狀結(jié)構(gòu)，殼體的兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁為工作面，另外兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁為滑動(dòng)面；活塞組2由加 21十二個(gè)獨(dú)立的活塞構(gòu)成，每個(gè)活塞均有兩個(gè)工作面、兩個(gè)滑動(dòng)面和兩個(gè)組合面，活塞的兩個(gè)工作面分別與殼體的兩個(gè)工作面相對(duì)，兩個(gè)滑動(dòng)面與殼體的兩個(gè)滑動(dòng)面接觸，活塞之間以組合面相鄰并列排列構(gòu)成活塞組，活塞組在殼體內(nèi)沿殼體軸向排列；每個(gè)活塞設(shè)有一個(gè)獨(dú)立的等長(zhǎng)度的活塞桿3，活塞組中所有活塞的活塞桿均設(shè)在活塞相同一側(cè)的工作面上，活塞桿穿過殼體工作面上預(yù)設(shè)的孔延伸至殼體外；曲軸機(jī)構(gòu)設(shè)在殼體外部，曲軸機(jī)構(gòu)由曲軸5、曲柄4構(gòu)成，曲軸上的曲拐數(shù)量與活塞組中活塞數(shù)量相等，每個(gè)曲拐上有一個(gè)曲柄4，每個(gè)曲柄均與對(duì)應(yīng)的活塞桿相連接，相鄰曲拐間的相位角=曲軸總扭曲度+n，曲軸總扭曲度> 360°，η為曲拐數(shù)。將發(fā)動(dòng)機(jī)與本發(fā)明圖1所示的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的曲軸機(jī)構(gòu)連接后，發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力帶動(dòng)曲軸機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使流體從殼體的左端吸入從另一段右輸出，這構(gòu)成一種推進(jìn)器。將這種推進(jìn)器應(yīng)用于船舶能夠驅(qū)動(dòng)船舶航行。大型船舶采用本發(fā)明圖14所示的多單元并列裝置作為推進(jìn)器替代螺旋槳推進(jìn)器，能夠克服空泡效應(yīng)和汽蝕效應(yīng)，提高航行速度，制造成本和運(yùn)行成本也低于現(xiàn)有的大型螺旋槳和活塞泵推進(jìn)器。將提供高壓流體的管道與本發(fā)明圖1所示動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的殼體一端相連并輸入高壓液體，殼體兩端的壓差在驅(qū)使液體從殼體一端流向另一端時(shí)能夠驅(qū)動(dòng)活塞組往復(fù)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，這構(gòu)成一種發(fā)動(dòng)機(jī)。這種工作單元按照?qǐng)D14所示多單元并列組合制造的水力發(fā)動(dòng)機(jī)能夠用于水力發(fā)電。當(dāng)工作介質(zhì)為氣體時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)與本發(fā)明圖4所示活塞工作面從左至右逐漸變小的工作單元構(gòu)成的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的曲軸機(jī)構(gòu)連接后，發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力帶動(dòng)曲軸機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣體從殼體的左端吸入從右端輸出的同時(shí)氣體的密度受到壓縮，這構(gòu)成一種氣體壓縮機(jī)。使用一組以上的這種工作單元串行連接可以使氣體密度得到連續(xù)壓縮。將提供高壓流體的管道與本發(fā)明圖4所示的，活塞工作面從左至右逐漸變小的工作單元構(gòu)成的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的殼體右端相連并輸入高壓氣體，殼體兩端的壓差在驅(qū)使氣體從殼體右端流向左端時(shí)能夠驅(qū)動(dòng)活塞組往復(fù)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)曲軸機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，在這一過程中氣體密度逐漸降低、壓力逐漸得到釋放。這種工作單元按照?qǐng)D14的方式并列組合后可以用于制造蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)本發(fā)明所述動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置由于曲軸機(jī)構(gòu)和活塞組的運(yùn)行特性所造成的，在以曲軸旋轉(zhuǎn)一周為周期的時(shí)段內(nèi)，存在所有活塞工作面均脫離殼體工作面的現(xiàn)象，此時(shí)段內(nèi)殼體兩端出現(xiàn)貫通現(xiàn)象，當(dāng)工作介質(zhì)為氣體時(shí)或者構(gòu)成活塞組的活塞數(shù)量較少時(shí)，會(huì)造成動(dòng)能轉(zhuǎn)化效率的嚴(yán)重下降，如圖5至圖13所示，由四個(gè)活塞構(gòu)成活塞組的推進(jìn)器，曲軸旋轉(zhuǎn)至特定角度時(shí)，四個(gè)活塞的工作面均脫離殼體的工作面，在殼體的工作面增加凸起11，在活塞的工作面增加與工作面的凸起相配合的凹槽21，能夠解決這一問題。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，包括殼體、活塞組、曲軸機(jī)構(gòu)，其特征是殼體為兩端開放的矩形筒狀結(jié)構(gòu)，殼體的兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁為工作面，另外兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁為滑動(dòng)面；活塞組至少由四個(gè)獨(dú)立的活塞構(gòu)成，每個(gè)活塞均有兩個(gè)工作面、兩個(gè)滑動(dòng)面和兩個(gè)組合面，活塞的兩個(gè)工作面分別與殼體的兩個(gè)工作面相對(duì)，兩個(gè)滑動(dòng)面與殼體的兩個(gè)滑動(dòng)面接觸，活塞之間以組合面相鄰并列排列構(gòu)成活塞組，活塞組在殼體內(nèi)沿殼體軸向排列；每個(gè)活塞設(shè)有一個(gè)獨(dú)立的等長(zhǎng)度的活塞桿，活塞組中所有活塞的活塞桿均設(shè)在活塞相同一側(cè)的工作面上， 活塞桿穿過殼體工作面上預(yù)設(shè)的孔延伸至殼體外；曲軸機(jī)構(gòu)設(shè)在殼體外部，曲軸機(jī)構(gòu)由曲軸、曲柄構(gòu)成，曲軸上的曲拐數(shù)量與活塞組中活塞數(shù)量相等，每個(gè)曲拐上有一個(gè)曲柄，每個(gè)曲柄均與對(duì)應(yīng)的活塞桿相連接，相鄰曲拐間的相位角=曲軸總扭曲度+n，曲軸總扭曲度彡360°，η為曲拐數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，其特征是殼體的工作面與活塞工作面是平
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，其特征是殼體的工作面上有凸起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，其特征是在活塞工作面上有與殼體的工作面上的凸起對(duì)應(yīng)的凹槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，其特征是活塞組是圍繞殼體的中軸線以正弦曲線的形態(tài)排列和運(yùn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，其特征是活塞組中的活塞的工作面是等面積的，或是從左到右按縮放形式漸變的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，其特征是殼體和活塞組構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備工作單元，兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作單元能夠并列組合，組合方式是相鄰殼體內(nèi)相對(duì)應(yīng)的活塞之間通過等長(zhǎng)度的連桿串接，這種并行的設(shè)備工作單元共用同一個(gè)曲軸機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，包括殼體、活塞組、曲軸機(jī)構(gòu)，其特征是殼體為兩端開放的矩形筒狀結(jié)構(gòu)，殼體的兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁為工作面，另外兩個(gè)相對(duì)的內(nèi)壁為滑動(dòng)面；活塞組中每個(gè)活塞均有兩個(gè)工作面、兩個(gè)滑動(dòng)面和兩個(gè)組合面，活塞之間以組合面相鄰并列排列構(gòu)成活塞組，活塞組在殼體內(nèi)沿殼體軸向排列；每個(gè)活塞設(shè)有一個(gè)獨(dú)立的等長(zhǎng)度的活塞桿；曲軸機(jī)構(gòu)設(shè)在殼體外部，曲軸機(jī)構(gòu)由曲軸、曲柄構(gòu)成，曲軸上的曲拐數(shù)量與活塞組中活塞數(shù)量相等，每個(gè)曲柄均與對(duì)應(yīng)的活塞桿相連接。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合了往復(fù)活塞汽缸和渦輪兩種機(jī)械裝置的優(yōu)點(diǎn)，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造工藝簡(jiǎn)單，動(dòng)力轉(zhuǎn)化比高的特點(diǎn)，而且可以通過模塊化組合實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大型化。
文檔編號(hào)F01B29/08GK102434213SQ20111038657
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者許平 申請(qǐng)人:許平