一种圆柱相切分隔同步滚动规避无限行程活塞机构的制作方法_3

文档序号:10115867阅读:来源:国知局
在以三点圆周均布并与主动圆柱相切滚动的从动圆柱5的密封分隔作用下,于另一个端盖的排气孔以切线方向排出,大部份高压蒸汽从静压区泄压道202 (详见图2说明)排出,因此产生巨大而高速的旋转动能(无限行程活塞式蒸机参考图7说明),此时与之共轴的卷扬机滚筒802也跟随旋转起来,缠绕在上面的钢缆索803在多个导轮804的导向折返下形成循环运动,而安装在钢缆索803上的导向滑轮车806在上下导轨805的导向下跟随钢缆索向前方猛烈移动,穿过甲板809的缝隙与导向滑轮车806连接在一起的拉钩808将甲板上的飞机快速地拉动弹射出去,当导向滑轮车806接近终点时,卷扬机滚筒802通过离合装置与无限行程活塞式蒸汽机801分离开来,最终由装在导轨终点的水刹807将惯性抵消制动下来,再通过离合器使卷扬机反向旋转将导向滑轮车806和拉钩808拉回原位,从而完成整个蒸汽弹射的过程。
[0058]此无限行程活塞蒸汽弹射器有以下多重特点:1.因为无限行程活塞蒸汽轮机同时具备高速高扭矩的优点(参考图7说明),所以完全符合既需要快速移动又需要超大瞬间推力的弹射需求,当然对于瞬间推动力的大小要求,可以根据设计需要增加无限行程活塞式蒸汽机的缸体轴向尺寸以扩大容积和活塞表面积,也可以在同一根主轴上串连多个无限行程活塞式蒸汽机达到加大活塞表面积从而增大扭矩目的;2.因为此弹射器的无限行程活塞式蒸汽机可以安装在航母甲板的下方较低位置或底层,所以此弹射器的蒸汽轮机可以与用于推动航母螺旋浆使航母自身前进的蒸汽轮机共用,在平时不需要弹射作业时用于推动航母前进,只有在需要弹射飞机的瞬间通过离合器将旋转动能转换至卷扬机滚筒使用,因此体积和重量相对于某国现有的开口式汽缸蒸汽弹射器大大减小,而且可以共用操作人员,使操作更加简化;3.因为此弹射器的无限行程活式塞蒸汽机和卷扬机滚筒可以安装于航母的下层建筑,所以重心大大降低,有利于整个航母的平稳行驶和抗打击能力;4.如果采用多套串连的无限行程活式塞蒸汽机方式,那么蒸汽的输入方式则为多流道多股输入,可将单蒸汽管道阀控制更改为多蒸汽管道阀细化控制,有利于精细控制流量,改变现有蒸汽弹射器工作过程能量输出不均匀而对飞机损害大的缺点;5.无限行程活塞蒸汽弹射器所输入的蒸汽在推动活塞1/3周后即被排出体外,不存在现有开口式汽缸汽弹射器的蒸汽泄漏和超大容积使蒸汽自身冷却收缩导致末端失力的严重缺点;6.静压腔泄压道202提前泄出的压力蒸汽,可以减轻总排汽道压力加大活塞正面与背面的压力差提高效率的同时还可以用来做功发电或冷却回收淡水,实现更加节能。
[0059]请参照图9,为本实用新型应用于无限行程活塞多极借力打力压缩机的结构示意图。借力打力为中华武术《太极拳》里面所提起的概念,意在借助对方的力气来为自已所用,达到省力的目的。此无限行程活塞多极流体压缩机也能有相同的效果,如图9它由多个不同容积的无限行程活塞机构将上一个的流体输出孔和下一个的流体输入孔通过管道串连而成,使本机构在应用到空气压缩机、空调压缩机或其它领域流体压缩时达到多极压缩的目的。无限行程活塞多极借力打力流体压缩机的工作过程如下;外部原动机通过齿轮或其它传动机构带动图中多个无限行程活塞机构同时转动起来,空气或其它流体从流体输入孔12被旋转中的活塞2形成的负压以切线方向被吸入,旋转一周后在从动圆柱5的同步滚动相切密封分隔下被迫从流体输出孔13以切线方向被压出(详细流体驱动过程参考图1说明),上一级压缩完成后的压力流体通过一跟管道以切线方向进入第二套无限行程活塞压缩机的流体输入孔,继续与之上面相同的压缩过程,被第二套进一步压缩后的流体再次进入第三级、四级、五级......无限行程活塞压缩机,进行多级多次压缩,每一级无限行程活塞压缩机的容积跟据所设定的每级所需压缩比例一套一套相继变小。因为上一级压缩机已经对流体进行了压缩,此时被输入到第二级压缩机的流体已经具有了高于大气压力和被压缩后升高的温度。依流体学原理,当流体被压缩具有内部压力时,压强都是垂直于装有此流体容器的所有表面上的,图中流体输出孔13到第二级无限行程活塞机构的活塞背面901之间充斥的正是被第一级压缩机压缩过的具有压力的流体,理所当然活塞背面901也受到了气体的垂直压力推动,而这个力所推动的方向与原动机所需要传动的方向是一致的,所以也就帮助原动机省力了,因此实现了借助上一级制造的流体压力来推动下一级压缩机的借力打力节能目的。由本图可以看出,在不考虑其它动能损耗的情况下,压缩的级数越多省力也就越多,相反也适用于抽吸工作的真空栗等机器。事实上,实际设计中基于能量守恒定律的能量不可能再生,真正借力打力和所借来的“力”来自于热功,即被压缩后的流体温度会升高,升高后的热量会使流体自身膨胀促使压力进一步升高,因此将这种由部份热量转换过来的膨胀力进行回收再利用,而传统的压缩机都是直接通过散热片或中冷器等其它散热方试将热量散发到大气中去,造成了能量的白白浪费。从构造形式上,可以设计为如本图无限行程活塞机构平铺开来径向改变容积的阵列式,也可以由同一跟轴串连起来轴向改变容积的串连式等多种构造形式。
[0060]请参照图10,为本实用新型应用于发动机废气驱动无限行程活塞增压器的结构示意图。图中各部份为无限行程活塞气轮机1001、无限行程活塞压缩机1002、主动圆柱1、从动圆柱5、主传动轴3、从动轴8、活塞发动机1003等。如图1所述的基本原理,本实用新型无限行程活塞机构既可以被流体驱动对外做功且又能驱动或压缩流体对流体做功的双重功能,以及如同传统的带有连杆曲轴的往复式活塞气缸一样的密封性和低速高扭矩的特性,如同涡轮机的高转速大排量特性,因此可以用来作为发动机的废气驱动增压器。本实用新型的工作过程如下;增压器由两套彼此密封且同轴串连的无限行程活塞机构组成,连接在排气道一端的叫无限行程活塞气轮机1001,连接在进气道一端的叫无限行程活塞压缩机1002,汽轮机和压缩机上的两个主动圆柱I和两个从动圆柱2分别通过一根主传动轴3和从动轴8相连。工作时,活塞发动机1003排出的废气推动无限行程活塞气轮机1001转动,使得与之共轴的无限行程活塞压缩机1002在进气道中同步旋转运动向发动机内栗送压力空气(无限行程活塞气轮机被驱动的过程和无限行程活塞压缩机压缩空气的过程请参考图1说明),使活塞发动机1003吸气冲程时的进气压力上升,提高了气缸内新鲜空气的充量,充分与燃料混合后燃烧,发动机的功率和扭矩由此大大提升。本无限行程活塞发动机废气驱动增压器有以下优点:1.相比传统的需要在20000转每分钟的转速下才能正常工作的涡轮增压机,本实用新型因为具有活塞所独有的高密封性,只要有压力废气进入就能转动,且只要转动起来就可以工作,因此在发动机低转速的情况下也能时刻为发动机提供增压,使汽车行驶过程中全程增加功率实现节能减排。2.因为本机构相比传统的可以两头相贯通的窝轮机有更好的密封性,因此无需设计上万转的转速工作,在较低的转速下工作时,使用寿命更长维护成本更低和性能更可靠,所以本实用新型更优于传统的涡轮增压器。
[0061]请参照图11,为本实用新型应用于无限行程活塞发动机膨胀比及扭矩增大器的结构示意图。由活塞发动机1101、缓存膨胀腔1102、动能回传主动齿轮1103、动能回传从动齿轮1104、活塞发动机曲轴1105、膨胀介质补给管道1106、无限行程活塞机构1107、主动圆柱1、活塞2、主传动轴3、缸体4、从动圆柱5、流体输入孔12等部件组成。如图1所述的基本原理,本实用新型的无限行程活塞机构既可以驱动流体又可以被流体驱动,而且具有很好的密封性和低速高扭矩的特性,因此可以连接在活塞发动机排气口用作此图所示意的膨胀比及扭矩放大器,以提高发动机的扭矩和燃烧效率来达到节能减排的目的。本机构的工作过程为;在活塞发动机1101做功冲程还尚未完全达到下止点时,即打开排气门,使还具有高压高热的废气排入缓存膨胀腔1102中,高压高热废气在缓存腔中因为加大了容积空间的同时也延长了热力学反应时间所以膨胀出更大的体积(实际应用中也可以在活塞发动机尚未排出高压气体前,通过外部机械从膨胀介质补给管道1106加入常温空气、水、超声波雾化水雾等其它流体作为再次膨胀介质),再经由管道以切线方向从流体输入孔12进入本实用新型的无限行程活塞机构1107的缸体4内,在从动圆柱5的同步滚动相切密封分隔作用下推动活塞2使主动圆柱I和主传动轴3旋转起来(详细被驱动过程请参考图1说明),由主传动轴3—端的动能回传主动齿轮1103将扭力通过动能回传从动齿轮1104传动到活塞发动机的曲轴1105上,最终由曲轴将活塞发动机所产生的动能和无限行程活塞机构所产生的动能一并对外输出做功。废气绕无限行程活塞机构的缸体4内一周后最终以切线方向从流体输出孔13排出。部份废气压从静压区(静压区详见图2说明)提前排出,其静压区废压可以用来推动无限行程活塞发动机废气驱动增压器(详见图10说明)给发动机全程增压。本机构所产生的第一个有益过程是;全部压力气体在推动活塞做功的同时也在推动无限行程活塞做功,爆燃后的气体分布在活塞发动机缸内和无限行程活塞机构缸内还有缓存腔和管道内,因此单独增加了做功冲程的容积,远远大于吸气冲程时的缸内容积,从而延长了热力学反应时间,使废热气体比以住的发动机膨胀出了更大的体积增加了发动机的膨胀比,相同量的燃料下也就做出了更多的功。第二个有益过程是;将做功冲程的爆燃气体压力大部份导出到无限行程活塞机构里时,气体压力的能量始终垂直于被推动的活塞表面即力臂上,而且可以通过减小缸体的轴向容积来换取加大径向容积,以便在发动机额定功率和转速不变的情况下加大被气体压力推动的活塞表面与轴心的距离,g卩加大了力臂长度,因此这种在做功冲程中将大部份气压能量输入恒定力矩的长力臂圆周单向运动的无限行程活塞机构的辅助做功方式,相对于将全部气体压力能量施加于压力方向与力臂夹角不断变化、轴心与曲柄中心间力臂极短的传统往复式活塞发动机,可以大大提高能量转换效率和扭矩输出。第三个有益之处是,静压腔的废热气体还有巨大的压力,可以用来推动无限行程活塞废气增压机,达到减少动能损耗为发动机增压提高发动机功率的双重目的,(而传统发动机的剩余压力被直接排放浪费,以至于当取下消声器时常听到的是串状爆炸声)。第四个有益之处是,可以在单向阀的作用下在发动机排气、吸气、压缩的三个冲程的时间间隙中通过膨胀介质补给管道1106于缓存膨胀腔1102中加入低内能物质(如超声波雾化水雾、空气、水、其它物质),使这些低内能物质与高热废气渗合吸收其中的热量膨胀出更大的体积参与在无限行程活塞面上做功,这种在爆燃之后做功之前于高热气体中加入膨胀介质的方式可
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