一种滚动转子式动力机的新机型的制作方法

专利名称：一种滚动转子式动力机的新机型的制作方法
技术领域：
本发明属于旋转活塞式机器或发动机中的容积式类别，是一种动力机的新机型。
汪克尔发动机的出现，说明了旋转活塞式发动机实现的可能性，也展示了它的优点机械效率高、平衡、无振动、转速可提高到每分1万转以上，体积和重量很小，而且材料无特殊要求。(参考人民交通出版社1961年〈旋转活塞式发动机(文集)〉，1972年〈三角活塞旋转式发动机〉)。但是，这种发动机存在着以下两项无法克服的缺点1、三角尖顶上密封条和长短辐圆外旋轮线汽缸之间无法避免的磨损和泄漏。
2、非圆柱形的汽缸和活塞的工作面上，存在着不均匀的机械应力和热膨胀，这些另件只能在专门机具中加工生产，磨损后很难在常规厂地修复或更换。
现有圆柱形的旋转活塞式机器，有滑片式油泵、真空泵和压缩机，还有滚动转子式压缩机，这些机型的汽缸都是固定的。它们的共同特点是结构简单、制造容易、造价低，操作、维修和保养方便;此外，滑片式机器在运转时几乎完全平衡，可以提高转速，而且启动功率很小，但滑片唇部摩擦功耗很大，在排量较大的机组中，泄漏量较大，承压能力及压比较小;滚动转子式压缩机的承压能力较大，压比也可以提高，而且摩擦功耗大大减小，但运转不平衡，启动功率也比较大。这些机器的共同问题是它们的滑片都承受着很大的负荷，滑片槽的导向作用和磨损未有彻底的解决办法，除此之外，如果温度变化很大，都没有适应热膨胀的措施。
中国专利CN86101726〈回转式压缩及抽气机械的转缸技术〉中，公开了一种汽缸和活塞同时各自环绕自身轴线转动的结构形式，减小了滑片式压缩机的机械功耗，提高滑片的有效期限;不过，上述最后的共同问题仍然没有解决。
本发明的目的，就是改变这两种圆柱形机器的运动关系，采用适当的气密措施，使之能够适应较高的压力和温度的变化，特别是热力发动机的压力和温度的条件，同时，保持结构简单、制造和维修方便、启动功率小、运转平衡、可以提高转速等特点。
提出如下结构型式一个由汽缸和汽缸盖紧固在一起的圆柱面旋转汽缸组，支承在两端外承座上;里边，一个装着一块滑片的活塞，滑套在一根长度短于汽缸组的曲轴的偏心段上，曲轴两端，支承在旋转汽缸组两缸盖内部的轴承中;由后端外承座伸入一个固定的凸起或肖轴，卡紧这根曲轴，不让它旋转;汽缸组前边缸盖，与输入轴或输出轴联结，汽缸组、滑片和活塞，同一方向，同一转速地旋转，但它们的两根轴线都固定不变。
在这种结构型式中，动力的传递是由汽缸组传到滑片上的，作用力的性质发生了变化，这里，采用一些可行的密封措施，配合适当的卸载启动方法，可以达到上述目的。
参考

图1、2，正常运转时，滑片(10)由于离心力的作用，紧压在汽缸的内表面上，滑片唇部，安放着一条滑动镶板(11)，这条镶板也由于离心力伸入汽缸内表面的一个轴向凹槽内，随着汽缸(9)的转动，滑动镶板即带动滑片运动，压缩气体，对气体作功，输入动力;或者，由于气体膨胀，推动滑片运动，经过滑动镶板，带动气缸旋转，输出动力。
这种动力传递过程中，都必须以滑片槽为支点，槽壁也承受一种扭转力矩，不过，作用力已大大减轻，导向作用改善，滑片的磨损大大减缓。
图3到图6，示出另一种传递结构滑片两端，各用一根滑片肖(23)，或(33)与浮动塞(22)、或与平隔板(26)联接，浮动塞或平隔板的其它二个或三个角上，各设一根径向铜滑肖(24)，在正常运转时，这些滑肖都由于离心力的作用伸入到汽缸的肖孔内，经过滑肖、浮动塞或平隔板，以及滑片肖，实现汽缸到滑片的动力传递过程。和上面不同的是滑片肖的中心线的位置，可由机组具体的工作特性，适当地选择计算。譬如，对于内燃机燃烧过程压力突然增大的特点，最重要的是保护滑片槽槽口免受伤害，所以滑片肖中心线与汽缸壁的距离，即滑片端部肖孔中心线与唇部的距离，应等于最大负荷时滑片伸出的长度。
对于上述滑片肖的结构，还有一些须要说明图3的滑片上的肖孔、以及滑片肖的这一段，在垂直方向上的两侧，加工成略为偏平的滑动面，孔的上下方略为加长，以便滑片能经常地压紧在汽缸内表面上。
图5的滑片肖是为了热膨胀而设置的，它是一个圆柱体，长度等于平隔板的厚度，直径大于滑片延长段的高度，这个延长段比滑片肖短，它的高度则大于滑片径向伸出的最大长度，延长段滑插入滑片肖的纵向槽内，在这纵槽的槽底，放入一块板弹簧，依靠弹力，将滑片紧压在另一端的浮动塞平面上。
以上介绍的动力传递结构中，滑片的唇部与汽缸内表面之间，滑片两端与缸盖或浮动塞、或与平隔板之间，其相对滑动速度都很小，在滑片槽处，侧面压力大大减轻，所以这些地方的摩擦功耗都小到可以忽略，密封性能可以较长期地保持。
在径向的另一侧，以及两端面的密封，采用如下措施在径向，由活塞的一侧对汽缸内表面强制压紧。当基本尺寸较小，或工作温度变化不大时，这种压紧状态由设计位置决定，其它情况则由下述措施实现参考图3和图4，在曲轴(13)的两端，按偏心的方向加工出两段平面，在它外面，各滑套一段轴颈(18)，轴颈内孔形状相似，长度较大，上下方形成两个月牙形空腔，在上空腔处装入一块板弹簧(19)，依靠弹簧的压力，将活塞压紧在汽缸内表面的一侧上。机组每一转，向这种压紧线后方喷入少量滑油，依靠动压油膜的压力，将两个表面隔开。根据最大曲轴负荷，选择油膜的最小膜厚，计算弹簧的压力，可以在适当的光洁度条件下，较长时期地维持径向密封。
这里，内外两个圆柱面同一方向转动，油膜承载力大约提高一倍，很少的喷油量即可达到保护摩擦面的目的。
关于活塞两端面的密封，可参考图1，在活塞(14)两个端面上，各加工出一个浅油槽(1)，油槽四周，与高低压两基元容积、与滑片槽和曲轴两端油腔都隔开，起隔离作用的一个封闭条形平面，与前后汽缸盖(5)、(6)之间，或与浮动塞或平隔板之间，形成一个环形节流面;油槽内部一个地点，前后钻通一个较大的油孔，两端各用一个丝堵拧紧，丝堵中间，钻通一个直径在0.4到1毫米的节流孔(16);经滤网过滤，并加压的滑油，从进油孔(2)进入曲轴前段，经偏心段、轴瓦和活塞内部的油孔到达上述通孔，由于离心力的作用，通孔中的油压会进一步提高;这些滑油通过节流孔进入两端油槽，再由四周节流面泄入所有低压空间，由节流孔和节流面的流量平衡，规定了油槽内一种受控油压，由两端这种受控油压的动态平衡，调节两端节流面间隙经常地近似相等。
在机组尺寸较小，或工作温度变化不大时，两端节流面间隙之和由设计尺寸决定，其它，则由下边的方法自动调节参考图3和图4，浮动塞(22)的背面有加长导向的一段，加长段分为高低两圈，汽缸盖(5)的内部也加工成相应的环形槽，浮动塞装入缸盖环形槽里边，形成两圈环形密封室;外圈经过滑片肖下边一个轴向油孔及一个径向油孔，和曲轴端部油腔连通，经常充满着滑油，依靠离心力，维持着几乎不变的油压，计算其受压面积，使朝活塞方向的推力，与活塞端油垫在额定间隙时的承载力相等;内圈密封室用一条斜向气孔，与工作基元中靠近滑片处的气腔连通，气压保持相等，计算受压面积，使其朝活塞的推力的最大值，等于高低压两个基元的反向最大作用力，这样，在气体压缩或膨胀过程中，浮动塞两侧作用力之差，就能经常处于端油垫一个很小的调节范围之内。
当热膨胀造成两端油垫间隙增大时，受控油压降低，则浮动塞向内压缩，反之，则向外移动。
由于径向密封的压紧措施，启动时必须卸载，即脱开滑片一方的动力联系在使用滑片唇部镶板的机组中，停机时，滑片及其镶板都会自动落入活塞的滑片槽内;在采用平隔板或浮动塞的结构中，它们周边上的滑肖，必须由一个拉伸弹簧使其缩回平隔板或浮动塞内部。
随着汽缸开始转动，活塞和汽缸的压紧线上，依靠静摩擦力带动活塞同一方向旋转，同时向压紧线后方喷油，这些滑油将马上在压紧线前后形成一段油膜，摩擦力逐渐减小，在达到一定转速时，滑片甩出，在汽缸表面上滑动一段距离之后，唇部镶板必能嵌入汽缸的凹槽内;在采用平隔板或浮动塞处，由于滑片肖的联结，平隔板或浮动塞必与活塞一起跟着汽缸旋转起来，它们的转速和活塞相等，但比汽缸快，达到某种转速时，滑肖克服弹簧的拉力，开始在汽缸表面上滑动，最后，必能嵌入汽缸壁的肖孔内，以后即转入正常运行。
前面介绍的这种新机型，由于具备着一系列特殊的性质，所以适用范围可能是相当广泛的，由于密封性能的特点，可以用作气体压缩机，也可以用为一种全内压缩式的真空泵，用以获得更高的极限真空;由于采用平隔板和滑片肖的传动方式，使这种机型在排量很大时也具有相当强大的承压能力，所以可以用为大功率、高转速的高压油泵和液压马达;另外，由于几种适应热膨胀的特别措施，使得这种机型可以装备成各类热力发动机。
下面，由说明书附图介绍两种实施例的结构和装配，以及运行中的一些特点。
图1是一个排量不太大的真空泵的结构图，图2是图1在A-A处的横剖视图，图1是图2在B-B方向的纵剖视图，图7是图2在C-C处的局部剖视图，即排汽阀的结构图，图8是图7在E-E处的剖视图。
图3是采用浮动塞和板弹簧轴承的机组的端部结构图，图4是图3在D-D处的剖视图。
图5是采用平隔板、滑片延长段和大滑片肖的机组的端部结构图，图6是图5F-F处的剖视图。
以上各图中主要另件的名称和编号如下表1 平面受控静压油垫 17 轴瓦2 进油孔 18 滑动轴颈3 电机轴- 19 板弹簧即动力输入轴或输出轴 20 轴颈外盖板4 前外承座 21 轴颈内盖板5 前缸盖 22 浮动塞6 后缸盖 23 滑片肖7 后外承座 24 铜滑肖8 机壳 25 减压孔9 汽缸 26 平隔板10 滑片 27 后外承座凸起11 滑动镶板 28 排汽阀座12 排汽管 29 埋头螺钉13 曲轴 30 舌簧阀瓣14 活塞 31 前排汽孔15 进汽管 32 后排汽孔16 节流孔丝堵 33 大滑片肖按照图1所示的真空泵，其特点是由滑片唇部的镶板传递动力，活塞侧面的压紧状态和端油垫的间隙是由设计尺寸决定的。
这里活塞中间两段轴瓦，以及轴瓦里边两段定位轴套，都是由两半圆组成的，曲轴插入活塞之后，从两边压入这几部分，再放入汽缸内部;汽缸后端按图7和图8安装一套排汽阀，然后先装前缸盖，再装后缸盖，组成一个独立的汽缸-活塞组件。
很小的真空泵中，上述组件两外端是滑动轴承，其它都采用滚动轴承。机组启动运转之后，滑片两侧的基元容积即被严密隔离，低压气体从进汽管(15)吸入，经过后外承座凸起和曲轴后段的中孔、到活塞中间一个环槽，然后从滑片槽后方几个辐向通孔进入低压基元;滑片渡过零线(即压紧线)之后，这些气体即在封闭的压缩基元中被压缩，压力升高;滑片再次接近零线时，这些气体的压力可以升高到大气压力以上，并且和滑油一起形成一些汽泡形式，然后推开滑片前方C-C处的排汽阀排出汽缸外面的机壳，在机壳中分离出滑油后进入大气。
这种真空泵内部的密封性能可以达到非常完善的程度，所以可采用上述全内压缩的办法，用以提高压缩效率。
真空泵油注入机壳(8)里边，经过滤油网接入电机轴承，从电机轴(3)的进油孔进入曲轴前段，然后经过曲轴的横孔流到前端轴承和偏心段轴承，再从定位轴套泄入进汽的低压环槽，这时，曲轴前端油腔充满着滑油，可通过滑片槽到后端轴承和偏心段后轴承，从这两处再泄入低压管路，后外承处可以另外从机壳的专门油路提供，而且也向吸汽管泄出。
在上述油路中，从前后端油腔，或从偏心段轴瓦处钻通一条或二条斜孔，向两端平面油垫的通孔供油，由于离心力的作用，这里的油压有可能比大气压力高出0.2巴以上，然后通过节流孔进入端油垫的油槽。
冰箱压缩机的结构，基本上与图1和图2相同，只是曲轴的偏心段和两端部的直径之差应等于偏心距的两倍。
下面，介绍一种回转式汽油机。
这种汽油机由一个压缩机和一个膨胀机组成，由于膨胀过程分开进行，可以采用较大的膨胀比，降低终了压力和温度，改善机组的性能。
这种汽油机由两个独立的汽缸-活塞组件紧固在一起，两个组件的端部结构，基本上都和图3到图6所示型式相同曲轴端部是板弹簧轴承，相邻两个缸盖里边，是两个浮动塞，两外端是平隔板、滑片延长、和大滑片肖。
两根曲轴在相邻的一段，都有一个较大的内孔，压缩机排汽和膨胀机进汽，就是通过这两段内孔互相连通的。每根曲轴中间外圆上，加工出一段不太宽的圆弧浅槽，圆弧的位置和张角，由排汽角或进汽角的设计确定;由槽底向轴内通孔钻两个横孔，接通两个汽缸的进排汽通道，这就是曲轴汽口。
活塞内孔中段，用过盈配合压进一段比较长的厚管段，管段中间有一个比曲轴汽口宽很多的环槽，槽的一侧，开一个矩形窗口，一个铸铁弹性滑环事先装入环槽内部，弹性滑环有一个小缺口，缺口两边各有一条唇形凸起，这两个凸起就卡入到管段的矩形窗口中。
在压缩机滑片槽的前方，或在膨胀机滑片槽的后方，朝着上述管段窗口的位置，事先钻通一个辐向的排汽孔或进汽孔。
管段压入活塞中段以后，即可插入曲轴，从两边压入偏心段轴瓦，然后套入两端滑动轴颈的内盖板(21)，再装轴颈(18)，将板弹簧(19)装入上部月牙形空腔;轴颈内外两块盖板的两边，各有一个靠下边一些的螺孔，外盖板(20)用两个埋头螺钉固定在曲轴的端面上，将轴颈向下压，可以穿过它的两个扁形孔，拧进两根螺钉，使其中心与曲轴端部中心重合;接着，将这一套曲轴-活塞组件放入汽缸(9)里边，插入滑片(10)、装两端滑片肖(23)、(33)，浮动塞和平隔板角上的铜滑肖用弹簧穿好，平隔板的滑肖孔内，有一个比较小的径向通孔，弹簧的另一端就固定在那里，浮动塞内部平面上，可以铣出一条径向槽，弹簧的尾部就安放在槽内;将浮动塞、平隔板装入汽缸的两端部，在平隔板一边的大滑片肖纵槽内、在滑片延长段尾部处，还应放入一块板弹簧，然后再套上两个汽缸盖，紧固成一个整体。
前后缸盖安装滚动轴承的凸起都是和缸盖分离的另件;当上述汽缸和活塞组装之后，可由两端取下压紧板弹簧的螺钉，轴颈即被向上推起、压紧在端轴瓦的上侧表面;然后换用中间的两个螺孔，将内外盖板固定并限制轴颈的轴向位移。
压缩机和膨胀机相邻的两个缸盖，都不设外轴承凸起，依靠图3和图5所示端轴瓦处的止口段互相嵌接;两个缸盖里边，是互相对立的两个浮动塞，浮动塞外圈环槽可以联通，并在外缘处夹住一个材质较软的离心轮之后用螺钉扭紧，减少泄漏;最后，在机组外端两个汽缸盖上，装轴承凸起，用滚动轴承或滑动轴承支承在两端轴承座上。这里，膨胀机外端缸盖的凸起是空心的，外轴承座的凸起就穿过这个空心段，用横榫卡紧压缩机的曲轴，在中间缸盖处，膨胀机的曲轴，也用横榫卡紧压缩机的曲轴，这样，两根曲轴都不能转动，偏心位置固定不变。
上述机组两端轴承座之间，是一个由两段紧配合的圆柱形密封气室，气室中间，有一个由前后段配合、向外凸出的环形离心密封盒，相邻缸盖夹住的离心轮就镶入在这个密封盒中，运转时，膨胀机排出的滑油积聚在这个盒内，利用离心轮的作用，提高盒内油压，可以达到密封的目的，因为膨胀比增大，排气压力降低，密封压盖较小，密封盒可以做得浅一些。
机组运转时，压缩机滑片后方基元吸气，从化油器来的混合气体，进入压缩机一端的密封气室、经过汽缸壁上的常开窗口吸入;滑片渡过零线，这些气体即被压缩，温度和压力升高，到达规定压比时，滑环缺口接通曲轴中间的排气弧形段，在这个弧形段的张角范围中排出高压混合气体，并流向膨胀机曲轴中段，在规定的进气角中，经过相应的滑环唇口，被压入膨胀机滑片后方的工作腔中。
膨胀机的结构中，多了一个燃烧室、一个火花塞及其相应的传导系统，在辐向进气口的中途、活塞的内部、略向旋转方向的后方处，轴向加工出一个容积不大的燃烧室(点燃室)，由于进气的涡流运动，室内的残留废气可能较少，当进气弧形段被滑环关闭时，燃烧室内火花塞马上点火燃烧，气体的温度和压力再次上升，然后，在封闭容积中膨胀作功，推动滑片和汽缸旋转。
为了减小回火的危险，两端曲轴内部，在高压混合气通道周围，以及两边滑环处，通入充足的滑油，进行冷却。
气体的膨胀过程结束，滑片渡过零线，废气即从滑片前方汽缸壁上的常开窗口排入膨胀机一端的密封室，分离出挟带的滑油，排出机外。
火花塞在活塞内部顺轴向安置，其地线即活塞本体、偏心段轴瓦、曲轴到机架;火线是曲轴偏心段最外端的表面，隔着一层瓷瓦，套一个固定铜环，用一根套着厚瓷套的螺尾铜肖、穿过曲轴、紧固在偏心的端部，并与轴内一根绝缘起来的导体连通、经过外承座凸起、接出机外。
火花塞的尾部露出于外端油腔中，与上述固定铜环的轴向位置相当，在固定环外边，用滑配合套上一个旋转滑环，滑环较薄的外缘处，钻一个小孔，套在火花塞瓷芯中的导体上，拧紧螺帽，这就是火线。
采用10＃或15＃汽油机油，经过油泵加压之后，进入油冷却器降温，供入机组内部，润滑和冷却各处摩擦付、以及活塞和汽缸壁，其中，大部分回入油箱、经滤油网重新吸入油泵，另有一小部分从压缩机的滑片槽经滑片两侧面泄入前后汽腔，然后，随高压气体排往膨胀机;在膨胀机中，也有另外的一小部分滑油从膨胀机的滑片槽、经滑片两侧面泄入工作腔和排汽腔，最后，和从压缩机排汽带来的一起、排入汽缸外面的气室。
权利要求
1.一种包含着由汽缸(9)、前缸盖(5)和后缸盖(6)紧固在一起的圆柱面汽缸组、由活塞(14)、曲轴(13)和滑片(10)等互相滑套着的圆柱形活塞组、以及前外承座(4)、后外承座(7)、动力输入轴或输出轴(电机轴等)(3)、内外轴瓦(17)、平面受控静压油垫(1)、节流孔丝堵(16)、镶板(11)、浮动塞(22)、平隔板(26)、滑片肖(23)及(33)、滑肖(24)等另部件的滚动转子式动力机的新机型，其特征在于汽缸组是支承在前后外承座上的一个旋转体，旋转体内部轴承支承着活塞组，通过后缸盖伸入一个固定凸起，卡紧曲轴、不让转动，活塞的一侧紧压着汽缸的内表面，两端留有间隙，平面受控静压油垫就设置在活塞的端面上，节流孔丝堵装在油垫的油槽底部，汽缸组的前缸盖联结动力输入轴或输出轴，汽缸、活塞和滑片、环绕两根固定轴线、同一方向地旋转，由于滑片唇部装着滑动镶板(11)，正常运转时、嵌入到汽缸的一条纵向凹槽内，或由于两端汽缸盖内部装着浮动塞或平隔板，由滑片肖(23)或(33)与滑片联结，由二个或三个径向铜滑肖(24)、在正常运转时、伸入到汽缸的肖孔内，汽缸、活塞和滑片，同一转速地旋转。
2.根据权利要求1描述的机型，其特征在于一端缸盖内部装着平隔板，另一端装着浮动塞，浮动塞(22)背面加长导向的一段分为高度不相等的内外两圈，外圈受压面处有油孔与曲轴端部油腔相连，较低的内圈、有气孔与工作基元靠近滑片处的气腔联通。
3.根据权利要求2描述的机型，其特征在于曲轴两端轴承中设置了滑动轴颈(18)和其中的板弹簧(19)。
4.根据权利要求3描述的机型，其特征在于平隔板(26)装着一个长度等于隔板厚度的大滑片肖(33)，滑片的一个延长段插入到它的纵向槽内，这个延长段长度小于隔板厚度、高度大于滑片径向伸出的最大长度，但还小于滑片肖(33)的直径。
全文摘要
本发明属于旋转活塞式动力机；动力由汽缸传入或传出，活塞一侧紧压汽缸内表面，靠摩擦力一起绕各自固定的轴线旋转；一块滑片置于活塞侧槽内，一定转速时利用滑片的镶板或浮动塞的滑销，联结汽缸、滑片和活塞，压紧侧则由动压油膜隔开接触表面；活塞两端设置受控静压油垫；这些措施使零部件磨损速率大大降低，而且气密性、承受很高工作压力、工作温度和适应热膨胀的能力大大提高，可以作成排量很大、转速很高的机器。
文档编号F01C1/344GK1056149SQ90102409
公开日1991年11月13日 申请日期1990年4月21日 优先权日1990年4月21日
发明者陈志远 申请人:陈志远