專利名稱：滑片式旋轉(zhuǎn)活塞的制作方法
滑片式旋轉(zhuǎn)活塞技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種滑片式旋轉(zhuǎn)活塞。二、背景技術(shù):
曲柄連桿活塞系統(tǒng)是在現(xiàn)代工業(yè)中最常用的運(yùn)動機(jī)械之一，常用于將流體的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為機(jī)械的轉(zhuǎn)動，或?qū)C(jī)械的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為流體的運(yùn)動，但是這種機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要曲柄、連桿、往復(fù)式活塞等眾多部件，能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)多，由于每個環(huán)節(jié)都會導(dǎo)致能量消耗，導(dǎo)致能量總損耗較大。為了提高效率，現(xiàn)代科技發(fā)展出很多替代活塞系統(tǒng)的方法，常見的有:螺桿機(jī)、隔板偏心輪旋轉(zhuǎn)式活塞等，但是這些機(jī)械都不能完全替代曲柄連桿活塞系統(tǒng)的功能，能量利用效率也沒有太大提高。為了解決上述背景技術(shù)中的活塞系統(tǒng)效率過小的問題，仔細(xì)研究了導(dǎo)致活塞系統(tǒng)能量耗損的主要原因，認(rèn)為活塞往復(fù)運(yùn)動時活塞的慣性是導(dǎo)致能量耗損的主要因素，活塞系統(tǒng)在往復(fù)運(yùn)動中需要兩次克服活塞的慣性，這需要消耗能量，因此要提高活塞系統(tǒng)的效率，必須消除活塞的慣性，本發(fā)明便圍繞著如何消除活塞運(yùn)動過程中產(chǎn)生的慣性消耗進(jìn)行了許多改進(jìn)。要消除活塞的慣性，就必須要保證活塞永遠(yuǎn)只能朝著一個方向運(yùn)動，由于活塞系統(tǒng)必須要滿足周期運(yùn)動的約束，因此活塞必須要有一個“回復(fù)”歷程，因此高效率的活塞應(yīng)該由一個活塞做功歷程和一個活塞“回復(fù)”歷程組成；如果“回復(fù)”歷程中不產(chǎn)生慣性，則活塞必須做圓周運(yùn)動，而不能做原路徑上的往復(fù)運(yùn)動，基于這種分析，活塞必須要放置在一個做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的轉(zhuǎn)子上；活塞的運(yùn)動是個受力的過程，在旋轉(zhuǎn)過程中實際上表現(xiàn)為受力矩作用的歷程，活塞既然不可避免地要出現(xiàn)“回復(fù)”過程，考慮到活塞“回復(fù)”歷程中不能消耗能量的要求，活塞上所受到的力矩應(yīng)該是0，實現(xiàn)這個要求的最簡單的辦法就是讓活塞在“回復(fù)”歷程中“消失”，變成轉(zhuǎn)子的一部分，且不與流體相接觸，這樣就可以保證“回復(fù)”過程中活塞不會受到流體的作用而不產(chǎn)生力矩。三、發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明是為了解決上述技術(shù)背景的不足，提供一種滑片式旋轉(zhuǎn)活塞，其可提高活塞的效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種滑片式旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于:包括殼體，所述的殼體的兩端設(shè)置有定子前封頭和定子后封頭，所述的殼體的內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)子，所述的轉(zhuǎn)子上均勻設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)嵌入可滑動的滑片，所述的轉(zhuǎn)子與殼體的內(nèi)壁之間部分區(qū)域設(shè)置有隔離塊，所述的與隔離塊相對的位置為活塞腔，處于活塞腔的滑片伸出于凹槽與殼體內(nèi)壁接觸，所述的隔離塊與活塞腔之間的殼體上、定子前封頭上或定子后封頭上設(shè)置有流體進(jìn)口和流體出口，所述的凹槽至少設(shè)置有3個。所述的滑片將殼體分為高壓腔、活塞腔、低壓腔和回復(fù)區(qū)四個部分。所述的旋轉(zhuǎn)于高壓腔或低壓腔的滑片處于縮入或伸出狀態(tài)。所述的旋轉(zhuǎn)于隔離塊的滑片縮于轉(zhuǎn)子的凹槽內(nèi)。所述的隔離塊至少設(shè)置有I個。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下:本發(fā)明由于消除了往復(fù)式活塞的慣性損失和曲柄連桿的損失，其效率高于曲柄連桿活塞系統(tǒng)，且體積也小于曲柄連桿活塞系統(tǒng)。 四

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圖1徑向滑片式旋轉(zhuǎn)活塞基本結(jié)構(gòu)橫截剖面示意 圖2徑向滑片式旋轉(zhuǎn)活塞基本結(jié)構(gòu)軸剖面示意圖3軸向滑片式旋轉(zhuǎn)活塞基本結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明:1_轉(zhuǎn)子，2-滑片，3-活塞腔，4-隔離塊，5-高壓腔，6-低壓腔，7-流體進(jìn)口，8-流體出口，9-定子后封頭，10-定子前封頭，11-軸承，12-滑片導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)，13-定子與轉(zhuǎn)子間的動密封結(jié)構(gòu)，14-定子各結(jié)構(gòu)間的靜密封結(jié)構(gòu)，15-轉(zhuǎn)動軸，16-殼體。五具體實施方式
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下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明:
一種滑片式旋轉(zhuǎn)活塞，包括殼體16，所述的殼體16的兩端設(shè)置有定子前封頭10和定子后封頭9，所述的殼體16的內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)子1，所述的轉(zhuǎn)子I上均勻設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)嵌入可滑動的滑片2，所述的滑片2將殼體16分為高壓腔、活塞腔、低壓腔和回復(fù)區(qū)四個部分，所述的旋轉(zhuǎn)于高壓腔或低壓腔的滑片2處于縮入或伸出狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)于隔離塊4的滑片2伸縮于轉(zhuǎn)子I內(nèi)；
所述的轉(zhuǎn)子I與殼體16的內(nèi)壁之間部分區(qū)域設(shè)置有隔離塊4，所述的隔離塊至少設(shè)置有I個，所述的與隔離塊4相對的位置為活塞腔，處于活塞腔的滑塊2的伸出于凹槽與殼體內(nèi)壁接觸，所述的隔離塊4與活塞腔之間的殼體16上、定子前封頭10上或定子后封頭9上設(shè)置有流體進(jìn)口 7和流體進(jìn)口 8，所述的凹槽2至少設(shè)置有3個。本發(fā)明由轉(zhuǎn)子1、多個滑片2組成的滑片組、高壓腔5、低壓腔6、隔離塊4、活塞腔
3、殼體16、流體進(jìn)口 7、流體出口 8、定子前封頭10和定子后封頭9及必要的密封連接結(jié)構(gòu)組成(其中必要的密封連接結(jié)構(gòu)是指為保證殼體與前封頭、殼體與后封頭、前后封頭與轉(zhuǎn)子之間對接密封而必須的結(jié)構(gòu)，如可以采用工程上常見的螺栓連接結(jié)構(gòu)、密封圈結(jié)構(gòu)、迷宮式動密封結(jié)構(gòu)等)；所述的轉(zhuǎn)子I相對殼體16、隔離塊4、活塞腔3、高壓腔5、低壓腔6以及前后定子封頭做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其上開有多個槽，槽內(nèi)可以放置滑片；滑片2隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動并相對轉(zhuǎn)子可以產(chǎn)生運(yùn)動，有2種運(yùn)動方式:滑片2相對轉(zhuǎn)子I的徑向做滑入或滑出的運(yùn)動(如圖1和圖2所示)、滑片2相對轉(zhuǎn)子I的軸向做滑入或滑出的運(yùn)動(如圖3所示)；所述的殼體16有部分區(qū)段在環(huán)向方向被分為高壓腔5、活塞腔3、低壓腔6和回復(fù)區(qū)四個部分，其中每個時刻滑片組中至少有一個滑片在活塞區(qū)將高壓流體和低壓流體隔離，隔離塊4在回復(fù)區(qū)將高壓流體和低壓流體隔離；所述的滑片組中的每個滑片2在回復(fù)區(qū)應(yīng)縮入到轉(zhuǎn)子中，在高壓腔、低壓腔中做滑入或滑出的運(yùn)動，在活塞區(qū)則做功；所述的流體進(jìn)口 7和流體出口 8分別與高壓腔5和低壓腔6相連接。本發(fā)明滑片式旋轉(zhuǎn)活塞有兩種用途，其一是用作發(fā)動機(jī)，即當(dāng)有高壓流體和低壓流體同時存在時，推動活塞旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)而推動轉(zhuǎn)動軸對外做功；其二是用作泵，即當(dāng)外部有旋轉(zhuǎn)動力源時，帶動活塞旋轉(zhuǎn)，并強(qiáng)迫低壓流體進(jìn)入到高壓腔中。這兩種用法活塞基本結(jié)構(gòu)是相同的，但流體進(jìn)口 7和流體出口 8的位置不同，在本發(fā)明被用作發(fā)動機(jī)的場合，流體進(jìn)口 7與高壓腔5相通，流體出口 8與低壓腔6相通；在本發(fā)明被用作泵的場合，流體進(jìn)口 7與低壓腔6相通，流體出口 8與高壓腔5相通，除此而外，其他部分的結(jié)構(gòu)均相同。依據(jù)滑片2相對轉(zhuǎn)子I的運(yùn)動方向，本發(fā)明分為徑向滑片式旋轉(zhuǎn)活塞和軸向滑片式旋轉(zhuǎn)活塞兩種類型，圖1和圖2所示的為徑向滑片式旋轉(zhuǎn)活塞基本結(jié)構(gòu)示意圖，而圖3所示的為軸向滑片式旋轉(zhuǎn)活塞基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖1是徑向滑片式旋轉(zhuǎn)活塞基本結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖，當(dāng)活塞被用作發(fā)動機(jī)時，高壓流體通過流體進(jìn)口 7進(jìn)入高壓腔5，由于至少有一個滑片位于活塞區(qū)，并將高壓腔與低壓腔隔離，滑片的兩邊有壓力差，此時高壓流體將有作用力作用在該滑片上，滑片將作用力傳遞給轉(zhuǎn)子，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，滑片也隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)該滑片隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動出了活塞區(qū)后，進(jìn)入了低壓腔，活塞兩面不再有壓力差，不再提供力矩，但由于設(shè)計要求為任何一個時刻都至少有一個滑片在活塞區(qū)，因此下一個滑片一定在活塞區(qū)中，并將高壓腔與低壓腔隔離，這個滑片接著提供力矩，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受到持續(xù)的力矩，這個過程周而復(fù)始地進(jìn)行，轉(zhuǎn)子將持續(xù)有力矩作用，就可以對外提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。進(jìn)入低壓腔的滑片在該腔內(nèi)沿著徑向向心滑動，在進(jìn)入回復(fù)區(qū)之前滑入到轉(zhuǎn)子中，在回復(fù)區(qū)中滑片在轉(zhuǎn)子中將盡量不與隔離塊接觸以減少摩擦，在滑片轉(zhuǎn)動進(jìn)入高壓腔后將沿著徑向離心滑動，在進(jìn)入活塞區(qū)前旋轉(zhuǎn)到指定的位置以便進(jìn)入到活塞區(qū)中，在活塞區(qū)中滑片的位置應(yīng)能保證一定的密封效果以達(dá)到將高壓流體與低壓流體隔離的要求，實現(xiàn)該效果的方法為滑片與活塞區(qū)四壁的結(jié)構(gòu)如殼體、前后封頭、隔離塊、轉(zhuǎn)子等保持接觸并不留過大的間隙。軸向滑動式旋轉(zhuǎn)活塞與徑向滑動式旋轉(zhuǎn)活塞的工作歷程是相同的，不同的地方是滑片在低壓腔沿著軸向縮入，在高壓腔沿著軸向滑出，轉(zhuǎn)子及其他部組件因此要進(jìn)行一些相應(yīng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。當(dāng)活塞被用作泵時，外部動力源推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動滑片旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的方向應(yīng)該是將低壓流體推向高壓流體，滑片在進(jìn)入活塞區(qū)之前由于至少有一個滑片已位于活塞區(qū)，這兩個滑片所夾的空間中的低壓流體就被挾持到高壓流體區(qū)中，這個過程周而復(fù)始地進(jìn)行，低壓流體就會持續(xù)地進(jìn)入到高壓腔中。在上述過程中，進(jìn)入高壓腔的滑片在該腔內(nèi)沿著徑向向心滑動，在進(jìn)入回復(fù)區(qū)之前滑入到轉(zhuǎn)子中，在回復(fù)區(qū)中滑片在轉(zhuǎn)子中將盡量不與隔離塊接觸以減少摩擦，在滑片轉(zhuǎn)動進(jìn)入低壓腔后將沿著徑向離心滑動，在進(jìn)入活塞區(qū)前旋轉(zhuǎn)到指定的位置以便進(jìn)入到活塞區(qū)中，在活塞區(qū)中滑片的位置應(yīng)能保證一定的密封效果以達(dá)到將高壓流體與低壓流體隔離的要求。軸向滑動式旋轉(zhuǎn)活塞與徑向滑動式旋轉(zhuǎn)活塞的工作歷程是相同的，不同的地方是滑片在低壓腔沿著軸向縮入，在高壓腔沿著軸向滑出，轉(zhuǎn)子及其他部組件因此要進(jìn)行一些相應(yīng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整。在滑片滑動的過程中，滑片相對轉(zhuǎn)子可以是平動，也可以有一定程度的轉(zhuǎn)動。無論活塞被用作發(fā)動機(jī)還是用作泵，由于要求隔離塊具有隔離作用，高壓流體不能通過該處進(jìn)入到低壓流體中。因此隔離塊是個板狀或塊狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)固定在殼體上，或者干脆就是殼體的一個組成部分，同時還與轉(zhuǎn)子或滑片接觸，并應(yīng)保證隔離塊與轉(zhuǎn)子或滑片接觸部位有一定的密封效果。流體進(jìn)口和流體出口可以設(shè)置在殼體上，也可以設(shè)置在封頭上，或者一個在殼體另一個在封頭上，視使用需求而定。圖2所示的活塞結(jié)構(gòu)其流體進(jìn)口和流體出口都在殼體上，而圖3所示的活塞結(jié)構(gòu)其流體進(jìn)口和流體出口都在封頭上。
控制滑片到達(dá)指定位置的方法有很多種，最常用的是在封頭或殼體上設(shè)置導(dǎo)槽，滑片上設(shè)計一個與之配合的凸起，這種方法在滑片式壓縮機(jī)中被廣泛應(yīng)用，是技術(shù)上比較成熟的方法?；臄?shù)量確定方法如下:
以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動軸線為中心，設(shè)活塞區(qū)所張的角為5，由于要求任何時刻活塞區(qū)內(nèi)至少有一個滑片，因此滑片的數(shù)量《應(yīng)滿足
權(quán)利要求
1.一種滑片式旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于:包括殼體(16)，所述的殼體(16)的兩端設(shè)置有定子前封頭(10)和定子后封頭(9)，所述的殼體(16)的內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)子(1)，所述的轉(zhuǎn)子(I)上均勻設(shè)置有凹槽，凹槽內(nèi)嵌入可滑動的滑片(2)，所述的轉(zhuǎn)子(I)與殼體(16)的內(nèi)壁之間部分區(qū)域設(shè)置有隔離塊(4)，所述的與隔離塊(4)相對的位置為活塞腔，處于活塞腔的滑片(2)伸出于凹槽與殼體內(nèi)壁接觸，所述的隔離塊(4)與活塞腔之間的殼體(16)上、定子前封頭(10)上或定子后封頭(9)上設(shè)置有流體進(jìn)口(7)和流體出口(8)，所述的凹槽至少設(shè)置有3個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑片式旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于:所述的滑片(2)將殼體(16)分為高壓腔、活塞腔、低壓腔和回復(fù)區(qū)四個部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滑片式旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)于高壓腔或低壓腔的滑片(2)處于縮入或伸出狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滑片式旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于:所述的旋轉(zhuǎn)于隔離塊(4)的滑片(2)縮于轉(zhuǎn)子(I)的凹槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑片式旋轉(zhuǎn)活塞，其特征在于:所述的隔離塊至少設(shè)置有I個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滑片式旋轉(zhuǎn)活塞。曲柄連桿活塞系統(tǒng)是最常用的運(yùn)動機(jī)械之一，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要曲柄、連桿、往復(fù)式活塞等眾多部件，能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)多，由于每個環(huán)節(jié)都會有能量消耗，因此總的能量損耗更大。本發(fā)明由殼體、轉(zhuǎn)子、滑片、隔離塊等組成，轉(zhuǎn)子上的滑片可相對轉(zhuǎn)子滑動，殼體被分為高壓腔、活塞腔、低壓腔和回復(fù)區(qū)四個部分，任何時刻高壓流體和低壓流體都被隔離塊和至少一個活塞腔的滑片所隔離，滑片在高壓腔或低壓腔處縮入或滑出。本發(fā)明與曲柄連桿活塞系統(tǒng)具有完全相同的功效，凡是曲柄連桿活塞系統(tǒng)可以使用的場合本發(fā)明都可使用，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于曲柄連桿活塞系統(tǒng)，可以用于各種透平機(jī)械、發(fā)動機(jī)、泵等場合，具有非常廣泛的用途。
文檔編號F04C15/00GK103195707SQ20131012608
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者賈東明 申請人:賈東明