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(dòng)機(jī)械之一，常用于將流體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)，或?qū)C(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為流體的運(yùn)動(dòng)，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(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)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(jiàn)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(méi)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(guò)小的問(wèn)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(dòng)時(shí)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(dòng)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(dòng)過(guò)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(gè)方向運(yùn)動(dòng)，由于活塞系統(tǒng)必須要滿足周期運(yùn)動(dòng)的約束，因此活塞必須要有一個(gè)“回復(fù)”歷程，因此高效率的活塞應(yīng)該由一個(gè)活塞做功歷程和一個(gè)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(dòng)，而不能做原路徑上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，基于這種分析，活塞必須要放置在一個(gè)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子上；活塞的運(yùn)動(dòng)是個(gè)受力的過(guò)程，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)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(guò)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(shí)現(xiàn)這個(gè)要求的最簡(jiǎn)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(guò)程中活塞不會(huì)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(shí)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(dòng)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(duì)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(gè)。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(gè)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(gè)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)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(shuō)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(dòng)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(dòng)軸，16-殼體。五具體實(shí)施方式
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下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)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(dòng)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(gè)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(gè)，所述的與隔離塊4相對(duì)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(gè)。本發(fā)明由轉(zhuǎn)子1、多個(gè)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(duì)接密封而必須的結(jié)構(gòu)，如可以采用工程上常見(jiàn)的螺栓連接結(jié)構(gòu)、密封圈結(jié)構(gòu)、迷宮式動(dòng)密封結(jié)構(gòu)等)；所述的轉(zhuǎn)子I相對(duì)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(dòng)，其上開(kāi)有多個(gè)槽，槽內(nèi)可以放置滑片；滑片2隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)并相對(duì)轉(zhuǎn)子可以產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，有2種運(yùn)動(dòng)方式:滑片2相對(duì)轉(zhuǎn)子I的徑向做滑入或滑出的運(yùn)動(dòng)(如圖1和圖2所示)、滑片2相對(duì)轉(zhuǎn)子I的軸向做滑入或滑出的運(yùn)動(dòng)(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(gè)部分，其中每個(gè)時(shí)刻滑片組中至少有一個(gè)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(gè)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(dòng)，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(dòng)機(jī)，即當(dāng)有高壓流體和低壓流體同時(shí)存在時(shí)，推動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)而推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸對(duì)外做功；其二是用作泵，即當(dāng)外部有旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源時(shí)，帶動(dòng)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(dòng)機(jī)的場(chǎng)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(chǎng)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(duì)轉(zhuǎn)子I的運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)時(shí)，高壓流體通過(guò)流體進(jìn)口 7進(jìn)入高壓腔5，由于至少有一個(gè)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(jì)要求為任何一個(gè)時(shí)刻都至少有一個(gè)滑片在活塞區(qū)，因此下一個(gè)滑片一定在活塞區(qū)中，并將高壓腔與低壓腔隔離，這個(gè)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(gè)過(guò)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(duì)外提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)入低壓腔的滑片在該腔內(nèi)沿著徑向向心滑動(dòng)，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(dòng)進(jìn)入高壓腔后將沿著徑向離心滑動(dòng)，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(shí)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(guò)大的間隙。軸向滑動(dòng)式旋轉(zhuǎn)活塞與徑向滑動(dòng)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(shí)，外部動(dòng)力源推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動(dòng)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(gè)滑片已位于活塞區(qū)，這兩個(gè)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(gè)過(guò)程周而復(fù)始地進(jìn)行，低壓流體就會(huì)持續(xù)地進(jìn)入到高壓腔中。在上述過(guò)程中，進(jìn)入高壓腔的滑片在該腔內(nèi)沿著徑向向心滑動(dòng)，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(dòng)進(jìn)入低壓腔后將沿著徑向離心滑動(dòng)，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(dòng)式旋轉(zhuǎn)活塞與徑向滑動(dòng)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(dòng)的過(guò)程中，滑片相對(duì)轉(zhuǎn)子可以是平動(dòng)，也可以有一定程度的轉(zhuǎn)動(dòng)。無(wú)論活塞被用作發(fā)動(dòng)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(guò)該處進(jìn)入到低壓流體中。因此隔離塊是個(gè)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(gè)組成部分，同時(shí)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(gè)在殼體另一個(gè)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(jì)一個(gè)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(dòng)軸線為中心，設(shè)活塞區(qū)所張的角為5，由于要求任何時(shí)刻活塞區(qū)內(nèi)至少有一個(gè)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(dòng)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(duì)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(gè)。
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(gè)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(gè)。
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(dòng)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(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)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(duì)轉(zhuǎn)子滑動(dòng)，殼體被分為高壓腔、活塞腔、低壓腔和回復(fù)區(qū)四個(gè)部分，任何時(shí)刻高壓流體和低壓流體都被隔離塊和至少一個(gè)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(chǎng)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(dòng)機(jī)、泵等場(chǎng)合，具有非常廣泛的用途。
文檔編號(hào)F04C15/00GK103195707SQ20131012608
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:賈東明