滑片式旋转活塞的制作方法

专利名称：滑片式旋转活塞的制作方法滑片式旋转活塞技术领域：: 本发明涉及一种滑片式旋转活塞。二、背景技术: 曲柄连杆活塞系统是在现代工业中最常用的运动机械之一，常用于将流体的运动转化为机械的转动，或将机械的转动转化为流体的运动，但是这种机械结构复杂，需要曲柄、连杆、往复式活塞等众多部件，能量转换的环节多，由于每个环节都会导致能量消耗，导致能量总损耗较大。为了提高效率，现代科技发展出很多替代活塞系统的方法，常见的有:螺杆机、隔板偏心轮旋转式活塞等，但是这些机械都不能完全替代曲柄连杆活塞系统的功能，能量利用效率也没有太大提高。为了解决上述背景技术中的活塞系统效率过小的问题，仔细研究了导致活塞系统能量耗损的主要原因，认为活塞往复运动时活塞的惯性是导致能量耗损的主要因素，活塞系统在往复运动中需要两次克服活塞的惯性，这需要消耗能量，因此要提高活塞系统的效率，必须消除活塞的惯性，本发明便围绕着如何消除活塞运动过程中产生的惯性消耗进行了许多改进。要消除活塞的惯性，就必须要保证活塞永远只能朝着一个方向运动，由于活塞系统必须要满足周期运动的约束，因此活塞必须要有一个“回复”历程，因此高效率的活塞应该由一个活塞做功历程和一个活塞“回复”历程组成；如果“回复”历程中不产生惯性，则活塞必须做圆周运动，而不能做原路径上的往复运动，基于这种分析，活塞必须要放置在一个做旋转运动的转子上；活塞的运动是个受力的过程，在旋转过程中实际上表现为受力矩作用的历程，活塞既然不可避免地要出现“回复”过程，考虑到活塞“回复”历程中不能消耗能量的要求，活塞上所受到的力矩应该是0，实现这个要求的最简单的办法就是让活塞在“回复”历程中“消失”，变成转子的一部分，且不与流体相接触，这样就可以保证“回复”过程中活塞不会受到流体的作用而不产生力矩。三、发明内容: 本发明是为了解决上述技术背景的不足，提供一种滑片式旋转活塞，其可提高活塞的效率。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种滑片式旋转活塞，其特征在于:包括壳体，所述的壳体的两端设置有定子前封头和定子后封头，所述的壳体的内部设置有转子，所述的转子上均匀设置有凹槽，凹槽内嵌入可滑动的滑片，所述的转子与壳体的内壁之间部分区域设置有隔离块，所述的与隔离块相对的位置为活塞腔，处于活塞腔的滑片伸出于凹槽与壳体内壁接触，所述的隔离块与活塞腔之间的壳体上、定子前封头上或定子后封头上设置有流体进口和流体出口，所述的凹槽至少设置有3个。所述的滑片将壳体分为高压腔、活塞腔、低压腔和回复区四个部分。所述的旋转于高压腔或低压腔的滑片处于缩入或伸出状态。所述的旋转于隔离块的滑片缩于转子的凹槽内。所述的隔离块至少设置有I个。与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下:本发明由于消除了往复式活塞的惯性损失和曲柄连杆的损失，其效率高于曲柄连杆活塞系统，且体积也小于曲柄连杆活塞系统。 四: 图1径向滑片式旋转活塞基本结构横截剖面示意 图2径向滑片式旋转活塞基本结构轴剖面示意图3轴向滑片式旋转活塞基本结构示意图。附图标记说明:1_转子，2-滑片，3-活塞腔，4-隔离块，5-高压腔，6-低压腔，7-流体进口，8-流体出口，9-定子后封头，10-定子前封头，11-轴承，12-滑片导槽结构，13-定子与转子间的动密封结构，14-定子各结构间的静密封结构，15-转动轴，16-壳体。五具体实施方式: 下面结合附图对本发明做详细说明: 一种滑片式旋转活塞，包括壳体16，所述的壳体16的两端设置有定子前封头10和定子后封头9，所述的壳体16的内部设置有转子1，所述的转子I上均匀设置有凹槽，凹槽内嵌入可滑动的滑片2，所述的滑片2将壳体16分为高压腔、活塞腔、低压腔和回复区四个部分，所述的旋转于高压腔或低压腔的滑片2处于缩入或伸出状态，旋转于隔离块4的滑片2伸缩于转子I内； 所述的转子I与壳体16的内壁之间部分区域设置有隔离块4，所述的隔离块至少设置有I个，所述的与隔离块4相对的位置为活塞腔，处于活塞腔的滑块2的伸出于凹槽与壳体内壁接触，所述的隔离块4与活塞腔之间的壳体16上、定子前封头10上或定子后封头9上设置有流体进口 7和流体进口 8，所述的凹槽2至少设置有3个。本发明由转子1、多个滑片2组成的滑片组、高压腔5、低压腔6、隔离块4、活塞腔3、壳体16、流体进口 7、流体出口 8、定子前封头10和定子后封头9及必要的密封连接结构组成(其中必要的密封连接结构是指为保证壳体与前封头、壳体与后封头、前后封头与转子之间对接密封而必须的结构，如可以采用工程上常见的螺栓连接结构、密封圈结构、迷宫式动密封结构等)；所述的转子I相对壳体16、隔离块4、活塞腔3、高压腔5、低压腔6以及前后定子封头做旋转运动，其上开有多个槽，槽内可以放置滑片；滑片2随着转子转动并相对转子可以产生运动，有2种运动方式:滑片2相对转子I的径向做滑入或滑出的运动(如图1和图2所示)、滑片2相对转子I的轴向做滑入或滑出的运动(如图3所示)；所述的壳体16有部分区段在环向方向被分为高压腔5、活塞腔3、低压腔6和回复区四个部分，其中每个时刻滑片组中至少有一个滑片在活塞区将高压流体和低压流体隔离，隔离块4在回复区将高压流体和低压流体隔离；所述的滑片组中的每个滑片2在回复区应缩入到转子中，在高压腔、低压腔中做滑入或滑出的运动，在活塞区则做功；所述的流体进口 7和流体出口 8分别与高压腔5和低压腔6相连接。本发明滑片式旋转活塞有两种用途，其一是用作发动机，即当有高压流体和低压流体同时存在时，推动活塞旋转，并进而推动转动轴对外做功；其二是用作泵，即当外部有旋转动力源时，带动活塞旋转，并强迫低压流体进入到高压腔中。这两种用法活塞基本结构是相同的，但流体进口 7和流体出口 8的位置不同，在本发明被用作发动机的场合，流体进口 7与高压腔5相通，流体出口 8与低压腔6相通；在本发明被用作泵的场合，流体进口 7与低压腔6相通，流体出口 8与高压腔5相通，除此而外，其他部分的结构均相同。依据滑片2相对转子I的运动方向，本发明分为径向滑片式旋转活塞和轴向滑片式旋转活塞两种类型，图1和图2所示的为径向滑片式旋转活塞基本结构示意图，而图3所示的为轴向滑片式旋转活塞基本结构示意图。图1是径向滑片式旋转活塞基本结构的横截面示意图，当活塞被用作发动机时，高压流体通过流体进口 7进入高压腔5，由于至少有一个滑片位于活塞区，并将高压腔与低压腔隔离，滑片的两边有压力差，此时高压流体将有作用力作用在该滑片上，滑片将作用力传递给转子，推动转子旋转，滑片也随着转子旋转，当该滑片随着转子转动出了活塞区后，进入了低压腔，活塞两面不再有压力差，不再提供力矩，但由于设计要求为任何一个时刻都至少有一个滑片在活塞区，因此下一个滑片一定在活塞区中，并将高压腔与低压腔隔离，这个滑片接着提供力矩，从而导致转子受到持续的力矩，这个过程周而复始地进行，转子将持续有力矩作用，就可以对外提供旋转运动。进入低压腔的滑片在该腔内沿着径向向心滑动，在进入回复区之前滑入到转子中，在回复区中滑片在转子中将尽量不与隔离块接触以减少摩擦，在滑片转动进入高压腔后将沿着径向离心滑动，在进入活塞区前旋转到指定的位置以便进入到活塞区中，在活塞区中滑片的位置应能保证一定的密封效果以达到将高压流体与低压流体隔离的要求，实现该效果的方法为滑片与活塞区四壁的结构如壳体、前后封头、隔离块、转子等保持接触并不留过大的间隙。轴向滑动式旋转活塞与径向滑动式旋转活塞的工作历程是相同的，不同的地方是滑片在低压腔沿着轴向缩入，在高压腔沿着轴向滑出，转子及其他部组件因此要进行一些相应的结构调整。当活塞被用作泵时，外部动力源推动转子旋转，进而推动滑片旋转，旋转的方向应该是将低压流体推向高压流体，滑片在进入活塞区之前由于至少有一个滑片已位于活塞区，这两个滑片所夹的空间中的低压流体就被挟持到高压流体区中，这个过程周而复始地进行，低压流体就会持续地进入到高压腔中。在上述过程中，进入高压腔的滑片在该腔内沿着径向向心滑动，在进入回复区之前滑入到转子中，在回复区中滑片在转子中将尽量不与隔离块接触以减少摩擦，在滑片转动进入低压腔后将沿着径向离心滑动，在进入活塞区前旋转到指定的位置以便进入到活塞区中，在活塞区中滑片的位置应能保证一定的密封效果以达到将高压流体与低压流体隔离的要求。轴向滑动式旋转活塞与径向滑动式旋转活塞的工作历程是相同的，不同的地方是滑片在低压腔沿着轴向缩入，在高压腔沿着轴向滑出，转子及其他部组件因此要进行一些相应的结构调整。在滑片滑动的过程中，滑片相对转子可以是平动，也可以有一定程度的转动。无论活塞被用作发动机还是用作泵，由于要求隔离块具有隔离作用，高压流体不能通过该处进入到低压流体中。因此隔离块是个板状或块状结构，应固定在壳体上，或者干脆就是壳体的一个组成部分，同时还与转子或滑片接触，并应保证隔离块与转子或滑片接触部位有一定的密封效果。流体进口和流体出口可以设置在壳体上，也可以设置在封头上，或者一个在壳体另一个在封头上，视使用需求而定。图2所示的活塞结构其流体进口和流体出口都在壳体上，而图3所示的活塞结构其流体进口和流体出口都在封头上。控制滑片到达指定位置的方法有很多种，最常用的是在封头或壳体上设置导槽，滑片上设计一个与之配合的凸起，这种方法在滑片式压缩机中被广泛应用，是技术上比较成熟的方法。滑片的数量确定方法如下: 以转子转动轴线为中心，设活塞区所张的角为5，由于要求任何时刻活塞区内至少有一个滑片，因此滑片的数量《应满足权利要求1.一种滑片式旋转活塞，其特征在于:包括壳体(16)，所述的壳体(16)的两端设置有定子前封头(10)和定子后封头(9)，所述的壳体(16)的内部设置有转子(1)，所述的转子(I)上均匀设置有凹槽，凹槽内嵌入可滑动的滑片(2)，所述的转子(I)与壳体(16)的内壁之间部分区域设置有隔离块(4)，所述的与隔离块(4)相对的位置为活塞腔，处于活塞腔的滑片(2)伸出于凹槽与壳体内壁接触，所述的隔离块(4)与活塞腔之间的壳体(16)上、定子前封头(10)上或定子后封头(9)上设置有流体进口(7)和流体出口(8)，所述的凹槽至少设置有3个。2.根据权利要求1所述的滑片式旋转活塞，其特征在于:所述的滑片(2)将壳体(16)分为高压腔、活塞腔、低压腔和回复区四个部分。3.根据权利要求1或2所述的滑片式旋转活塞，其特征在于:所述的旋转于高压腔或低压腔的滑片(2)处于缩入或伸出状态。4.根据权利要求3所述的滑片式旋转活塞，其特征在于:所述的旋转于隔离块(4)的滑片(2)缩于转子(I)的凹槽内。5.根据权利要求4所述的滑片式旋转活塞，其特征在于:所述的隔离块至少设置有I个。全文摘要本发明涉及一种滑片式旋转活塞。曲柄连杆活塞系统是最常用的运动机械之一，其结构复杂，需要曲柄、连杆、往复式活塞等众多部件，能量转换的环节多，由于每个环节都会有能量消耗，因此总的能量损耗更大。本发明由壳体、转子、滑片、隔离块等组成，转子上的滑片可相对转子滑动，壳体被分为高压腔、活塞腔、低压腔和回复区四个部分，任何时刻高压流体和低压流体都被隔离块和至少一个活塞腔的滑片所隔离，滑片在高压腔或低压腔处缩入或滑出。本发明与曲柄连杆活塞系统具有完全相同的功效，凡是曲柄连杆活塞系统可以使用的场合本发明都可使用，其效率远远高于曲柄连杆活塞系统，可以用于各种透平机械、发动机、泵等场合，具有非常广泛的用途。文档编号F04C15/00GK103195707SQ20131012608公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日发明者贾东明 申请人:贾东明