本发明涉及一种动力转换装置,包括壳体、活塞组、曲轴机构,其特征是:壳体为两端开放的矩形筒状结构,壳体的两个相对的内壁为工作面,另外两个相对的内壁为滑动面;活塞组中每个活塞均有两个工作面、两个滑动面和两个组合面,活塞之间以组合面相邻并列排列构成活塞组,活塞组在壳体内沿壳体轴向排列;每个活塞设有一个独立的等长度的活塞杆;曲轴机构设在壳体外部,曲轴机构由曲轴、曲柄构成,曲轴上的曲拐数量与活塞组中活塞数量相等,每个曲柄均与对应的活塞杆相连接。其优点是:结合了往复活塞汽缸和涡轮两种机械装置的优点,具有构造简单、制造工艺简单,动力转化比高的特点,而且可以通过模块化组合实现设备的大型化。
1.一种动力转换装置,包括壳体、活塞组、曲轴机构,其特征是:壳体为两端开放的矩形筒状结构,壳体的两个相对的内壁为工作面,另外两个相对的内壁为滑动面;活塞组至少由四个独立的活塞构成,每个活塞均有两个工作面、两个滑动面和两个组合面,活塞的两个工作面分别与壳体的两个工作面相对,两个滑动面与壳体的两个滑动面接触,活塞之间以组合面相邻并列排列构成活塞组,活塞组在壳体内沿壳体轴向排列;每个活塞设有一个独立的等长度的活塞杆,活塞组中所有活塞的活塞杆均设在活塞相同一侧的工作面上,活塞杆穿过壳体工作面上预设的孔延伸至壳体外;曲轴机构设在壳体外部,曲轴机构由曲轴、曲柄构成,曲轴上的曲拐数量与活塞组中活塞数量相等,每个曲拐上有一个曲柄,每个曲柄均与对应的活塞杆相连接,相邻曲拐间的相位角=曲轴总扭曲度÷n,曲轴总扭曲度≥360°,n为曲拐数。
2.根据权利要求1所述的动力转换装置,其特征是:壳体的工作面与活塞工作面是平面。
3.根据权利要求1所述的动力转换装置,其特征是:壳体的工作面上有凸起。
4.根据权利要求3所述的动力转换装置,其特征是:在活塞工作面上有与壳体的工作面上的凸起对应的凹槽。
5.根据权利要求1所述的动力转换装置,其特征是:活塞组是围绕壳体的中轴线以正弦曲线的形态排列和运行。
6.根据权利要求1所述的动力转换装置,其特征是:活塞组中的活塞的工作面是等面积的,或是从左到右按缩放形式渐变的。
7.根据权利要求1所述的动力转换装置,其特征是:壳体和活塞组构成一个独立的设备工作单元,两个或两个以上的工作单元能够并列组合,组合方式是:相邻壳体内相对应的活塞之间通过等长度的连杆串接,这种并行的设备工作单元共用同一个曲轴机构。技术领域
本发明涉及一种动力转换机械装置,可以将流体的压力和机械的旋转力高效互相转换,属于能够进行动力转换的机械领域。
背景技术
动力转换机械装置按照用途划分为发动机和推进器(泵)两大类;按照构造划分主要有涡轮(螺旋桨)和往复活塞汽缸两种形式,这两种不同构造的动力转换装置都能够用于制造发动机和推进器(泵)。例如:往复活塞汽缸既用于制造内燃发动机,也用于制造活塞泵;涡轮(螺旋桨)既用于制造风力和水力发动机,也用于制造推进器和泵。上述动力转换装置的原理和技术在当代社会已经公开普及,依据上述原理制造的机械设备在日常的生产和生活中也广泛应用,例如船舶推进器、气体压缩机、内燃机、汽轮机、水轮机等。涡轮主要由外壳、转子和叶片组成,优点是构造简单,制造大功率机械的成本较低,缺点是动力转化比较低。往复活塞汽缸装置主要由曲轴、活塞、汽缸组成,优点是动力转化比相对较高,但是结构复杂,部件的加工精度要求高,大型设备的制造成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种动力转换装置,综合了往复活塞汽缸和涡轮两种机械装置在构造上的各自特点,既有涡轮的两端开放的桶装壳体使流体快速通过,又有往复活塞汽缸和曲轴使动能的转化比得以提高,而且在采用模块化以后实现设备大型化曲轴小型化,降低设备制造难度和制造成本。本发明的目的是由以下方式实现的:本发明的动力转换装置包括壳体、活塞组、曲轴机构,其中:壳体为两端开放的矩形筒状结构,壳体的两个相对的内壁为工作面,另外两个相对的内壁为滑动面;活塞组至少由四个独立的活塞构成,每个活塞均有两个工作面、两个滑动面和两个组合面,活塞的两个工作面分别与壳体的两个工作面相对,两个滑动面与壳体的两个滑动面接触,活塞之间以组合面相邻并列排列构成活塞组,活塞组在壳体内沿壳体轴向排列;每个活塞设有一个独立的等长度的活塞杆,活塞组中所有活塞的活塞杆均设在活塞相同一侧的工作面上,活塞杆穿过壳体工作面上预设的孔延伸至壳体外;曲轴机构设在壳体外部,曲轴机构由曲轴、曲柄构成,曲轴上的曲拐数量与活塞组中活塞数量相等,每个曲拐上有一个曲柄,每个曲柄均与对应的活塞杆相连接,相邻曲拐间的相位角=曲轴总扭曲度÷n,曲轴总扭曲度≥360°,n为曲拐数。所述壳体的工作面与活塞工作面是平面,或是壳体的工作面有凸起;所述活塞为矩形或H形的柱状结构;当壳体的内壁具有凸起时,在活塞的对应面上设有与凸起相配合的凹槽;所述活塞组是围绕壳体的中轴线以正弦曲线的形态排列和运行;所述活塞组中的活塞的工作面是等面积的,或是从左到右按缩放形式渐变的;所述壳体可以是独立的壳体,也可以是其他设备的一部分;所述的壳体和活塞组构成一个独立的设备工作单元,两个或两个以上的工作单元能够并列组合,组合方式是:相邻壳体内相对应的活塞之间通过等长度的连杆串接,这种并行的设备工作单元可以共用同一个曲轴机构。本发明的动力转换装置能够作为推进器或发动机使用。本发明的优点是:结合了往复活塞汽缸和涡轮两种机械装置的优点,具有构造简单、制造工艺简单,动力转化比高的特点,而且可以通过模块化组合实现设备的大型化。
附图说明
图1是本发明的基本构造示意图,这种工作单元对应的曲轴总扭曲度为360°;图2是本发明所述的矩形柱状活塞的结构示意图;图3是本发明所述的H形柱状活塞的结构示意图;图4是活塞组中的活塞的工作面从左到右以缩放形式渐变的工作单元示意图,这种工作单元对应的曲轴总扭曲度应大于540°;图5至图13是由4个活塞构成的工作单元在曲轴旋转一周时,活塞组中各个活塞从起始位置往复运行并回到起始位置的一个工作循环的状态图,图中的壳体工作面上设有凸起、活塞的工作面上设有凹槽,外壳两个工作面上的凸起错位间隔排列,活塞工作面上的凹槽位于两个工作面斜线相对的两角处,凸起与凹槽相配合工作,图中指示了活塞的凹槽与壳体工作面的凸起相配合的状态;图14是两个以上的工作单元并列组合后与一个曲轴构成大型装置的结构示意图。图中:1.壳体,11.壳体壳体上的凸起,2.活塞组,2a~2l.活塞组中的活塞,21.活塞上与壳体上的凸起对应的凹槽,3.活塞杆,4.曲柄,5.曲轴,6.连杆。
具体实施方式
参照附图1,本发明的动力转换装置包括壳1、活塞组2、曲轴机构,其中:壳体1为两端开放的矩形筒状结构,壳体的两个相对的内壁为工作面,另外两个相对的内壁为滑动面;活塞组2由2a~21十二个独立的活塞构成,每个活塞均有两个工作面、两个滑动面和两个组合面,活塞的两个工作面分别与壳体的两个工作面相对,两个滑动面与壳体的两个滑动面接触,活塞之间以组合面相邻并列排列构成活塞组,活塞组在壳体内沿壳体轴向排列;每个活塞设有一个独立的等长度的活塞杆3,活塞组中所有活塞的活塞杆均设在活塞相同一侧的工作面上,活塞杆穿过壳体工作面上预设的孔延伸至壳体外;曲轴机构设在壳体外部,曲轴机构由曲轴5、曲柄4构成,曲轴上的曲拐数量与活塞组中活塞数量相等,每个曲拐上有一个曲柄4,每个曲柄均与对应的活塞杆相连接,相邻曲拐间的相位角=曲轴总扭曲度÷n,曲轴总扭曲度≥360°,n为曲拐数。将发动机与本发明图1所示的动力转换装置的曲轴机构连接后,发动机提供的动力带动曲轴机构旋转并驱动活塞往复运动,使流体从壳体的左端吸入从另一段右输出,这构成一种推进器。将这种推进器应用于船舶能够驱动船舶航行。大型船舶采用本发明图14所示的多单元并列装置作为推进器替代螺旋桨推进器,能够克服空泡效应和汽蚀效应,提高航行速度,制造成本和运行成本也低于现有的大型螺旋桨和活塞泵推进器。将提供高压流体的管道与本发明图1所示动力转换装置的壳体一端相连并输入高压液体,壳体两端的压差在驱使液体从壳体一端流向另一端时能够驱动活塞组往复运动并带动曲轴旋转,这构成一种发动机。这种工作单元按照图14所示多单元并列组合制造的水力发动机能够用于水力发电。当工作介质为气体时,将发动机与本发明图4所示活塞工作面从左至右逐渐变小的工作单元构成的动力转换装置的曲轴机构连接后,发动机提供的动力带动曲轴机构旋转并驱动活塞往复运动,气体从壳体的左端吸入从右端输出的同时气体的密度受到压缩,这构成一种气体压缩机。使用一组以上的这种工作单元串行连接可以使气体密度得到连续压缩。将提供高压流体的管道与本发明图4所示的,活塞工作面从左至右逐渐变小的工作单元构成的动力转换装置的壳体右端相连并输入高压气体,壳体两端的压差在驱使气体从壳体右端流向左端时能够驱动活塞组往复运动并带动曲轴机构旋转,在这一过程中气体密度逐渐降低、压力逐渐得到释放。这种工作单元按照图14的方式并列组合后可以用于制造蒸汽发动机本发明所述动力转换装置由于曲轴机构和活塞组的运行特性所造成的,在以曲轴旋转一周为周期的时段内,存在所有活塞工作面均脱离壳体工作面的现象,此时段内壳体两端出现贯通现象,当工作介质为气体时或者构成活塞组的活塞数量较少时,会造成动能转化效率的严重下降,如图5至图13所示,由四个活塞构成活塞组的推进器,曲轴旋转至特定角度时,四个活塞的工作面均脱离壳体的工作面,在壳体的工作面增加凸起11,在活塞的工作面增加与工作面的凸起相配合的凹槽21,能够解决这一问题。