專利名稱：旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣馬達(或蒸汽或燃氣馬達)，尤其是結(jié)構(gòu)簡單，變速范圍大，長壽命，大功率，大容積，可擴展在多種工作溫度條件下及多種氣體介質(zhì)中運行的旋轉(zhuǎn)容積式氣體馬達。當(dāng)介質(zhì)為燃氣時，可稱之為燃氣馬達，當(dāng)介質(zhì)為蒸汽時，可稱之為蒸汽馬達，當(dāng)介質(zhì)為壓縮空氣時，可稱之為空氣馬達。
背景技術(shù)：
氣馬達是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化成連續(xù)回轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，按結(jié)構(gòu)形式可分為葉片式、活塞式和齒輪式三類。
葉片馬達主要由定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配流盤、軸和殼體等零部件組成。葉片馬達是一組能在滑槽中沿徑向伸縮的矩形葉片，葉片把前后端蓋和轉(zhuǎn)、定子間的環(huán)狀空間沿圓周分隔成與葉片數(shù)量相同的封閉小室。由于轉(zhuǎn)、定子間的徑向距離沿圓周變化，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過程中這些小室的容積會發(fā)生周期性的擴大和縮小。葉片底部裝有彈簧，保證馬達起動時葉片緊貼定子曲線表面。葉片馬達的缺點是抗污染能力較差，對工作介質(zhì)的清潔度要求高，且由于工作中葉片與定子間接觸，需要有潤滑油進行潤滑，易磨損。
活塞式氣馬達是通過曲柄或斜盤將若干個活塞的直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動，其結(jié)構(gòu)有徑向活塞式和軸向活塞式兩種。徑向活塞式氣馬達的工作室由活塞和缸體構(gòu)成，幾個氣缸圍繞曲軸呈放射狀分布，每個氣缸通過連桿與曲軸相連。通過壓縮空氣分配閥向各氣缸順序供氣，壓縮空氣推動活塞運動，帶動曲軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)配氣閥轉(zhuǎn)到某角度時，氣缸內(nèi)的余氣經(jīng)排氣口排出。改變進、排氣方向，可實現(xiàn)氣馬達的正、反轉(zhuǎn)換向。軸向活塞式氣馬達的結(jié)構(gòu)是在軸向均布氣缸，在輸入壓縮空氣的作用下氣缸活塞依次作往復(fù)直線運動，通過斜盤作用，把直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的回轉(zhuǎn)運動。活塞式氣馬達的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多，價格高，由于活塞在氣缸內(nèi)運動，還需要有潤滑油系統(tǒng)。
齒輪式氣馬達是由一對齒輪和前蓋、后蓋及殼體構(gòu)成，兩個齒輪相互嚙合，并與前蓋、后蓋及殼體接觸。兩個相互嚙合的齒輪把氣馬達分成進入腔和排出腔，高壓氣體流入進入腔內(nèi)，推動兩個齒輪轉(zhuǎn)動，并在排出腔將氣體排出。齒輪多采用標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒形，漸開線方程為ρ2=R2(1+α2)θ=α-arctgα]]>齒輪式氣馬達有雙齒輪式和多齒輪式，齒輪可采用直齒、斜齒和人字齒。采用直齒輪的氣馬達可以正反轉(zhuǎn)動，采用人字齒輪或斜齒輪的氣馬達則不能反轉(zhuǎn)。齒輪氣馬達也具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、易正反轉(zhuǎn)的特點，但要有潤滑油進行潤滑，易磨損，壽命低。
以上氣馬達均是通過部件接觸磨擦來完成密封功能的，對于低壓高速轉(zhuǎn)動的條件下，氣馬達極易造成磨損，壽命低，特別是對于高溫的燃氣及蒸汽介質(zhì)，由于使?jié)櫥褪?，氣馬達不能使用。
渦輪的工作是從燃燒系統(tǒng)釋放的燃氣流吸收能量，并將其膨脹到較低的壓力和溫度，渦輪是由若干級的靜止導(dǎo)向器葉片和若干級的旋轉(zhuǎn)工作葉片組成，其基本部件有燃燒室燃氣導(dǎo)管、導(dǎo)向器葉片、渦輪盤和渦輪工作葉片。轉(zhuǎn)動組件由裝在渦輪機匣的軸承支承，渦輪軸可以和壓氣機軸共用一個軸，或者由自動定心的聯(lián)軸器與壓氣機軸相接。導(dǎo)向器葉片具有翼型截面，相鄰葉片之間的通道構(gòu)成了收斂的涵道。渦輪工作葉片也設(shè)計成翼型截面，每個相鄰葉片之間的通道使氣流穩(wěn)定地加速到喉部，喉部的面積最小，速度達到了所需的出口速度，來產(chǎn)生要求的反力度。渦輪在小功率狀態(tài)下，半徑很小，泄漏增大，效率很低，此外當(dāng)渦輪的工作狀態(tài)偏離設(shè)計點時，或在低速狀態(tài)下，渦輪效率很低。
汽輪機是一種以蒸汽為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機械功的旋轉(zhuǎn)機械。汽輪機做功的基本單元是汽輪機級，汽輪機級由噴嘴葉柵和動葉柵組成，汽輪機可由單級或多級串聯(lián)組合而成。蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能需要在各汽輪機級中先后經(jīng)過兩次能量轉(zhuǎn)換。首先，當(dāng)一定溫度和壓力的蒸汽經(jīng)過噴嘴葉柵時，將熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽高速流動的動能然后，當(dāng)高速汽流經(jīng)過動葉柵時，將動能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能，從而完成利用蒸汽熱能驅(qū)動機械做功的任務(wù)。汽輪機使用在小功率時，由于葉片半徑很小，效率很低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的氣馬達易磨損、壽命低、高溫不能使用以及渦輪和汽輪機在小功率狀態(tài)下效率低的不足，本發(fā)明提供一種氣馬達，該氣馬達利用旋轉(zhuǎn)容積做功原理，采用非接觸氣體動密封機理。做功及封閉部件由旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達的兩個轉(zhuǎn)子負責(zé)完成，而傳動部件由聯(lián)動器負責(zé)完成，聯(lián)動器可以是齒輪組、萬向節(jié)、齒輪和齒套、連軸器，從而使得該氣馬達能在高速及高溫條件下運行，由于采用非接觸氣體的動密封，延長氣馬達的壽命，擴展氣馬達使用的溫度條件，該氣馬達可在燃氣、蒸汽、壓縮空氣等高低溫度條件下的各種氣體介質(zhì)中工作。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達是由殼體、端蓋、A和B兩個活塞輪轉(zhuǎn)子、進氣管、排氣管、噴嘴、軸承以及聯(lián)動器組成，聯(lián)動器使得A和B兩個活塞輪轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速同步勻速轉(zhuǎn)動，聯(lián)動器可以是同步齒輪、萬向節(jié)、連軸器或其它的齒輪組構(gòu)成。兩個活塞輪轉(zhuǎn)子是軸上帶有二個或二個以上扇形齒的圓柱體(或圓錐體)，其結(jié)構(gòu)相同，它是由外徑R圓弧面、內(nèi)徑r圓弧面和包絡(luò)面組成，外徑R圓弧面、內(nèi)徑r圓弧面共軸心，扇形齒軸截面上的每個包絡(luò)線與其對應(yīng)的外徑圓弧和內(nèi)徑圓弧的兩個交點連線過轉(zhuǎn)子的軸心線，兩個活塞輪轉(zhuǎn)子通過軸承安裝在殼體上，活塞輪轉(zhuǎn)子的外徑圓弧面與殼體相接近(存在有微小間隙)，一個活塞輪轉(zhuǎn)子的外徑圓弧面與另外一個活塞輪轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑圓弧面相接近(存在有微小間隙)，活塞輪轉(zhuǎn)子上的包絡(luò)面可使A和B兩個活塞輪轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動的扇形齒之間不發(fā)生干涉。兩個活塞輪轉(zhuǎn)子與殼體及端蓋表面形成兩個工作容積腔——氣體進入腔和氣體排出腔。當(dāng)活塞輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，始終都有一個轉(zhuǎn)子將進入腔和排出腔隔開，而另一個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，使得進入腔的工作容積變大，排出腔的工作容積變小，氣體介質(zhì)就是在噴嘴處膨脹，產(chǎn)生高速氣流，利用氣流動能和進入腔和排出腔的壓差推動活塞輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而做功的。旋轉(zhuǎn)活塞輪的密封機理為非接觸式氣體的動密封，其需要密封的有三個部分，一是活塞輪轉(zhuǎn)子外徑圓弧面與殼體之間的間隙，二是活塞輪轉(zhuǎn)子兩個側(cè)面與端蓋之間的間隙，三是兩個活塞輪轉(zhuǎn)子之間的間隙。第一項密封是在殼體內(nèi)壁沿軸向開有一系列的小槽，利用氣體存在粘度，將附著在高速轉(zhuǎn)動的活塞輪轉(zhuǎn)子上高速氣流滯止為靜止，產(chǎn)生氣環(huán)，其作用類似活塞環(huán)，阻止泄漏，也可以在活塞輪轉(zhuǎn)子上沿軸向開有“V”形槽，利用相同密封機理，也可以產(chǎn)生密封作用。由于活塞輪轉(zhuǎn)子外徑面與殼體之間的間隙相對活塞輪轉(zhuǎn)子半徑十分微小，活塞輪轉(zhuǎn)子又高速旋轉(zhuǎn)，設(shè)計適當(dāng)數(shù)目的槽，即可以達到氣體的密封作用，而又不至產(chǎn)生過大阻力；第二項活塞輪轉(zhuǎn)子側(cè)面與端蓋之間的間隙密封，可以在活塞輪轉(zhuǎn)子的側(cè)面上開一系列起密封作用的槽，也可以在端蓋上開一系列槽，利用氣體的粘性以及小槽氣環(huán)的作用來達到間隙的動密封的；第三項兩個活塞輪轉(zhuǎn)子之間的間隙的密封，氣體介質(zhì)在噴嘴處膨脹，產(chǎn)生很高的氣流，根據(jù)柏努力方程，通過設(shè)計氣流方向，使得兩個轉(zhuǎn)子相結(jié)合的區(qū)域成為一個低壓區(qū)，兩個活塞輪轉(zhuǎn)子之間間隙利用這個低壓區(qū)進行密封，由于兩個活塞輪轉(zhuǎn)子間隙很小，活塞輪轉(zhuǎn)子又是高速轉(zhuǎn)動，活塞輪轉(zhuǎn)子帶動附面層內(nèi)的氣體運動，而這個氣流的運動方向可以抑制泄漏?；钊嗈D(zhuǎn)子上的包絡(luò)面可使A和B兩個活塞輪轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動，扇形齒之間不發(fā)生干涉?；钊嗈D(zhuǎn)子的包絡(luò)面與外徑R圓弧面的交線和包絡(luò)面與外徑r圓弧面的交線共面并通過軸心線，扇形齒軸截面上的包絡(luò)線與其對應(yīng)的外徑圓弧線和內(nèi)徑圓弧線的兩個交點過圓弧的圓心，包絡(luò)線方程為X=cos(θ-α)×[(R+r-Rcosθ)2+R2sin2θ]Y=sin(θ-α)×[(R+r-Rcosθ)2+R2sin2]α=arctg[Rsinθ/(R+r-Rcosθ)]0≤θ≤arccos[(R+r)/(2R)]]]>此方程式中X、Y作標(biāo)原點是活塞輪轉(zhuǎn)子軸截面同心圓的原點，X軸通過包絡(luò)線與其對應(yīng)的r、R圓弧的交點，通過給定不同的θ值可以畫出包絡(luò)線，此包絡(luò)線稱之為理論包絡(luò)線，而實際上只要將理論包絡(luò)線包絡(luò)在內(nèi)的任何一個包絡(luò)線都可以使兩個活塞輪轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生干涉。由于任何曲線繞其原點轉(zhuǎn)過一定角度所掃過的不規(guī)則面積等于該曲線對應(yīng)的半徑轉(zhuǎn)過同樣角度的兩扇形面積之差，如果氣體的壓縮性可以忽略，旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達的容積排量Q＝π(R2-r2)ωB，其中ω是旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達的角速度，B是旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達的活塞輪轉(zhuǎn)子的寬度。旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達的排氣口可以開在殼體的徑面上，也可以開在端面上，特別是排氣口開在接近軸心的側(cè)面端面上，在保證不使進入腔和排出腔連通的情況下，利用氣體高速旋轉(zhuǎn)的動能繼續(xù)推動活塞輪轉(zhuǎn)子膨脹做功，再從側(cè)面端蓋上的排出口排出，深化能量的利用率。
兩個活塞輪轉(zhuǎn)子可以是圓柱狀的，也可以是圓錐狀的。兩個活塞輪轉(zhuǎn)子的軸心可以是90度角或者銳角及鈍角，當(dāng)兩個活塞輪轉(zhuǎn)子的軸心可以是90度角或者銳角及鈍角時，其包絡(luò)面的截面曲線可以是前述的包絡(luò)曲線也可以是漸開線或者其他的包絡(luò)線，聯(lián)動器可以是錐形齒輪組或者球齒、齒套組以及萬向節(jié)等。對于小功率的氣馬達，其結(jié)構(gòu)緊湊。旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達在取消噴嘴的情況下，也可用在低壓大流量的流體介質(zhì)中，如用在水、油等其他流體介質(zhì)中，而微小間隙的泄漏對其影響不大。
本發(fā)明的有益效果是，由于旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達做功和封閉功能由兩個活塞輪轉(zhuǎn)子完成，其傳動功能由聯(lián)動器完成，利用旋轉(zhuǎn)容積做功原理，采用非接觸摩擦的動密封機理，效率高，無磨損，使用壽命長，可擴展在高溫條件下高速運行。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)原理A-A剖面圖。
圖3是第一實施例的一種外形結(jié)構(gòu)圖。
圖4是第二實施例(轉(zhuǎn)子軸心相交成鈍角)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖5是第二實施例活塞輪錐轉(zhuǎn)子的側(cè)面圖。
圖6是第二實施例活塞輪錐轉(zhuǎn)子B-B的截面圖。
圖7是第二實施例活塞輪錐轉(zhuǎn)子C-C的截面圖。
圖8是第二實施例的外形結(jié)構(gòu)圖。
圖9是第三實施例(轉(zhuǎn)子軸心相交成直角)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖10是本發(fā)明第一實施例的另一種轉(zhuǎn)子的截面圖(帶三個扇形齒)。
在圖中，1.殼體，2.端蓋，3.A活塞輪轉(zhuǎn)子，4.B活塞輪轉(zhuǎn)子，5.軸承，6.齒輪組，7.外徑R圓弧面，8.內(nèi)徑r圓弧面，9.包絡(luò)面，10.進入腔，11.排出腔，12.噴嘴，13.密封槽，14.A活塞輪錐轉(zhuǎn)子，15.B活塞輪錐轉(zhuǎn)子，16.齒套，17.外錐面，18.內(nèi)錐面，19.A活塞輪直角轉(zhuǎn)子，20.B活塞輪直角轉(zhuǎn)子，21.錐齒輪組，22.外柱面，23.內(nèi)柱面，24.排氣涵道，25.排氣管，26.進氣管，27.圓錐底盤，28.帶齒的軸，29.圓錐扇形齒，30.扇形齒。
具體實施例方式
在圖1和圖2中，旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達是由殼體(1)、端蓋(2)、A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)、B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)、噴嘴(12)、密封槽(13)、軸承(5)、進氣管(26)、排氣管(25)以及齒輪組(6)組成，齒輪組(6)使得A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)以一定的轉(zhuǎn)速同步勻速轉(zhuǎn)動。A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)結(jié)構(gòu)相同，是軸上帶有兩個(也可以兩個以上)扇形齒的圓柱體，是由外徑R圓弧面(7)、內(nèi)徑r圓弧面(8)和包絡(luò)面(9)組成，外徑R圓弧面(7)、內(nèi)徑r圓弧面(8)共同心，扇形齒軸截面上的包絡(luò)線與其對應(yīng)的外徑圓弧和內(nèi)徑圓弧的兩個交點連線過圓弧的圓心，A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)通過軸承(5)安裝在端蓋(2)上，A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)與殼體(1)相接近(存在有微小間隙)，A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)的外徑R圓弧面(7)與B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)的內(nèi)徑r圓弧面(8)相接近(存在有微小間隙)，包絡(luò)面(9)可使A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)在勻速轉(zhuǎn)動過程中，兩個轉(zhuǎn)子的扇形齒之間不發(fā)生干涉。A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)與殼體(1)及端蓋(2)表面形成的兩個工作容積腔進入腔(10)和排出腔(11)，A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)與端蓋(2)之間相接近(有微小的間隙，利用氣體的動密封來控制氣體的泄漏)，其工作原理為高壓氣體介質(zhì)由進氣管進入旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達內(nèi)，并經(jīng)噴嘴(12)將氣體介質(zhì)膨脹到進入腔(10)內(nèi)，氣體介質(zhì)在噴嘴(12)處進行膨脹形成高速氣流，此時A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)的外徑R圓弧面(7)與B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)內(nèi)徑r圓弧面(8)相接近(有微小的間隙，利用氣體的動密封來控制氣體的泄漏)，高速氣流的動能推動A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)轉(zhuǎn)動，同時進入腔(10)與排出腔(11)存在壓力差，其靜壓力也推動A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)轉(zhuǎn)動，此時B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)隔開進入腔(10)與排出腔(11)，起著封閉作用。當(dāng)A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)通過齒輪組(6)帶動B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)過一定角度時，A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)的內(nèi)徑r圓弧面與B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)外徑R圓弧面相接近(有微小的間隙，利用氣體的動密封來控制氣體的泄漏)，進入腔(10)與排出腔(11)的靜壓力與噴嘴(12)形成的高速氣流推動B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動，A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)起著封閉作用，A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)就這樣不斷交替完成做功和封閉的作用。旋轉(zhuǎn)活塞輪的密封機理為非接觸式氣體的動密封，其需要密封的有三個部分，一是活塞輪轉(zhuǎn)子外徑圓弧面與殼體(1)之間的間隙，二是兩個活塞輪轉(zhuǎn)子之間的間隙，三是活塞輪轉(zhuǎn)子兩個側(cè)面與端蓋(2)之間的間隙，其密封機理為一.在殼體(1)上開有密封槽(13)，A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)在殼體(1)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時，密封槽(13)可以將附在活塞輪轉(zhuǎn)子高速氣體滯止為靜止，并形成壓力環(huán)，其作用類似活塞環(huán)，若干個密封槽(13)起到密封A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)與殼體(1)間隙的氣體泄漏；二.在旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達的進入腔(10)中，高壓氣體在噴嘴(12)處由高壓膨脹到低壓，產(chǎn)生很高的氣流，這個高速的氣流又使得A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)相嚙合處的區(qū)域成為一個低壓區(qū)，它會阻止氣體從A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)的間隙進行泄漏，此外，出于A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)間隙很小，轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子帶動附面層內(nèi)的氣體運動，如果存在氣體泄漏，那么必須將附面層的氣體高速度滯止為0，然后再以反方向流出，這也抑制氣體泄漏三.A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)與端蓋(2)存在微小間隙，在A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)的側(cè)面上，或者在端蓋(2)的側(cè)面上，開一些小槽，此類似于轉(zhuǎn)子與殼體(1)的密封機理，利用小槽產(chǎn)生的壓強差及氣體的剪切力共同作用來達到氣體的動密封。包絡(luò)面(9)的作用是防止A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)與B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動過程中發(fā)生干涉現(xiàn)象。氣體介質(zhì)進入排出腔(11)后，排出腔(11)隨著A活塞輪轉(zhuǎn)子(3)和B活塞輪轉(zhuǎn)子(4)轉(zhuǎn)動容積變小，氣體介質(zhì)從排氣管(25)內(nèi)排出?；钊嗈D(zhuǎn)子軸截面上的包絡(luò)線與對應(yīng)外徑R圓弧的交點和包絡(luò)線與對應(yīng)內(nèi)徑r圓弧面的交點連線通過圓弧的圓心，包絡(luò)線的方程為X=cos(θ-α)×[(R+r-Rcosθ)2+R2sin2θ]Y=sin(θ-α)×[(R+r-Rcosθ)2+R2sin2]α=arctg[Rsinθ/(R+r-Rcosθ)]0≤θ≤arccos[(R+r)/(2R)]]]>
此方程式中X、Y作標(biāo)原點是活塞輪轉(zhuǎn)子軸截面同心圓的原點，X軸通過包絡(luò)線與其對應(yīng)r、R圓弧的交點，通過給定不同的θ值可以畫出包絡(luò)線，此包絡(luò)線稱之為理論包絡(luò)線，而實際上只要將理論包絡(luò)線包絡(luò)在內(nèi)的任何一個包絡(luò)線都可以使兩個活塞輪轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生干涉。
圖3是旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達一種外形結(jié)構(gòu)圖，其結(jié)構(gòu)是在活塞輪端蓋(2)上安裝有側(cè)面排氣涵道(24)、排氣管(25)和進氣管(26)，氣體介質(zhì)從進氣管(26)進入旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達內(nèi)，膨脹推動活塞輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功，做功后的氣體介質(zhì)通過兩個側(cè)面排氣涵道(24)進入排氣管(25)，由排氣管(25)排出。側(cè)面排氣涵道(24)是開在接近軸心的端面上，在保證不使進入腔和排出腔連通的情況下，利用氣體高速旋轉(zhuǎn)的動能繼續(xù)推動活塞輪轉(zhuǎn)子膨脹做功，深化能量的利用率。
在圖4中，旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達是由殼體(1)、A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)、B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)、端蓋(2)、排氣管、進氣管、軸承(5)以及齒套(16)和噴嘴組成，A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)結(jié)構(gòu)相同，通過軸承(5)固定在端蓋(2)上。A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)軸的一端有齒，通過齒套(16)聯(lián)動。齒套(16)使得A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)以一定的轉(zhuǎn)速同步勻速轉(zhuǎn)動。A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)是軸上帶有兩個(也可以兩個以上)扇形齒的圓錐體，是由外錐面(17)、內(nèi)錐面(18)和包絡(luò)面組成，A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)的外錐面(17)與B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)的內(nèi)錐面(18)相接近(并存在有微小間隙)，包絡(luò)面可使A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)勻速轉(zhuǎn)動的扇形齒之間不發(fā)生干涉。A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)與殼體(1)及端蓋(2)表面形成的兩個工作容積腔進入腔和排出腔，A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)之間、A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)與殼體(1)和端蓋(2)之間相接近(存在微小的間隙)，其工作原理為高壓氣體介質(zhì)由進氣管流入，在噴嘴處膨脹成高速氣流射入進入腔，設(shè)此時A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)的外錐面(17)與B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)內(nèi)錐面(18)相接近(存有微小的間隙，利用氣體介質(zhì)的動密封來控制氣體介質(zhì)的泄漏)，A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)起到隔離進入腔和排出腔的作用。高速的氣體介質(zhì)動能和進入腔和排出腔的壓差推動B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)轉(zhuǎn)動，B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)通過齒套(16)帶動A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)轉(zhuǎn)動，當(dāng)A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)轉(zhuǎn)過一定角度后，A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)的內(nèi)錐面也剛好與B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)的外錐面相接近，B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)起到隔離進入腔和排出腔的作用，氣體介質(zhì)推動A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)轉(zhuǎn)動，A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)通過齒套(16)帶動B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)轉(zhuǎn)動，A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)就這樣交替完成做功和封閉過程，包絡(luò)面的作用是防止A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)與B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)轉(zhuǎn)動過程中發(fā)生干涉現(xiàn)象，隨著A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)轉(zhuǎn)動排出腔容積變小，氣體介質(zhì)從排氣管內(nèi)排出。此氣馬達利用氣體動密封機理進行密封的，其動密封機理為在殼體(1)上開有密封槽，活塞輪錐轉(zhuǎn)子在殼體(1)內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時，密封槽可以將附在活塞輪轉(zhuǎn)子高速氣體滯止為靜止，并形成壓力環(huán)，其作用類似活塞壞，若干個密封槽起到密封活塞輪錐轉(zhuǎn)子與殼體(1)間隙的氣體泄漏；在旋轉(zhuǎn)活塞輪式氣馬達的進入腔中，高壓氣體介質(zhì)在噴嘴處出高壓膨脹到低壓，產(chǎn)生高速氣流，這個高速的氣流又使得A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)相嚙合處的區(qū)域成為一個低壓區(qū)，它會阻止氣體從進入腔與排出腔的間隙進行泄漏；A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)與端蓋(2)存在微小間隙，在A活塞輪錐轉(zhuǎn)子(14)和B活塞輪錐轉(zhuǎn)子(15)的側(cè)面上，或者在端蓋(2)的側(cè)面上，開一些小槽，此類似于轉(zhuǎn)子與殼體(1)的密封機理，利用小槽產(chǎn)生的壓強差及氣體的剪切力共同作用來達到氣體的動密封。兩個活塞輪轉(zhuǎn)子還可通過錐齒輪組、完向節(jié)機構(gòu)聯(lián)動。
圖5是活塞輪錐轉(zhuǎn)子的側(cè)面圖，它是由圓錐底盤(27)和帶有齒的軸(28)組成，圓錐底盤(27)突出有圓錐扇形齒(29)(圖示為兩個圓錐扇形齒，也可以兩個以上)，其B-B的截面圖是圖6，其C-C的截面圖是圖7。在圖6中，圓錐底盤(27)向外突出圓錐扇形齒(29)，圓錐扇形齒(29)上有外錐面(17)，圓錐底盤(27)上有帶有齒的軸(28)。在圖7中，圓錐底盤(27)有內(nèi)錐面(18)，圓錐底盤(27)上有帶有齒的軸(28)。
圖8是旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達轉(zhuǎn)子軸心相交成鈍角的外形結(jié)構(gòu)圖，進氣管(26)和排氣管(25)與旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達轉(zhuǎn)子相切，這可減少能量損失。
在圖9中，旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達是由殼體(1)、A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)、B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)、端蓋(2)、軸承(5)、進氣管、排氣管以及錐齒輪組(21)和噴嘴組成，A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)結(jié)構(gòu)相同，通過軸承(5)安裝在端蓋(2)上。錐齒輪組(21)使得A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)以一定的轉(zhuǎn)速同步勻速轉(zhuǎn)動。A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)是帶有兩個或兩個以上扇形齒的圓柱體，它是由外柱面(22)、內(nèi)柱面(23)和包絡(luò)面及側(cè)面組成，A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)與殼體(1)及端蓋(2)存在有微小間隙，一個活塞輪直角轉(zhuǎn)子的側(cè)面對應(yīng)另一個活塞輪直角轉(zhuǎn)子的內(nèi)柱面，并存在有微小間隙，包絡(luò)面可使A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)勻速轉(zhuǎn)動的扇形齒之間不發(fā)生干涉，A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)與殼體(1)及端蓋(2)表面形成的兩個工作容積腔進入腔和排出腔，A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)之間、A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)與殼體(1)和端蓋(2)之間相接近(存在微小的間隙)，其工作原理為高壓氣體介質(zhì)由進氣管和噴嘴流入進入腔，設(shè)此時A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)的側(cè)面與B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)的內(nèi)柱面(23)相接近(有微小的間隙，利用氣體介質(zhì)的動密封來控制氣體介質(zhì)的泄漏)，高壓氣體介質(zhì)在噴嘴處膨脹，形成高速氣流，氣流的動能和進入腔與排出腔的壓差推動B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)轉(zhuǎn)動，B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)通過錐齒輪組(21)帶動A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)轉(zhuǎn)動，當(dāng)A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)轉(zhuǎn)過一定角度后，A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)的內(nèi)柱面與B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)的側(cè)面相接近，B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)起到將進入腔和排出腔隔開的作用，氣體介質(zhì)推動A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)轉(zhuǎn)動，A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)通過錐齒輪組(21)帶動B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)轉(zhuǎn)動，A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)就這樣不斷交替完成做功和封閉作用的，包絡(luò)面的作用是防止A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)與B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)轉(zhuǎn)動過程中發(fā)生干涉現(xiàn)象，隨著A活塞輪直角轉(zhuǎn)子(19)和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子(20)轉(zhuǎn)動容積變小，氣體介質(zhì)從排氣管內(nèi)排出。
圖10是旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達轉(zhuǎn)子帶三個扇形齒的截面圖，在殼體(1)中，安裝兩個活塞輪轉(zhuǎn)子，每個活塞輪轉(zhuǎn)子有三個扇形齒(30)，其余同本發(fā)明第一實施例，當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達轉(zhuǎn)子可以做成三個以上的扇形齒，不再一一說明。
旋轉(zhuǎn)活塞輪氣馬達在取消噴嘴的情況下，也可用在低壓大流量的流體介質(zhì)中，如用在水、油等其他流體介質(zhì)中，而微小間隙的泄漏對其影響不大。
權(quán)利要求
1.一種氣馬達(或蒸汽或燃氣馬達)，是由殼體、端蓋、兩個活塞輪轉(zhuǎn)子、軸承和一組聯(lián)動器組成，其特征是活塞輪轉(zhuǎn)子是軸上帶有兩個或兩個以上由外徑(錐)圓弧面、內(nèi)徑(錐)圓弧面和包絡(luò)面組成扇形齒的轉(zhuǎn)子，包絡(luò)面使兩個活塞輪轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生干涉，聯(lián)動器使得兩個活塞輪轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速同步勻速轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣馬達，其特征是活塞輪轉(zhuǎn)子上的扇形齒軸截面上的包絡(luò)線與外徑圓弧和內(nèi)徑圓弧的兩個交點連線過轉(zhuǎn)子的軸心，扇形齒軸截面上的包絡(luò)線與外徑圓弧線和內(nèi)徑圓弧線的兩個交點過圓弧的圓心，包絡(luò)線方程為X=cos(θ-α)×[(R+r-Rcosθ)2+R2sin2θ]1/2Y=sin(θ-α)×[(R+r-Rcosθ)2+R2sin2θ]1/2α=arctg[Rsinθ/(R+r-cosθ)]0≤θ≤arccos[(R+r)/(2R)]]]>此方程式中X、Y作標(biāo)原點是活塞輪轉(zhuǎn)子軸截面同心圓的原點，X軸通過包絡(luò)線與內(nèi)徑r圓弧、外徑R圓弧的交點，通過給定不同的θ值可以畫出包絡(luò)線，此包絡(luò)線稱之為理論包絡(luò)線，而實際上只要將理論包絡(luò)線包絡(luò)在內(nèi)的任何一個包絡(luò)線都可以使兩個活塞輪轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生干涉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣馬達，其特征是氣體介質(zhì)在噴嘴處膨脹產(chǎn)生高速氣流，利用氣流動能及進入腔與排出腔的氣壓差共同推動旋轉(zhuǎn)活塞輪轉(zhuǎn)子做功。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣馬達，其特征是旋轉(zhuǎn)活塞輪的密封機理為非接觸式氣體的動密封，其需要密封的有三個部分，一是活塞輪轉(zhuǎn)子外徑面與殼體之間的間隙，其密封是在殼體內(nèi)壁沿軸向開有一系列的小槽，利用氣體存在粘度，將附著在高速轉(zhuǎn)動的活塞輪轉(zhuǎn)子上高速氣流滯止為靜止，產(chǎn)生氣環(huán)，其作用類似活塞環(huán)，阻止泄漏，也可以在活塞輪轉(zhuǎn)子上沿軸向開有“V”形槽，利用相同密封機理，也可以產(chǎn)生密封作用；二是活塞輪轉(zhuǎn)子兩個側(cè)面與端蓋之間的間隙，其密封是在活塞輪轉(zhuǎn)子的側(cè)面上開一系列起密封作用的槽，也可以在端蓋上開一系列槽，利用氣體的粘性以及小槽氣環(huán)的作用來達到間隙的動密封的；三是兩個活塞輪轉(zhuǎn)子之間的間隙，其密封機理是氣體介質(zhì)在噴嘴內(nèi)膨脹，產(chǎn)生很高的氣流，通過設(shè)計氣流方向，使得兩個轉(zhuǎn)子相結(jié)合的區(qū)域成為一個低壓區(qū)，兩個活塞輪轉(zhuǎn)子之間間隙利用這個低壓區(qū)進行密封，由于兩個活塞輪轉(zhuǎn)子間隙很小，活塞輪轉(zhuǎn)子又是高速轉(zhuǎn)動，活塞輪轉(zhuǎn)子帶動附面層內(nèi)的氣體運動，而這個氣流的運動方向可以抑制泄漏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣馬達，其特征是殼體上有側(cè)面排氣涵道、排氣管和進氣管，側(cè)面排氣涵道是開在接近軸心的側(cè)面端面上，在保證不使進入腔和排出腔連通的情況下，利用氣體高速旋轉(zhuǎn)的動能繼續(xù)推動活塞輪轉(zhuǎn)子膨脹做功，再從側(cè)面端蓋上的排氣管排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣馬達，兩個活塞輪轉(zhuǎn)子軸線可以是平行的，也可以是銳角或鈍角的，當(dāng)其是鈍角或鈍角時，轉(zhuǎn)子為活塞輪錐轉(zhuǎn)子，其特征是兩個活塞輪錐轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同，是軸上帶有兩個(也可以兩個以上)扇形齒的圓錐體，它是由外錐面、內(nèi)錐面和包絡(luò)面組成，其軸的一端有齒，通過齒套聯(lián)動，齒套使得兩個活塞輪錐轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速同步勻速轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣馬達，兩個活塞輪轉(zhuǎn)子軸線可以是平行的，也可以是銳角或鈍角的，當(dāng)其是鈍角或鈍角時，轉(zhuǎn)子為活塞輪錐轉(zhuǎn)子，其特征是進氣管和排氣管與氣馬達的活塞輪錐轉(zhuǎn)子相切，減少能量損失。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣馬達，兩個活塞輪轉(zhuǎn)子的軸心可以為平行的，或為直角的，當(dāng)其為直角時，其特征是活塞輪直角轉(zhuǎn)子是兩個或幾個扇形齒的圓柱體，是由外柱面、內(nèi)柱面和包絡(luò)面及兩側(cè)面組成，A活塞輪直角轉(zhuǎn)子的側(cè)面對應(yīng)B活塞輪直角轉(zhuǎn)子的內(nèi)柱面，并存在有微小間隙，包絡(luò)面可使A活塞輪直角轉(zhuǎn)子和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動的扇形齒之間不發(fā)生干涉，錐齒輪組使得A活塞輪直角轉(zhuǎn)子和B活塞輪直角轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速同步勻速轉(zhuǎn)動。
全文摘要
一種能夠在多種介質(zhì)中使用的氣馬達(或蒸汽、燃氣馬達)。它是在氣馬達殼體中，兩個活塞輪(錐)轉(zhuǎn)子在聯(lián)動器的帶動下勻速轉(zhuǎn)動，利用氣體的沖擊力和進入腔和排出腔氣體的壓差推動活塞輪(錐)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的。活塞輪氣馬達的密封是依靠氣體的動密封來實現(xiàn)的。
文檔編號F15B15/08GK1936344SQ200610091919
公開日2007年3月28日 申請日期2006年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月19日
發(fā)明者李文華 申請人:李文華