CN106401653B - 滑板式动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滑板式动力装置，它包括机体、动力轴和滑板；机体内设有沿轴向延伸的柱状空腔，柱状空腔上设有进口和出口；动力轴可转动地安装在柱状空腔内，动力轴的轴线与柱状空腔的轴线平行，动力轴的外壁与柱状空腔的一侧内壁接触，与另一侧内壁形成间隙；滑板沿动力轴的径向插入到动力轴的径向方孔内，并可沿动力轴的径向滑动，滑板的四周与柱状空腔的内壁形成密封，滑板的两面与径向方孔形成密封。通过采用以上的结构，能够适用于风力、水力、热力包括气动热力和点燃式内燃热力等多种能源的能量转换过程中，且由于设置的大圆弧结构，滑板的大扭矩行程较长，能量转换效率较高。

Description

滑板式动力装置

技术领域

本发明涉及动力机械领域，特别是一种适用于风力、水力、热力包括气动热力和点燃式内燃热力的滑板式动力装置。

背景技术

能源的紧张越来越引起全球的高度重视，而能源的利用率不高却客观存在。在风力的利用方面，目前采用较多的螺旋形叶片式风力转换方式，由于实际受风面小且风力方向与受风面的夹角为锐角，风力只有一部分做有效功，同时风力发电设备的生产成本和技术要求高，单位投资效益低；在水力利用方面，目前采用的无论是反击式、冲击式、轴流式还是混流式，由于背压的存在、水力作用方向与叶轮之间的夹角为锐角，所以能量转换效率也还有提升空间；在内燃机方面，燃料在燃烧室燃烧推动活塞做工的过程只有不到0.05秒，所以在排气过程中甚至在排气管内仍然还在燃烧，且排气是做负工，同时燃烧室内的废气不能完全排除，影响了下一次燃料的充分燃烧，使能源没有得到充分利用。同时曲轴转动是由活塞的直线运动转换的，每周有两个死点要克服，活塞运动产生的最大力矩点每一圈只有一点，也使效率没有充分发挥。蒸汽涡轮机也存在水力机同样的问题。这说明这些机械在能源利用率方面还有很大的潜力没有发挥。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种滑板式动力装置，能够适用于风力、水力或热力包括气动热力和点燃式内燃热力等多种能源转换过程，且结构简单，体积小，制造难度低，能源利用率较高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种滑板式动力装置，它包括机体、动力轴和滑板；

机体内设有沿轴向延伸的柱状空腔，柱状空腔上设有进口和出口；

动力轴可转动地安装在柱状空腔内，动力轴的轴线与柱状空腔的轴线平行，动力轴的外壁与柱状空腔的一侧内壁接触，与另一侧内壁形成间隙；

滑板沿动力轴的径向插入到动力轴的径向方孔内，并可沿动力轴的径向滑动，滑板的四周与柱状空腔的内壁形成密封，滑板的两面与径向方孔形成密封。

优选的方案中，柱状空腔横截面为相对布置的大圆弧和小圆弧，大圆弧与小圆弧的两端之间通过两段渐开线连接，大圆弧与小圆弧同圆心；

滑板的宽度等于大圆弧与小圆弧的半径之和；滑板的宽度还等于两段渐开线之间的距离。

优选的方案中，动力轴的外壁与小圆弧一侧内壁密封接触。

优选的方案中，柱状空腔由筒体和两端的端盖通过法兰结构接连而成；

在端盖上设有锥形段，动力轴上设有相应地锥形段；

在筒体与端盖之间，和端盖的锥形段与动力轴的锥形段之间设有弹性垫。

优选的方案中，动力轴的两端通过轴承支承在端盖上，在轴承的一侧设有密封圈。

优选的方案中，在动力轴的径向方孔内设有多个滚柱，在靠近径向方孔边缘的位置设有密封条。

优选的方案中，所述的滑板为多层的结构，在多层结构之间设有滑板密封环。

优选的方案中，进口和出口分别位于小圆弧的两端；

所述的进口设有喇叭口，或者设有进水管，出口直接与大气连通。

优选的方案中，进口和出口分别位于小圆弧的两端；

所述的进口设有进气管，进气管设有进气单向阀；

在柱状空腔或动力轴上设有点火器；

在柱状空腔或动力轴上还设有点火传感器。

优选的方案中，机体、动力轴和滑板总成为多组，各组的动力轴之间固定连接。

本发明提供的一种滑板式动力装置，通过采用以上的结构，能够适用于风力、水力、热力包括气动热力和点燃式内燃热力等多种能源的能量转换过程中，且由于设置的大圆弧结构，滑板的大扭矩行程较长，能量转换效率较高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明基本原理图，也是图2的B-B剖视示意图。

图2是图1中A-A剖视结构示意图。

图3是本发明以风为动力时的结构原理图，也是图4的D-D剖视示意图。

图4是图3中C-C剖视示意图。

图5是本发明以水力或蒸汽为动力时的结构原理图，也是图6的F-F剖视示意图。

图6是图5中E-E剖视示意图。

图7是以内燃式为动力时的结构原理图，也是图8的H-H剖视示意图。

图8是图7中G-G剖视示意图。

图9是本发明的机体柱状空腔横截面示意图。

图中：机体1，大圆弧101，小圆弧102，渐开线103，动力轴2，滑板3，滚柱4，密封条5，滑板密封环6，点火传感器7，螺母8，螺栓9，端盖10，轴承11，密封圈12，弹性垫13，进口14，出口15，机座16，左侧盖17，点火器18，气管19，储气筒20，进气单向阀21，压气单向阀22，降温水套23，筒体24。

具体实施方式

如图1~9中，一种滑板式动力装置，它包括机体1、动力轴2和滑板3；

机体1内设有沿轴向延伸的柱状空腔，柱状空腔上设有进口14和出口15；

动力轴2可转动地安装在柱状空腔内，动力轴2的轴线与柱状空腔的轴线平行，动力轴2的外壁与柱状空腔的一侧内壁接触，与另一侧内壁形成间隙；

滑板3沿动力轴2的径向插入到动力轴2的径向方孔内，并可沿动力轴2的径向滑动，滑板3的四周与柱状空腔的内壁形成密封，滑板3的两面与径向方孔形成密封。由此结构，动力介质，例如风力、水力或蒸汽等，从进口14进入到柱状空腔内，推动滑板3，从而带动动力轴2旋转。进一步优选的，在滑板3两端与柱状空腔的内壁接触的位置设有转辊，以减低滑板3两端的摩擦力。

优选的方案如图9中，柱状空腔横截面为相对布置的大圆弧101和小圆弧102，大圆弧101与小圆弧102的两端之间通过两段渐开线103连接，大圆弧101与小圆弧102同圆心；

滑板3的宽度等于大圆弧101与小圆弧102的半径之和；滑板3的宽度还等于两段渐开线103之间的距离。由此结构，滑板3从进口14开始，有效受力面积逐步增大，直至到大圆弧101达到最大，然后在经过渐开线103有效受力面积逐步减小，如此循环往复，带动动力轴2持续旋转，该结构提高了能量利用效率。本例中所述的有效受力面积是指滑板3在动力轴2之外的面积差的绝对值。

优选的方案如图1、3、5、7、9中，动力轴2的外壁与小圆弧102一侧内壁密封接触。由此结构，进一步提高能量利用效率。

优选的方案中，柱状空腔由筒体24和两端的端盖10通过法兰结构接连而成；即在筒体24和端盖10上都设有法兰圈，螺栓9穿过筒体24和端盖10的法兰圈与螺母8固定连接。

在端盖10上设有锥形段，动力轴2上设有相应地锥形段；如图2、4、6、8中所示，由此结构，便于实现可靠的密封。优选的，动力轴2上位于筒体24内的部分直径较大。位于端盖10的部分直径较小。

在筒体24与端盖10之间，和端盖10的锥形段与动力轴2的锥形段之间设有弹性垫13。优选的，弹性垫13采用半光面微弹性垫，以在降低摩擦力的同时，确保可靠的密封性能。

优选的方案如图2、4、6、8中，动力轴2的两端通过轴承11支承在端盖10上，在轴承11的一侧设有密封圈12。由此结构，便于实现顺滑的旋转，并可靠密封。

优选的方案如图1、3、5、7、9中，在动力轴2的径向方孔内设有多个滚柱4，在靠近径向方孔边缘的位置设有密封条5。由此结构，实现可靠的密封，同时降低滑板3的摩擦力。

优选的方案中，所述的滑板3为多层的结构，在多层结构之间设有滑板密封环6。由此结构，减轻滑板3的自重，并提高密封性能。

优选的方案中，进口14和出口15分别位于小圆弧102的两端；

所述的进口14设有喇叭口用于风力作为动力如图3、4中所示，或者设有进水管如图5、6中所示，以利用水力或蒸汽作为动力，出口15直接与大气连通，以降低背压。

优选的方案如图7、8中，进口14和出口15分别位于小圆弧102的两端；

所述的进口14设有进气管，进气管设有进气单向阀21；

在柱状空腔或动力轴2上设有点火器18；

在柱状空腔或动力轴2上还设有点火传感器7。由此结构，实现以点燃式内燃热力驱动动力轴2旋转。

优选的方案如图2中，机体1、动力轴2和滑板3总成为多组，各组的动力轴2之间固定连接。由此结构，以增加功率，提高扭矩。

实施例1：

如图5、6中，本发明当作为水力机用时，在进口14处连接通水流断面与滑板最大工作截面相一致的进水管，并通过阀门与压力水管相连接，打开阀门使压力水从进口进入柱状空腔推动滑板3转动并带动动力轴转动做功，由于滑板的背面与出口15相通除大气压外无其它背压，所以水压以液压的方式全部用来产生有效动力，转换效率较高。当作为蒸汽动力机用时，在进口14处连接通蒸汽断面与滑板工作断面相一致的进气管，与水力机相同。

实施例2：

如图3、4中，当作为风力机用时，可将两段渐开线段加长，而将圆弧段缩短，同时轴向尽可能延长，以扩大滑板的有效受风面，将进口14加大到全渐开线段，上下均用流线型迎风板连接，下板延伸至接近地面，两侧根据上下板的开度制成两平行侧板，出口15也同时加大，以防排风不畅产生背压，由于进风口外形成一个大喇叭状，风在流入进风口前得到了加速，压力增大，产生的对滑板的推力也达到最佳效果。

实施例3：

如图7、8中所示，当作为内燃机用时，需要在以上基础上作调整，将与主动力机相同的另一机作为气泵的轴与主动力机轴串联，形成联动，泵的进气口与大气相通，排气孔通过气管19与储气筒20连通，在气管上设有压气单向阀22，以封闭气筒防止气体返流，另一根气管接在储气筒与主机进口14之间，在气管中也设有进气单向阀21，防止气体燃烧时的废气进入储气筒，即两台机体1一台作为内燃机，另一台则作为气泵使用，以提供用于燃烧的压缩空气，气泵的动力来自于动力轴2之间的固定连接。在主机进气腔的渐开线段的靠近圆弧段设有点火器，燃料可与压缩空气混合后一同进入，也可以通过喷油器喷入，图中喷油器未示出。工作时，滑板的一端滑过进口并继续滑动使柱状空腔的容积增大，储气筒的气体，正常状态下筒内压力通过压气单向阀22调整为一定气压，压开压气单向阀22使气体进入柱状空腔的工作腔，当滑板越过进口14时，点火器点火，燃料燃烧推动滑板做功，当滑板滑至出口15时将出口15打开使废气排出，优选的，出口15的长度应不小于渐开线段长度的二分之一，此时滑板已大部滑动至另一端使第二次进气即将完成，当到达点火位置时点火，进行第二次做功，动力轴转动一周滑板做功两次，保证了动力轴转动的连续。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滑板式动力装置，其特征是：它包括机体（1）、动力轴（2）和滑板（3）；

机体（1）内设有沿轴向延伸的柱状空腔，柱状空腔上设有进口（14）和出口（15）；

动力轴（2）可转动地安装在柱状空腔内，动力轴（2）的轴线与柱状空腔的轴线平行，动力轴（2）的外壁与柱状空腔的一侧内壁接触，与另一侧内壁形成间隙；

滑板（3）沿动力轴（2）的径向插入到动力轴（2）的径向方孔内，并可沿动力轴（2）的径向滑动，滑板（3）的四周与柱状空腔的内壁形成密封，滑板（3）的两面与径向方孔形成密封；

柱状空腔横截面为相对布置的大圆弧（101）和小圆弧（102），大圆弧（101）与小圆弧（102）的两端之间通过两段渐开线（103）连接，大圆弧（101）与小圆弧（102）同圆心；

滑板（3）的宽度等于大圆弧（101）与小圆弧（102）的半径之和；滑板（3）的宽度还等于两段渐开线（103）之间的距离；

动力轴（2）的外壁与小圆弧（102）一侧内壁密封接触；

进口（14）和出口（15）分别位于小圆弧（102）的两端。

2.根据权利要求1所述的一种滑板式动力装置，其特征是：柱状空腔由筒体（24）和两端的端盖（10）通过法兰结构接连而成；

在端盖（10）上设有锥形段，动力轴（2）上设有相应地锥形段；

在筒体（24）与端盖（10）之间，和端盖（10）的锥形段与动力轴（2）的锥形段之间设有弹性垫（13）。

3.根据权利要求2所述的一种滑板式动力装置，其特征是：动力轴（2）的两端通过轴承（11）支承在端盖（10）上，在轴承（11）的一侧设有密封圈（12）。

4.根据权利要求1所述的一种滑板式动力装置，其特征是：在动力轴（2）的径向方孔内设有多个滚柱（4），在靠近径向方孔边缘的位置设有密封条（5）。

5.根据权利要求1所述的一种滑板式动力装置，其特征是：所述的滑板（3）为多层的结构，在多层结构之间设有滑板密封环（6）。

6.根据权利要求1所述的一种滑板式动力装置，其特征是：

所述的进口（14）设有喇叭口，或者设有进水管，出口（15）直接与大气连通。

7.根据权利要求1所述的一种滑板式动力装置，其特征是：所述的进口（14）设有进气管，进气管设有进气单向阀（21）；

在柱状空腔或动力轴（2）上设有点火器（18）；

在柱状空腔或动力轴（2）上还设有点火传感器（7）。

8.根据权利要求1所述的一种滑板式动力装置，其特征是：机体（1）、动力轴（2）和滑板（3）总成为多组，各组的动力轴（2）之间固定连接。