專利名稱：雙作用自由活塞——?jiǎng)恿C(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于動(dòng)力機(jī)械領(lǐng)域。
現(xiàn)代自由活塞裝置應(yīng)用于輸出燃?xì)饣驂嚎s空氣。具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、平衡性好、熱效率高、能使用多種燃料等重大優(yōu)點(diǎn)。但其兩個(gè)活塞組之間只有一個(gè)動(dòng)力氣缸，每個(gè)工作循環(huán)二個(gè)行程中只有一次燃?xì)廨敵鲎鞴?。這種單作用工作方式，加之其兩端還必需可形成空氣墊的氣缸。增大了整個(gè)外形尺寸，相對(duì)比較笨重。
本發(fā)明的目的是，以一種新的活塞兩端均作功輸出的雙作用工作方式，沒(méi)有空氣墊氣缸的自由活塞裝置。與其他如燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)等組成各種動(dòng)力機(jī)組。既保持上述普通自由活塞裝置全部?jī)?yōu)點(diǎn)，又大大提高其燃?xì)饬髁亢凸β?。結(jié)構(gòu)上相對(duì)更加緊湊輕小。
同時(shí)本發(fā)明中的一種雙作用自由活塞一發(fā)電機(jī)組，以自由活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直接推動(dòng)它特定的筒形直線發(fā)電機(jī)發(fā)電。
根據(jù)不同的用途，本發(fā)明作為動(dòng)力機(jī)組有3種類型。
1、雙作用自由活塞－燃?xì)廨啓C(jī)組。
2、雙作用自由活塞－壓縮機(jī)組。
3、雙作用自由活塞－發(fā)電機(jī)組。
本雙作用自由活塞裝置簡(jiǎn)圖及原理如


圖1.a、
圖1.b。
圖中各標(biāo)號(hào)構(gòu)件名稱是1－兩端氣缸，2－動(dòng)力活塞，3－掃氣泵活塞，4－掃氣泵氣缸，5－傳動(dòng)桿，6－連動(dòng)桿，7－搖臂，8－中間氣缸排氣管，9－搖臂及附件傳動(dòng)軸(驅(qū)動(dòng)燃油泵、潤(rùn)滑油泵、水泵等附件)，10－中間氣缸，11－進(jìn)氣閥，12－兩端氣缸進(jìn)氣管，13－兩端氣缸排氣管，14－中間氣缸進(jìn)氣管，15－活塞組，16－噴油器。
本裝置機(jī)構(gòu)與普通自由活塞相同，也具有同樣的活塞組同步機(jī)構(gòu)，但本裝置的特征是，每套活塞組有兩個(gè)動(dòng)力活塞，分別對(duì)稱地裝于掃氣泵活塞的兩端。各自進(jìn)行二行程循環(huán)和泵氣循環(huán)。交替輸出燃?xì)庾鞴?，總的每一循環(huán)二個(gè)行程有兩次作功輸出，成為雙作用工作方式。
如
圖1.a，本裝置所有氣缸活塞組合同心對(duì)稱布置，每套活塞組15的兩個(gè)動(dòng)力活塞2，分別位于兩端氣缸1和中間氣缸10內(nèi)。每個(gè)掃氣泵活塞3則把它所在掃氣泵氣缸4分隔成相鄰兩個(gè)掃氣泵。
為保證相對(duì)兩套活塞組15同步運(yùn)動(dòng)，同步機(jī)構(gòu)分別由傳動(dòng)桿5連動(dòng)桿6、搖臂7鉸接連接(此外、也可采取其他如齒輪齒條式等同步機(jī)構(gòu))活塞組運(yùn)動(dòng)時(shí)，這一機(jī)構(gòu)使搖臂7相應(yīng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)搖臂及附件傳動(dòng)軸9，帶動(dòng)燃油泵、潤(rùn)滑油泵及水泵風(fēng)扇等附件。
整個(gè)裝置有3個(gè)動(dòng)力氣缸，即2個(gè)兩端氣缸和1個(gè)中間氣缸，氣缸內(nèi)均為二行程工作過(guò)程，中間氣缸內(nèi)為對(duì)置活塞氣孔一直流掃氣，兩端氣缸內(nèi)為回流掃氣。
回流掃氣的掃氣效率一般低于直流掃氣，但自由活塞裝置的掃氣過(guò)量空氣系數(shù)比普通回流換氣二行程方式對(duì)應(yīng)數(shù)值更大一些。則有利于提高其掃氣效率。
圖1.a為兩套活塞組處于內(nèi)死點(diǎn)位置，中間氣缸10的噴油器6提前噴油著火。同時(shí)兩端氣缸1內(nèi)容積最大，靠中心的兩個(gè)掃氣泵氣缸內(nèi)空氣被壓縮，沿兩端氣缸進(jìn)氣管12流入兩端氣缸1，廢氣從兩端氣缸排氣管13流出。形成換氣過(guò)程。如
圖1.a中箭頭所示，另一方面相鄰另兩個(gè)掃氣泵氣缸內(nèi)空氣膨脹，壓力下降吸開進(jìn)氣閥Ⅱ流進(jìn)空氣。
中間氣缸內(nèi)工質(zhì)著火燃燒膨脹作功。推動(dòng)兩套活塞組同時(shí)向外，壓縮兩端氣缸內(nèi)空氣。直至其外死點(diǎn)位置，如
圖1.b。這時(shí)則兩端氣缸的噴油器16提前噴油著火，而中間氣缸內(nèi)則進(jìn)行直流掃氣過(guò)程，空氣從中間氣缸進(jìn)氣管14流入，廢氣從中間氣缸排氣管8排出，如
圖1.b箭頭。情況與
圖1.a工作位置相反。然后兩端氣缸內(nèi)工質(zhì)膨脹作功又使活塞組彼此靠近返回，壓縮中間氣缸內(nèi)空氣，回復(fù)到
圖1.a的位置。如此不斷循環(huán)工作。
圖2.a，圖2.b是本裝置與燃?xì)廨啓C(jī)組成的雙作用自由活塞－燃?xì)廨啓C(jī)組，其中圖2.a為正視圖，圖2.b為側(cè)視圖。
圖2.a中A－雙作用自由活塞裝置，B－集氣室，C－燃?xì)廨啓C(jī)，D－燃?xì)廨啓C(jī)排氣口，E－燃?xì)廨啓C(jī)輸出軸，8－中間氣缸排氣管，13－兩端氣缸排氣管。
集氣室B位于機(jī)組的中心，其周圍均布裝置A，(圖2.b中所示為6臺(tái))。各臺(tái)自由活塞裝置A工作時(shí)，產(chǎn)生的廢氣分別由各中間氣缸排氣管8級(jí)兩端氣缸排氣管13，進(jìn)入集氣室B，匯集后直接流入燃?xì)廨啓C(jī)C，膨脹后從燃?xì)廨啓C(jī)排氣口流出，由輸出軸E輸出動(dòng)力。
本雙作用自由活塞－燃?xì)廨啓C(jī)組的特征是雙作用自由活塞裝置的臺(tái)數(shù)較多，集氣室容積很大，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)氣體基本上是等壓的。工作平穩(wěn)。即使其中一、兩臺(tái)自由活塞裝置停機(jī)時(shí)，整個(gè)機(jī)組仍能輸出動(dòng)力。
圖3是本裝置組成的雙作用自由活塞－壓縮機(jī)組。圖中4－掃氣泵氣缸，15－活塞組，17－壓縮氣體出口，18－壓縮機(jī)氣缸，19－壓縮機(jī)進(jìn)氣閥，20－壓縮機(jī)排氣閥。其他構(gòu)件及結(jié)構(gòu)與
圖1.a相同。
本雙作用自由活塞－壓縮機(jī)組的特征是壓縮機(jī)氣缸18與掃氣泵氣缸4分別位于掃氣泵活塞兩側(cè)。活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各自進(jìn)行泵氣和壓縮氣體工作。
當(dāng)兩個(gè)活塞組15同時(shí)反復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)掃氣泵活塞兩側(cè)的壓縮機(jī)氣缸18和掃氣泵氣缸4內(nèi)部容積隨之變化，相應(yīng)地，氣缸容積增大時(shí)壓縮機(jī)進(jìn)氣閥19被吸開進(jìn)氣、氣缸容積縮小時(shí)排氣閥20受壓打開。由壓縮氣體出口17流出。
動(dòng)力氣缸及各個(gè)換氣泵氣缸內(nèi)的工作循環(huán)過(guò)程則與上述(各
圖1.a，
圖1.b)本雙作用自活塞裝置相同。
本裝置制成的雙作用自由活塞－發(fā)電機(jī)組，如圖4.a所示，其中18－定子外環(huán)，19－定子內(nèi)環(huán)，20－次級(jí)導(dǎo)體，21－導(dǎo)體架，22－電刷，23－絕緣體，其余結(jié)構(gòu)及標(biāo)號(hào)所表示的構(gòu)件與
圖1.a相同，所不同的是其掃氣泵活塞3較長(zhǎng)，且位于導(dǎo)體架21的兩側(cè)，導(dǎo)體架21通過(guò)絕緣體23與次級(jí)導(dǎo)體20連接成一體，隨同整個(gè)活塞組作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
圖4.b是圖4.a－A－A剖面，其中定子外環(huán)18，定子內(nèi)環(huán)19，次級(jí)導(dǎo)體20均為園筒形，同心布置。
圖4.c為園筒形定子外環(huán)、定子內(nèi)環(huán)、次級(jí)導(dǎo)體沿園周圍展開簡(jiǎn)圖。圖中24－磁場(chǎng)，25－勵(lì)磁線圈。次級(jí)導(dǎo)體20位于定子內(nèi)環(huán)19定子外環(huán)18之間，彼此之間有大小為
的氣隙，定子內(nèi)、外環(huán)相對(duì)各有若干對(duì)應(yīng)排列的環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)纏繞有勵(lì)磁線圈25。
當(dāng)勵(lì)磁電流通過(guò)勵(lì)磁線圈25時(shí)，即在定子內(nèi)、外環(huán)之間，形成若干個(gè)封閉的、穿過(guò)次級(jí)導(dǎo)體20的環(huán)形磁場(chǎng)24，活塞組帶動(dòng)次級(jí)導(dǎo)體沿軸向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即切割磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流。由兩端電刷22輸出。組成特征為雙作用往復(fù)筒形直線發(fā)電機(jī)，其交變電流的頻率即等于活塞組往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率。
以下是本發(fā)明動(dòng)力機(jī)組的一個(gè)實(shí)施例。
型式雙作用自由活塞－燃?xì)廨啓C(jī)組。
動(dòng)力氣缸直徑 200毫米數(shù)量 3個(gè)掃氣泵氣缸直徑 520毫米數(shù)量 4個(gè)活塞組行程 270毫米(約)數(shù)量 2個(gè)每分鐘往復(fù)次數(shù) 1000次／分平均活塞速度 9米／秒燃?xì)廨敵鲱l率 2000次／分整個(gè)機(jī)組雙作用自由活塞裝置量臺(tái)數(shù)6臺(tái)排列方式繞燃?xì)廨啓C(jī)軸線均布燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口前參數(shù)燃?xì)鈮恨k 4.2公斤／厘米3燃?xì)鉁囟?760°K燃?xì)饬髁?19.8公斤／秒燃?xì)夤β?4800千瓦外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)(米)3.5×2.3×2.5體積 20米3單位體積輸出燃?xì)夤β?240千瓦／米3本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、雙作用自由活塞裝置的每個(gè)活塞組兩端交替作功。為普通單作用自由活塞作功頻率的兩倍，每臺(tái)本裝置相當(dāng)于兩臺(tái)同類普通自由活塞裝置。
2、本發(fā)明裝置沒(méi)有空氣墊氣缸，活塞往復(fù)均是以氣缸內(nèi)高壓燃?xì)馑苿?dòng)?；钊骄俣容^高，實(shí)際作功輸出頻率及燃?xì)饬髁繛橥愋推胀ㄗ杂苫钊麅杀兑陨?。工作均勻性大大提高，結(jié)構(gòu)緊湊、單位體積輸出燃?xì)饬髁考s增加40％。對(duì)應(yīng)制造成本較低。
3、本發(fā)明除了具有普通自由活塞裝置全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，其中一種雙作用自由活塞－發(fā)電機(jī)組以活塞級(jí)直接推動(dòng)筒形直線發(fā)電機(jī)發(fā)電。沒(méi)有普通一系列動(dòng)力轉(zhuǎn)換和傳動(dòng)裝置，大大簡(jiǎn)化了機(jī)械與結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性。
本發(fā)明應(yīng)用廣泛，可作為動(dòng)力、壓縮氣體或發(fā)電任一種型式機(jī)組，成為系列通用設(shè)備，用于工業(yè)、能源、交通等各個(gè)方面。
權(quán)利要求1.雙作用自由活塞動(dòng)力機(jī)組(包括雙作用自由活塞-燃?xì)廨啓C(jī)組、雙作用自由活塞-壓縮機(jī)組、雙作用自由活塞-發(fā)電機(jī)組)其中雙作用自由活塞裝置的特征是由2個(gè)活塞組、3個(gè)動(dòng)力氣缸、4個(gè)掃氣泵氣缸組成，每個(gè)活塞組的2個(gè)動(dòng)力活塞在換氣泵活塞兩側(cè)，各自位于兩端氣缸及中間氣缸內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙作用自由活塞——壓縮機(jī)組，特征是壓縮機(jī)氣缸與掃氣泵氣缸分別位于掃氣泵活塞的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙作用自由活塞——發(fā)電機(jī)組，特征是其筒形直線發(fā)電機(jī)的定子外環(huán)、定子內(nèi)環(huán)、次級(jí)導(dǎo)體均為園筒形，同心對(duì)稱布置，位于導(dǎo)體架兩側(cè)，導(dǎo)體架套在掃氣泵活塞的中部，勵(lì)磁線圈位于定子外環(huán)、定子內(nèi)環(huán)相對(duì)應(yīng)的環(huán)槽內(nèi)，電刷位于次級(jí)導(dǎo)體的兩端，并與次級(jí)導(dǎo)體相接觸。
專利摘要本實(shí)用新型有3種類型，以雙作用自由活塞裝置驅(qū)動(dòng)。特征是兩端氣缸及兩個(gè)活塞組同心對(duì)稱布置于中間氣缸兩側(cè)。中間氣缸為對(duì)置活塞直流掃氣二行程循環(huán)，兩端氣缸內(nèi)則為回流掃氣二行程循環(huán)，形成雙作用工作方式，簡(jiǎn)單可靠、作功頻率及燃?xì)廨敵隽俊⒐β始s為對(duì)應(yīng)普通自由活塞的2倍，單位體積或重量的輸出功率增加約40％，除以燃?xì)廨啓C(jī)輸出或壓縮氣體外，還可以本裝置特定的筒形直線發(fā)電機(jī)，組成雙作用自由活塞——發(fā)電機(jī)組，應(yīng)用廣泛。
文檔編號(hào)F02B71/00GK2131989SQ9122478
公開日1993年5月5日 申請(qǐng)日期1991年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月13日
發(fā)明者雷良榆 申請(qǐng)人:雷良榆