专利汇可以提供具有平衡旋转可变入口截止阀和次膨胀而对于主膨胀没有背压的旋转活塞蒸汽发动机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种具有等效双旋转 活塞 的旋转活塞 蒸汽 发动机 ,该旋转活塞蒸汽发动机带有平衡旋转可变入口 截止 阀 以增大效率。来自主膨胀的排出蒸汽行进到次膨胀以增加效率,同时避免了背压。旋转阀在相对侧上具有平衡的双重输入和输出。当旋转活塞的尾部面经过膨胀腔 外壳 的入口孔时,来自主膨胀的排出蒸汽被取出,用于次膨胀的排气出口设置在膨胀腔外壳的弯曲部分中距离主膨胀入口大约180度,其中对主膨胀不施加背压。,下面是具有平衡旋转可变入口截止阀和次膨胀而对于主膨胀没有背压的旋转活塞蒸汽发动机专利的具体信息内容。
1.我们要求在机械工程领域对于蒸汽动力的等效双旋转活塞动力装置的能量效率的改善的发明的权利,该发明由此实现了对于蒸汽或者其它适合的可压缩工作流体在紧密配合的膨胀腔中膨胀的更充分利用;
a.首先,通过利用平衡旋转可变入口截止阀,在所述阀的相对侧上具有平衡的双重输入和输出,
b.其次,通过利用来自所述等效双旋转活塞动力装置的主膨胀的排出蒸汽,所述排出蒸汽是当旋转活塞的尾部面经过膨胀腔外壳的入口孔时产生的,用于次膨胀的排气出口设置在所述膨胀腔外壳的弯曲部分中距离主膨胀入口大约180度,其中对所述主膨胀没有施加背压,以及
c.第三,通过密封件和槽的特定装置,防止了在所述旋转活塞的平表面和所述膨胀腔外壳的相邻表面之间泄漏蒸汽,
d.包括了下面的权利要求中的至少一项的组合。
2.如权利要求1所述的平衡旋转可变入口截止阀,其中所述阀包括在具有两对入口孔和出口孔的外壳中转动的圆筒,所述圆筒具有圆周地围绕所述圆筒形成的多个槽对,所述多个槽相当于预定数目的将被用于特定场合的入口截止设置,并且入口和出口的型式围绕圆周交替,其中进入所述阀的蒸汽的类似典型水轮或者涡轮机的效果有助于所述圆筒沿着恒定的方向转动。
3.如权利要求2所述的槽,所述槽定向在垂直于如权利要求2所述的圆筒的转轴的平面中,并且所述槽围绕所述圆筒延伸180度的预定百分比,所述预定百分比与蒸汽的入口截止所希望的百分比相同,入口截止为50%的一个例子是在相同的平面内具有两个槽,每个延伸90度,并且围绕所述旋转阀的所述圆筒的圆周均匀地隔开,另外,单个槽能形成为围绕所述旋转阀的所述圆筒延伸完整一圈,其中,全部蒸汽压力连续施加到所述膨胀腔。
4.如权利要求2所述的槽和如权利要求7所述的凹口的引导边缘,所述槽和所述凹口的所述引导边缘对齐,使得对应于入口截止的开始点的部分基本沿着直线对齐。
5.如权利要求2所述的槽对,以及如权利要求7所述的凹口的非圆周边缘,所述槽对和所述凹口的非圆周边缘每个都具有被空气动力学地弯曲以最小化高速高压蒸汽进入、通过、以及离开所述阀时的紊流的形状,横截平面中的曲线的形状:
a.垂直于所述圆筒的转轴,为曲率半径相对较小但不必为相同曲率的两个短曲线,与曲率半径相对较大的一个较长的弦状曲线相遇,为了易于制造,所有的曲线大体为圆弧形,但是不排除其它适当的空气动力学轮廓,所述两个短曲线与所述圆筒的表面以一角度相遇,所述角度基本与如后面的权利要求8所述的形成入口孔和出口孔的洞相符合,当其穿过如权利要求8所述的外壳时,入口和出口的角度大体等于但是不必等于所述入口孔和所述出口孔的角度,
b.权利要求2所述的槽或权利要求7所述的凹口在包括所述圆筒的转轴的平面的横截面中的形状具有所述槽或凹口的以基本垂直于所述圆筒的表面的角度离开所述表面的侧面,还具有所述槽或凹口的优选以空气动力学平稳的轮廓连接到侧壁的底部。
6.如权利要求3所述的不同的槽的数目,不同的槽的数目具有对应于入口截止的预定设置数量的复数个,所述入口截止的预定设置例如四设置入口截止阀中的100%、50%、
20%以及10%,所述槽对沿着所述圆筒的转轴均匀分布,在所述槽之间具有近似相等的间隔,允许在每对槽之间具有适当厚度的材料以便包含在压力下的蒸汽,并且在所述圆筒的每端具有肩部,所述肩部足够宽以便确保所述圆筒在如权利要求9所述的阀外壳内高速转动时的稳定性,从而使磨损分布均匀并且因此而减小。
7.如权利要求1所述的平衡旋转可变入口截止阀,其中所述阀包括在具有两对入口孔和出口孔的外壳中转动的圆筒,所述圆筒具有一对等同的三侧面凹口,而不是多个槽对,所述凹口形成在所述圆筒的外表面上,所述三侧面形凹口的一个边缘为圆周的,而所述三侧面形的另两个边缘对应于当所述凹口的边缘分别移动经过所述入口孔和所述出口孔时的入口截止点和出口截止点,两个出口和两个入口的型式和方向围绕圆周交替,其中进入所述阀并且遇到所述凹口的边缘的蒸汽的类似于水轮或涡轮机的效果也有助于所述圆筒沿着恒定的方向转动。
8.如权利要求2和权利要求7所述的旋转阀圆筒,所述旋转阀圆筒同轴地安装在坚固的旋转轴上,使得:
a.其允许所述圆筒沿着所述轴紧密配合但是沿着所述轴自由纵向移动,这通过使得所述轴的外表面的形状和形成在所述圆筒中的洞的内表面相匹配来实现,例如通常通过隆起、键和键槽,以及规则和不规则的多边形横截面,通过支座和锁定装置例如螺钉、销钉及类似装置来实现,使得所述圆筒沿着所述轴移动的长度能够可调节地固定,b.所述轴从所述圆筒的至少一端延伸,并且一般在每一端上至少一个,该延伸部通过转动轴承固定,所述轴承的内部被固定在所述轴的至少一端附近,并且所述转动轴承的外部被固定到如权利要求9所述的阀外壳,
c.权利要求8.b所述的轴与权利要求1所述的发动机以相同的速度转动,所述轴通过转动传动装置,例如齿轮、同步带、特别是有槽口的带和滑轮、定时链以及类似装置连接到所述发动机的主驱动轴,所述轴以与主发动机驱动轴相同的角速度转动,所述转动传动装置连接到所述主发动机驱动轴中的至少一个,所述有凹口的同步带和滑轮胜于定时链和定时齿轮的优势在于,前进时动作和调整很平稳并且延迟定时能够通过导向轮及类似装置而容易地实现,而在定时齿轮的情况下,这些能够连接到单独的正齿轮组、锥齿轮组及类似物,从而本领域技术人员能够实现旋转入口阀和主发动机入口的更近的接近,第二组齿轮、或者主齿轮的第二部分安装在主驱动轴上,一起转动但是与主发动机同步齿轮分开,从而避免了主发动机同步齿轮上的不均匀磨损,
d.直接以主发动机同步齿轮的至少一个单独部分的形式以及通过包括旋转阀自身的所述转动传动装置而连接到所述主发动机驱动轴中的一个的任何附加转动质量的惯性力矩,被另一个具有适当增大并且对称分布的质量的主发动机旋转活塞和其同步齿轮所平衡,从而实现转动加速而整个发动机没有不平衡的惯性反作用,
e.权利要求8.c所述的转动传动装置具有至少一个其部件的转动调节器,使得能够实现所有入口截止的等同前进或延迟,该转动调整的例子是由连接到所述主发动机同步轴的转动机构的微小转动做出的转动调整,其能够稍微转动并且能够被平头螺钉、锥形螺钉和螺栓、锁定螺帽、锥形键、一组孔中的销钉及类似物可调整地固定,类似的转动调整在固定到所述旋转阀的所述轴的转动传动组件处实现,并且具有由附加的转动部件例如导向轮及类似部件的动作通过调整阀外壳相对于主发动机的位置来改变定时带或定时链的长度的装置,从而实现入口截止定时的前进和延迟。
9.如权利要求1所述的平衡旋转入口截止阀,包括形状为中空圆筒且端部被可靠地密封的阀外壳,所述外壳上的至少一个端部具有形成在其中心的圆形孔以允许如权利要求8所述的轴在所述外壳中自由但是紧密配合地转动,所述轴从所述外壳充分突出以连接到如权利要求8.b和8.c所述的转动传动装置和转动调节器,所述阀外壳是中空圆筒,所述中空圆筒的内径允许以与如权利要求3所述的带槽的圆筒或者如权利要求7所述的有凹口的圆筒存在紧密间隙的方式自由转动,但是不是一定要严密的蒸汽气密性,该功能由与保护如权利要求8.b所述的轴承免受高压蒸汽相关的蒸汽密封件实现,并且附加蒸汽密封件位于所述阀外壳的外边界处,通常封闭端部的圆筒外壳的至少一端能够被移除并且利用螺栓、螺钉及类似物、定位凸耳和键、垫片以及与通常为本领域技术人员已知的这种性质的压力容器的密封通常相关的方法重新固定,从而所述外壳能够容易地组装和分解以用于制造、维护和维修。
10.用于蒸汽的入口和出口的洞形成在如权利要求9所述的阀外壳中,预定的相对小的距离分开入口孔和出口孔中的每个的相邻的边界,所述预定的距离使得制造的材料在所施加的蒸汽压力下不变形,还使得入口孔和出口孔在所述阀外壳中进入和离开的角度适合用于制造的材料,入口孔线和出口孔线的进入和离开的角度首先基本上在包括一对槽的平面中,且其次与所述圆筒的弯曲表面形成最小化紊流的角度,该后者的要求因圆形边缘而有助于浅的角度,但是不排除其他角度和其它轮廓,所述角度选择为基本与当如权利要求
5.a所述的短曲线离开所述圆筒时所述槽的角度匹配,所述外壳中的洞大体为圆形并且足够宽以至少延伸越过一个槽并且同时越过槽之间的一个间隔部分,从而入口和出口截止孔相对于所述圆筒的滑动实现从一个截止设置到另一个截止设置的平稳过渡,同时总是可得到近似相同的蒸汽管道横截面。
11.如权利要求1所述的蒸汽动力的等效双旋转活塞动力装置,所述蒸汽动力的等效双旋转活塞动力装置具有蒸汽的次膨胀,从而来自次膨胀的入口的背压不向所述主膨胀的非驱动活塞面施加背压,这通过设置除了通常定位在中心中线的主排气孔之外的两个早期排气孔而实现,在所述主膨胀腔的每侧具有一个早期排气孔,每个旋转活塞有一个早期排气,蒸汽通过所述早期排气孔行进到次膨胀,
a.早期排气的设置使得所述孔的打开开始于所述膨胀腔的周界周围的一点,当非驱动活塞的所述尾部面刚刚紧密邻近膨胀腔外壳时,所述点与同一非驱动转动的引导活塞面相邻,因此将适度压力的蒸汽截留在非驱动旋转活塞的所述引导面和所述尾部面之间,该蒸汽的压力与在主蒸汽输入的区域处的主膨胀之后的蒸汽的压力大约相同,所述适度压力的蒸汽随后在其不再被连接到主输入区域之后并且在所截留的蒸汽被暴露于中心主排气之前被排放到次膨胀中,
b.所述早期排气孔是所述膨胀腔中的洞,所述早期排气孔开始于11.a中所述的点,并且延伸适当小的距离并且具有能够在主发动机的大约四分之一转所花费的时间内排放出大部分所截留的适度压力的蒸汽的适当横截面,
c.所述早期排气孔的洞优选具有空气动力学横截面并且所述洞以空气动力学轮廓进入主膨胀腔,总体上,至少初始地在两个旋转活塞的平面中,
d.所述早期排气孔的洞以与所述主膨胀腔的圆形形状的切线成浅的角度而进入,从而有助于所截留的蒸汽的运动,
e.所述早期排气孔的洞和所述主膨胀腔的圆形曲线之间的界面具有以空气动力学方式制定轮廓的引导边缘和尾部边缘,适合于制造的材料和所涉及的力,
f.管道朝向次膨胀的横截面表面积是至少恒定的、不减小并且优选稍微增大以便有助于大体积的适度压力蒸汽的传递,
g.并且通向次膨胀的管道的三维形状在至少两个维度为空气动力学曲线,指向中心主排气的区域,但是不与主排气汇合,使得来自两个主膨胀旋转活塞的早期排气通过相同的长度的管道合并,从而交替的波动到达次膨胀的入口,
h.次膨胀发动机弱于中等压力旋转发动机,优选适当尺寸的等效双旋转活塞发动机,但是不排除其他动力装置,例如涡轮机、逆转的“罗茨”鼓风机和往复式发动机,i.所形成的次膨胀是以下的任何一种,
j.辅助发动机,其未被机械连接到所述主膨胀,从而避免了主膨胀和次膨胀二者的最佳复合膨胀与变化的载荷之间的冲突,次膨胀发动机优选驱动发电机系统和其它附属设备,或者
k.复合式发动机,其被机械连接,在所述复合式发动机中主驱动系统通过共用相同的驱动轴或者通过另一个固定或可变的机械转动传动系统连接到次膨胀,
l.在机械地连接的复合膨胀中,每个早期排气单独地行进到安装在与所述主膨胀相同的驱动轴上的次膨胀发动机,从早期主排气到次膨胀入口的路线是可能的最短空气动力学路径,并且主膨胀旋转活塞和次膨胀旋转活塞的旋转活塞之间的相位关系使得早期排气的波动在近似于次旋转活塞之一到达膨胀循环开始的典型时间到达次膨胀入口,并且同一轮轴上的主旋转活塞和次旋转活塞的升高的凸轮状部分具有适当的异相关系,该相位关系使得主膨胀的驱动力尽可能地发生在次旋转活塞是非驱动的同时,并且反之也一样,因此使得旋转活塞以及相关的同步齿轮和轴承上的磨损最小化,
m.来自权利要求11.a-11.i的次膨胀系统的排气能够在与来自残余主膨胀排气的蒸汽合并之前至少部分被冷凝,因此减少了从主膨胀排气进入次膨胀排气的回流,但是不排除主膨胀排气和次膨胀排气的早期合并和快速冷凝。
12.如权利要求1所述的蒸汽动力的等效双旋转活塞发动机的膨胀腔的平表面的蒸汽密封,基本为:
a.每个旋转活塞具有两个平的面,所述平的面中的每一个安装有单个弯曲的平密封件,该密封件安装在所述旋转活塞的平表面的周界附近的弯曲槽中,曲线沿着每个旋转活塞的较大和较小半径的两个半圆弧和形成引导活塞面和尾部活塞面的两个齿轮齿廓,包含所述密封件的所述槽形成的足够深以允许所述密封件被所述槽的侧面良好的支撑,所述槽的底部包含凹口,所述凹口安装适当数量的并且定位在所述密封件周围使得适当的相对均匀分布的压力施加在所述密封件上的弹簧,所述密封件在较锐利的拐角处较宽和或较深,因此承受在所述区域遇到的额外应力,
b.每个旋转活塞具有两个平的面,所述平的面中的每一个安装有一组直的密封部段或单个多边形形状的密封件,该密封件是不规则多边形或规则多边形,所述直的部段选择性地是浅的弯曲部,且曲率小于由中心定在活塞的转动中心的弧在该点处给出的曲率,从而使磨损分布在所述旋转活塞的平表面的较大区域上并且改善了长期蒸汽密封,并且有助于容易制造,
c.在形成在膨胀腔发动机外壳的两个平的平行侧表面中的每一个中的槽中设置有四个圆形密封件,该密封件的中心在每个旋转活塞的转轴上,从而减少了蒸汽沿所述旋转活塞的平表面的侧面而下并且进入主驱动轴轴承的泄漏,
d.两个大体直的密封件位于形成在所述膨胀腔的平的平行侧面中的每一个中的槽中,所述槽和所述密封件相对于每个旋转活塞的轴径向定向,并且定向在包括两个旋转活塞的两轴的平面上,所述密封件的宽度至少足够宽以当所述旋转活塞在中心点接合时延伸越过所述旋转活塞的适当的齿轮齿廓的周向距离,所述密封件足够宽以便防止其在两个活塞面在所述中心点通过的过程中变得过度倾斜,从而改善了外壳的平面侧在关键的中心点的密封,
e.权利要求12.a和12.b的密封件与由直的密封件连接的两个圆形密封件结合,所述直的密封件与圆形密封件的切线成直角,所有的部件在一个平面中,连接的区域被适当确定轮廓并且在该连接处的厚度适合于承受在结合的密封件的运行中所施加的额外力,从而通过利用所述圆形密封件锚定,给予了中心密封件更多的稳定性,但不排除使用具有单独弹簧加载的或通过有键的支撑件或类似物的单独直的密封件和圆形密封件。
13.如权利要求1所述的膨胀腔,所述膨胀腔具有形成在所述膨胀腔的平表面和弯曲表面中的浅槽,从而加压的蒸汽进入所述槽并且不实施有用的膨胀,而是由于泄漏的蒸汽遇到较大的紊流并且因此遇到比通常的阻力大的阻力而导致减少了蒸汽在所述旋转活塞和外壳之间的小空间的通过,所述膨胀腔的弯曲部分上的槽基本上与所述主驱动轴的转轴平行并且围绕所述膨胀腔的周界以基本规则的间隔隔开,并且所述膨胀腔的所述平表面具有类似的槽,该类似的槽径向地指向或者至少基本上与所述主驱动轴的转轴成直角,并且从直径延伸,达到比所述旋转活塞的较小直径的直径小的小距离,直到所述膨胀腔的弯曲表面,所述平表面上的槽大体与所述膨胀腔的弯曲表面上的槽相交,主轴轴承通过附加密封件的任何密封与所述槽具有适当的间隙。
14.能够在如权利要求1所述的旋转活塞的非升高半部中对称地设置配重的重量物,使得所述活塞平衡,该重量物的材料比所述旋转活塞的块的密度大,该材料是高铅含量的合金或其他材料,另外地或者可选择地,为了相同的目的,至少一个洞能在所述旋转活塞的升高半部中对称地形成。
15.如权利要求1所述的等效双旋转活塞,所述等效双旋转活塞具有主膨胀的部件、平衡旋转可变入口截止阀、次膨胀,以及由次膨胀和主膨胀驱动的附属设备,所述等效双旋转活塞空间地定向和布置,使得所述主膨胀和驱动主载荷例如在汽车应用中的负重轮的相关转动传动系统的转动方向,顺时针或逆时针,设定为沿着相反的转动方向并且在基本上与所述平衡旋转可变入口截止阀和任何由次膨胀发动机驱动的转动附属设备例如发电机相平行的轴上,从而在加速过程中,连接到主膨胀的传动系的角动量的净变化被所述平衡旋转入口截止阀和由次膨胀发动机驱动的所述附属设备的组合的角动量的净变化所平衡,如果使用一个的话,由于核心机构作为一个整体的平衡几何形状和如权利要求14中的各个旋转活塞,或者通过本领域技术人员常用的其它类型的平衡,因此所述主膨胀和所述次膨胀的核心机构内的角动量的净变化必须是零。
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