一种气缸机构及其气缸装置的制作方法

1.本实用新型涉及气缸技术领域，具体而言，涉及一种气缸机构及其气缸装置。


背景技术：

2.传统的蒸汽机的气缸活塞做往复运动，带动连杆、曲轴、飞轮机构等机构运动，将热能转化为机械能，从而输出动力。由于传统往复活塞式气缸存在运动效率低，热转化效率低，能量损失较大(即排出的二次蒸汽还含有较多的热能却无法被二次利用)等缺点，使得传统的蒸汽机，其热能转化效率约16％左右。即使当今世界正在广泛使用的蒸汽轮机，其热能转化效率也仅在30％
‑
48％之间。然而蒸汽轮机不仅也存在上述缺点，而且气密性差，转矩小。鉴于此，实用新型人经过潜心研究后提出一种气缸机构、气缸装置及其工作方法，以解决上述存在的问题。


技术实现要素：

3.第一方面，本实用新型的目的在于提供一种气缸机构，提高了高温高压蒸气中所含的热能转化为机械能的运动效率。
4.第二方面，本实用新型的另一目的在于提供一种利用上述气缸机构的工作方法，由于该气缸机构做连贯的圆周运动，在如此循环往复的过程中大大地提高了其运动效率；而且在活塞弧的作用下，密封性更好，产生更大的转矩。
5.第三方面，本实用新型的另一目的在于提供一种气缸装置，其利用上述气缸机构及工作方法将高温高压蒸气经多级气缸单元做功后，具有转矩大、能量转换率高、节能减排的优点。
6.本实用新型的实施例是这样实现的：
7.本实施例提供一种气缸机构，其包括气缸单元，上述气缸单元包括传动组件和两个相互连通的气缸组件，上述气缸组件包括具有环形通道的缸体、设于上述缸体内的转动盘、与上述转动盘连接的活塞及用于控制上述环形通道打开/关闭的密封滚筒，两个上述转动盘通过上述传动组件连接，两个上述密封滚筒通过上述传动组件连接，两个上述活塞的起始位置反向设置。
8.在本实用新型的一些实施例中，上述传动组件包括主轴和从动轴，两个上述密封滚筒通过上述从动轴连接，两个上述转动盘通过上述主轴连接，上述主轴与上述从动轴传动连接。
9.在本实用新型的一些实施例中，上述密封滚筒上设有可供上述活塞通过的缺口。
10.在本实用新型的一些实施例中，还包括活塞弧，上述活塞弧嵌设于上述活塞的自由端，上述活塞弧与上述环形通道的内壁相接触。
11.在本实用新型的一些实施例中，还包括配重块，上述配重块安装于上述从动轴上。
12.在本实用新型的一些实施例中，上述缸体通过铸造一体成型。
13.本实施例提供一种气缸机构的工作方法，上述方法包括以下步骤：
14.将缸体的进气口作为第一预设位置，将缸体的排气口作为第二预设位置；当其中一个气缸组件中的活塞处于第一预设位置时，密封滚筒将环形通道关闭；另一个气缸组件中的活塞处于第二预设位置，密封滚筒将环形通道关闭；
15.当其中一个气缸组件中的活塞由第一预设位置运动至第二预设位置时，密封滚筒将环形通道关闭；则另一个气缸组件中的活塞通过密封滚筒的缺口由第二预设位置运动至第一预设位置；
16.当其中一个气缸组件中的活塞通过密封滚筒的缺口由第二预设位置运动至第一预设位置时；则另一个气缸组件中的活塞由第一预设位置运动至第二预设位置时，密封滚筒将环形通道关闭。
17.本实施例提供一种气缸装置，包括多组上述气缸单元，多组上述气缸单元通过管道相互连通，还包括连接轴，相邻两组上述气缸单元之间的上述转动盘通过上述连接轴连接，且相邻两组上述气缸单元之间的尺寸依次逐渐增大。
18.在本实用新型的一些实施例中，上述气缸单元为4组。
19.在本实用新型的一些实施例中，上述气缸单元还可以制成气动发动机、高压泵、气体压缩机或真空抽气泵其中的任意一种。
20.相对于现有技术，本实用新型实施例至少具有如下优点或有益效果：
21.第一方面，本技术实施例提供了一种气缸机构，其包括气缸单元，气缸单元包括传动组件和两个相互连通的气缸组件，气缸组件包括具有环形通道的缸体、设于缸体内的转动盘、与转动盘连接的活塞及用于控制环形通道打开/关闭的密封滚筒，两个转动盘通过传动组件连接，两个密封滚筒通过传动组件连接，两个活塞的起始位置反向设置。蒸汽机将高温高压蒸气依次通入两个相互连通的气缸组件内，高温高压蒸气推动一个气缸组件中的活塞开始做圆周运动后，随后进入另一个气缸组件中推动其活塞开始继续做圆周运动，提高了将高温高压蒸气中所含的热能转化为机械能的运动效率。
22.第二方面，本实施例提供一种气缸机构的工作方法，方法包括以下步骤：
23.将缸体的进气口作为第一预设位置，将缸体的排气口作为第二预设位置；当其中一个气缸组件中的活塞处于第一预设位置时，密封滚筒将环形通道关闭，高温高压蒸气进入缸体进气口后只能推动活塞朝向一个方向运动；另一个气缸组件中的活塞处于第二预设位置，密封滚筒将环形通道关闭；
24.当其中一个气缸组件中的活塞由第一预设位置运动至第二预设位置时，密封滚筒将环形通道关闭，高温高压蒸气从缸体的排气口排出；则另一个气缸组件中的活塞通过密封滚筒的缺口由第二预设位置运动至第一预设位置，等待前一组做功后的高温高压蒸气进入，准备进行下半周做功；
25.当其中一个气缸组件中的活塞通过密封滚筒的缺口由第二预设位置运动至第一预设位置时；则另一个气缸组件中的活塞由第一预设位置运动至第二预设位置时，密封滚筒将环形通道关闭。两个气缸组件都是做连贯的圆周运动，在如此循环往复的过程中大大地提高了其运动效率；而且在活塞弧的作用下，密封性更好，产生更大的转矩。
26.第三方面，本实施例提供一种气缸装置，包括多组上述气缸单元，多组气缸单元通过管道相互连通，还包括连接轴，相邻两组气缸单元之间的转动盘通过连接轴连接，且相邻两组气缸单元之间的尺寸依次逐渐增大。利用上述气缸机构及工作方法将高温高压蒸气经
多级气缸单元做功后，具有转矩大、能量转换率高、节能减排的优点。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.图1为本实用新型单个气缸组件的正视图；
29.图2为本实用新型单个气缸组件的侧视图；
30.图3为本实用新型实施例中密封滚筒的结构示意图；
31.图4为本实用新型实施例中气缸单元的连接示意图；
32.图5为本实用新型实施例中气缸单元的工作流程示意图；
33.图6为本实用新型实施例中气缸装置的连接结构示意图。
34.图标：1、气缸单元；10、气缸组件；11、缸体；111、进气口；112、排气口；12、转动盘；13、活塞；14、密封滚筒；141、缺口；2、传动组件；21、主轴；22、从动轴；3、活塞弧；4、连接轴。
具体实施方式
35.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
36.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
38.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
39.在本实用新型实施例的描述中，“多组”代表至少2组。
40.在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.实施例1
42.请参照图1至图4，本实施例提供一种气缸机构，其包括气缸单元1，气缸单元1包括传动组件2和两个相互连通的气缸组件10，气缸组件10包括具有环形通道的缸体11、设于缸体11内的转动盘12、与转动盘12连接的活塞13及用于控制环形通道打开/关闭的密封滚筒14，两个转动盘12通过传动组件2连接，两个密封滚筒14通过传动组件2连接，两个活塞13的起始位置反向设置。
43.在本实施例中，两个气缸组件10(为便于区分，以下称为气缸组件a和气缸组件b)均包括缸体11、转动盘12、活塞13和密封滚筒14，该缸体11整体外观结构类似呈数字“8”形状，缸体11内设有进气口111、排气口112和用于安装转动盘12、活塞13和密封滚筒14的安装空腔，进气口111和排气口112两者处于同一轴线上；转动盘12安装于安装空腔内时，转动盘12的圆周外侧壁与缸体11的内侧壁之间形成环形通道，将活塞13焊接于转动盘12的圆周外侧壁，并且能够随转动盘12的转动而转动，活塞13尺寸略小于环形通道的尺寸，便于活塞13在环形通道内转动；在密封滚筒14上设有可供活塞13通过的缺口141，密封滚筒14的外径与转动盘12的外径相同，便于密封滚筒14在安装腔室内转动时，可以控制环形通道连通或关闭；当密封滚筒14的缺口141与转动盘12错位时，两者可以无缝地靠在一起，将环形通道关闭；当密封滚筒14的缺口141与转动盘12相对时(即缺口141完全朝向转动盘12时)，环形通道被完全连通。
44.在装配时，两个气缸组件10的转动盘12通过传动组件2连接，两个气缸组件10(气缸组件a和气缸组件b)的密封滚筒14通过传动组件2连接，其中气缸组件a中的活塞13的安装起始位置位于进气口111处，气缸组件b中的活塞13的安装起始位置位于排气口112处，两个活塞13的安装起始位置互为180
°
；两个密封滚筒14缺口141的安装起始位置同样互为180
°
，之所以如此设计，便于本机构在快速运转时容易达到动平衡以减少震动，也可以使每半周的转矩连续平稳；气缸组件a中的缸体11排气口112与气缸组件b中的缸体11进气口111通过管道相互连通。
45.在上述实施例中，传动组件2包括主轴21和从动轴22，气缸组件a中的密封滚筒14和气缸组件b中的密封滚筒14分别通过螺栓连接在从动轴22的左右两端，气缸组件a中的转动盘12和气缸组件b中的转动盘12分别通过螺栓连接在主轴21的左右两端，通过螺栓连接便于拆卸维修；主轴21与从动轴22上均套设有齿轮，两个齿轮相互啮合实现1:1传动连接，这样才能使密封滚筒14与活塞13的相对位置成周而复始的有规律的变化。
46.在一些其他实施例中，两个齿轮还可以通过1:2或1:3的传动比来实现传动连接。
47.在使用上述气缸机构时，其工作过程包括以下步骤：
48.请参照图5，由于在装配时，本机构中气缸单元1的安装位置已经固定,处于状态一(即气缸组件a中的活塞13的安装起始位置位于进气口111处，气缸组件a中的密封滚筒14将环形通道关闭；气缸组件b中的活塞13的安装起始位置位于排气口112处，气缸组件b中的密封滚筒14将环形通道关闭，两个活塞13的安装起始位置互为180
°
，两个密封滚筒14缺口141的安装起始位置同样互为180
°
，气缸组件a中的缸体11排气口112与气缸组件b中的缸体11进气口111通过管道相互连通。)
49.因此，高温高压蒸气通过进气口111进入气缸组件a中的环形通道内，由于气缸组件a中的密封滚筒14将环形通道关闭，气缸组件a中的活塞13只能在高温高压蒸气推动在下在环形通道内逆时针旋转做功，同时气缸组件a中的密封滚筒14和气缸组件b中的密封滚筒
14在主轴21齿轮的带动下，以同等速度做顺时针旋转，与此同时，主轴21随之转动带动气缸组件b中的活塞13同步逆时针旋转，打开排气口112，通过气缸组件b中密封滚筒14的缺口141，做好下半周的做功准备，此时处于状态二。
50.气缸组件a中的活塞13经过180
°
做功后，其活塞13旋转至气缸组件a中的排气口112处，此时气缸组件a中的密封滚筒14刚好旋转180
°
，其密封滚筒14的缺口141处于迎接位置；而气缸组件b中的活塞13经过180
°
旋转刚好通过气缸组件b中的进气口111，气缸组件b中的密封滚筒14经过180
°
的旋转，刚刚将气缸组件b中的环形通道关闭，此时处于状态三。
51.最后气缸组件a中的活塞13回到安装起始位置，气缸组件a中的密封滚筒14将环形通道关闭；气缸组件b中的活塞13回到安装起始位置，气缸组件b中的密封滚筒14将环形通道关闭，此时处于状态四(也就是状态一)。
52.高温高压蒸气先后依次通过气缸组件a中的缸体11进气口111、气缸组件a中的缸体11排气口112、连接管道、气缸组件b中的缸体11进气口111、最后在气缸组件b中的环形通道内进行下半周做功，同时气缸组件a中的活塞13通过气缸组件a中密封滚筒14的缺口141，向气缸组件a中的缸体11进气口111运动。经过180
°
旋转，气缸组件a中的活塞13运动至安装起始位置开始做功，气缸组件b中的活塞13运动至安装起始位置。如此循环往复，使得高温高压蒸气在气缸组件a中的活塞13和气缸组件b中的活塞13作功行程都是180
°
，在圆周运动内实现两个半周的做功，从气缸组件a中的缸体11进气口111至气缸组件b中的缸体11排气口112，这部分蒸汽经过两个半周的做功后，热能部分转化为机械能，在如此循环往复的过程中大大地提高了其运动效率。
53.在本实施例中，缸体11是由两个半壳共同连接构成，每一个半壳通过铸造一体成型，一体成型的半壳结构稳定、坚实牢固；且生产工序少，制造成本低廉。
54.实施例2
55.请参考图1，本实施例基于实施例1的技术方案提出：还包括活塞弧3，活塞弧3嵌设于活塞13的自由端，活塞弧3与环形通道的内壁相接触。
56.在本实施例中，由于活塞13与环形通道的内壁存在一定的间隙，这会使得高温高压蒸气从间隙泄露，造成热量流失。为了填补这种间隙，因此在活塞13的自由端嵌入活塞弧3，活塞弧3与环形通道的内壁相接触。活塞弧3是一种弹性元件，紧密且弹性地填补活塞13与环形通道内壁的间隙，使活塞13在环形气缸内做旋转运动时，形成良好的气密性。
57.在本实施例中，为了使活塞弧3通过缸体11的进气口111和排气口112后，不出现卡顿的现象，在环形通道的内壁上设有圆弧过渡段。请参考图1，环形通道内壁的ab段其内截面从a点到b点逐渐地小尺寸扩张，活塞13经过b点到a点的运动过程中，有一个逐渐地压缩并贴紧气缸内壁的过程；环形通道内壁的cd段，其内截面从c点到d点逐渐地小尺寸扩张，活塞13从c点到d点运动过程中，使活塞弧3弹出时的弹力有一个逐渐释放的过程。
58.实施例3
59.本实施例基于实施例1的技术方案提出：还包括配重块(图中未示出)，配重块安装于从动轴22上。
60.在本实施例中，由于密封滚筒14上设有缺口141，在运动时必然会因重力不均衡产生振动现象，故而在从动轴22上增加配重块，该配重块的形状恰好与密封滚筒14上的缺口141相同，这样可以使密封滚筒14在运动过程中达到动态平衡，减小振动的发生。
61.实施例4
62.请参考图6，本实施例提供一种气缸装置，包括多组上述气缸单元1，多组气缸单元1通过管道相互连通，还包括连接轴4，相邻两组气缸单元1之间的转动盘12通过连接轴4连接，且相邻两组气缸单元1之间的尺寸依次逐渐增大。
63.在本实施例中，该气缸装置包括了为4组气缸单元1，每组气缸单元1通过管道将环形通道相互连通，而且这4组气缸单元1之间的尺寸依次逐渐增大，每两组气缸单元1之间的转动盘12通过连接轴4连接在一起，这样从第一组气缸单元1到第四组气缸单元1就共同安装在同一根转轴上，如此设计的目的是为了最大限度地使蒸汽中的热能转化为机械能，使得高温高压蒸汽逐级实现膨胀做功，充分利用蒸汽中所含剩余的巨大热能，提高热能转化率。工作人员可以通过调节高温高压蒸汽的进入量，高温高压蒸汽经过多级做功后，其温度和压力逐渐降低，在最后一组气缸单元1中做功时蒸汽温度从100℃以上降至100℃以下，蒸汽压强从高于大气压变为低于大气压，施加在活塞13上的转矩由正值变为负值，当最后一组气缸单元1将排气口112打开时，气缸内的蒸汽和大气相遇，由于气压升高，原先低于大气压强的蒸气凝结成蒸馏水。此时可以认为高温压蒸汽中的绝大部分热能都转化为机械能，这就是热效率很高的原因，这也是这种技术方案的最大价值。
64.在一些其他实施例中，本实用新型的气缸单元1还可以用于制成气动发动机、高压泵、气体压缩机或真空抽气泵其中的任意一种。
65.综上，第一方面，本技术实施例提供了一种气缸机构，其包括气缸单元1，气缸单元1包括传动组件2和两个相互连通的气缸组件10，气缸组件10包括具有环形通道的缸体11、设于缸体11内的转动盘12、与转动盘12连接的活塞13及用于控制环形通道打开/关闭的密封滚筒14，两个转动盘12通过传动组件2连接，两个密封滚筒14通过传动组件2连接，两个活塞13的起始位置反向设置。蒸汽机将高温高压蒸气依次通入两个相互连通的气缸组件10内，高温高压蒸气推动一个气缸组件10中的活塞13开始做圆周运动后，随后进入另一个气缸组件10中推动其活塞13开始继续做圆周运动，提高了将高温高压蒸气中所含的热能转化为机械能的运动效率。
66.第二方面，本实施例提供一种气缸机构的工作方法，方法包括以下步骤：
67.将缸体11的进气口111作为第一预设位置，将缸体11的排气口112作为第二预设位置；当其中一个气缸组件10中的活塞13处于第一预设位置时，密封滚筒14将环形通道关闭，高温高压蒸气进入缸体11进气口111后只能推动活塞13朝向一个方向运动；另一个气缸组件10中的活塞13处于第二预设位置，密封滚筒14将环形通道关闭；
68.当其中一个气缸组件10中的活塞13由第一预设位置运动至第二预设位置时，密封滚筒14将环形通道关闭，高温高压蒸气从缸体11的排气口112排出；则另一个气缸组件10中的活塞13通过密封滚筒14的缺口141由第二预设位置运动至第一预设位置，等待前一组做功后的高温高压蒸气进入，准备进行下半周做功；
69.当其中一个气缸组件10中的活塞13通过密封滚筒14的缺口141由第二预设位置运动至第一预设位置时；则另一个气缸组件10中的活塞13由第一预设位置运动至第二预设位置时，密封滚筒14将环形通道关闭。两个气缸组件10都是做连贯的圆周运动，在如此循环往复的过程中大大地提高了其运动效率；而且在活塞弧3的作用下，密封性更好，产生更大的转矩。
70.第三方面，本实施例提供一种气缸装置，包括多组上述气缸单元1，多组气缸单元1通过管道相互连通，还包括连接轴4，相邻两组气缸单元1之间的转动盘12通过连接轴4连接，且相邻两组气缸单元1之间的尺寸依次逐渐增大。利用上述气缸机构及工作方法将高温高压蒸气经多级气缸单元1做功后，具有转矩大、能量转换率高、节能减排的优点。
71.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。