无活塞气缸连杆的蒸汽机的制作方法

1.本发明涉及一种无活塞气缸连杆的蒸汽机，尤其是较传统蒸汽机，结构简化，热效率提高、转速提高、工作过程连续、运行平稳，体积小的无活塞气缸连杆的蒸汽机。


背景技术：

2.蒸汽机的发明，对推动机械工业甚至社会的发展起了重大作用。三百多年来，众多科技工作者对蒸汽机不断改进，热效率从3％提高到了20％以上。
3.蒸汽机需要锅炉产生蒸汽才能工作。锅炉对燃料不挑剔，劣质燃料也能产生蒸汽，这是蒸汽机的第一个独特优点。
4.核能不能直接转化为机械能，只能直接转化为内能，核反应让水产生蒸汽驱动蒸汽机发电，这是其他动力机无法胜任的。这是蒸汽机的第二独特个优点。
5.蒸汽机在较低气压下也能工作，这是蒸汽机的第三个独特优点。
6.但蒸汽机存在以下诸多缺点。
7.其一，锅炉笨重、庞大。
8.其二，活塞与汽缸、连杆与曲柄都存在摩擦，热效率难以提高。
9.其三，活塞往复运动，惯性限制转轴和飞轮转速的提高。
10.其四，活塞往复运动，速度的方向不断变化，速度的大小不断变化，工作过程不连续，机体震动大。
11.由于蒸汽机存在上述缺点，使得蒸汽机当前处于衰落态势。
12.第一个缺点，笨重、庞大锅炉当前难以用轻巧装置替代，但若用蒸汽机驱动位于地面上的机器或质量很大的车辆，影响不大，可以接受。至于其他三个缺点，如果能够得到克服，蒸汽机可能获得新生，毕竟蒸汽机具有上述三个独特优点。


技术实现要素：

13.本发明要解决的技术问题是提供一种，较传统蒸汽机，结构简化，热效率提高、转速提高、工作过程连续、运行平稳，体积小的无活塞气缸连杆的蒸汽机。
14.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样的：
15.一种无活塞气缸连杆的蒸汽机，含定子、转轮、转轴和配汽装置。
16.该定子，其为长方体形，其固定安装在机座上，其内部为水平圆柱形转轮腔，其左右两端分别开有端孔，该端孔的轴线与该转轮腔的轴线重合。
17.该转轮腔的腔壁上有n个气槽，这n个气槽沿轴向均匀分布；所述n为等于或大于1的整数。
18.每个气槽，其纵向断面为矩形，其环绕大半个该转轮腔，且与该转轮腔相通，其沿顺时针方法依次分为起始段气槽、中段气槽和末尾段气槽；该起始段气槽的槽底与该转轮腔轴线的距离沿顺时针方向连续逐渐增大；该末尾段气槽的槽底与该转轮腔轴线的距离沿顺时针方向连续逐渐减小；该中段气槽，其槽底与该转轮腔轴线的距离沿顺时针方向保持
不变，其始端与该起始段气槽的末端圆滑相接，其末端与该末尾段气槽的始端圆滑相接；这n个气槽上的起始段气槽的始端位于与该转轮腔轴线平行的同一直线上。
19.该定子上安装n个进气管、n个排气管、k个润滑油管，所述k为大于n的整数。
20.这n个进气管，其分别固定安装在这n个气槽起始段气槽附近的该定子上，其里端分别与这n个气槽起始段气槽的始端连通。
21.这n个排气管，其分别固定安装在这n个气槽末尾段气槽附近的该定子上，其里端分别与这n个气槽末尾段气槽的末端连通，其外端均与大气相通。
22.这k个润滑油管中的n个润滑油管，其分别固定安装在这n个气槽末尾段气槽附近的该定子上，其里端分别接近这n个气槽末尾段气槽的末端，且分别伸向相应位置的该转轮腔的腔壁；另外的k
‑
n个润滑油管，其分散安装在没有气槽通过的该定子上，且分别伸向相应位置的该转轮腔的腔壁；这k个润滑油管的外端均与润滑油箱固定连接，该润滑油箱的润滑油能自动进到这k个润滑油管中。
23.该转轮，其为圆柱体形，其同轴安装在该定子的转轮腔中，其轴向长度等于或小于该转轮腔的轴向长度，其外径小于但接近该转轮腔的内径，其上开有轴向轴孔，其轴线与该轴孔的轴线重合，其上还开有n个径向滑块腔；这n个滑块腔沿轴向均匀分布，且分别与该定子上n个气槽的轴向位置对应；这n个滑块腔中，相邻两滑块腔的轴线相互错开，且这两个滑块腔的轴线在垂直该转轮轴线的平面上投影的夹角等于360/n度。
24.任意一个滑块腔，其横断面为矩形，其相对该转轮的轴向宽度等于气槽的纵向宽度，其腔底接近该转轮的轴孔，其外端开口在相应位置的该转轮的圆周表面上。
25.任意一个滑块腔中安装一个滑块和一个滑块弹簧，该滑块弹簧的里端与该滑块腔的腔底接触；该滑块，其为长方体形块，其横断面的形状与该滑块腔横断面的形状相同，其横断面的面积小于但接近该滑块腔横断面的面积，其径向长度小于该滑块腔的径向深度，其里端面与该滑块弹簧的外端接触，其外端在不受阻碍的情况下，其在该滑块弹簧弹力的作用下，其外端能自动从该滑块腔中快速向外伸出。
26.该转轴，其插入该转轮的轴孔中，其与该转轮固定连接为一体，其轴线与该转轮的轴线重合，其两端分别从该转轮的两端向外伸出，其伸出的两端分别安装在该定子左右两端的两端孔中，其轴线与该定子上转轮腔的轴线重合，其可绕其轴线自由转动，但不能沿轴向移动。
27.n个配气装置环绕该定子左端板外侧的该转轴的伸出端均匀分布；这n个配气装置共用一个凸块；该凸块，其为圆滑弧形块，其内表面同轴固定连接在相应位置的该转轴上该伸出端的外圆周表面上，其内表面的弧长等于或小于该转轴周长的1/n，其外表面的两端分别与相应位置的该转轴的外圆周表面圆滑相接，其和该转轴的组合体相当于偏心轮。
28.该配气装置含顶杆、定位块和配汽头。
29.该配气头，含滑阀、滑阀座、滑阀弹簧、前输气管和后输气管。
30.该滑阀座，其为长方体形，其内部为长方体形内腔，其底板上分别固定贯穿连接前输气管和后输气管，其内侧向面与相应位置该左端板的外端面固定连接；锅炉产生的蒸汽通过该前输气管输送到该配气头；该后输气管与该定子上n个进气管中的一个进气管连通。
31.该滑阀，其为长方体形小滑块，其内部有u形管，其活动安装在该滑阀座的内腔中，其可沿该转轴的径向在该滑阀座的内腔中自由滑动，但不能沿其他方向移动。
32.该滑阀弹簧，其安装在该滑阀座的内腔中，其一端与该滑阀座前端板的内表面接触，其另一端与该滑阀的前端面接触。
33.该顶杆，其外端面通过该滑阀座后端板的圆孔后，与相应位置的该滑阀的后端面固定连接，其里端面沿径向与该凸块所处位置的该转轴的外圆周表面活动接触。
34.该定位块，使该顶杆只能沿该转轴的径向移动，不能沿其他方向移动。
35.该顶杆的里端与该转轴的外圆周表面接触时，该滑阀上的u形管的两侧管与该前输气管和该后输气管均错开，锅炉产生的蒸汽不能通过该前输气管进到该后输气管。
36.该顶杆的里端与该转轴上凸块接触时，该凸块顶升该顶杆，该顶杆推动该滑阀前移，该滑阀上的u形管的两侧管分别与该前输气管和该后输气管连通，锅炉产生的蒸汽就能依次通过该前输气管、该u形管、该后输气管和相应进汽管，进到相应气槽的起始段气槽中。
37.这n个配气装置上的n个顶杆，其环绕该转轴的外圆周表面均匀分布，其里端面分别与该凸块所处位置的该转轴的外圆周表面活动接触，相邻两顶杆的夹角为360/n度。
38.该转轮和该转轴组成的整体，在该定子上转轮腔中绕轴线沿顺时针方向转动过程中，该转轮上任意一个滑块转到相应气槽的起始段气槽时，该滑块自动作离心运动，该滑块的外端自动伸进该起始段气槽中，该滑块的外端面与该起始段气槽的槽底面紧密活动接触；与此同时，这n个配气装置中的一个配气装置，其上顶杆被该凸块顶升，其上的滑阀前移，该滑阀上的u形管的两侧管分别与其上的前输气管和后输气管连通，锅炉产生的蒸汽依次通过该前输气管、该u形管、该后输气管和与该起始段气槽连接的进气管，进到该起始段气槽中，推动该滑块做功，该蒸汽的内能转化为该转轴和该转轮的机械能；当该滑块的外端转到该气槽的中段气槽时，该顶杆脱离该凸块，该滑阀在相应滑阀弹簧的推动下后移，该u形管的两侧管分别离开该前输气管和该后输气管，该锅炉产生的蒸汽不再进到该气槽中，原先进到该气槽的蒸汽继续膨胀做功，该蒸汽的内能继续转化为该转轴和该转轮的机械能；当该滑块的外端，从该气槽的末尾段气槽的末端离开该末尾段气槽后，受该转轮腔腔壁的挤压而缩回到相应滑块腔中；该滑块的外端继续沿该转轮腔的腔壁运动过程中，将从该末尾段气槽附近的润滑油管流进的润滑油，涂抹在该滑块外端面所接触的，该转轮腔的腔壁上和该气槽的槽底面上；分散安装在没有气槽通过的该定子上的k
‑
n个润滑油管提供的润滑油起密封作用，阻止进到该定子上n个气槽中的蒸汽通过该转轮的外圆周表面与该转轮腔腔壁之间的间隙而泄漏。
39.该无活塞气缸连杆的蒸汽机，其上没有传统蒸汽机的活塞、气缸、连杆、曲轴和牵引杆，其结构大大简化；其消除了传统蒸汽机活塞往复运动克服摩擦力做功的能量消耗，其消除了传统蒸汽机克服连杆与曲轴摩擦力做功的能量消耗，其热效率大大提高；其以对转轮和转轴的直接驱动替代传统蒸汽机对飞轮和曲轴的间接驱动，其体积大大减小；其没有活塞，自然不存在往复运动活塞因惯性限制转速的提高，其能获得更大转速；其工作过程连续，运行平稳。
40.为了消除该无活塞气缸连杆的蒸汽机因热胀冷缩不能正常工作的隐患，制造该定子和该转轮的材料的膨胀系数须满足：
41.温度升高时，该定子上转轮腔内径的增大等于该转轮外径的增大。
42.温度降低时，该定子上转轮腔内径的减小等于该转轮外径的减小。
43.为了消除滑块因热胀冷缩被卡死的隐患，制造该滑块和该转轮的材料的膨胀系数
须满足：
44.温度升高时，任意一个滑块仍然能够在该转轮上相应滑块腔中沿径向自由滑动。
45.温度降低时，任意一个滑块仍然能够在该转轮上相应滑块腔中沿径向自由滑动。
46.进到气槽中的蒸汽对相应滑块膨胀做功的过程中，该蒸汽的温度降低、压强减小而成为废气；为提高热效率，该滑块转到该气槽的末尾段气槽的末端时，该废气的压强等于大气压强。
47.采用这样的结构后，由于没有活塞、气缸、连杆、曲轴和牵引杆，较传统蒸汽机，结构大大简化，造价大大降低。
48.采用这样的结构后，由于没有活塞往复运动克服摩擦力做功的能量消耗，由于没有克服连杆与曲轴摩擦力做功的能量消耗，较传统蒸汽机，热效率大大提高。
49.采用这样的结构后，由于蒸汽直接驱动转轮和转轴，较传统蒸汽机的蒸汽间接驱动转轮和转轴，本发明不但结构简化、热效率高，而且体积大大减小。
50.采用这样的结构后，由于没有活塞，自然不存在往复运动活塞因惯性限制转速的提高，较传统蒸汽机，本发明能获得更大转速。
51.采用这样的结构后，由于转轮上n个滑块的位置相互错开，由于n个气槽中的蒸汽沿同一方向驱动转轮和转轴，且驱动相互衔接，较传统蒸汽机，震动小，运行平稳。
52.采用这样的结构后，由于任意滑块转到气槽的末尾段气槽的末端时，废气的压强等于大气压强，蒸汽的内能得到了充分利用，进一步提高了热效率。
53.采用这样的结构后，由于分散安装在没有气槽通过的定子上的k
‑
n个润滑油管提供的润滑油起密封作用，解决了进到定子上n个气槽中的蒸汽通过转轮的外圆周表面与转轮腔腔壁之间的间隙而发生泄漏的技术难题。
54.采用这样的结构后，本发明对传统蒸汽机进行了脱胎换骨创新，让蒸汽机获得了新生命，有可能扭转传统蒸汽机的衰落态势，传统蒸汽机有可能被本发明淘汰。
55.采用这样的结构后，本发明可能是开拓性重大发明。
附图说明
56.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
57.图1是无活塞气缸连杆的蒸汽机的纵向竖直剖面示意图，但配汽装置没有画出。
58.图2是图1中沿a
‑
a线的剖视图，但转轮和转轴没有画出。
59.图3是图1中沿a
‑
a线的剖视图，但滑块伸进相应气槽中。
60.图4是图1中沿a
‑
a线的剖视图，但滑块不在相应气槽中。
61.图5是配气装置的横向竖直剖面示意图。
具体实施方式
62.如图1至图5各图所示，一种无活塞气缸连杆的蒸汽机，含定子1、转轮5、转轴10和配汽装置。
63.如图1、图2所示，该定子1，其为长方体形，其固定安装在机座上，其内部为水平圆柱形转轮腔3，其左右两端分别开有端孔2，该端孔2的轴线与该转轮腔3的轴线重合。
64.如图1所示，该转轮腔3的腔壁上有n个气槽4，这n个气槽4沿轴向均匀分布。所述n
为等于或大于1的整数。
65.如图1、图2所示，每个气槽4，其纵向断面为矩形，其环绕大半个该转轮腔3，且与该转轮腔3相通，其沿顺时针方法依次分为起始段气槽4a、中段气槽4b和末尾段气槽4c。该起始段气槽4a的槽底与该转轮腔3轴线的距离沿顺时针方向连续逐渐增大。该末尾段气槽4c的槽底与该转轮腔3轴线的距离沿顺时针方向连续逐渐减小。该中段气槽4b，其槽底与该转轮腔3轴线的距离沿顺时针方向保持不变，其始端与该起始段气槽4a的末端圆滑相接，其末端与该末尾段气槽4c的始端圆滑相接。这n个气槽4上的起始段气槽4a的始端位于与该转轮腔3轴线平行的同一直线上。
66.如图1、图2所示，该定子1上安装n个进气管11、n个排气管12、k个润滑油管13，所述k为大于n的整数。
67.如图1、图2所示，这n个进气管11，其分别固定安装在这n个气槽4起始段气槽4a附近的该定子1上，其里端分别与这n个气槽4起始段气槽4a的始端连通。
68.如图1、图2所示，这n个排气管12，其分别固定安装在这n个气槽4末尾段气槽4c附近的该定子1上，其里端分别与这n个气槽4末尾段气槽4c的末端连通，其外端均与大气相通。
69.如图1、图2所示，这k个润滑油管13中的n个润滑油管13，其分别固定安装在这n个气槽4末尾段气槽4c附近的该定子1上，其里端分别接近这n个气槽4末尾段气槽4c的末端，且分别伸向相应位置的该转轮腔3的腔壁。另外的k
‑
n个润滑油管13，其分散安装在没有气槽4通过的该定子1上，且分别伸向相应位置的该转轮腔3的腔壁。这k个润滑油管13的外端均与润滑油箱固定连接，该润滑油箱的润滑油能自动进到这k个润滑油管13中。
70.如图1、图3、图4所示，该转轮5，其为圆柱体形，其同轴安装在该定子1的转轮腔3中，其轴向长度等于或小于该转轮腔3的轴向长度，其外径小于但接近该转轮腔3的内径，其上开有轴向轴孔6，其轴线与该轴孔6的轴线重合，其上还开有n个径向滑块腔7。这n个滑块腔7沿轴向均匀分布，且分别与该定子1上n个气槽4的轴向位置对应。这n个滑块腔7中，相邻两滑块腔7的轴线相互错开，且这两个滑块腔7的轴线在垂直该转轮5轴线的平面上投影的夹角等于360/n度。
71.如图1所示，任意一个滑块腔7，其横断面为矩形，其相对该转轮5的轴向宽度等于气槽4的纵向宽度，其腔底接近该转轮5的轴孔6，其外端开口在相应位置的该转轮5的圆周表面上。
72.如图1、图3、图4所示，任意一个滑块腔7中安装一个滑块8和一个滑块弹簧9，该滑块弹簧9的里端与该滑块腔7的腔底接触。该滑块8，其为长方体形块，其横断面的形状与该滑块腔7横断面的形状相同，其横断面的面积小于但接近该滑块腔7横断面的面积，其径向长度小于该滑块腔7的径向深度，其里端面与该滑块弹簧9的外端接触，其外端在不受阻碍的情况下，其在该滑块弹簧9弹力的作用下，其外端能自动从该滑块腔7中快速向外伸出。
73.如图1所示，该转轴10，其插入该转轮5的轴孔6中，其与该转轮5固定连接为一体，其轴线与该转轮5的轴线重合，其两端分别从该转轮5的两端向外伸出，其伸出的两端分别安装在该定子1左右两端的两端孔2中，其轴线与该定子1上转轮腔3的轴线重合，其可绕其轴线自由转动，但不能沿轴向移动。
74.如图1、图5所示，n个配气装置环绕该定子1左端板1a外侧的该转轴10的伸出端均
匀分布。这n个配气装置共用一个凸块14。该凸块14，其为圆滑弧形块，其内表面同轴固定连接在相应位置的该转轴10上该伸出端的外圆周表面上，其内表面的弧长等于或小于该转轴10周长的1/n，其外表面的两端分别与相应位置的该转轴10的外圆周表面圆滑相接，其和该转轴10的组合体相当于偏心轮。
75.如图5所示，该配气装置含顶杆22、定位块23和配汽头15。
76.如图5所示，该配气头15，含滑阀16、滑阀座18、滑阀弹簧19、前输气管20和后输气管21。
77.如图5所示，该滑阀座18，其为长方体形，其内部为长方体形内腔，其底板上分别固定贯穿连接前输气管20和后输气管21，其内侧向面与相应位置该左端板1a的外端面固定连接。锅炉产生的蒸汽通过该前输气管20输送到该配气头15。该后输气管21与该定子1上n个进气管11中的一个进气管11连通。
78.如图5所示，该滑阀16，其为长方体形小滑块，其内部有u形管17，其活动安装在该滑阀座18的内腔中，其可沿该转轴10的径向在该滑阀座18的内腔中自由滑动，但不能沿其他方向移动。
79.如图5所示，该滑阀弹簧19，其安装在该滑阀座18的内腔中，其一端与该滑阀座18前端板的内表面接触，其另一端与该滑阀16的前端面接触。
80.如图5所示，该顶杆22，其外端面通过该滑阀座18后端板的圆孔后，与相应位置的该滑阀16的后端面固定连接，其里端面沿径向与该凸块14所处位置的该转轴10的外圆周表面活动接触。
81.如图5所示，该定位块23，使该顶杆22只能沿该转轴10的径向移动，不能沿其他方向移动。
82.如图5所示，该顶杆22的里端与该转轴10的外圆周表面接触时，该滑阀16上的u形管17的两侧管与该前输气管20和该后输气管21均错开，锅炉产生的蒸汽不能通过该前输气管20进到该后输气管21。
83.如图3、图4、图5所示，该顶杆22的里端与该转轴10上凸块14接触时，该凸块14顶升该顶杆22，该顶杆22推动该滑阀16前移，该滑阀16上的u形管17的两侧管分别与该前输气管20和该后输气管21连通，锅炉产生的蒸汽就能依次通过该前输气管20、该u形管17、该后输气管21和相应进汽管11，进到相应气槽4的起始段气槽4a中。
84.如图5所示，这n个配气装置上的n个顶杆22，其环绕该转轴10的外圆周表面均匀分布，其里端面分别与该凸块14所处位置的该转轴10的外圆周表面活动接触，相邻两顶杆22的夹角为360/n度。
85.如图3、图4、图5所示，该转轮5和该转轴10组成的整体，在该定子1上转轮腔3中绕轴线沿顺时针方向转动过程中，该转轮5上任意一个滑块8转到相应气槽4的起始段气槽4a时，该滑块8自动作离心运动，该滑块8的外端自动伸进该起始段气槽4a中，该滑块8的外端面与该起始段气槽4a的槽底面紧密活动接触。与此同时，这n个配气装置中的一个配气装置，其上顶杆22被该凸块14顶升，其上的滑阀16前移，该滑阀16上的u形管17的两侧管分别与其上的前输气管20和后输气管21连通，锅炉产生的蒸汽依次通过该前输气管20、该u形管17、该后输气管21和与该起始段气槽4a连接的进气管11，进到该起始段气槽4a中，推动该滑块8做功，该蒸汽的内能转化为该转轴10和该转轮5的机械能。当该滑块8的外端转到该气槽
4的中段气槽4b时，该顶杆22脱离该凸块14，该滑阀16在相应滑阀弹簧19的推动下后移，该u形管17的两侧管分别离开该前输气管20和该后输气管21，该锅炉产生的蒸汽不再进到该气槽4中，原先进到该气槽4的蒸汽继续膨胀做功，该蒸汽的内能继续转化为该转轴10和该转轮5的机械能。当该滑块8的外端，从该气槽4的末尾段气槽4c的末端离开该末尾段气槽4c后，受该转轮腔3腔壁的挤压而缩回到相应滑块腔7中。该滑块8的外端继续沿该转轮腔3的腔壁运动过程中，将从该末尾段气槽4c附近的润滑油管13流进的润滑油，涂抹在该滑块8外端面所接触的，该转轮腔3的腔壁上和该气槽4的槽底面上。分散安装在没有气槽4通过的该定子1上的k
‑
n个润滑油管13提供的润滑油起密封作用，阻止进到该定子1上n个气槽4中的蒸汽通过该转轮5的外圆周表面与该转轮腔3腔壁之间的间隙而泄漏。
86.该无活塞气缸连杆的蒸汽机，其上没有传统蒸汽机的活塞、气缸、连杆、曲轴和牵引杆，其结构大大简化；其消除了传统蒸汽机活塞往复运动克服摩擦力做功的能量消耗，其消除了传统蒸汽机克服连杆与曲轴摩擦力做功的能量消耗，其热效率大大提高；其以对转轮5和转轴10的直接驱动替代传统蒸汽机对飞轮和曲轴的间接驱动，其体积大大减小；其没有活塞，自然不存在往复运动活塞因惯性限制转速的提高，其能获得更大转速；其工作过程连续，运行平稳。
87.如图1所示，为了消除该无活塞气缸连杆的蒸汽机因热胀冷缩不能正常工作的隐患，制造该定子1和该转轮5的材料的膨胀系数须满足：
88.温度升高时，该定子1上转轮腔3内径的增大等于该转轮5外径的增大。
89.温度降低时，该定子1上转轮腔3内径的减小等于该转轮5外径的减小。
90.如图3、图4所示，为了消除滑块8因热胀冷缩被卡死的隐患，制造该滑块8和该转轮5的材料的膨胀系数须满足：
91.温度升高时，任意一个滑块8仍然能够在该转轮5上相应滑块腔7中沿径向自由滑动。
92.温度降低时，任意一个滑块8仍然能够在该转轮5上相应滑块腔7中沿径向自由滑动。
93.如图3、图4所示，进到气槽4中的蒸汽对相应滑块8膨胀做功的过程中，该蒸汽的温度降低、压强减小而成为废气；为提高热效率，该滑块8转到该气槽4的末尾段气槽4c的末端时，该废气的压强等于大气压强。
94.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明。本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，仍属于本发明的范围。