托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机制造技术

一种托盘活塞摇摆式压缩‑发动复合机，包括曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机、压缩‑发动流体进排通道系统、冷却‑加热系统、动力输入‑输出系统和驱动控制系统；曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机包括支撑壳，数个托盘活塞式摇摆执行装置、压缩机流体进排通道子系统、压缩机冷却子系统和压缩机驱动力发生子系统；本机械可以实现压缩机或发动机的复合功能，在发动机模式运行时，利用高压流体驱动摇摆活塞片并通过曲柄连杆机构带动功能机的复合轴连续旋转；在压缩机模式运行时，利用原动机带动曲柄连杆机构连续旋转驱动摇摆活塞片压送流体进行泵送工作；本压缩‑发动复合机特别适合配套电动‑发电复合机或是惯性驱动轮系‑负载动力轮系复合机。

【技术实现步骤摘要】
托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机
本专利技术涉及托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，其摇摆活塞片的往复摇摆的角行程范围为0～210°左右，本专利技术的复合机能够利用同一现有的零部件技术作为压缩机或发动机两种模式运行，实现压缩机或发动机的复合功能，在发动机模式运行时，利用高压流体驱动摇摆活塞片并通过曲柄连杆机构带动功能机的复合轴连续旋转，满足驱动负载机的扭矩要求；在压缩机模式运行时，利用原动机带动主动曲柄轴连续旋转，主动曲柄轴通过曲柄连杆机构驱动摇摆活塞片压送流体进行泵送工作；本压缩-发动复合机在压缩机模式时或在在发动机模式时最适宜的工作流体是气体。
技术介绍
笔者已经提出有关托盘活塞式摇摆执行装置的专利申请，特别是《曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机》中国专利申请号CN201410196991.5和本人提交的中国专利申请《曲柄连杆机构驱动的空气动力托盘活塞式摇摆发动机》中国专利申请号CN201420531274.9，目前还没有在同一台活塞式机械上通过瞬间切换控制能够作为压缩机或发动机两种模式运行，而这种机械能够满足运输工具能量的牵引驱动和减速及制动能量回收-储存系统、间歇特性的可再生能源大规模融入和储存系统、间歇消纳特性的电力峰谷能量的调节、平衡、储存的节能减排系统和采用压缩空气储存的分布式备用电源系统的需要；而现有的能量储存和启动一般是通过化学电池或透平机械方式完成，前者造价极高，储存能量规模很小，且运行成本高昂；后者虽然储存能量规模大于十倍以上，仍然造价极高，机械制造精度很高，而且压缩机和发动机模式的切换时间较长，且难以消除上游随机冲击的速度调整，且运行成本高昂。
技术实现思路
针对以上种种缺陷，本专利技术提出了解决存在问题的托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机的技术方案：一种托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，包括曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机、压缩-发动流体进排通道系统、冷却-加热系统、动力输入-输出系统和驱动控制系统；曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机包括支撑壳，数个托盘活塞式摇摆执行装置、压缩机流体进排通道子系统、压缩机冷却子系统和压缩机驱动力发生子系统；压缩机流体进排通道子系统包括流体通道、管口和阀，该流体通道与工作腔室连通；压缩机驱动力发生子系统为机械驱动双作用活塞作用于流体负载的系统，机械驱动双作用活塞作用于流体负载的系统包括功能机和曲柄摇杆机构；动力输入-输出系统为压缩机驱动力发生子系统和发动机驱动力发生子系统构成的复合系统，发动机驱动力发生子系统为流体压力驱动双作用活塞作用于机械负载的系统；流体压力驱动双作用活塞作用于机械负载的系统包括功能机和曲柄摇杆机构；压缩机驱动力发生子系统和发动机驱动力发生子系统中采用同一套曲柄摇杆机构，发动机驱动力发生子系统的主动曲柄轴同样与功能机的复合轴连接；功能机为原动机和/或负载机和/或原动-负载复合机；托盘活塞摇摆压送流体机包括一个或2个固摇托盘组的托盘活塞式摇摆执行装置、连接机构、动力进出键合结构、润滑系统和密封结构；设有2个固摇托盘组的托盘活塞式摇摆执行装置为对夹摇摆托盘活塞式摇摆执行装置或是对夹分体摇摆托盘活塞式摇摆执行装置；压缩-发动流体进排通道系统包括压缩机流体进排通道子系统和发动机流体进排通道子系统，压缩机流体进排通道子系统已经包括在曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机中；发动机流体进排通道子系统包括进排压送流体通道、管口和阀，发动机流体通道与工作腔室连通；所述的发动机流体进排通道子系统是在活塞缸体活塞组的独立的工作腔室的左右旋向两端部分别设有并连通进排压送流体通道，进排压送流体通道是在静止活塞片设有一路进流体通道和一路排流体通道，该路进流体通道和该路排流体通道分别与该静止活塞片左右相邻的工作腔室连通，驱动控制系统包括气动换位/气流换向阀、压缩空气动力源和管路，排流体通道通过管路与压力流体动力源连接，进流体通道通过管路与低压端或大气连接，压缩-发动机模式气流换位阀通过气动换位/气流换向阀达到压缩机模式/发动机模式的换位，气动换位/气流换向阀还控制每个静止活塞片左右相邻的工作腔室中摇摆活塞片的摇摆动作，每个活塞缸体活塞组设置的气动换位/气流换向阀安装在固定托盘上；冷却-加热系统是对本发动机的元件进行加热或冷却的机构。本文中的“曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机”与《曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机》中国专利申请号CN201410196991.5相同，本文中提出的发动机驱动力发生子系统和压缩机驱动力发生子系统中的曲柄摇杆机构为相同特征的同一套部件，类似情况还有冷却-加热系统等等关键部件。本文提出的发动机流体进排通道子系统的气动换位/气流换向阀是在《曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机》的基础上增加的关键的技术特征。上述的“进流体通道”和“排流体通道”术语的字面含义仅相对压缩机模式而言，对于发动机模式的真实含义恰恰相反。对于采用的托盘活塞摇摆执行装置和流体进排通道系统的型式参见本文中实施例的相关文件。这两种类型执行装置在上述《曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机》中国专利申请号CN201410196991.5中指出“由于篇幅的关系，虽然在本实施例中没有列举这种型式的托盘活塞式摇摆执行装置，但是也可以利用本专利技术的曲柄连杆机构驱动这种类型的托盘活塞式摇摆压送流体机。”在本文的实施例中提供了该执行装置结合技术方案的相关描述。本压缩-发动复合机是综合了上述专利申请中的技术特征，并增加了本专利技术中的压缩-发动机模式换位系统等技术特征。原动机可以是电动机、汽油发动机、水轮机和风力机或是几种原动机的组合等等，负载机可以是发电机、牵引车轮系和各种工业加工机或是几种负载机的组合等等，原动-负载复合机是电动-发电复合机或是惯性驱动轮系-负载动力轮系复合机或是几种原动-负载的组合等等，原动-负载复合机具有做功能力和消纳功率的能力；功能机还可以理解原动机、负载机和/或原动-负载机的组合。惯性驱动轮-负载驱动轮可以是飞轮储能装置，在发动机模式时可以使本压缩-发动复合机驱动飞轮储能装置的飞轮升至高速状态以存储惯性能量，在压缩机模式可以使本压缩-发动复合机消耗飞轮储能装置存储的惯性能量，进行空气压缩储存以利用压缩空气能再使用。作为托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机(以下简称压缩-发动复合机)的进一步方案，冷却-加热系统的物理结构与压缩机冷却子系统的物理结构相同，腔室设有换热剂管道的进口和出口；换热剂为冷却剂或加热剂；压缩机冷却子系统是在托盘活塞式摇摆执行装置中设置固定托盘的支撑壳上支撑壁板外侧设有外夹套，外夹套是由安装法兰盘的支撑壁板、围板和夹套法兰盘组成的腔室，托盘活塞式摇摆执行装置的固定托盘部分包裹在外夹套中，夹套法兰盘与外夹套的腔室围板用紧固件连接固定并且设有密封结构，固定托盘的法兰盘与支撑壳的围板之间设有密封结构，这两处密封结构采用密封剂或密封垫；包裹在外夹套中每个托盘活塞式摇摆执行装置的固定托盘上的流体进排通道系统的所有通道穿过外夹套被引出到外界，外夹套为密闭腔室或开放式腔室，开放式腔室设有大气连通管道。本技术方案在压缩机模式适用于采用水加热的空气压缩机，在外夹套里通过一定流速的水直接加热固定托盘(和储气室中的空气)，当从外夹套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种托盘活塞摇摆式压缩‑发动复合机，包括曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机、压缩‑发动流体进排通道系统、冷却‑加热系统、动力输入‑输出系统和驱动控制系统；曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机包括支撑壳(5)，数个托盘活塞式摇摆执行装置、压缩机流体进排通道子系统、压缩机冷却子系统和压缩机驱动力发生子系统；压缩机流体进排通道子系统包括流体通道、管口和阀，该流体通道与工作腔室(4c)连通；压缩机驱动力发生子系统为机械驱动双作用活塞作用于流体负载的系统，机械驱动双作用活塞作用于流体负载的系统包括功能机和曲柄摇杆机构；其特征是，动力输入‑输出系统为压缩机驱动力发生子系统和发动机驱动力发生子系统构成的复合系统，发动机驱动力发生子系统为流体压力驱动双作用活塞作用于机械负载的系统；流体压力驱动双作用活塞作用于机械负载的系统包括功能机和曲柄摇杆机构；压缩机驱动力发生子系统和发动机驱动力发生子系统中采用同一套曲柄摇杆机构，发动机驱动力发生子系统的主动曲柄轴同样与功能机的复合轴(17)连接；功能机为原动机(18)和/或负载机(18b)和/或原动‑负载复合机；托盘活塞摇摆压送流体机包括一个或2个固摇托盘组的托盘活塞式摇摆执行装置、连接机构、动力进出键合结构、润滑系统和密封结构；设有2个固摇托盘组的托盘活塞式摇摆执行装置为对夹摇摆托盘活塞式摇摆执行装置(93)或是对夹分体摇摆托盘活塞式摇摆执行装置(1)；压缩‑发动流体进排通道系统包括压缩机流体进排通道子系统和发动机流体进排通道子系统，压缩机流体进排通道子系统已经包括在曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机中；发动机流体进排通道子系统包括进排压送流体通道、管口和阀，发动机流体通道与工作腔室连通；所述的发动机流体进排通道子系统是在活塞缸体活塞组的独立的工作腔室(4c)的左右旋向两端部分别设有并连通进排压送流体通道，进排压送流体通道是在静止活塞片(44)设有一路进流体通道(6b)和一路排流体通道(6a)，该路进流体通道(6b)和该路排流体通道(6a)分别与该静止活塞片左右相邻的工作腔室连通，驱动控制系统包括气动换位/气流换向阀(50)、压缩空气动力源(100)和控制进气通道(48)，排流体通道(6a)通过控制进气通道与压力流体动力源连接，进流体通道(6a)与低压端或大气连接，压缩‑发动机模式气流换位阀通过气动换位/气流换向阀达到压缩机模式/发动机模式的换位，气动换位/气流换向阀还控制每个静止活塞片左右相邻的工作腔室中摇摆活塞片(40)的摇摆动作，每个活塞缸体活塞组设置的气动换位/气流换向阀安装在固定托盘上；冷却‑加热系统是对本发动机的元件进行加热或冷却的机构。...

【技术特征摘要】
1.一种托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，包括曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机、压缩-发动流体进排通道系统、冷却-加热系统、动力输入-输出系统和驱动控制系统；曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机包括支撑壳(5)，数个托盘活塞式摇摆执行装置、压缩机流体进排通道子系统、压缩机冷却子系统和压缩机驱动力发生子系统；压缩机流体进排通道子系统包括流体通道、管口和阀，该流体通道与工作腔室(4c)连通；压缩机驱动力发生子系统为机械驱动双作用活塞作用于流体负载的系统，机械驱动双作用活塞作用于流体负载的系统包括功能机和曲柄摇杆机构；其特征是，动力输入-输出系统为压缩机驱动力发生子系统和发动机驱动力发生子系统构成的复合系统，发动机驱动力发生子系统为流体压力驱动双作用活塞作用于机械负载的系统；流体压力驱动双作用活塞作用于机械负载的系统包括功能机和曲柄摇杆机构；压缩机驱动力发生子系统和发动机驱动力发生子系统中采用同一套曲柄摇杆机构，发动机驱动力发生子系统的主动曲柄轴同样与功能机的复合轴(17)连接；功能机为原动机(18)和/或负载机(18b)和/或原动-负载复合机；托盘活塞摇摆压送流体机包括一个或2个固摇托盘组的托盘活塞式摇摆执行装置、连接机构、动力进出键合结构、润滑系统和密封结构；设有2个固摇托盘组的托盘活塞式摇摆执行装置为对夹摇摆托盘活塞式摇摆执行装置(93)或是对夹分体摇摆托盘活塞式摇摆执行装置(1)；压缩-发动流体进排通道系统包括压缩机流体进排通道子系统和发动机流体进排通道子系统，压缩机流体进排通道子系统已经包括在曲柄连杆机构驱动的托盘活塞摇摆压送流体机中；发动机流体进排通道子系统包括进排压送流体通道、管口和阀，发动机流体通道与工作腔室连通；所述的发动机流体进排通道子系统是在活塞缸体活塞组的独立的工作腔室(4c)的左右旋向两端部分别设有并连通进排压送流体通道，进排压送流体通道是在静止活塞片(44)设有一路进流体通道(6b)和一路排流体通道(6a)，该路进流体通道(6b)和该路排流体通道(6a)分别与该静止活塞片左右相邻的工作腔室连通，驱动控制系统包括气动换位/气流换向阀(50)、压缩空气动力源(100)和控制进气通道(48)，排流体通道(6a)通过控制进气通道与压力流体动力源连接，进流体通道(6a)与低压端或大气连接，压缩-发动机模式气流换位阀通过气动换位/气流换向阀达到压缩机模式/发动机模式的换位，气动换位/气流换向阀还控制每个静止活塞片左右相邻的工作腔室中摇摆活塞片(40)的摇摆动作，每个活塞缸体活塞组设置的气动换位/气流换向阀安装在固定托盘上；冷却-加热系统是对本发动机的元件进行加热或冷却的机构。2.根据权利要求1所述的托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，其特征是，所述的冷却-加热系统的物理结构与压缩机冷却子系统的物理结构相同，所述的腔室(31)设有换热剂管道的进口(25a)和出口(25b)，换热剂为冷却剂或加热剂；压缩机冷却子系统是在托盘活塞式摇摆执行装置中设置固定托盘的支撑壳上支撑壁板(34)外侧设有外夹套，外夹套是由安装法兰盘的支撑壁板、围板和夹套法兰盘(24)组成的腔室(31)，托盘活塞式摇摆执行装置的固定托盘部分包裹在外夹套中，夹套法兰盘与外夹套的腔室围板用紧固件连接固定并且设有密封结构，固定托盘的法兰盘与支撑壳的围板之间设有密封结构，这两处密封结构采用密封剂或密封垫(24a)；包裹在外夹套中每个托盘活塞式摇摆执行装置的固定托盘上的流体进排通道系统的所有通道穿过外夹套被引出到外界，外夹套为密闭腔室或开放式腔室，开放式腔室设有大气连通管道。3.根据权利要求1所述的托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，其特征是，所述的压缩机流体进排通道子系统和发动机流体进排通道子系统增设相同的一套多级气体压缩-膨胀系统，即发动机流体进排通道子系统与压缩机流体进排通道子系统的相关结构的技术特征、级数、各级工作腔室数量和工作腔室的相互关系完全一致；该多级气体压缩-膨胀系统是在数个托盘活塞式摇摆执行装置的数个固摇托盘组的数个最高压力级工作腔室(4cn)的排流体通道汇合连通压缩空气动力源(100)，工作腔室(4cn)的进流体通道汇合连通储气室(15＜pn，n＝1、2、3…＞)；该工作腔室(4cn)的进流体通道或储气室(15＜pn＞)还与其它数个托盘活塞式摇摆执行装置的数个固摇托盘组的其它数个次一级的工作腔室(4cn-1)的排流体通道连通，次一级的工作腔室(4cn-1)的进流体通道汇合连通储气室(15＜pn-1＞)或外界或大气，按此方式依次构成至少一级的气体压缩或气体膨胀系统，最低压力级的工作腔室的进流体通道汇合连通外界或大气。4.根据权利要求1所述的托盘活塞摇摆式压缩-发动复合机，所述的托盘活塞摇摆压送流体机在固定托盘和静止活塞片处设有进流体单向阀(32)和排流体单向阀(39)；其特征是，所述的气动换位/气流换向阀(50)为气动直线二位和旋转二位四通的换位-换向组合阀，该气动换位/气流换向阀包括阀体、阀芯(73)和驱动机构；驱动机构包括气力驱动机构和机械驱动机构，阀体内部为圆柱形空心腔体(82)，阀芯安装在该腔体内且构成动密封啮合结构，阀芯在驱动机构作用下可以直线位移和左右往复旋转；在阀体的圆柱形空心腔体内设有四个阀口，其中第一阀口(54)、第二阀口(86)和第三阀口(81)的中心线位于同一个平面A上，第一阀口为进压缩空气口，该进压缩空气口与本工作腔室的排流体单向阀(39)的高压侧的进入流体通道连通；第四阀口(57)与固定托盘外接的排出流体通道连通，第一阀口位于平面A的竖直位置，该第一阀口中心线与空心腔体中心线构成铅锤横截面，铅锤横截面与平面A相互垂直；第二阀口和第三阀口分别位于第一阀口的左右两侧，且第二阀口和第三阀口对称于第一阀口的中心线，第二阀口或第三阀口与第一阀口中心线的夹角θ均为75°～135°，阀体设置在邻近静止活塞片处的固定托盘上部，第二阀口和第三阀口分别利用设置在固定托盘上静止活塞片中的通道与静止活塞片的左右旋向相邻的活塞缸体活塞组的工作腔室(4c)连通；阀芯为与阀体内部的圆柱形空心腔体紧密配合的圆柱体，在该圆柱体的圆周面上开有两个互不连通的独立的通道A和通道B，通道A和通道B分别包括环向盲槽A(72)和环向盲槽B(65)，设在圆柱体的轴向带两个侧边的环向盲槽A的轴向外侧边和环向盲槽B轴向外侧边的宽度接近一致；阀芯上面的环向盲槽A的中心线与平面A重合，环向盲槽A的朝上开口角为ε1，开口角ε1小于θ，通道A的第一阀芯口和第二阀芯口是利用环向盲槽A在平面A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张民良，
申请(专利权)人：天津市石化通用机械研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12