Пневматическое устройство
Группа изобретений касается пневматического устройства, относящегося к области механических устройств для генерации энергии. Устройство включает в себя внешнее кольцо (1) и внутреннюю часть (3), по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал, образованный между впускным отверстием и выпускным отверстием, которые расположены на внешней кольцевой поверхности внутренней части (3). Газ, поступающий из впускного канала и последовательно выпускаемый через впускное отверстие и вторичный ходовой проточный канал внутренней части (3), воздействует на по меньшей мере две приводные выемки (11) в окружном направлении внешнего кольца (1) и создает толкающее усилие, действующее на приводные выемки (11), чтобы толкать внешнее кольцо (1) для вращения и выполнения работы для непрерывного получения выходной мощности. Далее газ выпускается из выпускного канала (310) через выпускное отверстие внутренней части (3). Группа изобретений направлена на обеспечение компактной конструкции, большого крутящего момента, высокой скорости вращения, высокой эффективности передачи, экономии энергии, защиты окружающей среды. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к пневматическому устройству, относящемуся к области механических устройств для генерации энергии в соответствии с Международной патентной классификацией (МПК).
Уровень техники
Согласно первоначальному значению двигатель относится к «механическому устройству, которое генерирует энергию», то есть к машине, которая преобразует определенную форму энергии в механическую энергию, например, химическая энергия сгорания жидкости или газа преобразуется в тепловую энергию посредством сгорания, а затем тепловая энергия преобразуется в механическую энергию за счет расширения и вывода мощности. Текущее направление исследований двигателей, особенно пневматических, заключается в разработке компактных, эффективных и надежных небольших двигателей, большинство из которых находится в экспериментальной фазе, то есть в фазе пробного производства, и не имеет крупномасштабного коммерческого применения.
В настоящее время прототипы конструкций большинства газовых двигателей основаны на поршневых двигателях или лопастных насосах для преобразования энергии путем нагрева теплообменника для получения выходной мощности, но они имеют сложную конструкцию и низкий КПД, из-за чего трудно удовлетворить требованиям долговечности.
В китайской патентной литературе (CN 201410167469.4) описан струйный воздушный двигатель с переменным давлением, включающий в себя камеру крыльчатки и крыльчатку, причем камера крыльчатки имеет отверстие для ввода сжатого газа и отверстие для выпуска сжатого газа, причем крыльчатка установлена в камере крыльчатки с помощью вращающегося вала, при этом крыльчатка включает в себя лопатки, равномерно распределенные вдоль вращающейся окружной поверхности; причем между вращающейся окружной поверхностью крыльчатки и внутренней поверхностью камеры крыльчатки имеется воздушный зазор, при этом внутренняя поверхность камеры крыльчатки также имеет канавку для газовой струи переменного давления. Раскрытая в литературе конструкция аналогична конструкции лопастного насоса, наличие канавки для газовой струи переменного давления приводит к низкой скорости вращения и низкому КПД двигателя.
В китайской патентной литературе (CN 107083994A) описан пневматический двигатель, представляющий собой воздушный двигатель, изобретенный тем же автором, что и автор настоящего изобретения, в котором воздух выпускается через впускной канал для прямого приведения в действие внутренней части двигателя, при этом он действует на поверхность канавки внешнего кольца для создания толкающего усилия, которое толкает внешнее кольцо, приводя его во вращение, что является серьезным прорывным изменением в области двигателей, причем его выходной крутящий момент может соответствовать существующему автомобильному двигателю, а его эквивалентный автономный пробег эквивалентен автономному пробегу существующих автомобилей на новой энергии аналогичного типа.
Чтобы дополнительно улучшить характеристики двигателя и реализовать компактное, эффективное и надежное устройство для выработки энергии на газе, изобретатели потратили годы разработок, а также провели много исследований и, таким образом, предложили настоящее изобретение.
Раскрытие сущности изобретения
Ввиду недостатков существующего уровня техники в настоящем изобретении предложено пневматическое устройство, в котором многократно используется энергия газа в многоступенчатых проточных каналах внутренней части, проходящих в окружном направлении, при этом вывод энергии реализуется посредством внутренней части путем приведения во вращение внешнего кольца. Пневматическое устройство обладает преимуществом, заключающимся в компактной конструкции, большом крутящем моменте, высокой скорости вращения, высокой эффективности передачи, экономии энергии, защите окружающей среды и т.д.
Для решения вышеуказанных задач настоящее изобретение получено посредством следующего технического решения:
пневматическое устройство, включающее в себя:
внешнее кольцо, имеющее множество приводных выемок на внутренней кольцевой поверхности внешнего кольца в окружном направлении;
внутреннюю часть, расположенную коаксиально во внешнем кольце и способную вращаться относительно внешнего кольца, при этом внешняя кольцевая поверхность внутренней части имеет по меньшей мере одно впускное отверстие, по меньшей мере одно выпускное отверстие и по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал между впускным отверстием и выпускным отверстием;
по меньшей мере один впускной канал, сообщающийся с по меньшей мере одним впускным отверстием; и
по меньшей мере один выпускной канал, сообщающийся с по меньшей мере одним выпускным отверстием;
при этом газ, поступающий из впускного канала и последовательно выпускаемый через впускное отверстие внутренней части и вторичный ходовой проточный канал, воздействует на по меньшей мере две приводные выемки внешнего кольца в окружном направлении и создает толкающее усилие, действующее на приводные выемки, чтобы толкать внешнее кольцо для вращения и выполнения работы для получения выходной мощности, и, наконец, газ выпускается из выпускного канала через выпускное отверстие внутренней части.
Кроме того, по меньшей мере один впускной канал, по меньшей мере одно впускное отверстие, по меньшей мере две приводные выемки, по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал, по меньшей мере одно выпускное отверстие и по меньшей мере один выпускной канал образуют независимый рабочий блок, при этом пневматическое устройство включает в себя по меньшей мере один независимый рабочий блок.
Кроме того, впускное отверстие и вторичный ходовой проточный канал внутренней части сообщаются с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца, при этом по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал и соответствующие приводные выемки расположены с чередованием и последовательно сообщаются, причем вторичный ходовой проточный канал расположен вдоль внутренней части или внешнего кольца в окружном направлении.
Кроме того, впускной канал и выпускной канал выполнены внутри внутренней части.
Кроме того, внутренняя часть включает в себя:
впускной канал, образующий впускное отверстие на периферийной поверхности внутренней части, причем впускной канал проходит по дугообразной линии, идущей от середины к внешней стороне, при этом впускное отверстие сообщается с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца для образования проточного канала первой ступени; и
вторичный ходовой проточный канал, который проходит по дугообразной линии, идущей внутрь от края внутренней части, а затем изгибающейся к краю, где каждый вторичный ходовой проточный канал сообщается с соответствующими двумя приводными выемками, то есть передней и задней приводными выемками, внешнего кольца, образуя N-ступенчатый проточный канал вдоль окружного направления внутренней части, где N - натуральное число, большее или равное 2;
при этом проточный канал каждой ступени взаимодействует с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца для образования многоступенчатой ходовой конструкции с уменьшающейся энергией газа.
Кроме того, вторичный ходовой проточный канал включает в себя возвратный канал и ходовой канал, сообщающийся с возвратным каналом, при этом возвратный канал сообщается с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца, а ходовой канал сообщается с другой приводной выемкой.
Кроме того, впускной канал внутренней части проходит по логарифмической спиральной линии, идущей от середины к внешней стороне, при этом полюс логарифмической спиральной линии находится на центральной оси внутренней части, а угол наклона логарифмической спиральной линии составляет 15-45°.
Кроме того, внутренняя часть имеет впускной канал, который проходит по логарифмической спиральной линии, идущей от середины к внешней стороне, и ходовой канал вторичного ходового проточного канала проходит по логарифмической спиральной линии, при этом направление прохождения логарифмической спиральной линии ходового канала вторичного ходового проточного канала примерно такое же, как и направление прохождения логарифмической спиральной линии впускного канала.
Кроме того, пневматическое устройство дополнительно включает в себя вал, при этом внешнее кольцо и внутренняя часть расположены на валу коаксиально.
Кроме того, пневматическое устройство также включает в себя вал, причем внешнее кольцо и внутренняя часть расположены коаксиально на валу, при этом вал содержит впускной канал вала и выпускной канал вала, которые сообщаются с впускным каналом и выпускным каналом внутренней части соответственно.
Впускной канал вала и выпускной канал вала имеют вход и выход, при этом впускной канал вала и выпускной канал вала не сообщены.
Кроме того, внешнее кольцо соединено с валом через боковые пластины, образуя замкнутое пространство, при этом внутренняя часть расположена в замкнутом пространстве, соединена с валом и закреплена на нем.
Кроме того, впускной канал, впускное отверстие, приводные выемки, вторичный ходовой проточный канал, выпускное отверстие и выпускной канал в независимом рабочем блоке образуют путь прохождения газа.
Кроме того, пневматическое устройство включает в себя два или более независимых рабочих блоков для формирования многоступенчатой приводной конструкции, которая расположена вдоль внутренней части или внешнего кольца в окружном направлении.
Кроме того, внутренняя кольцевая поверхность внешнего кольца имеет две или более приводных выемок, при этом каждая приводная выемка имеет контурную нижнюю поверхность и приводную поверхность, причем контурная линия контурной нижней поверхности представляет собой логарифмическую спиральную линию, а полюс логарифмической спиральной линии находится в центре внутренней части.
Пневматический двигатель включает в себя пневматическое устройство, при этом газ для пневматического двигателя представляет собой сжатый газ или газ, находящийся под определенным давлением. Бесступенчатая трансмиссия включает в себя пневматическое устройство.
Пневматическое устройство в соответствии с настоящим изобретением имеет простую конструкцию, большой крутящий момент, высокую скорость вращения, высокую эффективность передачи и низкое энергопотребление; оно может широко использоваться в транспортных средствах, оборудовании для выработки электроэнергии и других областях, где требуются устройства, выдающие мощность, причем настоящее изобретение имеет следующие полезные эффекты:
1. В настоящем изобретении внутренняя часть имеет многоступенчатый проточный канал, то есть впускной канал в качестве проточного канала первой ступени, вторичные ходовые проточные каналы в качестве проточных каналов второй, третьей, четвертой, … ступеней, причем газ воздействует на одну приводную выемку внешнего кольца посредством проточного канала первой ступени, при этом приводные выемки сообщаются с проточным каналом второй ступени, и затем газ возвращается в проточный канал второй ступени, а затем воздействует на другую приводную выемку внешнего кольца, … и так далее, пока газ не выйдет из выпускного канала. Весь процесс происходит в прямом направлении вдоль направления вращения внешнего кольца, обеспечивается большой крутящий момент, высокая эффективность передачи и высокая степень использования газа, при этом выходной крутящий момент дополнительно увеличивается по мере увеличения скорости вращения.
2. Проточные каналы расположены в окружном направлении внутренней части в соответствии с настоящим изобретением, они эффективно уменьшают объем всего устройства и могут гибко сочетаться с оборудованием для выработки или вывода энергии в различных областях; в то же время, чем больше впускных каналов во внутренней части, тем меньше общий вес устройства, что дополнительно повышает выходную скорость и эффективность устройства.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан схематичный чертеж варианта 1 осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 - вид сбоку по стрелке А вала согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3 - вид сбоку по стрелке В вала согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 - вид в разрезе варианта 1 осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 - другая компоновочная схема варианта 1 осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6 - схематичный чертеж варианта 2 осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 7 - вид сбоку по стрелке С вала согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 8 - вид сбоку по стрелке D вала согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 9 - вид в радиальном разрезе варианта 2 осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение будет дополнительно описано ниже в сочетании с чертежами.
Вариант 1 осуществления изобретения: как показано на фиг. 1-4, пневматическое устройство включает в себя внешнее кольцо 1, имеющее множество приводных выемок 11 на внутренней кольцевой поверхности внешнего кольца в окружном направлении; внутреннюю часть 3, расположенную коаксиально во внешнем кольце 1 и способную вращаться относительно внешнего кольца, при этом внешняя кольцевая поверхность внутренней части 3 имеет по меньшей мере одно впускное отверстие 301, по меньшей мере одно выпускное отверстие 302 и по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал 300 между впускным отверстием и выпускным отверстием;
по меньшей мере один впускной канал 31, сообщающийся с по меньшей мере одним впускным отверстием 301; и
по меньшей мере один выпускной канал 310, сообщающийся с по меньшей мере одним выпускным отверстием 302;
при этом газ, поступающий из впускного канала 31 и последовательно выпускаемый через впускное отверстие 301 и вторичный ходовой проточный канал 300 внутренней части 3, имеет возможность воздействия на по меньшей мере две приводные выемки внешнего кольца в окружном направлении и создавать толкающее усилие, действующее на приводные выемки, чтобы толкать внешнее кольцо для вращения и выполнения работы для непрерывного получения выходной мощности, и, наконец, газ имеет возможность выхода из выпускного канала через выпускное отверстие внутренней части 3. Пневматическое устройство дополнительно включает в себя вал 2, при этом внешнее кольцо 1 и внутренняя часть 3 расположены на валу 2 коаксиально.
Как показано на фиг. 4, внутри внутренней части 3 выполнены впускной канал 31 и выпускной канал 310. Впускное отверстие 301 и вторичный ходовой проточный канал 300 внутренней части 3 сообщаются с соответствующими приводными выемками 11 внешнего кольца 1, причем по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал 300 и соответствующие приводные выемки 11 расположены с чередованием и последовательно сообщены, при этом вторичный ходовой проточный канал 300 расположен вдоль внутренней части или внешнего кольца в окружном направлении.
Как показано на фиг. 4, внутренняя часть 3 включает в себя: впускной канал 31, образующий впускное отверстие 301 на периферийной поверхности внутренней части и проходящий по дугообразной линии, идущей от середины к внешней стороне, где впускное отверстие 301 сообщается с соответствующей приводной выемкой 11 внешнего кольца для образования проточного канала первой ступени;
вторичный ходовой проточный канал 300, проходящий по дугообразной линии, идущей внутрь от края внутренней части 3, а затем изгибающейся к краю, причем каждый вторичный ходовой проточный канал 300 сообщается с соответствующими двумя приводными выемками, то есть передней и задней приводной выемкой внешнего кольца 1, образуя N-ступенчатый проточный канал вдоль окружного направления внутренней части, где N - натуральное число, большее или равное 2. Необходимо отметить, что если это двухступенчатый проточный канал, то он включает в себя проточный канал первой ступени (впускной канал) и проточный канал второй ступени (вторичный ходовой проточный канал); если это трехступенчатый проточный канал, то он включает в себя проточный канал первой ступени (впускной канал), проточный канал второй ступени (вторичный ходовой проточный канал), проточный канал третьей ступени (другой вторичный проточный канал), …
Проточный канал каждой ступени взаимодействует с соответствующими приводными выемками внешнего кольца, чтобы сформировать многоступенчатую ходовую конструкцию с уменьшающейся энергией газа.
В соответствии с требованиями к нагрузке может быть спроектировано пневматическое устройство, в котором внутренняя часть 3 может быть выполнен так, чтобы имелся двухступенчатый проточный канал, трехступенчатый проточный канал или проточный канал с большим числом ступеней; причем каждая ступень работает циркулярно, полностью использует энергию и повышает эффективность до максимальной степени, чтобы соответствовать требуемому крутящему моменту и скорости вращения.
На фиг. 5 показан схематичный чертеж четырехступенчатого проточного канала. После выхода из проточного канала 311 первой ступени сжатый газ проходит через проточный канал 312 второй ступени, проточный канал 313 третьей ступени и проточный канал 314 четвертой ступени, выпускается и воздействует на соответствующие приводные выемки 11 и, наконец, выводится через выпускной канал 310. На фиг. 4 приведен схематичный чертеж пятиступенчатого впускного проточного канала, при этом процесс работы аналогичен показанному на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, вторичный ходовой проточный канал 300 включает в себя возвратный канал и ходовой канал, сообщающийся с возвратным каналом, например, возвратный канал 3131 и сообщающийся с ним ходовой канал 3132 в проточном канале третьей ступени на фиг. 5, где возвратный канал 3131 сообщается с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца, а ходовой канал 3132 сообщается с другой приводной выемкой.
Как показано на фиг. 1, пневматическое устройство также включает в себя вал 2, внешнее кольцо 1 и внутреннюю часть 3, расположенные коаксиально на валу 2, причем вал 2 содержит впускной и выпускной каналы 21 и 210 вала, при этом они сообщаются с впускным каналом 31 и выпускным каналом 310 внутренней части 3 соответственно. Впускной и выпускной каналы вала имеют вход (вход для газа) и выход (выход для газа), при этом впускной и выпускной каналы вала не сообщены. Внешнее кольцо 1 соединено с валом 2 через боковые пластины 41 и 42, образуя замкнутое пространство, при этом внутренняя часть 3 расположен в замкнутом пространстве, соединена с валом 2 и закреплена на нем. Внутренняя часть 3 в соответствии с настоящим изобретением имеет по меньшей мере две ступени проточного канала, причем проточный канал каждой ступени сообщается с соответствующими приводными выемками внешнего кольца, и, наконец, газ выпускается из выпускного канала.
Как показано на фиг. 1, внутренняя часть 3 в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнена из левой внутренней части и правой внутренней части, соединенных друг с другом, причем сопряженные поверхности левой и правой внутренней части имеют впускной канал 31 и выпускной канал 310, при этом внутренняя часть 3 может быть отлита как единое целое.
Показанный на фиг. 1 и 4 вариант осуществления изобретения представляет собой первичную приводную конструкцию. Газовый канал выполнен во внутренней части 3 вдоль окружного направления, чтобы образовать первичную приводную конструкцию, причем газовый канал также называют независимым рабочим блоком. Во внутренней части 3 и внешнем кольце 1 один впускной канал 31, одно впускное отверстие 301, по меньшей мере две приводные выемки 11, по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал 300, выпускное отверстие 302 и выпускной канал 310 образуют независимый рабочий блок. Пневматическое устройство включает в себя по меньшей мере один независимый рабочий блок. В независимом рабочем блоке впускной канал 31, впускное отверстие 301, приводные выемки 11, вторичный ходовой проточный канал 300, выпускное отверстие 302 и выпускной канал 310 образуют путь прохождения газа.
Как показано на фиг. 1, 4 или 5, внутренняя кольцевая поверхность внешнего кольца 1 в настоящем изобретении имеет две или более приводных выемок 11, причем каждая приводная выемка имеет контурную нижнюю поверхность 111 и приводную поверхность 112, причем контурная линия контурной нижней поверхности 111 может представлять собой обычную дугообразную линию или спиральную линию; если контурная линия контурной нижней поверхности представляет собой логарифмическую спиральную линию, то полюс контурной нижней поверхности находится на валу 2, при этом каждая приводная выемка 11 сообщается с двумя смежными проточными каналами, одновременно позволяя газу поступать из проточного канала передней ступени на выход из проточного канала задней ступени.
Впускной канал, т.е. проточный канал первой ступени, внутренней части 3 в настоящем изобретении может проходить по обычной дуге или спиральной линии, при этом ходовой канал каждого вторичного ходового проточного канала, т.е. проточный канал N-й ступени, также может проходить по обычной дуге или спиральной линии.
Как показано на фиг. 4 и 5, внутренняя часть 3 в соответствии с настоящим изобретением имеет впускной канал 31. Впускной канал 31 проходит по логарифмической спиральной линии, идущей от середины к внешней стороне, и ходовой канал вторичного ходового проточного канала 300 проходит по логарифмической спиральной линии, при этом направление прохождения логарифмической спиральной линии ходового канала вторичного ходового проточного канала примерно такое же, как и направление прохождения логарифмической спиральной линии впускного канала. Впускной канал внутренней части 3 проходит по логарифмической спиральной линии, идущей от середины к внешней стороне, при этом полюс логарифмической спиральной линии находится на центральной оси внутренней части, причем угол наклона логарифмической спиральной линии составляет 15-45°, при этом чем меньшей угол, тем длиннее проточный канал и больше потери; чем больше угол, тем меньше тангенциальный компонент силы, которая приводит в движение внешнее кольцо.
Как показано на фиг. 1, 2 и 3, впускной канал 21 вала и выпускной канал 210 вала 2 в соответствии с настоящим изобретением образуют вход и выход, причем впускной и выпускной каналы вала не сообщены. Вход и выход вала могут быть расположены на одном конце вала или на обоих концах вала, при этом впускной канал 21 вала сообщается с впускным каналом 31 внутренней части; выход вала проходит вдоль оси, образуя выпускной канал 210 вала; при этом выпускной канал вала сообщается с выпускным каналом 310 внутренней части.
Пневматическое устройство, рассматриваемое в этой заявке, относится к устройству, которое может преобразовывать энергию газа в механическое вращение. В дополнение к необходимым конструкциям на внешнем кольце, внутренней части и соответствующей конструкции с выемками или конструкции с проточными каналами, устройство также может включать в себя другие компоненты; например, оно может дополнительно включать в себя, например, гнездо и уплотнительную конструкцию для обеспечения защиты, и, например, оно может дополнительно включать в себя соединение, чтобы обеспечить передачу крутящего момента, и т.д. Среди этого специфическая форма внешнего кольца может быть изменена в соответствии с различными режимами получаемого механического вращения, например, снаружи внешнего кольца может быть выполнена внешняя зубчатая структура, чтобы упростить вывод кинетической энергии посредством зубчатой передачи; в другом примере внешнее кольцо имеет канавку для ремня, чтобы упростить вывод кинетической энергии посредством ременной передачи; в качестве еще одного примера, внешнее кольцо имеет монтажный фланец, так что можно удобно обеспечить сопряжение для вывода кинетической энергии; и так далее. Внутренняя часть и внешнее кольцо выполнены из твердых материалов, которые не ограничены металлами, металлическими сплавами, пластиками и композитными материалами. Выемки или конструкция проточных каналов внутренней части и внешнего кольца могут быть получены с использованием известных способов производства, включая, но не ограничиваясь, литье под давлением, штамповка, экструзия, 3D-печать и т.д. Давление подаваемого в пневматическое устройство газа может быть создано компрессором (таким как пневматический насос) или сосудом для сжатия текучей среды (такой как газовый баллон высокого давления) и т.д.
Следует отметить, что на фиг. 1 и 4 впускной канал 31 и выпускной канал 310 внутренней части, а также впускной канал 21 вала и выпускной канал 210 вала не соответствуют правилам черчения, а приведены для упрощения иллюстрации, при этом впускной канал и выпускной канал внутренней части на фиг. 1 действительно относятся к впускному каналу и выпускному каналу, а на фиг. 6 и фиг. 9 в варианте 2 осуществления изобретения изображены аналогичным образом.
Вариант 2 осуществления изобретения: как показано на фиг. 6-9, пневматическое устройство включает в себя два независимых рабочих блока, образующих двухступенчатую приводную конструкцию, то есть во внутренней части 3 выполнено два газовых канала вдоль окружного направления, при этом каждый газовый канал включает в себя одно- или многоступенчатый впускной канал 31 и вторичный ходовой проточный канал 300, причем внутренняя часть 3 имеет выпускной канал 310, вдоль окружного направления. Пневматическое устройство включает в себя внешнее кольцо 1, внутренняя поверхность которого имеет множество приводных выемок 11 в окружном направлении; причем внутренняя часть 3 расположена коаксиально во внешнем кольце 1 и способна вращаться относительно внешнего кольца, при этом внешняя кольцевая поверхность внутренней части содержит два набора впускных отверстий и выпускных отверстий, причем по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал находится между каждым набором впускных отверстий и выпускных отверстий, при этом внутренняя часть содержит два впускных канала 31, 32 сообщающихся с соответствующими впускными отверстиями, и два выпускных канала 310, 320, сообщающихся с соответствующими выпускными отверстиями. Два газа, поступающих из двух впускных каналов внутренней части соответственно и выпускаемых через впускные отверстия и вторичный ходовой проточный канал 300 внутренней части 3, воздействуют на соответствующие приводные выемки 11 внешнего кольца 1 в окружном направлении и создают толкающее усилие, действующее на приводные выемки, чтобы толкать внешнее кольцо 1 вращения и выполнения работы для получения выходной мощности, и, наконец, газ выпускается из выпускного канала через выпускные отверстия внутренней части. Вышеупомянутые один впускной канал, одно впускное отверстие, соответствующее число приводных выемок и соответствующий вторичный ходовой проточный канал, выпускное отверстие и один выпускной канал образуют независимый рабочий блок.
Пневматическое устройство также включает в себя вал 2, при этом внешнее кольцо 1 и внутренняя часть 3 расположены коаксиально на валу, причем вал 2 содержит впускные каналы 21, 22 вала и выпускные каналы 210, 220 вала, при этом впускные каналы 21, 22 вала и выпускные каналы 210, 220 вала сообщаются с впускными каналами 31, 32 и выпускными каналами 310, 320 внутренней части соответственно. Вал 2 содержит два входа и два выхода, соответствующие двум газовым каналам; сжатый газ поступает из двух входов вала 2 и выходит через впускные каналы внутренней части 3, чтобы воздействовать на приводные выемки 11 внешнего кольца 1, создавая толкающее усилие для толкания внешнего кольца 1, чтобы вращать его и выполнять работу, и, наконец, сжатый газ поступает к соответствующим выходам через выпускные каналы внутренней части 3 для непрерывного получения выходной мощности. Остальные конструкции являются такими же, как в варианте 1 осуществления изобретения, поэтому повторно описаны не будут.
Вариант 3 осуществления изобретения: пневматическое устройство в соответствии с настоящим изобретением включает в себя четыре или более независимых рабочих блока, образующих многоступенчатую приводную конструкцию, при этом во внутренней части выполнено три или более газовых канала в окружном направлении, причем каждый газовый канал включает в себя одно- или многоступенчатый впускной канал и вторичный ходовой проточный канала, при этом выпускные каналы расположены вдоль окружного направления внутренней части, причем впускные каналы и выпускные каналы расположены на левой и правой сопряженных поверхностях внутренней части. Вал содержит впускные каналы вала и выпускные каналы вала, число которых соответствует числу газовых каналов. Сжатый газ поступает из впускного канала вала и выходит через впускные проточные каналы внутренней части для воздействия на приводные выемки внешнего кольца, чтобы толкать внешнее кольцо для вращения и выполнения работы, так чтобы обеспечить непрерывную выходную мощность, и, наконец, сжатый газ поступает в соответствующий выпускной канал вала через каждый выпускной канал внутренней части. Остальные конструкции являются такими же, как в варианте 1 осуществления изобретения.
Вариант 4 осуществления изобретения:
Прототип пневматического устройства:
(1) Двухступенчатое пневматическое устройство
1. Основные параметры следующие:
(1) Давление газа: 1,2 МПа;
(2) Максимальная скорость вращения: 8550 об/мин;
(3) Число ступеней приводной конструкции: 3;
(4) Диаметр впускного проточного канала: Φ5 мм;
(5) Число ступеней впуска для одноступенчатого привода: 2;
(6) Диаметр внешнего кольца: Φ140 мм;
(7) Вес внешнего кольца: 2,5 кг
2. Выходной крутящий момент
Статический крутящий момент (скорость вращения 0 об/мин) Nstatic = 4,95 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 1 (скорость вращения 1000 об/мин) N1000 = 6,23 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 2 (скорость вращения 3000 об/мин) N3000 = 8,79 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 3 (скорость вращения 5000 об/мин) N5000 = 11,35 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 4 (скорость вращения 8550 об/мин) Nmax = 15,89 Н⋅м.
(2) Пятиступенчатое пневматическое устройство
1. Основные параметры следующие:
(1) Давление газа: 1,2 МПа;
(2) Максимальная скорость вращения: 17967 об/мин;
(3) Число ступеней приводной конструкции: 3;
(4) Диаметр впускного проточного канала: Φ 5 мм;
(5) Число ступеней впуска для одноступенчатого привода: 5;
(6) Диаметр внешнего кольца: Φ 140 мм;
(7) Вес внешнего кольца: 2,5 кг
2. Выходной крутящий момент
Статический крутящий момент (скорость вращения 0 об/мин) Nstatic = 9,58 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 1 (скорость вращения 1000 об/мин) N1000 = 10,86 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 2 (скорость вращения 3000 об/мин) N3000 = 13,42 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 3 (скорость вращения 5000 об/мин) N5000 = 15,98 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 4 (скорость вращения 10000 об/мин) N10000 = 22,38 Н⋅м;
Выходной крутящий момент 5 (скорость вращения 17967 об/мин) Nmax = 33,58 Н⋅м.
Из результатов экспериментов видно, что в одних и тех же условиях увеличение числа ступеней приводного впуска может существенно увеличить выходной крутящий момент, при этом режим ускорения становится лучше, и в то же время также увеличивается скорость вращения.
Вышеприведенное представляет собой только варианты осуществления изобретения, в которых используется техническое решение согласно настоящему изобретению; любая модификация и любые изменения, вносимые специалистом в этой области техники с использованием настоящего изобретения, относятся к объему изобретения, заявленному в формуле изобретения, не ограничиваясь описаниями вариантов осуществления.
1. Пневматическое устройство, характеризующееся тем, что оно содержит:
внешнее кольцо, имеющее множество приводных выемок на внутренней кольцевой поверхности внешнего кольца в окружном направлении;
внутреннюю часть, расположенную коаксиально во внешнем кольце и способную вращаться относительно внешнего кольца, при этом внешняя кольцевая поверхность внутренней части имеет по меньшей мере одно впускное отверстие, по меньшей мере одно выпускное отверстие и по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал между впускным отверстием и выпускным отверстием;
по меньшей мере один впускной канал, сообщающийся с по меньшей мере одним впускным отверстием; и
по меньшей мере один выпускной канал, сообщающийся с по меньшей мере одним выпускным отверстием;
при этом газ, поступающий из впускного канала и последовательно выпускаемый через впускное отверстие внутренней части и вторичный ходовой проточный канал, имеет возможность воздействия на по меньшей мере две приводные выемки внешнего кольца в окружном направлении и создания толкающего усилия, действующего на приводные выемки, чтобы толкать внешнее кольцо для вращения и выполнения работы для получения выходной мощности, и, наконец, газ имеет возможность выхода из выпускного канала через выпускное отверстие внутренней части.
2. Пневматическое устройство по п. 1, характеризующееся тем, что по меньшей мере один впускной канал, по меньшей мере одно впускное отверстие, по меньшей мере две приводные выемки, по меньшей мере один вторичный ходовой проточный канал, по меньшей мере одно выпускное отверстие и по меньшей мере один выпускной канал образуют независимый рабочий блок, при этом пневматическое устройство содержит по меньшей мере один независимый рабочий блок.
3. Пневматическое устройство по п. 1, характеризующееся тем, что впускное отверстие и вторичный ходовой проточный канал внутренней части сообщаются с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца, при этом вторичный ходовой проточный канал расположен вдоль внутренней части или внешнего кольца в окружном направлении.
4. Пневматическое устройство по п. 1, характеризующееся тем, что впускной канал и выпускной канал образованы внутри внутренней части.
5. Пневматическое устройство по п. 4, характеризующееся тем, что внутренняя часть содержит:
впускной канал, образующий впускное отверстие на периферийной поверхности внутренней части, причем впускной канал проходит по дугообразной линии, идущей от середины к внешней стороне, при этом впускное отверстие сообщается с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца для образования проточного канала первой ступени; и
вторичный ходовой проточный канал, который проходит по дугообразной линии, идущей внутрь от края внутренней части, а затем изгибающейся к краю, где каждый вторичный ходовой проточный канал сообщается с соответствующими двумя приводными выемками, то есть передней и задней приводными выемками, внешнего кольца, образуя N-ступенчатый проточный канал вдоль окружного направления внутренней части, где N - натуральное число, большее или равное 2;
при этом проточный канал каждой ступени совмещается с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца для образования многоступенчатой ходовой конструкции с уменьшающейся энергией газа.
6. Пневматическое устройство по п. 1, характеризующееся тем, что вторичный ходовой проточный канал содержит возвратный канал и ходовой канал, сообщающийся с возвратным каналом, при этом возвратный канал сообщается с соответствующей приводной выемкой внешнего кольца, а ходовой канал сообщается с другой приводной выемкой.
7. Пневматическое устройство по п. 4, характеризующееся тем, что впускной канал внутренней части проходит по логарифмической спиральной линии, идущей от середины к внешней стороне, при этом полюс логарифмической спиральной линии находится на центральной оси внутренней части, причем угол наклона логарифмической спиральной линии составляет 15-45°.
8. Пневматическое устройство по п. 6, характеризующееся тем, что внутренняя часть имеет впускной канал, который проходит по логарифмической спиральной линии, идущей от середины к внешней стороне, при этом ходовой канал вторичного ходового проточного канала проходит по логарифмической спиральной линии, причем направление прохождения логарифмической спиральной линии ходового канала вторичного ходового проточного канала примерно такое же, как направление прохождения логарифмической спиральной линии впускного канала.
9. Пневматическое устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно дополнительно содержит вал, при этом внешнее кольцо и внутренняя часть расположены на валу коаксиально.
10. Пневматическое устройство по п. 4, характеризующееся тем, что оно дополнительно содержит вал, причем внешнее кольцо и внутренняя часть расположены коаксиально на валу, при этом вал имеет впускной канал вала и выпускной канал вала, которые сообщаются с впускным каналом и выпускным каналом внутренней части соответственно.
11. Пневматическое устройство по п. 10, характеризующееся тем, что впускной канал вала и выпускной канал вала имеют вход и выход, при этом впускной канал вала и выпускной канал вала не сообщены.
12. Пневматическое устройство по п. 9, характеризующееся тем, что внешнее кольцо соединено с валом через боковые пластины для образования замкнутого пространства, при этом внутренняя часть расположена в замкнутом пространстве, соединена с валом и закреплена на нем.
13. Пневматическое устройство по п. 2, характеризующееся тем, что впускной канал, впускное отверстие, приводные выемки, вторичный ходовой проточный канал, выпускное отверстие и выпускной канал независимого рабочего блока образуют путь прохождения газа.
14. Пневматическое устройство по п. 2, характеризующееся тем, что оно содержит два или более независимых рабочих блоков для образования многоступенчатой приводной структуры, при этом многоступенчатая приводная структура расположена вдоль внутренней части или внешнего кольца в окружном направлении.
15. Пневматическое устройство по п. 1, характеризующееся тем, что внутренняя кольцевая поверхность внешнего кольца имеет две или более приводных выемок, при этом каждая приводная выемка имеет контурную нижнюю поверхность и приводную поверхность, причем контурная линия контурной нижней поверхности представляет собой логарифмическую спиральную линию, а полюс логарифмической спиральной линии находится в центре внутренней части.
16. Пневматический двигатель, характеризующийся тем, что он содержит пневматическое устройство по п. 1, причем газ для пневматического двигателя представляет собой сжатый газ или газ, находящийся под давлением.
17. Бесступенчатая трансмиссия, характеризующаяся тем, что она содержит пневматическое устройство по п. 1.
