關于我的專利——繼續談曲線組合活塞技術的緣起與應用

去缸活塞泵

首先謝謝大家在前貼的關注和賀電。

專利號：201110386575.8，法律文書，不嫌枯燥的可以查閱

這兩天一直在想怎么向大家全面介紹我的專利，一方面是哪些能寫哪些不能寫，另一方面是從哪寫起。想介紹的全面一些，但是最新的全面改進方案正在申請非公開專利，不能公開。所以請各位大俠見諒，我還是從已經公開的和可以公開的方面入手談一談，以便我們能夠深入探討切磋。

一年前就寫了拋磚引玉一貼，通過一年來和大家的交流，使我對機械制造有了新的認識，借前日之貼，今天再全面展開詳細介紹一下，從觸發點到構思成型，從原理到應用，從優缺點到遠景展望，可能有些冗長，主要是為了大家能夠從不同角度和深度理解這個嶄新的機械原理，并集思廣益使之進一步完善并轉化為真實的產品。

大家不妨先順著我的思路捋一遍：十多年前注意到一件新聞——我國使用噴水推進器（就是用大型軸流泵代替螺旋槳，簡稱泵推）的艦艇巡航南海，它具有速度快，操縱靈活的優點。繼續網上檢索后了解到國外在這方面的應用更牛，歐美的這類快艇已經達到了80海里航速。但是，進一步深入了解，這種技術再牛也有其缺陷或者說極限。泵推多用于幾百噸近千噸的中小型艦艇，隨著艦艇排水量的增長驅動速度越來越慢，這幾年大名鼎鼎的濱海戰斗艦（朱姆沃爾特DDG2000）排水量3000噸，采用4臺羅羅公司制造的大型噴水推進器，航速40節，這是目前所知最最牛的噴水推進技術，更大型的艦艇還沒有使用泵推技術。

                  

我產生了幾個問題：為啥要用軸流泵這種古怪的東西做泵推？竟然是船底吸水，如果象噴氣式發動機甚至沖壓發動機那樣前吸后噴豈不是推力更大？為啥不能做更大的泵推用于萬噸大船使之高速航行？作為機械愛好者（強迫癥患者，哈哈，本人從小見到啥機械都要拆開看看），決定認真研究這個問題。

螺旋槳大家都熟悉，依靠離心力原理推進船舶前進，船越大螺旋槳就需要越大，大型螺旋槳存在兩大致命缺陷——汽蝕效應和空泡效應，所以大型船舶都跑不快。軸流泵是幾十年前開始應用于船舶推進的，雖然比螺旋槳更加高效（主要是輸出壓力更高），但是仍然不能完全克服汽蝕和空泡效應，而且也做過前吸后噴的研究，因為種種原因而放棄。總之，羅羅公司的研究已經是泵推（軸流泵噴水推進器）技術的極限，已經是死路一條。所以我決定轉換思路，從頭開始研究。

船舶推進的速度與推進器出水口的水量和壓力成正比。軸流泵排水量很大（每小時上萬噸），當排水量達到極限的時候提高壓力是唯一辦法，而軸流泵小泵5MPa，大泵1MPa的輸出壓是死穴。所以，必須找到一種能夠大排量而且超高壓輸出的水泵是關鍵所在。如果排水量基本相當，而壓力是10MPa，那么，推力就提高了10倍。

仿生是解決機械設計問題最有效的方法（忘了這是誰說的，就算我說的吧），如果飛機是從鳥身上獲得靈感，那么解決船的問題的最簡單方法一定在魚身上。我檢索了一下游速最快的魚：瞬間速度最快的是烏賊（150公里），烏賊依靠瞬間收縮肌肉噴射出高壓水流而獲得推力，但是烏賊的原理和我們的活塞泵是一樣的，雖然輸出壓很高，卻需要在排除水后再次吸入水后才能再次噴射，所以它的這種行為是間歇性的。要想連續排水就必須保持進水排水同時進行，就像軸流泵那樣，但是活塞泵自從發明以來就是兩個閥門，一個打開則另一個關上，而且這種結構的排量極低和復雜笨重也是顯而易見的，所以泵推從來沒有考慮使用活塞泵，所以只能先放下。

再次檢索平均速度最快的魚，答案是旗魚（80公里）。進一步研究，旗魚是依靠高頻率的S型擺動大半個身體而獲得推力，相較其他魚類依靠擺動尾鰭獲得推力，旗魚的效率要高出很多。看到旗魚的運行軌跡我就想到了以前看過的一個科普文章，介紹中國古代的船用櫓劃行，而國外的船用槳劃行，櫓的效率遠高于船槳，就是因為櫓在水里的劃動曲線是S型擺動，這是題外話。

關于旗魚的運動方式我做了這樣一個設想：假如把一條旗魚放進一個水槽里那么旗魚游動使水產生相對運動，這就是一種新型的水泵，如下圖。

                                    

但是，問題隨之而來，這種連續S型曲線如何在機械結構里實現，力如何傳遞？很長時間也沒有答案。直到有一天我在網上發帖求助，有個網友的答復：設計成坦克履帶一樣的機構，用剛性材料和機械機構來模擬波浪線型運動。

                                                   

雖然他說的方法難以實現，但是用剛性材料和機械機構來模擬一條波浪線的建議還是啟發了我，把連續的波浪線分割成方塊，只要保持相鄰的兩個方塊不完全分離，就能實現我想要的功能。剩下的就是找到最佳傳動機構，如大家所知，最終選擇了曲軸。

                                       

總結一下：這是一種活塞泵（具有曲軸和活塞），用曲軸實現了曲線形的活塞組控制，能夠持續不斷地排水，在排水的同時另一端在不間斷地進水。由于具有和軸流泵一樣的兩端開口的管道（而且是不拐彎的管道），所以排水量應該相當，同時，由于采用了曲軸活塞機構，能夠實現高壓輸出，所以機械仿生完成。

至此，歷時3年全面實現了當初的構想——一種具有沖壓結構的泵推。當然這還僅僅是初步的原理，后來請教了很多懂機械的朋友，又指出這一原理不單是泵，也是發動機，就像曲軸活塞機械原理即用于內燃機也用于活塞泵；渦輪原理即用于渦輪泵也用于渦輪發動機一樣。

2010年找專利代理提交文件，反復修改，檢索，又歷時兩年進行實質審查，最終在2013年獲得發明專利證書。之后是PCT，譯成英文，進行全球專利文獻庫檢索，未發現近似技術。

不開新帖了，直接蓋樓，暫定二樓說說原理及優缺點，三樓談應用方向。

去缸活塞泵

技術原理與優缺點
       在一樓談到當初的研究思路是仿生，最終的工作原理定型之后總結了一下，這是一種結合了活塞機械的活塞與曲軸、渦輪機械的兩端開放的管道、蝸桿機械的曲線式傳動這三種機械原理的機械


       結構上結合了三種機械，同時也繼承了他們的一些優點和缺點。優點是分別繼承了活塞泵的高效、軸流泵的大排量、蝸桿泵的高壓。缺點是結構復雜，雖然比一般活塞機械結構簡化很多，但仍然較復雜。當然任何機械的優劣都是相對而言，每一種不同的機械都解決其他機械解決不了的問題，所以關鍵看比較優勢，那么這種機械總體來說優勢相對較多。尤其到了重型動力機械階段，各種條件是要綜合考慮的，比如大型渦輪機械還能說它簡單嗎？
        再回答壇友的幾個疑問：
        首先關于原理成不成立，我的理論水平有限不知道怎么解釋，認為原理不成立的自己慢慢想，總有想明白的一天。所有的泵的工作原理都是利用負壓（容積擴大導致真空）進水，利用正壓（離心力也是一種正壓）排水。認真看一樓的動畫，看看正壓和負壓是怎么產生的就理解了。發動機正相反。
        第二是關于密封和潤滑問題，分兩個方面的，一是往復運動的連桿和管道之間的密封，參見活塞泵的密封（多數采用填料密封），另一是活塞和管道壁之間的密封，參見蝸桿泵。潤滑，參見蝸桿泵。
        第三是活塞組側向受力導致連桿彎曲的問題，一個力可以用另一個力抵消，這是中學物理問題。我曾經想在專利文書里增加一項，但是代理說畫蛇添足，是個機械工程師都能找到解決辦法。果然我所說的這家科研機構就有辦法——對抗他干啥，我還想用側向壓力增加密封性能呢，哈哈，大師思路不一樣啊。
        說了半天和沒說一樣啊，都有現成解決辦法。其實就是這么回事，都是現成的解決辦法，就看怎么結合到一起。
        我第一次推廣這個專利找到的是石油機械廠，希望應用于石油管道泵送，和設計師交流了幾次就去廠子里面談，他們在搞頁巖油開采方面的攻關，難點是如何把深達千米的石油泵送到地面。他們采用的是單蝸桿泵，缺點是采油量很低，希望找一種排量更大的泵，看了我的專利覺得和蝸桿泵異曲同工，但是研究了幾個月，沒辦法縮小到可以放進直徑60厘米的管道里。我又問能不能用于石油管道輸送，可以實現高壓輸送，能夠減少管道建設，結果那是石油管道公司的范圍，得到的答復是需要提高管道的耐壓強度，事情很復雜。后來一想人家是建設管道的，你說你的技術可以減少管道的數量，這不是砸人家飯碗嗎？哈哈哈哈！
      雖然這次推廣不成功，但是確認了幾件事：1經機械領域的專家確認原理是成立的，有應用價值。2采用超高分子材料能夠解決密封和潤滑問題。3這種技術適合于大型應用。

去缸活塞泵

技術應用前景展望，待更新
1船舶泵推，埃隆•馬斯克算個屁？
2蒸汽發動機
3大型內燃機
4。。。
       前面談到研究這個專利的出發點是想設計一種能使萬噸以上戰艦像劍魚（時速40海里）甚至烏賊（時速80海里）那樣高速航行的推進器，我覺得這已經是天方夜譚了，沒想到，研究所的設計師說：“你對自己的專利這么沒信心？為啥就不想著時速500海里呢？我是把你的技術當做水里的沖壓發動機看待的。”我說：“水的阻力和粘滯性比空氣大的多，不可能實現吧。”“你知道暴風魚雷嗎？知道它是怎么實現200海里時速的?知道空泡嗎？知道水潤滑材料嗎?根本不親水！只要把你的專利弄成熟了，實現了沖壓噴水推進，前方的阻力也可以減少大半。。。。”總之給我上了一課，我是沒太聽懂，反正就是說200海里時速不是夢。最最讓我這兩天激動的是講到技術轉移，提到了埃隆·馬斯克的膠囊火車，“那算個屁，等咱們的技術成熟了轉移到民用，造一種超級游輪，載客量2000人，上海到舊金山十幾小時最多二十幾小時。如果能和洋流發電結合起來，連油都不用，運輸成本為零。票價1000元，以后去美國誰還做飛機。”
       我以前還談到過這個專利技術能夠用于設計新型發動機，經過初步論證也是可行的，而且做了大幅的結構優化，甚至能夠作為內燃機原理，替代渦輪技術，這個涉及技術秘密不深談。

應用是最重要的內容，想寫的內容也很多，但是，最近比較忙，還是過幾天抽空另開一帖再說吧。

泛中流

新穎。。。

逍遙處士

后半輩子不用愁了，羨慕啊！

木子12

希望盡快做出樣機，驗證一下性能

781995655

仿生是解決機械設計問題最有效的方法（忘了這是誰說的，就算我說的吧），


的確，在未知領域的研究的時候，仿生是一個不錯的思路。
我在做全新設備（對我而言是新）的時候，也是從防現場人員操作開始的，然后再精簡和優化。

關于你的專利，那個通道能否做成前寬后窄，前高后低。這樣有利于增強壓力，光靠密封空間的逐漸變小來增壓，有其極限。

781995655

看大俠的動態頭像，其實一早已經表明結構原理，只是我等一直不明白罷了。哈哈。

zsddb

你有沒有實驗過？我不是打擊你啊，你這個的效率不看好。

老叁gg

持續關注