關(guān)于我的專利——繼續(xù)談曲線組合活塞技術(shù)的緣起與應(yīng)用

去缸活塞泵

首先謝謝大家在前貼的關(guān)注和賀電。

專利號(hào)：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(jìn)方案正在申請(qǐng)非公開專利，不能公開。所以請(qǐng)各位大俠見諒，我還是從已經(jīng)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(duì)機(jī)械制造有了新的認(rèn)識(shí)，借前日之貼，今天再全面展開詳細(xì)介紹一下，從觸發(fā)點(diǎn)到構(gòu)思成型，從原理到應(yīng)用，從優(yōu)缺點(diǎn)到遠(yuǎn)景展望，可能有些冗長(zhǎng)，主要是為了大家能夠從不同角度和深度理解這個(gè)嶄新的機(jī)械原理，并集思廣益使之進(jìn)一步完善并轉(zhuǎn)化為真實(shí)的產(chǎn)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(jìn)器（就是用大型軸流泵代替螺旋槳，簡(jiǎn)稱泵推）的艦艇巡航南海，它具有速度快，操縱靈活的優(yōu)點(diǎn)。繼續(xù)網(wǎng)上檢索后了解到國外在這方面的應(yīng)用更牛，歐美的這類快艇已經(jīng)達(dá)到了80海里航速。但是，進(jìn)一步深入了解，這種技術(shù)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(zhǎng)驅(qū)動(dòng)速度越來越慢，這幾年大名鼎鼎的濱海戰(zhàn)斗艦（朱姆沃爾特DDG2000）排水量3000噸，采用4臺(tái)羅羅公司制造的大型噴水推進(jìn)器，航速40節(jié)，這是目前所知最最牛的噴水推進(jìn)技術(shù)，更大型的艦艇還沒有使用泵推技術(shù)。

                  

我產(chǎn)生了幾個(gè)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(fā)動(dòng)機(jī)甚至沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械愛好者（強(qiáng)迫癥患者，哈哈，本人從小見到啥機(jī)械都要拆開看看），決定認(rèn)真研究這個(gè)問題。

螺旋槳大家都熟悉，依靠離心力原理推進(jìn)船舶前進(jìn)，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(yīng)和空泡效應(yīng)，所以大型船舶都跑不快。軸流泵是幾十年前開始應(yīng)用于船舶推進(jìn)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(yīng)，而且也做過前吸后噴的研究，因?yàn)榉N種原因而放棄�？傊�，羅羅公司的研究已經(jīng)是泵推（軸流泵噴水推進(jìn)器）技術(shù)的極限，已經(jīng)是死路一條。所以我決定轉(zhuǎn)換思路，從頭開始研究。

船舶推進(jìn)的速度與推進(jìn)器出水口的水量和壓力成正比。軸流泵排水量很大（每小時(shí)上萬噸），當(dāng)排水量達(dá)到極限的時(shí)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(guān)鍵所在。如果排水量基本相當(dāng)，而壓力是10MPa，那么，推力就提高了10倍。

仿生是解決機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)是從鳥身上獲得靈感，那么解決船的問題的最簡(jiǎn)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(xù)排水就必須保持進(jìn)水排水同時(shí)進(jìn)行，就像軸流泵那樣，但是活塞泵自從發(fā)明以來就是兩個(gè)閥門，一個(gè)打開則另一個(gè)關(guān)上，而且這種結(jié)構(gòu)的排量極低和復(fù)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(jìn)一步研究，旗魚是依靠高頻率的S型擺動(dòng)大半個(gè)身體而獲得推力，相較其他魚類依靠擺動(dòng)尾鰭獲得推力，旗魚的效率要高出很多�？吹狡祠~的運(yùn)行軌跡我就想到了以前看過的一個(gè)科普文章，介紹中國古代的船用櫓劃行，而國外的船用槳?jiǎng)澬�，櫓的效率遠(yuǎn)高于船槳，就是因?yàn)闄┰谒�里的劃�?dòng)曲線是S型擺動(dòng)，這是題外話。

關(guān)于旗魚的運(yùn)動(dòng)方式我做了這樣一個(gè)設(shè)想：假如把一條旗魚放進(jìn)一個(gè)水槽里那么旗魚游動(dòng)使水產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(xù)S型曲線如何在機(jī)械結(jié)構(gòu)里實(shí)現(xiàn)，力如何傳遞？很長(zhǎng)時(shí)間也沒有答案。直到有一天我在網(wǎng)上發(fā)帖求助，有個(gè)網(wǎng)友的答復(fù)：設(shè)計(jì)成坦克履帶一樣的機(jī)構(gòu)，用剛性材料和機(jī)械機(jī)構(gòu)來模擬波浪線型運(yùn)動(dòng)。

                                                   

雖然他說的方法難以實(shí)現(xiàn)，但是用剛性材料和機(jī)械機(jī)構(gòu)來模擬一條波浪線的建議還是啟發(fā)了我，把連續(xù)的波浪線分割成方塊，只要保持相鄰的兩個(gè)方塊不完全分離，就能實(shí)現(xiàn)我想要的功能。剩下的就是找到最佳傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如大家所知，最終選擇了曲軸。

                                       

總結(jié)一下：這是一種活塞泵（具有曲軸和活塞），用曲軸實(shí)現(xiàn)了曲線形的活塞組控制，能夠持續(xù)不斷地排水，在排水的同時(shí)另一端在不間斷地進(jìn)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(yīng)該相當(dāng)，同時(shí)，由于采用了曲軸活塞機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓輸出，所以機(jī)械仿生完成。

至此，歷時(shí)3年全面實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初的構(gòu)想——一種具有沖壓結(jié)構(gòu)的泵推。當(dāng)然這還僅僅是初步的原理，后來請(qǐng)教了很多懂機(jī)械的朋友，又指出這一原理不單是泵，也是發(fā)動(dòng)機(jī)，就像曲軸活塞機(jī)械原理即用于內(nèi)燃機(jī)也用于活塞泵；渦輪原理即用于渦輪泵也用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)一樣。

2010年找專利代理提交文件，反復(fù)修改，檢索，又歷時(shí)兩年進(jìn)行實(shí)質(zhì)審查，最終在2013年獲得發(fā)明專利證書。之后是PCT，譯成英文，進(jìn)行全球?qū)＠�文獻(xiàn)庫檢索，未發(fā)現(xiàn)近似技術(shù)。

不開新帖了，直接蓋樓，暫定二樓說說原理及優(yōu)缺點(diǎn)，三樓談應(yīng)用方向。

去缸活塞泵

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


       結(jié)構(gòu)上結(jié)合了三種機(jī)械，同時(shí)也繼承了他們的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雖然比一般活塞機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化很多，但仍然較復(fù)雜。當(dāng)然任何機(jī)械的優(yōu)劣都是相對(duì)而言，每一種不同的機(jī)械都解決其他機(jī)械解決不了的問題，所以關(guān)鍵看比較優(yōu)勢(shì)，那么這種機(jī)械總體來說優(yōu)勢(shì)相對(duì)較多。尤其到了重型動(dòng)力機(jī)械階段，各種條件是要綜合考慮的，比如大型渦輪機(jī)械還能說它簡(jiǎn)單嗎？
        再回答壇友的幾個(gè)疑問：
        首先關(guān)于原理成不成立，我的理論水平有限不知道怎么解釋，認(rèn)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(fù)壓（容積擴(kuò)大導(dǎo)致真空）進(jìn)水，利用正壓（離心力也是一種正壓）排水。認(rèn)真看一樓的動(dòng)畫，看看正壓和負(fù)壓是怎么產(chǎn)生的就理解了。發(fā)動(dòng)機(jī)正相反。
        第二是關(guān)于密封和潤(rùn)滑問題，分兩個(gè)方面的，一是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的連桿和管道之間的密封，參見活塞泵的密封（多數(shù)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(rùn)滑，參見蝸桿泵。
        第三是活塞組側(cè)向受力導(dǎo)致連桿彎曲的問題，一個(gè)力可以用另一個(gè)力抵消，這是中學(xué)物理問題。我曾經(jīng)想在專利文書里增加一項(xiàng)，但是代理說畫蛇添足，是個(gè)機(jī)械工程師都能找到解決辦法。果然我所說的這家科研機(jī)構(gòu)就有辦法——對(duì)抗他干啥，我還想用側(cè)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(xiàn)成解決辦法。其實(shí)就是這么回事，都是現(xiàn)成的解決辦法，就看怎么結(jié)合到一起。
        我第一次推廣這個(gè)專利找到的是石油機(jī)械廠，希望應(yīng)用于石油管道泵送，和設(shè)計(jì)師交流了幾次就去廠子里面談，他們?cè)诟沩搸r油開采方面的攻關(guān)，難點(diǎn)是如何把深達(dá)千米的石油泵送到地面。他們采用的是單蝸桿泵，缺點(diǎn)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(gè)月，沒辦法縮小到可以放進(jìn)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(shí)現(xiàn)高壓輸送，能夠減少管道建設(shè)，結(jié)果那是石油管道公司的范圍，得到的答復(fù)是需要提高管道的耐壓強(qiáng)度，事情很復(fù)雜。后來一想人家是建設(shè)管道的，你說你的技術(shù)可以減少管道的數(shù)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(rèn)了幾件事：1經(jīng)機(jī)械領(lǐng)域的專家確認(rèn)原理是成立的，有應(yīng)用價(jià)值。2采用超高分子材料能夠解決密封和潤(rùn)滑問題。3這種技術(shù)適合于大型應(yīng)用。

去缸活塞泵

技術(shù)應(yīng)用前景展望，待更新
1船舶泵推，埃隆•馬斯克算個(gè)屁？
2蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)
3大型內(nèi)燃機(jī)
4。。。
       前面談到研究這個(gè)專利的出發(fā)點(diǎn)是想設(shè)計(jì)一種能使萬噸以上戰(zhàn)艦像劍魚（時(shí)速40海里）甚至烏賊（時(shí)速80海里）那樣高速航行的推進(jìn)器，我覺得這已經(jīng)是天方夜譚了，沒想到，研究所的設(shè)計(jì)師說：“你對(duì)自己的專利這么沒信心？為啥就不想著時(shí)速500海里呢？我是把你的技術(shù)當(dāng)做水里的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)看待的�！蔽艺f：“水的阻力和粘滯性比空氣大的多，不可能實(shí)現(xiàn)吧。”“你知道暴風(fēng)魚雷嗎？知道它是怎么實(shí)現(xiàn)200海里時(shí)速的?知道空泡嗎？知道水潤(rùn)滑材料嗎?根本不親水！只要把你的專利弄成熟了，實(shí)現(xiàn)了沖壓噴水推進(jìn)，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(shí)速不是夢(mèng)。最最讓我這兩天激動(dòng)的是講到技術(shù)轉(zhuǎn)移，提到了埃隆·馬斯克的膠囊火車，“那算個(gè)屁，等咱們的技術(shù)成熟了轉(zhuǎn)移到民用，造一種超級(jí)游輪，載客量2000人，上海到舊金山十幾小時(shí)最多二十幾小時(shí)。如果能和洋流發(fā)電結(jié)合起來，連油都不用，運(yùn)輸成本為零。票價(jià)1000元，以后去美國誰還做飛機(jī)�！�
       我以前還談到過這個(gè)專利技術(shù)能夠用于設(shè)計(jì)新型發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過初步論證也是可行的，而且做了大幅的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，甚至能夠作為內(nèi)燃機(jī)原理，替代渦輪技術(shù)，這個(gè)涉及技術(shù)秘密不深談。

應(yīng)用是最重要的內(nèi)容，想寫的內(nèi)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(jī)，驗(yàn)證一下性能

781995655

仿生是解決機(jī)械設(shè)計(jì)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(lǐng)域的研究的時(shí)候，仿生是一個(gè)不錯(cuò)的思路。
我在做全新設(shè)備（對(duì)我而言是新）的時(shí)候，也是從防現(xiàn)場(chǎng)人員操作開始的，然后再精簡(jiǎn)和優(yōu)化。

關(guān)于你的專利，那個(gè)通道能否做成前寬后窄，前高后低。這樣有利于增強(qiáng)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(dòng)態(tài)頭像，其實(shí)一早已經(jīng)表明結(jié)構(gòu)原理，只是我等一直不明白罷了。哈哈。

zsddb

你有沒有實(shí)驗(yàn)過？我不是打擊你啊，你這個(gè)的效率不看好。

老叁gg

持續(xù)關(guān)注