关于我的专利——继续谈曲线组合活塞技术的缘起与应用

去缸活塞泵

首先谢谢大家在前贴的关注和贺电。

专利号：201110386575.8，法律文书，不嫌枯燥的可以查阅

这两天一直在想怎么向大家全面介绍我的专利，一方面是哪些能写哪些不能写，另一方面是从哪写起。想介绍的全面一些，但是最新的全面改进方案正在申请非公开专利，不能公开。所以请各位大侠见谅，我还是从已经公开的和可以公开的方面入手谈一谈，以便我们能够深入探讨切磋。

一年前就写了抛砖引玉一贴，通过一年来和大家的交流，使我对机械制造有了新的认识，借前日之贴，今天再全面展开详细介绍一下，从触发点到构思成型，从原理到应用，从优缺点到远景展望，可能有些冗长，主要是为了大家能够从不同角度和深度理解这个崭新的机械原理，并集思广益使之进一步完善并转化为真实的产品。

大家不妨先顺着我的思路捋一遍：十多年前注意到一件新闻——我国使用喷水推进器（就是用大型轴流泵代替螺旋桨，简称泵推）的舰艇巡航南海，它具有速度快，操纵灵活的优点。继续网上检索后了解到国外在这方面的应用更牛，欧美的这类快艇已经达到了80海里航速。但是，进一步深入了解，这种技术再牛也有其缺陷或者说极限。泵推多用于几百吨近千吨的中小型舰艇，随着舰艇排水量的增长驱动速度越来越慢，这几年大名鼎鼎的滨海战斗舰（朱姆沃尔特DDG2000）排水量3000吨，采用4台罗罗公司制造的大型喷水推进器，航速40节，这是目前所知最最牛的喷水推进技术，更大型的舰艇还没有使用泵推技术。

                  

我产生了几个问题：为啥要用轴流泵这种古怪的东西做泵推？竟然是船底吸水，如果象喷气式发动机甚至冲压发动机那样前吸后喷岂不是推力更大？为啥不能做更大的泵推用于万吨大船使之高速航行？作为机械爱好者（强迫症患者，哈哈，本人从小见到啥机械都要拆开看看），决定认真研究这个问题。

螺旋桨大家都熟悉，依靠离心力原理推进船舶前进，船越大螺旋桨就需要越大，大型螺旋桨存在两大致命缺陷——汽蚀效应和空泡效应，所以大型船舶都跑不快。轴流泵是几十年前开始应用于船舶推进的，虽然比螺旋桨更加高效（主要是输出压力更高），但是仍然不能完全克服汽蚀和空泡效应，而且也做过前吸后喷的研究，因为种种原因而放弃。总之，罗罗公司的研究已经是泵推（轴流泵喷水推进器）技术的极限，已经是死路一条。所以我决定转换思路，从头开始研究。

船舶推进的速度与推进器出水口的水量和压力成正比。轴流泵排水量很大（每小时上万吨），当排水量达到极限的时候提高压力是唯一办法，而轴流泵小泵5MPa，大泵1MPa的输出压是死穴。所以，必须找到一种能够大排量而且超高压输出的水泵是关键所在。如果排水量基本相当，而压力是10MPa，那么，推力就提高了10倍。

仿生是解决机械设计问题最有效的方法（忘了这是谁说的，就算我说的吧），如果飞机是从鸟身上获得灵感，那么解决船的问题的最简单方法一定在鱼身上。我检索了一下游速最快的鱼：瞬间速度最快的是乌贼（150公里），乌贼依靠瞬间收缩肌肉喷射出高压水流而获得推力，但是乌贼的原理和我们的活塞泵是一样的，虽然输出压很高，却需要在排除水后再次吸入水后才能再次喷射，所以它的这种行为是间歇性的。要想连续排水就必须保持进水排水同时进行，就像轴流泵那样，但是活塞泵自从发明以来就是两个阀门，一个打开则另一个关上，而且这种结构的排量极低和复杂笨重也是显而易见的，所以泵推从来没有考虑使用活塞泵，所以只能先放下。

再次检索平均速度最快的鱼，答案是旗鱼（80公里）。进一步研究，旗鱼是依靠高频率的S型摆动大半个身体而获得推力，相较其他鱼类依靠摆动尾鳍获得推力，旗鱼的效率要高出很多。看到旗鱼的运行轨迹我就想到了以前看过的一个科普文章，介绍中国古代的船用橹划行，而国外的船用桨划行，橹的效率远高于船桨，就是因为橹在水里的划动曲线是S型摆动，这是题外话。

关于旗鱼的运动方式我做了这样一个设想：假如把一条旗鱼放进一个水槽里那么旗鱼游动使水产生相对运动，这就是一种新型的水泵，如下图。

                                    

但是，问题随之而来，这种连续S型曲线如何在机械结构里实现，力如何传递？很长时间也没有答案。直到有一天我在网上发帖求助，有个网友的答复：设计成坦克履带一样的机构，用刚性材料和机械机构来模拟波浪线型运动。

                                                   

虽然他说的方法难以实现，但是用刚性材料和机械机构来模拟一条波浪线的建议还是启发了我，把连续的波浪线分割成方块，只要保持相邻的两个方块不完全分离，就能实现我想要的功能。剩下的就是找到最佳传动机构，如大家所知，最终选择了曲轴。

                                       

总结一下：这是一种活塞泵（具有曲轴和活塞），用曲轴实现了曲线形的活塞组控制，能够持续不断地排水，在排水的同时另一端在不间断地进水。由于具有和轴流泵一样的两端开口的管道（而且是不拐弯的管道），所以排水量应该相当，同时，由于采用了曲轴活塞机构，能够实现高压输出，所以机械仿生完成。

至此，历时3年全面实现了当初的构想——一种具有冲压结构的泵推。当然这还仅仅是初步的原理，后来请教了很多懂机械的朋友，又指出这一原理不单是泵，也是发动机，就像曲轴活塞机械原理即用于内燃机也用于活塞泵；涡轮原理即用于涡轮泵也用于涡轮发动机一样。

2010年找专利代理提交文件，反复修改，检索，又历时两年进行实质审查，最终在2013年获得发明专利证书。之后是PCT，译成英文，进行全球专利文献库检索，未发现近似技术。

不开新帖了，直接盖楼，暂定二楼说说原理及优缺点，三楼谈应用方向。

去缸活塞泵

技术原理与优缺点
       在一楼谈到当初的研究思路是仿生，最终的工作原理定型之后总结了一下，这是一种结合了活塞机械的活塞与曲轴、涡轮机械的两端开放的管道、蜗杆机械的曲线式传动这三种机械原理的机械


       结构上结合了三种机械，同时也继承了他们的一些优点和缺点。优点是分别继承了活塞泵的高效、轴流泵的大排量、蜗杆泵的高压。缺点是结构复杂，虽然比一般活塞机械结构简化很多，但仍然较复杂。当然任何机械的优劣都是相对而言，每一种不同的机械都解决其他机械解决不了的问题，所以关键看比较优势，那么这种机械总体来说优势相对较多。尤其到了重型动力机械阶段，各种条件是要综合考虑的，比如大型涡轮机械还能说它简单吗？
        再回答坛友的几个疑问：
        首先关于原理成不成立，我的理论水平有限不知道怎么解释，认为原理不成立的自己慢慢想，总有想明白的一天。所有的泵的工作原理都是利用负压（容积扩大导致真空）进水，利用正压（离心力也是一种正压）排水。认真看一楼的动画，看看正压和负压是怎么产生的就理解了。发动机正相反。
        第二是关于密封和润滑问题，分两个方面的，一是往复运动的连杆和管道之间的密封，参见活塞泵的密封（多数采用填料密封），另一是活塞和管道壁之间的密封，参见蜗杆泵。润滑，参见蜗杆泵。
        第三是活塞组侧向受力导致连杆弯曲的问题，一个力可以用另一个力抵消，这是中学物理问题。我曾经想在专利文书里增加一项，但是代理说画蛇添足，是个机械工程师都能找到解决办法。果然我所说的这家科研机构就有办法——对抗他干啥，我还想用侧向压力增加密封性能呢，哈哈，大师思路不一样啊。
        说了半天和没说一样啊，都有现成解决办法。其实就是这么回事，都是现成的解决办法，就看怎么结合到一起。
        我第一次推广这个专利找到的是石油机械厂，希望应用于石油管道泵送，和设计师交流了几次就去厂子里面谈，他们在搞页岩油开采方面的攻关，难点是如何把深达千米的石油泵送到地面。他们采用的是单蜗杆泵，缺点是采油量很低，希望找一种排量更大的泵，看了我的专利觉得和蜗杆泵异曲同工，但是研究了几个月，没办法缩小到可以放进直径60厘米的管道里。我又问能不能用于石油管道输送，可以实现高压输送，能够减少管道建设，结果那是石油管道公司的范围，得到的答复是需要提高管道的耐压强度，事情很复杂。后来一想人家是建设管道的，你说你的技术可以减少管道的数量，这不是砸人家饭碗吗？哈哈哈哈！
      虽然这次推广不成功，但是确认了几件事：1经机械领域的专家确认原理是成立的，有应用价值。2采用超高分子材料能够解决密封和润滑问题。3这种技术适合于大型应用。

去缸活塞泵

技术应用前景展望，待更新
1船舶泵推，埃隆•马斯克算个屁？
2蒸汽发动机
3大型内燃机
4。。。
       前面谈到研究这个专利的出发点是想设计一种能使万吨以上战舰像剑鱼（时速40海里）甚至乌贼（时速80海里）那样高速航行的推进器，我觉得这已经是天方夜谭了，没想到，研究所的设计师说：“你对自己的专利这么没信心？为啥就不想着时速500海里呢？我是把你的技术当做水里的冲压发动机看待的。”我说：“水的阻力和粘滞性比空气大的多，不可能实现吧。”“你知道暴风鱼雷吗？知道它是怎么实现200海里时速的?知道空泡吗？知道水润滑材料吗?根本不亲水！只要把你的专利弄成熟了，实现了冲压喷水推进，前方的阻力也可以减少大半。。。。”总之给我上了一课，我是没太听懂，反正就是说200海里时速不是梦。最最让我这两天激动的是讲到技术转移，提到了埃隆·马斯克的胶囊火车，“那算个屁，等咱们的技术成熟了转移到民用，造一种超级游轮，载客量2000人，上海到旧金山十几小时最多二十几小时。如果能和洋流发电结合起来，连油都不用，运输成本为零。票价1000元，以后去美国谁还做飞机。”
       我以前还谈到过这个专利技术能够用于设计新型发动机，经过初步论证也是可行的，而且做了大幅的结构优化，甚至能够作为内燃机原理，替代涡轮技术，这个涉及技术秘密不深谈。

应用是最重要的内容，想写的内容也很多，但是，最近比较忙，还是过几天抽空另开一帖再说吧。

泛中流

新颖。。。

逍遥处士

后半辈子不用愁了，羡慕啊！

木子12

希望尽快做出样机，验证一下性能

781995655

仿生是解决机械设计问题最有效的方法（忘了这是谁说的，就算我说的吧），


的确，在未知领域的研究的时候，仿生是一个不错的思路。
我在做全新设备（对我而言是新）的时候，也是从防现场人员操作开始的，然后再精简和优化。

关于你的专利，那个通道能否做成前宽后窄，前高后低。这样有利于增强压力，光靠密封空间的逐渐变小来增压，有其极限。

781995655

看大侠的动态头像，其实一早已经表明结构原理，只是我等一直不明白罢了。哈哈。

zsddb

你有没有实验过？我不是打击你啊，你这个的效率不看好。

老叁gg

持续关注