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。
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