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【定義】

揉動(dòng)——?jiǎng)傮w繞一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，謂之公轉(zhuǎn)，又同時(shí)繞更接近于其質(zhì)心的另一平行 軸線逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，謂之自轉(zhuǎn)，當(dāng)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)角速度之絕對(duì)值相同或相近時(shí)，兩者復(fù)合 為一種平動(dòng)或近平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，稱為揉動(dòng)。當(dāng)揉動(dòng)之自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的瞬時(shí)角速度之絕對(duì)值 始終相等時(shí)，構(gòu)成純粹揉動(dòng)，其上各質(zhì)點(diǎn)作同步圓周運(yùn)動(dòng)。

揉軸、揉心——揉動(dòng)之公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸線稱為揉軸，揉軸在其垂直平面上的投影 稱為揉心。

揉徑、揉半徑——揉動(dòng)自轉(zhuǎn)軸之公轉(zhuǎn)軌跡的直徑和半徑稱為揉徑和揉半徑。純 粹揉動(dòng)剛體上各質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)之軌跡圓的直徑均等于揉徑，其線速度等于揉半徑與公轉(zhuǎn) 角速度的乘積。當(dāng)揉半徑很小時(shí)，揉動(dòng)線速度很小，剛體的動(dòng)量矩和動(dòng)能因而大為 減小并且分布均勻化，運(yùn)動(dòng)損耗也因而減小數(shù)量級(jí)。

揉輪——作揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)的減重圓柱體部件，通過(guò)軸承同軸地約束于曲軸之偏心軸 段，曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，揉輪隨之公轉(zhuǎn)并因慣性而自轉(zhuǎn)，構(gòu)成揉動(dòng)。

曲軸——一種約束揉輪并傳遞力和力矩的剛性轉(zhuǎn)動(dòng)部件，由雙軸或多軸圓柱體 段連接而成，其中以揉軸為軸線的圓柱體段稱為主軸或者也稱揉軸，其余的圓柱體 段稱為偏心軸，用于約束揉輪，其軸線為揉輪自轉(zhuǎn)軸。

揉腔——通常為一圓柱形容腔，能容納揉輪揉動(dòng)并與之形成相切配合關(guān)系。

揉比——揉徑與揉腔直徑之比，即歸一化揉徑δ，是揉動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)參量。

揉速比、揉動(dòng)量比、揉動(dòng)量矩比、揉動(dòng)能比、揉端面損耗比、揉柱面比損耗比—— 純粹揉動(dòng)的揉輪與同密度同角速度形同揉腔的轉(zhuǎn)子柱面或整體之對(duì)應(yīng)參數(shù)比較，兩 者線速度之比稱為揉速比，動(dòng)量之比稱為揉動(dòng)量比，動(dòng)量矩之比稱為揉動(dòng)量矩比， 動(dòng)能之比稱為揉動(dòng)能比，端面邊際摩擦損耗之比稱為揉端面損耗比，柱面單位面積 上的邊際摩擦損耗之比稱為揉柱面比損耗比。

揉動(dòng)力學(xué)——研究揉動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律及其應(yīng)用的專題探討。本發(fā)明利 用的主要揉動(dòng)力學(xué)規(guī)律是：揉速比＝δ，揉動(dòng)量比≈1.5δ，揉動(dòng)量矩比≈2δ2，揉 動(dòng)能比≈2δ2，揉端面損耗比≈2.5δ3，揉柱面比損耗比＝δ3。

擺揉——揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)的一種實(shí)用的衍生形式，其自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)疊加一小幅同周期擺動(dòng) 但平均角速度不變，其動(dòng)量矩和動(dòng)能僅增加一低階小量。依據(jù)擺動(dòng)約束方式的差別， 擺揉可分為簡(jiǎn)諧型和勻加速型等。簡(jiǎn)諧型之驅(qū)動(dòng)力矩是角位移的簡(jiǎn)諧函數(shù)，其質(zhì)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓。擺揉有助于提高水力效率，特別適合于高粘介質(zhì)。

滾揉——揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)的另一種實(shí)用的衍生形式，其自轉(zhuǎn)角速度高于公轉(zhuǎn)角速度一 個(gè)確定的小量，使揉輪之與揉腔相切線處的線速度始終為0，其角速度增加率等于 揉比，其動(dòng)量矩和動(dòng)能增量仍為低階小量。滾揉有助于揉腔密封線柔性加壓密封， 特別適合于在高壓差條件下提高容積效率。

揉動(dòng)變?nèi)莘椒ā莘e式流體機(jī)械的工作容腔周期性地改變形狀和容積、并使 流體工質(zhì)伴隨比能增減地連續(xù)充盈其間后再連續(xù)排空的運(yùn)動(dòng)及其實(shí)現(xiàn)的一種方法， 其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征是容腔之可動(dòng)壁面作周期性的揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)——實(shí)現(xiàn)揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ淖內(nèi)葸\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由揉動(dòng)機(jī)構(gòu)、包容揉輪 及其揉動(dòng)空間的揉腔和隔離變壓容腔與等壓容腔的隔板組成。

揉動(dòng)機(jī)構(gòu)——由揉輪和通過(guò)軸承約束揉輪的曲軸組成的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其剛性約束 體系使得曲軸只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，揉輪因而獲得一個(gè)牽連的公轉(zhuǎn)自由度，其獨(dú)立 的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)因慣性力和摩擦力的約束而被柔性驅(qū)動(dòng)并受限制，或者還因另一剛性約 束的存在而被剛性限制，但復(fù)合為揉動(dòng)的自轉(zhuǎn)自由度具有充分性。揉動(dòng)機(jī)構(gòu)之質(zhì)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)空間和運(yùn)動(dòng)速度很小，而其占位之運(yùn)動(dòng)空間及功能速度卻因接力機(jī)制而被放大 約1個(gè)數(shù)量級(jí)，相應(yīng)的功能效應(yīng)同比放大。

隨動(dòng)隔板——與揉輪連接為一體或同步地跟隨揉輪運(yùn)動(dòng)并保持與其圓柱面密 封接觸的平面構(gòu)件，是變壓容腔和等壓容腔之間的隔離結(jié)構(gòu)，在揉軸平面上運(yùn)動(dòng)或 者與其平行。

變壓容腔——變?nèi)葸^(guò)程中，流體的壓力和比能在其間發(fā)生變化的工作容腔。對(duì) 于可壓縮流體，其變化是連續(xù)的，對(duì)于不可壓縮流體，其變化為階躍型。

變壓容腔內(nèi)圓心角——變壓容腔揉輪側(cè)圓弧柱壁面所對(duì)應(yīng)的揉輪圓心角。

變壓容腔內(nèi)弦割面——變壓容腔內(nèi)圓心角對(duì)應(yīng)的弦割面，為揉輪等效承壓面。

等壓容腔——變?nèi)葸^(guò)程中，流體的壓力和比能在其間不發(fā)生變化的工作容腔。 流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程為等壓過(guò)程，是下一個(gè)周期的變壓過(guò)程的同步準(zhǔn)備過(guò)程。

揉腔密封線——揉輪在揉動(dòng)過(guò)程中，其外圓柱面與揉腔相切接觸形成的、隨公 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同步旋轉(zhuǎn)的密封線。

旋塞——擺揉機(jī)構(gòu)隨動(dòng)隔板的約束構(gòu)件，呈圓柱形，開(kāi)有過(guò)軸線的插槽，可定 軸限幅轉(zhuǎn)動(dòng)，能對(duì)與揉輪或揉腔剛性連接的隨動(dòng)隔板進(jìn)行過(guò)其軸線的約束。

占位——對(duì)揉輪在揉動(dòng)中的實(shí)時(shí)位置及其所占據(jù)的空間的稱謂。

掃膛、壓膛——特指導(dǎo)致工作容腔變?nèi)莸墓δ苓\(yùn)動(dòng)。在揉動(dòng)過(guò)程中，揉輪的占 位在揉腔中與腔壁相切地旋轉(zhuǎn)，謂之掃膛。滾揉揉輪的占位運(yùn)動(dòng)謂之壓膛。

接力機(jī)制——揉輪占位及揉腔密封線的移動(dòng)等大幅功能運(yùn)動(dòng)由不同的質(zhì)點(diǎn)以 連續(xù)替換位置的小幅運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的機(jī)制，有如接力。

力系自平衡性——在容積式流體機(jī)械中，變?nèi)輽C(jī)構(gòu)內(nèi)部及相涉外部的運(yùn)動(dòng)副只 通過(guò)軸承來(lái)傳遞力和力矩的特性。

流體機(jī)械——利用流體的場(chǎng)或熱力學(xué)態(tài)的轉(zhuǎn)移變化規(guī)律進(jìn)行功-能轉(zhuǎn)換或逆 轉(zhuǎn)換的機(jī)械，以及通過(guò)流體傳遞、控制、分配機(jī)械功率的機(jī)械，伴隨能量增減地對(duì) 流體進(jìn)行輸送、分配、計(jì)量和控制的機(jī)械也屬于流體機(jī)械。流體機(jī)械按運(yùn)動(dòng)類型可 分為傳統(tǒng)的直線平動(dòng)式和轉(zhuǎn)動(dòng)式以及本發(fā)明創(chuàng)新的揉動(dòng)式三大類型，按能量類型 分，除速度型的旋轉(zhuǎn)葉輪式以外，均為壓力型的容積式。

機(jī)構(gòu)摩擦損耗——在流體機(jī)械的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)中，因機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副的動(dòng)摩擦而損耗的 機(jī)械功率，本發(fā)明中或特指因力系非自平衡性而發(fā)生的摩擦損耗。

邊際摩擦損耗——在流體機(jī)械的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)中，機(jī)構(gòu)的非流道運(yùn)動(dòng)表面與滲入流 體發(fā)生摩擦所損耗的機(jī)械功率。

內(nèi)機(jī)械損耗——流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所取得的軸功率稱為內(nèi)功率，內(nèi)功率中因機(jī) 械摩擦而損耗的功率稱為內(nèi)機(jī)械損耗，內(nèi)機(jī)械損耗包括機(jī)構(gòu)摩擦損耗和邊際摩擦損 耗兩部分，前者或又細(xì)分為軸承損耗和機(jī)構(gòu)摩擦損耗兩項(xiàng)。

比水力損耗、水力損耗——單位質(zhì)量的流體通過(guò)流體機(jī)械的流道時(shí)發(fā)生的流體 動(dòng)力學(xué)損耗的總和稱為比水力損耗，與流速的2次冪成正比；比水力損耗與流量的 乘積稱為水力損耗，具有功率量綱，其量值與流速的3次冪成正比。

揉動(dòng)式流體機(jī)械——包含揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)并通過(guò)該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主要目標(biāo)功能的流 體機(jī)械，可分為動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)、流體傳送、計(jì)量及狀態(tài)和流態(tài)控制諸功能類型， 構(gòu)成內(nèi)燃機(jī)、水力發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓和氣動(dòng)馬達(dá)、水泵、油泵、二相流泵、風(fēng)機(jī)和壓縮 機(jī)、真空泵、二相流真空泵、液壓變扭器、液壓變速器、多路功率分配器、液壓制 動(dòng)器、參數(shù)鎖定控制泵、參數(shù)調(diào)制泵、計(jì)量泵、定比配流裝置、能量交換機(jī)組、隨 機(jī)能流積分裝置等應(yīng)用類型。

旋揉和旋揉機(jī)構(gòu)——揉動(dòng)參照系圍繞揉軸作與公轉(zhuǎn)方向相反、角速度相同的轉(zhuǎn) 動(dòng)的揉動(dòng)稱為旋轉(zhuǎn)的揉動(dòng)，簡(jiǎn)稱旋揉，在靜止坐標(biāo)系中表現(xiàn)為揉腔和揉輪分別繞靜 止的揉軸和自轉(zhuǎn)軸向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，揉動(dòng)是其間的差動(dòng)運(yùn)動(dòng)。旋揉機(jī)構(gòu)包括靜止的 曲軸和在偏心軸上旋轉(zhuǎn)的揉輪，其揉腔為繞揉軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)缸。

旋揉式流體機(jī)械——揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)的揉動(dòng)式流體機(jī)械，其揉動(dòng)機(jī)構(gòu)作 旋揉運(yùn)動(dòng)，其隨動(dòng)隔板剛性地密封連接于揉腔并與之一體旋轉(zhuǎn)，揉輪相對(duì)于揉腔作 擺揉運(yùn)動(dòng)，在靜止坐標(biāo)系中為疊加小幅擺動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

揉動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)——燃?xì)馀蛎涀龉C(jī)構(gòu)揉動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)，是一種附加燃?xì)獍l(fā)生 部件的揉動(dòng)式流體機(jī)械，為本發(fā)明的重要應(yīng)用類型之一，主要由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)、 同軸驅(qū)動(dòng)的揉動(dòng)式定比配流加壓泵組、正時(shí)噴嘴和同步工作的定容加熱脈沖燃 燒室組成。具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)無(wú)法比肩的高壓縮比、高效率、高功率密度、低污 染、免潤(rùn)滑、壽命長(zhǎng)諸優(yōu)勢(shì)。

揉動(dòng)式水力發(fā)動(dòng)機(jī)——主要由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的勢(shì)能驅(qū)動(dòng)型水力發(fā)動(dòng)機(jī)。

揉動(dòng)式馬達(dá)——直接由流體壓力驅(qū)動(dòng)的揉動(dòng)變?nèi)菔桨l(fā)動(dòng)機(jī)，是揉動(dòng)式流體機(jī)械 的重要應(yīng)用類型，液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)是其分別設(shè)計(jì)的應(yīng)用類型。

揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)——主要由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的勢(shì)能驅(qū)動(dòng)型氣動(dòng)馬達(dá)，是揉動(dòng) 式馬達(dá)的氣相工質(zhì)設(shè)計(jì)類型，配備脈沖氣門機(jī)構(gòu)者效率最高。

揉動(dòng)式液壓馬達(dá)——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的勢(shì)能驅(qū)動(dòng)型液壓馬達(dá)，是揉動(dòng)式馬 達(dá)的液相工質(zhì)設(shè)計(jì)類型，具有比傳統(tǒng)液壓馬達(dá)高得多的效率。

揉動(dòng)式流體加壓泵——包含揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)并由其對(duì)流體加壓賦能的機(jī)械泵，是 揉動(dòng)式流體機(jī)械的重要應(yīng)用類型，依據(jù)介質(zhì)物相的不同，可分為液體加壓泵、二相 流泵、壓縮機(jī)、真空泵、二相流真空泵等設(shè)計(jì)或應(yīng)用類型。

揉動(dòng)式可壓縮流體加壓泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的揉動(dòng)式加壓泵的一種設(shè) 計(jì)類型或應(yīng)用稱謂，用于氣相和氣液二相流體的增壓作業(yè)。

絕熱壓縮——被壓縮氣體在壓縮過(guò)程中不與外界發(fā)生熱量交換的壓縮過(guò)程。如 無(wú)彌漫性吸熱物質(zhì)存在，瞬間完成的壓縮過(guò)程是絕熱壓縮過(guò)程。

等溫壓縮——被壓縮氣體在壓縮過(guò)程中向外界散失壓縮熱而保持溫度不變的 壓縮過(guò)程。緩慢進(jìn)行的壓縮過(guò)程、伴隨熱容和表面積足夠大的吸熱物質(zhì)彌漫性散布 的瞬間壓縮過(guò)程可視為等溫壓縮過(guò)程。

揉動(dòng)式壓縮機(jī)——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的揉動(dòng)式加壓泵的一種設(shè)計(jì)類型或應(yīng) 用稱謂，用于氣相或氣液二相流體的增壓作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)等溫壓縮。

揉動(dòng)式風(fēng)機(jī)、揉動(dòng)式鼓風(fēng)機(jī)、揉動(dòng)式通風(fēng)機(jī)——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的揉動(dòng)式 加壓泵的一種設(shè)計(jì)類型或應(yīng)用稱謂，用于氣相流體的低壓輸送。

揉動(dòng)式二相流加壓泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的揉動(dòng)式加壓泵的一種設(shè)計(jì)類 型或應(yīng)用稱謂，用于氣液二相流體的增壓作業(yè)，廣具氣液比適應(yīng)性。

揉動(dòng)式真空泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的揉動(dòng)式加壓泵的一種設(shè)計(jì)類型或應(yīng) 用稱謂，用于氣相流體由常壓減為負(fù)壓的減壓作業(yè)，其入口接真空負(fù)載。

揉動(dòng)式二相流真空泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的揉動(dòng)式加壓泵的一種設(shè)計(jì)類 型或應(yīng)用稱謂，用于氣液二相流體抽真空作業(yè)，其入口接真空負(fù)載。

揉動(dòng)式液體加壓泵、揉動(dòng)式水泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的揉動(dòng)式加壓泵的一 種設(shè)計(jì)類型或應(yīng)用稱謂，用于液體增壓作業(yè)。不區(qū)分工質(zhì)時(shí)通稱揉動(dòng)式水泵。

揉動(dòng)式液壓泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的揉動(dòng)式加壓泵的一種設(shè)計(jì)類型，用于 液壓傳動(dòng)，其工作壓力較高或很高。

揉動(dòng)式液壓傳動(dòng)系統(tǒng)——由揉動(dòng)式液壓泵和揉動(dòng)式液壓馬達(dá)組成的傳遞動(dòng)力、 改變轉(zhuǎn)速和扭矩的高效傳動(dòng)系統(tǒng)，其變速比無(wú)理論的和在所有需求范圍內(nèi)無(wú)實(shí)際的 工藝限制，其簡(jiǎn)單方便性、高效性和低維護(hù)特性突出，在汽車、火車、輪船等交通 工具及其他機(jī)械中可大幅度提高效率和降低成本。

揉動(dòng)式液壓減速器——由揉動(dòng)式液壓泵和揉動(dòng)式液壓馬達(dá)組成的降低轉(zhuǎn)速和 增大扭矩的高效傳動(dòng)系統(tǒng)，或者還帶有旁路節(jié)流-截止閥離合裝置。

揉動(dòng)式液壓變速器——由同軸聯(lián)動(dòng)安裝的可變排量揉動(dòng)式液壓泵和可變排量 揉動(dòng)式液壓馬達(dá)機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)速和扭矩調(diào)節(jié)的高效液壓變速器，或者還帶有旁路節(jié)流 -截止閥離合裝置。

旁路節(jié)流—截止離合器——在揉動(dòng)式液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中順便實(shí)現(xiàn)的一種虛擬離 合器設(shè)計(jì)，在泵和馬達(dá)間的高低壓管路中連接一手動(dòng)或自動(dòng)時(shí)間程序節(jié)流-截止 閥，其短路、節(jié)流、截止?fàn)顟B(tài)對(duì)應(yīng)傳動(dòng)脫離、緩沖、接合功能，恰當(dāng)?shù)墓?jié)流時(shí)間程 序可實(shí)現(xiàn)良好的接合緩沖，無(wú)需專門的傳動(dòng)鏈離合器環(huán)節(jié)。

揉動(dòng)式計(jì)量泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、對(duì)流體的容積流量或換算的質(zhì)量流 量進(jìn)行直讀檢測(cè)、傳感和積分的計(jì)量泵，并能與增壓、減壓或控制功能合一。同軸 聯(lián)動(dòng)組合計(jì)量泵構(gòu)成定比配流裝置。

揉動(dòng)式計(jì)量增壓泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的流體計(jì)量與增壓合一的計(jì)量增 壓泵或者組件。

揉動(dòng)式空氣計(jì)量泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、對(duì)空氣的容積流量或換算的質(zhì) 量流量進(jìn)行計(jì)量的揉動(dòng)式計(jì)量泵或者組件。

揉動(dòng)式燃料計(jì)量泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、對(duì)燃油或燃?xì)獾娜莘e流量或換 算的質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)量的揉動(dòng)式計(jì)量泵或者組件。

揉動(dòng)式計(jì)量壓氣機(jī)——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、對(duì)空氣的質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)量同 時(shí)進(jìn)行壓縮作業(yè)的揉動(dòng)式計(jì)量壓縮泵或者組件。

揉動(dòng)式燃料計(jì)量增壓泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、對(duì)燃油或燃?xì)獾馁|(zhì)量流量 進(jìn)行計(jì)量并同時(shí)增壓的揉動(dòng)式計(jì)量增壓泵或者組件。

揉動(dòng)式定比配流泵組——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、按所需配比對(duì)流體物料的容 積流量或換算的質(zhì)量流量進(jìn)行配流控制的揉動(dòng)式計(jì)量泵組。

揉動(dòng)式定比配流器——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、按所需配比對(duì)流體物料的容積 流量或換算的質(zhì)量流量進(jìn)行配流控制的揉動(dòng)式計(jì)量馬達(dá)-泵組，由減壓流體驅(qū)動(dòng)。

揉動(dòng)式常壓燃燒定比配流泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、按優(yōu)化空燃比配流的 常壓燃燒配流泵組。

揉動(dòng)式燃?xì)庠?/a>定比配流器——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、按優(yōu)化空燃比配流的常 壓燃燒配流控制器，由調(diào)節(jié)閥之后的減壓燃?xì)怛?qū)動(dòng)。

揉動(dòng)式流體能量交換機(jī)——將至少一路流體的壓力能轉(zhuǎn)移給至少另一路流體 使之增壓的同軸聯(lián)動(dòng)安裝的揉動(dòng)式馬達(dá)-泵組。

揉動(dòng)式水力水泵——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、利用水力驅(qū)動(dòng)的水泵，為同軸聯(lián) 動(dòng)安裝的揉動(dòng)式水力發(fā)動(dòng)機(jī)-水泵機(jī)組。

揉動(dòng)式水力變流泵——利用高落差小流量水流驅(qū)動(dòng)低揚(yáng)程大流量水流的揉動(dòng) 式水力水泵，用以滿足降壓擴(kuò)流的需求，交換回路安裝即為水力變壓泵。

揉動(dòng)式水力變壓泵——利用低落差大流量水流驅(qū)動(dòng)高揚(yáng)程小流量水流的揉動(dòng) 式水力水泵，用以滿足升壓揚(yáng)高的需求，交換回路安裝即為水力變流泵。

揉動(dòng)式隨機(jī)能流積分系統(tǒng)——將隨機(jī)發(fā)生的流體能流實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為壓力能積分 儲(chǔ)存供集中使用的揉動(dòng)式流體機(jī)械及其分布式系統(tǒng)，用于風(fēng)能、水力能和生產(chǎn)過(guò)程 之液流余壓能的收集利用。

揉動(dòng)式水力積分儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)——一種小型的自然能源系統(tǒng)，將揉動(dòng)式水力發(fā) 動(dòng)機(jī)與揉動(dòng)式空壓機(jī)同軸組裝，工作時(shí)輸出壓縮空氣，經(jīng)管道輸入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存，使 用時(shí)，開(kāi)啟壓縮空氣驅(qū)動(dòng)揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)，帶動(dòng)數(shù)控勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)發(fā)電。

揉動(dòng)式高適應(yīng)性風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)——一種出力大成本低的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，將高適 應(yīng)性風(fēng)力葉輪同軸組裝揉動(dòng)式空壓機(jī)為單元，分布式安裝和實(shí)時(shí)輸出壓縮空氣，經(jīng) 管道匯集于儲(chǔ)氣罐，驅(qū)動(dòng)單臺(tái)揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)-數(shù)控勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組，數(shù)控優(yōu)化運(yùn)行。

液壓旋揉車輪——一種簡(jiǎn)單高效的液壓驅(qū)動(dòng)車輪，其輪轂是旋揉馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)缸 體，在揉軸上作反向公轉(zhuǎn)，而揉軸則是靜止的車軸，底盤連接因而簡(jiǎn)單。

揉動(dòng)式二相流熱泵壓縮機(jī)——即揉動(dòng)式二相流壓縮機(jī)，氣液二相工質(zhì)循環(huán)，傳 熱因而強(qiáng)化，以揉動(dòng)式馬達(dá)組件代替節(jié)流管減壓，無(wú)節(jié)流熱且回收壓力能。

重力流、階梯微液封——揉動(dòng)式二相流熱泵系統(tǒng)之蒸發(fā)器管程結(jié)構(gòu)，采用降高 程流向，謂之重力流，沿程設(shè)幾處逆重力向階梯，謂之階梯微液封。

過(guò)冷蒸氣、過(guò)熱蒸氣——壓力高于飽和氣壓的蒸氣稱為過(guò)冷蒸氣，壓力低于飽 和氣壓的蒸氣稱為過(guò)熱蒸氣。而飽和氣壓是溫度的單值單調(diào)函數(shù)。

過(guò)冷蒸發(fā)、過(guò)熱冷凝——產(chǎn)生過(guò)冷蒸氣的降溫蒸發(fā)稱為過(guò)冷蒸發(fā)，其壓力高于 飽和氣壓；過(guò)熱蒸氣的冷凝過(guò)程稱為過(guò)熱冷凝，其壓力低于飽和氣壓。

揉動(dòng)式二相流熱泵熱水器壓縮機(jī)——采用揉動(dòng)式二相流壓縮機(jī)，從太陽(yáng)曬板及 空氣換熱板向積分儲(chǔ)熱式恒溫水箱泵熱，氣液二相工質(zhì)循環(huán)，揉動(dòng)馬達(dá)減壓。

制冷系數(shù)、變熱系數(shù)——制冷機(jī)從低溫?zé)嵩次盏臒崃颗c泵熱過(guò)程功之比稱為 制冷系數(shù)；熱泵向高溫?zé)嵩瘁尫诺臒崃颗c泵熱過(guò)程功之比稱為變熱系數(shù)。兩系數(shù)分 別與低溫?zé)嵩椿蚋邷責(zé)嵩吹慕^對(duì)溫度成正比，與泵熱溫差成反比。

揉動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)定比配流增壓泵組——由揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、按優(yōu)化空燃比配 流的內(nèi)燃機(jī)計(jì)量增壓泵組，用作揉動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)和往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的配流 增壓部件，后二者分別去蝸輪式壓氣機(jī)和改成二沖程外壓氣。泵組空壓機(jī)入口和揉 腔內(nèi)冷水噴霧實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，輸出二相流經(jīng)氣水分離緩沖與調(diào)節(jié)器分離，冷卻水進(jìn) 揉動(dòng)式反饋馬達(dá)回收壓力能，流量自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

揉動(dòng)式反饋馬達(dá)——揉動(dòng)式等溫壓縮機(jī)之冷卻液能量回收馬達(dá)，其輸入端接分 離緩沖控制器之冷卻水輸出端。

分離緩沖與調(diào)節(jié)器——揉動(dòng)式等溫壓縮機(jī)之冷卻液分離裝置，具有重力分離、 緩沖、流量自適應(yīng)控制功能，其恒液位浮閥閉環(huán)控制冷卻水流量。

揉動(dòng)式燃?xì)庠疃ū扰淞髌鳌扇鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、按優(yōu)化空燃比配流的常 壓燃燒配流控制器，由減壓燃?xì)怛?qū)動(dòng)，或者還帶有空氣富余系數(shù)微調(diào)節(jié)流閥。

空氣富余系數(shù)——在燃料和空氣的理化參數(shù)均有擾動(dòng)的情況下，依據(jù)氧氣下界 質(zhì)量流量和有效燃分上界質(zhì)量流量計(jì)算燃燒反應(yīng)最低空燃比，稱實(shí)際空氣流量高于 最低空燃比所需流量的百分?jǐn)?shù)增量為空氣富余系數(shù)。

低阻節(jié)流閥——用于調(diào)節(jié)空氣富余系數(shù)的低阻力減壓調(diào)節(jié)閥，其調(diào)節(jié)下限設(shè)計(jì) 為空燃比下限，上限按最大富余系數(shù)確定，配流器的排量比按其上限設(shè)計(jì)。

通用性參數(shù)——用于表征揉動(dòng)式流體機(jī)械通用性的參數(shù)，分為基本參數(shù)和非基 本參數(shù)?；緟?shù)包括耐壓、軸強(qiáng)(扭矩)、速限和排量；非基本參數(shù)可以是通用 性空間的任何其他參數(shù)，如用作水泵的最高揚(yáng)程、最高轉(zhuǎn)速及揚(yáng)程、流量、功率與 轉(zhuǎn)速的關(guān)系，用作空壓機(jī)的最高壓力、最高轉(zhuǎn)速及壓力、流量、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系， 用作水力發(fā)動(dòng)機(jī)的最大落差及流量、轉(zhuǎn)速、功率與落差的關(guān)系，用作鼓風(fēng)機(jī)的最高 轉(zhuǎn)速、風(fēng)量與轉(zhuǎn)速、功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系等。

安全參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)、上界參數(shù)——均指表征流體機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三個(gè)參數(shù)， 即耐壓、軸強(qiáng)、速限，分別為容腔最高耐壓、主軸最大扭矩和最高轉(zhuǎn)速。

通用性基本參數(shù)——包括安全參數(shù)和排量，只有耐壓、軸強(qiáng)、速限、排量4個(gè)。 安全參數(shù)稱為不等式參數(shù)，排量稱為方程參數(shù)。

方程參數(shù)——即排量，是揉動(dòng)式通用流體機(jī)械之通用性基本參數(shù)中唯一的功能 參數(shù)，是功能指標(biāo)方程的常數(shù)參量。

指標(biāo)方程——由壓力、流量、功率作為未知數(shù)的過(guò)程方程，對(duì)于可壓縮和不可 壓縮流體分別為熱力和勢(shì)流的能量及流量連續(xù)性方程，可與安全條件不等式組聯(lián)立 求解功能參數(shù)。三個(gè)未知數(shù)中只有兩個(gè)是獨(dú)立的。

恒流特性——揉動(dòng)式流體機(jī)械的輸出特性之一，即流量與轉(zhuǎn)速成正比、恒速導(dǎo) 致恒流的特性，而壓力則與流量無(wú)關(guān)地自適應(yīng)于負(fù)載。

壓力自適應(yīng)性、功率自適應(yīng)性——揉動(dòng)式流體機(jī)械輸出壓力與流量無(wú)關(guān)而自適 應(yīng)于負(fù)載的特性，功率決定于負(fù)載壓力和轉(zhuǎn)速。

壓力通用性——揉動(dòng)式流體機(jī)械安全條件限度內(nèi)的壓力及功率的通用性，即在 耐壓、軸強(qiáng)、速限三上界參數(shù)對(duì)應(yīng)之上界壓力限度內(nèi)任選壓力和轉(zhuǎn)速均具有經(jīng)濟(jì)效 率的適應(yīng)性。

介質(zhì)通用性——揉動(dòng)式流體機(jī)械安全條件限度內(nèi)的同物相流體的通用性，即在 耐壓、軸強(qiáng)、速限三上界參數(shù)對(duì)應(yīng)之上界壓力限度內(nèi)無(wú)違化學(xué)禁伍且物相不變地任 選介質(zhì)均具有經(jīng)濟(jì)效率的適應(yīng)性。

物相通用性——揉動(dòng)式流體機(jī)械安全條件限度內(nèi)的流體物相通用性，即耐壓、 軸強(qiáng)、速限三上界參數(shù)對(duì)應(yīng)之上界壓力限度內(nèi)任選無(wú)違化學(xué)禁伍的流體物相均具有 經(jīng)濟(jì)效率的適應(yīng)性，其中包含壓力通用性。

流體機(jī)械通用性——揉動(dòng)式流體機(jī)械具有型系規(guī)劃賦予的多功能性、互逆性以 及壓力、介質(zhì)、物相通用性的技術(shù)狀況，必須經(jīng)通用性設(shè)計(jì)和具有通用性標(biāo)銘。

揉動(dòng)式通用流體機(jī)械——經(jīng)通用性規(guī)劃和設(shè)計(jì)并按通用性規(guī)范標(biāo)銘參數(shù)的萬(wàn) 用型揉動(dòng)式流體機(jī)械，具有型系規(guī)劃賦予的多功能性、介質(zhì)物相的通用性、壓力和 功率的無(wú)下界連續(xù)適應(yīng)性。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明為“流體機(jī)械的揉動(dòng)變?nèi)莘椒捌渥內(nèi)輽C(jī)構(gòu)與應(yīng)用類型”。所述流體機(jī) 械是容積式流體機(jī)械的簡(jiǎn)稱，所述“揉動(dòng)變?nèi)莘椒ā奔啊叭鄤?dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)”為創(chuàng)新的 概念。本發(fā)明涉及動(dòng)力機(jī)械及傳動(dòng)、流體輸送及控制等多個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)品適合于能 源、交通、化工、機(jī)械、礦山、水利、環(huán)保、城鄉(xiāng)建設(shè)、服務(wù)等行業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明 屬于流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，在原理上應(yīng)歸于容積式流體機(jī)械分技術(shù)領(lǐng)域，但在機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)類型上，則既不屬于容積式流體機(jī)械現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域，又不屬于非容積式流體機(jī)械 現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域，而是一種創(chuàng)新的運(yùn)動(dòng)類型和體系。

流體機(jī)械以流體為工作介質(zhì)，按功能大致可分為三類。第一類是利用流體的場(chǎng) 或熱力學(xué)態(tài)的轉(zhuǎn)移變化規(guī)律進(jìn)行功-能轉(zhuǎn)換或逆轉(zhuǎn)換的機(jī)械。例如，以耗功增壓過(guò) 程為特征的泵、壓縮機(jī)等，以流體降壓或同時(shí)膨脹的做功過(guò)程為特征的水輪機(jī)、內(nèi) 燃機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、各種高低溫氣體透平膨脹機(jī)等。第二類是通過(guò)流體傳遞、 控制和分配功率或能量的機(jī)械。例如，同時(shí)利用功-能轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換過(guò)程、以實(shí)現(xiàn) 功率傳遞和控制為特征的液壓變扭器(減速器、增速器)、液壓變速器(調(diào)速器) 等。第三類是伴隨能量增減地傳輸流體質(zhì)量、同時(shí)對(duì)其進(jìn)行計(jì)量或參數(shù)控制的機(jī)械。 例如計(jì)量泵、定比配流泵、參數(shù)調(diào)制泵、參數(shù)鎖定控制泵等。

流體機(jī)械按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)類型可分為傳統(tǒng)的直線平動(dòng)式和轉(zhuǎn)動(dòng)式以及本發(fā)明創(chuàng)新 的揉動(dòng)式三大類型。按能量類型分，則只有容積式和非容積式兩種。容積式利用或 賦予流體勢(shì)能，壓力是其決定性參數(shù)。非容積式利用或賦予流體動(dòng)能，速度是其決 定性參數(shù)。在所有的流體機(jī)械中，除了旋轉(zhuǎn)葉輪式屬于非容積式以外，其余的均為 容積式。容積式流體機(jī)械具有最豐富的結(jié)構(gòu)形式和功能類型。

容積式流體機(jī)械至少包含一個(gè)工作容腔。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，工作容腔的可動(dòng)腔壁結(jié)構(gòu)作 周期性運(yùn)動(dòng)，容腔的形狀和容積隨之連續(xù)變化，此種周期性運(yùn)動(dòng)稱為變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)。流 體隨變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)進(jìn)入和排出容腔，并在流經(jīng)容腔的過(guò)程中伴隨釋能或被賦能的比能變 化，其壓力相應(yīng)地降低或增高，或者比容也隨之變化。

變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)是容積式流體機(jī)械的充分必要特征。變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定機(jī)械的結(jié)構(gòu)、 原理、原理性功能和基本特性，是容積式流體機(jī)械的原理性特征。

容積式流體機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)沒(méi)有速度下界制約，因而具有最廣泛的適應(yīng)性和靈活 性，理論上和實(shí)際上均能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)流體機(jī)械的任何一種功能需求。

流體機(jī)械廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)領(lǐng)域。在工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、以及其他 行業(yè)和日常生活領(lǐng)域，都配有各式各型的流體機(jī)械，且為不可或缺的設(shè)備。

流體機(jī)械是社會(huì)生產(chǎn)生活最主要的能源設(shè)備。所有的水、電、氣的系統(tǒng)之源頭， 都有流體機(jī)械作為核心設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)，其重要性如同心臟。

流體機(jī)械是社會(huì)生產(chǎn)生活最主要的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。氣體、液體、固體的原料及 產(chǎn)品的運(yùn)輸，人員的旅行和日常交通，幾乎都是流體機(jī)械在驅(qū)動(dòng)。

流體機(jī)械是最主要的能源消耗設(shè)備。人類所開(kāi)發(fā)的石油、天然氣、煤炭等礦物 能源，絕大部分都為內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、外燃式的汽輪機(jī)等流體機(jī)械所消耗。其他 如水力能、風(fēng)能、地熱能、海洋運(yùn)動(dòng)能、生物能等自然能源以及原子能等新科技能 源，也幾乎全都需要首先通過(guò)流體機(jī)械來(lái)吸收和轉(zhuǎn)化。

流體機(jī)械是最主要的污染源。工業(yè)革命以來(lái)，尤其是上個(gè)世紀(jì)以來(lái)，流體機(jī)械 被大量采用，造成了有史以來(lái)最嚴(yán)重的環(huán)境污染。大部分的溫室氣體都是作為動(dòng)力 機(jī)械的流體機(jī)械直接或間接地排放的。一氧化碳、二氧化硫、NOX等有毒有害氣體 的排放者也主要是它們。按照生態(tài)文明的觀念來(lái)審視，流體機(jī)械中的許多技術(shù)，甚 至大部分技術(shù)都還不成熟，需要改造和革新。

革新流體機(jī)械是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)，關(guān)系到人類的可持續(xù)發(fā)展。解決能源危機(jī)和 環(huán)境危機(jī)的希望，或許就在于流體機(jī)械的技術(shù)創(chuàng)新之中。

【背景技術(shù)】

考察流體機(jī)械的技術(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)有技術(shù)狀況，能得出一些重要的結(jié)論。

容積式流體機(jī)械具有利用勢(shì)能工作的原理上的巨大優(yōu)勢(shì)。勢(shì)能與速度無(wú)關(guān)，工 作流速因而能夠遵守水力規(guī)范，其水力損耗因而可控制并能降得很低，理論上可以 任意低。在水力規(guī)范之內(nèi)，其水力效率可達(dá)95％以上，低速工作時(shí)甚至能達(dá)到98 ％。困擾非容積式流體機(jī)械300多年的水力效率瓶頸，在容積式流體機(jī)械中幾乎不 存在。容積式流體機(jī)械因此而具有的速度適應(yīng)性，以及由恒流特性帶來(lái)的壓差適應(yīng) 性，使得這類機(jī)械理論上具有獨(dú)特的適應(yīng)性和靈活性。

但是，容積式流體機(jī)械的現(xiàn)有技術(shù)未能很好地利用和發(fā)揚(yáng)上述優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 中普遍地存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、摩擦損耗大、內(nèi)機(jī)械效率低的問(wèn)題，或者還存在著容積 效率低等其他問(wèn)題。內(nèi)機(jī)械效率和容積效率是總效率的乘性因子，當(dāng)兩者或兩者之 一低到一定程度時(shí)，就成為制約總效率上限的瓶頸問(wèn)題。另外，現(xiàn)有的容積式流體 機(jī)械的精度要求高，制造成本相對(duì)較高。由于機(jī)構(gòu)復(fù)雜，其故障率也比較高。這些 缺點(diǎn)嚴(yán)重地限制了容積式流體機(jī)械的發(fā)展。

在主要是內(nèi)機(jī)械效率或者還有其他相關(guān)因素的制約下，現(xiàn)有技術(shù)之容積式流體 機(jī)械的效率大部分在50％以下，內(nèi)燃機(jī)在40％左右，壓縮機(jī)和真空泵在30％左右， 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的效率也遠(yuǎn)不及機(jī)械傳動(dòng)。究其效率低的根本原因，均在于容積式機(jī) 械的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式的不合理性。正是不合理的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)，才導(dǎo)致不合理的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)和不良的動(dòng)力學(xué)特性。下面就現(xiàn)有技術(shù)之容積式流體機(jī)械僅有的直線平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng) 兩種變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式的特點(diǎn)和缺點(diǎn)作一簡(jiǎn)要分析。

首先分析古老而頻用的直線平動(dòng)方式(直線往復(fù)式)的主要問(wèn)題。

這種變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的第一大缺點(diǎn)非常明顯：直線平動(dòng)運(yùn)動(dòng)本身不含軌跡封閉性，因 而不具有周期性，這就需要另外地加入一個(gè)回程運(yùn)動(dòng)來(lái)構(gòu)成軌跡封閉的周期性。這 是非常不利的，僅僅是加入無(wú)效回程運(yùn)動(dòng)本身，就使按時(shí)間分?jǐn)偟膬?nèi)機(jī)械損耗的分 攤比例幾乎增大一倍，并使功能密度降低一半。

另一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題是直線平動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性不良。直線平動(dòng)方式 采用的活塞連桿曲柄機(jī)構(gòu)不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且其內(nèi)部力系不具有自平衡性，必須借 助外力來(lái)平衡。連桿作為一個(gè)高速搖擺的二力構(gòu)件，其載荷力、曲軸約束力和自身 慣性力(變速過(guò)程的動(dòng)反力)的合力在活塞端產(chǎn)生一個(gè)量值很大的、與運(yùn)動(dòng)方向正 交的動(dòng)態(tài)力。由此引起的問(wèn)題是多方面的。該力的存在使活塞銷配合面的約束力和 摩擦力增大，活塞銷的摩擦損耗因而增加，曲軸軸頸配合面和曲軸軸承的損耗也相 應(yīng)增加。更主要的是，這種不平衡性導(dǎo)致對(duì)活塞-容腔壁運(yùn)動(dòng)副的法向力加載，使 之形成一對(duì)重載摩擦副。摩擦力在配合面上非均勻分布，其量值比活塞環(huán)上的密封 應(yīng)力大許多倍，造成較大的摩擦損耗，并因而產(chǎn)生苛刻的潤(rùn)滑需求和相應(yīng)的冷卻需 求。當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，摩擦?xí)杆僭斐衫缀蜔祝瑢?dǎo)致機(jī)器損壞。另外，周期性時(shí) 變的外施平衡力和力矩還會(huì)導(dǎo)致機(jī)器振動(dòng)和結(jié)構(gòu)疲勞，振動(dòng)是這類機(jī)器產(chǎn)生噪聲污 染的主要根源之一。由此可見(jiàn)，力系不能自平衡的直線平動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)存在損耗大、 振動(dòng)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且笨重、潤(rùn)滑需求苛刻等系列問(wèn)題，導(dǎo)致效率、成本、環(huán)保指 標(biāo)低下。特別是潤(rùn)滑問(wèn)題，直接地降低了機(jī)械的可靠性。苛刻的潤(rùn)滑條件需求使得 潤(rùn)滑幾乎就成了機(jī)器的生命線，因此而增大了制造和運(yùn)行成本。

就采用直線平動(dòng)變?nèi)莘绞降牡湫蜋C(jī)械——內(nèi)燃機(jī)而言，潤(rùn)滑對(duì)缸壁溫度的限制 又產(chǎn)生了另一個(gè)嚴(yán)重的后果，那就是對(duì)邊界層完全燃燒的溫度條件的破壞。在缸壁 強(qiáng)化冷卻的較低的折衷溫度下，邊界層的混合氣不能充分燃燒，而潤(rùn)滑油膜又可能 發(fā)生部分的揮發(fā)和燒蝕積炭。冷卻的不穩(wěn)定性，啟動(dòng)和變速過(guò)程的熱沖擊，緩慢的 熱響應(yīng)，均可能使這類問(wèn)題更趨嚴(yán)重。不完全燃燒導(dǎo)致燃油的無(wú)謂消耗，降低了燃 燒效率，還導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)垢和排氣污染。排氣污染主要指有一氧化碳和深色煙塵排出， 煙塵包括可吸入顆粒物例如碳粒，還包括潤(rùn)滑油揮發(fā)霧滴及其膠凝物，它們會(huì)污染 藍(lán)天，危害人類和整個(gè)生物圈的生存環(huán)境。另外，維護(hù)潤(rùn)滑的冷卻系統(tǒng)顯著地增加 了機(jī)械的制造和運(yùn)行成本，水冷系統(tǒng)還容易發(fā)生凍裂事故。

除內(nèi)燃機(jī)以外，直線平動(dòng)變?nèi)莘绞竭€被廣泛應(yīng)用于氣體壓縮機(jī)、真空泵和柱塞 式液壓傳動(dòng)裝置等流體機(jī)械中?；钊?、連桿、曲柄組成的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性， 以及機(jī)構(gòu)力系的非自平衡性所造成的摩擦損耗降低了這類機(jī)械的內(nèi)機(jī)械效率。機(jī)構(gòu) 摩擦損耗是這些機(jī)械效率偏低的主要原因之一。

其中，壓縮機(jī)、真空泵一類機(jī)械的壓縮過(guò)程為熱力過(guò)程。在氣缸變?nèi)莸膲嚎s過(guò) 程中，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，但卻難于散熱，因而導(dǎo)致絕熱壓縮。絕熱壓縮的 功耗一般會(huì)超出等溫壓縮一倍左右，在高壓縮比時(shí)超出更多，其低效性是可想而知 的。許多往復(fù)式壓縮機(jī)和真空泵的效率在30％左右，絕熱壓縮顯然是重要原因。準(zhǔn) 確地說(shuō)，壓縮機(jī)、真空泵一類機(jī)械中，存在著內(nèi)機(jī)械效率制約和絕熱壓縮造成的熱 力效率因子制約兩大瓶頸。熱力效率因子可定義為入口絕對(duì)溫度與出口絕對(duì)溫度之 比，它不是機(jī)器即時(shí)效率的乘性因子，卻是考慮工質(zhì)冷卻后的穩(wěn)態(tài)比能的實(shí)際效率 的乘性因子。該因子可能低于50％，高壓縮比時(shí)更低。為提高壓縮機(jī)、真空泵一類 流體機(jī)械的效率，必須在變?nèi)莘椒ㄔO(shè)計(jì)中同時(shí)解決冷卻問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)等溫壓縮。在 這一點(diǎn)上，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有做到或做得不好。

葉片泵和葉片馬達(dá)、柱塞泵和柱塞馬達(dá)是現(xiàn)有技術(shù)之轉(zhuǎn)動(dòng)式流體傳動(dòng)的兩類設(shè) 備，后者還是液壓傳動(dòng)的主流設(shè)備。它們雖然具有旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)體，但其變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的 運(yùn)動(dòng)方式仍然是直線平動(dòng)，或者應(yīng)稱為疊加于轉(zhuǎn)動(dòng)的直線平動(dòng)。兩者的變?nèi)菰碛?所不同。葉片泵和葉片馬達(dá)是利用在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中徑向伸縮的葉片分割相對(duì)偏心的 容腔來(lái)造成葉片間扇形區(qū)域的容積發(fā)生周期性變化。而柱塞泵和柱塞馬達(dá)則是利用 柱塞在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中的小容腔中的徑向或軸向平動(dòng)來(lái)造成小容腔的容積變化，后者 還需要精密的柱面或端面配流結(jié)構(gòu)來(lái)配合工作。

該兩類機(jī)械雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣性動(dòng)反力也較小，但其葉片和柱塞均不具有力系 自平衡性，需要依靠外加約束力來(lái)平衡。兩類機(jī)械的機(jī)構(gòu)摩擦的共同特點(diǎn)是：生成 摩擦力的約束力均被最大化。其中，葉片泵的葉片之徑向約束力等于最大慣性力加 上預(yù)置的彈性壓力，在縮進(jìn)時(shí)還要加上由負(fù)載壓差和徑向約束力的矩所造成的葉片 滑道動(dòng)摩擦阻力，而其滑道摩擦力則也是與負(fù)載壓差和徑向動(dòng)摩擦力之矩的反作用 矩的力的分布相關(guān)的。柱塞的受力情況與之類似，但還要加上與運(yùn)動(dòng)方向相反的全 部的負(fù)載力。兩者的兩類摩擦損耗中，滑道或小容腔中的摩擦還在其次，主要的摩 擦損耗是發(fā)生在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向上的摩擦，其摩擦速度均等于變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的最大線速 度，也是最大化的。摩擦損耗的力和速度因子都最大化，摩擦損耗當(dāng)然就是最大化 的了，其中唯一能夠調(diào)整的因素只有摩擦系數(shù)。因此，這兩種機(jī)械的內(nèi)機(jī)械損耗的 比例都太高，并且，它們也都強(qiáng)烈地依賴于潤(rùn)滑。

葉片泵都是小容量的，柱塞泵的應(yīng)用更廣些。較之活塞連桿機(jī)構(gòu)，柱塞泵的法 向約束力和摩擦力的生成比(與負(fù)載力之比)大幾倍。在同樣的潤(rùn)滑條件和摩擦系 數(shù)下，其機(jī)構(gòu)摩擦損耗率更高，這種機(jī)械的效率因而受影響。柱塞泵和柱塞馬達(dá)的 效率制約著具有系統(tǒng)性優(yōu)勢(shì)的液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，使之長(zhǎng)期不能取代機(jī)械傳動(dòng)。 如果液壓傳動(dòng)的效率能高于或相當(dāng)于因傳動(dòng)鏈長(zhǎng)而整體效率也不是很高的昂貴的 機(jī)械傳動(dòng)，則必被采用，汽車的制造成本將因而降低一個(gè)很大的百分比。

現(xiàn)有技術(shù)的第二種變?nèi)莘绞健D(zhuǎn)變?nèi)莘绞?，也同樣存在效率瓶頸。

旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘绞娇梢约?xì)分為三類：螺旋運(yùn)動(dòng)方式、齒輪嚙合運(yùn)動(dòng)方式和偏心輪旋 轉(zhuǎn)方式。整體上講，旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘绞降倪\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有力系自平衡性，這大有利于降低 機(jī)構(gòu)摩擦損耗。但旋轉(zhuǎn)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的另一類內(nèi)機(jī)械損耗又成了突出問(wèn)題，個(gè)別情況下， 其容積損耗也可能過(guò)大。具體分析如下：

在螺旋運(yùn)動(dòng)方式中，螺旋流道中的密封位置連續(xù)移動(dòng)，使出端和入端連通容腔 之容積產(chǎn)生加減一鋸齒波函數(shù)的互補(bǔ)變化。其中，實(shí)際的工作容腔僅僅是螺旋流道， 其變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)就是螺旋流道與一頭端腔連通的部分因密封位置連續(xù)移動(dòng)而發(fā)生的長(zhǎng) 度變化以及與端腔連通的瞬間切換。變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)造成容腔容積呈鋸齒波函數(shù)變化，其 變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就是螺桿。螺桿柱面為動(dòng)密封面，旋轉(zhuǎn)中與泄漏流產(chǎn)生的邊際摩擦損 耗與線速度的立方成正比，會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)機(jī)械損耗，使效率降低。螺桿泵多用于 高粘度流體的輸送，其內(nèi)機(jī)械效率低，但現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)以替代。螺桿壓縮機(jī)以潤(rùn)滑 油為密封介質(zhì)，由于密封面積大，摩擦造成的內(nèi)機(jī)械損耗仍然可觀。顯然，內(nèi)機(jī)械 效率仍然是這類機(jī)械的效率瓶頸。

齒輪嚙合變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式以齒間間隙的連續(xù)移動(dòng)和嚙合部位齒間間隙的滅失為 特征。對(duì)于流體出端連通容腔，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生一種連續(xù)進(jìn)行的、由幾何關(guān)系決定相 位差的脈沖增量和脈沖減量相疊加的脈動(dòng)型變化，入端連通容腔則發(fā)生補(bǔ)變化，它 們的變化率都很小。與螺旋運(yùn)動(dòng)方式類似，實(shí)際的工作容腔僅僅是連續(xù)移動(dòng)的齒間 間隙，本方式中不同的是，瞬時(shí)流量并不平穩(wěn)而為脈沖函數(shù)，其實(shí)際的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)是 容腔的脈沖型轉(zhuǎn)移。工作容腔瞬時(shí)容積可表達(dá)為狄拉克函數(shù)(δ函數(shù))序列經(jīng)序列 濾波后的響應(yīng)。齒輪泵或齒輪馬達(dá)具有良好的力系自平衡性和良好的可逆性，其結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，成本很低，因而應(yīng)用歷史長(zhǎng)。其變?nèi)莘绞疆a(chǎn)生的問(wèn)題是：變?nèi)莺瘮?shù)實(shí)現(xiàn)的 比排量(排量與運(yùn)動(dòng)空間容積之比)太小，使密封面的相對(duì)尺度增大，導(dǎo)致與尺度 高冪次相關(guān)的內(nèi)機(jī)械損耗增大。其輸出中存在高頻脈動(dòng)也造成不利。運(yùn)轉(zhuǎn)中，主要 由端面邊際摩擦造成的內(nèi)機(jī)械損耗、主要在嚙合齒位附近產(chǎn)生的容積損耗和主要在 嚙合部位造成的水力損耗同時(shí)存在。三種損耗的比例視情況而變，但內(nèi)機(jī)械損耗居 主導(dǎo)地位。當(dāng)轉(zhuǎn)速高時(shí)，水力損耗增大，并可能產(chǎn)生空化氣蝕破壞。當(dāng)粘度低且轉(zhuǎn) 速低時(shí)，容積損耗較大。內(nèi)機(jī)械損耗是齒輪嚙合變?nèi)莘绞降男势款i。因該瓶頸難 以克服，這種變?nèi)莘绞降男什豢赡苡写蟮奶岣摺?/p>

偏心輪旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘绞绞侵钙陌惭b的轉(zhuǎn)子在容腔中的占位因轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而掃 膛的變?nèi)莘绞?。這類設(shè)計(jì)是新發(fā)展的后起之秀，在近若干年來(lái)的專利文獻(xiàn)中不斷有 新的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。偏心輪旋轉(zhuǎn)方式顯然比螺旋運(yùn)動(dòng)方式和齒輪嚙合方式具有更好的適 應(yīng)性，其容積效率和水力效率可以因良好的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)而改善，因而具有一定 的優(yōu)勢(shì)。不容樂(lè)觀的問(wèn)題也有以下兩個(gè)：

第一，旋轉(zhuǎn)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的速度太高，轉(zhuǎn)子掃膛時(shí)，密封面的相對(duì)速度與相應(yīng)的尺 度成正比，與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比。由于掃膛功效的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)要求一定的轉(zhuǎn)速和尺 寸，相應(yīng)地會(huì)產(chǎn)生較大的損耗。首先，轉(zhuǎn)子端面會(huì)與泄漏流產(chǎn)生邊際摩擦，面積微 元的摩擦力與線速度的平方成正比，經(jīng)積分，端面摩擦損耗將與直徑的5次冪成正 比，與轉(zhuǎn)速的3次冪成正比，因而構(gòu)成主要的內(nèi)機(jī)械損耗項(xiàng)。轉(zhuǎn)子柱面與分割高低 壓容腔的隔板間，會(huì)產(chǎn)生與線速度成正比的摩擦損耗，構(gòu)成另一項(xiàng)內(nèi)機(jī)械損耗項(xiàng)。 減小損耗的辦法只有降低速度，但降低速度會(huì)破壞機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性。

第二，由于偏心輪旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘绞绞且环N由固定的質(zhì)點(diǎn)遍歷功能運(yùn)動(dòng)之大軌跡的 變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)子質(zhì)點(diǎn)線速度的均值和方差很大，轉(zhuǎn)子的動(dòng)量矩因而過(guò)大，這將導(dǎo) 致動(dòng)態(tài)特性變差。偏心轉(zhuǎn)子還可能造成動(dòng)平衡方面的難度。

非容積式流體機(jī)械或者不屬于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域，但本發(fā)明因發(fā)明目標(biāo)的跨 越性而不能忽視。這是因?yàn)槠鋺?yīng)用領(lǐng)域完全相同，屬于可以替代的技術(shù)領(lǐng)域。非容 積式流體機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力均衡，功率密度大，長(zhǎng)久以來(lái)一直為人們所重視。所 存在的問(wèn)題是，這類機(jī)械之于液態(tài)工質(zhì)，存在水力損耗大的瓶頸而效率較低。受流 體動(dòng)力學(xué)規(guī)律支配，依賴速度工作的該類機(jī)械的兩種水力損耗——局部阻力型和沿 途阻力型損耗，其比能和功率損耗分別與速度的2次冪和3次冪成正比。即使技術(shù) 進(jìn)步能夠消除全部的局部損耗，沿途損耗卻是永遠(yuǎn)無(wú)法消除的。

對(duì)于水力損耗不太敏感的氣態(tài)工質(zhì)，非容積式流體機(jī)械又存在另外的效率制 約。以燃?xì)廨啓C(jī)為例，水力效率已接近90％，但其效率又受到速度-離心力-葉輪 強(qiáng)度-燃?xì)鉁囟?熱循環(huán)效率制約鏈的制約，產(chǎn)生了由速度導(dǎo)致的熱力學(xué)制約—— 熱循環(huán)效率瓶頸，致使其單循環(huán)熱效率長(zhǎng)期無(wú)法突破50％。雖然聯(lián)合循環(huán)的熱效率 可達(dá)60％，但其流程和系統(tǒng)組成的復(fù)雜性使得建設(shè)成本幾乎增加了一倍。專家們預(yù) 測(cè)，聯(lián)合循環(huán)的熱效率極限為70％，而達(dá)此極限的材料和工藝技術(shù)包括葉片冷卻技 術(shù)的努力，將歷時(shí)約100年。聯(lián)合循環(huán)的部分輸出是熱電聯(lián)產(chǎn)的、低品質(zhì)的低溫?zé)幔?該種循環(huán)在現(xiàn)階段雖受人追捧，在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中未必有競(jìng)爭(zhēng)力。

本發(fā)明注意到，在改進(jìn)非容積式流體機(jī)械的努力中，各階段的技術(shù)和工藝設(shè)計(jì) 都不乏完美之作，有的甚至精湛到極致，但根本性的制約卻是難以逾越的。

除了效率瓶頸以外，流體機(jī)械現(xiàn)有技術(shù)的另一個(gè)大問(wèn)題是技術(shù)目標(biāo)和產(chǎn)品的單 一性。單一性就是不通用性，就是一種產(chǎn)品只能用于一個(gè)目的，并且只能在某一設(shè) 定的條件下使用，大部分情況下甚至連具體的參數(shù)也不能變動(dòng)。

但人們需要的是通用性，并將通用性作為對(duì)產(chǎn)品適應(yīng)性及其使用價(jià)值的一種評(píng) 價(jià)尺度。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，通用性越強(qiáng)的產(chǎn)品價(jià)值越大。一把萬(wàn)能扳手與一把固定扳 手的使用價(jià)值不同，這是不言而喻的。但現(xiàn)有流體機(jī)械技術(shù)對(duì)用戶的需求似乎考慮 不多。直到目前為止，幾乎所有產(chǎn)品的功能都是單一的，甚至產(chǎn)品的應(yīng)用參數(shù)也被 預(yù)先設(shè)計(jì)成是單值性(不可變動(dòng)性)的。這類單一性比比皆是，例如，流體的物相 是預(yù)先設(shè)定的，氣體、液體機(jī)械不得混用也無(wú)法混用。又例如，20米揚(yáng)程的水泵不 可能用于100米揚(yáng)程，100米揚(yáng)程的水泵用于20米揚(yáng)程將造成嚴(yán)重的效率下降?，F(xiàn) 有技術(shù)體系未給或是不能給這樣的自由度。

流體機(jī)械的不通用性造成一種后果——條件價(jià)值歸0，即使用價(jià)值實(shí)現(xiàn)的條件 不成立時(shí)，其實(shí)時(shí)價(jià)值等于0。這是一種數(shù)學(xué)邏輯，會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)浪費(fèi)。試想， 廠家的產(chǎn)品、流通的貨物、用戶手中的設(shè)備，這些消耗自然資源和社會(huì)勞動(dòng)產(chǎn)生的 價(jià)值均在于使用價(jià)值。而實(shí)際上，單一性使之成為帶條件概率的價(jià)值存在，條件不 成立時(shí)其使用價(jià)值不成立。而世界的復(fù)雜性又往往使得許多條件在許多地方和許多 時(shí)候不能成立，由此造成的價(jià)值歸0損失難以統(tǒng)計(jì)。

不通用性還造成另一后果——高價(jià)格。其道理很簡(jiǎn)單，不通用性必然導(dǎo)致型號(hào) 規(guī)格復(fù)雜化，造成品種的鋪張和批量的收縮，按照工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)律，高價(jià)位因而不 可避免。舉一個(gè)例子，屬于流體機(jī)械領(lǐng)域、非容積式葉輪機(jī)械類、徑流式分類的離 心泵，進(jìn)入中國(guó)企業(yè)產(chǎn)品目錄的就有10000多種型號(hào)規(guī)格。其產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織 及流通和應(yīng)用的復(fù)雜性，導(dǎo)致用戶購(gòu)買和擁有成本居高不下。

流體機(jī)械體系龐大，類型分類型眾多，功能千差萬(wàn)別，應(yīng)用廣布于人類生產(chǎn)生 活的大部分領(lǐng)域，參數(shù)規(guī)格覆蓋多個(gè)數(shù)量級(jí)。按離心泵的例子來(lái)推算和估計(jì)，全世 界的流體機(jī)械的型號(hào)規(guī)格可能超過(guò)10萬(wàn)種。如果能實(shí)現(xiàn)通用性設(shè)計(jì)，則可能只需 要數(shù)千種就能滿足需要了，其平均生產(chǎn)批量或許會(huì)因而增加10倍以上，其成本或 許會(huì)降低一半，社會(huì)設(shè)備存量或許會(huì)減少三分之一或更多，自然資源消耗同比減少。 具體多少，現(xiàn)在誰(shuí)也說(shuō)不準(zhǔn)，但肯定是大幅度。

流體機(jī)械的不通用性在容積式和非容積式兩個(gè)分領(lǐng)域中普遍存在，而且由來(lái)已 久，驚人的隱性浪費(fèi)一直與史相隨。上述價(jià)值歸0損失和高成本損失，按傳統(tǒng)的經(jīng) 濟(jì)學(xué)分析，是由廠家、商家和用戶共同承擔(dān)的，而實(shí)際上是整個(gè)人類共同承擔(dān)的。 不通用性導(dǎo)致自然資源消耗成倍增加，因此而造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和按比例增加 的環(huán)境污染，這是對(duì)人類的生態(tài)利益和可持續(xù)發(fā)展前途的透支。

綜上所述，流體機(jī)械領(lǐng)域存在效率不高、污染環(huán)境、不通用性等問(wèn)題。其中不 通用性問(wèn)題的嚴(yán)重性大部分人還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到，或者僅僅認(rèn)為是一個(gè)理論問(wèn)題而不是 實(shí)際問(wèn)題，或者認(rèn)為問(wèn)題雖然存在，但實(shí)際上無(wú)法解決。

單就容積式流體機(jī)械的效率問(wèn)題而言，其兩類變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式均存在明顯的缺 點(diǎn)。直線平動(dòng)式的機(jī)構(gòu)摩擦型內(nèi)機(jī)械損耗嚴(yán)重，并導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)的苛刻潤(rùn)滑-燃燒沖 突-環(huán)境污染等派生問(wèn)題；旋轉(zhuǎn)式以邊際摩擦型內(nèi)機(jī)械損耗為主。兩類運(yùn)動(dòng)殊途同 趨，同一個(gè)內(nèi)機(jī)械損耗障礙橫亙于其前。顯然，小改小革補(bǔ)益不大，只有繞過(guò)障礙， 探尋新的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方法，才有可能突破效率瓶頸。

如果新的變?nèi)莘椒軌蚩朔本€平動(dòng)式的機(jī)構(gòu)摩擦問(wèn)題，又能克服旋轉(zhuǎn)式的邊 際摩擦損耗問(wèn)題，并同時(shí)解決衍生的其他問(wèn)題，真正地大幅度提高內(nèi)機(jī)械效率，那 么，容積式流體機(jī)械的效率瓶頸就能夠突破。

所期待的突破將不僅僅是容積式流體機(jī)械的突破，而是整個(gè)流體機(jī)械領(lǐng)域的突 破。因?yàn)?，非容積式流體機(jī)械技術(shù)也正處于速度-效率制約鏈的制約中，雖然有燃 氣輪機(jī)的聯(lián)合循環(huán)，雖然日臻完美的新工藝和新設(shè)計(jì)成千上萬(wàn)地出現(xiàn)，但在根本性 的突破出現(xiàn)以前，改進(jìn)的空間只會(huì)越來(lái)越小。而非容積式流體機(jī)械的應(yīng)用空間，卻 是全都可以用容積式來(lái)代替的。如果效率、環(huán)保、成本等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能都具有 優(yōu)勢(shì)的話，這種代替是不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移的。

如果新的變?nèi)莘椒ㄟ€能克服單一性問(wèn)題，使流體機(jī)械的大部分產(chǎn)品成為一種多 功能的、萬(wàn)用型的產(chǎn)品，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能、一機(jī)萬(wàn)用，那么，一種美好的局面就 會(huì)出現(xiàn)。流體機(jī)械的型系規(guī)格將減少數(shù)量級(jí)，產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)的條件概率將增大數(shù)量 級(jí)；用戶的設(shè)備將更有用處，存量將大幅度減少；廠家的產(chǎn)品批量將增大數(shù)量級(jí)， 其成本將大幅度降低，價(jià)格將更便宜。資源消耗和環(huán)境污染將因此而大幅度減少。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明旨在承接和解決上述問(wèn)題。

本發(fā)明的第一個(gè)目標(biāo)是：設(shè)計(jì)一種容積式流體機(jī)械的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)新方法，包括新 的運(yùn)動(dòng)方式和新的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以大幅度提高這類機(jī)械的效率?？紤]到流體機(jī)械的應(yīng) 用復(fù)雜性，因而推演新方法的力學(xué)原理，從中設(shè)計(jì)出幾種適應(yīng)不同需求的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng) 的衍生形式及相應(yīng)的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也同時(shí)包含于其中。

本發(fā)明的第二個(gè)目標(biāo)是：在容積式流體機(jī)械變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)新方法的設(shè)計(jì)中，一并地 設(shè)計(jì)其各類用途。將用途列為目標(biāo)，是一種將功能和性能置于應(yīng)用檢驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí)踐， 對(duì)于定義新概念和新特性具有充要性。本發(fā)明的用途設(shè)計(jì)屬于概念構(gòu)想，構(gòu)想深度 以業(yè)內(nèi)人士能夠?qū)嵤闇?zhǔn)。其中許多用途為現(xiàn)有技術(shù)所不能及。

本發(fā)明的第三個(gè)目標(biāo)是：在容積式流體機(jī)械變?nèi)菪路椒ǖ挠猛驹O(shè)計(jì)中進(jìn)行功能 和條件功能的合并，據(jù)以定義和設(shè)計(jì)流體機(jī)械的通用性，包括功能、參數(shù)、介質(zhì)的 通用性。通俗地說(shuō)，這一目標(biāo)就是將流體機(jī)械設(shè)計(jì)成多功能機(jī)械，一機(jī)多用，一臺(tái) 機(jī)器既是發(fā)動(dòng)機(jī)，又是水泵，又是壓縮機(jī)或真空泵，等等。

本發(fā)明的目標(biāo)考慮了流體機(jī)械這一大型技術(shù)領(lǐng)域中的本質(zhì)的和帶普遍性的革 新需求，也適當(dāng)?shù)刈⒁饬私?gòu)相應(yīng)的理論基礎(chǔ)的需要。發(fā)明一類機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方法， 其內(nèi)容必然涵蓋發(fā)明這種機(jī)械的全部任務(wù)，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是機(jī)械的主題和生命。機(jī)械的 運(yùn)動(dòng)方法包括運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)原理和運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用功能，內(nèi)容很多。試圖 建立一種在眾多應(yīng)用中具有普遍優(yōu)勢(shì)而又簡(jiǎn)單的技術(shù)方案，是一項(xiàng)很具挑戰(zhàn)性的任 務(wù)，因而本發(fā)明所承載的內(nèi)容，將只能是最基礎(chǔ)的部分。盡管如此，相涉的內(nèi)容還 是太多，這就不得不一再地精簡(jiǎn)內(nèi)容及其文字的表達(dá)。

本發(fā)明的解決方案是一種用于容積式流體機(jī)械的揉動(dòng)變?nèi)莘椒?。該方法包括?動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式、揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、揉動(dòng)和揉動(dòng)變?nèi)莸牧W(xué)原理、揉動(dòng)變?nèi)萘?體機(jī)械的功能性能之設(shè)定及用途分類等內(nèi)容。

揉動(dòng)變?nèi)莘椒ú捎糜晒D(zhuǎn)和逆向等角速自轉(zhuǎn)復(fù)合的揉動(dòng)方式來(lái)構(gòu)造容腔的變 容運(yùn)動(dòng)。揉動(dòng)式流體機(jī)械中包含揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)之揉輪在揉腔中揉動(dòng)，并與 其內(nèi)壁相切，形成一個(gè)新月形柱容腔。該容腔被分隔為變壓容腔和等壓容腔兩部分， 并分別與入口和出口連通，或者分別與出口和入口連通。兩者在運(yùn)轉(zhuǎn)中周期性地互 補(bǔ)變化容積，流體在變壓容腔的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)中主動(dòng)擴(kuò)容或者被動(dòng)減容，其間伴隨壓力 的連續(xù)或階躍型降低，或者升高，對(duì)于可壓縮流體還伴隨比容的連續(xù)增大或減小。 等壓容腔的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)則僅僅使流體等壓排出或等壓吸入。機(jī)械的目標(biāo)功能由兩容腔 之一的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)直接實(shí)現(xiàn)，另一容腔的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)為輔助過(guò)程。

揉輪在揉腔中揉動(dòng)時(shí)，其占位因揉輪公轉(zhuǎn)而繞揉軸旋轉(zhuǎn)。揉輪占位旋轉(zhuǎn)構(gòu)成 連續(xù)接力型掃膛或壓膛運(yùn)動(dòng)，變壓容腔和等壓容腔因而周期性地改變位置和容積。 主軸每旋轉(zhuǎn)一周，變壓容腔的容積連續(xù)地由0增至最大值，或者由最大值減至0， 形成流體降壓釋能或者賦能增壓的一個(gè)變?nèi)葑儔汗ぷ髦芷?。而等壓容腔則相應(yīng)地 由最大值減至0，或者由0增至最大值，流體等壓排出或等壓進(jìn)入，該過(guò)程與變 壓過(guò)程同步進(jìn)行。

上述揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ姆桨福呀?jīng)包括了第一層次的要素，即揉動(dòng)變?nèi)莘绞?、?動(dòng)運(yùn)動(dòng)特征、變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成、揉動(dòng)變?nèi)莸膶?shí)現(xiàn)及其對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的作用。

將揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)引入流體機(jī)械中作為變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的一種方式，是基于降低速度的想法 和直接演繹基本力學(xué)概念獲得的結(jié)果。這種運(yùn)動(dòng)方式具有非常優(yōu)越的機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性 和摩擦損耗率指標(biāo)，分析說(shuō)明如下：

將純粹揉動(dòng)的圓柱體揉輪與一個(gè)同比的圓柱體轉(zhuǎn)子比較，同比轉(zhuǎn)子與揉腔同形 同尺寸，設(shè)其半徑為R，柱高為H，密度為ρ，同比角速度為ω，揉輪的揉比為δ，則

揉輪和同比轉(zhuǎn)子的圓周面線速度分別為ωδR和ωR，

揉速比＝ωδR/(ωR)＝δ……………………………………………………………(1)

揉輪和同比轉(zhuǎn)子動(dòng)量的微分分別為(ωδR)ρ2πrHdr和(ωr)ρ2πrHdr，

揉輪和同比轉(zhuǎn)子動(dòng)量矩的微分分別為(ωδR)δRρ2πrHdr和(ωr)rρ2πrHdr，

揉輪和同比轉(zhuǎn)子動(dòng)能的微分分別為0.5(ωδR)2ρ2πrHdr和0.5(ωr)2ρ2πrHdr，

揉輪和同比轉(zhuǎn)子端面損耗的微分分別為σ(ωδR)32πrdr和σ(ωr)32πrdr，

揉輪和同比轉(zhuǎn)子的柱面比損耗分別為σ(ωδR)3和σ(ωR)3， 揉柱面比損耗比＝σ(ωδR)3/(σ(ωR)3)＝δ3……………………………………(6)

從以上的推演可知，揉動(dòng)變?nèi)莘绞骄哂羞\(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)指標(biāo)上的數(shù)量級(jí)優(yōu)勢(shì)， 這些比較指標(biāo)在定性判斷和估算機(jī)構(gòu)本身的動(dòng)態(tài)品質(zhì)及與流體發(fā)生的邊際摩擦損 耗時(shí)，能夠簡(jiǎn)便快捷地得到結(jié)果。并且，在設(shè)計(jì)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)時(shí)，這些比值又能用 于估算和調(diào)整功能指標(biāo)與性能指標(biāo)之間的關(guān)系。

揉動(dòng)機(jī)構(gòu)中實(shí)際使用的揉輪和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中實(shí)際使用的轉(zhuǎn)子可能有形態(tài)各異的 設(shè)計(jì)，而且也肯定不是實(shí)心的，因而實(shí)際的比較參數(shù)會(huì)各有差異，但誤差不會(huì)很大。 上述分析也僅僅是一種數(shù)量級(jí)分析，只用于數(shù)量級(jí)評(píng)價(jià)。

揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)、約束、結(jié)構(gòu)等方面或有不同的設(shè)計(jì)，其中還包括較為深 入的功能和性能的設(shè)計(jì)。這些都將在后續(xù)說(shuō)明中陸續(xù)表述。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ò环N揉動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由揉輪和約束揉輪的曲 軸組成，揉輪通過(guò)軸承安裝于曲軸偏心段上，曲軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生揉輪的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，揉輪 同時(shí)在偏心軸上作主要基于慣性的、與公轉(zhuǎn)方向相反的、角速度相同或相近的相對(duì) 旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)合成揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

揉動(dòng)機(jī)構(gòu)是揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的核心部件，但其結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，基本結(jié)構(gòu)只有兩個(gè) 零件——揉輪和曲軸。揉輪是一個(gè)具有圓柱形外密封面的減重旋轉(zhuǎn)體。曲軸的偏心 段與主軸段之間的軸距等于揉半徑，即公轉(zhuǎn)半徑。

揉輪采用車削工藝制成，或者再經(jīng)磨削，用于低溫介質(zhì)時(shí)還可采用工程塑料例 如聚四氟乙烯塑料注塑或者貼面注塑。大功率曲軸整體鍛造后再切削，微小功率曲 軸采用帶鍵槽的光軸加偏心輪的辦法裝配而成，偏心輪構(gòu)成偏心軸段。揉輪與曲軸 間采用滾動(dòng)軸承連接有利于降低軸承損耗。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)葸^(guò)程中，揉輪實(shí)時(shí)積分流體壓力等外部作用和自身慣性 動(dòng)反力，形成對(duì)主軸的一個(gè)合力和一個(gè)力矩。該合力被主軸軸承的約束力平衡。該 力矩作為瞬時(shí)軸功率的線性因子，對(duì)于做功機(jī)械其方向與主軸旋轉(zhuǎn)方向相反，對(duì)于 動(dòng)力機(jī)械其方向與主軸旋轉(zhuǎn)方向相同，在主軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，其大小只有一個(gè) 0值點(diǎn)。這是本發(fā)明應(yīng)用于泵方式或馬達(dá)方式工作時(shí)，形成負(fù)載力矩和驅(qū)動(dòng)力矩的 機(jī)制及其力矩特性的定性理解。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ò硪环N揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由揉動(dòng)機(jī)構(gòu)、隨 動(dòng)隔板和包容揉輪揉動(dòng)的揉腔組成。揉腔內(nèi)表面、揉輪外表面及隔板密封面圍成互 相隔離的變壓容腔和等壓容腔。整個(gè)機(jī)構(gòu)圍繞揉軸作與公轉(zhuǎn)方向相反、角速度相同 的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，曲軸因而靜止。

這種機(jī)構(gòu)的隨動(dòng)隔板與揉腔體剛性地密封連接為一個(gè)整體，并保持一體的動(dòng)平 衡。隔板在揉輪之內(nèi)的空間中約束于一個(gè)帶插槽的旋塞機(jī)構(gòu)之中，可以在旋塞中限 幅抽插，旋塞可以限幅旋轉(zhuǎn)。流體入出口位于隔板兩側(cè)的揉輪表面，連通于揉輪內(nèi) 部的引流流道，分別與可能是變壓容腔或等壓容腔的相切密封線之后容腔和前容腔 連通。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，揉輪作疊加小幅同周期擺動(dòng)的擺揉運(yùn)動(dòng)。在靜止坐標(biāo)系中， 揉腔和隔板圍繞揉軸旋轉(zhuǎn)，揉輪及流體入出口圍繞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)軸是靜止的曲 軸的偏心段，流體入出引管從膨大的曲軸之端軸內(nèi)通過(guò)。端軸上裝有約束揉腔體的 軸承，其中心為揉軸。

在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，揉輪在揉腔中作揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生連續(xù)接力型掃膛運(yùn)動(dòng)，使變 壓容腔的容積發(fā)生周期性變化。主軸每旋轉(zhuǎn)一周，變壓容腔的容積由0連續(xù)地增加 到最大值或者由最大值減至0，構(gòu)成流體降壓釋能或者賦能增壓的一個(gè)變?nèi)葑儔汗?作周期。而等壓容腔的容積則由最大值連續(xù)地減至0，或者由0增至最大值，流體 等壓排出或等壓進(jìn)入。

揉腔及與其剛性連接的隔板實(shí)時(shí)積分流體壓力和機(jī)構(gòu)摩擦力，形成對(duì)揉軸的一 個(gè)合力和一個(gè)力矩。該合力被揉腔體軸承的約束力平衡。該力矩作為瞬時(shí)軸功率的 線性因子，對(duì)于做功機(jī)械與揉腔旋轉(zhuǎn)方向相反，對(duì)于動(dòng)力機(jī)械與揉腔旋轉(zhuǎn)方向相同， 在主軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，其大小只有一個(gè)0值點(diǎn)。

上述揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的外殼(揉動(dòng)參照系)作以揉軸為軸線的與公轉(zhuǎn)方向相反角 速度相同的轉(zhuǎn)動(dòng)，揉動(dòng)機(jī)構(gòu)因而作旋揉運(yùn)動(dòng)，其主軸靜止。這種機(jī)構(gòu)也是一種可以 廣泛應(yīng)用的揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)，在許多應(yīng)用中還具有特別的優(yōu)勢(shì)。其中的隨動(dòng)隔板與旋 轉(zhuǎn)的揉腔密封地連為一體，一道旋轉(zhuǎn)，一道動(dòng)平衡。

在本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ㄖ?，變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)與變?nèi)輽C(jī)構(gòu)及其質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)被 分離為不同主體、不同運(yùn)動(dòng)軌跡、不同運(yùn)動(dòng)速度的互相關(guān)聯(lián)的運(yùn)動(dòng)，以剛性或者還 包含柔性的約束實(shí)現(xiàn)揉動(dòng)機(jī)構(gòu)的揉動(dòng)自由度，以揉動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的接力機(jī)制實(shí) 現(xiàn)其與速度差別很大的變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)。如此構(gòu)造的揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式被規(guī)劃為具 有下列新的機(jī)制和特性。組合這些機(jī)制和特性到容積式流體機(jī)械的具體設(shè)計(jì)中，有 針對(duì)性地消除或者減小相應(yīng)的內(nèi)機(jī)械損耗的形成因素，以消除相應(yīng)的損耗，或者將 其減小數(shù)量級(jí)。具體設(shè)計(jì)時(shí)，按所需功能指標(biāo)設(shè)計(jì)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)參數(shù)，再由變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)參 數(shù)確定實(shí)際的質(zhì)點(diǎn)和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。在應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，將揉 比參數(shù)δ作為可優(yōu)化宗量之一同時(shí)列于指標(biāo)方程和約束不等式之中進(jìn)行效率等目 標(biāo)指標(biāo)的優(yōu)化。所述的機(jī)制和特性是：

A、揉動(dòng)機(jī)構(gòu)小幅低速揉動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)作小幅低速圓周或橢圓運(yùn)動(dòng)，揉輪占位大幅 高速轉(zhuǎn)動(dòng)掃膛。其中，占位運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致工作容腔變?nèi)莸墓δ苓\(yùn)動(dòng)；質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是決定 機(jī)械之運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的分析微元；機(jī)構(gòu)是質(zhì)點(diǎn)的有序集合，充當(dāng)運(yùn)動(dòng)組織者 的角色，用以決定性能指標(biāo)計(jì)算的路徑和邊界條件。

B、構(gòu)造并利用運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力系自平衡性，完全消除工作容腔柱面缸壁的法向 鎮(zhèn)壓力，從而徹底消除機(jī)構(gòu)摩擦型內(nèi)機(jī)械損耗。對(duì)于老化及隨機(jī)因素導(dǎo)致機(jī)構(gòu)形位 改變而產(chǎn)生的機(jī)構(gòu)摩擦，以任其磨損磨合作為自修復(fù)機(jī)制，來(lái)實(shí)現(xiàn)摩擦損耗的迅速 自動(dòng)消除。其前提是，所述摩擦力為低數(shù)量級(jí)的，摩擦速度為減數(shù)量級(jí)的揉速，因 而摩擦損耗被預(yù)設(shè)為更高階的小量，如此，足以防止停機(jī)和熱損的故障。

C、數(shù)學(xué)規(guī)劃前確定揉比參數(shù)δ的預(yù)選范圍，應(yīng)使揉動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)和揉輪之實(shí)際 位移、速度、動(dòng)量、慣性動(dòng)反力等參數(shù)減小近1個(gè)數(shù)量級(jí)，揉輪之動(dòng)量矩、動(dòng)能減 小近2個(gè)數(shù)量級(jí)，端面邊際摩擦型內(nèi)機(jī)械損耗減小近3個(gè)數(shù)量級(jí)，基本被消除。

揉動(dòng)變?nèi)莘椒ㄋ捎玫娜鄤?dòng)運(yùn)動(dòng)方式的本質(zhì)特征是，將變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)與變?nèi)輽C(jī)構(gòu)及 其質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)分離為不同主體、不同運(yùn)動(dòng)軌跡、不同運(yùn)動(dòng)速度的互相關(guān)聯(lián)的運(yùn) 動(dòng)。由此產(chǎn)生的機(jī)制和特性既是工作原理的基礎(chǔ)，又是優(yōu)勢(shì)性能的基礎(chǔ)。對(duì)于基礎(chǔ) 的運(yùn)用是可以在設(shè)計(jì)中調(diào)度的。功能參數(shù)和性能參數(shù)的調(diào)度采用經(jīng)典的數(shù)學(xué)規(guī)劃方 法完成，前者主要影響經(jīng)濟(jì)性，后者主要影響運(yùn)行效率指標(biāo)，是使用中的經(jīng)濟(jì)性指 標(biāo)，兩者的優(yōu)化主要通過(guò)揉比參數(shù)δ來(lái)調(diào)整。只有經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)規(guī)劃的設(shè)計(jì)才是最經(jīng)濟(jì) 的設(shè)計(jì)，規(guī)劃可以把揉動(dòng)變?nèi)菁夹g(shù)的最大潛力發(fā)揮出來(lái)。

其磨損磨合的自修復(fù)機(jī)制是一項(xiàng)重要的軟設(shè)計(jì)，據(jù)以實(shí)現(xiàn)容腔中無(wú)機(jī)構(gòu)摩擦損 耗，并能延長(zhǎng)大修周期。這是一種創(chuàng)新的功能設(shè)計(jì)，又是一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒?，包括?duì)于變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的下列運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和應(yīng)用特性、 特別是有關(guān)損耗的參數(shù)進(jìn)行定量的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，以及利用這些狀態(tài)、特性和參數(shù)在 工作容腔中免施潤(rùn)滑和免設(shè)潤(rùn)滑裝置的設(shè)計(jì)：

a、決定揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、動(dòng)態(tài)品質(zhì)和損耗特性的參數(shù)是：揉速比＝δ，揉動(dòng) 量比≈1.5δ，揉動(dòng)量矩比≈2δ2，揉動(dòng)能比≈2δ2，揉端面損耗比≈2.5δ3，揉柱 面比損耗比≈δ3。

b、工作容腔的柱面缸壁無(wú)機(jī)構(gòu)摩擦，其端面缸壁對(duì)于液體介質(zhì)應(yīng)用無(wú)機(jī)構(gòu)摩 擦損耗，對(duì)于氣體介質(zhì)應(yīng)用，可能設(shè)置的密封環(huán)作低速揉動(dòng)，其機(jī)構(gòu)摩擦損耗在同 比條件下較之現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械減數(shù)量級(jí)，估值約10％；

c、在工作容腔的端面和柱面之動(dòng)密封區(qū)，其邊際摩擦損耗在同比條件下較之 現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械減2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，估值小于1％。

上述內(nèi)容對(duì)揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ倪\(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和應(yīng)用特性、特別是有關(guān)損耗和效率指標(biāo) 的一些參數(shù)的定量規(guī)劃和設(shè)計(jì)之主要部分作了說(shuō)明。這些狀態(tài)和特性表明，本發(fā)明 的揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式能夠同時(shí)消除或者大幅度減小容積式流體機(jī)械之機(jī)構(gòu)摩擦和 邊際摩擦兩大類內(nèi)機(jī)械損耗，效率瓶頸因而被突破。

利用上述狀態(tài)和特性，本發(fā)明提出了一種全新的技術(shù)主張，那就是，在工作容 腔中免施潤(rùn)滑、不設(shè)相應(yīng)的潤(rùn)滑裝置的設(shè)計(jì)。免潤(rùn)滑的設(shè)計(jì)可以降低制造和運(yùn)行成 本，更主要的效果是消除環(huán)境污染。如背景分析所述，內(nèi)燃機(jī)的污染就是因?yàn)榭量?的潤(rùn)滑需求所導(dǎo)致的后果。免潤(rùn)滑是本發(fā)明的一種功能，又是一種設(shè)計(jì)，該種功能 或設(shè)計(jì)對(duì)于內(nèi)燃機(jī)減小污染具有關(guān)鍵性的價(jià)值。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ò娜鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)中還包括一類衍生的結(jié)構(gòu)。其 中，隨動(dòng)隔板約束于一直線平動(dòng)槽中，其外端裝有一個(gè)彈簧或氣彈簧，對(duì)其施加一 隨位移變化的或者穩(wěn)恒的推力，將其壓觸于揉輪圓柱面上形成密封，揉輪與揉腔及 隨動(dòng)隔板間摩擦力居于優(yōu)勢(shì)者形成靜摩擦，兩摩擦力對(duì)揉輪自轉(zhuǎn)軸之矩的代數(shù)和為 0或?yàn)橐唤蛔兒瘮?shù)，揉輪作滾揉或擺揉運(yùn)動(dòng)。

上述揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的外殼靜止，隨動(dòng)隔板作直線平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，始終保持與揉輪間 的接觸和密封。隨動(dòng)隔板可以在導(dǎo)槽或者帶滾珠的導(dǎo)槽中作直線平動(dòng)，導(dǎo)槽與揉腔 的入口和出口都是動(dòng)密封的。隨動(dòng)隔板為減重結(jié)構(gòu)，以減小自身的慣性力和提高響 應(yīng)速度。柔性約束允許揉輪有承受交變力擺動(dòng)的自由度，這使約束更為簡(jiǎn)單，對(duì)于 提高效率也有幫助。在液態(tài)工質(zhì)應(yīng)用中，揉輪的受力情況要復(fù)雜一些，液體摩擦力 的矩與揉腔的摩擦力矩方向相反，隔板的交變力分量增加。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ò娜鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)中還包括另一種衍生的結(jié)構(gòu)。 其中，隨動(dòng)隔板約束于一直線平動(dòng)槽中，其外端裝有一個(gè)彈簧或氣彈簧，對(duì)其施加 一隨位移變化的或者穩(wěn)恒的推力，將其壓觸于揉輪圓柱面上形成動(dòng)密封，揉輪彈性 壓觸于容腔壁之柔性膜上。在穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，其間的摩擦力對(duì)揉輪自轉(zhuǎn)軸的矩自適應(yīng) 地等于揉輪與隨動(dòng)隔板間的動(dòng)摩擦力矩，揉輪之自轉(zhuǎn)因而疊加一低速正向轉(zhuǎn)動(dòng)，形 成滾揉，揉輪與容腔壁構(gòu)成滾動(dòng)型靜密封。

上述揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的外殼靜止，隨動(dòng)隔板仍作直線平動(dòng)，所不同的是揉腔的柔 性膜的作用，會(huì)使揉輪作滾揉運(yùn)動(dòng)。這種情況適合于氣態(tài)工質(zhì)。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ò娜鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)中的揉動(dòng)機(jī)構(gòu)還有另一種重 新組合的結(jié)構(gòu)。其隨動(dòng)隔板與揉輪剛性密封地連接為一個(gè)整體，揉輪圓柱面與隔板 的交貫線或者還倒成局部阻力系數(shù)較小的光滑曲面過(guò)渡。隔板在揉輪之外的空間中 約束于一個(gè)帶插槽的旋塞機(jī)構(gòu)中，可以在旋塞中限幅抽插，旋塞可以限幅轉(zhuǎn)動(dòng)，工 作時(shí)，揉輪作擺揉運(yùn)動(dòng)。

上述揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的外殼仍然靜止，但隨動(dòng)隔板與揉輪剛性連接以及隔板約束 于揉腔外的旋塞的結(jié)構(gòu)，使揉輪受到曲軸外的另一個(gè)剛性約束。剛性約束沒(méi)有破壞 揉輪的揉動(dòng)自由度，但被限定為擺揉。擺揉對(duì)于液態(tài)工質(zhì)應(yīng)用的增效反而有利。不 利的是，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)力會(huì)相應(yīng)增大，這時(shí)需要注意減小慣量，或控制轉(zhuǎn)速。

按照本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ㄖ鄤?dòng)運(yùn)動(dòng)方式、揉動(dòng)機(jī)構(gòu)、揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)及 其各種衍生類型，可以設(shè)計(jì)組成各種類型的容積式流體機(jī)械。這些機(jī)械以包含揉動(dòng) 變?nèi)輽C(jī)構(gòu)、并由該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主要目標(biāo)功能為特征。

這些機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，揉動(dòng)機(jī)構(gòu)的揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致揉輪占位的旋轉(zhuǎn)，形成變壓容腔和 等壓容腔的周期性變化和轉(zhuǎn)換。依據(jù)揉輪驅(qū)動(dòng)流體或被流體驅(qū)動(dòng)的不同，分別稱揉 動(dòng)式流體機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)方式為泵方式或馬達(dá)方式。相應(yīng)地，變壓容腔位于揉腔密封線 之前或之后，而等壓容腔則位于其后或其前。這種分布完全由運(yùn)轉(zhuǎn)方式?jīng)Q定，機(jī)械 結(jié)構(gòu)沒(méi)有任何差別。這是本發(fā)明的特點(diǎn)，揉動(dòng)變?nèi)莸牧黧w機(jī)械也因此而具有完全的 可逆性，包括功能上的可逆性、流動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的可逆性。由于可逆性，揉動(dòng) 式流體機(jī)械的運(yùn)動(dòng)、狀態(tài)參數(shù)及其動(dòng)力學(xué)特征均與運(yùn)轉(zhuǎn)方式有關(guān)，不能單一地表述。 本說(shuō)明書(shū)在不能說(shuō)定時(shí)，使用連詞“或者”連接分述的內(nèi)容。

下面對(duì)揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)中機(jī)構(gòu)與流體之間的力和力矩的發(fā)生規(guī)律作一簡(jiǎn)單表述， 這是定性分析發(fā)明方案的工作原理及其負(fù)載特性的基礎(chǔ)。

定義主軸傳入轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致時(shí)為正轉(zhuǎn)矩。顯然，傳入正轉(zhuǎn)矩時(shí)為泵方式， 其變壓容腔在揉腔密封線的前方，腔中壓力高于后方的等壓容腔。相應(yīng)地，主軸傳 入轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反時(shí)為負(fù)轉(zhuǎn)矩，傳入負(fù)轉(zhuǎn)矩時(shí)為馬達(dá)方式，其變壓容腔在揉腔 密封線的后方，腔中壓力將高于前方的等壓容腔。兩腔壓差的存在使得，流體壓力 在揉輪圓周面上的矢量積分不等于0，而產(chǎn)生一個(gè)指向自轉(zhuǎn)軸的、方向以減半的角 速度向前旋轉(zhuǎn)的力，其大小與壓差成正比，與變壓容腔內(nèi)弦割面之面積成正比。該 力對(duì)揉軸(即主軸)產(chǎn)生一個(gè)與力的大小成正比、與變壓容腔內(nèi)圓心角之半角的正 弦成正比的力矩。依據(jù)上述差別，該力矩為負(fù)載力矩的反作用力矩，其值為負(fù)；或 者為驅(qū)動(dòng)力矩，其值為正。由于力矩中有正弦函數(shù)因子，并且其角速度是減半的， 因而0～2π的圓心角周期構(gòu)成力矩函數(shù)的一個(gè)0～π的半波周期，由于變壓容腔和 等壓容腔的周期性切換，半波周期轉(zhuǎn)換為全周期。

對(duì)于不可壓縮流體，變壓容腔的壓力在時(shí)間窗的邊界發(fā)生階躍，形成的力矩函 數(shù)為二分頻的平移型簡(jiǎn)諧函數(shù)。對(duì)于可壓縮流體，變壓容腔的變?nèi)葸^(guò)程一般為多變 熱力過(guò)程，也包括絕熱或等溫過(guò)程的特例，流體壓力隨容變呈指數(shù)律連續(xù)變化，隨 時(shí)變的規(guī)律在代入容腔的容變規(guī)律以后將變得很復(fù)雜。這時(shí)，力矩函數(shù)也隨之變得 復(fù)雜起來(lái)，不再具有簡(jiǎn)諧性，但不會(huì)影響周期性和周期。

較之往復(fù)式，除了消除缸壁機(jī)構(gòu)摩擦損耗以外，其軸系的瞬時(shí)損耗和平均損耗 的比例也將因倍周期性而減半。由于變壓容腔內(nèi)弦割面面積也含有內(nèi)圓心角之半角 的正弦因子，因而力矩函數(shù)含有該半角正弦的二次冪因子而不改變符號(hào)。較之往復(fù) 式，力矩不變號(hào)的性質(zhì)能大大地改善軸和軸承的受力狀況，使應(yīng)力峰值及其變化率 大為減小?？梢?jiàn)，揉動(dòng)方式不但具有動(dòng)量和動(dòng)量矩減小數(shù)量級(jí)的機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性優(yōu)勢(shì)， 還具有負(fù)載力和力矩特性的優(yōu)勢(shì)，兩者均有利于降低對(duì)曲軸的強(qiáng)度要求，因此而可 以使用尺寸較小的曲軸。并且，軸系損耗也因此而進(jìn)一步減小。

在揉動(dòng)分析中，流體壓力對(duì)揉輪的矢量面積分是揉動(dòng)機(jī)構(gòu)做功分析的基礎(chǔ)，這 比往復(fù)式氣缸的情況要復(fù)雜得多。等壓容腔內(nèi)沒(méi)有做功過(guò)程，在入出口流道設(shè)計(jì)良 好的前提下可以忽略其流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，因而可以視為處處等壓。

本發(fā)明具有特別積極的效果，而且在多方面突出地表現(xiàn)出來(lái)。首先分析由揉動(dòng) 變?nèi)莘绞疆a(chǎn)生的直接效果，主要的幾條是：

第一，由于具有機(jī)構(gòu)力系自平衡性和旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，因而在機(jī)構(gòu)摩擦、流場(chǎng) 水力損耗等方面具有很大優(yōu)勢(shì)，足以克服往復(fù)式平動(dòng)運(yùn)動(dòng)的缺點(diǎn)。

第二，揉輪在容腔中的運(yùn)動(dòng)線速度較轉(zhuǎn)動(dòng)變?nèi)莘绞綔p小約1個(gè)數(shù)量級(jí)，動(dòng)量矩 和動(dòng)能減小約2個(gè)數(shù)量級(jí)，邊際摩擦損耗減小約3個(gè)數(shù)量級(jí)(降99％以上)，從而 同時(shí)構(gòu)成對(duì)往復(fù)式和轉(zhuǎn)動(dòng)式兩大運(yùn)動(dòng)方式的邊際摩擦損耗率優(yōu)勢(shì)。

第三，揉動(dòng)機(jī)械的做功力以減半的角速度旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，使得周期加倍，時(shí)間利 用率提高為100％，其平均力矩大而瞬時(shí)力矩小，因而在功率密度指標(biāo)和損耗分?jǐn)?率指標(biāo)上優(yōu)于往復(fù)式機(jī)械1倍。

揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ钠渌恍┨攸c(diǎn)和相比較的優(yōu)缺點(diǎn)包括：

(1)、較之往復(fù)式平動(dòng)變?nèi)荩瑹o(wú)活塞連桿及入出口閥門機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。 根除缸壁法向鎮(zhèn)壓力及其摩擦損耗則更是決定性的優(yōu)勢(shì)，流體入出口的局部流道特 性好出很多倍，入口節(jié)流損耗很小。

(2)、較之非容積式的旋轉(zhuǎn)葉輪機(jī)構(gòu)，具有水力損耗降低數(shù)量級(jí)、以及輸出 壓力與速度無(wú)關(guān)因而適合于低速及特低速工作等優(yōu)勢(shì)。

(3)、用于內(nèi)燃機(jī)時(shí)，進(jìn)氣、壓縮、燃燒過(guò)程可以完全分離，局部?jī)?yōu)化和整 體優(yōu)化的潛力能夠充分實(shí)現(xiàn)，加上膨脹做功和排氣過(guò)程之并行復(fù)合和定容吸熱增壓 等優(yōu)勢(shì)，能使功率密度翻倍，效率也有接近翻倍的空間。

(4)、用作泵和馬達(dá)時(shí)，其依靠靜壓力工作的特點(diǎn)使得功能實(shí)現(xiàn)不依賴于轉(zhuǎn) 速和流體速度，其低速工作的特點(diǎn)使得非流道邊際摩擦和流道水力損耗降低數(shù)量 級(jí)，并且具有空前廣闊的環(huán)境適應(yīng)性和工況適應(yīng)性。

但是，揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ淖龉α土厝匀挥幸粋€(gè)0值點(diǎn)而存在脈動(dòng)，脈動(dòng)的基 頻與旋轉(zhuǎn)頻率相同。其容積變率和流量也有同頻脈動(dòng)，高速工作時(shí)必須采用互補(bǔ)雙 結(jié)構(gòu)消除脈動(dòng)。另外，雖然動(dòng)量矩已減小一個(gè)量級(jí)，但在高速工作時(shí)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)負(fù)荷 增大，仍要求作動(dòng)平衡設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。

本發(fā)明實(shí)際的積極效果遠(yuǎn)不止限于上述直接效果。其某些特性和效果還形成創(chuàng) 新的優(yōu)勢(shì)特性鏈和效果鏈。這是指由于某些功能和性能的改善而產(chǎn)生出新的功能和 性能，并且后者的價(jià)值特別大，有的甚至產(chǎn)生出一片廣闊的新天地。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù) 的功能或性能的制約鏈的某一環(huán)節(jié)的突破，就可能出現(xiàn)這種情況。例如，由于容積 式流體機(jī)械的效率低，其恒流特性顯得沒(méi)有多大意義，因而無(wú)法經(jīng)濟(jì)地利用它。按 照習(xí)慣，產(chǎn)品的輸出壓力都設(shè)計(jì)成固定值，現(xiàn)在的往復(fù)式空壓機(jī)就是這樣。這種現(xiàn) 象叫作效率禁錮，特指優(yōu)良特性因效率低致使發(fā)揮不出來(lái)而顯得沒(méi)有價(jià)值的現(xiàn)象。 本發(fā)明大幅度提高容積式流體機(jī)械的效率以后，恒流特性的價(jià)值就獲得了解放，用 以設(shè)計(jì)了例如壓力自適應(yīng)性和介質(zhì)物相通用性等特征。雖然改變壓力和改變介質(zhì)物 相時(shí)，其效率也會(huì)發(fā)生變化，但這是一種高指標(biāo)臺(tái)階上的小幅變化，是一種可以納 入經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)范中的變化。這種特性的獲得，產(chǎn)生了進(jìn)行通用性設(shè)計(jì)的空間，出現(xiàn) 了新的前景。如此等等。本發(fā)明方法及其產(chǎn)品之前述直接效果加上效果鏈的延伸擴(kuò) 展，形成了一種前所未有的新技術(shù)，其特征特性和功能效果經(jīng)歸納后列于表1。

表1揉動(dòng)變?nèi)莘椒ㄖ卣鳌⑻匦约捌涔δ?、效果?/p>

? 序 特征、特性 功能、效果 1 揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng) 揉輪小幅揉動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)低速圓周運(yùn)動(dòng)，占位大幅高速轉(zhuǎn)動(dòng) 2 占位相對(duì)大幅高速轉(zhuǎn)動(dòng) 滿足功能指標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性要求，與轉(zhuǎn)動(dòng)式機(jī)等同比設(shè)計(jì) 3 揉速＝揉半徑×角速度 揉半徑很小，揉速很小，揉比δ≈0.1，為減損增效基礎(chǔ)

? 4 揉輪小幅揉動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)低速運(yùn)動(dòng) 揉速、揉動(dòng)量、揉動(dòng)量矩、揉動(dòng)能減數(shù)量級(jí) 5 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)連續(xù)接力機(jī)制 功能速度放大效應(yīng)，放大倍數(shù)＝揉比倒數(shù)δ-1≈10 6 揉動(dòng)量矩小，降98％ 動(dòng)態(tài)特性好，損耗小，動(dòng)平衡難度小，優(yōu)化數(shù)量級(jí)

? 7 揉速小，降90％ 端面和柱面動(dòng)密封邊際摩擦損耗減99％以上，基本消除 8 揉動(dòng)機(jī)構(gòu)由曲軸和揉輪組成 揉輪替代連桿、活塞、塞銷等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單價(jià)廉 9 揉輪為減重圓柱體 簡(jiǎn)單工藝制造，成本低，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)品質(zhì)好 10 揉腔為圓柱形容腔 簡(jiǎn)單工藝制造，成本低，結(jié)構(gòu)合理，耐壓高，運(yùn)行特性好 11 隨動(dòng)隔板為平板件，3種約束 約束結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，摩擦損耗很小，整體復(fù)雜度和成本適中 12 揉動(dòng)機(jī)構(gòu)力系自平衡 根除缸壁法向力，容腔無(wú)機(jī)構(gòu)摩擦損耗，具自修復(fù)機(jī)制 13 容腔無(wú)機(jī)構(gòu)摩擦損耗 突破直線平動(dòng)式內(nèi)機(jī)械效率瓶頸，形成免潤(rùn)滑前提 14 老化變形致摩擦自修復(fù)機(jī)制 摩擦損耗10-3量級(jí)且為瞬時(shí)性，無(wú)停機(jī)熱損故障之虞 15 變壓、等壓容腔互補(bǔ)互換 并行工作，空間時(shí)間利用率100％，完全的可逆性 16 并行工作，時(shí)空利用率100％ 較往復(fù)式，時(shí)間2倍，空間2倍，功率密度2倍，損率減半 17 端柱面摩擦損耗減99％以上 突破旋轉(zhuǎn)變?nèi)菔街呺H摩擦型內(nèi)機(jī)械效率瓶頸 18 工作容腔免潤(rùn)滑 制造使用成本低，用于內(nèi)燃機(jī)能增缸溫增效率降污染 19 入出口無(wú)湍阻自適應(yīng)變截面 降局部阻力系數(shù)，增水力效率，增工作流速，降噪聲 20 揉腔密封線部位擴(kuò)壓特性 泄漏流減功反饋機(jī)制，降容積效率要求，降密封要求 21 容腔流場(chǎng)切向流動(dòng) 腔流特性好，增水力效率，增工作流速 22 功能的完全可逆性 非熱力功-能轉(zhuǎn)換機(jī)械雙向使用，機(jī)械使用價(jià)值倍增 23 壓力功率自適應(yīng)性 耐壓、軸強(qiáng)、排量規(guī)格內(nèi)，壓力、功率自適應(yīng)的通用性 24 無(wú)違化學(xué)禁伍介質(zhì)物相通用 耐壓、軸強(qiáng)、排量規(guī)格內(nèi)，氣體、液體、氣液二相流通用

參照表1，其中第1項(xiàng)～第7項(xiàng)是對(duì)揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)之特征和效果的概括；第8 項(xiàng)～第12項(xiàng)是對(duì)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)之特征和效果的概括；第13項(xiàng)～第24項(xiàng)是對(duì)采用 揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ娜莘e式流體機(jī)械之特征和效果的概括。

其中，第22項(xiàng)是功能可逆性的特征及其積極效果的表述。功能可逆性是流體 機(jī)械通用性擴(kuò)充的重要組成部分，也是較為容易實(shí)現(xiàn)的部分。現(xiàn)有技術(shù)中少數(shù)產(chǎn)品 具有可逆性，但不完備，大多數(shù)的可逆性被一些技術(shù)環(huán)節(jié)所阻斷，這是十分可惜的。 本發(fā)明基于通用性目標(biāo)，使之完備化，因而獲得了這種寶貴的特性。

容積式流體機(jī)械具有恒流特性，但在現(xiàn)有技術(shù)中常作灰色特性處理。本發(fā)明利 用這種特性的潛力，并融入揉動(dòng)式變?nèi)莘绞降脑S多新特性，轉(zhuǎn)而作為一類具有積極 效果的技術(shù)設(shè)計(jì)使用，因而形成第23項(xiàng)、第24項(xiàng)兩項(xiàng)特征，分別是兩種通用性—— 壓力功率通用性、介質(zhì)物相通用性。兩項(xiàng)通用性具有簡(jiǎn)化型譜系列、增加使用價(jià)值 和使用率、降低用戶總擁有成本的積極效果。

從表1對(duì)本發(fā)明的積極效果的概括中，可以了解一個(gè)全貌。為了更清楚地說(shuō)明 一些特性和效果的重要性，還需要更多的文字。特別是，那些引申的、或是需要引 入設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)而價(jià)值又特別大的特性和效果，更需要詳細(xì)論述。下面就此作一補(bǔ) 充說(shuō)明，仍采用表1中的序號(hào)分述各重要發(fā)明點(diǎn)的作用：

第1項(xiàng)，揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)，這是發(fā)明的核心部分。揉輪小幅揉動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)低速運(yùn)動(dòng)、 占位高速轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分離及其關(guān)聯(lián)，是一種具有高度創(chuàng)造性的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，具有成數(shù) 量級(jí)地降低損耗的效果，并因而產(chǎn)生了流體機(jī)械的第三種運(yùn)動(dòng)方式。

第3項(xiàng)，確定揉速的定量范圍。揉速和揉比概念的定義及其計(jì)算，揉速的設(shè)計(jì) 使用范圍的論證，奠定了整個(gè)發(fā)明減損增效分析的量值基礎(chǔ)，因而屬于理論方面的 重要發(fā)明點(diǎn)。但是限于篇幅，本說(shuō)明書(shū)刪去了論證的內(nèi)容。

第4項(xiàng)，對(duì)揉輪揉動(dòng)及其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的分析，產(chǎn)生了揉速、揉動(dòng)量、揉動(dòng)量矩、 揉動(dòng)能等概念。它們是揉動(dòng)力學(xué)的基本概念，對(duì)于揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué) 分析很有用，而且非常簡(jiǎn)明。利用這些概念，能夠迅速地對(duì)降低損耗的效果作出定 性和定量的快速判斷，在理解發(fā)明和設(shè)計(jì)中很重要。

第5項(xiàng)，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)連續(xù)接力機(jī)制的設(shè)計(jì)，是對(duì)波動(dòng)、調(diào)制理論的形象理解的一 種比興的運(yùn)用。這是實(shí)現(xiàn)功能運(yùn)動(dòng)與實(shí)際質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分離的思想路線和技術(shù)關(guān)鍵。從 已知的摩擦損耗與速度的關(guān)系中，能夠?qū)С鰮p耗降比是揉比的冪次或多項(xiàng)式類函數(shù) 的關(guān)系。本發(fā)明所產(chǎn)生的全部積極效果，均來(lái)源于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的接力機(jī)制。

第7項(xiàng)，將揉速和揉比概念運(yùn)用于邊際摩擦損耗的分析和估值，能判斷和證明 本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)在邊際摩擦損耗方面的巨大優(yōu)勢(shì)，邊際摩擦型內(nèi)機(jī)械 損耗降2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，足以證明本發(fā)明對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)變?nèi)莘绞降男Ч麅?yōu)勢(shì)。

第12項(xiàng)，設(shè)計(jì)并利用揉動(dòng)機(jī)構(gòu)的力系自平衡機(jī)制，是根除缸壁法向力和機(jī)構(gòu) 摩擦損耗的關(guān)鍵，這導(dǎo)致對(duì)往復(fù)式變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)之機(jī)構(gòu)摩擦型內(nèi)機(jī)械損耗瓶頸的突破， 并形成了構(gòu)造自修復(fù)機(jī)制的一個(gè)必要條件。

第13項(xiàng)，容腔無(wú)機(jī)構(gòu)摩擦損耗，是第12項(xiàng)設(shè)計(jì)的效果，如前所述，這導(dǎo)致突 破往復(fù)式的內(nèi)機(jī)械效率瓶頸。而形成免潤(rùn)滑前提，則又產(chǎn)生了新的技術(shù)前景。

第14項(xiàng)，老化變形所產(chǎn)生的形位誤差的自修復(fù)機(jī)制，是基于摩擦損耗比降至 10-3量級(jí)且具有瞬時(shí)性的設(shè)計(jì)，由此排除停機(jī)和熱損故障的可能性，從而確定可行 性。自修復(fù)機(jī)制是一項(xiàng)極具價(jià)值的創(chuàng)造?，F(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)機(jī)器變形、磨損、老化時(shí)， 必然導(dǎo)致摩擦、泄漏等問(wèn)題而需要大修，其代價(jià)高得可買半臺(tái)新設(shè)備。如果機(jī)器能 夠自修復(fù)，無(wú)異于具有自我保健功能，必能大幅延長(zhǎng)壽命。

磨損和變形一般是逐步增加的，因而摩擦力發(fā)生時(shí)總是低量級(jí)的。利用這一點(diǎn)， 加上本發(fā)明的低速運(yùn)動(dòng)預(yù)設(shè)和泄漏擴(kuò)壓特性及其低密封性需求的預(yù)設(shè)，據(jù)以設(shè)計(jì)自 磨損自修復(fù)機(jī)制，是一種恰到好處的設(shè)計(jì)。其積極效果是：摩擦損耗一旦發(fā)生，將 在短周期內(nèi)自動(dòng)消除，并且無(wú)發(fā)生停機(jī)、熱損故障的可能，毛病將在不能察覺(jué)之中 消失。此發(fā)明點(diǎn)用于汽車、火車之揉動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)和揉動(dòng)式傳動(dòng)系統(tǒng)，其平均無(wú)故障 時(shí)間和大修周期必將延長(zhǎng)若干倍，其經(jīng)濟(jì)效益難以估量。利用這種自修復(fù)機(jī)制，本 發(fā)明之運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造，也可以降低精度要求而節(jié)約成本。

第15項(xiàng)，變壓容腔和等壓容腔互補(bǔ)互換并行工作，是本發(fā)明獨(dú)到的設(shè)計(jì)。發(fā) 明方案中，變壓容腔和等壓容腔的位置，均為一種取決于應(yīng)用的不確定的關(guān)系，即 因考慮互換性而定義。兩者的互補(bǔ)和互換性，產(chǎn)生了極好的協(xié)同關(guān)系，使空間和時(shí) 間利用率均達(dá)到100％，從而產(chǎn)生了完全的應(yīng)用可逆性。

第16項(xiàng)，變壓容腔和等壓容腔并行工作的特征所產(chǎn)生的時(shí)空利用率為100％的 效果性特征，可以為提高效率作出很大貢獻(xiàn)。往復(fù)式機(jī)械效率低，一個(gè)重要的原因 就是時(shí)空利用率低。例如內(nèi)燃機(jī)4沖程中，只有1個(gè)沖程做功，其做功沖程的平均 功率要被4除才是全部時(shí)間的平均做功功率，這使功率密度被4除。每一個(gè)沖程都 有能量損耗，4個(gè)沖程的能量損耗之和加于1個(gè)做功沖程求效率，這使損耗率被4 乘。如此算法直接來(lái)源于參數(shù)定義，稱為分?jǐn)?。較之往復(fù)式，本發(fā)明100％時(shí)空利 用率的增效效果是：時(shí)間利用率提高1倍為其2倍，空間利用率提高1倍為其2倍， 功率密度提高1倍為其2倍，損耗分?jǐn)偮蕼p半為其50％。本發(fā)明之內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用，較 之現(xiàn)有技術(shù)之4沖程往復(fù)式，考慮本發(fā)明需要并行地運(yùn)行壓縮的空間需求，則100 ％時(shí)空利用率的增效效果是：時(shí)間利用率提高3倍為其4倍，空間利用率提高1倍 為其2倍，功率密度提高1倍為其2倍，損耗分?jǐn)偮嗜詼p半為其50％。

第17項(xiàng)，邊際摩擦損耗減99％以上，意味著旋轉(zhuǎn)變?nèi)菔搅黧w機(jī)械之邊際摩擦 型內(nèi)機(jī)械效率瓶頸被突破。本發(fā)明的機(jī)械損耗項(xiàng)將主要只有軸承損耗，其效率能達(dá) 96％以上，故本發(fā)明的機(jī)械效率當(dāng)在95％以上。現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘绞街?，機(jī)械 效率鮮有超過(guò)80％者，齒輪嚙合式一般不超過(guò)60％。

第18項(xiàng)，工作容腔免潤(rùn)滑，可降低制造和使用成本。更主要的效果在于內(nèi)燃 機(jī)應(yīng)用，不顧忌潤(rùn)滑油，便可將缸壁溫度(并非卡諾循環(huán)冷源溫度)提高到排氣溫 度(真正的卡諾冷源溫度)之上，水冷系統(tǒng)不再需要，缸內(nèi)輻射損失將減小，邊界 層將更充分地燃燒，因而大有利于提高效率。其環(huán)保效果是，一氧化碳將大為減少， 機(jī)油油霧及其膠凝物等深色煙塵組分將不會(huì)再出現(xiàn)，污染將大為減少。

本發(fā)明在減少內(nèi)燃機(jī)污染方面可以有大的貢獻(xiàn)，另一重要因素是效率大增的前 景。提高效率可以使溫室氣體排放量成反比地降低，因而效果顯著。

第22項(xiàng)，功能的完全可逆性，這是本發(fā)明在總體方案中就特別關(guān)注的特性。 其積極效果是，非熱力功-能轉(zhuǎn)換機(jī)械均可雙向使用，機(jī)械使用價(jià)值倍增。

第23項(xiàng)，壓力自適應(yīng)特性，這是由容積式流體機(jī)械的恒流特性演繹的特性。 本發(fā)明推崇和利用這種特性，將其組織到技術(shù)設(shè)計(jì)中，能為用戶帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)利 益。最高耐壓和軸及軸系的強(qiáng)度，是能夠在型系規(guī)劃和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中確定的，將其作 為標(biāo)稱指標(biāo)容易做到。用戶在該指標(biāo)限度內(nèi)調(diào)度，利用恒流特性，壓力按需而獲， 功率按需而取，效率不降。這是現(xiàn)有技術(shù)不曾有的一番新天地。

第24項(xiàng)，在耐壓和軸系強(qiáng)度內(nèi)，實(shí)現(xiàn)流體物相的通用性，是對(duì)壓力和功率自 適應(yīng)性的一種推廣應(yīng)用。設(shè)備的使用價(jià)值因而增加，用戶的總擁有成本因而降低， 這是大小企業(yè)或個(gè)人用戶都很歡迎的技術(shù)。設(shè)想，一臺(tái)泵，即能抽水，又能作壓縮 機(jī)，又能作二相流真空泵，......，那將是一種很有價(jià)值的擁有。但現(xiàn)有技術(shù)不允許 這樣做，例如用真空泵抽真空，氣中有水就可能燒掉機(jī)器。

第22項(xiàng)～第24項(xiàng)，均是揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)械的通用性的一個(gè)方面，這是一種內(nèi)在的 特性，一種可能性。未經(jīng)開(kāi)發(fā)以前，這種特性只有行家知道，也只有行家能夠利用 和表演，不可能成為一種所有用戶都能利用的產(chǎn)品特性。本發(fā)明的第三個(gè)目標(biāo)是定 義和設(shè)計(jì)流體機(jī)械的通用性，就是利用上述的內(nèi)在特性。這且作為對(duì)本發(fā)明所述方 法進(jìn)行用途設(shè)計(jì)的任務(wù)，留待下文詳細(xì)說(shuō)明具體的要求和做法。

表1對(duì)于本發(fā)明在提高水力效率方面的效果，也作了簡(jiǎn)單的概括，并被列為第 19項(xiàng)～第21項(xiàng)特征和效果。水力效率是流體機(jī)械總效率的乘性因子，在非容積式 流體機(jī)械中，它是決定性的因子。在容積式流體機(jī)械中，對(duì)于液體介質(zhì)，尤其是粘 度較大的液體介質(zhì)，水力效率也是重要的分析因素。

現(xiàn)有技術(shù)的直線平動(dòng)式變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)及其結(jié)構(gòu)，是一種水力特性極其不好的設(shè)計(jì)。 其主要的水力損耗發(fā)生在需要頻繁啟閉的入口和出口，兩口的截面陡擴(kuò)的流道具有 較大的局部阻力系數(shù)，啟閉過(guò)程的動(dòng)態(tài)改變更是使損耗增加的因素。另外，回程運(yùn) 動(dòng)導(dǎo)致流速和方向的頻繁改變，也必然造成動(dòng)量和動(dòng)能損失。由于水力損耗大，直 線平動(dòng)式基本上不適合于粘滯系數(shù)大和不可壓縮的液體工質(zhì)。液體一般用旋轉(zhuǎn)式變 容的機(jī)械。三類旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘绞街?，以齒輪嚙合式機(jī)械的水力損耗最大，螺桿式次之， 而偏心輪旋轉(zhuǎn)式的效果應(yīng)該是最好的。

本發(fā)明在提高水力效率方面，也同樣具有明顯的優(yōu)勢(shì)。與旋轉(zhuǎn)式比較，本發(fā)明 設(shè)計(jì)的入出口的流場(chǎng)設(shè)計(jì)能消除局部激勵(lì)引起的損耗，其自適應(yīng)的變截面機(jī)制更是 能使局部阻力系數(shù)隨著瞬時(shí)流量的增大而減小，從而使入出口區(qū)域的水力損耗大幅 度降低。流體在容腔中沿切向流動(dòng)，因而具有較好的方向連續(xù)性。并且，除滾揉以 外，揉輪的切向速度總是為正，在擺揉的90度～270度圓心角區(qū)域，其切向速度大 于揉速，這都有利于降低相對(duì)速度，減小水力損耗。

揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)還有一項(xiàng)特別的優(yōu)勢(shì)機(jī)制——揉腔密封線泄漏的能量反饋及低 敏感性機(jī)制。這不能用傳統(tǒng)的容積效率概念來(lái)表達(dá)。泄漏雖然影響容積效率，但泄 漏過(guò)程中損失的壓力能之相當(dāng)大的部分能夠得到反饋回收。回收的機(jī)制是，泄漏流 的勢(shì)能在泄漏前的增速減壓過(guò)程中較高效地轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，未損耗部分之動(dòng)能又在泄 漏后通過(guò)導(dǎo)流增壓機(jī)制大部分轉(zhuǎn)化為壓力勢(shì)能，并作用于揉輪。這種重新轉(zhuǎn)化來(lái)的 勢(shì)能，在做功機(jī)械中能使等壓容腔吸入流體時(shí)在其前部產(chǎn)生壓力增量，該增量在其 動(dòng)態(tài)存在的區(qū)域?qū)θ噍喌淖饔檬菧p小軸功消耗的；在動(dòng)力機(jī)械中則使等壓容腔排出 流體時(shí)在其尾部產(chǎn)生壓力減量，該減量在其動(dòng)態(tài)存在的區(qū)域中對(duì)揉輪的作用是增加 軸功輸入的。這種機(jī)制使得揉腔密封線的密封要求降低，也使得容積效率不再是總 效率的線性因子，其影響冪次小于1，相應(yīng)的效率公式應(yīng)該予以修正。

揉動(dòng)變?nèi)莸娜莘e式流體機(jī)械在某些應(yīng)用中可能轉(zhuǎn)速很低，在某些應(yīng)用中可能壓 力很高，特別是在一些新開(kāi)辟的應(yīng)用中，低轉(zhuǎn)速或者高壓力的特點(diǎn)很突出。這時(shí)， 容積效率就成了決定性的因素。本發(fā)明的設(shè)計(jì)是，采用低速動(dòng)密封甚至靜密封來(lái)提 高容積效率，使之達(dá)到滿意的程度。靜密封是通過(guò)滾揉實(shí)現(xiàn)的，揉輪在揉腔的柔性 膜上滾動(dòng)即為靜密封。滾揉特別適合于高壓差的氣體介質(zhì)應(yīng)用。

【附圖說(shuō)明】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)及其力學(xué)機(jī)制作一簡(jiǎn)要說(shuō)明。附圖 中還包括3幅可以視為具體實(shí)例的設(shè)計(jì)，只是沒(méi)有標(biāo)出尺寸。相應(yīng)的說(shuō)明還給出了 計(jì)算排量、流量、力矩和功率的必要公式。

圖1是由公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)合成揉動(dòng)運(yùn)動(dòng)示意圖。

圖2是揉動(dòng)剛體之質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡與公轉(zhuǎn)軌跡關(guān)系示意圖。

圖3是一種擺揉變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的軸向投影圖。

圖4是一種錯(cuò)相并聯(lián)去脈動(dòng)的高速擺揉變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的軸面投影圖。

圖5是一種揉腔旋轉(zhuǎn)的旋揉變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的軸向投影示意圖。

參照?qǐng)D1，在運(yùn)動(dòng)軌道平面上，一圓柱形剛體以角速度ω繞軸線O順時(shí)針方向 公轉(zhuǎn)，又以角速度-ω繞自身軸線逆時(shí)針?lè)较蜃赞D(zhuǎn)。依據(jù)定義，剛體作純粹揉動(dòng)運(yùn) 動(dòng)。如圖中所示，當(dāng)剛體自轉(zhuǎn)軸處于位置A點(diǎn)時(shí)，剛體上的徑向線段AC指向公轉(zhuǎn) 軸心O；當(dāng)剛體公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)圓心角α?xí)r，自轉(zhuǎn)軸到達(dá)位置B，剛體之自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在 同一時(shí)間里轉(zhuǎn)過(guò)圓心角-α，因而剛體上的徑向線段AC將處于位置BD。BD與 AC及其延長(zhǎng)線OA均在一個(gè)平面上，與公共交線OB形成絕對(duì)值相等的內(nèi)錯(cuò)角， 因而B(niǎo)D平行于AC且指向相同。這一簡(jiǎn)單的性質(zhì)極為重要，證明剛體處于平動(dòng)運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)，剛體上的任何線段在周期性運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都保持平行移動(dòng)，這是構(gòu)成純粹揉 動(dòng)的充分必要條件。

從圖1中已經(jīng)能看出，在公轉(zhuǎn)軸和自轉(zhuǎn)軸所在平面上，揉動(dòng)剛體上遠(yuǎn)離揉心一 側(cè)的質(zhì)點(diǎn)的線速度因?yàn)橐?ω角速度自轉(zhuǎn)的原因而被抵消了一個(gè)與ω成正比、與其 到自轉(zhuǎn)軸的距離成正比的代數(shù)量。如果質(zhì)點(diǎn)到自轉(zhuǎn)軸的距離相對(duì)增大，則質(zhì)點(diǎn)的運(yùn) 動(dòng)線速度將線性減小。這種性質(zhì)構(gòu)成了本發(fā)明的揉動(dòng)減速機(jī)制。揉動(dòng)減速機(jī)制在一 般機(jī)械的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中構(gòu)成動(dòng)態(tài)靜力學(xué)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)用于構(gòu)造流體機(jī)械的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，還 將進(jìn)一步地具有流體動(dòng)力學(xué)方面的多種優(yōu)勢(shì)。

參照?qǐng)D2，在軌道平面上，一個(gè)揉動(dòng)圓柱體的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡與其自轉(zhuǎn)軸之公轉(zhuǎn) 軌跡的關(guān)系被標(biāo)示出來(lái)了。圖中，填充陰影的圓周1是圓柱體起始觀察位置的柱面 投影圓，圓周2、3、4分別是揉動(dòng)圓心角轉(zhuǎn)過(guò)π/2、π、3π/2后的柱面投影圓。5 是以揉心P為圓心的圓柱體軸心之公轉(zhuǎn)軌跡圓，PQ是揉半徑。圓周6是揉動(dòng)體柱 面上的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)E在揉動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡圓，圓周6與圓周1的切點(diǎn)E即是質(zhì)點(diǎn)的觀 察起始點(diǎn)位置，與圓周2、3、4的交點(diǎn)F、切點(diǎn)G、交點(diǎn)H分別是揉動(dòng)圓心角轉(zhuǎn)過(guò) π/2、π、3π/2后質(zhì)點(diǎn)E的位置。這是根據(jù)揉動(dòng)的性質(zhì)極易從幾何上予以證明的， 而且還能證明圓周6與公轉(zhuǎn)軌跡圓5相等。實(shí)際上，在純粹揉動(dòng)的剛體上任取一點(diǎn)， 其運(yùn)動(dòng)軌跡均是圓周，并且與公轉(zhuǎn)同步運(yùn)動(dòng)，其線速度和公轉(zhuǎn)線速度相等，均等于 揉半徑乘以公轉(zhuǎn)角速度。這一性質(zhì)可用于確定揉動(dòng)剛體上的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡及其線速 度的瞬時(shí)值，包括矢量速度的大小和方向。

圖中圓周7是揉動(dòng)圓柱體的柱面圓周的運(yùn)動(dòng)過(guò)程包絡(luò)線，該線包容圓柱體的所 有可能的占位空間的投影，是揉動(dòng)圓柱體占位投影的總和。揉動(dòng)圓柱體的占位的總 和仍然是圓柱體，這是揉動(dòng)的另一重要性質(zhì)，也是揉動(dòng)變?nèi)莸膸缀位A(chǔ)。本發(fā)明正 是利用包絡(luò)圓來(lái)構(gòu)造揉腔的。從圖中可知，包絡(luò)圓周7的半徑等于揉半徑與揉動(dòng)圓 柱體半徑之和。設(shè)包絡(luò)圓的半徑為R，以R為歸一化單位，對(duì)揉半徑歸一化，可得 揉比δ。揉比是揉動(dòng)設(shè)計(jì)和揉動(dòng)分析中最重要的參數(shù)。

圖3所示為本發(fā)明所述變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的一種，并且是一種可以實(shí)際應(yīng)用的設(shè)計(jì)舉例。 參照?qǐng)D3，10是揉腔體，為一塊平板形零件，其上下底面為平面，其余內(nèi)外表面為 柱面，采用鏜-銑削或線切割工藝制成，批量生產(chǎn)時(shí)采用模成形工藝制造；11是工 作容腔，被揉腔密封線和隔板分為變壓容腔和等壓容腔兩部分；12是揉輪；13是 揉輪軸承圈；14是曲軸偏心段的投影；15是隨動(dòng)隔板；16是流體入管的連接和轉(zhuǎn) 向容腔；17是3個(gè)裝配定位銷孔；18是流體入口；19是隔板活動(dòng)腔；20是旋塞； 21是流體出口；22是7個(gè)裝配螺孔；23是流體出管的連接和轉(zhuǎn)向容腔。

圖中所示變?nèi)輽C(jī)構(gòu)主要由揉腔體10和擺揉機(jī)構(gòu)組成。擺揉機(jī)構(gòu)包含減重揉輪 12和曲軸14(圖中為偏心段投影)組成，兩者之間裝有軸承13。揉輪與隨動(dòng)隔板 15是剛性密封連接的，圖中所示的連接工藝是燕尾槽軸向壓入(不能采用焊接工 藝)。隨動(dòng)隔板約束于旋塞20中，可以限幅抽插和旋轉(zhuǎn)。面對(duì)稱的類橢圓柱容腔 19容納隔板的小幅抽插和轉(zhuǎn)動(dòng)的伸出部分。旋塞的運(yùn)動(dòng)速度和摩擦損耗很小，調(diào)整 揉輪與隔板連接體的重心位置可以使該裝置的擺揉加速度全部由曲軸慣性力和流 體壓力產(chǎn)生，從而使旋塞約束力最小化，并由工質(zhì)潤(rùn)滑。

當(dāng)按照?qǐng)D中所示方向揉動(dòng)時(shí)，流體從入口18連續(xù)進(jìn)入工作容腔的揉腔密封線 后的部分，該密封線前的部分中的流體同時(shí)從出口21連續(xù)排出。泵方式工作時(shí)， 后者是變壓容腔，揉輪做功使其中的流體加壓排出；馬達(dá)方式工作時(shí)，前者是變壓 容腔，流體推動(dòng)揉輪運(yùn)動(dòng)，自身連續(xù)或階躍減壓?？蓧嚎s流體進(jìn)入減壓容腔減壓時(shí)， 使用脈沖截門可以提高效率。

設(shè)揉腔的半徑為R(米)，柱高為H(米)，揉比為δ，公轉(zhuǎn)角速度為ω(秒-1)， 則變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的容積排量V(米3)和容積流量Qv(米3/秒)分別為

V＝πR2H(2δ—δ2)……………………………………………………(7)

Qv＝0.5ωR2H(2δ—δ2)………………………………………………(8)

考慮到比容的變化，可壓縮流體的容積排量和容積流量應(yīng)以等壓容腔中的壓力 為標(biāo)準(zhǔn)壓力來(lái)定義。對(duì)于氣體計(jì)量泵應(yīng)用，應(yīng)注意穩(wěn)定該壓力。

參照?qǐng)D4，圖中給出了一種無(wú)脈動(dòng)、完全動(dòng)平衡的高速變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。該機(jī) 構(gòu)由對(duì)稱且互相錯(cuò)相180度的三個(gè)擺揉變?nèi)輽C(jī)構(gòu)同軸組裝而成，外側(cè)的兩個(gè)變?nèi)輽C(jī) 構(gòu)同相同尺寸，尺寸和排量為中間機(jī)構(gòu)的一半。其中，30是外側(cè)機(jī)構(gòu)的揉輪；31 是中間機(jī)構(gòu)的揉輪；32是外側(cè)機(jī)構(gòu)的揉輪軸承，其內(nèi)皮與曲軸偏心軸之間還嵌裝了 一個(gè)由兩半圓環(huán)柱組合的軸套；33是曲軸，三段偏心軸之軸線在兩條關(guān)于主軸對(duì)稱 分布的直線上，以構(gòu)成對(duì)稱的錯(cuò)相180機(jī)制；34是主軸軸承，依據(jù)載荷輕重可以裝 2個(gè)或4個(gè)；35是揉輪減重空間壓力調(diào)整連通孔或泄漏液體排出連通孔；36是外側(cè) 機(jī)構(gòu)中嵌入揉輪之隨動(dòng)隔板；37是中間機(jī)構(gòu)揉輪軸承內(nèi)之半圓環(huán)柱組合軸套；38 是中間機(jī)構(gòu)揉輪軸承；39是緊固螺栓，一共7個(gè)或更多；40是出軸端蓋板；41是 中間機(jī)構(gòu)與外側(cè)機(jī)構(gòu)之間的隔板；42是中間機(jī)構(gòu)嵌入揉輪連接之隨動(dòng)隔板；43是 中間機(jī)構(gòu)隨動(dòng)隔板末端運(yùn)動(dòng)空間容腔剩余部分的投影；44是中間機(jī)構(gòu)隨動(dòng)隔板插入 旋塞伸出的末端；45是中間機(jī)構(gòu)與另一外側(cè)機(jī)構(gòu)之間的隔板；46是外側(cè)機(jī)構(gòu)隨動(dòng) 隔板末端運(yùn)動(dòng)空間剩余部分的投影；47是非出軸端蓋板。

本實(shí)例的功能首先在于消除脈動(dòng)，對(duì)稱三機(jī)構(gòu)錯(cuò)相180度的方案是為了在消除 脈動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的慣性力平衡。由于揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單而且高度 同一，因而多機(jī)構(gòu)組裝成本增加不是很多，尤其是對(duì)于模成形工藝制造的零件，增 加的成本主要是組裝成本。能量交換裝置、傳動(dòng)裝置、配流裝置等應(yīng)用中多機(jī)構(gòu)組 裝的機(jī)械，不管機(jī)構(gòu)是否對(duì)稱，不管轉(zhuǎn)速是否很高，應(yīng)該盡量采用本例中的類似結(jié) 構(gòu)，以消除脈動(dòng)和增強(qiáng)整機(jī)的動(dòng)平衡性能。

參照?qǐng)D5，圖中給出了一種揉腔旋轉(zhuǎn)的旋揉變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的軸向投影。其中，50是 旋轉(zhuǎn)的揉腔；51是工作容腔之揉腔密封線之后的部分；52是流體出口；53是與揉 腔作剛性密封連接的隨動(dòng)隔板；54是嵌于揉輪柱面內(nèi)的旋塞；55是隨動(dòng)隔板抽插 出端之活動(dòng)容腔；56是流體入口；57是揉輪；58是揉輪減重工藝腔，彼此間有貫 通流道，以增加入出口流道的有效截面積；59是揉腔端面上的約束軸承的邊際線， 揉腔繞揉軸作抵消公轉(zhuǎn)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)；60是靜止的曲軸之偏心段，即揉輪的自轉(zhuǎn)軸， 揉輪繞該軸作疊加擺動(dòng)的自轉(zhuǎn)；61是工作容腔之揉腔密封線之前的部分。

泵方式下，變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之前的部分61和之后的部 分51，馬達(dá)方式下則相反，分別是51和61。兩方式結(jié)構(gòu)上沒(méi)有任何區(qū)別，而且入 出口也可以反向，反向后狀態(tài)均反過(guò)來(lái)，揉腔旋轉(zhuǎn)不改變此種對(duì)稱性。

揉腔旋轉(zhuǎn)的旋揉機(jī)構(gòu)具有良好的機(jī)構(gòu)動(dòng)平衡。揉腔50和隨動(dòng)隔板59組成一個(gè) 單獨(dú)旋轉(zhuǎn)的剛體，可以獨(dú)立進(jìn)行動(dòng)平衡。揉腔自身慣性力平衡良好。揉腔所受到的 流體壓力的矢量積分產(chǎn)生一個(gè)通過(guò)揉軸的合力，由軸承平衡，沒(méi)有矩的作用。同理， 揉輪57及其附屬的旋塞也是一個(gè)單獨(dú)旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量恒定的機(jī)構(gòu)，可以獨(dú)立進(jìn)行 動(dòng)平衡。其自身的慣性力也是自平衡的。揉輪、包括入出口所受流體壓力的矢量積 分產(chǎn)生一個(gè)指向自轉(zhuǎn)軸的力，并為自轉(zhuǎn)軸所平衡，沒(méi)有矩的作用。

在這種機(jī)構(gòu)中，隨動(dòng)隔板是唯一產(chǎn)生力矩的機(jī)件。變壓容腔和等壓容腔的壓差 直接產(chǎn)生一個(gè)與壓差成正比的、與隔板暴露于流體中的面積成正比的切向力，該力 對(duì)揉軸形成力矩并傳遞給揉腔，通過(guò)揉腔與外界發(fā)生作用。驅(qū)動(dòng)揉輪擺動(dòng)的交變力 矩，也是隨動(dòng)隔板傳遞的。

由變壓容腔與等壓容腔的實(shí)時(shí)壓差ΔP(帕)、容腔半徑R(米)、容腔柱長(zhǎng)H (米)、隔板瞬時(shí)暴露寬度L(米)和揉腔半徑坐標(biāo)r(米)，可得瞬時(shí)力矩M的微分 dM＝HΔPrdr，積分得瞬時(shí)力矩M(牛米)和瞬時(shí)功率N(瓦)如(9)式、(10)式。

$M={\int }_{R-L}^R\mathrm{H\Delta Prdr}=(\mathrm{RL}-{0.5L}^2)\mathrm{H\Delta P}·······································\left(9\right)$

N＝ωM＝ω(RL—0.5L2)HΔP………………………………………(10)

兩式中，隨動(dòng)隔板瞬時(shí)暴露寬度L＝R—R(1—2δ(1—δ)(1—Cosωt))0.5，在 0～2δR之間周期性地變化。對(duì)于不可壓縮流體，當(dāng)圓心角ωt＝(2n+1)π時(shí)，瞬 時(shí)力矩和功率有最大值。對(duì)于可壓縮流體，由于壓力隨容變而增高或降低，兩者的 最大值在泵方式時(shí)出現(xiàn)得晚些，在馬達(dá)方式時(shí)出現(xiàn)得早些。

【具體實(shí)施方式】

以下是本發(fā)明方法之多種用途設(shè)計(jì)的說(shuō)明。

為容積式流體機(jī)械揉動(dòng)變?nèi)莘椒ㄔO(shè)計(jì)眾多的用途，是發(fā)明目標(biāo)的第二項(xiàng)；而設(shè) 計(jì)流體機(jī)械的通用性，則是發(fā)明目標(biāo)的第三項(xiàng)。這兩項(xiàng)目標(biāo)均包含在方法的用途設(shè) 計(jì)之中。方法的生命在于應(yīng)用，本發(fā)明的價(jià)值，也主要體現(xiàn)在用途和用法的設(shè)計(jì)中。 為方便辨認(rèn)行文結(jié)構(gòu)和彼此區(qū)分，用途設(shè)計(jì)編有序號(hào)。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局唬翰捎萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)和揉動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方 式，組成揉動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種附加燃?xì)獍l(fā)生部件的揉動(dòng)式流體機(jī)械， 其中揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)作為燃?xì)馀蛎涀龉Φ闹黧w部件，其變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的變壓容腔和等壓容 腔分別是揉腔密封線之后和之前的部分，變壓容腔入口和等壓容腔出口分別連通于 作為壓力氣源的定容吸熱脈沖燃燒室和連通大氣的排氣管。燃?xì)獍l(fā)生部件包括定容 吸熱脈沖燃燒室小容腔，以及空氣壓縮、燃料加壓、空氣和燃料正時(shí)噴射等附屬部 件，或者還有點(diǎn)火裝置。空氣壓縮部件和燃料加壓部件或者采用揉動(dòng)式優(yōu)化空燃比 配流增壓泵組，由主軸驅(qū)動(dòng)，或者為分體式單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，其中的空壓計(jì)量泵組件或者 是揉動(dòng)式噴霧冷卻等溫壓縮機(jī)組件。

在揉動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，脈沖燃燒室安裝于揉動(dòng)機(jī)構(gòu)容腔入口附近，其容積很 小，一般小于揉腔的1/200，壓縮比越高容積越小?？諝夂腿剂蠂姽芡ㄏ蛉紵?， 兩噴管在主軸旋轉(zhuǎn)之恰當(dāng)定時(shí)先后適量噴入壓縮空氣和流體燃料。壓縮空氣的溫度 超過(guò)燃點(diǎn)或不超過(guò)，燃料噴入引發(fā)或者火花塞點(diǎn)火引發(fā)脈沖型燃燒，生成的燃?xì)庠?瞬間被定容加熱增壓。在揉腔入口開(kāi)啟時(shí)，燃?xì)膺M(jìn)入變壓容腔，連續(xù)推動(dòng)揉輪做功。 燃?xì)饨^熱膨脹釋放大部分能量以后，所在變壓容腔瞬間轉(zhuǎn)為等壓容腔，燃?xì)庠谙乱?周期連續(xù)等壓排出。燃?xì)獾呐艢鈮毫Q定于噴入時(shí)的初始?jí)毫?、脈沖燃燒的增壓比 和絕熱膨脹的膨脹比，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)熱力過(guò)程中這些參數(shù)的關(guān)聯(lián)參數(shù)，使排氣壓力等 于大氣壓可以提高熱效率和降低排氣噪聲。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)噴入溫度、脈沖燃燒的增溫 比和絕熱膨脹的膨脹比的關(guān)聯(lián)參數(shù)，在燃燒室耐熱及耐壓強(qiáng)度內(nèi)，如果能使排氣溫 度降低到盡可能地接近于環(huán)境溫度，將具有最高的熱循環(huán)效率。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，一 個(gè)周期是從揉動(dòng)圓心角為0時(shí)開(kāi)始的，該瞬間揉腔密封線掃過(guò)并幾乎同時(shí)開(kāi)啟出口 和入口，變壓容腔切換為等壓容腔，新的變壓容腔從入口處開(kāi)始重新生成。主軸每 轉(zhuǎn)過(guò)一圈為一個(gè)周期。

揉動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)采用揉動(dòng)變?nèi)莘绞揭院?，就可以采用能分別優(yōu)化的壓縮、燃燒、 膨脹相分離的結(jié)構(gòu)，從而形成運(yùn)動(dòng)原理和總體結(jié)構(gòu)上的巨大優(yōu)勢(shì)。各局部的創(chuàng)新特 征和分別優(yōu)化的特性，也能在提高效能上作出貢獻(xiàn)甚至起關(guān)鍵性作用。較之往復(fù)式 活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其壓縮、燃燒和排氣為并行的連續(xù)或脈沖過(guò)程；其循環(huán)周期相當(dāng)于只 有一個(gè)膨脹沖程，從而使時(shí)間利用率增加3倍和使損耗分?jǐn)偮蕼p半；其空燃比可以 不隨工況變化地準(zhǔn)確控制，從而保障充分燃燒和減少一氧化碳排放，并使尾氣流量 及其攜帶熱流量最小化；其壓縮比只受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度限制而可以大幅度提高；其定容加 熱循環(huán)和可能采用等溫壓縮的方式使壓縮能需求降為絕熱壓縮的一小部分；其推力 隨主軸的旋轉(zhuǎn)而連續(xù)改變方向，因而能保持增大力矩的角度；其氣缸(揉腔)和揉 輪免潤(rùn)滑，因而允許工作溫度高，邊界層燃燒充分，輻射損失??；其燃燒室中無(wú)運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)，可加裝隔熱陶瓷，以提高壓縮比和工作溫度，同時(shí)減小熱損失。這些創(chuàng)新 的措施和效果，能使這種內(nèi)燃機(jī)的熱效率和內(nèi)機(jī)械效率等指標(biāo)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi) 燃機(jī)，論證的增效空間在25個(gè)百分點(diǎn)以上。

揉動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)是一種附加燃?xì)獍l(fā)生部件的揉動(dòng)式流體機(jī)械，它是本發(fā)明的重要 應(yīng)用類型之一，具有高壓比、高效率、高功率密度、污染小、免潤(rùn)滑、壽命長(zhǎng)的巨 大優(yōu)勢(shì)。這種內(nèi)燃機(jī)排除了奧托循環(huán)和狄塞爾循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的全部缺點(diǎn)，是一種全新 的內(nèi)燃機(jī)，能夠?yàn)榫徑馊蛐缘哪茉次C(jī)和環(huán)境危機(jī)作出特大貢獻(xiàn)。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局翰捎萌鄤?dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式和雙揉動(dòng)機(jī)構(gòu) 錯(cuò)180度相位同軸并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，組成揉動(dòng)式水力發(fā)動(dòng)機(jī)，適合于用清水或者泥沙粒 徑受控因而很細(xì)的壓力水流驅(qū)動(dòng)，其變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之后和 之前的部分。

采用揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)能夠直接組成水力發(fā)動(dòng)機(jī)，采用雙容腔錯(cuò)相位同軸并聯(lián)的結(jié) 構(gòu)可以消除啟動(dòng)死點(diǎn)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的突出優(yōu)勢(shì)是高效率，以及對(duì)于落差高低、流量 大小的自適應(yīng)性。較之水輪機(jī)對(duì)流速和流量的敏感性，這種發(fā)動(dòng)機(jī)效率高而恒定的 優(yōu)勢(shì)極為顯著。這種發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)時(shí)為恒流量特性，其出力與落差成 正比；用于驅(qū)動(dòng)不并網(wǎng)的小發(fā)電機(jī)時(shí)具有更大的落差與流量的靈活性和適應(yīng)性，但 勵(lì)磁控制應(yīng)考慮輸出電壓和頻率的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局河萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成揉動(dòng)式液壓馬 達(dá)，用作高效液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出部件，其變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密 封線之后和之前的部分?；蛘哌€采用雙容腔錯(cuò)180度相位同軸并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。

揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成液壓馬達(dá)也是簡(jiǎn)單直接的，與水力發(fā)動(dòng)機(jī)的不同在于其工作 壓力較高或很高。其輸入壓力可能達(dá)到幾兆帕或十兆帕以上，為水力發(fā)動(dòng)機(jī)的幾倍、 幾十倍，因而需要特別的耐壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)。采用雙容腔錯(cuò)相同軸并聯(lián)的結(jié)構(gòu)還可以消 除啟動(dòng)死點(diǎn)和流量脈動(dòng)。揉動(dòng)式液壓馬達(dá)的效率很高，因而是液壓傳動(dòng)技術(shù)的重要 創(chuàng)新部件，其應(yīng)用面很廣。以汽車為例，液壓傳動(dòng)汽車是業(yè)界幾十年來(lái)的夢(mèng)想，瓶 頸主要是效率問(wèn)題。本發(fā)明對(duì)于汽車技術(shù)進(jìn)步的關(guān)注首先在于傳動(dòng)，還包括發(fā)動(dòng)機(jī) 的改造和車輪的革新，其目標(biāo)是節(jié)能、環(huán)保、低成本。揉動(dòng)式液壓馬達(dá)如用于火車 傳動(dòng)，將優(yōu)于現(xiàn)有的液壓或電力傳動(dòng)系統(tǒng)。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局模褐苯硬捎萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)，或者還附加 進(jìn)一步提高效率的正時(shí)脈動(dòng)氣門裝置和揉動(dòng)式熱泵裝置，組成揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)或氣 體膨脹機(jī)，用作氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出部件，或者用于壓力氣體膨脹過(guò)程的釋能 回收，用后者代替氣阻節(jié)流型膨脹部件可以節(jié)能，其變壓容腔和等壓容腔分別是揉 腔密封線之后和之前的部分。或者還采用雙容腔錯(cuò)180度相位同軸并聯(lián)的結(jié)構(gòu)以消 除啟動(dòng)死點(diǎn)。

揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)是揉動(dòng)式流體機(jī)械的馬達(dá)方式應(yīng)用。從發(fā)明方法的說(shuō)明中可 知，揉腔密封線之后的變壓容腔是氣體的減壓做功容腔，揉腔密封線之前是連通低 壓出口的等壓容腔。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，氣體在連通壓力流體入口的變壓容腔中膨脹做功， 在揉動(dòng)之0圓心角切換時(shí)，等壓容腔消失，變壓容腔帶著其中完成膨脹的氣體轉(zhuǎn)換 為等壓容腔。新周期中，新產(chǎn)生的變壓容腔開(kāi)始新一輪膨脹做功，等壓容腔等壓排 出低壓氣體。兩腔周期性轉(zhuǎn)換并且互補(bǔ)地變化容積，流體進(jìn)入與排出過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。 兩腔壓力在揉輪輪周面上的矢量面積分產(chǎn)生一個(gè)指向自轉(zhuǎn)軸的力。該力對(duì)揉軸產(chǎn)生 一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩，驅(qū)動(dòng)主軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)。采用雙容腔錯(cuò)相同軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)還有利于消除啟 動(dòng)死點(diǎn)和減小管道壓力脈動(dòng)。

揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)按上述設(shè)計(jì)能較好地工作。但考慮到氣體介質(zhì)為可壓縮流體， 其減壓過(guò)程中為膨脹過(guò)程，如果能夠控制比容的變化率，使之與容腔之容積相匹配， 或者還低成本地增加其輸入比能，則效率將得到提高。正時(shí)脈動(dòng)氣門裝置和揉動(dòng)式 熱泵裝置即為所需。前者是一個(gè)在揉動(dòng)的0圓心角開(kāi)始的恰當(dāng)寬度的時(shí)間窗口打開(kāi) 進(jìn)氣流道而其余時(shí)間關(guān)閉的閥門，后者是一個(gè)揉動(dòng)式熱泵(見(jiàn)后續(xù)說(shuō)明)，用以從 環(huán)境中低成本地泵熱，通過(guò)其冷凝器將熱量傳給入口氣體。這兩種需求演繹于熱力 學(xué)的絕熱過(guò)程方程的參數(shù)優(yōu)化分析，因?yàn)樽C明較為復(fù)雜，尤其是后者的引入效益的 證明牽涉面更廣，在此未予贅述。

氣動(dòng)馬達(dá)在現(xiàn)有技術(shù)體系中應(yīng)用面不廣，除了礦山、巖土工程、大型工廠的動(dòng) 力系統(tǒng)中有應(yīng)用以外，在一般的傳動(dòng)系統(tǒng)中難于見(jiàn)到它的身影，這是由于現(xiàn)有技術(shù) 的壓氣傳動(dòng)在機(jī)械和熱力兩個(gè)領(lǐng)域都存在著重要的制約，因而效率很低。本發(fā)明的 這項(xiàng)用途設(shè)計(jì)以及后續(xù)說(shuō)明中將要表述的揉動(dòng)式壓縮機(jī)能解決主要的效率制約問(wèn) 題，因而可以大幅度地提高效率。這是打開(kāi)一扇閘門，高效、完全無(wú)污染的氣壓傳 動(dòng)技術(shù)將與原來(lái)想象的大不一樣。它是一種無(wú)水、無(wú)油的傳動(dòng)技術(shù)。我們的世界現(xiàn) 在缺水缺油，但不缺空氣，空氣不需買，也不需運(yùn)輸和儲(chǔ)存。一旦氣壓傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了 效率的突破，其無(wú)污染、低成本、抗脈動(dòng)和沖擊、無(wú)火災(zāi)隱患等優(yōu)勢(shì)是液壓傳動(dòng)系 統(tǒng)所不能比擬的。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局澹簩⑷鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成揉動(dòng)式可壓縮 流體加壓泵，包括揉動(dòng)式風(fēng)機(jī)、揉動(dòng)式壓縮機(jī)和揉動(dòng)式真空泵，其變壓容腔和等壓 容腔分別是揉腔密封線之前和之后的部分，該加壓泵可依據(jù)用途細(xì)分為揉動(dòng)式通風(fēng) 機(jī)、揉動(dòng)式鼓風(fēng)機(jī)、揉動(dòng)式引風(fēng)機(jī)、揉動(dòng)式氣體壓縮機(jī)、揉動(dòng)式噴霧冷卻等溫壓縮 機(jī)、揉動(dòng)式二相流加壓泵、揉動(dòng)式真空泵、揉動(dòng)式二相流真空泵等。其中的揉動(dòng)式 噴霧冷卻等溫壓縮機(jī)是一種壓縮過(guò)程噴水冷卻而在出口進(jìn)行氣水分離的二相流壓 縮機(jī)。揉動(dòng)式可壓縮流體加壓泵用于氣體或直接用于氣液二相流體的輸送和變壓作 業(yè)，變壓作業(yè)包括增壓作業(yè)和從常壓變?yōu)樨?fù)壓的減壓作業(yè)。其中的二相流加壓泵的 物理參數(shù)設(shè)計(jì)只需考慮容積流量、最高壓力、最大介質(zhì)粘度三大設(shè)計(jì)宗量，其壓力 自適應(yīng)的恒流特性，使適應(yīng)性大為增強(qiáng)，型系規(guī)格因而簡(jiǎn)化。

可壓縮流體加壓泵主要指風(fēng)機(jī)和氣體壓縮機(jī)，后者是氣動(dòng)馬達(dá)的逆向功能機(jī)。 加壓泵的入出口壓差方向、內(nèi)部的變壓容腔和等壓容腔的位置、流體壓力的積分及 其力矩的符號(hào)等，全都與氣動(dòng)馬達(dá)相反。加壓泵的結(jié)構(gòu)則與氣動(dòng)馬達(dá)的基本結(jié)構(gòu)完 全相同，但不需要馬達(dá)中的兩種附加裝置，一般也不需要其他的附加裝置。唯有其 中的揉動(dòng)式噴霧冷卻等溫壓縮機(jī)是在揉動(dòng)式氣體壓縮機(jī)的基礎(chǔ)上增加入口和揉腔 噴霧冷卻裝置，并在出口加裝氣水分離裝置的機(jī)械。噴霧使得機(jī)器變成二相流工作 狀態(tài)。當(dāng)壓縮比很高時(shí)，噴的水量相應(yīng)較大，而且噴水的壓力也要提高，以便生成 更細(xì)的霧滴，使壓縮空間中有更大的霧滴彌漫密度和更大的換熱表面積。氣水分離 可以采用簡(jiǎn)單的重力分離，例如帶浮閥的分離緩沖控制器，浮閥通過(guò)液位升降信號(hào) 高靈敏度地控制冷卻水的流量，使之適應(yīng)減壓流量。分離器的水流出口用節(jié)流閥減 壓，或者進(jìn)入同軸安裝的揉動(dòng)式液壓馬達(dá)回收壓力能。

本發(fā)明之揉動(dòng)變?nèi)莘椒ㄓ米骺蓧嚎s流體加壓泵之用途設(shè)計(jì)，較之現(xiàn)有技術(shù)之相 應(yīng)設(shè)備，具有很高的效率?，F(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)類產(chǎn)品的效率都很低，以致于 在現(xiàn)代社會(huì)長(zhǎng)達(dá)幾十年的節(jié)能技術(shù)改造的歷史中，它們一直是僅次于水泵之后而居 于第二位的目標(biāo)。居第二位是由于總裝機(jī)容量小于水泵，其效率實(shí)際上比水泵低很 多。風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)還造成嚴(yán)重的噪聲污染，它們是有名的令人不得安寧的設(shè)備。低 效和噪聲均源于運(yùn)動(dòng)方式，包括非容積式的旋轉(zhuǎn)葉輪運(yùn)動(dòng)和往復(fù)式變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)兩種方 式。前者的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和后者的機(jī)構(gòu)摩擦及熱力學(xué)問(wèn)題無(wú)從根本性地改善，如 前所述，唯一的出路只有采用揉動(dòng)變?nèi)莘绞健?/p>

揉動(dòng)式可壓縮流體加壓泵具有寶貴的壓力自適應(yīng)特性，其壓力規(guī)格只依賴于結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度，其實(shí)際工作壓力與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。其風(fēng)機(jī)類用途無(wú)湍流損失和湍流噪 聲，無(wú)需動(dòng)壓轉(zhuǎn)換和無(wú)動(dòng)壓頭損失，因而效率很高，并且不再是噪聲源。其壓縮機(jī) 類應(yīng)用具有很高的內(nèi)機(jī)械效率、容積效率和水力效率，因而總效率可以達(dá)到一個(gè)突 破性的高度。其最突出的優(yōu)勢(shì)是具有高度的適應(yīng)性和簡(jiǎn)譜性，只要流量和功率合適， 風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵均可以通用，而且在一定的速度和粘度范圍內(nèi)，還同時(shí)適合 于二相流和液體，這在現(xiàn)有技術(shù)中是無(wú)法想象的。高適應(yīng)性將使機(jī)器的型譜規(guī)劃大 為簡(jiǎn)化，這種簡(jiǎn)化在設(shè)計(jì)、制造、使用和維修中所帶來(lái)的系統(tǒng)性效益，遠(yuǎn)超過(guò)所有 機(jī)器各自進(jìn)步取得的效益之和。

揉動(dòng)式可壓縮流體加壓泵的二相流應(yīng)用包括揉動(dòng)式二相流加壓泵、揉動(dòng)式二相 流真空泵、揉動(dòng)式噴霧冷卻等溫壓縮機(jī)三類機(jī)型，或者僅僅是應(yīng)用類型，它們具有 新技術(shù)、新功能、新品種、高性能的屬性和特別積極的論證效果。其中，二相流變 壓機(jī)械使許多實(shí)際需求得到了簡(jiǎn)單的解決方案。例如天然氣管道和石油管道的加壓 問(wèn)題；例如極可能部分相變為二相流的液氫、液氧、液氮及其他液化氣體的泵送問(wèn) 題；又例如許多化工成套裝置中的多數(shù)流程為二相流，許多氣液分離裝置僅僅是為 了加壓。揉動(dòng)式噴霧冷卻等溫壓縮機(jī)則直接瞄準(zhǔn)導(dǎo)致氣體壓縮機(jī)低效的熱力學(xué)瓶 頸，該問(wèn)題困擾人類已超過(guò)100年，現(xiàn)在終于簡(jiǎn)單地解決了。

揉動(dòng)式噴霧冷卻等溫壓縮機(jī)的主要應(yīng)用是作為內(nèi)燃機(jī)包括燃?xì)廨啓C(jī)的獨(dú)立壓 縮組件，其簡(jiǎn)單高效的等溫壓縮功能是內(nèi)燃機(jī)增效技術(shù)的重要一環(huán)。該組件對(duì)于內(nèi) 燃機(jī)的增效幅度有可能達(dá)到10％，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的增效效果還要顯著得多。因?yàn)椋?在燃?xì)廨啓C(jī)的等壓循環(huán)中，蝸輪壓氣機(jī)的功耗占去了燃?xì)馀蛎浲钙捷斎牍χ械拇蟛?分。例如，如果將1MPa(約10個(gè)大氣壓)壓力工作的燃?xì)廨啓C(jī)改用揉動(dòng)式噴霧冷 卻等溫壓縮機(jī)壓氣，該機(jī)與渦輪機(jī)效率高低的因素暫且不比較，僅只壓氣熱力過(guò)程 的節(jié)功效果即達(dá)39％。如果原來(lái)的壓縮耗功比(分母為膨脹功)為60％，則節(jié)省 的60％×39％＝23.4％即變?yōu)槿細(xì)廨啓C(jī)凈增加的輸出，輸出功由40％增加到63.4 ％，出力增幅為58.5％。雖然23.4％不是效率增量，但卻是關(guān)鍵的參數(shù)，在其復(fù)雜 的熱力循環(huán)制約中，再采取例如逆流回?zé)嵘郎氐却胧?，即可能?3.4％中的一大部 分變成效率增量，初步估算的結(jié)果是有可能達(dá)到15％。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局河萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成揉動(dòng)式液體 加壓泵，包括揉動(dòng)式水泵、揉動(dòng)式油泵或適于其他液相介質(zhì)的揉動(dòng)式容積泵，用 于液體物料的輸送和加壓，其變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之前和之 后的部分，或者還采用雙容腔錯(cuò)180度相位同軸并聯(lián)的結(jié)構(gòu)以消除脈動(dòng)。機(jī)器 的物理參數(shù)設(shè)計(jì)只考慮流量、最高壓力、最大介質(zhì)粘度三設(shè)計(jì)宗量，利用壓力 自適應(yīng)性簡(jiǎn)化型譜規(guī)劃。

揉動(dòng)式液體加壓泵是揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ囊活愖詈?jiǎn)單的應(yīng)用，卻是最重要的應(yīng)用之 一。說(shuō)簡(jiǎn)單是因?yàn)?，采用揉?dòng)變?nèi)莘绞?，將揉?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的任何一種衍生的類型一 組裝，立即就是液體加壓泵，不需要另外的機(jī)構(gòu)。因此，無(wú)需再重復(fù)前面已經(jīng)表述 過(guò)的內(nèi)容，但這類應(yīng)用的重要性和效果卻需要詳加說(shuō)明。

如前所述，水泵是現(xiàn)代社會(huì)第一大節(jié)能改造目標(biāo)設(shè)備。那是因?yàn)椋旱谝?，其裝 機(jī)容量非常巨大，例如僅中國(guó)的水泵裝機(jī)容量即超過(guò)16000萬(wàn)千瓦，年耗電量超過(guò) 4000億度，全世界的總量不得而知，估計(jì)在中國(guó)的6倍左右。第二，水泵的效率不 高，尤其是裝備量最大的中小型水泵，其效率一般在60％以下，數(shù)量特別大的小型 水泵，其效率一般在30％～50％之間。水泵所消耗的能源，水泵所造成的溫室氣體 排放和其他污染，確實(shí)是名列前茅的和應(yīng)該改造的。

由于水泵、包括其他各類液體加壓泵很少采用容積式，它們都是非容積式的葉 輪機(jī)械，而且大多數(shù)都屬于徑流式的離心泵分類型。如前所述，現(xiàn)有技術(shù)的容積式 流體機(jī)械用作水泵效率很低，遠(yuǎn)不如旋轉(zhuǎn)葉輪式。

但是，本發(fā)明將這個(gè)關(guān)系倒過(guò)來(lái)了。最適合用作液體加壓泵的將是容積式，也 就是本發(fā)明的揉動(dòng)變?nèi)莸娜莘e泵?；?a href='/zhuanli/list-19790-1.html' target='_blank'>流體力學(xué)和機(jī)械學(xué)的多方面的分析論證表 明，揉動(dòng)式液體加壓泵的效率能夠超過(guò)90％，而且這個(gè)效率可控制，比如，要使它 達(dá)到95％甚至97％，都能做到，只不過(guò)是其他指標(biāo)會(huì)下降而不經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)效率是 多少，一時(shí)還分析不出來(lái)。估計(jì)是在90％左右。這就提供了一種可能性，根據(jù)需要 決定效率，使運(yùn)行工況令人最滿意。這對(duì)于非容積式的離心泵一類是做不到的和不 能想象的，它的參數(shù)和特性是做死的，可以用節(jié)流閥或小幅變揚(yáng)程來(lái)調(diào)流量，但是 一離開(kāi)設(shè)計(jì)工況，效率就會(huì)下降，其效率是流量的單極值點(diǎn)單值函數(shù)。

因?yàn)樾?，因?yàn)槟茉春铜h(huán)保，在礦山、石油、化工、能源、交通、輕紡、水利、 城鄉(xiāng)建設(shè)及農(nóng)、林、牧、漁各應(yīng)用領(lǐng)域，用揉動(dòng)泵代替離心泵，將是一種基于積極 效果的選擇?；蛟S人們一時(shí)間還理解不了或者不習(xí)慣，但只要看到經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的 對(duì)比數(shù)據(jù)，改變習(xí)慣就是必然的了。

揉動(dòng)式液體加壓泵的另一大類重要應(yīng)用就是用作液壓傳動(dòng)的軸功輸入組件。這 種加壓泵壓力很高，由于揉動(dòng)式液壓泵相對(duì)于柱塞泵具有很大的效率和成本優(yōu)勢(shì)， 這種替代也是一種必然的經(jīng)濟(jì)行為。主要的問(wèn)題不是替代，而是拓展。轉(zhuǎn)動(dòng)式液壓 傳動(dòng)用得不廣，是因?yàn)樾手萍s。當(dāng)效率瓶頸突破以后，應(yīng)用的普及就是自然的過(guò) 程。汽車、火車、輪船等交通機(jī)械是可能率先采用揉動(dòng)式液壓傳動(dòng)技術(shù)的領(lǐng)域，而 且這種采用一旦開(kāi)始，其巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將會(huì)很快被認(rèn)識(shí)，替代的過(guò)程將會(huì)是 快速的，行業(yè)技術(shù)面貌將發(fā)生根本性的改變。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局撸河弥辽僖粋€(gè)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成水力發(fā) 動(dòng)機(jī)，其變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之前和之后的部分，或者還采用雙 容腔錯(cuò)180度相位同軸并聯(lián)的結(jié)構(gòu)以消除啟動(dòng)死點(diǎn)。用一個(gè)或多個(gè)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組 成一路或多路輸出的水泵，其變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之后和之前的 部分。所有揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)同軸地聯(lián)動(dòng)安裝，所有變壓容腔作用于同一揉軸，組成水 力驅(qū)動(dòng)的、具有輸入流量和輸出壓力自適應(yīng)特性的水力水泵，包括揉動(dòng)式水力變流 泵和揉動(dòng)式水力變壓泵。前者是一種利用高落差小流量水流驅(qū)動(dòng)低揚(yáng)程大流量水流 的水力水泵，后者是一種利用低落差大流量水流驅(qū)動(dòng)高揚(yáng)程小流量水流的水力水 泵，用于代替效率低的離心式水輪泵。在多路輸出的機(jī)器中，截止閥門安裝在各輸 入流道中，輸入軸功率等于以效率倒數(shù)加權(quán)的各路實(shí)際輸出功率的加權(quán)和，并總是 等于輸入軸功率。兩大自適應(yīng)性決定轉(zhuǎn)速、流量和揚(yáng)程分布等實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，一路 關(guān)閉或揚(yáng)程降低導(dǎo)致轉(zhuǎn)速增加和其他各路流量加大。

本發(fā)明方法的第七號(hào)用途在功能和原理上與傳統(tǒng)的水輪泵差別很大，它是一種 具有優(yōu)異特性的水力馬達(dá)-水泵機(jī)組，屬于揉動(dòng)式流體能量交換裝置，或稱流體變 壓器、變流器。其結(jié)構(gòu)是一個(gè)排量合適的揉動(dòng)式水力馬達(dá)同軸組合一個(gè)揉動(dòng)式水泵， 構(gòu)成一體化機(jī)組，新增加的特征僅僅是同軸組裝，形成同轉(zhuǎn)速、同功率(考慮效率 輸入略大)的能量傳遞，即同軸傳動(dòng)。其運(yùn)行不等式為輸入比能或揚(yáng)程與設(shè)計(jì)排量 及效率的乘積大于所要求的輸出比能或揚(yáng)程與設(shè)計(jì)排量的乘積。揉動(dòng)馬達(dá)-泵組的 效率可以高達(dá)90％以上，而輸入水功率也可以隨機(jī)波動(dòng)或變得很小，水量小時(shí)并不 影響運(yùn)行，僅僅是轉(zhuǎn)速與輸入功率成正比地變小，輸出水功率也同比例地減小而已， 這是揉動(dòng)式水機(jī)不同于任何其他水機(jī)的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

揉動(dòng)式水力水泵利用靜壓勢(shì)能工作，具有特別的高效率和高適應(yīng)性，當(dāng)驅(qū)動(dòng)水 流由大水流變成涓涓細(xì)流時(shí)，只要比能不變，它仍將忠實(shí)地運(yùn)行而不停車。揉動(dòng)式 水力水泵由于其奇異的特性，特別適合于利用高落差山泉溪水變流提水，也特別適 合于利用低落差河壩變壓提水。在枯水期，只要不斷流都能按設(shè)計(jì)高程提水，這是 利用動(dòng)能的傳統(tǒng)水輪泵、筒車類設(shè)備所無(wú)法比擬的。在中國(guó)的南方地區(qū)，尤其是山 區(qū)，到處有水，又到處都易發(fā)旱情，缺的是提灌設(shè)備。動(dòng)輒架設(shè)電灌電排，不是生 態(tài)文明的做法，而是工業(yè)文明的不恰當(dāng)套用。由于揉動(dòng)式水力水泵結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單， 主要就是一個(gè)殼子和兩個(gè)或三個(gè)輪子，體積很小，裝設(shè)隱蔽，60％以上的國(guó)土均有 用武之地。秀美山川，有待來(lái)者，此物當(dāng)可也。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局耍河脙蓚€(gè)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)錯(cuò)180度相位并 聯(lián)組成液壓泵，其變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之前和之后的部分。用兩 個(gè)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)錯(cuò)180度相位并聯(lián)組成液壓馬達(dá)，其變壓容腔和等壓容腔分別是揉 腔密封線之后和之前的部分。所有揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)同軸地聯(lián)動(dòng)安裝，所有變壓容腔作 用于同一揉軸，組成揉動(dòng)式液壓減速器或揉動(dòng)式液壓增速器傳動(dòng)裝置。實(shí)際需求的 減速比或增速比一次實(shí)現(xiàn)，按變速比等于排量之反比的關(guān)系確定。停車控制裝置可 以是液壓泵的輸入截門裝置，截門或者還帶有衰減上游水錘效應(yīng)的緩沖器。在馬達(dá) 的輸入和輸出管路之間，或者還裝有手動(dòng)或自動(dòng)時(shí)間程序調(diào)節(jié)的旁路節(jié)流-截止 閥，構(gòu)成帶旁路節(jié)流離合功能的揉動(dòng)式液壓減速器或揉動(dòng)式液壓增速器傳動(dòng)裝置。

本發(fā)明方法的第八號(hào)用途屬于液壓變扭器傳動(dòng)裝置，大部分應(yīng)用為減速增扭 器，少部分需求是增速器。這種裝置仍不過(guò)是將揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)同軸組裝的設(shè)計(jì)特征， 其結(jié)構(gòu)原理無(wú)需再重復(fù)，只有消除脈動(dòng)的設(shè)計(jì)值得重點(diǎn)說(shuō)明。由于系統(tǒng)慣性參數(shù)和 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的實(shí)際范圍與脈動(dòng)周期的差異較大，流量脈動(dòng)必須消除或者低損耗地 柔性吸納。消除指通過(guò)雙路錯(cuò)相合流互補(bǔ)抵消脈動(dòng)，柔性吸納是指通過(guò)高通濾波的 旁路來(lái)實(shí)現(xiàn)低通濾波。具體設(shè)計(jì)是連通一個(gè)帶彈性腔壁或界面的耐壓緩沖容器，例 如現(xiàn)有技術(shù)中廣泛采用的氮?dú)饽沂?a href='/zhuanli/list-21827-1.html' target='_blank'>蓄能器，就是一種響應(yīng)速度很快的緩沖器。

揉動(dòng)式液壓傳動(dòng)裝置的效果和應(yīng)用也需要重點(diǎn)說(shuō)明。自從瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)以 來(lái)，傳動(dòng)技術(shù)就一直伴隨著動(dòng)力機(jī)械的發(fā)展而發(fā)展，伴隨著機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)步。 傳動(dòng)系統(tǒng)的功能之演進(jìn)，工藝之精湛，確實(shí)令人嘆為觀止。但這里主要指的是機(jī)械 傳動(dòng)，或者是伴隨許多其他功能的電力傳動(dòng)。在液壓傳動(dòng)領(lǐng)域，除了將轉(zhuǎn)動(dòng)化為平 動(dòng)的液壓缸用得恰到好處以外，轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的液壓系統(tǒng)一直發(fā)展得不好，其瓶頸就是 效率，而效率低的瓶頸就在于轉(zhuǎn)動(dòng)變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式。

轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的液壓傳動(dòng)如果效率指標(biāo)經(jīng)濟(jì)，哪怕是比機(jī)械傳動(dòng)稍微低一點(diǎn)，其巨 大的優(yōu)勢(shì)就會(huì)立即顯現(xiàn)出來(lái)。因?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)實(shí)在不好，減速器的一級(jí)齒輪減速最大 減速比為4，減速比大時(shí)需要多級(jí)串聯(lián)。一級(jí)傳動(dòng)需要一對(duì)齒輪副，增加2個(gè)軸承。 設(shè)軸承的效率為98％，齒輪副效率為97％，則一級(jí)減速效率＝98％×97％＝95％， 二級(jí)齒輪減速就只有90％了。例如汽車傳動(dòng)鏈，離合器、多級(jí)齒輪的變速箱、萬(wàn)向 節(jié)、差速器、分動(dòng)器等，估計(jì)全鏈效率在70％以下。這就被認(rèn)為是高的和難于取代 的。盡管其形位精度要求高，設(shè)計(jì)制造安裝難度大，整體成本很高，且故障率也不 算低，但一直沿用至今。轉(zhuǎn)動(dòng)輸出的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性是人人都可以理解的， 但液壓傳動(dòng)汽車一直未能過(guò)關(guān)，主要還是因?yàn)樾势款i的制約。

本發(fā)明的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ那笆龈咝匦?，有望解決這一瓶頸，其理論效率在80 ％以上，其成本將只有機(jī)械傳動(dòng)的若干分之一。而且其設(shè)計(jì)安裝之簡(jiǎn)單性和靈活性 是無(wú)可比擬的，這是液壓系統(tǒng)的固有優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明用于汽車傳動(dòng)，除了發(fā)動(dòng)機(jī)和一 個(gè)變速減速離合一體裝置，底盤上將只需要裝幾個(gè)管卡子就成了，因?yàn)楸景l(fā)明的揉 動(dòng)式車輪還是接通管子就行的結(jié)構(gòu)，因而優(yōu)勢(shì)非常巨大。

汽車以外的傳動(dòng)應(yīng)用更是不勝枚舉。需要重點(diǎn)表述的是輪船的減速器。輪船螺 旋槳轉(zhuǎn)速很低，受葉輪機(jī)械的效率和線速度制約，越大轉(zhuǎn)速越低。由于該類減速器 的減速比限制，扭矩又特大，例如10000KW功率在ω＝10弧度/秒的轉(zhuǎn)速下，扭矩 為1000千牛頓米，因而減速器特別笨重。在軸徑達(dá)到幾百毫米的情況下，很難設(shè) 計(jì)多級(jí)齒輪減速器，其笨重和效率都是難于忍受的。因此，機(jī)械減速器構(gòu)成輪船推 進(jìn)系統(tǒng)的瓶頸。受此瓶頸制約，形成了獨(dú)特的低速船用柴油機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，大型船用柴油 機(jī)的轉(zhuǎn)速約為100轉(zhuǎn)/分左右，不采用減速器。低速柴油機(jī)的比功率指標(biāo)極低，效率 也低，很不經(jīng)濟(jì)。如果采用揉動(dòng)式液壓減速器，從6000轉(zhuǎn)/分變?yōu)?0轉(zhuǎn)/分的減速 一次完成，就可以采用高速的發(fā)動(dòng)機(jī)了，而且可以用更先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)代替。輪船 發(fā)動(dòng)機(jī)-傳動(dòng)-推進(jìn)技術(shù)的革新將是多方面的，揉動(dòng)技術(shù)在其間大有用武之地。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局牛河枚鄠€(gè)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成液壓泵，其 變壓容腔和等壓容腔均分別是揉腔密封線之前和之后的部分，其各入口均可以用手 動(dòng)或電動(dòng)截止閥啟閉控制。用多個(gè)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成液壓馬達(dá)，其變壓容腔和等壓 容腔分別是揉腔密封線之后和之前的部分，其各入口均可以用手動(dòng)或電動(dòng)截止閥啟 閉控制。入口被截止時(shí)，液壓泵之等壓容腔和液壓馬達(dá)之變壓容腔均處于真空狀態(tài) 而不工作。兩者的工作排量比因兩個(gè)二元控制矢量的實(shí)際取值的改變而改變，可能 的比值形成一個(gè)數(shù)列，按實(shí)際需求檔位規(guī)劃這個(gè)數(shù)列和設(shè)計(jì)兩者的容腔排量之組 成。將所有揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)同軸地聯(lián)動(dòng)安裝，所有變壓容腔作用于同一揉軸，組成一 體式變速器?；蛘?，液壓泵和液壓馬達(dá)是分體式的，各自與原動(dòng)機(jī)同軸和與被驅(qū)動(dòng) 機(jī)械同軸，加上消除脈動(dòng)或者柔性吸納流量脈動(dòng)的設(shè)計(jì)，組成分體式液壓變速器。 在高低壓管路之間，或者還裝有手動(dòng)或自動(dòng)時(shí)間程序調(diào)節(jié)的旁路節(jié)流-截止閥，組 成帶旁路節(jié)流離合的揉動(dòng)式液壓變速器，實(shí)際上用作集減速、變速、自動(dòng)離合功能 于一體的多功能變速器。

本發(fā)明方法的第九號(hào)用途極具新穎性，雖名為變速器，實(shí)際上是一種將傳動(dòng)鏈 所有問(wèn)題一體解決的多功能傳動(dòng)裝置。在結(jié)構(gòu)上，它仍不過(guò)是將揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)整體 或部分同軸組裝而成的裝置。這種傳動(dòng)裝置具有另外的控制設(shè)計(jì)上的要求，要想設(shè) 計(jì)得很好，還需要跨越系統(tǒng)規(guī)劃上的復(fù)雜性，上述的用途設(shè)計(jì)僅僅是基本的方案。 其中，液壓泵和液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和工作原理已無(wú)需再作說(shuō)明，只有泵和馬達(dá)均采用 多路可控同軸并聯(lián)運(yùn)行的特征才是構(gòu)成變速器的關(guān)鍵。其道理很簡(jiǎn)單，依據(jù)的是排 量和流量的疊加原理。泵的多路排量的可控組合形成排量的增減，產(chǎn)生流量的增減， 而馬達(dá)的多路排量的可控組合形成排量的增減。流量的增減和馬達(dá)排量的增減的組 合形成不同的變速比組合，因?yàn)樵诮o定的流量下，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是與排量成反比的。 最后的動(dòng)態(tài)范圍用最大速比和最小速比表示，兩者之比等于泵排量上下界之比與馬 達(dá)排量上下界之比的乘積，其間的檔位分布依賴于規(guī)劃和控制方案。作為一種有級(jí) 變速的裝置，盡管需要的檔位可能較多，例如汽車變速，通常在5個(gè)檔位以上，而 構(gòu)造5個(gè)以上的檔位，則只需2路排量的泵和馬達(dá)即有余地。

在結(jié)構(gòu)上，一體式和分體式是兩種不同的需求。一體式用于直接聯(lián)軸變速，其 輸入與動(dòng)力機(jī)聯(lián)軸，其輸出與負(fù)載機(jī)聯(lián)軸，輸入輸出是同軸的機(jī)械功率，通過(guò)變速 器改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。分體式的泵與動(dòng)力機(jī)聯(lián)軸，將輸入機(jī)械功率變?yōu)椴煌髁亢筒?同壓力的液壓功率，通過(guò)管路輸送到另一個(gè)不同的幾何位置。分體式的馬達(dá)與負(fù)載 機(jī)械同軸，接受液壓功率并轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率輸出。其間的一個(gè)重要問(wèn)題是脈動(dòng)問(wèn)題。 一體式可以同步脈動(dòng)，不造成危害。分體式不可能同步脈動(dòng)，流量脈動(dòng)所造成的響 應(yīng)速度沖突會(huì)導(dǎo)致停機(jī)或機(jī)器損壞，因而消除或吸納脈動(dòng)的設(shè)計(jì)就成為必要。最簡(jiǎn) 單的設(shè)計(jì)是在高低壓管路上均連通一個(gè)緩沖容器例如電控氮?dú)夤迊?lái)濾波，進(jìn)一步的 設(shè)計(jì)可以是容腔錯(cuò)180度相位并聯(lián)，或者兩者都用。

揉動(dòng)式液壓變速器是集減速、變速、自動(dòng)離合功能于一體的多功能變速器，機(jī) 械傳動(dòng)鏈的離合、變速、減速是不同的環(huán)節(jié)。兩者在效率、成本、故障率、壽命和 安裝結(jié)構(gòu)方便度上的差別非常大。

揉動(dòng)式液壓變速器效率高，成本低，其分體式設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單方便，因而特別適 合于在汽車、火車、輪船等交通工具中使用，大有利于降低這些設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，對(duì)整機(jī)成本的影響很大，包括設(shè)計(jì)制造成本，也包括構(gòu)成運(yùn)行成本主 體部分的能源消耗成本，還大有利于環(huán)境保護(hù)，因而值得推廣。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局河萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成揉動(dòng)式計(jì)量泵裝 置，包括增壓型和常壓型兩類，用于流體體積流量的直讀檢測(cè)、傳感和積分，或者 通過(guò)穩(wěn)定和檢測(cè)其他參數(shù)進(jìn)行函數(shù)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)施質(zhì)量流量的直讀檢測(cè)、傳感和積分， 所有宗參量均取穩(wěn)定端的數(shù)值。其中，增壓型揉動(dòng)式計(jì)量泵或者是兼具計(jì)量功能的、 能承載很大軸功率的流體加壓泵，或者是以計(jì)量和控制為主的流體增壓泵，其增壓 幅度僅在于自適應(yīng)輸出端的壓力變化，兩者的變壓容腔和等壓容腔均分別是揉腔密 封線之后和之前的部分。而常壓輸出型揉動(dòng)式計(jì)量器則或者是泵，或者是馬達(dá)，后 者的變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之后和之前的部分。

揉動(dòng)式流體計(jì)量泵的主體部分是揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單應(yīng)用，其機(jī)構(gòu)和原理均無(wú) 需贅述。作為計(jì)量裝置，其計(jì)量信息采樣和顯示裝置依據(jù)應(yīng)用的不同可以有不同的 設(shè)計(jì)，可能包括轉(zhuǎn)速顯示和傳感、轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)的顯示和數(shù)字化傳輸、量程與排量設(shè)計(jì)、 以及壓力-溫度-比容穩(wěn)定控制或函數(shù)補(bǔ)償計(jì)算等等。

揉動(dòng)式計(jì)量泵包括非增壓型和增壓型，前者包括常壓型。非增壓型或者常壓型 的功能僅僅是計(jì)量，其用途主要是工業(yè)過(guò)程控制中的流態(tài)顯示和控制。其另一類用 途是流體的商業(yè)計(jì)量。例如，一種用于供熱計(jì)量的揉動(dòng)式熱表，通過(guò)轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)得到 供熱流體的體積，然后按公式(熱能＝轉(zhuǎn)數(shù)×排量×密度×溫差×比熱)計(jì)算供熱 量的累計(jì)值和變率(實(shí)時(shí)功率)，還需要顯示和定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到收費(fèi)管理點(diǎn)，等等。 計(jì)算、顯示和通信通過(guò)單片機(jī)來(lái)執(zhí)行。

計(jì)量與增壓可以功能合一是揉動(dòng)式計(jì)量泵的一個(gè)特別的優(yōu)勢(shì)，而同軸聯(lián)動(dòng)同步 同比的特性又是其另一特別的優(yōu)勢(shì)，兩大優(yōu)勢(shì)擴(kuò)大了其在許多技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范 圍。下文將要進(jìn)一步說(shuō)明的計(jì)量增壓泵和多路流體配流泵，前者又特別地包括計(jì)量 空壓機(jī)和等溫壓縮計(jì)量空壓機(jī)等，就是基于功能擴(kuò)展鏈的用途設(shè)計(jì)。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局唬河弥辽賰蓚€(gè)揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成的、 流道獨(dú)立的、排量比按所需求的質(zhì)量流量比換算確定的揉動(dòng)式計(jì)量泵組件，將所有 揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)同軸地聯(lián)動(dòng)安裝，所有變壓容腔作用于同一揉軸，組成揉動(dòng)式定比配 流泵，包括增壓型揉動(dòng)式定比配流泵和常壓型揉動(dòng)式定比配流器。前者如由揉動(dòng)式 壓氣機(jī)組件和揉動(dòng)式燃料增壓泵組件直接同軸聯(lián)動(dòng)安裝的內(nèi)燃機(jī)固定空燃比配流 增壓泵等，其揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)的變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之后和之前的 部分。而后者的力學(xué)機(jī)制則或者與前者相同，或者包含減壓馬達(dá)組件而無(wú)需另外的 軸動(dòng)力。包含有如常壓燃燒之壓力燃油計(jì)量馬達(dá)組件和常壓燃燒之壓力燃?xì)庥?jì)量馬 達(dá)組件者，組件的變壓容腔和等壓容腔分別是揉腔密封線之前和之后的部分，能輸 出自適應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力矩來(lái)驅(qū)動(dòng)另外的組件。將兩類揉動(dòng)式定比配流裝置作為新技術(shù)組 件，為實(shí)現(xiàn)高效和環(huán)保之目標(biāo)，應(yīng)用于熱動(dòng)力機(jī)械、熱能工程、化工過(guò)程中。在包 含減壓組件的揉動(dòng)式定比配流器中，燃?xì)庠疃ū扰淞髌魇菍ｉT為高效環(huán)保灶具設(shè)計(jì) 的關(guān)鍵部件。

揉動(dòng)式流體計(jì)量泵、揉動(dòng)式計(jì)量增壓泵的同軸聯(lián)動(dòng)組合，產(chǎn)生了同步同比的控 制特征和效果，因而形成了對(duì)多種流體的流量進(jìn)行實(shí)時(shí)比例控制的流體配流泵、流 體增壓配流泵的技術(shù)空間。預(yù)計(jì)許多工業(yè)領(lǐng)域?qū)@種類型的控制需求很旺，據(jù)以設(shè) 計(jì)了本發(fā)明方法的第十一項(xiàng)用途。其中，揉動(dòng)式定比配流泵，包括增壓型的定比配 流泵和常壓型定比配流器，特別是由揉動(dòng)式壓氣機(jī)和揉動(dòng)式燃料增壓泵組裝的內(nèi)燃 機(jī)定比配流增壓泵等的功能是高度創(chuàng)新的，目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域在于化工、能源和動(dòng)力機(jī) 械。內(nèi)燃機(jī)定比配流增壓泵、內(nèi)燃機(jī)定比配流等溫壓縮增壓泵是為內(nèi)燃機(jī)量體裁衣 地設(shè)計(jì)的新部件，旨在造出最先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)。而燃?xì)庠疃ū扰淞髌鲃t是家用燃?xì)庠?節(jié)能改造的必要附件。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局河萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成揉動(dòng)式隨機(jī)能 流利用系統(tǒng)，例如揉動(dòng)式家用飲水蒸餾凈化系統(tǒng)、揉動(dòng)式水力積分儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)、 揉動(dòng)式高適應(yīng)性風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等。該類系統(tǒng)中有一個(gè)或多個(gè)將隨機(jī)能流實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)化 為機(jī)械軸功率的組件，或者為風(fēng)力葉輪，包括高適應(yīng)性風(fēng)力葉輪，或者為壓差驅(qū)動(dòng) 的揉動(dòng)式液力馬達(dá)。將動(dòng)力組件分布式地安裝于能取得隨機(jī)能流的位置，每個(gè)動(dòng)力 組件均與一個(gè)揉動(dòng)式氣泵同軸地組裝為一體。該氣泵或者為揉動(dòng)式真空泵，或者為 揉動(dòng)式空壓機(jī)。前者通過(guò)管道連接真空工藝負(fù)載，例如與安裝于自來(lái)水管中的揉動(dòng) 式馬達(dá)同軸聯(lián)動(dòng)的家用飲用水蒸餾凈化系統(tǒng)的揉動(dòng)式真空泵，即是就地連通于蒸餾 冷凝器以抽取凈水和不凝性氣體二相流的。揉動(dòng)式空壓機(jī)則通過(guò)管道連通于壓縮空 氣儲(chǔ)存罐，該罐積分、匯集和儲(chǔ)存壓縮能，以便需要使用時(shí)集中使用，例如帶動(dòng)機(jī) 器，或者用于發(fā)電。使用設(shè)備是揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)，其輸入管路中或者還裝有熱泵換 熱器，以利用隨機(jī)分布的低溫?zé)崮堋Ｈ鄤?dòng)式水力積分儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)和揉動(dòng)式高適應(yīng) 性風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)是數(shù)控勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，其啟停和運(yùn)行勵(lì)磁強(qiáng)度均由計(jì)算機(jī)控 制，聯(lián)網(wǎng)發(fā)電的啟停和勵(lì)磁控制按空壓機(jī)出力最大原則優(yōu)化調(diào)度，調(diào)度軟件寫在數(shù) 控單片機(jī)中。將揉動(dòng)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)插入配套的外燃升溫工序，組成風(fēng)力-外燃火 力無(wú)水發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)由分布式布設(shè)的風(fēng)力葉輪-揉動(dòng)式空壓機(jī)、匯流管和儲(chǔ)氣 罐、可控逆流換熱外燃增溫室、揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)或透平機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，亦采用計(jì) 算機(jī)進(jìn)行調(diào)度控制，具有很高的聯(lián)合效率，發(fā)電成本很低。

揉動(dòng)式隨機(jī)能流利用系統(tǒng)是一種嵌入環(huán)境的綠色能源系統(tǒng)。專門采集具有時(shí)空 隨機(jī)性的環(huán)境中的分布式流體能源，主要是液體壓力能、水能和風(fēng)能。首先通過(guò)揉 動(dòng)式變壓機(jī)械轉(zhuǎn)化為容器中的氣體壓力能，經(jīng)容器的積分儲(chǔ)存，再通過(guò)揉動(dòng)式氣動(dòng) 馬達(dá)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或者再發(fā)電。積分儲(chǔ)存和運(yùn)行的調(diào)度提供了機(jī)會(huì)，使能夠嵌入成 本最低化的系統(tǒng)配置和系統(tǒng)出力最大化的實(shí)時(shí)控制。

揉動(dòng)式隨機(jī)能流利用系統(tǒng)包括兩個(gè)環(huán)節(jié)——采集轉(zhuǎn)化、處理利用。

采集轉(zhuǎn)化具有實(shí)時(shí)性，就地值守的采集設(shè)備在能流一旦出現(xiàn)時(shí)立即運(yùn)行，輸出 機(jī)械軸功率。液體壓力能、水能和風(fēng)能的采集設(shè)備分別為揉動(dòng)式液壓馬達(dá)、揉動(dòng)式 水力發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力葉輪或高適應(yīng)性風(fēng)力葉輪。與之同軸聯(lián)動(dòng)的空壓機(jī)(或真空泵) 將獲得的軸功率高效地轉(zhuǎn)化為壓縮能(或真空能)，經(jīng)管道輸出。

處理利用分為兩種方式——高適應(yīng)性實(shí)時(shí)利用、積分儲(chǔ)存經(jīng)濟(jì)性利用。

高適應(yīng)性實(shí)時(shí)利用的實(shí)例就是揉動(dòng)式家用飲水蒸餾凈化系統(tǒng)，利用自來(lái)水隨機(jī) 發(fā)生的用水流動(dòng)來(lái)推動(dòng)揉動(dòng)式液壓馬達(dá)，同軸驅(qū)動(dòng)二相流真空泵，同時(shí)抽出凈水和 不凝性氣體，具有自適應(yīng)性和功率及能量的數(shù)量匹配性，特別地經(jīng)濟(jì)。

積分儲(chǔ)存經(jīng)濟(jì)性利用的實(shí)例是揉動(dòng)式水力積分儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)和揉動(dòng)式高適應(yīng) 性風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。一處或分布式多處壓縮空氣經(jīng)管道匯入儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存，在最優(yōu)調(diào)度 方案控制下，通過(guò)揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)-發(fā)電機(jī)機(jī)組發(fā)電，因而是一種具有高度經(jīng)濟(jì)性 的調(diào)度行為和控制行為。需要時(shí)再用和集中起來(lái)使用的策略，濾除了時(shí)間隨機(jī)性和 空間分散性的不利因素，滿足了人的需要。另一方面，利用調(diào)度又能為控制壓力從 而使采集轉(zhuǎn)化之出力實(shí)現(xiàn)最大化提供控制機(jī)制。這是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)制，而勵(lì)磁 控制則僅僅是為了實(shí)現(xiàn)電參數(shù)的規(guī)范接口。整個(gè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)出力和成本的最優(yōu)化， 較之分布式單機(jī)單發(fā)的設(shè)備，初步論證指標(biāo)成倍提高。

在上述系統(tǒng)中，揉動(dòng)式空氣壓縮機(jī)的輸出壓力就是儲(chǔ)氣罐的壓力，該壓力決定 采集設(shè)備負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的發(fā)電調(diào)度，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩隨風(fēng)力而改 變，微風(fēng)時(shí)也工作，大風(fēng)時(shí)多出力。另外，揉動(dòng)式空氣壓縮機(jī)及其管路具有良好的 冷卻能力，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫升的多變壓縮，壓縮效率很高。

在揉動(dòng)式水力積分儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)中，能流采集轉(zhuǎn)化設(shè)備是揉動(dòng)式水力馬達(dá)-空 氣壓縮機(jī)組，利用高落差小流量水力或低落差大流量水力工作，稱為水力積分空壓 機(jī)。其結(jié)構(gòu)是一個(gè)排量合適的揉動(dòng)式水力馬達(dá)同軸組合一個(gè)排量合適的揉動(dòng)式空氣 壓縮機(jī)，構(gòu)成一體化機(jī)組。該機(jī)組或者還裝有一個(gè)自動(dòng)減荷調(diào)節(jié)裝置，由轉(zhuǎn)動(dòng)傳感 器、入口節(jié)流閥組成。當(dāng)轉(zhuǎn)速低或停轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)地逐步加大節(jié)流阻力使負(fù)載減小， 反之逆序調(diào)節(jié)，使壓縮機(jī)盡可能高速運(yùn)轉(zhuǎn)和保持運(yùn)轉(zhuǎn)。其運(yùn)行不等式為輸入比能與 設(shè)計(jì)排量及效率的乘積大于所要求的輸出比能與設(shè)計(jì)質(zhì)量排量的乘積。

水力積分空壓機(jī)的效率可以高達(dá)80％左右，允許輸入水功率的隨機(jī)波動(dòng)，水量 很小時(shí)也能運(yùn)行。水力積分空壓機(jī)低速運(yùn)行時(shí)本身是良好的冷卻器，高速運(yùn)行時(shí)采 用進(jìn)氣噴霧、揉腔噴霧等冷卻法，可以實(shí)現(xiàn)等溫或低溫升壓縮。其送氣管道是良好 的冷卻器，經(jīng)其冷卻后在儲(chǔ)氣罐中沒(méi)有壓力能損失。其集中使用端采用揉動(dòng)式氣動(dòng) 馬達(dá)。氣動(dòng)馬達(dá)的入管中串接太陽(yáng)能加熱器、煤爐加熱器等設(shè)備，馬達(dá)按絕熱等熵 方程膨脹，可以將低溫?zé)犴槺戕D(zhuǎn)化為機(jī)械功，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的利用率和效率， 這是壓縮能的利用優(yōu)勢(shì)。揉動(dòng)式水力積分空壓機(jī)利用靜壓勢(shì)能工作，具有高效率和 高適應(yīng)性的特點(diǎn)，特別適合于利用廣布于山區(qū)的微小水力水能資源，用來(lái)收集、儲(chǔ) 存和集中使用這種能源?？梢杂啥嗯_(tái)這種設(shè)備組成一個(gè)動(dòng)力網(wǎng)，用于農(nóng)產(chǎn)品加工、 農(nóng)村照明和向電網(wǎng)饋送調(diào)峰電力等目的。

揉動(dòng)式高適應(yīng)性風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的葉輪帶同軸揉動(dòng)式空壓機(jī)，分布式多機(jī)組網(wǎng)， 匯集于一個(gè)儲(chǔ)氣罐。在輸出壓力智能調(diào)度的條件下，空壓機(jī)能夠獲得最大出力。如 采用葉片角度可變的高適應(yīng)性葉輪，則風(fēng)力適應(yīng)范圍大為擴(kuò)大，不但出力成倍增加， 而且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的湍流噪聲大為減小，抗狂風(fēng)吹毀的能力也增強(qiáng)?，F(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電 效率太低，千瓦成本太高，而且湍流噪聲擾民，這是荷德美等國(guó)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

揉動(dòng)式高適應(yīng)性風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)適合于山頂裝機(jī)，山下發(fā)電，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量裝 機(jī)。據(jù)估計(jì)，大容量系統(tǒng)的千瓦成本約為現(xiàn)有技術(shù)的三分之一。

將揉動(dòng)式高適應(yīng)性風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)插入一道類似火力發(fā)電前程之鍋爐的外燃換 熱工序，就能構(gòu)成經(jīng)濟(jì)的風(fēng)力-外燃火力聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)發(fā)電系統(tǒng)是無(wú)水系 統(tǒng)，但其中麻煩而昂貴的一道工序是空氣壓縮。通過(guò)風(fēng)力獲得的壓縮空氣工質(zhì)直接 帶氣動(dòng)馬達(dá)輸出其不大的比能廉價(jià)用掉未免可惜。將上述揉動(dòng)式高適應(yīng)性風(fēng)力發(fā)電 系統(tǒng)插入外燃升溫工序，組成風(fēng)力-外燃火力無(wú)水發(fā)電系統(tǒng)，亦采用計(jì)算機(jī)對(duì)聯(lián)合 系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度控制，就能使風(fēng)力火力互相借助，相得益彰。該系統(tǒng)的壓縮空氣的最 高壓力在設(shè)計(jì)壓縮機(jī)時(shí)做成幾兆帕也不受限制，這就能高于內(nèi)燃機(jī)的需求，運(yùn)行時(shí) 可在限度內(nèi)根據(jù)風(fēng)力調(diào)度。外燃增溫室不是鍋爐，不用水，可以燃燒農(nóng)作物秸稈或 者煤炭，采用逆流換熱器，煙氣溫度可以降得很低，傳熱效率很高。加熱溫度依壓 力而變，以根據(jù)絕熱膨脹方程降壓到1個(gè)大氣壓時(shí)出口溫度等于氣溫為準(zhǔn)。這時(shí)， 輸入的熱能全部轉(zhuǎn)化成為機(jī)械功，即系統(tǒng)內(nèi)的熱循環(huán)效率可以達(dá)到100％(按換熱 器傳入熱量計(jì)算，并忽略少量機(jī)械損耗)，而風(fēng)力的效率也不降。該系統(tǒng)具有很高 的聯(lián)合效率，發(fā)電成本很低。較之單獨(dú)的火電、風(fēng)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有最高的經(jīng)濟(jì) 性和環(huán)保性，值得大力發(fā)展。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局河眯嘧內(nèi)輽C(jī)構(gòu)組成殼體旋轉(zhuǎn)的容 積式流體機(jī)械，包括殼體旋轉(zhuǎn)的旋揉變?nèi)菔絼?dòng)力機(jī)械或部件和殼體旋轉(zhuǎn)的旋揉變?nèi)?式做功機(jī)械或部件。前者如轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)輧?nèi)燃機(jī)和轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)輾鈩?dòng)馬達(dá)等， 其轉(zhuǎn)缸或者就是負(fù)載機(jī)械的外轉(zhuǎn)子，例如切巖或鋸木用輪鋸等。后者如轉(zhuǎn)缸式旋揉 變?nèi)輭嚎s機(jī)、轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)菡婵毡?、轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)荻嗔鞅?、轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)?二相流真空泵、液壓旋揉車輪等。其中液壓旋揉車輪或者被用作高效和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的 汽車、火車、拖拉機(jī)和工程機(jī)械的車輪。詳察之，殼體旋轉(zhuǎn)的旋揉變?nèi)菔絼?dòng)力機(jī)械 的變壓容腔和等壓容腔分別位于揉腔密封線之后和之前。其中，轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)輧?nèi) 燃機(jī)以旋揉變?nèi)輽C(jī)構(gòu)為主體，配以定容吸熱脈沖燃燒室及空氣壓縮、燃料加壓、空 氣和燃料正時(shí)噴射等部件組成。燃燒室置于揉輪內(nèi)部，其入口位于揉輪端面，與空 氣和燃料噴口在噴射時(shí)瞬間連通。其出口在隔板一側(cè)與變壓容腔入口連通。等壓容 腔出口與隔板另一側(cè)之開(kāi)口連通，經(jīng)揉輪內(nèi)部流道穿越曲軸端部軸管與排氣管連 通。轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)輾鈩?dòng)馬達(dá)之變壓容腔入口和等壓容腔出口位于隔板兩側(cè)之揉輪 柱面上，前者經(jīng)揉輪內(nèi)部流道和揉輪端面開(kāi)口與入管在一個(gè)恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間窗內(nèi)連通， 后者經(jīng)揉輪內(nèi)部流道和曲軸之端軸軸管與出管連通。殼體旋轉(zhuǎn)的旋揉變?nèi)葑龉C(jī)械 的變壓容腔和等壓容腔分別位于揉腔密封線之前和之后，前者出口和后者入口位于 隔板兩側(cè)，經(jīng)揉輪內(nèi)部流道和曲軸兩端軸管分別與出管和入管連通。氣動(dòng)馬達(dá)和液 壓旋揉車輪還包括雙容腔錯(cuò)180度并聯(lián)的結(jié)構(gòu)以消除死點(diǎn)和脈動(dòng)。

構(gòu)成本發(fā)明用途之十三的設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)龐大的體系，幾乎能組成全部的功 能轉(zhuǎn)換機(jī)械和大部分的傳動(dòng)機(jī)械，特別是高速機(jī)械。這種設(shè)計(jì)之所以用途廣，是由 于旋揉變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式具有特別的優(yōu)勢(shì)，其揉腔旋轉(zhuǎn)而揉軸靜止的特點(diǎn)恰為許多機(jī)械 的運(yùn)行方式所需，如果采用揉腔靜止的揉動(dòng)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)、約束和傳動(dòng)的代價(jià)要高， 這種設(shè)計(jì)正是這類需求的產(chǎn)物。在所有可以實(shí)現(xiàn)的機(jī)型中，尤以轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)輧?nèi) 燃機(jī)和液壓旋揉車輪的應(yīng)用前景最為廣闊。

旋揉變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式的最大好處就是不存在動(dòng)平衡問(wèn)題。如前所述，由于揉動(dòng)量 矩減小2個(gè)數(shù)量級(jí)，相對(duì)于偏心輪掃膛類轉(zhuǎn)動(dòng)變?nèi)莘绞剑鄤?dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平衡問(wèn)題已 經(jīng)有數(shù)量級(jí)上的緩解。但高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，仍必須做曲軸和揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)對(duì)稱的平衡設(shè) 計(jì)，以實(shí)現(xiàn)揉動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平衡。但在旋揉運(yùn)動(dòng)方式中，剛性連接隨動(dòng)隔板的揉腔體 可以簡(jiǎn)單地做成一個(gè)動(dòng)平衡體，揉輪可以做成一個(gè)動(dòng)平衡體，曲軸是靜止的，不需 平衡，因而全部動(dòng)平衡問(wèn)題都可獲得簡(jiǎn)單的解決。

可以舉例說(shuō)明旋揉變?nèi)葸\(yùn)動(dòng)方式的另外一些好處。具有明顯優(yōu)勢(shì)的特性還有： 轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)輭嚎s機(jī)的冷卻特性好，另外的風(fēng)扇類結(jié)構(gòu)將成為不必要。用作熱泵 壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)缸式旋揉變?nèi)荻嗔鞅玫霓D(zhuǎn)缸可以是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，能省去傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，而 且整體上特別緊湊，等等。

最需要強(qiáng)調(diào)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的是液壓旋揉車輪。這種車輪的軸是靜止的，與底盤的承 載連接或者轉(zhuǎn)向連接都很簡(jiǎn)單?，F(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)車軸的懸掛承重方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn) 向機(jī)構(gòu)組合不便。全驅(qū)動(dòng)的越野車之所以昂貴，其原因就在于此。液壓旋揉車輪的 裝配和驅(qū)動(dòng)方式使得，實(shí)現(xiàn)汽車的全驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)不過(guò)就是全部使用這種車輪的選擇。 分體式的自動(dòng)離合減速變速器的泵與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸和一體化，而馬達(dá)就是車輪。這樣， 汽車底盤上的傳動(dòng)裝置就只剩下在車架上固定幾個(gè)車輪的并聯(lián)液壓管路而已，其成 本幾乎可予忽略。無(wú)閘無(wú)熱的制動(dòng)功能也可合并于液壓變速裝置中，底盤將只考慮 懸掛和轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)將大為簡(jiǎn)化。這種汽車的分動(dòng)、差動(dòng)特性也特別好。

液壓旋揉車輪按如此結(jié)構(gòu)方式用在火車上，并實(shí)現(xiàn)所有車輪的全驅(qū)動(dòng)和全液壓 無(wú)剎車熱的制動(dòng)，則機(jī)車將可以不用，列車可改為各帶小型揉動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)的車箱單 元的編組。相應(yīng)地，鐵路的坡度將能由目前的不到20‰提高到20％，長(zhǎng)距離下坡 制動(dòng)的燒瓦危險(xiǎn)性也不再存在。鐵路能上山下坡以后，不能修鐵路的地形也能修了， 大量的橋梁和隧道將成為不必要，余下的橋梁強(qiáng)度也將依據(jù)單元車箱來(lái)計(jì)算而不是 依據(jù)機(jī)車來(lái)計(jì)算。倘如此，鐵路的建造成本將至少減半，技術(shù)改造的狂飚或?qū)⒋祦?lái)。 綜上所述，僅只液壓旋揉車輪的專項(xiàng)用途設(shè)計(jì)，將有可能能改變汽車交通和鐵路交 通的面貌。這種車輪于其他車輛的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也無(wú)疑是巨大的。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局模河萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成揉動(dòng)式二相流 熱泵壓縮機(jī)，并構(gòu)成熱泵系統(tǒng)，例如揉動(dòng)式二相流冰箱壓縮機(jī)、揉動(dòng)式二相流空調(diào) 壓縮機(jī)、揉動(dòng)式二相流冷庫(kù)壓縮機(jī)、揉動(dòng)式二相流熱泵熱水器壓縮機(jī)等具體應(yīng)用機(jī) 型，分別用于冰箱制冷、空調(diào)機(jī)制冷或冷熱兩用、冷庫(kù)制冷、以及積分儲(chǔ)熱型熱水 器從太陽(yáng)曬板或環(huán)境換熱器泵熱等，并構(gòu)成相應(yīng)的整機(jī)。這類熱泵壓縮機(jī)主要是一 個(gè)揉動(dòng)式二相流壓縮機(jī)，還同軸聯(lián)動(dòng)地帶一個(gè)揉動(dòng)式反饋馬達(dá)，后者用于代替節(jié)流 管降壓，用以回收壓力能使主軸減功并避免產(chǎn)生節(jié)流摩擦熱。在系統(tǒng)或整機(jī)中，制 冷制熱劑全程呈氣液二相混合態(tài)，經(jīng)歷4個(gè)過(guò)程完成封閉循環(huán)：低溫低壓高氣液比 二相流在壓縮機(jī)中增溫增壓的絕熱壓縮過(guò)程、高溫高壓高氣液比二相流在高溫冷凝 器中基本等溫等壓放熱的冷凝過(guò)程、高溫高壓低氣液比二相流在反饋馬達(dá)中降溫降 壓的絕熱釋能過(guò)程、低溫低壓低氣液比二相流在低溫蒸發(fā)器中基本等溫等壓的吸熱 蒸發(fā)過(guò)程。蒸發(fā)器采用降高程重力流布設(shè)，或者還加設(shè)若干階梯微液封，液封起吹 泡作用，液流跌落和吹泡能增加內(nèi)部擾動(dòng)和對(duì)流，并增加小曲率半徑凸形蒸發(fā)面發(fā) 生幾率，以形成過(guò)冷蒸氣型降溫蒸發(fā)機(jī)制。冷凝器采用升高程逆重力流布設(shè)，以產(chǎn) 生氣泡浮升機(jī)制，增加內(nèi)部氣液擾動(dòng)和對(duì)流，并增加小曲率半徑凹形冷凝面發(fā)生幾 率，以形成過(guò)熱蒸氣型升溫冷凝。液體在曲折降程跌落、氣體在曲折升程浮升分別 對(duì)另一物相工質(zhì)起機(jī)械攪拌作用，以強(qiáng)化橫向換熱。在縱向，液體跌落和氣泡浮升 均形成重力熱管效應(yīng)，用以消除流程溫差。其中，液體作為高熱導(dǎo)介質(zhì)，互攪拌中 在二相流內(nèi)部及與管壁間起橫向換熱的強(qiáng)載流子作用。攪拌和熱管效應(yīng)使換熱溫差 顯著降低。另外，液體在壓縮機(jī)和馬達(dá)中還起潤(rùn)滑和密封作用，泄漏損耗幾乎降為 0。壓縮機(jī)或者采用轉(zhuǎn)動(dòng)的旋揉方式，以電機(jī)轉(zhuǎn)子作揉腔體，與電機(jī)整體封閉，無(wú) 需傳動(dòng)部件，使結(jié)構(gòu)變得緊湊。利用揉動(dòng)式二相流熱泵壓縮機(jī)組成太陽(yáng)能凈水器和 凈水-熱水器，其節(jié)能效果特別顯著。

將壓縮機(jī)用于二相流，并且其工質(zhì)氣液比在0～100％之間可任意，這是本發(fā)明 特有的功能特性。這種特性用途很廣，二相流熱泵壓縮機(jī)僅是其中一例。此例設(shè)計(jì) 為冰箱、空調(diào)、冷庫(kù)壓縮機(jī)及其熱泵系統(tǒng)提供了全新的方案。

在現(xiàn)有技術(shù)中，二相流直接進(jìn)壓縮機(jī)是不可想象的。對(duì)于自然存在的二相流體， 例如含有低沸點(diǎn)組分的石油以及含油和水的天然氣，在加壓之前要進(jìn)行嚴(yán)格的氣液 分離。液體不能進(jìn)壓縮機(jī)，往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)了液體會(huì)導(dǎo)致死機(jī)或水錘損壞，蝸輪式 壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，亞毫米級(jí)的水珠都會(huì)損壞葉片。燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的噴霧冷卻技術(shù)要 求將霧珠控制在微米級(jí)，因而必須用200度左右的高壓熱水噴射，冷卻水因此而帶 進(jìn)大量顯熱?？梢?jiàn)，二相流加壓在現(xiàn)有技術(shù)中是一道難題。

二相流壓縮在本發(fā)明中不但不是難題，反而是可以靈活使用的增效手段。所述 設(shè)計(jì)中加入的增效措施，如非節(jié)流降壓、流體自攪拌、沿途熱管效應(yīng)降溫差、過(guò)冷 蒸氣型降溫蒸發(fā)、過(guò)熱蒸氣型升溫冷凝、液相密封等，全都是以二相流循環(huán)為前提 的。它們的增效機(jī)制和效果分別說(shuō)明如下：

1、非節(jié)流降壓，是指將傳統(tǒng)的節(jié)流管摩擦降壓改成推動(dòng)馬達(dá)做功降壓，不但 回收壓力能減小軸功，還避免了抵消機(jī)器目標(biāo)功能的節(jié)流摩擦熱，一舉兩得。

2、流體自攪拌和沿途熱管效應(yīng)降溫差，此設(shè)計(jì)效果非常顯著。前者沖擊導(dǎo)熱 性差的層流，形成導(dǎo)熱良好的紊流，能使橫向溫差減小到若干分之一。后者使縱向 溫差減小到若干分之一甚至消除?，F(xiàn)有技術(shù)的單邊縱向溫差可能達(dá)到十幾度，縱向 溫差是主要的工藝溫差，即內(nèi)溫差。熱泵的制冷系數(shù)與總溫差成反比，非常敏感。 例如，一臺(tái)低溫為273K、制冷系數(shù)4.55的熱泵，按卡諾公式計(jì)算，其總溫差為60 度。設(shè)其外溫差為20度(如空調(diào))，則總內(nèi)溫差為40度。如將內(nèi)溫差降3/4，即 降為10度(單邊各5度)，則總溫差將變?yōu)?0度，其制冷系數(shù)將增為9.1，同樣 的外溫差和同樣的制冷功率，其電耗將減少50％。

3、過(guò)冷蒸氣型降溫蒸發(fā)和過(guò)熱蒸氣型升溫冷凝，其效果也非常顯著。過(guò)冷蒸 發(fā)和過(guò)熱冷凝的設(shè)計(jì)，是基于相變物理的分子力學(xué)模型的技術(shù)，可以直觀理解為低 于沸點(diǎn)蒸發(fā)和高于沸點(diǎn)冷凝。該技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于產(chǎn)生凸蒸發(fā)面和凹冷凝面，并使 其曲率半徑盡量小。在二相流的流態(tài)設(shè)計(jì)中，采用蒸發(fā)流程重力流向加階梯微液封 和冷凝流程逆重力流向，就可以增大目標(biāo)條件的發(fā)生概率，這種設(shè)計(jì)能夠產(chǎn)生一種 有相變負(fù)溫差傳熱的效果。仍按上例所舉數(shù)據(jù)來(lái)估算，假設(shè)兩者各產(chǎn)生-5度的變 溫增益，合計(jì)產(chǎn)生-10度溫差，則內(nèi)溫差將變?yōu)?度，機(jī)器的總溫差將變?yōu)?0度。 制冷系數(shù)將增至13.65，機(jī)器的功耗將減少67％。

上面的舉例估算雖沒(méi)考慮機(jī)械效率、容積效率等因素，但它們影響不大，所舉 數(shù)據(jù)也比較符合理論和實(shí)踐的范圍。結(jié)論是：揉動(dòng)式二相流熱泵系統(tǒng)的變熱系數(shù)具 有翻一番以上的潛力，即同樣的制冷或制熱功率，功耗能降50％以上。這是令人難 以置信的，但卻是基于科學(xué)的發(fā)明所能夠提供的。

揉動(dòng)式二相流熱泵壓縮機(jī)另外的重要效果在于降低制造成本、延長(zhǎng)壽命和減小 噪聲。以成本為例，揉動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其是旋揉機(jī)構(gòu)，比現(xiàn)有技術(shù)之最新式的渦旋壓縮機(jī) 的結(jié)構(gòu)和工藝要求均要簡(jiǎn)單，因而具有制造成本上的優(yōu)勢(shì)。

揉動(dòng)式二相流熱泵壓縮機(jī)及其熱泵系統(tǒng)是一種前所未有的壓縮機(jī)和系統(tǒng)。所涉 及實(shí)例包括揉動(dòng)式二相流冰箱壓縮機(jī)、揉動(dòng)式二相流空調(diào)壓縮機(jī)、揉動(dòng)式二相流冷 庫(kù)壓縮機(jī)、揉動(dòng)式二相流熱泵熱水器壓縮機(jī)等應(yīng)用類型。這些機(jī)械已經(jīng)高度普及， 其裝備數(shù)量巨大。作為本發(fā)明獨(dú)具特色的用途之一，目標(biāo)就在于節(jié)能和環(huán)保。其積 極效果是多方面的，最主要的效果是能將制冷系數(shù)或變熱系數(shù)提高1倍左右，高目 標(biāo)溫度和小溫差熱泵提高的倍數(shù)更多。

利用揉動(dòng)式二相流熱泵熱水器壓縮機(jī)，還可以組成揉動(dòng)式自驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能凈水器 和凈水-熱水器。這是一種利用自來(lái)水的余壓(約200KPa)為機(jī)械動(dòng)力、利用太 陽(yáng)能為熱源的家用揉動(dòng)式多功能裝置。主要由揉動(dòng)式馬達(dá)-二相流泵-尾水泵組、 太陽(yáng)能曬板及空氣換熱器組成。串接于自來(lái)水管中的揉動(dòng)式水力馬達(dá)在用水時(shí)運(yùn) 轉(zhuǎn)，功率可達(dá)100W左右，日用200Kg水積分能量約40KJ左右。與其同軸的揉動(dòng) 式二相流泵專用于抽出全部蒸餾水和不凝性氣體以維持負(fù)壓，同軸之另一節(jié)微流量 泵同時(shí)抽出尾水匯合于熱水出口，日抽5Kg左右，以維持低水平離子濃度，總能量 足以開(kāi)銷。一個(gè)恒液位閥用于補(bǔ)充自來(lái)水以維持恒液位蒸發(fā)，太陽(yáng)能加熱管靠自然 對(duì)流對(duì)蒸餾裝置供50度左右的熱水，蒸汽在換熱器之殼程或管程中向下逆流冷凝 為蒸餾水，不凝性氣體聚集在蒸餾水表面附近，有利于排除。連通水動(dòng)馬達(dá)下游之 管道自動(dòng)補(bǔ)充冷凝水，其出口擴(kuò)張并經(jīng)擋板減速分散通到換熱器之管程或殼程之下 部，頂部引出熱水龍頭。在北緯45度，2平方米太陽(yáng)能板日均受熱約44000KJ，依 此數(shù)據(jù)為例，本裝置日生產(chǎn)蒸餾水約20Kg，可供一家飲用，而45度熱水之產(chǎn)能， 則在300Kg以上，可供一家全部使用熱水。此裝置生產(chǎn)和購(gòu)置成本并不高，運(yùn)行中 全部由環(huán)境中被廢棄不用之分布式能源驅(qū)動(dòng)，總擁有成本較低。飲用蒸餾水和全部 使用熱水可以提高人的生活質(zhì)量和健康水平，特別適合于水質(zhì)不好的地區(qū)使用，大 面積推廣可以降低對(duì)公共水源的質(zhì)量要求，利國(guó)利民。

前述的風(fēng)力-壓氣-發(fā)電系統(tǒng)、水力-壓氣-發(fā)電系統(tǒng)中增加熱泵加熱工序， 是指利用揉動(dòng)式二相流熱泵系統(tǒng)從環(huán)境中泵入低溫?zé)?例如高溫350K，變熱系數(shù) 10)，加熱過(guò)程為等壓吸熱過(guò)程，導(dǎo)致增溫增容增焓，其熱效率增幅可達(dá)7％。這 里，熱泵采掘搬運(yùn)低溫?zé)崾且粋€(gè)過(guò)程，揉動(dòng)式氣動(dòng)馬達(dá)將低溫?zé)岣咝У?可達(dá)90 ％)轉(zhuǎn)化為機(jī)械功是另一個(gè)過(guò)程。兩個(gè)過(guò)程的實(shí)時(shí)連接獲得了高出幾倍的機(jī)械功或 高品質(zhì)能的收益。從效果來(lái)看，好比雇用了“熱力麥克斯韋妖精”做功，似乎不可 思議。事實(shí)上，熱泵系統(tǒng)依靠外力搬運(yùn)低溫?zé)幔@符合熱力學(xué)第二定律，而將低溫 熱轉(zhuǎn)化為功是熱力學(xué)第一定律隱含的奇跡。選擇增焓載體及其熱力過(guò)程并控制搭車 的幅度是創(chuàng)造奇跡的關(guān)鍵，可選的載體是，即將用于膨脹或燃燒的低溫壓縮空氣、 即將燃燒的低溫燃料、即將加熱的低溫水等。也就是說(shuō)，用熱泵技術(shù)獲得功或高品 質(zhì)能的收益，是有條件的和有幅度限制的。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局澹河萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成揉動(dòng)式優(yōu)化空 燃比內(nèi)燃機(jī)配流增壓泵，包括用于本發(fā)明所述的揉動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的揉動(dòng)式優(yōu)化空 燃比配流增壓泵、用于改造現(xiàn)有技術(shù)的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)揉動(dòng)式優(yōu)化空燃比配流增壓 泵、燃?xì)廨啓C(jī)揉動(dòng)式優(yōu)化空燃比配流壓氣機(jī)。后二者應(yīng)用需分別將主機(jī)改成外壓縮 二沖程式和撤去蝸輪式壓氣機(jī)。配流增壓泵或配流壓氣機(jī)均由空氣計(jì)量增壓泵和燃 料包括燃油或燃?xì)獾挠?jì)量增壓泵同軸組裝而成，裝在發(fā)動(dòng)機(jī)主軸上，或者為動(dòng)態(tài)調(diào) 節(jié)特性更好的分體式，另由可變速的揉動(dòng)式液壓馬達(dá)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中的空氣計(jì)量 增壓泵和燃料計(jì)量增壓泵的質(zhì)量流量是按照優(yōu)化空燃比配流的，通過(guò)換算為某種穩(wěn) 定壓力下的入口容積流量之比來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如空氣的入口壓力為大氣壓或者考慮其海 拔變化通過(guò)穩(wěn)壓措施穩(wěn)定為某一固定壓力，燃?xì)庖踩绱丝刂??？紤]大氣濕度時(shí)還可 設(shè)置另外的自控裝置來(lái)調(diào)節(jié)空氣富余系數(shù)以穩(wěn)定氧氣質(zhì)量流量?？諌簷C(jī)組件為二相 流壓縮工況，在其進(jìn)氣流道和揉腔中噴射足量冷水成霧，成彌漫狀散布，輸出合為 水氣二相流。水在壓縮中起空間冷卻、腔壁冷卻、承載熱流、動(dòng)密封、潤(rùn)滑5項(xiàng)作 用，是實(shí)現(xiàn)高效等溫壓縮的關(guān)鍵因素?？諝庠谌鄤?dòng)變?nèi)菁訅褐幸淮芜_(dá)到目標(biāo)壓力， 目標(biāo)壓力是取用容積流量和轉(zhuǎn)速的二元函數(shù)，視需而定。輸出二相流進(jìn)入分離緩沖 與調(diào)節(jié)器，分離出的空氣干度增加，用作發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)質(zhì)高壓氣源。分離出的冷卻水 進(jìn)入一同軸安裝的揉動(dòng)式反饋馬達(dá)回收壓力能，冷卻水流量由分離緩沖與調(diào)節(jié)器之 恒液位浮閥自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

揉動(dòng)式優(yōu)化空燃比內(nèi)燃機(jī)配流增壓泵是本發(fā)明極具特色的用途之一，在內(nèi)燃機(jī) 領(lǐng)域?qū)儆诟叨葎?chuàng)新的技術(shù)。其創(chuàng)新功能是：1、計(jì)量配流，嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)空燃比的優(yōu)化 控制；2、等溫壓縮，將壓縮比功降低到極限；3、冷卻水分離并回收壓力能，消除 排氣潛熱損失。

第1項(xiàng)，計(jì)量配流，使空燃比控制精確化和簡(jiǎn)單化?，F(xiàn)有技術(shù)只作粗略調(diào)節(jié)， 而且主要依賴于人的操作。車輛電腦的PCM模塊也只配有節(jié)氣門開(kāi)度、進(jìn)氣歧管 壓力和速度傳感以及變速控制等簡(jiǎn)單的檢測(cè)和控制功能，沒(méi)有空燃比閉環(huán)控制；燃 氣輪機(jī)電腦系統(tǒng)配有流態(tài)檢測(cè)和調(diào)節(jié)功能，控制誤差很大。在人工或自動(dòng)控制的系 統(tǒng)中，沒(méi)有計(jì)量和定比配流的基礎(chǔ)部件。傳統(tǒng)熱機(jī)在變海拔、變氣候、變運(yùn)行工況 例如加減速過(guò)程中，可能造成燃空比失調(diào)，產(chǎn)生出力不足和污染的問(wèn)題。一些工程 機(jī)械的所謂“高原病”、“高原反應(yīng)”即因此而產(chǎn)生。本發(fā)明之此一設(shè)計(jì)，對(duì)解決熱 機(jī)的出力、效率和污染問(wèn)題均具有關(guān)鍵性的作用。按基于化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)化空燃比實(shí) 時(shí)定比計(jì)量配流，是空燃比控制的極限性能方案。

第2項(xiàng)，等溫壓縮，這是提高出力和提高效率的重要措施。絕熱壓縮比功在所 有壓縮方式中最大，較等溫壓縮高1倍或更多。其代價(jià)是，在往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中，壓 縮占去了一半的機(jī)器時(shí)空資源，導(dǎo)致機(jī)械損耗加倍，在柴油機(jī)中還是限制壓縮比而 影響熱效率的關(guān)鍵制約。對(duì)比絕熱壓縮的柴油機(jī)蝸輪增壓技術(shù)，本發(fā)明更簡(jiǎn)單實(shí)用， 壓縮比更高，二沖程改造還能使比功率再加倍，比損耗減半，更主要的是壓縮比功 小。在等壓吸熱之燃?xì)廨啓C(jī)中，由于絕熱壓縮，壓縮比低于10的壓縮功即耗去了 膨脹功的三分之二以上，雖然此功進(jìn)了熱力循環(huán)，但卻是一種類似于電力系統(tǒng)中的 無(wú)功盤踞，造成了嚴(yán)重的循環(huán)損耗，并加大了機(jī)器的尺寸和強(qiáng)度成本。

為了減小壓縮功，近年來(lái)熱門發(fā)展的TOPHat(濕空氣燃?xì)廨啓C(jī))循環(huán)以噴水 降溫為解決之道。荷蘭一家公司以其精湛設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的旋流閃蒸技術(shù)，將霧滴直徑由 24微米減小到2.2微米，比功率增加，效率提高2個(gè)百分點(diǎn)。但TOPHat的冷卻水 直接進(jìn)入熱力循環(huán)，造成排氣潛熱損失，顧此而失彼。日本開(kāi)發(fā)的中間冷卻技 術(shù)不增加潛熱損失，但冷卻效果有限，且體積龐大而成本較高。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)等溫壓縮，其壓縮比功減少率，對(duì)于壓比為10的汽油機(jī) 為39％，對(duì)于壓比為18～80的柴油機(jī)為47％～63％。如此大的節(jié)功幅度并不奇怪， 因?yàn)榈葴貕嚎s是減小壓縮比功的極限性能方案。

第3項(xiàng)，冷卻水分離并回收壓力能，其重要性首先在于冷卻水分離。如上所述， 冷卻水進(jìn)入熱力循環(huán)會(huì)造成大的潛熱損失，水的低溫汽化熱為2250KJ/Kg左右，具 體的燃?xì)獗饶軗p失量與冷卻水的百分含量成正比，空氣中本來(lái)就有1～4％的含水 率，燃料燃燒還大量產(chǎn)水，造成潛熱損失超過(guò)10％，再增加冷卻水，會(huì)導(dǎo)致熱效率 的進(jìn)一步降低。在現(xiàn)有技術(shù)中，冷卻水均無(wú)法分離。本發(fā)明的設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)冷卻水的 全部分離，不但不造成新的潛熱損失，還能提高空氣干度，降低大氣濕度造成 的固有損耗。本發(fā)明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等溫壓縮需要較大流量的冷卻水，其加壓能也可觀， 因而回收冷卻水的壓力能也是一大貢獻(xiàn)。由于環(huán)節(jié)高效并回收壓力能，實(shí)現(xiàn)等溫壓 縮的水循環(huán)損失對(duì)效率的影響不超過(guò)0.2％?？梢?jiàn)，在等溫壓縮的同時(shí)分離冷卻水 并回收壓力能是減小潛熱損失、提高效率的極限性能方案。

揉動(dòng)式優(yōu)化空燃比內(nèi)燃機(jī)配流增壓泵及其實(shí)現(xiàn)等溫壓縮的機(jī)型，其三項(xiàng)功能均 具有開(kāi)先河的創(chuàng)新度，并且都是極限性能方案。所謂極限性能，是指性能(效率) 上不可能超過(guò)的方案。如果沒(méi)有成本或其他問(wèn)題制約，那就是最好的方案。只要將 本發(fā)明與當(dāng)今的熱門技術(shù)比較就能發(fā)現(xiàn)，它的設(shè)計(jì)是很簡(jiǎn)單的，它是使所有問(wèn) 題都簡(jiǎn)單地獲得解決的方案。因此，本發(fā)明的方案是經(jīng)濟(jì)可行的，是內(nèi)燃機(jī)燃 料和進(jìn)氣配流和加壓系統(tǒng)的最佳解決方案。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局河萌鄤?dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成揉動(dòng)式燃?xì)?灶定比配流器，該配流器按照優(yōu)化空燃比定比配流，控制燃?xì)夂涂諝舛ū冗M(jìn)入封 閉燃燒和傳熱的燃?xì)庠?，使燃?xì)獬浞秩紵划a(chǎn)生污染，同時(shí)使煙氣流量和與之 成正比的煙氣熱損失最小化。該配流器由燃?xì)庥?jì)量泵組件和空氣計(jì)量泵組件同軸組 合而成，兩者都采用雙容腔錯(cuò)相位同軸并聯(lián)的結(jié)構(gòu)以消除啟動(dòng)死點(diǎn)和脈動(dòng)。配流器 安裝于調(diào)節(jié)閥之后，由減壓燃?xì)怛?qū)動(dòng)，燃?xì)饨M件因而是氣動(dòng)馬達(dá)方式運(yùn)行。其轉(zhuǎn)速 很低，因而損耗很小，兩種氣體共4個(gè)入出口的壓力實(shí)際上幾乎相等，均等于大氣 壓。配流器之燃?xì)馊嗲慌c空氣揉腔的排量比等于質(zhì)量流量比乘以比容比所得的容積 流量比，空氣的質(zhì)量流量配比依據(jù)燃?xì)饨M分的燃燒反應(yīng)所需氧氣的配比來(lái)?yè)Q算。該 配流器或者還帶有一個(gè)低阻節(jié)流閥，用于向下微調(diào)空氣入口壓力來(lái)改變空氣富余系 數(shù)。空氣富余系數(shù)依據(jù)燃?xì)饨M分及氣壓和濕度的波動(dòng)幅度計(jì)算確定，按其上限設(shè)計(jì) 于排量比之中，或者還按力矩平衡方程和波-馬定律或狀態(tài)方程計(jì)入兩者的增減壓 因素。

揉動(dòng)式燃?xì)庠疃ū扰淞髌魇潜景l(fā)明方法之計(jì)量泵應(yīng)用中的定比配流裝置應(yīng)用 中的常壓燃燒定比配流泵的一種實(shí)例?，F(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)庠钚实?，人們很容易測(cè)出 它的效率，其數(shù)值比內(nèi)燃機(jī)的效率還低。造成低效的原因主要是兩個(gè)，第一大原因 就是配流比問(wèn)題。在自然對(duì)流的燃?xì)庠钪?，?duì)流所造成的空氣過(guò)量較實(shí)際所需高出 了好幾倍。如果按平均溫升來(lái)考察，溫升是與煙氣流量成反比的，而煙氣帶走的熱 量所造成的損失是與流量成正比的。這種損失實(shí)際上造成了約一半的能量損失，導(dǎo) 致效率降低。其他還有熱輻射損失、熱傳導(dǎo)損失等。這些損失的總和遠(yuǎn)超過(guò)有效利 用的比例。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)通過(guò)控制空氣流量，即可避免上述對(duì)流損失，大幅度提高效率。 由于燃?xì)庠钜呀?jīng)普及到億萬(wàn)家庭，提高燃?xì)庠畹男示褪且患P(guān)系到能源消費(fèi)和溫 室氣體排放總量的大事。本發(fā)明旨在為此作出大的貢獻(xiàn)。

本發(fā)明所述的揉動(dòng)變?nèi)莘椒ǖ挠猛局撸阂罁?jù)揉動(dòng)變?nèi)莘椒捌渫ㄓ昧黧w機(jī) 械的定義和設(shè)計(jì)，采用揉動(dòng)變?nèi)輽C(jī)構(gòu)組成揉動(dòng)式通用流體機(jī)械，為一類經(jīng)通用性設(shè) 計(jì)的萬(wàn)用型流體機(jī)械，具有多功能性、介質(zhì)物相通用性、壓力和功率的無(wú)下界連續(xù) 適應(yīng)性，并標(biāo)銘有通用性參數(shù)。通用性參數(shù)至少包括耐壓、軸強(qiáng)、速限、排量4個(gè) 基本參數(shù)，或者還包括可選功能和非基本參數(shù)數(shù)據(jù)。這類機(jī)械能在通用性參數(shù)限內(nèi) 運(yùn)行，并具有滿意的效率。

當(dāng)且僅當(dāng)采用通用性參數(shù)，揉動(dòng)式流體機(jī)械即成為通用流體機(jī)械。采用包括三 個(gè)環(huán)節(jié)：通用性規(guī)劃——對(duì)通用性基本參數(shù)空間進(jìn)行科學(xué)的和經(jīng)濟(jì)的分割、據(jù)以確 定通用性型系規(guī)范的任務(wù)，通用性型系規(guī)范是通用性型號(hào)規(guī)格及其對(duì)應(yīng)的通用性參 數(shù)的譜系，包括必要的標(biāo)準(zhǔn)；通用性設(shè)計(jì)——從通用性型系規(guī)范中選擇通用性型號(hào) 規(guī)格及其基本參數(shù)、并據(jù)以設(shè)計(jì)產(chǎn)品和授予通用性銘牌的任務(wù)；通用性應(yīng)用——配 置和使用通用性產(chǎn)品以滿足需求總和的過(guò)程，應(yīng)依據(jù)通用性基本參數(shù)驗(yàn)算安全條件 和確定實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，或者直接從通用性參數(shù)中因時(shí)選取實(shí)際工作點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性原則 貫徹于始終。

如前文所述，揉動(dòng)式流體機(jī)械已具有通用性的全部?jī)?nèi)涵——功能的可逆性、壓 力和功率的無(wú)下界連續(xù)適應(yīng)性、介質(zhì)物相通用性。但是，通用性在理論上的復(fù)雜性 和實(shí)踐中的危險(xiǎn)性不允許將內(nèi)涵屬性直接賦予產(chǎn)品。因?yàn)?，未?jīng)定義不成科學(xué)，潛 在的通用性難于理解；未經(jīng)系統(tǒng)規(guī)劃和具體設(shè)計(jì)，通用性邊界未知，使用中不能保 證安全。難于理解和不保安全的屬性，是不能賦予產(chǎn)品的。

實(shí)施本發(fā)明的通用性定義及設(shè)計(jì)，通用流體機(jī)械的概念就是確定的和可理解的 了，產(chǎn)品的通用性屬性也同時(shí)是確定的、可檢驗(yàn)的、可傳播的和可使用的了，產(chǎn)品 就成了通用流體機(jī)械。它是揉動(dòng)式流體機(jī)械通用性內(nèi)涵的外延，其充分必要特征只 包含兩項(xiàng)：采用揉動(dòng)變?nèi)莘绞?、?jīng)通用性設(shè)計(jì)。前者是賦予產(chǎn)品通用性內(nèi)涵的充分 條件，后者是賦予產(chǎn)品通用性屬性的必要條件。

設(shè)計(jì)制造和使用通用流體機(jī)械并沒(méi)有特別的難度。所有的難度都集中在通用性 規(guī)劃上。規(guī)劃本質(zhì)上是數(shù)學(xué)問(wèn)題，并且是較難的數(shù)學(xué)問(wèn)題。通用流體機(jī)械的通用性 規(guī)劃需要集中領(lǐng)域內(nèi)高水平的專家，攜帶盡可能多的技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息，使用完備的數(shù) 學(xué)模型和先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)才能完成。這是本發(fā)明對(duì)該種規(guī)劃的理解。應(yīng)該說(shuō)，通用 流體機(jī)械的規(guī)劃比現(xiàn)有技術(shù)的規(guī)劃簡(jiǎn)單得多，工作量要小數(shù)量級(jí)。

通用流體機(jī)械的通用性設(shè)計(jì)是簡(jiǎn)單的。除了共有的和揉動(dòng)技術(shù)特有的設(shè)計(jì)內(nèi)容 以外，增加的內(nèi)容僅僅是通用性概念的套用，以及按通用性規(guī)范選擇型號(hào)規(guī)格及其 4個(gè)基本數(shù)據(jù)，然后據(jù)以設(shè)計(jì)產(chǎn)品。通用性應(yīng)用更簡(jiǎn)單，按定義做即可，其難度和 工作量比現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)、配套、安裝和運(yùn)行管理降低數(shù)量級(jí)。

經(jīng)通用性設(shè)計(jì)，揉動(dòng)式流體機(jī)械獲得了一種新的屬性——基于規(guī)范的通用性， 因而成為通用流體機(jī)械。通用性產(chǎn)品的特征只有一個(gè)——帶有通用性銘牌，銘牌標(biāo) 示了具有通用性和如何使用通用性的信息。這些信息是通用性設(shè)計(jì)時(shí)選擇的型號(hào)規(guī) 格及其通用性參數(shù)。除此之外，通用性產(chǎn)品沒(méi)有其他外在特征。

用戶使用時(shí)，只需確認(rèn)運(yùn)行參數(shù)是否超出銘牌標(biāo)示的通用性參數(shù)范圍。如果只 有基本通用性參數(shù)，則只需由排量和所選流量求轉(zhuǎn)速，再由轉(zhuǎn)速和介質(zhì)參數(shù)及需求 壓力求軸扭矩，然后比較壓力、扭矩、轉(zhuǎn)速是否超限。

流體機(jī)械的通用性是本技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)性優(yōu)化工程，能大大簡(jiǎn)化產(chǎn)品型譜。從 耐壓、軸強(qiáng)、速限、排量的基本指標(biāo)體系的數(shù)理本質(zhì)來(lái)看，它表面上是4維的，本 質(zhì)上卻是3維的。其中耐壓、排量是獨(dú)立參數(shù)，可以直接構(gòu)造序列，序列應(yīng)覆蓋實(shí) 際需求的多數(shù)量級(jí)范圍，以滿足其動(dòng)態(tài)范圍的完備性。速限是獨(dú)立變量流量的函數(shù)， 具有關(guān)聯(lián)的獨(dú)立性，應(yīng)依據(jù)流量和排量的分布來(lái)規(guī)劃序列。軸強(qiáng)的覆蓋范圍決定于 壓力、流量、所有可能介質(zhì)的密度和粘度等物理參數(shù)的分布范圍。規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該 覆蓋獨(dú)立的或非獨(dú)立參數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍，才構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的完備性。規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性則決定 于每一種參數(shù)劃分多少檔次，以及檔次的間隔如何確定。

通用性源于和表征為型系參數(shù)的覆蓋。由于轉(zhuǎn)速是在0～速限之內(nèi)被選的，因 而在轉(zhuǎn)速維中，轉(zhuǎn)速高的規(guī)格總是全部覆蓋轉(zhuǎn)速低的，也因而在流量維中，排量大 的規(guī)格總是全部覆蓋排量小的。由于壓力是在0～耐壓之內(nèi)被選的，因而在壓力維 中，耐壓高的規(guī)格總是全部覆蓋耐壓低的。扭矩則是在最低軸強(qiáng)規(guī)格～最高軸強(qiáng)規(guī) 格之內(nèi)被選的，因而在軸強(qiáng)維中，強(qiáng)度高的規(guī)格總是全部覆蓋強(qiáng)度低的。又由于流 量、壓力、介質(zhì)密度、介質(zhì)粘度是決定于需求的具有隨機(jī)性的宗量，而轉(zhuǎn)速是流量 的一元函數(shù)，扭矩是流量、壓力、密度、粘度的多元函數(shù)，這就形成關(guān)聯(lián)約束，使 得上述的某些覆蓋被遮蔽而不能使用。所有沒(méi)有被遮蔽的覆蓋即構(gòu)成某一具體型號(hào) 規(guī)格的通用性范疇。研究表明，本發(fā)明設(shè)計(jì)的通用性范疇很大。

通用性是完備的適應(yīng)性，屬于系統(tǒng)級(jí)的創(chuàng)造。通用性規(guī)范是制造廠商降低成本 的系統(tǒng)性資源，也是為用戶帶來(lái)使用概率增大和購(gòu)置費(fèi)用減少之利益的系統(tǒng)性資 源。設(shè)備利用率和使用價(jià)值的增加，是一種放大用戶和社會(huì)利益的設(shè)計(jì)。

揉動(dòng)式通用流體機(jī)械打通了許多界限和溝壑，可概括為：容積式、非容積式， 全部功能都在揉動(dòng)式中高效實(shí)現(xiàn)；泵方式、馬達(dá)方式，同一結(jié)構(gòu)的揉動(dòng)方式功能可 逆；壓力梯級(jí)、功率梯級(jí)，揉動(dòng)式中沒(méi)有梯級(jí)，全都自適應(yīng)；介質(zhì)密度、介質(zhì)組分， 揉動(dòng)式中不必再分；液體、氣體、二相流體，揉動(dòng)式中都為一體，再無(wú)溝壑。顯然， 揉動(dòng)式通用流體機(jī)械展示了一幅空前實(shí)用的技術(shù)圖景。

通用流通機(jī)械應(yīng)用舉例：一臺(tái)揉動(dòng)式通用流體機(jī)械，銘牌標(biāo)示：耐壓1MPa， 軸強(qiáng)2.54千牛米，速限2900轉(zhuǎn)/分，排量1升。實(shí)配2900轉(zhuǎn)/分電機(jī)，則體積流量 為48.3升/秒。經(jīng)解不等式組可確定，該機(jī)在0～102米揚(yáng)程之內(nèi)泵水，或在0～1MPa 壓力之內(nèi)作等溫壓縮空壓機(jī)使用，均能安全運(yùn)行并有高效率(設(shè)計(jì)值90％)，其輸 出壓力和功率在上述限度內(nèi)隨需而定。(電機(jī)功率效率計(jì)算在外)

揉動(dòng)式通用流體機(jī)械是多功能型和萬(wàn)用型(無(wú)下界連續(xù)適應(yīng)型)流體機(jī)械。比 之傳統(tǒng)流體機(jī)械一機(jī)一功能、一機(jī)一用的限制，其多能、萬(wàn)用的特性，是一種返還 用戶自由權(quán)利的人性化設(shè)計(jì)，是一種將資源和勞動(dòng)價(jià)值最大化的設(shè)計(jì)，是一種對(duì)環(huán) 境的損耗最小化的設(shè)計(jì)，因而是一種可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)。