CN202795860U - 低温差斯特林发动机模型 - Google Patents
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Abstract
一种低温差斯特林发动机模型，包括设置在下方的第一汽缸，以及与第一汽缸内部连通的第二汽缸；第一汽缸的上侧面上设置有由支架支撑的飞轮，飞轮的两侧分别连接有第一曲柄和第二曲柄，飞轮中心处设置的飞轮轴两端分别连接在第一曲柄和第二曲柄的圆心处；下端与第一汽缸内的第一活塞连接的第一连杆上端连接在第一曲柄非圆心处设置的第一曲柄轴上，下端与第二汽缸内的第二活塞连接的第二连杆上端连接在第二曲柄非圆心处设置的第二曲柄轴上。本实用新型的低温差斯特林发动机模型，让学生可以直观的观察斯特林发动机的工作过程，使学生易于理解和接受斯特林发动机的工作原理，并能激发学生的学习兴趣，拓宽学生的视野，有助于学生综合能力的培养。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种教学教学仪器，具体涉及一种低温差斯特林发动机模型。
背景技术
斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。这个过程又称为斯特林循环，是封闭式的，采用定容下吸热的气体循环方式。循环过程是：①定温压缩过程；②定容吸热过程；③定温膨胀过程；④定容放热过程，完成一个循环。在理想吸热的条件下，这种循环的热效率，等于温度上下限相同的卡诺循环。发动机使用氢气作为工质，在封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。由于这种循环是封闭式循环，可采用传热性能好的工质，同时，工质的腐蚀性也可以很小，如氮气、氢气等气体。充入的气体工质，还可以加大压力，视封闭系统的情况，能够采用远远大于大气压力的高压气体工作，这样可以提高发动机的单位重量的功率，减小发动机的体积和重量。
斯特林发动机分为单缸、双缸、四缸的形式。斯特林发动机在运行时，由于燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，独立于燃气的工质通过加热器吸热，并按斯特林循环对外做功，因此避免了类似内燃机的震爆做功和间歇燃烧过程，从而实现了高效、低噪和低排放运行。
在中学教学中，有关斯特林发动机的工作原理和工作过程的内容，一直是非常重要的一部分。但是，没有模型，枯燥的文字无法激发学生们的学习兴趣，也很难让学生们真正理解蒸汽机的原理和工作过程，得不到预想的教学效果。
发明内容
本实用新型为了解决上述问题而提供一种向学生演示斯特林发动机结构和工作原理低温差斯特林发动机模型。
本实用新型为解决这一问题所采取的技术方案是:
本实用新型的低温差斯特林发动机模型，包括设置在下方的第一汽缸，以及与第一汽缸内部连通的第二汽缸；第一汽缸的上侧面上设置有由支架支撑的飞轮，飞轮的两侧分别连接有第一曲柄和第二曲柄，飞轮中心处设置的飞轮轴两端分别连接在第一曲柄和第二曲柄的圆心处；下端与第一汽缸内的第一活塞连接的第一连杆上端连接在第一曲柄非圆心处设置的第一曲柄轴上，下端与第二汽缸内的第二活塞连接的第二连杆上端连接在第二曲柄非圆心处设置的第二曲柄轴上。
所述的第二汽缸设置在第一汽缸的上侧面上；第一活塞将第一汽缸分为上下两部分，第二活塞将第二汽缸分为上下两部分，第二汽缸的下部分与第一汽缸的上部分连通。
所述的第一活塞由轻质耐摩擦的物质制成。
所述的第一活塞的上侧中央设置有活塞杆，活塞杆穿过第一汽缸上侧面上的固定装置，上端与第一连杆连接。
所述的第一连杆由细金属丝制成，细金属丝的下端连接在活塞杆上端形成的孔内，上端连接在第一曲柄轴的连接孔内。
所述的第一汽缸和第二汽缸均由透明的玻璃材料制成。
所述的第一曲柄和第二曲柄的曲柄轴具有90°的相位差。
本实用新型具有的优点和积极效果是:
本实用新型的低温差斯特林发动机模型，所有的传动结构都进行外置，汽缸采用透明设计，让学生可以直观的观察斯特林发动机的工作过程，使学生易于理解和接受斯特林发动机的工作原理，并能激发学生的学习兴趣，启发学生的想象力和创造性思维，有利于青少年的智力开发；且在实验过程中，学生可以亲自动手参与，达到教学互动的效果，也能拓宽学生机械运动学方面的视野，有助于学生综合能力的培养。
附图说明
图1是本实用新型的第一实施例的前视立体结构示意图；
图2是本实用新型的第一实施例的后视立体结构示意图；
图3是本实用新型的第二实施例的前视立体结构示意图；
图4是本实用新型的第二实施例的后视立体结构示意图；
附图中主要部件符号说明:
1：第一汽缸 2：第一连杆
3：第一曲柄轴 4：飞轮
5：第一曲柄 6：支架
7：活塞杆 8：第一活塞
9：飞轮轴 10：第二汽缸
11：第二连杆 12：第二曲柄轴
13：第二曲柄 14：第二活塞。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本实用新型进行详细的说明，本实用新型与现有技术相同的部件使用了相同的符号。
图1是本实用新型的第一实施例的前视立体结构示意图；图2是本实用新型的第一实施例的后视立体结构示意图；如图1和图2所示，本实用新型第一实施例的低温差斯特林发动机模型，包括设置在下方的第一汽缸1，以及设置在第一汽缸上方并与第一汽缸内部连通的第二汽缸10。
第一汽缸1的上侧面上设置有由支架6支撑的飞轮4，飞轮4的两侧分别连接有第一曲柄5和第二曲柄13。飞轮4中心处设置的飞轮轴9中间穿过支架6近上端处形成的孔，两端分别连接在第一曲柄5和第二曲柄13的圆心处。下端与第一汽缸1内的第一活塞8连接的第一连杆2上端连接在第一曲柄5非圆心处设置的第一曲柄轴3上。下端与第二汽缸10内的第二活塞14连接的第二连杆11上端连接在第二曲柄13非圆心处设置的第二曲柄轴12上。第一曲柄和第二曲柄的曲柄轴具有90°的相位差。
第二汽缸10设置在第一汽缸1的上侧面上。第一活塞8由轻质耐摩擦的物质制成，如海绵。第一活塞8将第一汽缸1分为上下两部分，第二活塞14将第二汽缸10分为上下两部分，第二汽缸10的下部分与第一汽缸1的上部分连通。第一汽缸1和第二汽缸10均由透明的玻璃材料制成。
第一活塞8的上侧中央设置有活塞杆7，活塞杆7穿过第一汽缸1上侧面上的固定装置，上端与第一连杆2连接。第一连杆2由薄金属片制成，活塞杆7的上端中间形成槽，第一连杆2的下端连接在槽内，并通过固定轴连接在槽的两侧壁上。
图3是本实用新型的第二实施例的前视立体结构示意图；图4是本实用新型的第二实施例的后视立体结构示意图。如图3和图4所示，本实用新型第一实施例的低温差斯特林发动机模型，包括设置在下方的第一汽缸1，以及设置在第一汽缸上方并与第一汽缸内部连通的第二汽缸10。
第一汽缸1的上侧面上设置有由支架6支撑的飞轮4，飞轮4的两侧分别连接有第一曲柄5和第二曲柄13。飞轮4中心处设置的飞轮轴9中间穿过支架6近上端处形成的孔，两端分别连接在第一曲柄5和第二曲柄13的圆心处。下端与第一汽缸1内的第一活塞8连接的第一连杆2上端连接在第一曲柄5非圆心处设置的第一曲柄轴3上。下端与第二汽缸10内的第二活塞14连接的第二连杆11上端连接在第二曲柄13非圆心处设置的第二曲柄轴12上。第一曲柄和第二曲柄的曲柄轴具有90°的相位差。
第二汽缸10设置在第一汽缸1的上侧面上。第一活塞8由轻质耐摩擦的物质制成，如海绵。第一活塞8将第一汽缸1分为上下两部分，第二活塞14将第二汽缸10分为上下两部分，第二汽缸10的下部分与第一汽缸1的上部分连通。第一汽缸1和第二汽缸10均由透明的玻璃材料制成。
第一活塞8的上侧中央设置有活塞杆7，活塞杆7穿过第一汽缸1上侧面上的固定装置，上端与第一连杆2连接。第一连杆2由细金属丝制成，细金属丝的下端连接在活塞杆7上端形成的孔内，上端连接在第一曲柄轴3的连接孔内。
使用时，只需将本实用新型的低温差斯特林发动机模型放在手掌内，利用掌心温度与室温之间的温度差，几分钟后，使第一汽缸和第二汽缸分别形成热汽缸和冷气缸，使两个活塞的相互移动，工作介质在第一汽缸和第二汽缸之间来回流动，完成四个循环过程：
1. 定容吸热过程，第一活塞8和第二活塞13均处于下止点位置不动，在手掌温度的加热下，第一汽缸1的下部分空气实现定容情况下温度由T1升至T2，压力升高。
2. 定温膨胀过程。第二活塞13均处于下止点位置不动，第一活塞8由下止点开始上行，其间第一汽缸下部分的空气通过第一汽缸1的加热，吸收热量，维持温度T2不变。
3. 定容放热过程。第一活塞8和第二活塞13以同样的速度上行整个冲程，各自达到上止点，在定容情况下将空气从第一汽缸上部分推到第二汽缸下部分，即从热气室推到冷气室，向外界放出热量，使空气温度从T2降至T1，第二汽缸上部分空气压力升高。
4. 定温压缩过程，第二活塞13由上止点开始下行，压缩第二汽缸10内的空气，维持工质温度T1不变，使第二汽缸10下部分空气压力升高，从而推动第一活塞8下行。这样回复到初始状态完成一次闭合循环。
本实用新型的第一活塞采用轻质材料，第一连杆也采用细丝，目的也是为了减轻质量，以使模型在低温差条件下即可运转。低温差斯特林发动机模型，操作简单，易实现，随时随地都可进行实验。且所有的传动结构都进行外置，汽缸采用透明设计，让学生可以直观的观察斯特林发动机的工作过程，使学生易于理解和接受斯特林发动机的工作原理，并能激发学生的学习兴趣，启发学生的想象力和创造性思维，有利于青少年的智力开发；且在实验过程中，学生可以亲自动手参与，达到教学互动的效果，也能拓宽学生机械运动学方面的视野，有助于学生综合能力的培养。
Claims (8)
1.一种低温差斯特林发动机，其特征在于：该模型包括设置在下方的第一汽缸（1），以及与第一汽缸内部连通的第二汽缸（10）；第一汽缸的上侧面上设置有由支架（6）支撑的飞轮（4），飞轮（4）的两侧分别连接有第一曲柄（5）和第二曲柄（13），飞轮（4）中心处设置的飞轮轴（9）两端分别连接在第一曲柄（5）和第二曲柄（13）的圆心处；下端与第一汽缸内的第一活塞（8）连接的第一连杆（2）上端连接在第一曲柄（5）非圆心处设置的第一曲柄轴（3）上，下端与第二汽缸内的第二活塞（14）连接的第二连杆（11）上端连接在第二曲柄（13）非圆心处设置的第二曲柄轴（12）上。
2.根据权利要求1所述的低温差斯特林发动机模型，其特征在于：第二汽缸（10）设置在第一汽缸（1）的上侧面上；第一活塞（8）将第一汽缸（1）分为上下两部分，第二活塞（14）将第二汽缸（10）分为上下两部分，第二汽缸的下部分与第一汽缸的上部分连通。
3.根据权利要求2所述的低温差斯特林发动机模型，其特征在于：第一活塞（18）由轻质耐摩擦的物质制成。
4.根据权利要求1所述的低温差斯特林发动机模型，其特征在于：第一活塞（8）的上侧中央设置有活塞杆（7），活塞杆（7）穿过第一汽缸（1）上侧面上的固定装置，上端与第一连杆（2）连接。
5.根据权利要求4所述的低温差斯特林发动机模型，其特征在于：第一连杆（2）由薄金属片制成，活塞杆（7）的上端中间形成槽，第一连杆（2）的下端连接在槽内，并通过固定轴连接在槽的两侧壁上。
6.根据权利要求4所述的低温差斯特林发动机模型，其特征在于：第一连杆（2）由细金属丝制成，细金属丝的下端连接在活塞杆（7）上端形成的孔内，上端连接在第一曲柄轴（3）的连接孔内。
7.根据权利要求1所述的低温差斯特林发动机模型，其特征在于：第一汽缸（1）和第二汽缸（10）均由透明的玻璃材料制成。
8.根据权利要求1所述的低温差斯特林发动机模型，其特征在于：第一曲柄（5）和第二曲柄（13）的曲柄轴具有90°的相位差。
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