CN202811110U - 斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种密封性好、热效率高的斯特林发动机。它包括配气气缸、配气活塞、加热装置和冷却装置、做功气缸以及做功活塞；做功活塞通过活塞环与做功气缸配合密封并可往复滑动；配气气缸通过气流通道与做功气缸连接，配气活塞与做功活塞同步往复移动；气流通道有两路分支，两路气流通道分别通往做功气缸的左侧内腔和右侧内腔；右侧内腔通过一个排气阀与气流通道连接，做功活塞右侧设置有与排气阀相对的触动部分。其优点体现在：减少了能量的损耗，提高了发动机效率；降低了动作部件的密封难度，提高了密封性，也减少了热能的损耗；产生防泄漏的作用，进一步提高了密封效果；减少了整个作功气体介质的泄漏损耗，也有利于提高效率。

Description

斯特林发动机

技术领域

本实用新型涉及一种密封性好、热效率高的斯特林发动机。

背景技术

传统的斯特林发动机，一般都是通过设置在配气气缸外部的加热装置和冷却装置对配气气缸两侧进行加热和冷却，通过加热气体膨胀和冷却气体的收缩再配合配气气缸内的配气活塞移动，从而驱动做功气缸内的做功活塞进行做功，现有技术的斯特林发动机结构中，为避免加热和冷却装置影响配气气缸的动作，通常是将加热装置和冷却装置设置在配气气缸的外部两侧，由此设置使其热效率不高。同时斯特林发动机本身的密封性要求比较高，而现有技术中斯特林发动机通过做功活塞与做功气缸的动态密封滑动接触是整个密封系统的最薄弱环节，由于其动态密封的性质，使其密封性难以有效提高，这也是制约斯特林发动效率有效提高了主要难题之一。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种密封性好、热效率高的斯特林发动机。

为了解决上述技术问题，本实用新型的斯特林发动机，包括配气气缸、配气活塞、配气气缸轴向两侧设置的加热装置和冷却装置、做功气缸以及做功活塞；配气活塞可在配气气缸内轴向往复移动，并且配气活塞边缘与配气气缸内壁之间具有供气体流通的间隙；做功活塞通过活塞环与做功气缸配合密封并可往复滑动；配气气缸通过气流通道与做功气缸连接，配气活塞与做功活塞同步往复移动；气流通道有两路分支，两路气流通道分别通往做功气缸的左侧内腔和右侧内腔；左侧内腔和右侧内腔均密封；右侧内腔通过一个排气阀与气流通道连接，做功活塞右侧设置有与排气阀相对的触动部分，当做功活塞移动到右侧极限位置时触动部分可打开排气阀，而当做功活塞离开右侧极限位置时排气阀关闭。

所述配气活塞与配气气缸内壁之间设置滚珠。

所述加热装置和冷却装置均位于配气气缸内，并且加热装置和冷却装置的整体形状均为相对配气气缸轴向设置的棒状，同时在配气活塞的两侧端面上分别开有与棒状的加热装置和冷却装置相配合的加热装置插槽和冷却装置插槽。

所述做功活塞通过第一连杆和第一曲柄驱动一个输出轴旋转，所述输出轴通过第二曲柄和第二连杆驱动配气活塞同步往复移动。

所述第二曲柄和第二连杆位于一个密封的配气密封腔内，配气密封腔与配气气缸相通。

所述配气气缸和做功气缸外围包覆有保温材料层。

所述第一曲柄和第一连杆位于一个密封的做功密封腔中，做功密封腔与做功气缸的左侧内腔或右侧内腔相通。

所述气流通道上设置有可将气化并混在气流中的动作部件的润滑油分离回收的油气分离器。

所述配气密封腔和做功密封腔与输出轴之间分别通过机械旋转密封件密封，机械旋转密封件由一个润滑油循环冷却系统润滑和冷却；所述润滑油循环冷却系统包括一个供油装置，供油装置上设置有出油管路和回油管路，出油管路经过输出轴与机械旋转密封件之间的间隙后通往回油管路；所述回油管路上设置有管压调节阀，用来使回流的润滑油产生一定的背压。

本实用新型的优点体现在：

1、由于加热装置和冷却装置均设置在配气气缸内部，使其直接对配气气缸两侧的气体进行加热或制冷，减少了能量的损耗，提高了发动机效率；

2、由于将曲柄连杆及活塞安装在固定在密封腔内，降低了动作部件的密封难度，提高了密封性，也减少了热能的损耗；

3、两组机械密封件均由润滑油循环冷却系统润滑冷却，同时在润滑油循环冷却系统的回油管路中设置管压调节阀，不但对机械密封件进行了降温冷却，同时也增加了机械密封面外侧的压力，通过外侧的油压抵消内侧向外泄漏的压力，产生防泄漏的作用，进一步提高了密封效果；

4、由于作功气缸的两侧内腔均为密封，其左侧内腔气体作功过程中由于作功活塞密封不严而产生的泄漏可以通过右侧内腔的排气阀回到配气气缸，减少了整个作功气体介质的泄漏损耗，也有利于提高效率。

附图说明

图1为本实用新型斯特林发动机的缸体部分结构示意图；

图2为本实用新型斯特林发动机的主转轴部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型的斯特林发动机作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的斯特林发动机，包括配气气缸1、配气活塞3、配气气缸1轴向两侧设置的加热装置10和冷却装置11、做功气缸5以及做功活塞7；配气活塞3可在配气气缸1内轴向往复移动，并且配气活塞3边缘与配气气缸1内壁之间具有供气体流通的间隙；做功活塞7通过活塞环8与做功气缸5配合密封并可往复滑动；配气气缸1通过气流通道9与做功气缸5连接，配气活塞3与做功活塞7同步往复移动，其中：

配气活塞3的一端与设置在配气气缸1一侧的第二连杆20连接，第二连杆20与                                               

形的第二曲柄19进行连接，配气气缸1的一侧设置有一个与配气气缸1相配套的配气气缸密封腔16，第二曲柄19和第二连杆20位于设置的密封的配气密封腔16内，配气密封腔16与配气气缸1相通；安装时，将第二曲柄19的输出轴23的一端通过密封轴承安装在配气气缸密封腔16的箱体上，另一端伸出配气气缸密封腔16的箱体外，同时将伸出配气气缸密封腔16的箱体外的输出轴23通过机械旋转密封28和配气气缸密封腔16的固定座进行密封；设置在配气气缸1内的配气活塞3将配气气缸1内分隔成两个空腔；左腔为加热腔，右腔为冷却腔，配气气缸1轴向两侧设置的加热装置10和冷却装置11对两个空腔分别进行加热和冷却，加热装置10和冷却装置11均位于配气气缸1内，并且加热装置10和冷却装置11的整体形状均为相对配气气缸轴向设置的棒状，安置方向与配气活塞的轴向移动方向相平行，它可以为通有循环的加热介质的螺旋加热管或冷却管，也可以为其它形式的具有往复介质通道的加热管或冷却管；同时在配气活塞3的两侧端面上分别开有与棒状的加热装置10和冷却装置11相配合的加热装置插槽12和冷却装置插槽13，由此可以通过设置的加热装置10和冷却装置11进行加热和冷却；配气活塞3与配气气缸1内壁之间设置滚珠4；配气气缸1可由两部分组成，两部分配气气缸1通过螺栓连接在一起，两部分配气气缸之间设置有热隔离密封圈35。

做功气缸5包括一个做功气缸缸体，做功气缸缸体的一端设置有端盖，做功气缸的端盖与做功气缸缸体通过螺栓连接在一起，做功气缸的端盖与做功气缸缸体之间设置有高温密封件37，其中做功气缸的端盖既可设置在做功气缸缸体的右端面也可以设置在做功气缸缸体的左端面，为了解决密封的问题，优选的设置在做功气缸缸体的右端面；做功活塞7通过防止气体渗漏的活塞环8与做功气缸5配合密封并可往复滑动；做功活塞7的一端与设置在做功气缸5一侧的第一连杆22连接，第一连杆22连接与

形的第一曲柄21进行连接，第一曲柄21和第一连杆22位于密封的做功密封腔17中，做功密封腔17与做功气缸5的左侧内腔或右侧内腔相通；安装时，将第一曲柄21的输出轴24的一端通过密封轴承安装在做功气缸密封腔17的箱体上，另一端伸出做功气缸密封腔17的箱体外，同时将伸出做功气缸密封腔17的箱体外的输出轴24通过机械旋转密封29和做功气缸密封腔17的固定座进行密封；机械旋转密封29是由动环，静环，弹簧和密封圈等几个机械零件构成的密封装置，它利用弹簧的压力，使动环和静环两个端面互相紧密贴合；配气气缸1和做功气缸5外围包覆有保温材料层18。

如图1、如图2所示，配气气缸1和做功气缸5连接关系如下：

第一曲柄21的输出轴24与第二曲柄19的输出轴23通过联轴器32连接在一起，也可将两根输出轴设置为同一根轴，输出轴23、24上设置有皮带飞轮2，同时将第一曲柄21和第二曲柄19的相位角设置为相差90度，做功活塞7通过第一连杆22和第一曲柄21驱动一个输出轴旋转，输出轴通过第二曲柄19和第二连杆20驱动配气活塞3同步往复移动；气流通道9有两路分支，两路气流通道分别通往做功气缸的左侧内腔和右侧内腔；左侧内腔和右侧内腔均密封；右侧内腔通过一个排气阀14与气流通道9连接，做功活塞右侧设置有与排气阀14相对的触动部分15，当做功活塞7移动到右侧极限位置时触动部分15可打开排气阀14，而当做功活塞7离开右侧极限位置时排气阀14关闭，气流通道9上设置有可将气化并混在气流中的动作部件的润滑油分离回收的油气分离器33、36，油气分离器33、36上连接有通向配气气缸密封腔16和做功气缸密封腔17的回油管路34，其中油气分离器33、36可共用一根回油管路34；机构中的润滑机油在高温时会混在工质压缩气体中，通过在油气分离器分离后的油经过回油管路回到配气气缸密封腔16和做功气缸密封腔17中；连接在做功汽缸5左腔的气流通道上设置有补气阀6和安全阀38，当气流泄漏时可及时进行补气，同时也保证了安全，配气密封腔16和做功密封腔17与输出轴24之间分别通过机械旋转密封件28、29密封，机械旋转密封件28、29由一个润滑油循环冷却系统润滑和冷却；润滑油循环冷却系统包括一个供油装置25，供油装置25上设置有出油管路26和回油管路27，出油管路26经过输出轴24与机械旋转密封件28、29之间的间隙30后通往回油管路27；回油管路27上设置有管压调节阀31，用来使回流的润滑油产生一定的背压。

工作原理：

当配气活塞3右行至右顶点时，冷却腔内的压缩气体通过配气活塞3和配气气缸1之间的间隙流到加热腔内，内置的冷却装置11冷却配气活塞3，而左端由于大部分压缩气体都流过来了直接与内置的加热装置10及加热的缸体接触，迅速膨胀，膨胀后的压缩气体同样经过配气活塞3和配气气缸1的间隙流出，通过气流通道9流向做功气缸5，推动做功活塞7做功。

当配气活塞3左行至左顶点时，加热腔内的高温压缩气体通过配气活塞3和配气气缸1之间的间隙流到冷却腔内，内置的加热装置10加热配气活塞3，而左端大部分高温压缩气体流过来直接与内置的冷却装置11和冷却的缸体上的冷媒循环冷却，高温高压气体降温收缩，同样通过气流通道9使做功活塞7内气体收缩，做功活塞随即左移，这样周而复始实现做功旋转运动。

其中，动作过程中做功活塞7一端设置的触动部分15，当做功活塞7向右做功到接近气缸右顶点时，该触动部分15顶开排气阀14的阀芯，将从做功活塞7上活塞环泄漏过来的压缩气体通过泄漏回气管送回配气活塞。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种斯特林发动机，包括配气气缸（1）、配气活塞（3）、配气气缸（1）轴向两侧设置的加热装置（10）和冷却装置（11）、做功气缸（5）以及做功活塞（7）；配气活塞（3）可在配气气缸（1）内轴向往复移动，并且配气活塞（3）边缘与配气气缸（1）内壁之间具有供气体流通的间隙；做功活塞（7）通过活塞环（8）与做功气缸（5）配合密封并可往复滑动；配气气缸（1）通过气流通道(9)与做功气缸（5）连接，配气活塞（3）与做功活塞（7）同步往复移动；其特征在于：所述气流通道(9)有两路分支，两路气流通道分别通往做功气缸的左侧内腔和右侧内腔；左侧内腔和右侧内腔均密封；右侧内腔通过一个排气阀(14)与气流通道(9)连接，做功活塞右侧设置有与排气阀(14)相对的触动部分(15)，当做功活塞(7)移动到右侧极限位置时触动部分(15)可打开排气阀(14)，而当做功活塞(7)离开右侧极限位置时排气阀(14)关闭。

2.按照权利要求1所述的斯特林发动机，其特征在于：所述配气活塞（3）与配气气缸（1）内壁之间设置滚珠（4）。

3.按照权利要求1所述的斯特林发动机，其特征在于：所述加热装置（10）和冷却装置（11）均位于配气气缸（1）内，并且加热装置（10）和冷却装置（11）的整体形状均为相对配气气缸轴向设置的棒状，同时在配气活塞（3）的两侧端面上分别开有与棒状的加热装置（10）和冷却装置（11）相配合的加热装置插槽（12）和冷却装置插槽（13）。

4.按照权利要求1所述的斯特林发动机，其特征在于：所述做功活塞（7）通过第一连杆（22）和第一曲柄（21）驱动一个输出轴旋转，所述输出轴通过第二曲柄（19）和第二连杆（20）驱动配气活塞（3）同步往复移动。

5.按照权利要求4所述的斯特林发动机，其特征在于：所述第二曲柄（19）和第二连杆（20）位于一个密封的配气密封腔（16）内，配气密封腔（16）与配气气缸（1）相通。

6.按照权利要求4所述的斯特林发动机，其特征在于：所述第一曲柄(21)和第一连杆(22)位于一个密封的做功密封腔(17)中，做功密封腔(17)与做功气缸(5)的左侧内腔或右侧内腔相通。

7.按照权利要求1所述的斯特林发动机，其特征在于：所述配气气缸（1）和做功气缸(5)外围包覆有保温材料层(18)。

8.按照权利要求1所述的斯特林发动机，其特征在于：所述气流通道(9)上设置有油气分离器(33、36)。

9.按照权利要求5或6所述的斯特林发动机，其特征在于：所述配气密封腔(16)和做功密封腔(17)与输出轴之间分别通过机械旋转密封件(28、29)密封，机械旋转密封件(28、29)由一个润滑油循环冷却系统润滑和冷却；所述润滑油循环冷却系统包括一个供油装置(25)，供油装置(25)上设置有出油管路(26)和回油管路(27)，出油管路(26)经过输出轴与机械旋转密封件(28、29)之间的间隙后通往回油管路(27)；所述回油管路(27)上设置有管压调节阀(31)。

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