CN207750145U - 一种双作用非能动储能的活塞 - Google Patents
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Abstract
一种双作用非能动储能的活塞，本实用新型涉及斯特林发动机领域，其结构为：包括柔性活塞，柔性活塞与密封法兰密封连接，密封法兰与冷缸连接，冷缸与热缸密封连接，所述密封法兰与冷缸通过V形活塞支架、连接片与弹性封头固定连接，弹性封头通过防滑装置与活塞筒体固定连接，活塞筒体上设置有压力均衡孔，热缸内设置有弹簧固定装置，活塞筒体的底部与弹簧固定装置之间设置有弹簧。本实用新型的有益效果在于：在发动机停机时，弹簧起支撑作用，防止活塞筒体因其自身重力拖挂而变形，进而延长使用寿命；在发动机运行时，当活塞筒体向下运动时，弹簧被压缩储存势能，活塞筒体向上运动时将弹性势能释放，为活塞筒体提供更大的动力向上运动，提高发动机效率。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及斯特林发动机领域，特别涉及一种双作用非能动储能的活塞。
二、背景技术
发明专利一种斯特林发动机可变体积式活塞,申请号为201611029233.X很好的解决了自由活塞式斯特林发动机冷缸活塞制造难度大，对材料要求高等问题，降低了发动机活塞的制造难度，同时提高的发动机效率。该专利中设计的可变体积活塞因依靠V形活塞支架和柔性活塞上部的弹性封头相连接，活塞无其他支撑部件，导致发动机停机状态时会导致弹性封头长期受力而变形，影响发动机使用，缩短发动机寿命，极端情况下会造成弹性封头彻底损坏，进而导致活塞丧失功能。且在发动机运行时，弹性封头也容易因疲劳而失效，导致活塞彻底损坏。
三、发明内容
针对上述问题本实用新型提供一种双作用非能动储能的活塞，包括柔性活塞（1），柔性活塞（1）与密封法兰（2）密封连接，密封法兰（2）通过螺钉A（3）与冷缸（7）连接，冷缸（7）通过密封圈（13）、螺钉B（9）与热缸（10）密封连接，其特征在于：所述密封法兰（2）与冷缸（7）还通过螺钉A（3）固定有V形活塞支架（4），V形活塞支架（4）通过连接片（5）与弹性封头（16）固定连接，弹性封头（16）通过设置在活塞开口处的防滑装置（15）与活塞筒体（6）固定连接，活塞筒体（6）上设置有压力均衡孔（14），所述压力均衡孔（14）设置在活塞筒体（6）底部往上三分之二以上处，热缸（10）内设置有弹簧固定装置（11），活塞筒体（6）的底部与弹簧固定装置（11）之间设置有弹簧（12）。
所述冷缸（7）上还设置有散热装置（8），所述散热装置（8）为固定在冷缸（7）上的散热片，散热片为散热材料制成。
所述V形活塞支架（4）有2个，中心对称设置。
活塞筒体（6）由导热且耐高温的轻型材料制成；弹性封头（16）为弹性密封材料制成；V形活塞支架（4）为刚性材料制成。
活塞筒体（6）上设置的压力均衡孔（14）使气体在活塞筒体（6）内与热缸（10）和冷缸（7）内之间自由流动。
活塞筒体（6）的外壁与热缸（10）和冷缸（7）的内壁之间的间隙小于10mm。弹簧固定装置（11）与热缸（10）内壁底部固定。
弹簧（12）使用耐高温材料制成。
所述耐高温材料为AlloyX750合金，AlloyX750合金是镍基高温合金，在980℃以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能，800℃以下具有较高的强度，540℃以下具有较好的耐松弛性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能；该合金主要用于制造航空发动机在800℃以下工作并要求强度较高的耐松弛的平面弹簧和螺旋弹簧；还可用于制造汽轮机涡轮叶片等零件；可供应的品种有板材、带材、棒材、锻件、环形件、丝材和管材。耐高温材料的化学组份为： C：≤0.08 、Cr：14.0～17.0、 Ni+Co ： ≥70.0 、Al：0.40～1.00、 Ti：2.25～2.75、Fe：5.00～9.00 、Nb+Ta：0.70～1.20 、Co：≤1、 Mn：≤1 、Si：≤0.5 、S ：≤0.01 、Cu ：≤0.5、 P ：≤0.015。类似的耐高温合金材料还有GH 4169、GH 4145、90、99、Monel K-500、Inconel 718、Inconel X-750、631等。
本实用新型的工作原理是：发动机停机时，柔性活塞（1）处于中间位置，活塞筒体（6）处于热缸（10）和冷缸（7）中间，活塞筒体（6）内压强与热缸（10）和冷缸（7）内的压强相同；当热缸（10）被加热后，热气体上升，通过压力均衡孔（14）进入活塞筒体（6）内，活塞筒体（6）内压力增加，活塞筒体（6）内部体积膨胀，并向下运动，此时冷缸（7）与柔性活塞（1）的内部腔体空间增加，压力降低，促使柔性活塞（1）下降，活塞筒体（6）内的气体做完工后体积收缩，流出活塞筒体（6）进入热缸（10）内，活塞筒体（6）回复到起始位置，由于加热继续和气体回流，热缸（10）和冷缸（7）内压力持续升高， 促使柔性活塞（1）向上运动至起始位置，此时冷缸（7）空间增大，压力降低，促使活塞筒体（6）向上运动，体积收缩，气体通过压力均衡孔（14）进入到热缸（10）和冷缸（7）内，使冷缸（7）内压力持续增加，推动柔性活塞（1）继续向上运动，冷缸（7）与柔性活塞（1）内的气体做完工后体积收缩，气体通过压力均衡孔（14）进入到活塞筒体（6）内，活塞筒体（6）恢复到起始位置，热缸（10）内气体体积持续收缩，直到柔性活塞（1）回到起始位置，热缸（10）和冷缸（7）内压力与活塞筒体（6）内的压力再次平衡，完成一个周期；以此循环；发动机停机时，弹簧（12）由于受活塞筒体（6）重力的作用，压缩至第一段，并支撑住活塞筒体（6），此时活塞筒体（6）的活塞弹性封头（16）处于完全放松状态；当发动机运行时，活塞筒体（6）因热缸（10）和冷缸（7）内压力变化向下运动，由于此时压力变化大于弹簧（12）第二阶段弹力，因此弹簧（12）被压缩，活塞筒体（6）的动能一部分可以转化为弹簧（12）的弹性势能储存起来；当活塞筒体（6）向上运动时，弹簧（12）将储存的弹性势能释放，推动活塞筒体（6）加速向上运动；由于弹簧（12）的正常长度大于活塞筒体（6）的最大行程，所以当活塞筒体（6）上升至最大位移点时，弹簧（12）依然与活塞筒体（6）接触。弹簧（12）用耐高温材料制成，不会因热缸内温度过高而失效。弹簧固定装置（11）与热缸（10）内壁底部固定。本实用新型的有益效果在于：使用柔性活塞，可以完美解决气缸与活塞之间的密封问题，保证在高压运行时气缸内无工质泄漏，以达到发动机推力和效率不降低的目的。可变体积式活塞与气缸连通，其内部压强与气缸内压强一致，因此可变体积式活塞不需要高刚性耐压材料，降低生产成本，同时由于活塞重量减轻，减小了气体为推动活塞运动而浪费内能，进而提高气体内能的利用率，提高斯特林发动机的输出功率。利用气缸筒体内的工质气体等压状态下热胀冷缩的性质，取消了自由活塞与曲柄之间的连杆设计，保证了气缸的密封性；且发动机结构得到简化，制造难度降低；其次，第一，在发动机停机状态时，弹簧可以起到支撑作用，防止活塞筒体因其自身重力拖挂而变形，进而延长使用寿命；第二，在发动机运行时，当活塞筒体向下运动时，弹簧被压缩，可以将弹性势能储存，在活塞筒体向上运动时将弹性势能释放，为活塞筒体提供更大的动力向上运动，提高发动机效率；第三，弹簧可以协助减少气体为推动活塞筒体运动而浪费内能，进一步提高发动机效率。
四、附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为图1的防滑装置的局部放大图；
图中：1、柔性活塞，2、密封法兰，3、螺栓A，4、 V形活塞支架，5、连接片，6、活塞筒体，7、冷缸，8、散热装置，9、螺栓B，10、热缸，11、弹簧固定装置，12、弹簧，13、密封圈，14、压力均衡孔，15、防滑装置，16、弹性封头。
五、具体实施方式
实施例1，一种双作用非能动储能的活塞，包括柔性活塞（1），柔性活塞（1）与密封法兰（2）密封连接，密封法兰（2）通过螺钉A（3）与冷缸（7）连接，冷缸（7）通过密封圈（13）、螺钉B（9）与热缸（10）密封连接，其特征在于：所述密封法兰（2）与冷缸（7）还通过螺钉A（3）固定有V形活塞支架（4），V形活塞支架（4）通过连接片（5）与弹性封头（16）固定连接，弹性封头（16）通过设置在活塞开口处的防滑装置（15）与活塞筒体（6）固定连接，活塞筒体（6）上设置有压力均衡孔（14），所述压力均衡孔（14）设置在活塞筒体（6）底部往上三分之二以上处。
所述冷缸（7）上还设置有散热装置（8），所述散热装置（8）为固定在冷缸（7）上的散热片，散热片为散热材料制成。
所述V形活塞支架（4）有2个，中心对称设置。
活塞筒体（6）由导热且耐高温的轻型材料制成；弹性封头（16）为弹性密封材料制成；V形活塞支架（4）为刚性材料制成。
活塞筒体（6）上设置的压力均衡孔（14）使气体在活塞筒体（6）内与热缸（10）内之间自由流动。
活塞筒体（6）的外壁与热缸（10）和冷缸（7）的内壁之间的间隙小于10mm。
弹簧（12）用耐高温材料制成，不会因热缸内温度过高而失效。弹簧固定装置（11）与热缸（10）内壁底部固定。
Claims (1)
1.一种双作用非能动储能的活塞，包括柔性活塞（1），柔性活塞（1）与密封法兰（2）密封连接，密封法兰（2）通过螺钉A（3）与冷缸（7）连接，冷缸（7）通过密封圈（13）、螺钉B（9）与热缸（10）密封连接，其特征在于：所述密封法兰（2）与冷缸（7）还通过螺钉A（3）固定有V形活塞支架（4），V形活塞支架（4）通过连接片（5）与弹性封头（16）固定连接，弹性封头（16）通过设置在活塞开口处的防滑装置（15）与活塞筒体（6）固定连接，活塞筒体（6）上设置有压力均衡孔（14），所述压力均衡孔（14）设置在活塞筒体（6）底部往上三分之二以上处，热缸（10）内设置有弹簧固定装置（11），活塞筒体（6）的底部与弹簧固定装置（11）之间设置有弹簧（12）。
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| CN201721038353.6U CN207750145U (zh) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | 一种双作用非能动储能的活塞 |
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| CN201721038353.6U CN207750145U (zh) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | 一种双作用非能动储能的活塞 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107401463A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-11-28 | 肖炀 | 一种双作用非能动储能的活塞 |
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2017
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