[發明專利]雙作用活塞式斯特林發動機的桿密封機構

無效

• 申請號: 200910117070.4
• 申請日: 2009-06-15
• 公開（公告）號: CN101576022A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 左承基;唐景春;錢葉劍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/053
• 代理公司: 合肥金安專利事務所
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明涉及雙作用活塞式斯特林發動機的桿密封機構。

背景技術

隨著全球能源與環保的形勢日趨嚴峻，斯特林發動機由于其具有多種能源的廣泛適應性和優良的環境特性已越來越受到重視。在生物質動力、太陽能動力、水下動力、空間站動力、熱泵空調動力、車用混合推進動力等方面得到了廣泛的研究與重視，用于熱電聯產可取得更高的熱效率和經濟效率。從能源利用的角度，表1列舉了斯特林發動機引人注目的性質特征。

表1斯特林發動機的性質特征

??未來能源動力發展趨勢??斯特林發動機引人注目的性質??傳統燃料日益耗盡、使用可替代燃料??可以使用多種燃料、燃料消耗低??化石燃料成本不斷增加??高效率、可利用非化石燃料??需求低噪音、少空氣污染的動力裝置??噪音低??廢熱可再生??低溫度的驅動熱源

斯特林發動機還有許多問題要解決，其實際過程是偏離可逆過程的，存在著各種不可逆損失，主要包括：泄漏損失、回熱損失、流阻壓降損失、穿梭損失、泵氣損失、導熱損失、不完全換熱損失等。發動機內部工質的流動不是簡單的單向流動，而是復雜的交變流動，熱力、傳熱、流動過程互相耦合，其中工質的密封是關鍵問題之一，目前國內外還沒有很好地解決。所以，研究新型密封裝置，強化發動機熱量傳遞與能量轉化過程，提高其循環熱效率，已成為斯特林發動機的重要研究課題之一。

斯特林發動機內通常采用的工質是氦、氫、氬或氮氣，而且是利用氣體從高壓膨脹到低壓，其中氦氣的泄漏性和滲漏性相當高，因而為了保證發動機正常運轉，必須使發動機內的氣體量不變，從而使發動機的壓比基本上保持不變。

密封可分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要依靠墊片或密封面的靜態變形而達到密封目的，由于是二接觸零件在室溫下緊固后達到的，因此必須考慮兩接觸件在高溫下工作時，二者的高溫膨脹率是否一致的問題，如不一致，則需要預先估算室溫下預緊變形量是否能滿足高溫下膨脹率的差別。動密封是依靠兩相對滑動或轉動零部件的間隙的“阻塞”或“節流”作用達到密封目的，其可分為接觸型機械密封與非接觸型密封兩大類，具體應用的有：(1)展-卷膜密封。利用展-卷膜的伸長與縮短來適應雙作用活塞桿與孔的運動要求，而展-卷膜上下間的壓差則是利用膜下面的油壓來調節。隨著工質溫度的升高，則展-卷膜的壽命顯著下降，此外，使整機結構相對復雜，因此目前已較少使用這種結構。(2)氣封節流型密封。利用兩相對運動部件之間的微小間隙形成節流阻塞作用達到密封目的。但這種密封并不是絕對可靠的密封，其泄漏的氣量與間隙數值的三次方成正比，要盡可能在結構與加工條件允許的情況下，減小間隙，增加密封長度以減少氣體的泄漏量。通常推薦活塞桿的密封氣環間距為1/4的桿直徑。(3)磁流體型密封。利用鐵磁流體在磁力作用下在軸上形成一個O型液體環，達到密封的目的。這種密封的優點是對零部件的加工要求(表面粗糙度、同心度及晃動)低，缺點是每級壓差小，只有0.35kPa，故實用時需多級密封。鐵磁流體的溫升是限制密封裝置速度的唯一因素。

目前國外很重視密封裝置的研制，并已取得了成果，如荷蘭菲利普公司的“襪套式密封”裝置和瑞典聯合斯特林發動機公司的新型滑動密封裝置效果都很好。后者成本低，壽命較長。除菲利普公司外，德國和瑞典的斯特林發動機研制單位都采用滑動密封裝置，其使用壽命一般僅2000-2500小時，顯然不能滿足使用要求，還需進一步完善。