[發明專利]一種雙作用斯特林發動機活塞雙向密封與潤滑裝置

有效

• 申請號: 201410108195.1
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN104018951A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 國建中;李歡;國祥;李春紅;楊志剛
• 申請（專利權）人: 國建中
• 主分類號: F02G1/053
• 分類號: F02G1/053
• 代理公司: 西寧金語專利代理事務所 63101
• 代理人: 哈慶華

技術領域

本發明涉及機械技術領域，具體地說是涉及一種雙作用式斯特林發動機活塞的冷腔與熱腔的雙向密封和活塞的潤滑裝置。?

背景技術

斯特林發動機是一種外部加熱的閉式循環活塞式發動機。斯特林發動機通常由集熱器、氣缸熱腔、氣缸冷腔、回熱器、冷卻器和傳動機構等幾個部分組成。氣缸熱腔和集熱器處于循環的高溫高壓部分，因此通常稱它們為熱腔：氣缸冷腔和冷卻器處于循環的低溫部分，稱為冷腔。斯特林發動機的理想工作過程是以斯特林循環為基礎的，由兩個等溫過程和兩個等容過程組成。?

所謂雙作用式斯特林發動機，是指氣缸中的活塞既有熱腔配氣活塞的作用，也具備冷腔動力活塞的作用，即活塞一端為熱腔，另一端為冷腔。每一個氣缸的冷腔都與相鄰的一個氣缸的熱腔相連，并且在其間裝備有冷卻器、回熱器和集熱器，組成一個完整的循環系統。?

所謂四缸雙作用斯特林發動機，是由四套活塞組、四個回熱器、四個冷卻和四個集熱器組成的一個完整的閉式循環系統。相當于四個單缸雙作用斯特林發動機，氣缸和活塞組的數目減小了一半，使得其結構緊湊，相同功率發動機的體積和重量大大下降，生產成本也大大降低。?

雙作用斯特林發動機內部密封的工質通常為氫氣和氦氣，有時1KW以下的小功率斯特林發動機也以空氣作為工質，活塞兩端同時具有大的溫差和壓差，其工作條件相對惡劣，而且雙作用斯特林發動機相鄰各缸是相互聯系的，加上活塞往復運動的工作特性，目前，雙作用斯特林發動機活塞的密封與潤滑均采用無油潤滑密封的方式，即采用具備自潤滑特性、耐高溫、耐磨的聚四氟乙烯和氟橡膠等材料作密封和自潤滑，而不能直接采用潤滑油潤滑，這種類型的材料，在高溫、高壓、高速往復運行環境中，易產生蠕變，對其工作穩定性和壽命都有極大的影響，故西安航空動力股份有限公司和西安航天動力研究所十一室在《斯特林發動機活塞及活塞桿密封技術報告》中指出：“現斯特林發動機裝機后已經過多次試驗考核，目前采用電加熱爐為熱源，發動機功率可達14kW，效率達20%~30%,活塞桿主密封靜態泄漏率為2.0×10^-7Pam³/s,發動機累積運轉80多小時無明顯泄漏......?目前發動機運轉摩擦壽命有待進一步考證。”這就是雙作用斯特林發動機活塞密封與潤滑是影響雙作用斯特林發動研發和推廣應用的主要障礙。?

發明內容

本發明要解決的技術是針對現有雙作用斯特林發動機活塞密封技術存在的不足，和解決目前雙作用斯特林發動機的活塞不能采用潤滑油潤滑的技術問題，提供一種可靠、穩定、成本低、壽命長、維修方便，適用于雙作用斯特林發動機中的活塞雙向密封與油潤滑技術，為實現可靠密封、潤滑油潤滑提供一種新的技術方法。?

本發明是一種雙作用斯特林發動機活塞雙向密封與潤滑裝置通過下述技術方案予以實現：一種雙作用斯特林發動機活塞雙向密封與潤滑裝置包括氣缸熱腔、活塞頂、熱腔端一道氣環、熱腔端二道氣環、熱腔端油環、活塞缸進油孔、活塞、冷腔端油環、冷腔端二道氣環、冷腔端一道氣環、氣缸冷腔、活塞桿、活塞缸出油孔、活塞缸體，所述的活塞安裝在活塞缸體內作往復運動，活塞兩端與活塞缸體內腔分別形成氣缸熱腔、氣缸冷腔；所述的活塞右端部外圓處設置有熱腔端一道氣環、熱腔端二道氣環和熱腔端油環，活塞左端部外圓處設置有冷腔端二道氣環、冷腔端一道氣環和冷腔端油環，熱腔端一道氣環、熱腔端二道氣環、熱腔端油環和冷腔端二道氣環、冷腔端一道氣環和冷腔端油環在活塞外圓上呈對稱布置，熱腔端油環和冷腔端油環設置在活塞中部，熱腔端油環、冷腔端油腔之間的距離根據活塞設計行程和活塞缸進油孔的寬度確定；?

所述的活塞缸體內活塞的右端設置有活塞頂。

本發明一種雙作用斯特林發動機活塞雙向密封與潤滑裝置與現有技術相比較有如下有益效果：本發明采用兩套氣環和油環，分別呈對稱布置在活塞冷腔端部和熱腔端部，活塞中部兩個油環之間形成潤滑區域，兩個油環間距由活塞設計行程和油嘴寬度確定；本發明提供一種雙作用斯特林發動機活塞雙向密封與潤滑裝置，是一種通過活塞上的氣環、油環的對稱布置將氣缸熱腔、氣缸冷腔分別的、單獨的密封形式與油潤滑方法，提高活塞的密封性能和使用壽命，對加快推進斯特林發動機的研發和推廣起到一定的積極作用。?