專(zhuān)利名稱(chēng)：采用支撐柔性板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用支撐柔性板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，屬于能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
斯特林熱電轉(zhuǎn)換器是斯特林發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，斯特林熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是利用放射性同位素?zé)嵩?、太?yáng)能和核能等熱源，通過(guò)斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過(guò)線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)輸出電能。斯特林熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，在熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)中效率最高。間隙密封技術(shù)是斯特林熱電轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵技術(shù)，通常采用柔性板彈簧支撐和氣體靜壓軸承的方式實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)活塞與氣缸的非接觸密封。空間斯特林發(fā)電技術(shù)在國(guó)外已達(dá)到空間飛行應(yīng)用的階段，空間應(yīng)用的可行性也得 到驗(yàn)證。但是我國(guó)在斯特林熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)上的研究水平與先進(jìn)水平相比有很大差距，目前剛處于起步階段，很多研究?jī)?nèi)容剛剛開(kāi)展。在斯特林熱電轉(zhuǎn)換器上采用柔性板彈簧支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)活塞與氣缸之間的非接觸式間隙密封結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)動(dòng)子振蕩系統(tǒng)的剛度要求，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)磨損的結(jié)構(gòu)特征，從而保證斯特林熱電轉(zhuǎn)換器的長(zhǎng)壽命和高可靠。這種代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械密封，減小摩擦損失和漏氣損失以及磨損的斯特林熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，國(guó)內(nèi)尚未研究，是本發(fā)明的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決斯特林熱電轉(zhuǎn)換器中的動(dòng)態(tài)密封問(wèn)題，發(fā)明一種采用柔性支撐柔性板彈簧支撐的間隙密封結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)膨脹活塞和氣缸、壓縮活塞和氣缸之間的非接觸密封，從而達(dá)到斯特林熱電轉(zhuǎn)換器長(zhǎng)壽命、高可靠運(yùn)行的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種采用板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，包括熱缸、壓縮氣缸和線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)，三者通過(guò)法蘭固定連接，所述熱缸內(nèi)部向中心依次套裝有換熱器和膨脹氣缸，該膨脹氣缸內(nèi)安裝有膨脹活塞；該膨脹活塞套裝在膨脹活塞桿上；所述膨脹活塞內(nèi)腔安裝有若干組支撐柔性板彈簧，該若干組支撐柔性板彈簧通過(guò)分別套在膨脹活塞內(nèi)壁和膨脹活塞桿上的限位管進(jìn)行定位，而所述限位管由緊固環(huán)壓緊；從而使所述膨脹氣缸和膨脹活塞之間、所述膨脹活塞和膨脹活塞桿之間在徑向上形成間隙密封結(jié)構(gòu)；所述膨脹活塞桿的底端帶有底座，該底座上開(kāi)有對(duì)稱(chēng)布置的小孔，該小孔和所述壓縮氣缸貫通。所述壓縮氣缸內(nèi)安裝有壓縮活塞，該壓縮活塞的桿部處于所述線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)的中心，所述壓縮活塞的桿部?jī)啥税惭b有支撐柔性板彈簧，該支撐柔性板彈簧通過(guò)安裝在所述壓縮活塞的桿部?jī)啥撕桶l(fā)電機(jī)殼內(nèi)壁上的限位管進(jìn)行壓緊和定位；從而使得所述壓縮活塞的頭部與壓縮氣缸之間在徑向上形成間隙密封結(jié)構(gòu)。所述間隙密封結(jié)構(gòu)的間隙為SMffl 20Mffl，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)活塞和氣缸之間的非接觸密封。
所述支撐柔性板彈簧采用直線(xiàn)臂板彈簧或同心蝸旋板彈簧或偏心蝸旋板彈簧。所述熱缸、膨脹活塞和膨脹氣缸采用Inconel 718或MarM_247不銹鋼合金制成。
所述換熱器采用多孔泡沫金屬制成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于
采用柔性板彈簧支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非接觸式的間隙密封結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)動(dòng)子振蕩系統(tǒng)的剛度要求，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)部件長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)磨損的結(jié)構(gòu)特征，從而保證斯特林發(fā)電機(jī)的長(zhǎng)壽命和高可靠。和現(xiàn)有技術(shù)相比，斯特林熱電轉(zhuǎn)換器中柔性板彈簧支撐的間隙密封結(jié)構(gòu)無(wú)泄漏損失，摩擦損失和滯后損失也較小，具有較大的優(yōu)越性。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 其中，I-熱缸、2-換熱器、3-膨脹活塞、4-膨脹氣缸、5-緊固螺栓、6-緊固環(huán)、7-限位管、8-支撐柔性板彈簧、9-膨脹活塞桿、10-壓縮氣缸、11-壓縮活塞、12-線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)、13-發(fā)電機(jī)殼、14-小孔。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明及其有益效果作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I所示，熱缸I位于左端，壓縮氣缸10位于中間，發(fā)電機(jī)12位于右端，三者之間通過(guò)法蘭固接在一起。熱缸I、換熱器2、膨脹氣缸4、膨脹活塞3均為長(zhǎng)圓筒形，依次向內(nèi)套裝在一起；膨脹活塞3安裝在位于熱缸I中心軸的膨脹活塞桿9上。該膨脹活塞3內(nèi)的支撐柔性板彈簧8有兩組，分別置于膨脹活塞桿9的兩端；所述支撐柔性板彈簧8外徑和膨脹活塞3內(nèi)壁緊配合，其中心孔套裝在膨脹活塞桿9上，所述兩組支撐柔性板彈簧8之間及其兩外端均由分別套裝在膨脹活塞3內(nèi)壁和膨脹活塞桿9上的限位管7進(jìn)行定位，而兩組支撐柔性板彈簧8兩外端中的一端的限位管由所述膨脹活塞3內(nèi)的凸臺(tái)和膨脹活塞桿9上的凸臺(tái)限位，兩外端中的另一端的限位管由和膨脹活塞3內(nèi)壁螺紋連接的緊固環(huán)6及膨脹活塞桿9頭部中心的緊固螺栓5壓緊；從而使所述膨脹氣缸4和膨脹活塞3之間、所述膨脹活塞3和膨脹活塞桿9之間在徑向上形成間隙密封結(jié)構(gòu)，該間隙為SMffl 20Mm，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)活塞和氣缸之間的非接觸密封；所述膨脹活塞桿9的底端帶有底座，該底座上開(kāi)有四個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的小孔14，該小孔和所述壓縮氣缸10貫通，使工質(zhì)氣體可以在壓縮氣缸10和膨脹氣缸4內(nèi)往復(fù)流動(dòng)。所述膨脹活塞桿9的底座嵌入與所述膨脹氣缸4接觸的壓縮氣缸10的端面內(nèi)。所述膨脹氣缸4內(nèi)的支撐柔性板彈簧8在高溫O 100°C)下需要較大的彈性系數(shù)、抗疲勞強(qiáng)度和抗蠕變性能。所述壓縮氣缸10內(nèi)安裝有壓縮活塞11，該壓縮活塞11的桿部處于所述發(fā)電機(jī)12的中心，所述壓縮活塞11的桿部?jī)啥税惭b有支撐柔性板彈簧8，該支撐柔性板彈簧8通過(guò)安裝在所述壓縮活塞11的桿部?jī)啥撕桶l(fā)電機(jī)殼13內(nèi)壁上的限位管7進(jìn)行壓緊和定位，而壓縮活塞11的桿部尾端的限位管7通過(guò)壓縮活塞11端頭中心的緊固螺栓5固定，其余限位管均由設(shè)在發(fā)電機(jī)殼13內(nèi)壁和壓縮活塞11的桿部的凸臺(tái)定位。從而使得所述壓縮活塞11的頭部與壓縮氣缸10之間在徑向上形成間隙密封結(jié)構(gòu)，該間隙為SMffl 20Mm，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)活塞和氣缸之間的非接觸密封。線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)12位于兩組支撐柔性板彈簧8中間，其動(dòng)磁鐵安裝在所述壓縮活塞11的桿部中央，定子和發(fā)電機(jī)殼13通過(guò)鍵連接。所述支撐柔性板彈簧8采用直線(xiàn)臂板彈簧或同心蝸旋板彈簧或偏心蝸旋板彈簧
坐寸ο所述熱缸I、膨脹活塞3和膨脹氣缸4采用均采用經(jīng)受650°C高溫的Inconel 718或者可以經(jīng)受850°C高溫的MarM-247不銹鋼合金制成。所述換熱器2采用多孔泡沫金屬制成，其孔隙率可達(dá)95%以上，可大大提高換熱效
率
I · ο ο
本發(fā)明的原理是支撐柔性板彈簧支撐膨脹活塞和壓縮活塞，使膨脹活塞和膨脹氣缸之間、膨脹活塞和膨脹活塞桿之間、壓縮活塞和壓縮氣缸之間均為間隙密封，該結(jié)構(gòu)采用活塞和氣缸壁之間的氣體薄膜作為密封面和潤(rùn)滑劑(間隙密封的性能取決于活塞與氣缸壁之間的間隙、活塞行程及氣體的粘度)，從而實(shí)現(xiàn)活塞與氣缸之間的非接觸密封。采用外部熱源對(duì)斯特林熱電轉(zhuǎn)換器熱缸I加熱，膨脹氣缸4內(nèi)的工質(zhì)氣體膨脹，推動(dòng)支撐柔性板彈簧8振蕩，支撐柔性板彈簧8帶動(dòng)膨脹活塞3移動(dòng)，工質(zhì)氣體通過(guò)膨脹活塞3推動(dòng)在膨脹氣缸4熱端和冷端之間穿梭，當(dāng)工質(zhì)氣體在膨脹氣缸4熱端時(shí)吸熱膨脹，推動(dòng)壓縮活塞11運(yùn)動(dòng)，當(dāng)工質(zhì)氣體在膨脹氣缸4冷端時(shí)放熱收縮,推動(dòng)壓縮活塞11反向運(yùn)動(dòng)。壓縮活塞11帶動(dòng)線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)12的動(dòng)磁鐵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在勵(lì)磁線(xiàn)圈上產(chǎn)生交流電輸出。
權(quán)利要求
1.一種米用板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，包括熱缸(I)、壓縮氣缸(10)和線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)(12)，三者通過(guò)法蘭固定連接，其特征在于所述熱缸(I)內(nèi)部向中心依次套裝有換熱器(2)和膨脹氣缸(4)，該膨脹氣缸(4)內(nèi)安裝有膨脹活塞(3);該膨脹活塞(3 )安裝在膨脹活塞桿(9 )上；所述膨脹活塞(3 )內(nèi)腔安裝有若干組支撐柔性板彈簧(8 )，該若干組支撐柔性板彈簧(8)通過(guò)分別套在膨脹活塞(3)內(nèi)壁和膨脹活塞桿(9)上的限位管(7)進(jìn)行定位，而所述限位管(7)由緊固環(huán)(6)壓緊；從而使所述膨脹氣缸(4)和膨脹活塞(3)之間、所述膨脹活塞(3)和膨脹活塞桿(9)之間在徑向上形成間隙密封結(jié)構(gòu)；所述膨脹活塞桿(9)的底端帶有底座，該底座上開(kāi)有對(duì)稱(chēng)布置的小孔(14)，該小孔和所述壓縮氣缸(10)貫通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述壓縮氣缸(10 )內(nèi)安裝有壓縮活塞(11)，該壓縮活塞(11)的桿部處于所述線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)(12)的中心，所述壓縮活塞(11)的桿部?jī)啥税惭b有支撐柔性板彈簧(8)，該支撐柔性板彈簧(8)通過(guò)安裝在所述壓縮活塞(11)的桿部?jī)啥撕桶l(fā)電機(jī)殼(13)內(nèi)壁上的限位管(7)進(jìn)行壓緊和定位；從而使得所述壓縮活塞(11)的頭部與壓縮氣缸(10)之間在徑向上形成間隙密封結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種采用板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述間隙密封結(jié)構(gòu)的間隙為SMffl 20Mm，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)活塞和氣缸之間的非接觸密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種采用板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述支撐柔性板彈簧(8)采用直線(xiàn)臂板彈簧或同心蝸旋板彈簧或偏心蝸旋板彈黃。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述熱缸(I)、膨脹活塞(3)和膨脹氣缸(4)采用Inconel 718或MarM_247不銹鋼合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述換熱器(2)采用多孔泡沫金屬制成。
全文摘要
一種采用板彈簧支撐的間隙式密封斯特林熱電轉(zhuǎn)換器，包括熱缸、壓縮氣缸和線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)，三者通過(guò)法蘭固定連接，所述熱缸內(nèi)部向中心依次套裝有換熱器和膨脹氣缸，該膨脹氣缸內(nèi)安裝有膨脹活塞；該膨脹活塞套裝在膨脹活塞桿上；所述膨脹活塞內(nèi)腔安裝有若干組支撐柔性板彈簧，該若干組支撐柔性板彈簧通過(guò)分別套在膨脹活塞內(nèi)壁和膨脹活塞桿上的限位管進(jìn)行定位，從而使所述膨脹氣缸和膨脹活塞之間、所述膨脹活塞和膨脹活塞桿之間在徑向上形成間隙密封結(jié)構(gòu)；本發(fā)明采用柔性板彈簧支撐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非接觸式的間隙密封結(jié)構(gòu)，同時(shí)滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)動(dòng)子振蕩系統(tǒng)的剛度要求，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)部件長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)磨損的結(jié)構(gòu)特征，從而保證斯特林發(fā)電機(jī)的長(zhǎng)壽命和高可靠。
文檔編號(hào)F02G1/053GK102900561SQ201210432520
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者霍英杰, 王麗紅, 董亮, 王田剛, 閆春杰, 王娜 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一0研究所