[发明专利]一种控制中小型斯特林机正向启动与反向工作的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制中小型斯特林机正向启动与反向工作的装置，属于热气机、斯特林制冷和机械传动技术领域。

背景技术

斯特林机运转平稳，噪声低，污染轻，可适应多种能源，具有循环扭矩变动量小和部分负荷特性好等优点。当为斯特林机提供热能时，斯特林机被称为热气机，它属于外燃机的一种。当为斯特林机提供机械能时，斯特林机则成为斯特林制冷机，其在制冷和低温领域具有广阔的应用前景。

随着世界化石能源的日趋短缺和全社会环境保护意识的增强，各国开始重视斯特林机的开发研究。目前斯特林机的研究正由实验阶段向实用化阶段发展，国内外出现了大量中小型斯特林机实验模型和实用机型。现有中小型斯特林机的启动通常是手动启动或者通过简易的启动装置启动，启动过程繁琐且稳定性低，而且简易的启动装置无法启动功率和启动扭矩相对较大的斯特林机。此外，尚无一套装置既能够保证斯特林机的正向启动（成为热气机）又能够为其反向工作（成为制冷机）提供动力，这导致斯特林机目前仅能单纯地作为热气机或制冷机使用，功能单一，利用率低。因此，设计一套能够保证斯特林机稳定正向启动与反向工作的装置对提高斯特林机的利用率和应用范围至关重要。

发明内容

本发明的目的是设计一种控制中小型斯特林机正向启动与反向工作的装置。该装置利用一对正反向布置的离心式棘轮机构为斯特林机提供正向启动的启动力以及反向持续工作的驱动力，能够保证斯特林机可靠稳定地正向启动，又能够实现斯特林机的一机两用，解决斯特林机启动可靠性低的问题，增强斯特林机的利用率和实用性。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

该装置包括启动轴、启动轴底座、反向离心式棘轮、启动离心式棘轮、斯特林机轴套筒、可调转向电动机；所述启动轴由主动段、挡板段和传动段组成；所述主动段通过固定轴承安装在启动轴底座上，传动段安装在传动轴承上；启动轴底座固定于设备外壳或固定试验台上，并在轴承部位安装挡油板；所述主动段通过一个键槽与启动轴皮带轮相连，所述挡板段为轴体一部分，所述传动段通过两个键槽分别与结构相同的反向离心式棘轮、启动离心式棘轮相连，反向离心式棘轮和启动离心式棘轮分居在传动轴承的两侧；所述可调转向电动机的输出轴与电动机皮带轮；电动机皮带轮与所述启动轴皮带轮之间通过皮带连接；所述斯特林机轴套筒与反向离心式棘轮、启动离心式棘轮固定连接；所述启动轴的传动段与斯特林机之间通过斯特林机轴连接。

所述反向离心式棘轮由内棘轮座和外棘轮组成；内棘轮座通过键槽与启动轴连接，外棘轮通过螺钉与斯特林机轴套筒连接；内棘轮座上设置若干组弹簧钩突柱、弹簧钩限位突柱、棘爪突柱，棘爪装套在棘爪突柱上，弹簧钩的一端与弹簧钩限位突柱固接，另一端绕过弹簧钩突柱与棘爪突柱连接。

所述棘爪与棘爪突柱为铰连接，以棘爪突柱为分割点，垂直于弹簧钩做分割线，则棘爪与弹簧钩相连部分的质量小于棘爪另一部分的质量。

所述固定轴承为角接触球轴承，所述连接轴承为深沟球轴承。

所述启动轴皮带轮和电动机皮带轮为V带轮或圆带轮。

所述弹簧钩为向内收缩式弹簧钩；所述棘爪为类月牙形棘爪。

所述启动离心式棘轮与反向离心式棘轮相对于连接轴承镜像布置。

所述斯特林机轴套筒用轻质铝合金制作，斯特林机套筒底部与斯特林机轴相连处开有方孔。

所述可调转向电动机为直流电动机。

上述离心式棘轮的应用：当使用斯特林机的系统处于不工作状态时，棘爪在弹簧钩的作用下收缩在内棘轮内。当启动轴在电动机的带动下动作时，内棘轮随启动轴转动。转动产生的离心力使得棘爪克服弹簧钩的束缚，棘爪外沿做离心运动，棘爪绕突柱转动。当棘爪外沿达到外棘轮的斜突时即完成内、外棘轮的啮合，启动轴上的转动通过棘轮传向斯特林机轴套筒。当启动轴停止动作时，离心力消失，棘爪在弹簧钩的作用下重新回到内棘轮内，实现内、外棘轮的完全分离。

上述控制中小型斯特林机正向启动与反向工作的装置的应用：当斯特林机作为热气机时，该装置在电动机的带动下通过启动离心式棘轮的内、外棘轮啮合为热气机提供一个扭矩足够的扰动使其启动，在热气机启动结束后启动电机停止工作，内、外棘轮完全分离即启动装置与热气机完全分离，实现热气机的自主运行。当斯特林机作为斯特林制冷机使用时，该装置可在电动机的带动下通过反向离心式棘轮的内、外棘轮啮合向斯特林制冷机提供一个持续的轴输入功率使斯特林制冷机实现制冷的工作状态。改变电动机转向可分别通过启动离心式棘轮和反向离心式棘轮自由控制斯特林机的制冷端位置，即同一端可以实现制热与制冷的自由切换。