[实用新型]一种双作用斯特林发动机活塞双向密封与润滑装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械技术领域，具体地说是涉及一种双作用式斯特林发动机活塞的冷腔与热腔的双向密封和活塞的润滑装置。

背景技术

斯特林发动机是一种外部加热的闭式循环活塞式发动机。斯特林发动机通常由集热器、气缸热腔、气缸冷腔、回热器、冷却器和传动机构等几个部分组成。气缸热腔和集热器处于循环的高温高压部分，因此通常称它们为热腔：气缸冷腔和冷却器处于循环的低温部分，称为冷腔。斯特林发动机的理想工作过程是以斯特林循环为基础的，由两个等温过程和两个等容过程组成。

所谓双作用式斯特林发动机，是指气缸中的活塞既有热腔配气活塞的作用，也具备冷腔动力活塞的作用，即活塞一端为热腔，另一端为冷腔。每一个气缸的冷腔都与相邻的一个气缸的热腔相连，并且在其间装备有冷却器、回热器和集热器，组成一个完整的循环系统。

所谓四缸双作用斯特林发动机，是由四套活塞组、四个回热器、四个冷却和四个集热器组成的一个完整的闭式循环系统。相当于四个单缸双作用斯特林发动机，气缸和活塞组的数目减小了一半，使得其结构紧凑，相同功率发动机的体积和重量大大下降，生产成本也大大降低。

双作用斯特林发动机内部密封的工质通常为氢气和氦气，有时1KW以下的小功率斯特林发动机也以空气作为工质，活塞两端同时具有大的温差和压差，其工作条件相对恶劣，而且双作用斯特林发动机相邻各缸是相互联系的，加上活塞往复运动的工作特性，目前，双作用斯特林发动机活塞的密封与润滑均采用无油润滑密封的方式，即采用具备自润滑特性、耐高温、耐磨的聚四氟乙烯和氟橡胶等材料作密封和自润滑，而不能直接采用润滑油润滑，这种类型的材料，在高温、高压、高速往复运行环境中，易产生蠕变，对其工作稳定性和寿命都有极大的影响，故西安航空动力股份有限公司和西安航天动力研究所十一室在《斯特林发动机活塞及活塞杆密封技术报告》中指出：“现斯特林发动机装机后已经过多次试验考核，目前采用电加热炉为热源，发动机功率可达14kW，效率达20%~30%,活塞杆主密封静态泄漏率为2.0×10^-7Pam³/s,发动机累积运转80多小时无明显泄漏...... 目前发动机运转摩擦寿命有待进一步考证。”这就是双作用斯特林发动机活塞密封与润滑是影响双作用斯特林发动研发和推广应用的主要障碍。

发明内容

本实用新型要解决的技术是针对现有双作用斯特林发动机活塞密封技术存在的不足，和解决目前双作用斯特林发动机的活塞不能采用润滑油润滑的技术问题，提供一种可靠、稳定、成本低、寿命长、维修方便，适用于双作用斯特林发动机中的活塞双向密封与油润滑技术，为实现可靠密封、润滑油润滑提供一种新的技术方法。

本实用新型是一种双作用斯特林发动机活塞双向密封与润滑装置通过下述技术方案予以实现：一种双作用斯特林发动机活塞双向密封与润滑装置包括气缸热腔、活塞顶、热腔端一道气环、热腔端二道气环、热腔端油环、活塞缸进油孔、活塞、冷腔端油环、冷腔端二道气环、冷腔端一道气环、气缸冷腔、活塞杆、活塞缸出油孔、活塞缸体，所述的活塞安装在活塞缸体内作往复运动，活塞两端与活塞缸体内腔分别形成气缸热腔、气缸冷腔；所述的活塞右端部外圆处设置有热腔端一道气环、热腔端二道气环和热腔端油环，活塞左端部外圆处设置有冷腔端二道气环、冷腔端一道气环和冷腔端油环，热腔端一道气环、热腔端二道气环、热腔端油环和冷腔端二道气环、冷腔端一道气环和冷腔端油环在活塞外圆上呈对称布置，热腔端油环和冷腔端油环设置在活塞中部，热腔端油环、冷腔端油腔之间的距离根据活塞设计行程和活塞缸进油孔的宽度确定；

所述的活塞缸体内活塞的右端设置有活塞顶。

本实用新型一种双作用斯特林发动机活塞双向密封与润滑的方法与现有技术相比较有如下有益效果：本实用新型采用两套气环和油环，分别呈对称布置在活塞冷腔端部和热腔端部，活塞中部两个油环之间形成润滑区域，两个油环间距由活塞设计行程和油嘴宽度确定；本实用新型提供一种双作用斯特林发动机活塞双向密封与润滑的方法，是一种通过活塞上的气环、油环的对称布置将气缸热腔、气缸冷腔分别的、单独的密封形式与油润滑方法，提高活塞的密封性能和使用寿命，对加快推进斯特林发动机的研发和推广起到一定的积极作用。