[实用新型]双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及双作用活塞式斯特林发动机的杆密封机构。

背景技术

随着全球能源与环保的形势日趋严峻，斯特林发动机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视。在生物质动力、太阳能动力、水下动力、空间站动力、热泵空调动力、车用混合推进动力等方面得到了广泛的研究与重视，用于热电联产可取得更高的热效率和经济效率。从能源利用的角度，表1列举了斯特林发动机引人注目的性质特征。

表1斯特林发动机的性质特征

  未来能源动力发展趋势  斯特林发动机引人注目的性质  传统燃料日益耗尽、使用可替代燃料  可以使用多种燃料、燃料消耗低  化石燃料成本不断增加  高效率、可利用非化石燃料  需求低噪音、少空气污染的动力装置  噪音低  废热可再生  低温度的驱动热源

斯特林发动机还有许多问题要解决，其实际过程是偏离可逆过程的，存在着各种不可逆损失，主要包括：泄漏损失、回热损失、流阻压降损失、穿梭损失、泵气损失、导热损失、不完全换热损失等。发动机内部工质的流动不是简单的单向流动，而是复杂的交变流动，热力、传热、流动过程互相耦合，其中工质的密封是关键问题之一，目前国内外还没有很好地解决。所以，研究新型密封装置，强化发动机热量传递与能量转化过程，提高其循环热效率，已成为斯特林发动机的重要研究课题之一。

斯特林发动机内通常采用的工质是氦、氢、氩或氮气，而且是利用气体从高压膨胀到低压，其中氦气的泄漏性和渗漏性相当高，因而为了保证发动机正常运转，必须使发动机内的气体量不变，从而使发动机的压比基本上保持不变。

密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要依靠垫片或密封面的静态变形而达到密封目的，由于是二接触零件在室温下紧固后达到的，因此必须考虑两接触件在高温下工作时，二者的高温膨胀率是否一致的问题，如不一致，则需要预先估算室温下预紧变形量是否能满足高温下膨胀率的差别。动密封是依靠两相对滑动或转动零部件的间隙的“阻塞”或“节流”作用达到密封目的，其可分为接触型机械密封与非接触型密封两大类，具体应用的有：(1)展-卷膜密封。利用展-卷膜的伸长与缩短来适应双作用活塞杆与孔的运动要求，而展-卷膜上下间的压差则是利用膜下面的油压来调节。随着工质温度的升高，则展-卷膜的寿命显著下降，此外，使整机结构相对复杂，因此目前已较少使用这种结构。(2)气封节流型密封。利用两相对运动部件之间的微小间隙形成节流阻塞作用达到密封目的。但这种密封并不是绝对可靠的密封，其泄漏的气量与间隙数值的三次方成正比，要尽可能在结构与加工条件允许的情况下，减小间隙，增加密封长度以减少气体的泄漏量。通常推荐活塞杆的密封气环间距为1/4的杆直径。(3)磁流体型密封。利用铁磁流体在磁力作用下在轴上形成一个O型液体环，达到密封的目的。这种密封的优点是对零部件的加工要求(表面粗糙度、同心度及晃动)低，缺点是每级压差小，只有0.35kPa，故实用时需多级密封。铁磁流体的温升是限制密封装置速度的唯一因素。

目前国外很重视密封装置的研制，并已取得了成果，如荷兰菲利普公司的“袜套式密封”装置和瑞典联合斯特林发动机公司的新型滑动密封装置效果都很好。后者成本低，寿命较长。除菲利普公司外，德国和瑞典的斯特林发动机研制单位都采用滑动密封装置，其使用寿命一般仅2000-2500小时，显然不能满足使用要求，还需进一步完善。