[发明专利]采用支撑柔性板弹簧支撑的间隙式密封斯特林热电转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用支撑柔性板弹簧支撑的间隙式密封斯特林热电转换器，属于能源技术领域。

背景技术

斯特林热电转换器是斯特林发电系统的关键部件，斯特林热电转换技术是利用放射性同位素热源、太阳能和核能等热源，通过斯特林热电转换器，将热能转化为机械能，再通过线性交流发电机输出电能。斯特林热电转换技术，在热电转换技术中效率最高。间隙密封技术是斯特林热电转换器的关键技术，通常采用柔性板弹簧支撑和气体静压轴承的方式实现，从而实现运动活塞与气缸的非接触密封。

空间斯特林发电技术在国外已达到空间飞行应用的阶段，空间应用的可行性也得到验证。但是我国在斯特林热电转换技术上的研究水平与先进水平相比有很大差距，目前刚处于起步阶段，很多研究内容刚刚开展。在斯特林热电转换器上采用柔性板弹簧支撑系统实现运动活塞与气缸之间的非接触式间隙密封结构，同时满足发电机动子振荡系统的刚度要求，实现运动部件长期运行无磨损的结构特征，从而保证斯特林热电转换器的长寿命和高可靠。这种代替传统机械密封，减小摩擦损失和漏气损失以及磨损的斯特林热电转换技术，国内尚未研究，是本发明的一个创新点。

发明内容

本发明的目的是为解决斯特林热电转换器中的动态密封问题，发明一种采用柔性支撑柔性板弹簧支撑的间隙密封结构，以实现膨胀活塞和气缸、压缩活塞和气缸之间的非接触密封，从而达到斯特林热电转换器长寿命、高可靠运行的目的。

本发明的技术方案为：一种采用板弹簧支撑的间隙式密封斯特林热电转换器，包括热缸、压缩气缸和线性交流发电机，三者通过法兰固定连接，所述热缸内部向中心依次套装有换热器和膨胀气缸，该膨胀气缸内安装有膨胀活塞；该膨胀活塞套装在膨胀活塞杆上；所述膨胀活塞内腔安装有若干组支撑柔性板弹簧，该若干组支撑柔性板弹簧通过分别套在膨胀活塞内壁和膨胀活塞杆上的限位管进行定位，而所述限位管由紧固环压紧；从而使所述膨胀气缸和膨胀活塞之间、所述膨胀活塞和膨胀活塞杆之间在径向上形成间隙密封结构；所述膨胀活塞杆的底端带有底座，该底座上开有对称布置的小孔，该小孔和所述压缩气缸贯通。

所述压缩气缸内安装有压缩活塞，该压缩活塞的杆部处于所述线性交流发电机的中心，所述压缩活塞的杆部两端安装有支撑柔性板弹簧，该支撑柔性板弹簧通过安装在所述压缩活塞的杆部两端和发电机壳内壁上的限位管进行压紧和定位；从而使得所述压缩活塞的头部与压缩气缸之间在径向上形成间隙密封结构。

所述间隙密封结构的间隙为8μm～20μm，以实现运动活塞和气缸之间的非接触密封。

所述支撑柔性板弹簧采用直线臂板弹簧或同心蜗旋板弹簧或偏心蜗旋板弹簧。

所述热缸、膨胀活塞和膨胀气缸采用Inconel 718或MarM-247不锈钢合金制成。

所述换热器采用多孔泡沫金属制成。

本发明与现有技术相比的优点在于：

采用柔性板弹簧支撑系统实现非接触式的间隙密封结构，同时满足发电机动子振荡系统的刚度要求，实现了运动部件长期运行无磨损的结构特征，从而保证斯特林发电机的长寿命和高可靠。和现有技术相比，斯特林热电转换器中柔性板弹簧支撑的间隙密封结构无泄漏损失，摩擦损失和滞后损失也较小，具有较大的优越性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1-热缸、2-换热器、3-膨胀活塞、4-膨胀气缸、5-紧固螺栓、6-紧固环、7-限位管、8-支撑柔性板弹簧、9-膨胀活塞杆、10-压缩气缸、11-压缩活塞、12-线性交流发电机、13-发电机壳、14-小孔。

具体实施方式

下面通过附图对本发明及其有益效果作进一步详细的说明。