具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机

本发明涉及发电机，尤其涉及一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机。

背景技术：

1、随着深空探测的兴起，自由活塞斯特林发电机受到了广泛关注，针对自由活塞式斯特林发电机，活塞与缸体均为非接触的间隙密封，活塞通过板簧或气体轴承支撑，保证密封间隙，并做高频往复直线运动。

2、对于间隙密封的活塞高频往复运动的热力机械，运行过程中活塞的平衡位置偏离初始平衡位置的现象称为活塞偏移现象。自由活塞式斯特林发电机易出现活塞偏移现象，且活塞偏移的方向大多指向膨胀腔方向。根据活塞的设计行程，活塞的运动存在上止点和下止点，当活塞发生偏移现象时，也就意味着活塞运动的上止点和下止点统一朝一个方向偏移。对于板弹簧而言，虽然振幅不变，但上止点的偏移使得板弹簧从初始平衡状态到上止点状态需要更大的形变量，这将导致板弹簧所受应力可能超过最大许用应力，造成板弹簧寿命降低甚至发生断裂。此外，活塞偏移使得活塞的实际最大行程减小，对于自由活塞式斯特林发电机而言，将使输出效率降低，甚至发生撞缸现象。

3、现有技术中，有通过施加外力的方法解决活塞偏移问题，主要包括通过增大板弹簧轴向刚度，或在活塞偏移方向增加一个反向直流电压解决活塞偏移问题。增大板弹簧的刚度同样也会带来其他的影响，板簧刚度改变，活塞运动的行程和频率等也会发生改变；采用反向直流电压一定程度上可以抑制活塞的偏置，但需要额外的能量输入，均未能有效解决活塞偏移问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，用以解决现有的自由活塞斯特林发电机运行过程中存在活塞偏移现象，导致运行的稳定性和可靠性不佳的问题。

2、本发明提供一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，包括：壳体、换热组件、直线电机、配气活塞、动力活塞和气路平衡组件；

3、所述换热组件和所述直线电机沿所述壳体的轴线方向依次环形设置于所述壳体内，

4、所述配气活塞和所述动力活塞可移动地设于所述壳体内，所述动力活塞与所述壳体之间具有密封间隙；所述配气活塞和所述壳体的第一端面之间形成膨胀腔，所述配气活塞和所述动力活塞的相对面之间形成压缩腔，所述动力活塞和所述壳体的第二端面之间形成缓冲腔；

5、所述气路平衡组件的一端与所述压缩腔连通，另一端与所述缓冲腔连通，所述气路平衡组件具有气流通道，通过所述密封间隙周期性泄漏至所述缓冲腔内的循环工质能够沿所述气流通道回流至所述压缩腔。

6、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，所述气路平衡组件包括喷管和套管；

7、所述喷管嵌设于所述套管内，所述喷管与所述套管同轴设置，所述喷管设有所述气流通道，所述气流通道为变截面通道，所述气流通道的大端与所述压缩腔连通，所述气流通道的小端与所述缓冲腔连通。

8、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，所述套管包括第一管体和第二管体；

9、所述第一管体的第一端与所述压缩腔连通，所述第一管体的第二端与所述第二管体的第一端可拆卸连接，所述第二管体的第二端与所述缓冲腔连通。

10、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，所述第一管体面向所述第二管体的一端设有第一凹槽，所述第二管体面向所述第一管体的一端设有第二凹槽；

11、所述喷管的外壁面设有环向凸起，所述环向凸起的部分嵌设于所述第一凹槽，所述环向凸起的部分嵌设于所述第二凹槽。

12、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，所述气路平衡组件还包括第一密封垫和第二密封垫；

13、所述第一密封垫夹设于所述第一凹槽的槽底面与所述环向凸起的一个端面之间，所述第二密封垫夹设于所述第二凹槽的槽底面与所述环向凸起的另一个端面之间。

14、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，所述气流通道包括多个锥状通孔，多个所述锥状通孔绕所述喷管的轴线环向布设。

15、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，所述锥状通孔的内壁面呈曲面或锥面。

16、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，所述气路平衡组件设于所述壳体外，所述套管的一端通过第一连通管与所述压缩腔连通，所述套管的另一端通过第二连通管与所述缓冲腔连通。

17、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，所述气路平衡组件设于所述壳体内，所述套管嵌设于所述动力活塞内，所述套管的轴线与所述动力活塞的轴线平行，且所述套管的一端与所述动力活塞的一端连通，另一端与所述动力活塞的另一端连通。

18、根据本发明提供的一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，还包括弹性件，所述弹性件设于所述动力活塞与所述壳体的第二端面之间；

19、所述配气活塞的活塞杆穿设于所述动力活塞，且与所述弹性件连接。

20、本发明提供的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，配气活塞和动力活塞可往复运动地设于壳体内，壳体内依次形成有膨胀腔、压缩腔和缓冲腔，气路平衡组件的一端与压缩腔连通，另一端与缓冲腔连通，发电机运行过程中，由动力活塞密封间隙处周期性泄漏至缓冲腔内的循环工质能够沿着气路平衡组件的气流通道回流至压缩腔内，使得压缩腔和缓冲腔的压力相平衡，避免活塞出现偏移问题，保障发电机运行的稳定性和可靠性。

技术特征：

1.一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，包括：壳体、换热组件、直线电机、配气活塞、动力活塞和气路平衡组件；

2.根据权利要求1所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述气路平衡组件包括喷管和套管；

3.根据权利要求2所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述套管包括第一管体和第二管体；

4.根据权利要求3所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述第一管体面向所述第二管体的一端设有第一凹槽，所述第二管体面向所述第一管体的一端设有第二凹槽；

5.根据权利要求4所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述气路平衡组件还包括第一密封垫和第二密封垫；

6.根据权利要求2所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述气流通道包括多个锥状通孔，多个所述锥状通孔绕所述喷管的轴线环向布设。

7.根据权利要求6所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述锥状通孔的内壁面呈曲面或锥面。

8.根据权利要求2所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述气路平衡组件设于所述壳体外，所述套管的一端通过第一连通管与所述压缩腔连通，所述套管的另一端通过第二连通管与所述缓冲腔连通。

9.根据权利要求2所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述气路平衡组件设于所述壳体内，所述套管嵌设于所述动力活塞内，所述套管的轴线与所述动力活塞的轴线平行，且所述套管的一端与所述动力活塞的一端连通，另一端与所述动力活塞的另一端连通。

10.根据权利要求1至9任一项所述的具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，其特征在于，还包括弹性件，所述弹性件设于所述动力活塞与所述壳体的第二端面之间；

技术总结本发明提供一种具有气路平衡功能的自由活塞斯特林发电机，包括：壳体、换热组件、直线电机、配气活塞、动力活塞和气路平衡组件；换热组件和直线电机沿壳体的轴线方向依次环形设置于壳体内，配气活塞和动力活塞可移动地设于壳体内，动力活塞与壳体之间具有密封间隙；配气活塞和壳体的第一端面之间形成膨胀腔，配气活塞和动力活塞的相对面之间形成压缩腔，动力活塞和壳体的第二端面之间形成缓冲腔；气路平衡组件的一端与压缩腔连通，另一端与缓冲腔连通，气路平衡组件具有气流通道，通过密封间隙周期性泄漏至缓冲腔内的循环工质能够沿气流通道回流至压缩腔，使得压缩腔和缓冲腔的压力相平衡，避免活塞出现偏移，保障发电机运行的稳定性和可靠性。技术研发人员：洪国同,杨明卓,焦珂欣,池春云,林明嫱,牟健,李瑞杰受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13