自由活塞斯特林装置及其自由活塞漂移抑制结构

本技术涉及斯特林装置，尤其涉及一种自由活塞斯特林装置及其自由活塞漂移抑制结构。

背景技术：

1、对于自由活塞斯特林类机械设备，包括自由活塞和气缸，自由活塞设置在气缸内部，并将气缸的内腔分隔为两个腔体，为了使两个腔体之间保持相对密封且不影响自由活塞的运动，现有技术中，自由活塞与气缸之间采用间隙密封的方式。

2、然而，间隙密封的方式存在时均泄漏量，导致两腔体间存在平均压差，故导致自由活塞两端受到平均压差力，使其偏离于设计位置，导致系统出现性能及运行缺陷。

3、以自由活塞斯特林发电机为例，其直线电机两侧分别为压缩腔与背腔，压缩腔作为主要工作腔体，内部压力波动较大，而背腔容积较大，作用仅为向主活塞提供部分气体弹簧刚度，其压力波动相对较小。在运行过程中，因压缩腔压力波动远高于背腔压力波动，导致两腔体内气体瞬时密度差异较大，且密封间隙存在，使得高压力波动腔流向低压力波动腔侧质量偏大，时均质量具有从高压力波动侧流向低压力波动侧流动的方向性，该质量累积需平均压差进行平衡，即导致背腔平均压力高于压缩腔，从而使得活塞在运行时偏离与平衡位置，且偏向压缩腔。对自由活塞斯特林发电机，活塞漂移将导致磁路结构不对称，输出电压波形正弦性较差，大位移下存在撞机风险等问题。

技术实现思路

1、本实用新型实施例提供一种自由活塞斯特林装置及其自由活塞漂移抑制结构，其能够实现自由活塞的漂移抑制，且结构相对简单，系统可靠性高。

2、本实用新型的第一方面提供一种自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，包括自由活塞和气缸，所述自由活塞为圆柱形结构，所述气缸的内腔为圆柱形内腔，所述自由活塞将所述气缸的内腔分隔为第一腔体和第二腔体，所述第一腔体为低压力波动腔，所述第二腔体为高压力波动腔；

3、所述自由活塞处于平衡位置的状态下，所述自由活塞的外周壁与所述气缸的内周壁之间的第一间隙大于第二间隙，所述第二间隙构成所述自由活塞与所述气缸的间隙密封段；其中，

4、所述第一间隙相对靠近于所述第一腔体，所述第二间隙相对靠近于所述第二腔体。

5、根据本实用新型提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，沿所述第一腔体至所述第二腔体的轴向方向，所述内腔依次包括与所述自由活塞相配合的第一配合部和第二配合部，所述第一配合部相对于所述第二配合部沿径向向外扩张；其中，

6、所述第一配合部与所述自由活塞的外周壁形成所述第一间隙；

7、所述第二配合部与所述自由活塞的外周壁形成所述第二间隙。

8、根据本实用新型提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，沿所述第一腔体至所述第二腔体的轴向方向，所述自由活塞依次包括与所述内腔的内周壁相配合的第三配合部和第四配合部，所述第三配合部相对于所述第四配合部沿径向收缩；其中，

9、所述自由活塞处于平衡位置的状态下，所述第三配合部与所述第一配合部相对应，以形成所述第一间隙，所述第二配合部与所述第四配合部相对应，以形成所述第二间隙。

10、根据本实用新型提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，所述自由活塞的外周壁为圆柱面。

11、根据本实用新型提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，所述自由活塞的外周壁为锥形面，且所述自由活塞的第一端直径小于第二端直径，其中，所述第一端为靠近所述第一腔体的一端，所述第二端为靠近所述第二腔体的一端。

12、根据本实用新型提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，所述内腔的内周壁为锥形面，且所述内腔的第一端直径大于其第二端直径，其中，

13、所述内腔的第一端为靠近所述第一腔体的一端，所述内腔的第二端为靠近所述第二腔体的一端。

14、根据本实用新型提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，所述第一配合部和所述第二配合部之间形成突变截面。

15、根据本实用新型提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，所述第三配合部和所述第四配合部之间形成突变截面。

16、本实用新型的第二方面提供一种自由活塞斯特林装置，包括如上任一项所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构。

17、根据本实用新型提供的自由活塞斯特林装置，所述自由活塞斯特林装置包括自由活塞斯特林发电机。

18、本实用新型提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，包括自由活塞和气缸，自由活塞将气缸的内腔分隔为第一腔体和第二腔体，第一腔体为低压力波动腔，其内部的气压波动较低，第二腔体为高压力波动腔，其内部气压波动较高。自由活塞处于平衡位置的状态下，自由活塞的外圆周壁与所述气缸的内圆周壁之间的第一间隙大于第二间隙，第二间隙构成自由活塞与气缸的间隙密封段；其中，第一间隙相对靠近于第一腔体，第二间隙相对靠近于第二腔体。如此设置，当自由活塞在气缸内部往复运动时，第二间隙(间隙密封段)的长度将发生变化，当自由活塞向第二腔体方向运动时，间隙密封段长度变长，进而流阻增大，即在间隙密封段内的气体从高压力波动腔流向低压力波动腔时，流阻大于气体从低压力波动腔流向高压力波动腔时刻，即更大的气体密度时刻对应较小的体积流率，通过流阻匹配实现该时均质量流量的调节，来减小单侧腔体质量累积，避免建立平均压力差，从而抑制自由活塞的漂移。

技术特征：

1.一种自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，其特征在于，包括自由活塞(1)和气缸(2)，所述自由活塞(1)为圆柱形结构，所述气缸(2)的内腔为圆柱形内腔，所述自由活塞(1)将所述气缸(2)的内腔分隔为第一腔体(3)和第二腔体(4)，所述第一腔体(3)为低压力波动腔，所述第二腔体(4)为高压力波动腔；

2.根据权利要求1所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，其特征在于，所述自由活塞(1)的外周壁为圆柱面。

5.根据权利要求1所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，其特征在于，

7.根据权利要求2所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，其特征在于，所述第一配合部(21)和所述第二配合部(22)之间形成突变截面。

8.根据权利要求3所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，其特征在于，所述第三配合部(11)和所述第四配合部(12)之间形成突变截面。

9.一种自由活塞斯特林装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构。

10.根据权利要求9所述的自由活塞斯特林装置，其特征在于，所述自由活塞斯特林装置包括自由活塞斯特林发电机。

技术总结本技术涉及斯特林装置技术领域，尤其涉及一种自由活塞斯特林装置及其自由活塞漂移抑制结构。本技术提供的自由活塞斯特林装置的自由活塞漂移抑制结构，包括自由活塞和气缸，自由活塞将气缸的内腔分隔为第一腔体和第二腔体，第一腔体为低压力波动腔，第二腔体为高压力波动腔；自由活塞处于平衡位置的状态下，自由活塞的外周壁与气缸的内周壁之间的第一间隙大于第二间隙，第二间隙构成自由活塞与气缸的间隙密封段；其中，第一间隙相对靠近于第一腔体，第二间隙相对靠近于第二腔体。如此设置，本技术提供的自由活塞斯特林装置及其自由活塞漂移抑制结构，其能够实现自由活塞的漂移抑制，且结构相对简单，系统可靠性高。技术研发人员：陈远航,余国瑶,陈燕燕,陈志栩,罗靖,孙岩雷,胡剑英,罗二仓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：20231102技术公布日：2024/6/20