一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動的製造方法
2023-09-11 11:09:10 1
一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動的製造方法
【專利摘要】一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機，包括軸向上連接的多個相同的工作模塊，每一個工作模塊包括五個周向布置的自由活塞斯特林循環發生器，通過環式的熱氣管加熱，並通過五邊形搖塊偏心機構耦合在一起，將動力活塞輸出的直線運動轉換成轉軸的旋轉運動，從而用於發電或驅動其他負載，本發明直接利用高溫燃氣進行轉化，產生機械能，能將動力活塞輸出的直線運動轉化為曲軸的旋轉運動，同時避免了曲柄連杆機構活塞受偏載的問題，使得動力活塞處的氣體密封容易實現，結構簡單。
【專利說明】一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機
【技術領域】
[0001]本發明屬於節能設備領域，具體涉及一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機。
【背景技術】
[0002]垃圾焚燒發電是一種行之有效的垃圾處理方法，它是將垃圾進行適當處理後，投入到焚燒爐中進行充分燃燒，產生高溫的燃氣加熱水，從而產生高溫水蒸氣，推動渦輪機轉動，使發電機產生電能。然而現有的垃圾焚燒發電廠均採用蒸汽渦輪機來進行發電，需要用高溫燃氣加熱水，然後再用水蒸氣推動渦輪機，這一過程中存在不可避免的大量熱量損失，同時使得設備體積增大，結構複雜。
[0003]近年來，氣體密封技術的發展，使得斯特林發動機重新回到了應用層面。斯特林發動機是倫敦的牧師羅巴特斯特林(Robert Stirling)於1816年發明的，它是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產生動力的一種外燃機，它實際上的效率幾乎等於理論最大效率(卡諾循環效率)，因此受到了廣泛的關注，但是由於內燃機的快速發展，使得斯特林發動機淡出了工業應用的視線，只在少數軍事領域有所應用。直到近些年來，民用氣體密封技術得到發展，同時內燃機所需的高品質化學能源消耗殆盡，使得斯特林發動機重新成為研宄的熱點。斯特林發動機的凸出優點是適用於幾乎一切的能源，使得人們得以利用原本無法利用的能源，如垃圾焚燒過程中產生的熱能，可以直接通過斯特林發動機轉化為機械能，然後再通過相應的裝置轉化為所需的能源形式。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機，直接利用高溫燃氣進行轉化，產生機械能，結構簡單。
[0005]為了達到上述目的，本發明採取的技術方案為:
[0006]一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機，包括軸向上連接的多個相同的工作模塊，根據功率大小增減工作模塊數量，其中每個工作模塊包括五個自由活塞斯特林循環發生器1，五個自由活塞斯特林循環發生器I周向均勻布置在端部固定座10和中間固定座16之間，端部固定座10和中間固定座16是帶凸耳的筒形結構，周向開有半圓孔，能夠將自由活塞斯特林循環發生器I卡在開孔位置，端部固定座10和中間固定座16連接在一起；每個自由活塞斯特林循環發生器I的外缸筒1-1圓端部加工有外螺紋，並通過螺紋與熱氣管2連接，熱氣管2外塗有一層絕熱材料3 ;每個自由活塞斯特林循環發生器I的動力活塞1-5前端為盤形結構，左保持盤4和右保持盤13將動力活塞1-5夾在中間，同時也將五邊形搖塊6和其上滾柱5夾在中間，左保持盤4、右保持盤13和五邊形搖塊5通過五個夾緊螺栓8夾緊在一起，動力活塞1-5能夠在滾柱5上在左保持盤4和右保持盤13之間的空腔中滑動，滑動軸承7安裝在五邊形搖塊6中間的通孔中，偏心套9外圈與滑動軸承7的內圈過盈配合同時中心支承在轉軸12的臺肩上，軸向通過定位套筒15固定，周向通過平鍵11傳遞動力，轉軸12通過兩個端部軸承14軸承在端部固定座10的開孔中。
[0007]所述的自由活塞斯特林循環發生器I包括外缸筒1-1，加熱換熱器1-12、回熱換熱器1-2和冷卻器1-3均安裝在外缸筒1-1的內壁開槽中，加熱換熱器1-12距離外缸筒1-1圓端最近，冷卻器1-3距離外缸筒1-1圓端最遠；動力缸1-4固定在外缸筒1-1的平端，動力缸1-4 一側是柱形結構，移氣活塞座1-6套裝在動力缸1-4的柱形結構上，能夠自由滑動，並且接觸面上有氣體密封裝置，移氣活塞座1-6外圈一側加工有外螺紋，移氣活塞1-13通過螺紋連接固定在移氣活塞座1-6上；第一板簧1-8和第二板簧1-10也套裝在動力缸1-4的柱形結構上，中心通過柱形結構臺肩、第一中心套筒1-14和第二中心套筒1-16確定軸向位置，雙圓螺母1-15通過動力缸1-4柱形結構最外端的螺紋將套裝在柱形結構的各部件夾緊，第一板簧1-8和第二板簧1-10外圈通過第一定位環1-7、第二定位環1-9和板簧連接螺栓1-11與移氣活塞座1-6連接，當移氣活塞座1-6偏離平衡位置時，第一板簧1-8和第二板簧1-10能夠提供回復力；動力缸1-4另一側的空腔中安裝有動力活塞1-5，接觸面上有氣體密封裝置。
[0008]所述的熱氣管2是環形的管路，有一個進氣口和一個出氣口，每個工作模塊的熱氣管2之間採用並聯或串聯的方式連接。
[0009]所述的回熱換熱器1-2是一種多孔的金屬絲或多孔的金屬材料，在冷氣體通過時，對氣體進行加熱，在熱起體通過時，對氣體進行冷卻。
[0010]所述的冷卻器1-3是一種薄壁扁平管，呈環形，其中能夠通冷卻介質，冷卻器1-3上帶有兩個軟管，用於冷卻介質的通入和流出，在安裝時，軟管先壓縮在冷卻器1-3內部，待冷卻器1-3定位好後，再由外缸筒1-1上的開孔中將軟管掏出。
[0011]本發明的優點為:採用周向布置自由活塞斯特林循環發生器I的方式節約了軸向空間，使裝置的功率密度提高，同時可以通過軸向並列多個模塊實現很大的總功率；環式熱氣管保證了裝置對熱氣中可用熱能的有效利用，各模塊的熱氣管2可採取並聯或串聯的方式，布置形式靈活；五邊形搖塊6能將動力活塞輸出的直線運動轉化為曲軸的旋轉運動，同時避免了曲柄連杆機構活塞受偏載的問題，使得動力活塞處的氣體密封容易實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明一個工作模塊的結構示意圖。
[0013]圖2是本發明包含兩個工作模塊時軸向半剖結構示意圖。
[0014]圖3是本發明自由斯特林循環發生器I的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面參照附圖對本發明作詳細闡釋。
[0016]參照圖1和圖2，一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機，包括軸向上連接的兩個相同的工作模塊，根據功率大小增減工作模塊數量，其中每個工作模塊包括五個自由活塞斯特林循環發生器1，五個自由活塞斯特林循環發生器I周向均勻布置在端部固定座10和中間固定座16之間，端部固定座10和中間固定座16是帶凸耳的筒形結構，周向開有半圓孔，能夠將自由活塞斯特林循環發生器I卡在開孔位置，端部固定座10和中間固定座16連接在一起；每個自由活塞斯特林循環發生器I的外缸筒1-1圓端部加工有外螺紋，並通過螺紋與熱氣管2連接，熱氣管2外塗有一層絕熱材料3 ;每個自由活塞斯特林循環發生器I的動力活塞1-5前端為盤形結構，左保持盤4和右保持盤13將動力活塞1-5夾在中間，同時也將五邊形搖塊6和其上滾柱5夾在中間，左保持盤4、右保持盤13和五邊形搖塊5通過五個夾緊螺栓8夾緊在一起，動力活塞1-5能夠在滾柱5上在左保持盤4和右保持盤13之間的空腔中滑動，滑動軸承7安裝在五邊形搖塊6中間的通孔中，偏心套9外圈與滑動軸承7的內圈過盈配合同時中心支承在轉軸12的臺肩上，軸向通過定位套筒15固定，周向通過平鍵11傳遞動力，轉軸12通過兩個端部軸承14軸承在端部固定座10的開孔中。
[0017]參照圖3，所述的自由活塞斯特林循環發生器I包括外缸筒1-1，加熱換熱器1-12、回熱換熱器1-2和冷卻器1-3均安裝在外缸筒1-1的內壁開槽中，加熱換熱器1-12距離外缸筒1-1圓端最近，冷卻器1-3距離外缸筒1-1圓端最遠；動力缸1-4通過其上法蘭和螺釘固定在外缸筒1-1的平端，動力缸1-4 一側是柱形結構，移氣活塞座1-6套裝在動力缸1-4的柱形結構上，能夠自由滑動，並且接觸面上有氣體密封裝置，移氣活塞座1-6外圈一側加工有外螺紋，移氣活塞1-13通過螺紋連接固定在移氣活塞座1-6上；第一板簧1-8和第二板簧1-10也套裝在動力缸1-4的柱形結構上，中心通過柱形結構臺肩、第一中心套筒1-14和第二中心套筒1-16確定軸向位置，雙圓螺母1-15通過動力缸1-4柱形結構最外端的螺紋將套裝在柱形結構的各部件夾緊，第一板簧1-8和第二板簧1-10外圈通過第一定位環1-7、第二定位環1-9和板簧連接螺栓1-11與移氣活塞座1-6連接，當移氣活塞座1-6偏離平衡位置時，第一板簧1-8和第二板簧1-10能夠提供回復力；動力缸1-4另一側的空腔中安裝有動力活塞1-5，接觸面上有氣體密封裝置，防止工質流失。
[0018]參照圖1，所述的熱氣管2是環形的管路，有一個進氣口和一個出氣口，每個工作模塊的熱氣管2之間採用並聯或串聯的方式連接，實現對熱氣中熱能的高效利用。
[0019]參照圖3，所述的回熱換熱器1-2是一種多孔的金屬絲或多孔的金屬材料，在冷氣體通過時，對氣體進行加熱，在熱起體通過時，對氣體進行冷卻。
[0020]所述的冷卻器1-3是一種薄壁扁平管，呈環形，其中能夠通冷卻介質，冷卻器1-3上帶有兩個軟管，用於冷卻介質的通入和流出，在安裝時，軟管先壓縮在冷卻器1-3內部，待冷卻器1-3定位好後，再由外缸筒1-1上的開孔中將軟管掏出。
[0021]本發明的工作原理為:自由活塞斯特林循環發生器I是通過熱氣膨脹、冷氣收縮來驅動動力活塞1-5做功的，當外缸筒1-1圓端受熱時，外缸筒1-1和移氣活塞1-13之間的工作介質受熱，而移氣活塞1-13另一端通過冷卻器1-3對工作介質進行冷卻，使得移氣活塞1-13兩端之間產生一定的壓力差，推動移氣活塞座1-6小幅移動，移動到一定位置後，移氣活塞座1-6又在第一板簧1-8和第二板簧1-10的作用下向回移動，當移氣活塞座1-6移動的同時，帶動其上的移氣活塞1-13移動，使冷熱工作介質在加熱端和冷卻端強制流動，從而推動動力活塞1-5對外做功，由於冷熱介質在移氣活塞1-13兩端不斷震蕩，所以移氣活塞1-13兩端始終存在一定的壓差，這使得當加熱端和冷卻端存在足夠溫差時，移氣活塞座1-6和移氣活塞1-13可連續產生周期性運動，進而使自由活塞斯特林循環發生器I的動力活塞1-5連續對外做功；在每一個工作模塊中，有五個自由活塞斯特林循環發生器1，它們通過五邊形搖塊偏心機構耦合在一起，將動力活塞1-5輸出的直線運動轉換為轉軸12的旋轉運動，其作用類似於曲柄連杆機構，但是避免了曲柄連杆機構活塞受到偏載的問題。
【權利要求】
1.一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機，包括軸向上連接的多個相同的工作模塊，根據功率大小增減工作模塊數量，其中每個工作模塊包括五個自由活塞斯特林循環發生器(1)，五個自由活塞斯特林循環發生器(1)周向均勻布置在端部固定座(10)和中間固定座(16)之間，端部固定座(10)和中間固定座(16)是帶凸耳的筒形結構，周向開有半圓孔，能夠將自由活塞斯特林循環發生器(1)卡在開孔位置，端部固定座(10)和中間固定座(16)連接在一起；每個自由活塞斯特林循環發生器(1)的外缸筒(1-1)圓端部加工有外螺紋，並通過螺紋與熱氣管(2)連接，熱氣管(2)外塗有一層絕熱材料(3);每個自由活塞斯特林循環發生器(1)的動力活塞(1-5)前端為盤形結構，左保持盤(4)和右保持盤(13)將動力活塞(1-5)夾在中間，同時也將五邊形搖塊(6)和其上滾柱(5)夾在中間，左保持盤(4)、右保持盤(13)和五邊形搖塊(5)通過五個夾緊螺栓(8)夾緊在一起，動力活塞(1-5)能夠在滾柱(5)上在左保持盤(4)和右保持盤(13)之間的空腔中滑動，滑動軸承(7)安裝在五邊形搖塊(6)中間的通孔中，偏心套(9)外圈與滑動軸承(7)的內圈過盈配合同時中心支承在轉軸(12)的臺肩上，軸向通過定位套筒(15)固定，周向通過平鍵(11)傳遞動力，轉軸(12)通過兩個端部軸承(14)軸承在端部固定座(10)的開孔中； 所述的自由活塞斯特林循環發生器(1)包括外缸筒(1-1)，加熱換熱器(1-12)、回熱換熱器(1-2)和冷卻器(1-3)均安裝在外缸筒(1-1)的內壁開槽中，加熱換熱器(1-12)距離外缸筒(1-1)圓端最近，冷卻器(1-3)距離外缸筒(1-1)圓端最遠；動力缸(1-4)固定在外缸筒(1-1)的平端，動力缸(1-4) 一側是柱形結構，移氣活塞座(1-6)套裝在動力缸(1-4)的柱形結構上，能夠自由滑動，並且接觸面上有氣體密封裝置，移氣活塞座(1-6)外圈一側加工有外螺紋，移氣活塞(1-13)通過螺紋連接固定在移氣活塞座(1-6)上；第一板簧(1-8)和第二板簧(1-10)也套裝在動力缸(1-4)的柱形結構上，中心通過柱形結構臺肩、第一中心套筒(1-14)和第二中心套筒(1-16)確定軸向位置，雙圓螺母(1-15)通過動力缸(1-4)柱形結構最外端的螺紋將套裝在柱形結構的各部件夾緊，第一板簧(1-8)和第二板簧(1-10)外圈通過第一定位環(1-7)、第二定位環(1-9)和板簧連接螺栓(1-11)與移氣活塞座(1-6)連接，當移氣活塞座(1-6)偏離平衡位置時，第一板簧(1-8)和第二板簧(1-10)能夠提供回復力；動力缸(1-4)另一側的空腔中安裝有動力活塞(1-5)，接觸面上有氣體密封裝置。
2.根據權利要求1所述的一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機，其特徵在於:所述的熱氣管(2)是環形的管路，有一個進氣口和一個出氣口，每個工作模塊的熱氣管(2)之間採用並聯或串聯的方式連接。
3.根據權利要求1所述的一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機，其特徵在於:所述的回熱換熱器(1-2)是一種多孔的金屬絲或多孔的金屬材料，在冷氣體通過時，對氣體進行加熱，在熱起體通過時，對氣體進行冷卻。
4.根據權利要求1所述的一種用於垃圾焚燒廢熱回收的多層五邊形式斯特林發動機，其特徵在於:所述的冷卻器(1-3)是一種薄壁扁平管，呈環形，其中能夠通冷卻介質，冷卻器(1-3)上帶有兩個軟管，用於冷卻介質的通入和流出，在安裝時，軟管先壓縮在冷卻器(1-3)內部，待冷卻器(1-3)定位好後，再由外缸筒(1-1)上的開孔中將軟管掏出。
【文檔編號】F02G1/044GK104500263SQ201410658087
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】趙升噸, 崔敏超, 陳超, 李靖祥, 賁寧宇 申請人:西安交通大學