低溫差斯特林發動機模型的製作方法

2023-05-25 20:27:16 2

專利名稱：低溫差斯特林發動機模型的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教學教學儀器，具體涉及一種低溫差斯特林發動機模型。
背景技術：
斯特林發動機是通過氣體受熱膨脹、遇冷壓縮而產生動力的。這是一種外燃發動機，使燃料連續地燃燒，蒸發的膨脹氫氣(或氦)作為動力氣體使活塞運動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反覆地進行這樣的循環過程。這個過程又稱為斯特林循環，是封閉式的，採用定容下吸熱的氣體循環方式。循環過程是①定溫壓縮過程定容吸熱過程；③定溫膨脹過程；④定容放熱過程，完成一個循環。在理想吸熱的條件下，這種循環的熱效率，等於溫度上下限相同的卡諾循環。發動機使用氫氣作為工質，在封閉的氣缸內充有一定容積的工質。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質在低溫冷腔中壓縮，然後流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室內連續燃燒，通過加熱器傳給工質，工質不直接參與燃燒， 也不更換。由於這種循環是封閉式循環，可採用傳熱性能好的工質，同時，工質的腐蝕性也可以很小，如氮氣、氫氣等氣體。充入的氣體工質，還可以加大壓力，視封閉系統的情況，能夠採用遠遠大於大氣壓力的高壓氣體工作，這樣可以提高發動機的單位重量的功率，減小發動機的體積和重量。斯特林發動機分為單缸、雙缸、四缸的形式。斯特林發動機在運行時，由於燃料在氣缸外的燃燒室內連續燃燒，獨立於燃氣的工質通過加熱器吸熱，並按斯特林循環對外做功，因此避免了類似內燃機的震爆做功和間歇燃燒過程，從而實現了高效、低噪和低排放運行。在中學教學中，有關斯特林發動機的工作原理和工作過程的內容，一直是非常重要的一部分。但是，沒有模型，枯燥的文字無法激發學生們的學習興趣，也很難讓學生們真正理解蒸汽機的原理和工作過程，得不到預想的教學效果。
發明內容本實用新型為了解決上述問題而提供一種向學生演示斯特林發動機結構和工作原理低溫差斯特林發動機模型。本實用新型為解決這一問題所採取的技術方案是本實用新型的低溫差斯特林發動機模型，包括設置在下方的第一汽缸，以及與第一汽缸內部連通的第二汽缸；第一汽缸的上側面上設置有由支架支撐的飛輪，飛輪的兩側分別連接有第一曲柄和第二曲柄，飛輪中心處設置的飛輪軸兩端分別連接在第一曲柄和第二曲柄的圓心處；下端與第一汽缸內的第一活塞連接的第一連杆上端連接在第一曲柄非圓心處設置的第一曲柄軸上，下端與第二汽缸內的第二活塞連接的第二連杆上端連接在第二曲柄非圓心處設置的第二曲柄軸上。所述的第二汽缸設置在第一汽缸的上側面上；第一活塞將第一汽缸分為上下兩部分，第二活塞將第二汽缸分為上下兩部分，第二汽缸的下部分與第一汽缸的上部分連通。[0009]所述的第一活塞由輕質耐摩擦的物質製成。所述的第一活塞的上側中央設置有活塞杆，活塞杆穿過第一汽缸上側面上的固定裝置，上端與第一連杆連接。所述的第一連杆由細金屬絲製成，細金屬絲的下端連接在活塞杆上端形成的孔內，上端連接在第一曲柄軸的連接孔內。所述的第一汽缸和第二汽缸均由透明的玻璃材料製成。所述的第一曲柄和第二曲柄的曲柄軸具有90°的相位差。本實用新型具有的優點和積極效果是本實用新型的低溫差斯特林發動機模型，所有的傳動結構都進行外置，汽缸採用 透明設計，讓學生可以直觀的觀察斯特林發動機的工作過程，使學生易於理解和接受斯特林發動機的工作原理，並能激發學生的學習興趣，啟發學生的想像力和創造性思維，有利於青少年的智力開發；且在實驗過程中，學生可以親自動手參與，達到教學互動的效果，也能拓寬學生機械運動學方面的視野，有助於學生綜合能力的培養。
圖I是本實用新型的第一實施例的前視立體結構示意圖；圖2是本實用新型的第一實施例的後視立體結構示意圖；圖3是本實用新型的第二實施例的前視立體結構示意圖；圖4是本實用新型的第二實施例的後視立體結構示意圖；附圖中主要部件符號說明I :第一汽缸2 :第一連杆3:第一曲柄軸4 :飛輪5:第一曲柄6:支架7 :活塞杆8 :第一活塞9 :飛輪軸10 :第二汽缸11 :第二連杆12:第二曲柄軸13:第二曲柄14:第二活塞。
具體實施方式
以下參照附圖及實施例對本實用新型進行詳細的說明，本實用新型與現有技術相同的部件使用了相同的符號。圖I是本實用新型的第一實施例的前視立體結構示意圖；圖2是本實用新型的第一實施例的後視立體結構示意圖；如圖I和圖2所示，本實用新型第一實施例的低溫差斯特林發動機模型，包括設置在下方的第一汽缸I，以及設置在第一汽缸上方並與第一汽缸內部連通的第二汽缸10。 第一汽缸I的上側面上設置有由支架6支撐的飛輪4，飛輪4的兩側分別連接有第一曲柄5和第二曲柄13。飛輪4中心處設置的飛輪軸9中間穿過支架6近上端處形成的孔，兩端分別連接在第一曲柄5和第二曲柄13的圓心處。下端與第一汽缸I內的第一活塞8連接的第一連杆2上端連接在第一曲柄5非圓心處設置的第一曲柄軸3上。下端與第二汽缸10內的第二活塞14連接的第二連杆11上端連接在第二曲柄13非圓心處設置的第二曲柄軸12上。第一曲柄和第二曲柄的曲柄軸具有90°的相位差。第二汽缸10設置在第一汽缸I的上側面上。第一活塞8由輕質耐摩擦的物質製成，如海綿。第一活塞8將第一汽缸I分為上下兩部分，第二活塞14將第二汽缸10分為上下兩部分，第二汽缸10的下部分與第一汽缸I的上部分連通。第一汽缸I和第二汽缸10均由透明的玻璃材料製成。第一活塞8的上側中央設置有 活塞杆7，活塞杆7穿過第一汽缸I上側面上的固定裝置，上端與第一連杆2連接。第一連杆2由薄金屬片製成，活塞杆7的上端中間形成槽，第一連杆2的下端連接在槽內，並通過固定軸連接在槽的兩側壁上。圖3是本實用新型的第二實施例的前視立體結構示意圖；圖4是本實用新型的第二實施例的後視立體結構示意圖。如圖3和圖4所示，本實用新型第一實施例的低溫差斯特林發動機模型，包括設置在下方的第一汽缸1，以及設置在第一汽缸上方並與第一汽缸內部連通的第二汽缸10。第一汽缸I的上側面上設置有由支架6支撐的飛輪4，飛輪4的兩側分別連接有第一曲柄5和第二曲柄13。飛輪4中心處設置的飛輪軸9中間穿過支架6近上端處形成的孔，兩端分別連接在第一曲柄5和第二曲柄13的圓心處。下端與第一汽缸I內的第一活塞8連接的第一連杆2上端連接在第一曲柄5非圓心處設置的第一曲柄軸3上。下端與第二汽缸10內的第二活塞14連接的第二連杆11上端連接在第二曲柄13非圓心處設置的第二曲柄軸12上。第一曲柄和第二曲柄的曲柄軸具有90°的相位差。第二汽缸10設置在第一汽缸I的上側面上。第一活塞8由輕質耐摩擦的物質製成，如海綿。第一活塞8將第一汽缸I分為上下兩部分，第二活塞14將第二汽缸10分為上下兩部分，第二汽缸10的下部分與第一汽缸I的上部分連通。第一汽缸I和第二汽缸10均由透明的玻璃材料製成。第一活塞8的上側中央設置有活塞杆7，活塞杆7穿過第一汽缸I上側面上的固定裝置，上端與第一連杆2連接。第一連杆2由細金屬絲製成，細金屬絲的下端連接在活塞杆7上端形成的孔內，上端連接在第一曲柄軸3的連接孔內。使用時，只需將本實用新型的低溫差斯特林發動機模型放在手掌內，利用掌心溫度與室溫之間的溫度差，幾分鐘後，使第一汽缸和第二汽缸分別形成熱汽缸和冷氣缸，使兩個活塞的相互移動，工作介質在第一汽缸和第二汽缸之間來回流動，完成四個循環過程I. 定容吸熱過程，第一活塞8和第二活塞13均處於下止點位置不動，在手掌溫度的加熱下，第一汽缸I的下部分空氣實現定容情況下溫度由Tl升至T2，壓力升高。2. 定溫膨脹過程。第二活塞13均處於下止點位置不動，第一活塞8由下止點開始上行，其間第一汽缸下部分的空氣通過第一汽缸I的加熱，吸收熱量，維持溫度T2不變。3. 定容放熱過程。第一活塞8和第二活塞13以同樣的速度上行整個衝程，各自達到上止點，在定容情況下將空氣從第一汽缸上部分推到第二汽缸下部分，即從熱氣室推到冷氣室，向外界放出熱量，使空氣溫度從T2降至Tl，第二汽缸上部分空氣壓力升高。4.定溫壓縮過程，第二活塞13由上止點開始下行，壓縮第二汽缸10內的空氣，維持工質溫度Tl不變，使第二汽缸10下部分空氣壓力升高，從而推動第一活塞8下行。這樣回復到初始狀態完成一次閉合循環。本實用新型的第一活塞採用輕質材料，第一連杆也採用細絲，目的也是為了減輕質量，以使模型在低溫差條件下即可運轉。低溫差斯特林發動機模型，操作簡單，易實現，隨時隨地都可進行實驗。且所有的傳動結構都進行外置，汽缸採用透明設計，讓學生可以直觀的觀察斯特林發動機的工作過程，使學生易於理解和接受斯特林發動機的工作原理，並能激發學生的學習興趣，啟發學生的想像力和創造性思維，有利於青少年的智力開發；且在 實驗過程中，學生可以親自動手參與，達到教學互動的效果，也能拓寬學生機械運動學方面的視野，有助於學生綜合能力的培養。
權利要求1.一種低溫差斯特林發動機,其特徵在於該模型包括設置在下方的第一汽缸(1 )，以及與第一汽缸內部連通的第二汽缸(10);第一汽缸的上側面上設置有由支架(6)支撐的飛輪(4)，飛輪(4)的兩側分別連接有第一曲柄(5)和第二曲柄(13)，飛輪(4)中心處設置的飛輪軸(9)兩端分別連接在第一曲柄(5)和第二曲柄(13)的圓心處；下端與第一汽缸內的第一活塞(8)連接的第一連杆(2)上端連接在第一曲柄(5)非圓心處設置的第一曲柄軸(3)上，下端與第二汽缸內的第二活塞(14)連接的第二連杆(11)上端連接在第二曲柄(13)非圓心處設置的第二曲柄軸(12)上。
2.根據權利要求1所述的低溫差斯特林發動機模型，其特徵在於第二汽缸(10)設置在第一汽缸(1)的上側面上；第一活塞(8)將第一汽缸(1)分為上下兩部分，第二活塞(14)將第二汽缸(10)分為上下兩部分，第二汽缸的下部分與第一汽缸的上部分連通。
3.根據權利要求2所述的低溫差斯特林發動機模型，其特徵在於第一活塞(18)由輕質耐摩擦的物質製成。
4.根據權利要求1所述的低溫差斯特林發動機模型，其特徵在於第一活塞(8)的上側中央設置有活塞杆(7)，活塞杆(7)穿過第一汽缸(I)上側面上的固定裝置，上端與第一連杆(2)連接。
5.根據權利要求4所述的低溫差斯特林發動機模型，其特徵在於第一連杆(2)由薄金屬片製成，活塞杆(7)的上端中間形成槽，第一連杆(2)的下端連接在槽內，並通過固定軸連接在槽的兩側壁上。
6.根據權利要求4所述的低溫差斯特林發動機模型，其特徵在於第一連杆(2)由細金屬絲製成，細金屬絲的下端連接在活塞杆(7)上端形成的孔內，上端連接在第一曲柄軸(3)的連接孔內。
7.根據權利要求I所述的低溫差斯特林發動機模型，其特徵在於第一汽缸(1)和第二汽缸(10)均由透明的玻璃材料製成。
8.根據權利要求I所述的低溫差斯特林發動機模型，其特徵在於第一曲柄(5)和第二曲柄(13)的曲柄軸具有90°的相位差。
專利摘要一種低溫差斯特林發動機模型，包括設置在下方的第一汽缸，以及與第一汽缸內部連通的第二汽缸；第一汽缸的上側面上設置有由支架支撐的飛輪，飛輪的兩側分別連接有第一曲柄和第二曲柄，飛輪中心處設置的飛輪軸兩端分別連接在第一曲柄和第二曲柄的圓心處；下端與第一汽缸內的第一活塞連接的第一連杆上端連接在第一曲柄非圓心處設置的第一曲柄軸上，下端與第二汽缸內的第二活塞連接的第二連杆上端連接在第二曲柄非圓心處設置的第二曲柄軸上。本實用新型的低溫差斯特林發動機模型，讓學生可以直觀的觀察斯特林發動機的工作過程，使學生易於理解和接受斯特林發動機的工作原理，並能激發學生的學習興趣，拓寬學生的視野，有助於學生綜合能力的培養。
文檔編號G09B23/18GK202795860SQ20122051549
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者常金星, 陳賢, 陳安麗 申請人:天津啟星動力科技有限公司