阅读说明：本技术 一种斯特林发动机用活塞组件 (Piston assembly for Stirling engine ) 是由 万斌 郭向民 于 2020-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及斯特林发动机技术领域,公开了一种斯特林发动机用活塞组件,包括活塞座、活塞杆、活塞顶,活塞顶的下端与活塞座的上端固定连接,活塞杆的上端与活塞座的中心固定连接,活塞顶内设有介质腔,活塞杆的上端设有中心孔,活塞杆的中间部位设有与中心孔连通的进气孔,中心孔的上端与所述的介质腔连通。本发明中活塞顶内的介质腔平衡热腔压力,极大的提高整体稳定性和使用寿命。(The invention relates to the technical field of Stirling engines, and discloses a piston assembly for a Stirling engine, which comprises a piston seat, a piston rod and a piston top, wherein the lower end of the piston top is fixedly connected with the upper end of the piston seat, the upper end of the piston rod is fixedly connected with the center of the piston seat, a medium cavity is arranged in the piston top, a central hole is formed in the upper end of the piston rod, an air inlet hole communicated with the central hole is formed in the middle of the piston rod, and the upper end of the central hole is communicated with the medium cavity. According to the invention, the medium cavity in the piston top balances the pressure of the hot cavity, so that the overall stability is greatly improved and the service life is greatly prolonged.)

一种斯特林发动机用活塞组件

技术领域

本发明涉及斯特林发动机技术领域，尤其涉及一种斯特林发动机用活塞组件。

背景技术

斯特林发动机是英国物理学家罗巴特斯特林于1816年发明的，因此命名为“斯特林发动机”。斯特林发动机是通过气缸内工作介质（氢气或氦气）经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。斯特林发动机是一种外燃发动机，其有效效率一般介于汽油机与柴油机之间。斯特林发动机工作过程中，活塞组件在活塞缸内高速往复运动，同时活塞组件一端对应活塞缸内的膨胀腔、另一端对应活塞缸内的压缩腔，膨胀腔、压缩腔中的气态介质具有很高的气压，活塞顶受到高压作用容易损坏，活塞座受到热胀冷缩作用，严重影响活塞座的使用寿命。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的斯特林发动机的活塞组件存在的上述问题，提供了一种隔热性能好、使用寿命长的斯特林发动机用活塞组件。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种斯特林发动机用活塞组件，包括活塞座、活塞杆、活塞顶，所述活塞顶的下端与活塞座的上端固定连接，活塞杆的上端与活塞座的中心固定连接，所述活塞顶内设有介质腔，所述活塞杆的上端设有中心孔，活塞杆的中间部位设有与中心孔连通的进气孔，所述中心孔的上端与所述的介质腔连通。活塞顶上侧区域为膨胀腔，活塞座的下侧区域为压缩腔，介质腔能够削弱膨胀腔与压缩腔之间的热传递；同时膨胀腔内具有高压介质，斯特林发动机的外部气路通过进气孔、中心孔向介质腔内冲入同源介质（与膨胀腔、压缩腔中的介质相同），从而使得介质腔内的气压与膨胀腔内的气压保持动态平衡，极大的减小了活塞顶的内外压差，提高活塞顶的使用寿命。

作为优选，所述活塞顶的下端内侧设有支撑套，所述支撑套的下端延伸形成支撑环，所述支撑环的外侧面与活塞顶的内侧面固定连接，所述活塞座的上端向上延伸形成连接环，所述支撑环的下端与连接环固定连接；所述支撑套将介质腔分隔成上腔体、下腔体，所述支撑套的中心设有用于连通上腔体、下腔体的通气孔。支撑套增加活塞顶开口端的支撑强度，支撑套上的支撑环与活塞座上的连接环固定连接更加稳定，而且支撑套将介质腔分隔成两个腔体，进一步增加介质腔的隔热性能。

作为优选，所述活塞顶的内壁与外壁均设有耐腐蚀涂层。耐腐蚀涂层增加活塞顶的耐腐蚀性，延长使用寿命。

作为优选，所述活塞座的圆周面上设有两道环形槽，每道环形槽内均设有密封圈。环形槽、密封圈增加活塞座与活塞缸之间的密封性。

作为优选，所述活塞座的圆周面上位于两道环形槽之间的部位设有环形储气槽，活塞座内设有用于连通环形储气槽与介质腔的引流孔。介质腔内的介质通过引流孔进入环形储气槽内，从而使得环形储气槽内的气压与膨胀腔、压缩腔内的气压保持动态平衡，进而减小密封圈两侧的压差，提高密封圈的使用寿命；同时使得密封圈与活塞缸之间形成气膜，减小活塞座与活塞缸之间的摩擦阻力。

作为优选，每道环形槽内的密封圈均有两个，所述环形槽的底部与密封圈的内圈之间设有支撑圈，所述活塞座的圆周面上位于环形槽的外侧均设有导向环。支撑圈确保密封圈的外圈与活塞缸的内壁保持贴合、密封，同时还具有磨损补偿性能。

作为优选，所述活塞顶的外侧面包括圆柱面、圆台面，所述圆柱面的高度占活塞顶总高度的20%-35%，圆台面的母线与活塞顶的轴线的夹角α为0.7°-1.3°。圆柱面与活塞缸间隙配合，从而减少膨胀腔内的高温气体靠近活塞座，圆台面能减小活塞顶的阻力。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）整体性能稳定、使用寿命长；（2）活塞顶内的介质腔与外部膨胀腔压力平衡，提高活塞顶的使用寿命；（3）环形储气槽内与外部膨胀腔、压缩腔压力平衡，提高密封圈的使用寿命；同时使得密封圈与活塞缸内壁之间形成气膜以减小活塞座与活塞缸的摩擦阻力。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为图1中A-A处剖视图。

图3 为活塞顶与支撑套的连接示意图。

图4 为活塞座的结构示意图。

图5为图4中B处局部放大示意图。

图中：活塞座1、连接环100、环形槽101、密封圈102、支撑圈103、导向环104、环形储气槽105、引流孔106、活塞杆2、活塞顶3、圆柱面30、圆台面31、介质腔4、上腔体40、下腔体41、中心孔5、进气孔6、支撑套7、支撑环70、通气孔71。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1、图2、图3和图4所示的一种斯特林发动机用活塞组件，包括活塞座1、活塞杆2、活塞顶3，活塞顶3的下端与活塞座1的上端固定连接，活塞杆2的上端与活塞座1的中心固定连接，活塞顶3内设有介质腔4，活塞杆2的上端设有中心孔5，活塞杆的中间部位设有与中心孔连通的进气孔6，中心孔5的上端与所述的介质腔4连通；活塞顶3的下端内侧设有支撑套7，支撑套7的下端延伸形成支撑环70，支撑环70的外侧面与活塞顶3的内侧面固定连接，活塞座1的上端向上延伸形成连接环100，支撑环70的下端与连接环100固定连接；支撑套7将介质腔4分隔成上腔体40、下腔体41，支撑套7的中心设有用于连通上腔体、下腔体的通气孔71，活塞顶的内壁与外壁均设有耐腐蚀涂层。活塞顶3的外侧面包括圆柱面30、圆台面31，圆柱面的高度占活塞顶总高度的20%-35%，圆台面的母线与活塞顶的轴线的夹角α为0.7°-1.3°，本实施例中圆柱面的高度占活塞顶总高度的25%，圆台面的母线与活塞顶的轴线的夹角α为1°。

如图4和图5所示，活塞座1的圆周面上设有两道环形槽101，每道环形槽内均设有密封圈102，每道环形槽101内的密封圈102均有两个，环形槽101的底部与密封圈的内圈之间设有支撑圈103，活塞座1的圆周面上位于环形槽的外侧均设有导向环104；活塞座1的圆周面上位于两道环形槽之间的部位设有环形储气槽105，活塞座内设有用于连通环形储气槽与介质腔的引流孔106。

结合附图，本发明的原理如下：活塞顶上侧区域为膨胀腔，活塞座的下侧区域为压缩腔，介质腔能够削弱膨胀腔与膨胀腔之间的热传递；同时膨胀腔内具有高压介质，斯特林发动机的外部气路通过进气孔、中心孔向介质腔内冲入同源介质（与膨胀腔、压缩腔中的介质相同），从而使得介质腔内的气压与膨胀腔内的气压保持动态平衡，极大的减小了活塞顶的内外压差，提高活塞顶的使用寿命；介质腔内的介质通过引流孔进入环形储气槽内，从而使得环形储气槽内的气压与膨胀腔、压缩腔内的气压保持动态平衡，进而减小密封圈两侧的压差，提高密封圈的使用寿命；同时使得密封圈与活塞缸之间形成气膜，减小活塞座与活塞缸之间的摩擦阻力。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。