一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动的制造方法
【专利摘要】一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机，包括轴向上连接的多个相同的工作模块，每一个工作模块包括五个周向布置的自由活塞斯特林循环发生器，通过环式的热气管加热，并通过五边形摇块偏心机构耦合在一起，将动力活塞输出的直线运动转换成转轴的旋转运动，从而用于发电或驱动其他负载，本发明直接利用高温燃气进行转化，产生机械能，能将动力活塞输出的直线运动转化为曲轴的旋转运动，同时避免了曲柄连杆机构活塞受偏载的问题，使得动力活塞处的气体密封容易实现，结构简单。
【专利说明】一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机
【技术领域】
[0001]本发明属于节能设备领域，具体涉及一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机。
【背景技术】
[0002]垃圾焚烧发电是一种行之有效的垃圾处理方法，它是将垃圾进行适当处理后，投入到焚烧炉中进行充分燃烧，产生高温的燃气加热水，从而产生高温水蒸气，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。然而现有的垃圾焚烧发电厂均采用蒸汽涡轮机来进行发电，需要用高温燃气加热水，然后再用水蒸气推动涡轮机，这一过程中存在不可避免的大量热量损失，同时使得设备体积增大，结构复杂。
[0003]近年来，气体密封技术的发展，使得斯特林发动机重新回到了应用层面。斯特林发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的，它是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的一种外燃机，它实际上的效率几乎等于理论最大效率(卡诺循环效率)，因此受到了广泛的关注，但是由于内燃机的快速发展，使得斯特林发动机淡出了工业应用的视线，只在少数军事领域有所应用。直到近些年来，民用气体密封技术得到发展，同时内燃机所需的高品质化学能源消耗殆尽，使得斯特林发动机重新成为研宄的热点。斯特林发动机的凸出优点是适用于几乎一切的能源，使得人们得以利用原本无法利用的能源，如垃圾焚烧过程中产生的热能，可以直接通过斯特林发动机转化为机械能，然后再通过相应的装置转化为所需的能源形式。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机，直接利用高温燃气进行转化，产生机械能，结构简单。
[0005]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0006]一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机，包括轴向上连接的多个相同的工作模块，根据功率大小增减工作模块数量，其中每个工作模块包括五个自由活塞斯特林循环发生器1，五个自由活塞斯特林循环发生器I周向均匀布置在端部固定座10和中间固定座16之间，端部固定座10和中间固定座16是带凸耳的筒形结构，周向开有半圆孔，能够将自由活塞斯特林循环发生器I卡在开孔位置，端部固定座10和中间固定座16连接在一起；每个自由活塞斯特林循环发生器I的外缸筒1-1圆端部加工有外螺纹，并通过螺纹与热气管2连接，热气管2外涂有一层绝热材料3 ;每个自由活塞斯特林循环发生器I的动力活塞1-5前端为盘形结构，左保持盘4和右保持盘13将动力活塞1-5夹在中间，同时也将五边形摇块6和其上滚柱5夹在中间，左保持盘4、右保持盘13和五边形摇块5通过五个夹紧螺栓8夹紧在一起，动力活塞1-5能够在滚柱5上在左保持盘4和右保持盘13之间的空腔中滑动，滑动轴承7安装在五边形摇块6中间的通孔中，偏心套9外圈与滑动轴承7的内圈过盈配合同时中心支承在转轴12的台肩上，轴向通过定位套筒15固定，周向通过平键11传递动力，转轴12通过两个端部轴承14轴承在端部固定座10的开孔中。
[0007]所述的自由活塞斯特林循环发生器I包括外缸筒1-1，加热换热器1-12、回热换热器1-2和冷却器1-3均安装在外缸筒1-1的内壁开槽中，加热换热器1-12距离外缸筒1-1圆端最近，冷却器1-3距离外缸筒1-1圆端最远；动力缸1-4固定在外缸筒1-1的平端，动力缸1-4 一侧是柱形结构，移气活塞座1-6套装在动力缸1-4的柱形结构上，能够自由滑动，并且接触面上有气体密封装置，移气活塞座1-6外圈一侧加工有外螺纹，移气活塞1-13通过螺纹连接固定在移气活塞座1-6上；第一板簧1-8和第二板簧1-10也套装在动力缸1-4的柱形结构上，中心通过柱形结构台肩、第一中心套筒1-14和第二中心套筒1-16确定轴向位置，双圆螺母1-15通过动力缸1-4柱形结构最外端的螺纹将套装在柱形结构的各部件夹紧，第一板簧1-8和第二板簧1-10外圈通过第一定位环1-7、第二定位环1-9和板簧连接螺栓1-11与移气活塞座1-6连接，当移气活塞座1-6偏离平衡位置时，第一板簧1-8和第二板簧1-10能够提供回复力；动力缸1-4另一侧的空腔中安装有动力活塞1-5，接触面上有气体密封装置。
[0008]所述的热气管2是环形的管路，有一个进气口和一个出气口，每个工作模块的热气管2之间采用并联或串联的方式连接。
[0009]所述的回热换热器1-2是一种多孔的金属丝或多孔的金属材料，在冷气体通过时，对气体进行加热，在热起体通过时，对气体进行冷却。
[0010]所述的冷却器1-3是一种薄壁扁平管，呈环形，其中能够通冷却介质，冷却器1-3上带有两个软管，用于冷却介质的通入和流出，在安装时，软管先压缩在冷却器1-3内部，待冷却器1-3定位好后，再由外缸筒1-1上的开孔中将软管掏出。
[0011]本发明的优点为:采用周向布置自由活塞斯特林循环发生器I的方式节约了轴向空间，使装置的功率密度提高，同时可以通过轴向并列多个模块实现很大的总功率；环式热气管保证了装置对热气中可用热能的有效利用，各模块的热气管2可采取并联或串联的方式，布置形式灵活；五边形摇块6能将动力活塞输出的直线运动转化为曲轴的旋转运动，同时避免了曲柄连杆机构活塞受偏载的问题，使得动力活塞处的气体密封容易实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明一个工作模块的结构示意图。
[0013]图2是本发明包含两个工作模块时轴向半剖结构示意图。
[0014]图3是本发明自由斯特林循环发生器I的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面参照附图对本发明作详细阐释。
[0016]参照图1和图2，一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机，包括轴向上连接的两个相同的工作模块，根据功率大小增减工作模块数量，其中每个工作模块包括五个自由活塞斯特林循环发生器1，五个自由活塞斯特林循环发生器I周向均匀布置在端部固定座10和中间固定座16之间，端部固定座10和中间固定座16是带凸耳的筒形结构，周向开有半圆孔，能够将自由活塞斯特林循环发生器I卡在开孔位置，端部固定座10和中间固定座16连接在一起；每个自由活塞斯特林循环发生器I的外缸筒1-1圆端部加工有外螺纹，并通过螺纹与热气管2连接，热气管2外涂有一层绝热材料3 ;每个自由活塞斯特林循环发生器I的动力活塞1-5前端为盘形结构，左保持盘4和右保持盘13将动力活塞1-5夹在中间，同时也将五边形摇块6和其上滚柱5夹在中间，左保持盘4、右保持盘13和五边形摇块5通过五个夹紧螺栓8夹紧在一起，动力活塞1-5能够在滚柱5上在左保持盘4和右保持盘13之间的空腔中滑动，滑动轴承7安装在五边形摇块6中间的通孔中，偏心套9外圈与滑动轴承7的内圈过盈配合同时中心支承在转轴12的台肩上，轴向通过定位套筒15固定，周向通过平键11传递动力，转轴12通过两个端部轴承14轴承在端部固定座10的开孔中。
[0017]参照图3，所述的自由活塞斯特林循环发生器I包括外缸筒1-1，加热换热器1-12、回热换热器1-2和冷却器1-3均安装在外缸筒1-1的内壁开槽中，加热换热器1-12距离外缸筒1-1圆端最近，冷却器1-3距离外缸筒1-1圆端最远；动力缸1-4通过其上法兰和螺钉固定在外缸筒1-1的平端，动力缸1-4 一侧是柱形结构，移气活塞座1-6套装在动力缸1-4的柱形结构上，能够自由滑动，并且接触面上有气体密封装置，移气活塞座1-6外圈一侧加工有外螺纹，移气活塞1-13通过螺纹连接固定在移气活塞座1-6上；第一板簧1-8和第二板簧1-10也套装在动力缸1-4的柱形结构上，中心通过柱形结构台肩、第一中心套筒1-14和第二中心套筒1-16确定轴向位置，双圆螺母1-15通过动力缸1-4柱形结构最外端的螺纹将套装在柱形结构的各部件夹紧，第一板簧1-8和第二板簧1-10外圈通过第一定位环1-7、第二定位环1-9和板簧连接螺栓1-11与移气活塞座1-6连接，当移气活塞座1-6偏离平衡位置时，第一板簧1-8和第二板簧1-10能够提供回复力；动力缸1-4另一侧的空腔中安装有动力活塞1-5，接触面上有气体密封装置，防止工质流失。
[0018]参照图1，所述的热气管2是环形的管路，有一个进气口和一个出气口，每个工作模块的热气管2之间采用并联或串联的方式连接，实现对热气中热能的高效利用。
[0019]参照图3，所述的回热换热器1-2是一种多孔的金属丝或多孔的金属材料，在冷气体通过时，对气体进行加热，在热起体通过时，对气体进行冷却。
[0020]所述的冷却器1-3是一种薄壁扁平管，呈环形，其中能够通冷却介质，冷却器1-3上带有两个软管，用于冷却介质的通入和流出，在安装时，软管先压缩在冷却器1-3内部，待冷却器1-3定位好后，再由外缸筒1-1上的开孔中将软管掏出。
[0021]本发明的工作原理为:自由活塞斯特林循环发生器I是通过热气膨胀、冷气收缩来驱动动力活塞1-5做功的，当外缸筒1-1圆端受热时，外缸筒1-1和移气活塞1-13之间的工作介质受热，而移气活塞1-13另一端通过冷却器1-3对工作介质进行冷却，使得移气活塞1-13两端之间产生一定的压力差，推动移气活塞座1-6小幅移动，移动到一定位置后，移气活塞座1-6又在第一板簧1-8和第二板簧1-10的作用下向回移动，当移气活塞座1-6移动的同时，带动其上的移气活塞1-13移动，使冷热工作介质在加热端和冷却端强制流动，从而推动动力活塞1-5对外做功，由于冷热介质在移气活塞1-13两端不断震荡，所以移气活塞1-13两端始终存在一定的压差，这使得当加热端和冷却端存在足够温差时，移气活塞座1-6和移气活塞1-13可连续产生周期性运动，进而使自由活塞斯特林循环发生器I的动力活塞1-5连续对外做功；在每一个工作模块中，有五个自由活塞斯特林循环发生器1，它们通过五边形摇块偏心机构耦合在一起，将动力活塞1-5输出的直线运动转换为转轴12的旋转运动，其作用类似于曲柄连杆机构，但是避免了曲柄连杆机构活塞受到偏载的问题。
【权利要求】
1.一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机，包括轴向上连接的多个相同的工作模块，根据功率大小增减工作模块数量，其中每个工作模块包括五个自由活塞斯特林循环发生器(1)，五个自由活塞斯特林循环发生器(1)周向均匀布置在端部固定座(10)和中间固定座(16)之间，端部固定座(10)和中间固定座(16)是带凸耳的筒形结构，周向开有半圆孔，能够将自由活塞斯特林循环发生器(1)卡在开孔位置，端部固定座(10)和中间固定座(16)连接在一起；每个自由活塞斯特林循环发生器(1)的外缸筒(1-1)圆端部加工有外螺纹，并通过螺纹与热气管(2)连接，热气管(2)外涂有一层绝热材料(3);每个自由活塞斯特林循环发生器(1)的动力活塞(1-5)前端为盘形结构，左保持盘(4)和右保持盘(13)将动力活塞(1-5)夹在中间，同时也将五边形摇块(6)和其上滚柱(5)夹在中间，左保持盘(4)、右保持盘(13)和五边形摇块(5)通过五个夹紧螺栓(8)夹紧在一起，动力活塞(1-5)能够在滚柱(5)上在左保持盘(4)和右保持盘(13)之间的空腔中滑动，滑动轴承(7)安装在五边形摇块(6)中间的通孔中，偏心套(9)外圈与滑动轴承(7)的内圈过盈配合同时中心支承在转轴(12)的台肩上，轴向通过定位套筒(15)固定，周向通过平键(11)传递动力，转轴(12)通过两个端部轴承(14)轴承在端部固定座(10)的开孔中； 所述的自由活塞斯特林循环发生器(1)包括外缸筒(1-1)，加热换热器(1-12)、回热换热器(1-2)和冷却器(1-3)均安装在外缸筒(1-1)的内壁开槽中，加热换热器(1-12)距离外缸筒(1-1)圆端最近，冷却器(1-3)距离外缸筒(1-1)圆端最远；动力缸(1-4)固定在外缸筒(1-1)的平端，动力缸(1-4) 一侧是柱形结构，移气活塞座(1-6)套装在动力缸(1-4)的柱形结构上，能够自由滑动，并且接触面上有气体密封装置，移气活塞座(1-6)外圈一侧加工有外螺纹，移气活塞(1-13)通过螺纹连接固定在移气活塞座(1-6)上；第一板簧(1-8)和第二板簧(1-10)也套装在动力缸(1-4)的柱形结构上，中心通过柱形结构台肩、第一中心套筒(1-14)和第二中心套筒(1-16)确定轴向位置，双圆螺母(1-15)通过动力缸(1-4)柱形结构最外端的螺纹将套装在柱形结构的各部件夹紧，第一板簧(1-8)和第二板簧(1-10)外圈通过第一定位环(1-7)、第二定位环(1-9)和板簧连接螺栓(1-11)与移气活塞座(1-6)连接，当移气活塞座(1-6)偏离平衡位置时，第一板簧(1-8)和第二板簧(1-10)能够提供回复力；动力缸(1-4)另一侧的空腔中安装有动力活塞(1-5)，接触面上有气体密封装置。
2.根据权利要求1所述的一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机，其特征在于:所述的热气管(2)是环形的管路，有一个进气口和一个出气口，每个工作模块的热气管(2)之间采用并联或串联的方式连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机，其特征在于:所述的回热换热器(1-2)是一种多孔的金属丝或多孔的金属材料，在冷气体通过时，对气体进行加热，在热起体通过时，对气体进行冷却。
4.根据权利要求1所述的一种用于垃圾焚烧废热回收的多层五边形式斯特林发动机，其特征在于:所述的冷却器(1-3)是一种薄壁扁平管，呈环形，其中能够通冷却介质，冷却器(1-3)上带有两个软管，用于冷却介质的通入和流出，在安装时，软管先压缩在冷却器(1-3)内部，待冷却器(1-3)定位好后，再由外缸筒(1-1)上的开孔中将软管掏出。
【文档编号】F02G1/044GK104500263SQ201410658087
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】赵升吨, 崔敏超, 陈超, 李靖祥, 贲宁宇 申请人:西安交通大学