一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置

本发明涉及斯特林机，尤其涉及一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置。

背景技术：

1、自由活塞斯特林发电机由于其高效、长寿命、热源类型丰富而被广泛使用，目前，主流的自由活塞斯特林发电机动子系统采用板弹簧支撑，随着发电机功率的提高，板弹簧由于其单位刚度质量大，易疲劳等特性制约了发电机功率密度的进一步提高。基于气体弹簧及自泵气静压轴承的气体支撑系统在提供轴向及径向支撑刚度的同时可进一步提高热机功率密度，降低振动噪声。气体弹簧及自泵气静压轴承工作特性高度耦合，设计参数及运行机理复杂，为实现气体支撑系统与热机工作循环的解耦，研究多种设计参数对气体支撑系统性能的影响，提出一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，实现气体支撑系统与热机工作循环的解耦，研究多种设计参数对气体支撑系统性能的影响。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，包括缸体和配气活塞，所述配气活塞在所述缸体的内部左右往复移动，所述缸体的前端和所述配气活塞的前端形成模拟膨胀腔，所述缸体的后端和所述配气活塞的后端形成模拟压缩腔，所述模拟膨胀腔和所述模拟压缩腔之间通过气体通道连通；所述缸体的中心轴伸入所述配气活塞的后端的内部，且所述缸体的中心轴和所述配气活塞的后端分别形成前气体弹簧腔和后气体弹簧腔，所述缸体的中心轴上设置有静压气体轴承泵气孔，所述缸体的中心轴内设置有静压轴承高压腔，所述静压气体轴承泵气孔和所述静压轴承高压腔连通。

4、优选的，所述模拟膨胀腔和外部的线性压缩机连接。

5、优选的，所述缸体靠近所述模拟膨胀腔的一端上设置有光学观察窗和激光位移传感器，所述光学观察窗安装在所述缸体的前端的中部，所述激光位移传感器位于所述光学观察窗上且所述激光位移传感器正对所述配气活塞。

6、优选的，所述后气体弹簧腔内连接有第一压力传感器，所述静压轴承高压腔内连接有第二压力传感器，所述前气体弹簧腔内连接有第三压力传感器，所述模拟膨胀腔内连接有第四压力传感器。

7、优选的，所述后气体弹簧腔内连接有第一温度传感器，所述前气体弹簧腔内连接有第二温度传感器，所述缸体的内壁均匀连接有多个温度传感器。

8、优选的，所述配气活塞和所述缸体之间的间隙、所述前气体弹簧腔和所述后气体弹簧腔之间的间隙、所述后气体弹簧腔和所述模拟压缩腔的间隙分别连接有电涡流传感器。

9、优选的，所有传感器的数据通过高速多通道数据采集设备进行同步处理和分析运行状态下各参数之间的相位关系。

10、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

11、本发明一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，本申请将气体弹簧和静压轴承支撑系统从复杂的发电机中剥离出来，单独的对其进行分析，设计参数及运行机理的研究更加简单；压力波动由外部精确提供，排除了配气活塞-工作腔-动力活塞之间复杂的气动耦合关系；本申请的配气活塞外侧没有加热器、回热器、冷却器组件，排除了发电机内热力学与动力学过程的耦合关系，从而可以独立于发电机对“双气”支撑系统进行设计和优化；本申请在配气活塞前端设置光学观察窗，在不同腔体位置设置压力、温度传感器，在间隙位置安装电涡流传感器，可在运行过程中实时获得活塞位移、腔体内压力、工质温度、活塞偏心量等参数及参数之间相位关系。

技术特征：

1.一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，其特征在于：包括缸体(16)和配气活塞(17)，所述配气活塞(17)在所述缸体(16)的内部左右往复移动，所述缸体(16)的前端和所述配气活塞(17)的前端形成模拟膨胀腔(1)，所述缸体(16)的后端和所述配气活塞(17)的后端形成模拟压缩腔(5)，所述模拟膨胀腔(1)和所述模拟压缩腔(5)之间通过气体通道(18)连通；所述缸体(16)的中心轴伸入所述配气活塞(17)的后端的内部，且所述缸体(16)的中心轴和所述配气活塞(17)的后端分别形成前气体弹簧腔(11)和后气体弹簧腔(9)，所述缸体(16)的中心轴上设置有静压气体轴承泵气孔(19)，所述缸体(16)的中心轴内设置有静压轴承高压腔(6)，所述静压气体轴承泵气孔(19)和所述静压轴承高压腔(6)连通。

2.根据权利要求1所述的一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，其特征在于：所述模拟膨胀腔(1)和外部的线性压缩机(13)连接。

3.根据权利要求2所述的一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，其特征在于：所述缸体(16)靠近所述模拟膨胀腔(1)的一端上设置有光学观察窗(15)和激光位移传感器(14)，所述光学观察窗(15)安装在所述缸体(16)的前端的中部，所述激光位移传感器(14)位于所述光学观察窗(15)上且所述激光位移传感器(14)正对所述配气活塞(17)。

4.根据权利要求3所述的一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，其特征在于：所述后气体弹簧腔(9)内连接有第一压力传感器(7)，所述静压轴承高压腔(6)内连接有第二压力传感器(8)，所述前气体弹簧腔(11)内连接有第三压力传感器(10)，所述模拟膨胀腔(1)内连接有第四压力传感器(12)。

5.根据权利要求4所述的一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，其特征在于：所述后气体弹簧腔(9)内连接有第一温度传感器(3)，所述前气体弹簧腔(11)内连接有第二温度传感器(4)，所述缸体(16)的内壁上均匀连接有多个温度传感器。

6.根据权利要求5所述的一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，其特征在于：所述配气活塞(17)和所述缸体(16)之间的间隙、所述前气体弹簧腔(11)和所述后气体弹簧腔(9)之间的间隙、所述后气体弹簧腔(9)和所述模拟压缩腔(5)的间隙分别连接有电涡流传感器(2)。

7.根据权利要求6所述的一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，其特征在于：所有传感器的数据通过高速多通道数据采集设备进行同步处理和分析运行状态下各参数之间的相位关系。

技术总结
本发明公开了一种斯特林机气体弹簧及自泵气静压轴承集成实验装置，涉及斯特林机技术领域，包括缸体和配气活塞，配气活塞在缸体的内部左右往复移动，缸体的前端和配气活塞的前端形成模拟膨胀腔，缸体的后端和配气活塞的后端形成模拟压缩腔，模拟膨胀腔和模拟压缩腔之间通过气体通道连通；缸体的中心轴伸入配气活塞的后端的内部，且缸体的中心轴和配气活塞的后端分别形成前气体弹簧腔和后气体弹簧腔，缸体的中心轴上设置有静压气体轴承泵气孔，缸体的中心轴内设置有静压轴承高压腔，静压气体轴承泵气孔和静压轴承高压腔连通。本发明实现气体支撑系统与热机工作循环的解耦，能够研究多种设计参数对气体支撑系统性能的影响。

技术研发人员：孔令轩,孙述泽,许发铎,蒋佳乐,焦文昊,吴芝波
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15