新型斯特林发动机设计理论研究

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1、http://www.paper.edu.cn新型斯特林发动机设计理论研究孔令彬(泸州市646000)klb212817@163.com摘要本文系统介绍了新型斯特林发动机的工作原理、结构原理、设计理论和设计程序。独创的设计理论揭示了热流向和功输出的关系。停机角和运转角概念奠定了起动性能分析、热力机与制冷机判定的理论基础；得出了热力机与制冷机工作原理完全一样的结论。通过理论分析，提供了整机及各功能单元设计的量化依据。关键词：斯特林发动机停机角运转角TheStudyandDesignoftheNewTypeStirlingEngineKongLing-Bing(luzhou,

2、646000,China)AbstractThispaperstudiessystematicallytheworkingprinciple,theconfigurationandthedesignofthenewtypeStirlingengine.Therelationbetweenthedirectionofheatandtheoutputofworkismadeclearbytheoriginaltheoryofdesign.Theconceptionofhaltangleandrunninganglewhichwasputforwardinthepaperest

3、ablishedthefoundationforanalyzingofstartingperformanceanddistingushingtheheatengineandtherefrigerationengine,andtheconclusioncanbeelicitedthattheworkingprincipleoftheheatengineisjustthesameastherefrigerationengine.Byanalyzingintheory,gistsofdesigningthenewtypeStirlingengineandit’sfunction

4、unitsweregivenoutquantificationally.Keywords:Stirlingenginehaltanglerunningangle1、引言斯特林发动机始于1816年。其后的若干年内，斯特林发动机的开发都没有[]1实质进展。直到上世纪30年代，具有实用价值的现代斯特林发动机才问世。但结构复杂、体积庞大、密封困难等缺陷严重阻碍了其应用推广。只用于潜艇等特殊领域！瑞典考库姆公司在该技术领域居领先地位。装备世界海军的斯特林发动机都是采用该公司的技术方案。美国STM公司选择斜盘输出的技术路线，也成功开发出斯特林发动机。应用范围仍然有限。1992年，《中

5、国发明专利公报》[2]公开一项名为《一种斯特林发动机》的新技术方案。该方案充分发挥了以上两种斯特林发动机的优势，而且具有不要启动装置、供热自行起动运转的独特性能！清除了阻碍斯特林发动机推广应用的所有障碍，使斯特林发动机全面取代内燃机可以成为现实。为区别于以前的斯特林发动机，称之为新型斯特林发动机。2、新型斯特林发动机结构原理新型斯特林发动机在吸取前人智慧的基础上，可达到结构简单、辅助装置少、运动部件少、运行平稳、起动可靠、加速迅速、热机效率高的境界。2.1整机结构1http://www.paper.edu.cn新型斯特林发动机的4组双向活塞、4个热区气缸、4个冷区气缸，平

6、行于输出轴均匀分布在以输出轴为中心的圆周上；双向活塞两端分别插入热区气缸和冷区气缸内；热区气缸底部有连通管，经加热器、回热器与相邻双向活塞插入的冷区气缸底部相连通；4个热气缸分别和相邻的4个冷区气缸连通后，形成4个工作腔。各工作腔的热区气缸容积和冷区气缸容积的变化刚好相差π/2转角。回热器由4个工作腔共用，各工作腔工质在回热器内逆流换热。新型斯特林发动机外观上是一个圆柱体。双向活塞分布园直径D、热区气分缸直径D、热区气缸直径D、活塞运动冲程L、气缸密封带宽度E、活塞定向热冷槽长度F等，决定了发动机的几何尺寸。若热冷区气缸直径相等，发动机主体则为直径D+D，长度5L+2E+

7、F的分热圆柱体。双向活塞长度为4L+2E+F。燃烧器布置在4个热区气缸中间，燃料燃烧在此进行。回热器布置在发动机主体外，所需空间很小。散热器布置在冷区气缸外表，散热器风扇直接装在输出轴上。燃烧器进气口设在散热器排气口。进气与燃烧废气逆流换热后进入燃烧室。因为新型斯特林发动机的功输出很平稳，不在机体外设惯性飞轮。做好输出轴上斜盘的配重平衡，也就能保证输出轴平稳运转了。新型斯特林发动机的结构紧凑，空间利用率极高。按照功能将它分为三个系统。分别是供热回热散热系统，能量转换系统，密封润滑系统。2.2供热回热散热系统布置在4个热区气缸中