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CN108361122B - 一种用于声能发电机的膨胀气缸 - Google Patents

一种用于声能发电机的膨胀气缸 Download PDF

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CN108361122B CN201810312283.1A CN201810312283A CN108361122B CN 108361122 B CN108361122 B CN 108361122B CN 201810312283 A CN201810312283 A CN 201810312283A CN 108361122 B CN108361122 B CN 108361122B
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Abstract

本发明公开了一种用于声能发电机的膨胀气缸，包括连接底座和置于所述连接底座前侧的气缸套，所述连接底座后侧与声能发电机的压缩腔机座固定密封连接，在与所述连接底座连接的所述气缸套的径向外环面上设有径向通道，在所述连接底座上圆周均布数个轴向腰型通孔，在中心处的所述连接底座上设有轴向设置的板弹簧固定杆，所述板弹簧固定杆自由端部与膨胀活塞内设有的板弹簧连接；本发明通过在气缸套开有径向通道，并在膨胀气缸的连接底座上开有相对应的轴向腰型通孔，使得膨胀气缸内气体流动阻力小且流动均匀，且避免膨胀活塞与气缸套内壁产生摩擦，提高了声能制冷机的工作效率、延长了使用寿命，而且结构简单、加工制造方便。

Description

一种用于声能发电机的膨胀气缸
技术领域
本发明是涉及一种膨胀气缸，具体说，是涉及一种用于声能发电机的膨胀气缸。
背景技术
自由活塞式声能发动机没有曲柄连杆传动部件，动力活塞输出的是直线形式机械功，直接利用动力活塞的直线机械功驱动直线电机发电成为了一种十分有效的方法。直线发电机具有响应快、效率高、结构简单、适应性腔、易于调节和控制等优点，再结合绿色环保的声热技术，既可以提高热-电转化效率又能提高发电机组的控制精度，成为一种非常理想的发电方法，从而受到科研人员的青睐。
然而，在自由活塞式声能发动机中最关键的部件是热交换器，也就是加热器、回热器、冷却器，它们直接影响自由活塞式声能发动机的性能，因此，人们通过不断优化热交换器的结构和材质以期提高其热交换性能，这种改进仅是热交换器本身的改进，并未涉及热交换器与发动机的具体结合上；工质气体在热交换器中的流通性和通过量同样是影响热交换器热交换性能进而影响发动机的性能的重要因素，现有的可应用于声能发动机的膨胀气缸结构复杂、与其配合的连接件众多，增加密封难度的同时，致使工质气体从压缩腔到达膨胀气缸外部的热交换器的路径过长且曲折，进而使得热交换器中工质气体的流通性和通过量不足；因此，研发一种可优化工质气体的流通路径的声能发电机的膨胀气缸，使得膨胀气缸内气体流动阻力小且流动均匀，进而提高了自由活塞式声能发动机的工作效率，对于推动声能发电机的推广应用和发展具有重要价值和意义。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种结构简单、便于加工制造的用于声能发电机的膨胀气缸，通过优化结构以形成容气体工质的流通通道，使得膨胀气缸内气体流动阻力小且流动均匀，以提高了声能发电机的工作效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于声能发电机的膨胀气缸，其特征在于：包括连接底座和置于所述连接底座前侧的气缸套，所述连接底座后侧与声能发电机的压缩腔机座固定密封连接，在与所述连接底座连接的所述气缸套的根部上设有径向通道，在对应所述气缸套内腔的所述连接底座上圆周均布有数个轴向腰型通孔，在对应所述气缸套内腔中心处的所述连接底座上设有轴向设置的板弹簧固定杆，所述板弹簧固定杆自由端部与膨胀活塞内设有的板弹簧连接，用于以支撑膨胀活塞处于平衡位置。
作为优选方案，所述气缸套与所述膨胀活塞为间隙密封配合。
作为进一步优选方案，所述气缸套的内壁面圆柱度为0.005，所述气缸套的内壁面光洁度0.8，所述气缸套与中心轴线的同轴度为0.01。
作为进一步优选方案，与所述气缸套相适配的所述膨胀活塞的外径为44mm。
作为进一步优选方案，在对应所述气缸套内腔的所述连接底座上圆周均布有3个轴向腰型通孔。
作为进一步优选方案，所述轴向腰型通孔的外圆与所述气缸套的内径相同，所述轴向腰型通孔的中心张角α为30°～40°，所述轴向腰型通孔的径向深度δ为3mm～6mm。
作为优选方案，所述径向通道与所述轴向腰型通孔对应设置。
作为进一步优选方案，所述径向通道与所述轴向腰型通孔的面积数量与所述声能发电机的规格相适配。
作为进一步优选方案，所述径向通道的数量和位置与所述轴向腰型通孔相对应设置，所述径向通道的中心张角β为50°～60°，所述径向通道的轴向高度h为2mm～4mm。
作为优选方案，所述弹簧固定杆的外表面与所述膨胀活塞为间隙密封配合，所述弹簧固定杆的外表面圆柱度为0.006，所述弹簧固定杆的光洁度为0.8，所述弹簧固定杆与气缸套4中心轴线的同轴度为φ0.01，所述弹簧固定杆的上端面与中心轴线的垂直度为0.01，对所述弹簧固定杆加工精度要求较高，实现所述弹簧固定杆的外表面与所述膨胀活塞为间隙密封配合的同时，以避免所述膨胀活塞在所述气缸套内发生径向偏置。
一种实施方式，所述弹簧固定杆自由端部轴向设有用于通过螺栓与所述板弹簧固定连接的螺纹孔。
一种实施方式，所述连接底座上圆周方向上设有数个用于通过螺钉与所述压缩腔机座固定连接的连接孔。
一种实施方式，所述连接底座的后侧面设有与所述声能发电机的压缩腔机座相锲合的连接凹槽。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在气缸套开有径向通道，并在膨胀气缸的连接底座上开有相对应的轴向腰型通孔，使得膨胀气缸内气体流动阻力小且流动均匀，膨胀活塞的板弹簧通过设有的板弹簧固定杆直接固定在膨胀气缸的连接底座上，使得膨胀活塞与膨胀气缸具有较高的同轴度，配合简单、易于控制，避免膨胀活塞与气缸套内壁产生摩擦，提高了声能制冷机的工作效率、延长了使用寿命，另外，本发明所述膨胀气缸还具有结构简单、加工制造方便等优点，具有明显的进步性和应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于声能发电机的膨胀气缸的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的装配于声能发电机中的膨胀气缸的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种用于声能发电机的膨胀气缸的主视图；
图4为图3的A-A剖面图；
图5为图4的B-B剖面图。
图中标号示意如下：1、连接底座；11、连接孔；12、连接凹槽；2、轴向腰型通孔；3、径向通道；4、气缸套；5、板弹簧固定杆；51、螺纹孔；52、上端面；6、膨胀活塞；61、板弹簧；7、压缩腔机座；8、压缩活塞；9、压缩腔；10、冷却换热器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
实施例
结合图1至图5所示，本实施例提供的一种用于声能发电机的膨胀气缸，包括连接底座1和置于所述连接底座前侧的气缸套4，所述连接底座1后侧与声能发电机的压缩腔机座7固定密封连接，在与所述连接底座1连接的所述气缸套4的根部上设有径向通道3，在对应所述气缸套4内腔的所述连接底座1上圆周均布有数个轴向腰型通孔2，在对应所述气缸套4内腔中心处的所述连接底座1上设有轴向设置的板弹簧固定杆5，所述板弹簧固定杆5自由端部与设置于所述膨胀气缸1内膨胀活塞6设有的板弹簧61连接，用于以支撑膨胀活塞6处于平衡位置。
在本实施例中，如图3所示，与所述气缸套4相适配的所述膨胀活塞6的外径为44mm，所述气缸套4与所述膨胀活塞6同样为间隙密封配合；所述气缸套4的内壁面圆柱度为0.005，所述气缸套4的内壁面光洁度0.8，所述气缸套4与中心轴线的同轴度为0.01；在对应所述气缸套4内腔的所述连接底座1上圆周均布有3个轴向腰型通孔2；所述轴向腰型通孔2的外圆与所述气缸4套的内径相同，所述轴向腰型通孔2的中心张角α为30°～40°，所述轴向腰型通孔2的径向深度δ为3mm～6mm。
在本实施例中，如图4、图5所示，所述径向通道3的数量和位置与所述轴向腰型通孔2相对应设置；所述径向通道3与所述轴向腰型通孔2的面积数量与所述声能发电机的规格相适配；所述径向通道3的中心张角β为50°～60°，所述径向通道3的轴向高度h为2mm～4mm。
在本实施例中，如图2所示，所述弹簧固定杆5的外表面与所述膨胀活塞6下端面部为间隙密封配合，所述弹簧固定杆5的外表面圆柱度为0.006，所述弹簧固定杆5的光洁度为0.8，所述弹簧固定杆5与气缸套4的中心轴线的同轴度为φ0.01，所述弹簧固定杆5的上端面52与中心轴线的垂直度为0.01，对所述弹簧固定杆5较高加工精度要求，以避免所述膨胀活塞6在所述气缸套4内发生径向偏置，实现所述弹簧固定杆5的外表面与所述膨胀活塞6下端面部为间隙密封配合。
上述弹簧固定杆5自由端部中心轴向开有螺纹孔61，用于通过螺栓与所述板弹簧61的中心孔固定连接，如图4所示。
上述连接底座1上圆周方向上设有8个用于通过螺钉与所述压缩腔机座7固定连接的连接孔11，如图1、图3所示。
上述连接底座1的后侧面设有与所述声能发电机的压缩腔机座7相锲合的连接凹槽12，如图2、图4所示。
具体的工作过程阐述如下：
如图2所示，当声能发电机的压缩活塞8向上止点运动，使得压缩腔9体积减小，压缩腔9内的气体依次通过轴向腰型通孔2和径向通道后，抵达声能发电机内膨胀气缸外部的冷却换热器10，将热量释放给冷却换热器10，进而传递至外界环境；此后工质气体依次经过冷却换热器10上方的回热器和热端换热器(图中未标出)，在膨胀腔吸收高温热源热量后膨胀做功，推动膨胀活塞6向下止点运动。此后，膨胀活塞6在气动力的作用下向上止点运动，膨胀腔体积减小，气体最终沿原路线返回压缩腔9继续被压缩。在实际工作中，膨胀活塞6始终领先压缩活塞8一定的相位角，两活塞均做简谐运动。
综上所述可见：本发明通过在气缸套4开有径向通道3，并在膨胀气缸的连接底座1上开有相对应的轴向腰型通孔2，使得膨胀气缸内气体流动阻力小且流动均匀；通过优化膨胀气缸的内壁面和设有板弹簧固定杆5的结构，使膨胀活塞6的运行和装配精度高、间隙密封效果好；膨胀活塞6的板弹簧61通过设有的板弹簧固定杆5直接固定在膨胀气缸的连接底座1上，使得膨胀活塞6与膨胀气缸具有较高的同轴度，配合简单、易于控制，避免膨胀活塞与气缸套内壁产生摩擦，提高了声能制冷机的工作效率、延长了使用寿命，而且，本发明所述膨胀气缸结构简单、加工制造方便。
最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于声能发电机的膨胀气缸，其特征在于：包括连接底座和置于所述连接底座前侧的气缸套，所述连接底座后侧与声能发电机的压缩腔机座固定密封连接，在与所述连接底座连接的所述气缸套的根部上设有径向通道，在对应所述气缸套内腔的所述连接底座上圆周均布有数个轴向腰型通孔，在对应所述气缸套内腔中心处的所述连接底座上设有轴向设置的板弹簧固定杆，所述板弹簧固定杆自由端部与膨胀活塞内设有的板弹簧连接，用于以支撑膨胀活塞处于平衡位置。
2.根据权利要求1所述的膨胀气缸，其特征在于：所述气缸套与所述膨胀活塞为间隙密封配合。
3.根据权利要求2所述的膨胀气缸，其特征在于：所述气缸套的内壁面圆柱度为0.005，所述气缸套的内壁面光洁度0.8，所述气缸套与中心轴线的同轴度为0.01。
4.根据权利要求3所述的膨胀气缸，其特征在于：与所述气缸套相适配的所述膨胀活塞的外径为44mm。
5.根据权利要求3所述的膨胀气缸，其特征在于：在对应所述气缸套内腔的所述连接底座上圆周均布有3个轴向腰型通孔。
6.根据权利要求3所述的膨胀气缸，其特征在于：所述轴向腰型通孔的外圆与所述气缸套的内径相同，所述轴向腰型通孔的中心张角α为30°～40°，所述轴向腰型通孔的径向深度δ为3mm～6mm。
7.根据权利要求6所述的膨胀气缸，其特征在于：所述径向通道的数量和位置与所述轴向腰型通孔相对应设置，所述径向通道的中心张角β为50°～60°，所述径向通道的轴向高度h为2mm～4mm。
8.根据权利要求1所述的膨胀气缸，其特征在于：所述弹簧固定杆的外表面与所述膨胀活塞为间隙密封配合，所述弹簧固定杆的外表面圆柱度为0.006，所述弹簧固定杆的光洁度为0.8，所述弹簧固定杆与气缸套（4）中心轴线的同轴度为φ0.01，所述弹簧固定杆的上端面与中心轴线的垂直度为0.01。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的膨胀气缸，其特征在于：所述径向通道与所述轴向腰型通孔对应设置。
10.根据权利要求9所述的膨胀气缸，其特征在于：所述连接底座的后侧面设有与所述声能发电机的压缩腔机座相锲合的连接凹槽。
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