RU172973U1 - STIRLING ENGINE PISTON PISTON - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области двигателестроения.Сущность полезной модели состоит в том, что вытеснительный поршень (ВП) содержит основание, шток, одним концом закрепленный в центральном отверстии основания, и соединенный с основанием купол составной конструкции, подшипник скольжения и уплотнительное кольцо. Во внутренней полости купола концентрично его внутренней поверхности размещены перегородки конусообразной формы, выполняющие функцию тепловых экранов.Отличительная особенность ВП состоит в том, что в нем основание выполнено в форме стакана, верхняя часть которого по наружной поверхности содержит уступ, на который корпусом опирается установленный на нем купол, и жесткость конструкции ВП обеспечивается соединением купола с основанием посредством соединительного стержня со ступенчатой поверхностью, который нижним концом с помощью резьбового соединения скреплен со штоком, а верхним концом также с помощью резьбового соединения - с днищем купола. При этом внутренняя полость ВП гидравлически связана с рабочей полостью двигателя через канал в основании, выполненный постоянно открытым и содержащий жиклер, поддерживающий давление во внутренней полости ВП на постоянном уровне, равном среднему давлению рабочего цикла двигателя, а уплотнительное кольцо, снабженное торцевыми уплотнениями, размещено в канавке основания таким образом, что его внутренняя поверхность совместно с поверхностями канавки образует кольцевую полость, гидравлически связанную посредством канала с внутренней полостью поршня.Технический результат заключается в улучшении рабочих характеристик вытеснительного поршня путем повышения его эксплуатационной прочности и эффективности работы уплотнительного кольца.The utility model relates to the field of engine manufacturing. The essence of the utility model consists in the fact that the displacement piston (VP) contains a base, a rod, one end fixed in the central hole of the base, and a dome of a composite structure connected to the base, a sliding bearing and an o-ring. Conical partitions are placed in the inner cavity of the dome concentrically on its inner surface, which serve as heat shields. A distinctive feature of the VP is that the base is made in the form of a cup, the upper part of which along the outer surface contains a ledge, on which the body rests on it the dome, and the rigidity of the VP design is ensured by connecting the dome with the base by means of a connecting rod with a stepped surface, which the lower end with the help of The flange connection is fastened to the stem, and with the threaded end also to the bottom of the dome. In this case, the internal cavity of the VP is hydraulically connected to the working cavity of the engine through a channel in the base, made constantly open and containing a nozzle that maintains the pressure in the internal cavity of the VP at a constant level equal to the average pressure of the engine’s working cycle, and the o-ring equipped with mechanical seals is placed in the base groove so that its inner surface, together with the surfaces of the groove, forms an annular cavity hydraulically connected through a channel to the inner Lost porshnya.Tehnichesky result is to improve the performance of the displacement piston by increasing its durability and operational efficiency of the sealing ring.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, точнее к конструкции вытеснительных поршней для двигателей с внешним подводом теплоты, работающих по циклу Стерлинга, включая двигатели Стерлинга, имеющие свободнопоршневую конфигурацию или оснащенные приводным механизмом, и может быть использована также при создании различного типа поршневых машин объемного вытеснения.The utility model relates to the field of engine building, more specifically to the design of displacement pistons for engines with an external heat supply operating according to the Sterling cycle, including Sterling engines having a free-piston configuration or equipped with a drive mechanism, and can also be used to create various types of piston displacement displacement machines.

Известен вытеснительный поршень для двигателей Стерлинга (WO №2005066483, публ. 21.07.2005 г.), содержащий основание с трубчатым удлиненным элементом в качестве штока, который проходит через рабочий поршень двигателя, и связанный с основанием посредством замкового соединения купол, выполненный в виде банки с размещенными в ней внутренними перегородками, выполняющими функцию тепловых экранов. Перегородки имеют ступенчатый поперечный профиль, по которому происходит последовательное сопряжение каждой из перегородок с предыдущей, а сжимающее усилие в данной сборке создается двумя крайними перегородками, которые жестко закрепляются, например, сваркой на стенке банки. Для заполнения внутреннего объема поршня рабочим телом, предпочтительно гелием, в дне банки предусмотрена группа отверстий, а равномерное распределение давления рабочего тела вдоль полости купола обеспечивается благодаря наличию в перегородках отверстий малого диаметра. Такое решение вытеснительного поршня позволяет снизить усилие на поршень, создаваемое перепадом давления снаружи и внутри него, обеспечивает необходимую жесткость конструкции и способствует упрощению процесса установки/замены перегородок, однако выполнение купола цельным при жесткой неразъемной связи части перегородок с его внутренней поверхностью снижает его ремонтопригодность.Known displacement piston for Stirling engines (WO No.2005066483, publ. 07.21.2005), containing a base with a tubular elongated element as a rod that passes through the working piston of the engine, and a dome made in the form of a can connected to the base by means of a lock connection. with internal partitions located in it, performing the function of thermal screens. The partitions have a stepped transverse profile along which successive pairing of each of the partitions with the previous one occurs, and the compressive force in this assembly is created by two extreme partitions, which are rigidly fixed, for example, by welding on the wall of the can. To fill the internal volume of the piston with a working fluid, preferably helium, a group of holes is provided in the bottom of the can, and a uniform distribution of pressure of the working fluid along the dome cavity is ensured by the presence of small diameter holes in the partitions. This solution of the displacement piston reduces the force on the piston created by the pressure drop outside and inside it, provides the necessary structural rigidity and simplifies the process of installing / replacing partitions, however, making the dome integral with rigid one-piece connection of part of the partitions with its inner surface reduces its maintainability.

Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, выбранным в качестве прототипа, является вытеснительный поршень для двигателя Стерлинга (KR №20110020556, публ. 03.03.2011 г.), в котором купол выполнен составным, состоящим из днища и тонкостенного корпуса цилиндрической формы, установлен на основании, связанном со штоком рабочего поршня двигателя, и оснащен одной или несколькими внутренними теплоизоляционными перегородками конической формы, изготовленными из тонкого металла или иного упругого материала. Перегородки разделяют внутренний объем вытеснительного поршня (ВП) на отдельные полости, и для выравнивания давления в этих полостях служат сквозные отверстия, имеющиеся в центре каждой перегородки. В основании, формирующем герметичный внутренний объем ВП, имеется обеспечивающий связь внутренней полости ВП с рабочей полостью двигателя канал, снабженный предохранительным клапаном для поддержания давления во внутренней полости ВП на постоянном уровне. Уплотнительное кольцо, размещенное в соответствующей кольцевой канавке основания, герметизирует ВП в цилиндре двигателя, а соосное расположение ВП относительно цилиндра и снижение трения между ними обеспечивается установленным в другой канавке основания подшипником скольжения.The closest analogue of the proposed utility model, selected as a prototype, is a displacement piston for the Sterling engine (KR No. 201110020556, published 03.03.2011), in which the dome is made integral, consisting of a bottom and a thin-walled cylindrical body, mounted on the base associated with the rod of the working piston of the engine, and is equipped with one or more internal heat-insulating baffles of a conical shape made of thin metal or other elastic material. Partitions divide the internal volume of the displacement piston (VP) into separate cavities, and through holes located in the center of each partition serve to equalize the pressure in these cavities. In the base, which forms the airtight internal volume of the VP, there is a channel providing a connection between the internal cavity of the VP and the working cavity of the engine, equipped with a safety valve to maintain the pressure in the internal cavity of the VP at a constant level. A sealing ring placed in the corresponding annular groove of the base seals the VP in the engine cylinder, and the coaxial location of the VP relative to the cylinder and the reduction of friction between them is provided by a sliding bearing installed in the other groove of the base.

В прототипе определенная осевая жесткость купола ВП достигается за счет охватывающих его таких компонентов двигателя Стирлинга, как нагреватель, рекуператор и блок охлаждения, что препятствует применению ВП такой конструкции в других типах двигателей Стирлинга, в которых не предусмотрено наличие этих компонентов, т.к. достигаемый в прототипе уровень жесткости недостаточен для обеспечения возможности работы отдельного ВП (без перечисленных компонентов) при высоких давлениях цикла, и требует каких-либо дополнительных конструктивных мер, например увеличения толщины деталей купола, которое повысит массу ВП и тепловой поток вдоль купола, что недопустимо по условиям обеспечения требуемого качества рабочих характеристик ВП, - и это является одним из основных недостатков прототипа.In the prototype, a certain axial stiffness of the VP dome is achieved due to such components of the Stirling engine as a heater, a recuperator and a cooling unit, which prevents the use of VP of this design in other types of Stirling engines, in which these components are not provided, because the stiffness level achieved in the prototype is insufficient to ensure the operation of a separate VP (without the listed components) at high cycle pressures, and requires any additional structural measures, for example, increasing the thickness of the dome parts, which will increase the mass of the VP and heat flow along the dome, which is unacceptable the conditions for ensuring the required quality of performance of the VP, and this is one of the main disadvantages of the prototype.

К другим недостаткам прототипа следует отнести, во-первых, то, что в нем канал, связывающий полости ВП и цилиндра двигателя, открывается только при определенном условии - когда давление газа внутри ВП оказывается ниже давления снаружи, что приводит к усложнению алгоритма работы устройства и требует дополнительных средств для отслеживания этого условия, а это снижает надежность поддержания давления внутри ВП постоянным; и, во-вторых, то, что в прототипе не предусмотрены меры по повышению эффективности герметизирующего уплотнения и компенсации износа уплотнительного кольца. Эти недостатки также оказывают негативное влияние на качество рабочих характеристик ВП, снижая эффективность его работы.Other disadvantages of the prototype include, firstly, the fact that the channel connecting the cavities of the VP and the engine cylinder opens only under a certain condition - when the gas pressure inside the VP is lower than the pressure from the outside, which complicates the algorithm of the device and requires additional tools to track this condition, and this reduces the reliability of maintaining the pressure inside the airspace constant; and secondly, the fact that the prototype does not provide measures to improve the effectiveness of the sealing seal and compensate for wear of the sealing ring. These shortcomings also have a negative impact on the quality of the performance of the VP, reducing its efficiency.

Задача, решаемая полезной моделью, направлена на повышение эффективности работы вытеснительного поршня в различного типа двигателях Стирлинга.The problem solved by the utility model is aimed at increasing the efficiency of the displacement piston in various types of Stirling engines.

Технический результат, получаемый при реализации полезной модели, заключается в улучшении рабочих характеристик вытеснительного поршня путем повышения его эксплуатационной прочности за счет обеспечения конструктивной жесткости устройства и обеспечения давления в его внутреннем объеме на постоянном уровне и путем повышения эффективности работы уплотнительного кольца.The technical result obtained by the implementation of the utility model is to improve the performance of the displacement piston by increasing its operational strength by ensuring the structural rigidity of the device and ensuring the pressure in its internal volume at a constant level and by increasing the efficiency of the sealing ring.

Технический результат достигается тем, что в вытеснительном поршне двигателя Стирлинга, содержащем основание, шток, одним концом закрепленный в центральном отверстии основания, и соединенный с основанием купол составной конструкции, состоящий из днища и тонкостенного корпуса цилиндрической формы, во внутренней полости которого концентрично его внутренней поверхности установлены перегородки конусообразной формы, являющиеся тепловыми экранами, а также выполненный в теле основания канал, предназначенный для обеспечения гидравлической связи между внутренней полостью поршня и рабочей полостью двигателя, подшипник скольжения и уплотнительное кольцо, установленное во внутренней кольцевой канавке основания, в отличие от прототипа, основание выполнено в форме стакана и его верхняя часть по наружной поверхности содержит уступ, на который опирается своим корпусом установленный на нем купол, и соединение купола с основанием осуществляется посредством соединительного стержня, имеющего ступенчатую поверхность, который нижним концом с помощью резьбового соединения скреплен со штоком, а верхним концом также с помощью резьбового соединения - с днищем купола, при этом канал, гидравлически связывающий внутреннюю полость поршня с рабочей полостью двигателя, выполнен постоянно открытым и содержит жиклер, размещенный с внешней стороны основания, а уплотнительное кольцо размещено в упомянутой канавке основания таким образом, что его внутренняя поверхность совместно с поверхностями канавки образует кольцевую полость, которая гидравлически связана посредством канала с внутренней полостью поршня, при этом в верхней и нижней поверхностях этой канавки имеются перпендикулярно расположенные им две дополнительные канавки с размещенными в них торцевыми уплотнениями, контактирующими с уплотнительным кольцом.The technical result is achieved by the fact that in the displacement piston of the Stirling engine containing a base, a rod fixed at one end in the central hole of the base and connected to the base is a dome of a composite structure consisting of a bottom and a thin-walled cylindrical body, in the inner cavity of which is concentric with its inner surface conical-shaped partitions are installed, which are thermal screens, as well as a channel made in the body of the base, designed to provide hydraulic of the connection between the internal cavity of the piston and the working cavity of the engine, the sliding bearing and the sealing ring installed in the inner annular groove of the base, unlike the prototype, the base is made in the form of a cup and its upper part on the outer surface contains a ledge, on which the installed there is a dome on it, and the connection of the dome with the base is carried out by means of a connecting rod having a stepped surface, which is fastened to the lower end by means of a threaded connection n with a rod, and the upper end also with a threaded connection with the bottom of the dome, while the channel hydraulically connecting the internal cavity of the piston with the working cavity of the engine is made constantly open and contains a nozzle located on the outside of the base, and the o-ring is placed in the aforementioned the groove of the base so that its inner surface together with the surfaces of the groove forms an annular cavity, which is hydraulically connected through the channel with the internal cavity of the piston, while at the top There are two additional grooves perpendicular to it and the lower surfaces of this groove, with mechanical seals placed in them and in contact with the o-ring.

Дополнительные отличия полезной модели заключаются в том, что:Additional differences of the utility model are that:

- перегородки установлены внутри купола посредством дистанционных втулок, обеспечивающих заданный интервал расположения перегородок, и расположенного на стержне стопорного кольца, на которое опирается первая снизу перегородка;- partitions are installed inside the dome by means of spacer sleeves providing a predetermined interval for the location of the partitions and a snap ring located on the rod, on which the first partition from the bottom rests;

- внутренняя поверхность уплотнительного кольца, обращенная в кольцевую гидравлическую полость, имеет конический профиль, а торцевые уплотнения уплотнительного кольца представляют собой кольца типа "X-ring".- the inner surface of the o-ring facing the annular hydraulic cavity has a conical profile, and the end seals of the o-ring are "X-ring" rings.

Жесткость конструкции вытеснительного поршня увеличивается за счет использования соединительного стержня, который, являясь одновременно направляющим элементом для перегородок, воспринимает осевые нагрузки на вытеснительный поршень, вызванные изменением давления рабочего тела в полостях двигателя.The stiffness of the design of the displacement piston increases due to the use of a connecting rod, which, while being a guiding element for the partitions, perceives axial loads on the displacement piston caused by a change in the pressure of the working fluid in the engine cavities.

Эффективность работы и ресурс уплотнительного кольца повышаются за счет использования кольцевой полости, постоянно заполненной рабочим телом, давление которого равно среднему давлению цикла двигателя. Рабочее тело в кольцевой полости создает постоянное радиальное усилие на уплотнительное кольцо, которое прижимает уплотнительное кольцо к внутренней поверхности цилиндра двигателя, а также компенсирует износ кольца.The efficiency and life of the sealing ring are enhanced by the use of an annular cavity constantly filled with a working fluid, the pressure of which is equal to the average pressure of the engine cycle. The working fluid in the annular cavity creates a constant radial force on the sealing ring, which presses the sealing ring against the inner surface of the engine cylinder, and also compensates for wear of the ring.

Для герметизации уплотнительного кольца в канавке основания вытеснительного поршня используются торцевые кольца типа "X-ring", которые имеют высокие уплотняющие свойства и в которых снижен эффект залипания.To seal the O-ring in the groove of the base of the displacement piston, X-ring type end rings are used, which have high sealing properties and in which the sticking effect is reduced.

Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 дан общий вид вытеснительного поршня (продольный разрез), на фиг. 2 - увеличенный фрагмент основания в разрезе.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of the displacement piston (longitudinal section), FIG. 2 - an enlarged fragment of the base in the context.

На основании 1, выполненном в форме стакана, в верхней его части по наружной поверхности имеется уступ 2, на который опирается своим тонкостенным цилиндрической формы корпусом 3 купол 4, выполненный составным с днищем 5, содержащим центральную базирующую расточку.On the basis of 1, made in the form of a glass, in its upper part on the outer surface there is a ledge 2, on which is supported by its thin-walled cylindrical body 3 dome 4, made integral with the bottom 5, containing a central basing bore.

Шток 6 одним своим концом, имеющим конический профиль, закреплен в центральном отверстии основания 1, причем параметры конусности сопрягаемых поверхностей отверстия основания 1 и штока 6 равны.The rod 6 with one of its ends, having a conical profile, is fixed in the Central hole of the base 1, and the taper parameters of the mating surfaces of the holes of the base 1 and the rod 6 are equal.

Шток 6 фиксируется в основании 1 с помощью соединительного стержня 7, имеющего ступенчатую поверхность, в котором с двух концов выполнена внутренняя резьба. Соединительный стержень 7 нижним концом скреплен со штоком 6 с помощью резьбового соединения.The rod 6 is fixed in the base 1 by means of a connecting rod 7 having a stepped surface in which an internal thread is made at both ends. The connecting rod 7 with the lower end is fastened to the stem 6 using a threaded connection.

Соединение купола 4 с основанием 1 осуществляется посредством соединительного стержня 7. При этом верхняя часть стержня 7 взаимодействует с упомянутой центральной базирующей расточкой днища 5 и для соединения используется резьбовое соединение верхней части стержня с винтом 8, головка которого размещена в днище 5.The connection of the dome 4 with the base 1 is carried out by means of a connecting rod 7. In this case, the upper part of the rod 7 interacts with the mentioned central base boring of the bottom 5 and a threaded connection of the upper part of the rod with the screw 8, the head of which is located in the bottom 5, is used for connection.

Во внутренней полости корпуса 3 концентрично его внутренней поверхности установлены перегородки 9, которые имеют конусообразную форму и выполняют функцию тепловых экранов.In the inner cavity of the housing 3 concentrically to its inner surface, partitions 9 are installed, which have a conical shape and serve as thermal screens.

Перегородки 9 установлены в корпусе 3 с минимальным радиальным зазором, который выполняет функцию проходного сечения для перетекания рабочего тела во внутренней полости купола 4. При установке перегородок 9 использованы дистанционные втулки 10, которые располагаются между перегородками 9 и обеспечивают заданный интервал их установки. Причем первая снизу перегородка упирается в стопорное кольцо 11, а неподвижность установки перегородок 9 обеспечивается за счет осевого усилия, создаваемого винтом 8.Partitions 9 are installed in the housing 3 with a minimum radial clearance, which performs the function of the bore for overflowing the working fluid in the internal cavity of the dome 4. When installing the partitions 9, spacers 10 are used, which are located between the partitions 9 and provide a predetermined installation interval. Moreover, the first bottom of the partition abuts against the circlip 11, and the immobility of the installation of the partitions 9 is ensured by the axial force created by the screw 8.

Подшипник скольжения 12 размещен в канавке с внешней стороны основания 1. Уплотнительное кольцо 13 установлено во внутренней кольцевой канавке основания 1. Причем подшипник скольжения 12 и уплотнительное кольцо 13 выполнены из подходящего по антифрикционным свойствам материала, предназначенного для работы в условиях сухого трения с внутренней поверхностью цилиндра двигателя.The sliding bearing 12 is placed in the groove on the outer side of the base 1. The sealing ring 13 is installed in the inner annular groove of the base 1. Moreover, the sliding bearing 12 and the sealing ring 13 are made of material suitable for antifriction properties, designed to work in dry friction with the inner surface of the cylinder engine.

При этом уплотнительное кольцо 13 размещено в упомянутой канавке основания 1 таким образом, что его внутренняя поверхность совместно с поверхностями канавки образует кольцевую полость 14 (фиг. 2), гидравлически связанную с внутренней полостью поршня посредством канала 15. В верхней и нижней поверхностях этой канавки имеются две дополнительные канавки, расположенные перпендикулярно поверхностям канавки уплотнительного кольца 13. В дополнительных канавках размещены торцевые уплотнения 16, представляющие собой кольца типа "X-ring", которые контактируют с уплотнительным кольцом 13. При этом внутренняя поверхность уплотнительного кольца 13 со стороны кольцевой полости имеет конический профиль, что предотвращает повреждения уплотнений 16 во время установки уплотнительного кольца 13 в канавку основания 1.At the same time, the sealing ring 13 is placed in the said groove of the base 1 so that its inner surface together with the surfaces of the groove forms an annular cavity 14 (Fig. 2), hydraulically connected to the internal cavity of the piston through the channel 15. In the upper and lower surfaces of this groove there are two additional grooves located perpendicular to the surfaces of the groove of the sealing ring 13. In the additional grooves are located mechanical seals 16, which are rings of the type "X-ring", which tiruyut with a sealing ring 13. The internal surface of the sealing ring 13 from the annular cavity has a tapered profile that prevents damage to seal 16 during installation of the sealing ring 13 in the groove base 1.

В теле основания 1 имеется постоянно открытый канал 17, который гидравлически связывает внутреннюю полость поршня с рабочей полостью двигателя. В канале 17 с внешней стороны основания 1 установлен жиклер 18.In the body of the base 1 there is a constantly open channel 17, which hydraulically connects the internal cavity of the piston with the working cavity of the engine. In the channel 17 from the outer side of the base 1 is installed nozzle 18.

Вытеснительный поршень, размещенный в цилиндре двигателя Стирлинга, делит заполненный рабочим телом внутренний объем двигателя на полости сжатия и расширения. При этом горячая полость расширения располагается со стороны днища 5 ВП, а холодная полость сжатия находится между основанием 1 и рабочим поршнем двигателя (не показан). Во время работы двигателя Стирлинга происходит циклическое возвратно-поступательное движение вытеснительного и рабочего поршней с одинаковой частотой и с определенным фазовым смещением.A displacement piston located in the cylinder of the Stirling engine divides the internal volume of the engine filled with the working fluid into compression and expansion cavities. In this case, the hot expansion cavity is located on the bottom side of the 5 VP, and the cold compression cavity is located between the base 1 and the working piston of the engine (not shown). During operation of the Stirling engine, a cyclic reciprocating movement of the displacement and working pistons occurs with the same frequency and with a certain phase shift.

Во время работы двигателя Стирлинга внутренняя полость ВП для выравнивания перепада давления внутри и снаружи поршня заполнена рабочим телом, которое поступает через канал 17 из рабочей полости двигателя.During the operation of the Stirling engine, the internal cavity of the VP for equalizing the pressure drop inside and outside the piston is filled with a working fluid, which enters through the channel 17 from the working cavity of the engine.

Поскольку во время работы двигателя ВП разделяет горячую и холодную полости двигателя и является проводником теплового потока, значение которого должно быть минимально в целях получения высоких эффективных показателей двигателя, для снижения теплового потока используются перегородки 9, которые снижают тепловой поток от нагретого днища 5 в сторону холодного основания 1 поршня.Since during operation of the engine, the VP separates the hot and cold cavities of the engine and is a conductor of the heat flux, the value of which should be minimal in order to obtain high effective engine performance, to reduce the heat flux, partitions 9 are used that reduce the heat flux from the heated bottom 5 to the cold side base 1 piston.

После выхода двигателя на рабочий температурный режим во внутренней полости ВП возникает неравномерное температурное поле, что способно привести к неравномерному распределению давления вдоль ВП. Для выравнивания давления по всему объему внутренней полости используется радиальный зазор между перегородками 9 и внутренней поверхностью корпуса 3, через который происходит перетекание рабочего тела.After the engine reaches the operating temperature regime, an uneven temperature field appears in the inner cavity of the airspace, which can lead to an uneven pressure distribution along the airspace. To equalize the pressure throughout the entire volume of the internal cavity, a radial clearance is used between the partitions 9 and the inner surface of the housing 3, through which the working fluid flows.

Во время возвратно-поступательного движения, совершаемого ВП во время работы двигателя, его подшипник скольжения 12 обеспечивает соосное положение поршня и цилиндра двигателя. Подшипник скольжения 12 функционирует как направляющее кольцо и, поддерживая постоянный радиальный зазор между ВП и цилиндром двигателя, также обеспечивает необходимые условия для работы уплотнительного кольца 13.During the reciprocating movement made by the VP during engine operation, its sliding bearing 12 ensures the coaxial position of the piston and the cylinder of the engine. The sliding bearing 12 functions as a guide ring and, while maintaining a constant radial clearance between the VP and the engine cylinder, also provides the necessary conditions for the operation of the sealing ring 13.

Канал 17 оснащен жиклером 18, который осуществляет ограничение расхода рабочего тела через канал 17. Диаметр жиклера 18, определяющий его пропускную способность, не оказывает влияния на общий ход рабочего цикла и подбирается исходя из рабочей частоты двигателя, давления, средней температуры и типа рабочего тела.Channel 17 is equipped with a nozzle 18, which restricts the flow of the working fluid through the channel 17. The diameter of the nozzle 18, which determines its throughput, does not affect the overall course of the working cycle and is selected based on the operating frequency of the engine, pressure, average temperature and type of working fluid.

Жиклер 18 поддерживает давление во внутренней полости ВП на почти постоянном уровне, равном среднему давлению рабочего цикла двигателя. Это обеспечивается тем, что расходная характеристика жиклера 18 не позволяет изменению давления рабочего тела в полости сжатия двигателя оказывать существенного влияния на давление во внутренней полости ВП. Таким образом, внутренняя полость ВП представляет собой аккумулятор давления с почти постоянным давлением, величина которого поддерживается во время движения вытеснительного поршня в обоих направлениях.The nozzle 18 maintains the pressure in the internal cavity of the VP at an almost constant level equal to the average pressure of the engine’s duty cycle. This is ensured by the fact that the flow rate characteristic of the nozzle 18 does not allow a change in the pressure of the working fluid in the compression cavity of the engine to have a significant effect on the pressure in the internal cavity of the VP. Thus, the internal cavity of the VP is a pressure accumulator with an almost constant pressure, the value of which is maintained during the movement of the displacement piston in both directions.

Рабочее тело, содержащееся во внутренней полости ВП, по каналу 15 поступает в кольцевую полость 14, давление в которой создает радиальное усилие на уплотнительное кольцо 13. В результате этого уплотнительное кольцо 13 равномерно по всей длине окружности прижимается к внутренней поверхности цилиндра двигателя, что повышает уплотнительные свойства и увеличивает ресурс кольца 13.The working fluid contained in the inner cavity of the VP, through the channel 15 enters the annular cavity 14, the pressure in which creates a radial force on the sealing ring 13. As a result, the sealing ring 13 is pressed uniformly along the entire circumference of the circumference of the engine cylinder, which increases the sealing properties and increases the life of the ring 13.

Во время работы торцевые уплотнительные кольца 16 обеспечивают двустороннее уплотнение, при котором давление рабочего тела, действующее на кольца 16 со стороны кольцевой полости 14 и со стороны зазора между основанием 1 и стенкой цилиндра, прижимает соответствующие участки колец 16 к поверхностям уплотнительного кольца 13 и к стенкам канавок, в которых установлены кольца 16. Использование давления рабочего тела в работе торцевых колец 16 позволяет уменьшить установочную деформацию этих колец и, соответственно, снизить трение между уплотнительным кольцом 13 и торцевыми кольцами 16, что повысит эффективность работы уплотнительного кольца 13.During operation, the end sealing rings 16 provide a two-sided seal in which the pressure of the working fluid acting on the rings 16 from the side of the annular cavity 14 and from the gap between the base 1 and the cylinder wall presses the corresponding sections of the rings 16 to the surfaces of the sealing ring 13 and to the walls grooves in which the rings are installed 16. Using the pressure of the working fluid in the work of the end rings 16 allows to reduce the installation deformation of these rings and, accordingly, to reduce the friction between the seal nym ring 13 and end rings 16, which will increase the efficiency of the sealing ring 13.

Claims (4)

1. Вытеснительный поршень двигателя Стирлинга, содержащий основание, шток, одним концом закрепленный в центральном отверстии основания, и соединенный с основанием купол составной конструкции, состоящий из днища и тонкостенного корпуса цилиндрической формы, во внутренней полости которого концентрично его внутренней поверхности установлены перегородки конусообразной формы, являющиеся тепловыми экранами, а также выполненный в теле основания канал, предназначенный для обеспечения гидравлической связи между внутренней полостью поршня и рабочей полостью двигателя, подшипник скольжения и уплотнительное кольцо, установленное во внутренней кольцевой канавке основания, отличающийся тем, что в нем основание выполнено в форме стакана и его верхняя часть по наружной поверхности содержит уступ, на который опирается своим корпусом установленный на нем купол, и соединение купола с основанием осуществляется посредством соединительного стержня, имеющего ступенчатую поверхность, который нижним концом с помощью резьбового соединения скреплен со штоком, а верхним концом также с помощью резьбового соединения - с днищем купола, при этом канал, гидравлически связывающий внутреннюю полость поршня с рабочей полостью двигателя, выполнен постоянно открытым и содержит жиклер, размещенный с внешней стороны основания, а уплотнительное кольцо размещено в упомянутой канавке основания таким образом, что его внутренняя поверхность совместно с поверхностями канавки образует кольцевую полость, которая гидравлически связана посредством канала с внутренней полостью поршня, при этом в верхней и нижней поверхностях этой канавки имеются перпендикулярно расположенные им две дополнительные канавки с размещенными в них торцевыми уплотнениями, контактирующими с уплотнительным кольцом.1. The displacement piston of the Stirling engine, containing a base, a rod, one end fixed in the Central hole of the base, and connected to the base of the dome of a composite structure, consisting of a bottom and a thin-walled body of cylindrical shape, in the inner cavity of which concentric partitions are installed concentrically to its internal surface, which are heat shields, as well as a channel made in the body of the base, designed to provide hydraulic communication between the internal cavity of the piston and the working cavity of the engine, the sliding bearing and the sealing ring installed in the inner annular groove of the base, characterized in that the base is made in the form of a cup and its upper part on the outer surface contains a ledge, on which the dome mounted on it rests, and the connection the dome with the base is carried out by means of a connecting rod having a stepped surface, which is fastened with a lower end to the stem with a threaded connection, and also with the upper end the power of the threaded connection is with the bottom of the dome, while the channel hydraulically connecting the internal cavity of the piston with the working cavity of the engine is made constantly open and contains a nozzle located on the outside of the base, and the o-ring is placed in the said groove of the base so that its inner surface together with the surfaces of the groove forms an annular cavity, which is hydraulically connected through a channel with the internal cavity of the piston, while in the upper and lower surfaces of this groove there are two additional grooves perpendicular to it, with mechanical seals placed in them in contact with the o-ring. 2. Вытеснительный поршень по п. 1, отличающийся тем, что перегородки установлены внутри купола посредством дистанционных втулок, обеспечивающих заданный интервал расположения перегородок, и расположенного на стержне стопорного кольца, на которое опирается первая снизу перегородка.2. The displacement piston according to claim 1, characterized in that the partitions are installed inside the dome by means of spacer sleeves providing a predetermined interval for the location of the partitions and located on the retainer ring rod, on which the first partition from the bottom rests. 3. Вытеснительный поршень по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность уплотнительного кольца, обращенная в кольцевую гидравлическую полость, имеет конический профиль.3. The displacement piston according to claim 1, characterized in that the inner surface of the sealing ring facing the annular hydraulic cavity has a conical profile. 4. Вытеснительный поршень по п. 1, отличающийся тем, что торцевые уплотнения уплотнительного кольца представляют собой кольца типа "X-ring".4. The displacement piston according to claim 1, characterized in that the mechanical seals of the sealing ring are "X-ring" rings.

Images