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機械社區

標題: 斯特林發動機，紅圈中那個活塞與管壁之間是怎樣密封的？ [打印本頁]
作者: qooeooq    時間: 2008-7-23 13:47
標題: 斯特林發動機，紅圈中那個活塞與管壁之間是怎樣密封的？
請問紅圈中那個活塞與管壁之間是怎樣密封的？
0 M" z7 r/ @+ S2 w7 k0 }" f3 W謝謝！
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作者: A209    時間: 2008-7-23 13:59
也是環密封，但活塞環的材料和結構和內燃機的很不一樣
作者: qooeooq    時間: 2008-7-23 14:12
原帖由 A209 于 2008-7-23 13:59 發表
/ e6 |' e' S+ c' C也是環密封，但活塞環的材料和結構和內燃機的很不一樣

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有文章說美國STM動力公司外燃機使用氫氣作為工質，但像氫氣這樣的氣體，如果汽缸壁與活塞間的有縫隙的話（由于不可能做到100%的密封），那氫氣不是就跑掉了嗎？& N* n$ F% U% N: a

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一種廣泛適用的新型動力設備——美國STM動力公司外燃機   
5 J. G: k, l( v6 D7 T! X6 o( E6 i
CIO 韓曉平
- m# x& X+ `" ~7 b
      位于美國底特律的STM動力公司經過20年的努力，在傳統斯特林發動機的基礎上，結合先進技術成果，成功地研制了新一代外燃機。
# e! y. V6 q3 t" t# m$ K( i0 P   外燃機是一種外燃的閉式循環往復活塞式熱力發動機，因它是在1816年為蘇格蘭的R.斯特林所發明，故又稱斯特林發動機。新型外燃機使用氫氣作為工質，在四個封閉的氣缸內充有一定容積的工質。氣缸一端為熱腔，另一端為冷腔。工質在低溫冷腔中壓縮，然后流到高溫熱腔中迅速加熱，膨脹做功。燃料在氣缸外的燃燒室內連續燃燒，通過加熱器傳給工質，工質不直接參與燃燒，也不更換。8 T% i$ v  l. R' a( z1 t2 I
   由于外燃機避免了傳統內燃機的震爆做功問題，從而實現了高效律、低噪音、低污染和低運行成本。外燃機可以燃燒各種可燃氣體，如：天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等，也可燃燒柴油、液化石油氣等液體燃料，還可以燃燒木材，以及利用太陽能等。只要熱腔達到700℃，設備即可做功運行，環境溫度越低，發電效率越高。該公司提供的STM4-120型25kW級機組的發電效率為29.6%，大大高于同容量的內燃機。外燃機最大的優點是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區使用。& `+ B2 f; `# K# O* k5 W- m
      該設備目前有三種型號可供選擇，"熱電聯產"型、"太陽能-外燃混合發電"型、"余熱利用"型，以及車用型和流動現場電源。
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                                               熱電聯產型% F  s! w5 y/ O0 J2 F
   將燃料燃燒發電后的余熱用于供熱和生活熱水機型為熱電聯產型，一臺25kW的外燃機，可以供熱44kW，完全可以滿足1000-1500建筑平方米或一個連級單位的基本能源供應。STM設備可以單臺獨立使用，也可多臺連用，根據需要進行組合配置，適應不同規模的能源需求。$ I8 b' |, H$ m
      燃燒后的煙氣可以達到盟國加利福尼亞州2005年和歐洲5號標準，這意味著可以將煙氣直接排入塑料大棚，利用其中的低溫余熱、二氧化碳和水蒸氣來促進植物生長。噪音，在距設備1米處，為68分貝。7 I/ h" g: C; }# T' B+ `, a
                                                                     污染物排放比較: Q5 u; E8 k( L7 n* z7 E: X
      
排放物        單位        STM        柴油機
氮氧化物        g/kW        0.5        9.2
一氧化碳        g/kW        4.4        11.4
           一臺25kW外燃機如果用于供熱，可以在高寒地區，滿足500-800平方米建筑面積的持續供暖。如果用于供應熱水，每小時可以供應1261kg 50℃熱水，每天30噸約滿足500-600人的生活熱水供應。" R7 {* _$ t# h
                                                                                      STM外燃機性能
) u7 p  S% c) `- K      
發電輸出功率        KW        25
效率%29.6
供熱功率KW44
供熱效率%52.1
燃料消耗量MJ304.05
功率輸出總量KW69
熱電總效率%81.7
轉速Rpm1800
尺寸（長/寬/高）Cm201/76/107
大修周期Hrs50000
      
   3 N+ Y3 d' J, O0 }
   熱電聯產設備外觀
' h0 }& G: E8 B7 [4 s  
7 P: \0 A- C% H; }; j   STM公司推出的25kW外燃機，主要為適應當今世界正在出現的能源設施小型、分散化的市場趨勢，并作為這一"新工業革命"的重要基礎工藝產品之一。該設備作為一個獨立的電源供應裝置，能夠自動適應小型獨立電網的容量變化需求，實現智能化控制，無需專人運行職守，基本屬于傻瓜機。設備結構簡單，零件只有內燃機的一半，沒有進出氣閥門等磨損機件，沒有震爆作功，可靠性大大提高。設備堅固耐用，大修周期為5萬小時，設備壽命可以達到20年。
& d' F$ ^: O% p7 h5 {
  
$ ~8 `  y  H+ H4 s! K2 i  
( \! z  o* [) G2 p# y- n$ a   STM外燃機外型               
  a- ^; H, n0 T3 P5 \  
5 Y' X' G3 ~# s   設備綜合效率超過80%，特別是發電效率高達29.6%，比同容量內燃機效率高，是一般高原地區內燃機效率的150%，如果駐清藏和新疆西部地區的單位全部采用該設備供電，僅此一項每年減少三分之一的能源用燃油供應，如果考慮熱電聯產的節能效果，以及運輸損耗的減少，年減少能源用油五分之二到50%，效益極為可觀。因此，外燃可以作為一種效費比極好的備裝。& f2 @" b6 d  g& ?& ^  w! H& G- A
  # Z3 o1 L% D; O2 [
             燃料消耗量
燃料消耗量 MJ         304.05
小時天然氣消耗        M3         8.65
小時柴油消耗        kg        7.05
小時人工煤氣消耗        M3        17.29
小時LPG消耗        kg        7.82
      

6 f! F' c3 }0 V+ o. G                                                     太陽能-外燃混合發電型
3 g7 p3 Z" v9 g" x  f   STM利用外燃機的特性，將多面反光鏡聚焦在外燃機的熱腔，利用太陽的能量加溫熱腔發電，發電功率達到20kW，設備可以自動跟蹤太陽旋轉。STM另一個獨具匠心的設計是在太陽落山后或陽光不足以發電時，自動合閉熱腔，利用燃料燃燒發電，一機兩用，節省了蓄電池投資，提高了能源供應設備的利用效率。而造價僅僅為硅晶光伏電池的三分之一，投資效益極好。% D, Z$ J7 S1 k8 m: a) i! F2 L% I
      STM太陽能發電裝置，造型優美，可以安裝在城市建筑物上，作為城市造型建筑，白天利用太陽能，晚上利用夜間低谷燃氣，發電并解決樓內熱水供應，在一定程度上還可以減少城市熱島效應。

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  ) J3 |) k# H) [) W
STM太陽能--外燃混合發電設備外觀
7 u- d+ d1 {2 g* @! V  
$ ]# K  V7 }, S: s2 o$ ^, ~                                                余熱利用型
- m4 ^- C1 L9 F   STM的另一優勢是余熱回收，而且大大簡化了工藝技術。利用熱腔溫度達到700℃即可發電的特性，不需要任何介質或熱能轉換裝置，直接將熱腔伸入熱源之中，將余熱轉換成高價值的電能。例如：煉油廠、化工廠、焦化廠、冶煉廠等，均可使用。每個外燃機可以回收25kW電能和44kW熱能。
% u' A& E, \9 \* B, @; Y, M      6 Q* N* i6 x% m  X6 o& L2 c" v
                     四聯裝余熱回收系統            
3 k/ i' ~0 K4 |+ S2 |: O$ |, T; l
                                                                其他用途  z% i+ w! E) v# p  W! N$ i1 l% D
   STM外燃機還可以作為車用混合動力電源，目前國際上大力發展的混合動力汽車，采用動力機和發電機混合動力，由動力機驅動發電機發電，透過蓄電池為汽車動力馬達驅動汽車。由于汽車行駛時只有加速和爬坡需要較多的動力，多數時間僅在怠速或略高的工況下運行。汽車起動時，動力機和電池同時提供動力，穩定行駛時動力機多余電能需入電池。所以50千瓦燃機可以推動一輛14米長50座的大巴士，25kW外燃機能夠滿足一輛120馬力（91.68kW）轎車的動力。STM公司正在與美國通用汽車公司聯合發展新型的混合動力轎車的外燃機動力系統。# V0 a% F0 n$ ^) s: r
  STM與通用汽車聯合發展的混合動力轎車動力系統。
                                
7 T$ u, ^* ^& Z; v6 k7 e) y5 s   STM與通用汽車聯合發展的混合動力轎車動力系統
* ~# @5 D: ^8 e0 x9 T, a' h                                
) N( W# s. [! u& ?4 x- C      外燃機的優勢是效率比微型燃氣輪機高（微燃機熱效率26%），體積、噪音比內燃機小，排放比內燃機好得多。
7 x& W  w: ?, K: H* F  # m% S& F3 h9 `/ x0 l
  
5 u; i* i9 U6 _, h+ H  n
                                     混合動力巴士示意
) h9 {8 e8 U; M3 q5 o$ [  
7 j' i' T' w7 r! @8 _      外燃機對于燃料和環境的要求很低，體積小而輕便，所以非常適合作為現場電源?？梢栽谑┕ぶ惺褂?，例如目前正在進行的清藏鐵路工程，采用該設備將非常理想。
6 O, n/ H" V3 F7 j2 X! p      也可以作為現場的能源利用裝置，將采油過程中的少量伴生氣直接用于發電，將電力提供給采油設備，余熱加溫石油，不需要再架設電線供電。
" |" _& t7 A9 t8 h  d$ @$ h      我國每年有萬余礦工死于煤礦瓦斯爆炸，一個重要的原因是瓦斯沒有和好很好的利用。STM外燃機可以就近利用這些瓦斯發電，供給礦井使用，不僅減少瓦斯爆炸的危險，也提高了供電的可靠性。
4 D& z* K% V* _- j      STM的發動機轉速只有1800轉/分，適合于直接動力輸出，可以作為多種驅動設備動力源。用于驅動水泵、壓縮機等動力裝置。
( v  Y9 y3 F9 R% ^  # v, v  ~4 A) f* K# B1 H
                                         外燃機的適用問題
+ B. A# B1 e( K$ P/ J7 {$ E6 H5 w      中國還有3500萬人口完全沒有電力供應，更多的人口沒有持續可靠的電力供應。這些地區多在邊遠地區、山區和荒漠，以及海島等地區，架設電網的投資太大，采用柴油發電成本太高，而外燃機可以利用太陽能、沼氣、植物垃圾熱解氣體的特性，可以較好地解決這一難題。/ z3 k; H. D% N5 t$ S
   STM外燃機具有極強的用戶適用性，可以滿足城市樓宇、鄉村、小型工業和部隊的能源需要。在城市中，醫院、學校、市場和旅館等項目均可使用。在大電網不能覆蓋的地方，可以孤立使用，也可以在低壓系統中組成網絡聯網使用，互相提供備用保證，建立一個小型的能源互聯網絡。6 j% Q& F& e1 s4 u8 ]* f( @5 p
   STM外燃機可以燃燒一切可以燃燒物質的特性，包括各種氣體和液體燃料，而且不需要更換燃燒系統，非常適應戰時需要。外燃機體積小、排熱量低、噪音小，非常不易被發現。瑞典將其安裝在潛水艇內，利用攜帶的柴油和液氧燃燒，在水下長距離潛航，日本海上自衛對也計劃采購這種設備。STM可以多臺并用，保證包括雷達站等各種用電量較大的部隊的電力需求。
$ f. y% l' D  t1 ~  y8 ~4 g$ f   STM亞洲代理為新加坡的新科動力公司，中國能源網因考慮到這一設備在中國的廣泛適用性，成為該設備的中國代理。由于該設備在中國廣闊市場潛力，STM和新科動力計劃在中國生產該設備，預計造價將大幅度下降。2002年進口價格為每千瓦不到7000元人民幣，2003年將降至6000以下，大大低于國內各種持續供電供熱綜合設備的造價。
/ w# x6 C" e  F, N5 P  
" }  z/ d0 w7 q# ]) K& P                                         STM設備經濟效益分析
& x" H( t4 c( o9 e+ j  H7 a                                                        STM 外燃機技術參數
        
電價         RMB/kWh 0.6
電收入 RMB/hrs         15
供水熱水焓值（50˚C） kJ/kg        209.34
回水熱水焓值（20˚C）          kJ/kg        83.74
熱水焓差          kJ/kg125.6
小時熱水供應量         kg/hrs        1261
熱水價格         RMB/t15
熱水收入 RMB/hrs 18.92
系統小時收入          RMB/hrs        33.92
基本維護費 RMB/kWh 0.03
柴油經濟性分析 　　
柴油價格
9 l& X+ L% y! n          		        RMB/kg 2.6
柴油燃料費用         RMB/hrs         18.3
維護費用         RMB/kWh         0.75
收益          RMB/hrs        14.84
設備大修壽命周期內收益 RMB        741771
投資回收率 %        359.21
      
    在STM設備大修壽命使用周期中，按電價0.6元/kWh，熱水15元/噸，柴油2600元/噸的條件下，可以收回投資3.6倍。也許在高原地區的實際情況不一樣，但與柴油機、風力發電和光伏發電比較，經濟性必然更好。) F1 T4 T* W6 }$ E$ ?
                                                        STM 熱電聯產設備折舊費用
        
年利用小時         Hrs         7500
設備壽命周期        年20
設備造價        元/kW         6624
設備折舊        元/kWh        0.044
大修周期        Hrs        50000
大修費用         元/kWh        3312
大修折舊        元/kWh        0.066
KWh折舊費        元/kWh        0.110
      
                                                    STM  太陽能設備折舊費用
        
設備壽命周期        年        20
02年設備價格 RMB        198720
年折舊        RMB        9936
日平均利用時間        Hrs        8
年平均利用日        Days280
年利用小時        Hrs        2240
小時折舊費        元        4.44
KWh折舊費        元/kWh        0.22
      
    上述兩種設備在20年壽命周期中折舊費分別為0.11和0.22元/kWh，太陽能-外燃混合發電設備折舊為0.143元/kWh。隨著造價的不斷降低，折舊費用將會不斷減少。& {. a8 G; F! G/ p' S. z2 U- ]
                                           STM 熱電聯產設備價格預計
        
預計2002年kW造價          USD        1000
　        RMB 8280
單臺造價         USD         25000
　        RMB 207000
預計2003年kW造價        USD        800
　        RMB         6624
單臺造價        USD        20000
　        RMB         165600
預計2004年kW造價 USD        700
　 RMB         5796
單臺造價        USD        17500
　        RMB         144900
      
                        ; P$ {4 E3 |! R' g7 h8 D) Z
                                                     更加微型化的發展趨勢
- z8 L; z, L! v, D, ?) c( `      美國人通常居住在獨立的房子里，能源基本自成體系，為適應市場的這一特性，STM公司正在開發2-5kW的微型外燃機。這些外燃機精巧細小到可以安裝在家用熱水器上，代替燃燒器，而且是有什么燃料燒什么燃料，真正實現了發電廠的個人化和白色家電化。
; A! R% L! w6 j, ?
  5kW的外燃機   
         能源設備微型化技術的發展，將對能源行業帶來更加深刻的革命和更為深遠的影響，不僅會出現建在樓里的發電廠，還會出現安在車上的發電廠、白色家電化的熱電廠，甚至出現背著走的發電廠。發電將不再是一個不可代替的工業行業，將會成為一些個人的業余愛好和家庭副業收入的新方式。
4 I7 U) X& @- q    STM外燃機在的廣泛應用性能，將使我國的能源利用效率得到大幅度提高，無論對中國的可持續發展，還是環境保護基本國策的落實，無疑都有著非常積極的作用。不久的將來，STM將成為一個中國的企業和中國的品牌，如同桑塔那、寶潔一樣為國人熟知。不僅如此，STM還將能夠依附于中國巨大的市場和制造能力，不斷降低成本，乘中國加入WTO的東風，成為全世界市場上的一種具有競爭力的產品。. o1 |. n  z7 Y- V
2 b) k2 s/ k1 z# v# g/ b, ~
作者: A209    時間: 2008-7-23 14:31
這就和材料和結構有關了，一方面采用耐磨和密封性好的材料，另一方面采用有脹環和有唇口的密封環，確保磨損后仍有較好的密封性，加工質量高結構設計合理的話100%的密封完全可以做到) Z/ @6 X% R. @- M" q9 h4 i% F
氫氣比較危險，也有用其他氣體的
作者: qooeooq    時間: 2008-7-24 01:22
原帖由 A209 于 2008-7-23 14:31 發表
5 Y/ d6 `" Z7 u, `6 K) W# D這就和材料和結構有關了，一方面采用耐磨和密封性好的材料，另一方面采用有脹環和有唇口的密封環，確保磨損后仍有較好的密封性，加工質量高結構設計合理的話100%的密封完全可以做到
; J) R: p) Z$ S* y- v' |氫氣比較危險，也有用其他氣體的

& T; |: `+ d  C6 `# z3 O
# v  [4 U2 J# R1 ?  |* P$ B- w( ?+ k) R- P

# n" O! g$ T* I! b% e3 s3 G3 X
# Q5 |. s* p) |) B  l* U" l謝謝A209兄！
作者: A209    時間: 2008-7-24 07:44
舉手之勞，不必客氣
作者: wang575111    時間: 2008-8-3 21:04
不知道做一臺的成本有多少？很貴吧？
作者: A209    時間: 2008-8-3 22:39
有用試管自己做的?。。∫膊皇呛軓碗s，感興趣的話可以自己做一個，當然商用的話問題就多了！?。。。?！
# ~& P3 A8 ~* k6 K6 E  m視頻地址
) R, F; Y7 G0 D- ~' Qhttp://player.youku.com/player.php/sid/XNzY1NDAwMA==/v.swf
, l5 u9 ~5 f2 \- j4 G( C
2 X1 G' \' C9 ]7 \2 @[ 本帖最后由 A209 于 2008-8-3 22:42 編輯 ]
作者: zxw157502    時間: 2008-8-7 14:47
斯特林發動機的制造難點就在于密封問題難于解決，不過技術進步后也應該可以解決，以前的數據表明，斯特林發動機的成本是相同功率和轉速的柴油機的1.2倍，也不知道現在是什么樣的水平。
作者: zxw157502    時間: 2008-8-9 22:03
請問樓主，第一樓的圖片中第一個紅圈那里密封了么？如果密封后冷熱氣體不就隔開了么？熱量傳遞就僅僅通過“配氣活塞”來傳遞么？請指教.
作者: A209    時間: 2008-8-9 23:33
原帖由 zxw157502 于 2008-8-9 22:03 發表
7 n" ~$ v5 e# C' k請問樓主，第一樓的圖片中第一個紅圈那里密封了么？如果密封后冷熱氣體不就隔開了么？熱量傳遞就僅僅通過“配氣活塞”來傳遞么？請指教.
是兩個氣缸，那張圖重疊所以像一個
作者: zks2240    時間: 2010-10-18 15:22
回復 8# A209 4 W5 T% l- F! L# A. z, \
) c! n/ k/ }9 ^( B! ~
. Y$ ^# [2 u5 n8 h. I" Y8 a4 ~
    其它都不太難，就是動力活塞不好做，好多人都是用玻璃注射器，我找了好多久都沒找到
作者: toynasa    時間: 2010-11-2 17:46
這個結構的話，大的活塞和缸體不是密封的。小的活塞和缸體密封。
作者: toynasa    時間: 2010-11-2 17:47
樓主這個結構的發動機熱交換活塞和缸體不是密封的。活塞比缸體小一圈，加熱位置在缸體底部，熱交換活塞比較長，這樣可以更好保證活塞兩邊的溫差。
作者: 89676762    時間: 2012-8-24 18:35
那紅圈的地方是不能密封的哥們，如果密封請問熱氣如何到達冷腔。熱腔換氣塞與汽缸碧是必須有一定空間才能讓熱氣流動啊。
作者: 眨眼之前qd    時間: 2016-1-7 11:18
作者: niudong    時間: 2016-3-5 06:55
同求解
作者: liuhho    時間: 2016-3-5 15:43
左邊那個圈不需要密封吧？



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