一种用于测试的可变容积电磁弹簧斯特林发电机,包括膨胀腔容积控制装置,背压腔容积控制装置、膨胀腔充放气装置、背压腔充放气装置和控制器;外壳包括膨胀腔外壳、中间外壳和背压腔外壳;膨胀腔容积控制装置控制膨胀腔外壳上下移动,背压腔容积控制装置控制背压腔外壳上下移动;膨胀腔充放气装置与膨胀腔充气阀连接,背压腔充放气装置与背压腔充气阀连接,控制器分别与膨胀腔充放气装置、背压腔充放气装置、膨胀腔容积控制装置、背压腔容积控制装置连接。本技术利用容积控制装置控制膨胀腔和背压腔的外壳拉伸或收缩,对斯特林发电机的纵向长度进行调整,由此来适应配气活塞和动力活塞的行程变化。
背景技术
自由活塞式斯特林发电机作为一种先进的高效外燃式热功转换装置,广泛兼容现有的各类热源。该发电机取消了传统斯特林发动机中复杂的曲轴连杆机构,使得动力活塞与配气活塞间摆脱了机械结构的束缚,实现了运动的完全独立。由此,该发电机展现出结构简单、热电转换效率高、低噪声与振动、自启动能力强、高可靠性及长寿命等显著优势。在太阳能、地热能、余热回收以及深空探测等多个领域,该发电机均展现出广阔的应用前景。
电磁弹簧斯特林发电机作为一种新型的自由活塞式斯特林发电机,采用电磁弹簧来替代传统自由活塞式斯特林发电机中的板弹簧组件。电磁弹簧包括直线电机,通过向直线电机提供与活塞位移相反方向的交流电,以此产生对活塞的回弹力,以模拟板弹簧的工作特性。解决了传统斯特林发电机中板弹簧的疲劳断裂问题。由于交流电的幅值可以通过变流器进行调节,因此,可以对回弹力的大小进行控制,等同于调整传统斯特林发电机板弹簧的刚度。通过施加适当的控制策略,可以实现对配气活塞与动力活塞之间的相位差调节。
在研究充气压力对自由活塞式斯特林发电机效率影响的实验中,随着充气压力的增加,在传统自由活塞式斯特林发电机中,配气活塞与动力活塞之间的相位差逐渐减小,同时,配气活塞和动力活塞的行程也会变小。当充气压力减小时则相反。针对配气活塞与动力活塞相位差的变动,可以通过调整电磁弹簧上交流电的幅值来解决。针对配气活塞和动力活塞行程的变化,如果行程过大,可能会导致配气活塞撞击气缸;如果行程过小,将产生较大的死容积。这些情况均会显著影响斯特林发电机的输出功率,并对实验造成显著干扰。为了确保在不同气压下配气活塞和动力活塞的行程与斯特林发电机长度相匹配,则必须设计多组不同长度的斯特林发电机。这不仅增加了实验成本,每次改变气压时都需要重新装配,也使得实验过程耗时且费力。
实现思路