【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发电机，特别是涉及一种实时监控和校正发电机活塞偏移的装置和方法。
技术介绍
1、自由活塞斯特林发电机中活塞通常采用板弹簧实现其径向支撑，以保证活塞与气缸的间隙动密封，减小往复运行中的摩擦损失，从而提高发电机的运行效率和使用寿命。虽然活塞与气缸之间只有几十微米的间隙，但是气隙中的工质会随着活塞运动来回窜流。在一个周期内，工质从压缩腔流向背压腔与其流回的时均质量流不相等时，会导致压缩腔和背压腔的平均压力存在压差，活塞两面所受气体作用力不一致，形成一个动态偏置，进一步表现为活塞运动中心出现偏移。当发电机中活塞发生偏移，其产生的影响主要包括以下两点：其一，偏移使得活塞实际运行的最大行程减小，输出功率降低，甚至发生撞缸；其二，偏移使得板弹簧单侧变形量增加，这将导致板弹簧所受应力可能超过最大许用应力，造成板弹簧寿命降低甚至发生断裂。
2、目前针对自由活塞发电机活塞偏置问题，主要有以下几种解决方案：
3、(1)增大板弹簧轴向刚度，在相同压缩腔和背压腔压差情况下，相对减小偏移量的数值；然而，通过这种方式，在增大板弹簧轴向刚度时，会使得活塞运行频率提高，影响整机内部系统的耦合匹配。同时，增加板弹簧刚度，只能相对减小活塞偏移的数值，不能从根本上消除活塞偏移。
4、(2)在气缸和自由活塞沿周向布置小孔结构并通过内部流道互相连通，在自由活塞偏移量超过冲程限定值时，某些小孔相对，压缩腔和背压腔实现连通，两侧压力差减小，活塞就可以重新回到往复振荡的平衡点。然而，该方案中平衡小孔设置的数量、孔直径的大小以及平
5、(3)在活塞偏移方向增加一个反向直流电压，利用电控系统对运行过程控制，在活塞运动方向设计一个直流电压分量将活塞拉回初始平衡位置。然而，该方案会增加功耗，同时增加电控设备的复杂程度。
6、上述解决活塞偏置的技术方案都存在缺陷，而且无法直观实时地探测活塞的偏移量，也无法实时对活塞偏移进行校正，同时还会增加发电机损失，影响发电机的正常工作。
技术实现思路
1、本专利技术的一目的是，提供一种实时监控和校正发电机活塞偏移的装置和方法，该装置不仅能直观地探测活塞的偏移量，并且能根据实际偏移情况，在尽可能减小发电机损失的情况下，实现活塞偏移的矫正，进而实现发电机的稳定运行。
2、本专利技术在一方面提供了一种实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，包括：
3、位移传感器，所述位移传感器设置在发电机的动力活塞上，用于实时检测所述动力活塞的位置，并在所述动力活塞产生偏移时反馈偏移信号；
4、工质传输管路，所述工质传输管路的两端分别连接于位于所述动力活塞两侧的背压腔和压缩腔；以及
5、电磁阀，所述电磁阀设置在所述工质传输管路上并可通信地连接于所述位移传感器，用于基于所述位移传感器反馈的偏移信号控制自身开度，从而控制自所述背压腔流入所述压缩腔的工质的流量，进而平衡所述动力活塞两侧的压力，使得所述动力活塞的位置被校正。
6、在本专利技术的一实施例中，所述实时监控和校正发电机活塞偏移的装置还包括设置于所述压缩腔和所述电磁阀之间的单向阀，所述单向阀用于使得工质单向地自所述背压腔流入所述压缩腔。
7、在本专利技术的一实施例中，所述单向阀包括用于与所述工质传输管路连接的安装外壳、设置于所述外壳内的阀芯以及连接于所述安装外壳的板弹簧，其中在所述阀芯受到的压力大于预紧力时，所述单向阀处于打开状态，工质能够通过所述单向阀，在所述阀芯受到的压力小于预紧力时，所述单向阀处于关闭状态，工质不能通过所述单向阀。
8、在本专利技术的一实施例中，所述安装外壳具有粗端和延伸自所述粗端的细端，所述板弹簧具有中心孔，所述阀芯具有阀芯本体和延伸自所述阀芯本体且直径大于所述阀芯本体的止挡沿，所述阀芯本体的前端和所述止挡沿位于所述安装外壳的粗端内，所述阀芯本体的后端位于所述安装外壳的细端内，所述阀芯本体的前端通过锁紧螺母固定连接于所述板弹簧的中心孔，所述阀芯和所述板弹簧之间还设置有套设在所述阀芯本体前端的预紧环，所述预紧环用于调节所述单向阀开启的预紧力，所述止挡沿与所述安装外壳的粗端内侧壁之间设置有密封垫，所述密封垫用于实现所述阀芯的密封。
9、在本专利技术的一实施例中，所述安装外壳两端设置有螺纹，所述安装外壳通过两端的螺纹连接进所述工质传输管路中，所述板弹簧焊接于所述安装外壳。
10、在本专利技术的一实施例中，所述发电机包括前端壳体、连接于所述前端壳体的后端壳体、设置于所述后端壳体的配气活塞板弹簧、设置于所述前端壳体和所述后端壳体界定形成的容纳槽内的配气活塞和所述动力活塞，其中所述配气活塞具有配气活塞头和连接于所述配气活塞头的配气活塞杆，所述配气活塞杆穿过所述动力活塞的通孔并固定在所述配气活塞板弹簧上，所述配气活塞头的前端与所述前端壳体之间形成膨胀腔，所述配气活塞头的后端和所述动力活塞的前端之间形成所述压缩腔，所述动力活塞的后端与所述后端壳体之间形成所述背压腔。
11、在本专利技术的一实施例中，所述前端壳体包括依次且同轴连接的热端换热器、回热器以及冷端换热器，所述配气活塞头位于所述前端壳体内，所述配气活塞杆位于所述后端壳体内。
12、在本专利技术的一实施例中，所述发电机还包括均设置在所述后端壳体内的电机动子、线圈以及电机定子，其中所述电机动子设置所述动力活塞外，并通过动力活塞连接环连接于所述动力活塞，所述电机定子间隔设置于所述电机动子，所述线圈设置在所述电机动子和所述电机定子之间。
13、本专利技术在另一方面还提供了一种实时监控和校正发电机活塞偏移的方法，包括采用所述实时监控和校正发电机活塞偏移的装置执行的以下步骤：
14、通过位移传感器实时检测动力活塞的位置，并在检测到动力活塞发生偏移时，反馈偏移信号至电磁阀；
15、所述电磁阀接收所述偏移信号，并根据所述偏移信号反馈的所述动力活塞的偏移量控制自身的开度，从而控制自背压腔流入压缩腔的工质的流量，进而平衡所述动力活塞两侧的所述背压腔和所述压缩腔的压力，使得所述动力活塞的位置被校正；
16、在所述位移传感器检测到所述动力活塞的位置偏移量为零时，所述电磁阀自动关闭。
17、在本专利技术的一实施例中，所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置包括单向阀，所述实时监控和校正发电机活塞偏移的方法还包括步骤：
18、通过所述电磁阀的工质流入所述单向阀中；
19、当所述单向阀的阀芯受到的压力超过预设的预紧力时，所述单向阀打开，使得工质进入压缩腔，从而平衡所述动力活塞两侧的压力，校正所述动力活塞的位置；
20、当所述单向阀的阀芯受到的压力小于预设的预紧力时，所述单向阀关闭，工质不能反向通过阀芯本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，还包括设置于所述压缩腔和所述电磁阀之间的单向阀，所述单向阀用于使得工质单向地自所述背压腔流入所述压缩腔。
3.根据权利要求2所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述单向阀包括用于与所述工质传输管路连接的安装外壳、设置于所述外壳内的阀芯以及连接于所述安装外壳的板弹簧，其中在所述阀芯受到的压力大于预紧力时，所述单向阀处于打开状态，工质能够通过所述单向阀，在所述阀芯受到的压力小于预紧力时，所述单向阀处于关闭状态，工质不能通过所述单向阀。
4.根据权利要求3所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述安装外壳具有粗端和延伸自所述粗端的细端，所述板弹簧具有中心孔，所述阀芯具有阀芯本体和延伸自所述阀芯本体且直径大于所述阀芯本体的止挡沿，所述阀芯本体的前端和所述止挡沿位于所述安装外壳的粗端内，所述阀芯本体的后端位于所述安装外壳的细端内，所述阀芯本体的前端通过锁紧螺母固定连接于所述板弹簧的中心孔
5.根据权利要求4所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述安装外壳两端设置有螺纹，所述安装外壳通过两端的螺纹连接进所述工质传输管路中，所述板弹簧焊接于所述安装外壳。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述发电机包括前端壳体、连接于所述前端壳体的后端壳体、设置于所述后端壳体的配气活塞板弹簧、设置于所述前端壳体和所述后端壳体界定形成的容纳槽内的配气活塞和所述动力活塞，其中所述配气活塞具有配气活塞头和连接于所述配气活塞头的配气活塞杆，所述配气活塞杆穿过所述动力活塞的通孔并固定在所述配气活塞板弹簧上，所述配气活塞头的前端与所述前端壳体之间形成膨胀腔，所述配气活塞头的后端和所述动力活塞的前端之间形成所述压缩腔，所述动力活塞的后端与所述后端壳体之间形成所述背压腔。
7.根据权利要求6所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述前端壳体包括依次且同轴连接的热端换热器、回热器以及冷端换热器，所述配气活塞头位于所述前端壳体内，所述配气活塞杆位于所述后端壳体内。
8.根据权利要求6所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述发电机还包括均设置在所述后端壳体内的电机动子、线圈以及电机定子，其中所述电机动子设置所述动力活塞外，并通过动力活塞连接环连接于所述动力活塞，所述电机定子间隔设置于所述电机动子，所述线圈设置在所述电机动子和所述电机定子之间。
9.一种实时监控和校正发电机活塞偏移的方法，其特征在于，包括采用根据权利要求1至8中任一项所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置执行的以下步骤：
10.根据权利要求9所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的方法，其特征在于，所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置包括单向阀，所述实时监控和校正发电机活塞偏移的方法还包括步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，还包括设置于所述压缩腔和所述电磁阀之间的单向阀，所述单向阀用于使得工质单向地自所述背压腔流入所述压缩腔。
3.根据权利要求2所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述单向阀包括用于与所述工质传输管路连接的安装外壳、设置于所述外壳内的阀芯以及连接于所述安装外壳的板弹簧，其中在所述阀芯受到的压力大于预紧力时，所述单向阀处于打开状态，工质能够通过所述单向阀，在所述阀芯受到的压力小于预紧力时，所述单向阀处于关闭状态，工质不能通过所述单向阀。
4.根据权利要求3所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述安装外壳具有粗端和延伸自所述粗端的细端，所述板弹簧具有中心孔，所述阀芯具有阀芯本体和延伸自所述阀芯本体且直径大于所述阀芯本体的止挡沿，所述阀芯本体的前端和所述止挡沿位于所述安装外壳的粗端内，所述阀芯本体的后端位于所述安装外壳的细端内，所述阀芯本体的前端通过锁紧螺母固定连接于所述板弹簧的中心孔，所述阀芯和所述板弹簧之间还设置有套设在所述阀芯本体前端的预紧环，所述预紧环用于调节所述单向阀开启的预紧力，所述止挡沿与所述安装外壳的粗端内侧壁之间设置有密封垫，所述密封垫用于实现所述阀芯的密封。
5.根据权利要求4所述的实时监控和校正发电机活塞偏移的装置，其特征在于，所述安装外壳两端设置有螺纹，所述安装外壳通过两端的螺纹连接进所述工质传输管路中，所述板弹簧焊接于所述安装外壳。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：林明嫱，牟健，李瑞杰，池春云，焦珂欣，杨明卓，洪国同，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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