魏永剛 顏丙學 王雪強

（山東理工大學 交通與車輛工程學院，山東 淄博 255049）

0 引言

隨著社會的發(fā)展，環(huán)境污染越發(fā)嚴重，尤其是冬季取暖爐廢氣的排放，為此本文提出一種基于斯特林發(fā)動機驅動的取暖爐送風裝置,該裝置利用取暖爐排煙管道內的廢氣與冬季室外環(huán)境之間形成的溫差，為爐膛送風，使爐膛內過量空氣系數(shù)趨于最佳，從而是煤塊完全燃燒，節(jié)省能源，保護環(huán)境。以下詳細的介紹了該裝置的結構和工作原理。

1 系統(tǒng)結構

1.1 系統(tǒng)總體構成

取暖爐送風裝置主要由斯特林發(fā)動機、機體、扇葉、離心球調速機構、電磁調速機構、橋式整流電路、蓄電池等組成。其結構示意圖如圖1所示。其中，熱缸嵌入到排煙管道內，冷缸暴露在室外環(huán)境中，轉盤上的轉圈與爐門通過連桿連接。

圖1 系統(tǒng)結構示意圖

1.2 斯特林發(fā)動機

斯特林發(fā)動機由飛輪、曲軸、連桿、熱缸和冷缸。熱缸活塞為交換活塞，冷缸活塞為動力活塞，都通過連桿與曲軸連接，曲軸一端安裝有飛輪和皮帶輪。熱缸的口部與冷缸的底部利用導氣管連通。當熱缸被加熱到一定程度時，轉動飛輪，動力活塞往下運動將冷缸中的氣體壓到熱氣室，氣體在熱缸受熱膨脹推動活塞向口部運動，當氣體到達冷缸時，氣體冷卻收縮，活塞縮回，又將氣體壓到熱氣室，這樣就形成了一個往復運動，從而可以產生動力。這就是斯特林發(fā)動機的基本原理。

1.3 離心球調速機構

離心球調速機構由轉軸、皮帶輪、轉盤、離心球和連桿組成。皮帶輪與轉軸固結，轉盤可以在轉軸上軸向移動，而不能相對轉軸轉動。離心球通過一個連桿轉盤連接，通過另一個連桿與轉軸連接，連接處均為活動鉸鏈。當皮帶輪轉動時帶動轉軸轉動，轉軸又帶動轉盤轉動，轉盤的轉動帶動離心球繞轉軸做圓周運動。當轉速增加時，離心球做離心運動，通過連桿拉動轉盤沿轉軸軸向運動。

1.4 電磁調速機構

電磁調速機構由帶有圓柱形永磁鐵的轉盤和帶有線圈的定子組成。結構如圖2所示。當轉盤轉動時其上的永磁鐵相對定子上的線圈運動，從而切割磁感線，受到阻力的作用。當轉速增加時，轉盤沿軸向向定子上的線圈靠近，阻力增大，起到調速的作用。

圖2 電磁調速機構

1.5 電能儲存機構

電能儲存機構主要包括橋式整流電路、開關和蓄電池組成，橋式整流電路將線圈產生的感應電流整合成直流，從而為蓄電池充電。

1.6 鼓風機構

鼓風機構主要由皮帶輪、扇葉和機體組成，當皮帶輪轉動時帶動扇葉轉動，從而可以為爐膛送風。

2 工作原理

該系統(tǒng)的主要應用與冬季取暖爐，在取暖爐穩(wěn)定工作時，排煙管道的廢氣余熱加熱斯特林熱缸，熱缸與暴露在室外環(huán)境中的冷缸之間形成一定溫差，此時給斯特林發(fā)動機飛輪一定初速度，發(fā)動機開始運行。其上的皮帶輪通過皮帶帶動轉軸轉動，從而帶動轉盤轉動，離心球以一定速度繞轉軸做勻速圓周運動，轉盤穩(wěn)定在一定高度，爐門對應一定開度。當爐膛內燃燒變得劇烈時，此時需要更多的送風量，排煙管道廢氣溫度升高，斯特林發(fā)動機轉速增加，轉軸轉速增加，轉盤離心球離心運動，由于磁阻的作用，離心球會穩(wěn)定在一個對應的半徑上繞轉軸做勻速圓周運動，此時轉盤相對額定工況向上移動一定距離，爐門開度增大，送風量增大。當爐膛內燃燒變得緩慢時，情況恰好相反。

3 結論

本文詳細介紹了基于斯特林發(fā)動機驅動的取暖爐送風裝置的設計。闡明了各個模塊的功能及其結構，并對系統(tǒng)工作原理做了詳細的介紹，該設計可以根據爐膛內的燃燒狀況及時調整送風量，充分回收利用廢氣余熱節(jié)省了電能，保證了燃料的充分燃燒，保護了環(huán)境。直接將廢氣中的熱能轉化成為機械能，提高了鍋爐高溫廢氣的利用率。最后給出了系統(tǒng)工作流程圖，便于讀者理解。測試結果表明，該取暖爐送風裝置能夠穩(wěn)定運行，其應用前景廣闊。

［1］楊可楨，程光蘊，李仲生.機械設計基礎[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

［2］劉鴻文.材料力學[M].5 版.北京：高等教育出版社，2001.