Звоните! 
 (926)274-88-54 
 Бесплатная доставка. 
 Бесплатная сборка. 
Ассортимент тканей

График работы:
Ежедневно. С 8-00 до 20-00.
Почта: soft_hous@mail.ru
Читальный зал -->  Машины цикла стирлинга 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25

имеются две различные проблемы уплотнений: во-первых, обеспечение уплотнения для штоков рабочего и вытеснительного поршней с целью предотвращения утечек рабочего тела в картер; во-вторых, уплотнение рабочего поршня от утечек газа из рабочей полости в буферное пространство; в несколько меньшей степени существует и проблема уплотнения вытеснителя. Решения этих проблем были найдены в использовании гидравлического уплотнения типа выворачивающегося чулка (рис. 8-7) для штоков поршней и в применении несмазывающихся уплотнительных колец на основе тефлона для рабочего поршня и вытеснителя.

Много усовершенствований было внесено и в конструкцию теплообменников, особенно нагревателя и подогревателя воздуха, от которых требуется высокая эффективность для уменьшения потерь



Рис. [8-7. Схема чулочного уплотнения.

регулирующий клапан; 2 - маслоуплотинтельиое кольцо; 3 - масло; 4 - шток; 5 - чулочное уплотнение; 6 - газ.

теплоты. Другие важные усовершенствования касались способа регулирования двигателя. Регулирование изменением подачи топлива приводит в конечном итоге к изменению температурного режима двигателя, но из-за высокой тепловой инерции это изменение относительно медленное. Почти мгновенное регулирование двигателя достигается в усовершенствованной системе изменением давления рабочего тела в цилиндре, включая и процесс торможения с помощью перепускного клапана сброса давления, перекрывающего рабочую и буферную полости.

Рост общественного внимания к проблемам загрязнения окружающего воздуха сфокусировало усилие инженеров фирмы Филипс на возможностях использования двигателей Стирлинга для автомобилей. Характеристики двигателя Стирлинга по токсичным компонентам в выхлопных газах весьма благоприятны в сравне-, НИИ с характеристиками газовых турбин и дизелей; это иллюстри-

рует табл. 8-1, где количества компонентов (СО, СНу и N0) в выхлопных газах, выбрасываемых в атмосферу, даны при полной нагрузке двигателей. Практическое отсутствие окиси углерода и различных несгоревших углеводородов в выхлопных газах двигателя Стирлинга объясняется тем фактом, что процесс горения осуществляется в камере с высоконагретыми стенками непрерывно, а воздух может подводиться в любом избыточном количестве; это исключает возможность наличия части несгоревшего топлива в выхлопных газах. Неясно, однако, почему, несмотря на относительно высокую температуру в камере сгорания , снижается образование закиси (NjO) и окиси азота (N0); но даже эти низкие значения окислов азота могут быть уменьшены не менее чем на 60% путем относительно простой, но целесообразной рециркуляции около V3 всего количества выхлопных газов в зону горения.

Таблица 8-1

Сравнительные данные по содержанию токсичных компонеитов в выхлопных газах различных двигателей

Токсичные компоненты

Содержание токсичных компонентов. мг/(л. с. с.)

Двигатель Стирлинга

Газовая турбина

Дизель

0,1-0,3

2,0-3,6

0,2- 5,0

СдНи

0,003-0,006

0,036

0,6-12,0

N0.,

0,7-0,02

0,7-2,0

0,4- 2,0

Применительно к городскому транспорту рядом авторов были отмечены и другие достоинства двигателей Стирлинга [Нилен (Neelen), Ортегрен (Ortegren), Кульман (Kuhlman), Захариас (Zacharias), 1971 г.]:

1) двигатель работает без вибрации; уровень шума из-за отсутствия клапанов и периодических вспышек топлива, вызывающих резкое повышение давления, ниже по сравнению с шумами, в дизелях того же класса на 20-40 дБ; двигатель может быть полностью уравновешен;

2) эффективный к. п. д. и удельная мощность сравнимы с аналогичными величинами в дизелях; особенно хорошие показатели по эффективному к. п. д. двигатель имеет при частичных нагрузках;

3) при торможении максимальный отрицательный крутянщй момент может достигать 80% номинального крутящего моменТа двигателя при полной нагрузке;

Температура в камере сгорания двигателей Стирлинга примерно 2000°С. (Прим. перев.)



4) двигатель имеет широкий диапазон изменения частоты вращения и благоприятные характеристики крутящего момента, что позволяет использовать простую трансмиссию;

5) практически отсутствует расход масла; необходимостьвего замене появляется крайне редко;

6) возможны хорошая приемистость и быстрый выход на режим;

7) двигатель обладает способностью работать на разнообразных жидких и газообразных топливах;

8) двигатель надежен и имеет длительный ресурс работы; !

9) двигатель нечувствителен к загрязнению пылью или различными солями, содержащимися в атмосфере.


Рис. 8-8. Общий вид четырехцилиндрового однорядного двигателя Стирлинга модели 4-235.

Четырехцилиндровый двигатель мощностью 147 кВт (200 л. с), предназначенный для автомобиля, показан на рис. 8-8; некоторые его основные технические данные приведены в табл. 8-2. В целях проверки его характеристик и демонстрации работы прототип двигателя был установлен на городском автобусе; фирма Юнайтед Стирлинг в Мальме (Швеция) по лицензии фирмы Филипс сможет начать изготовление этого типа двигателя в 1974 г. с переходом на серийное производство в 1976 г. О цене двигателя не сообщается, но можно предположить, что она будет выше стоимости дизельного двигателя такой же мощности. В автобусе городского типа стоимость двигателя составляет приблизительно 10% всей его стоимости, и вполне вероятно, что те преимущества, о которых говорилось выше, будут настолько значимы, что позволят увеличить стои-

Таблица 8-2

Краткие технические характеристики двигатели Стирлинга типа 4-235 фирмы Филипс

Число цилиндров Система сгорания Топлива

Диаметр цилиндра и ход поршня Общий вытесняемый объем цилиндров Рабочее тело

Максимальная полезная мощность

Среднее давление рабочего тела

Максимальная полезная мощность

Среднее давление рабочего тела

Номинальная температура нагревателя

Номинальная температура радиатора

Максимальный крутящий момент Эффективный к. п. д. Система смазкн

Система очистки масла Охлаждение

Сухая масса

Габариты (длинахвысота)

Внешняя Дизельное DxS=77,5x49,8 мм 940 смз.

Гелий

162 кВт (220 л. с.) при

300 об/мин

21,582 МПа

(220 кгс/см)

73,55 кВт (100 л. с.)

при 3000 об/мин

10,791 МПа

(110кгс/см2)

973 К (700°С)

по окончательным данным

по предварительным данным

333 К (60°С)

343 Н-м (35 кгсм) при 1000 об/мин 30% при 1000 об/мин Сухая смазка с маслосборником и продувкой

Перепускная с заменой Водяное с центробежным насосом

760 кг

1250x1100 мм

мость автобуса на 10%, т. е. увеличить стоимость двигателя по сравнению со стоимостью дизеля в 2 раза.

Последующие поколения двигателей находятся на стадии усовершенствования. Это компактные, высокого давления двигатели Рини, в которых могут быть получены показатели по удельной мощности, сравнимые с показателями бензиновых двигателей, а эффективные к. п. д. - с к. п. д. дизелей. Схема двигателя такого типа показана на рис. 8-9. Эта машина с системой непрямого подвода теплоты, работающая по принципу фитильного термосифона или тепловой трубы . Применение этой системы фирмой Филипс было вызвано необходимостью решения проблемы получения плотного теплового потока в нагревательных трубках для компактных, с высоким давлением-рабочего тела двигателей.

Тепловая труба представляет собой некое устройство для передачи теплоты при условиях, близких к изотермическим, с плотностью теплового потока, превышающей в несколько тысяч раз плотность потока при передаче теплоты стержнем, изготовленным из чистой меди. Тепловая труба выполняется в виде замкнутой герметичной полости, внутренние стенки которой покрыты пори-



стым материалом; покрытие называется фитилеМ. В полости трубы содержится теплоноситель, испаряющийся в горячей зоне и конденсирующийся в холодной; образовавшийся пар из горячей зоны движется в холодную, из которой сконденсированная жидкость по фитилю вновь возвращается в горячую зону. Из-за скрытой теплоты парообразования и конденсации тепловой поток от горячей зоны

к холодной очень большой. Тепловая труба позволяет поглощать теплоту из камеры сгорания или от другого теплового источника с низкой плотностью теплового потока, фактически не ограниченного, поскольку площадь теплооб-менной поверхности трубы можно предусмотреть достаточно большой; в целом может быть получен очень большой тепловой поток. Одновременно теплота от трубы может подводиться к двигателю с очень высокой плотностью теплового потока и практически при той же температуре, при которой подводится к трубе.

Для температур, представляющих интерес для двигателей Стирлинга. (700-800°С), подходящим теплоносителем для тепловой трубы является жидкометаллический Na.

Использование тепловой трубы снимает опасность местных перегревов, имеющих место в обычных трубках нагревателя с высоким давлением рабочего тела, и, следовательно, появляется возможность увеличить на 50-75°С максимальную температуру в цикле, что приведет к увеличению мощности двигателя и повышению его к. п. д. К тому же площадь теплообменной поверхности тепловой трубы, соприкасающаяся с продуктами сгорания, может быть достаточно большой, что повысит эффективность камеры сгорания. Эт дает также возможность уменьшить температуру в камере сгорания и резко снизить содержание N0;, в выхлопных газах.

В двигателях Стирлинга подвод теплоты осуществляется косвенным способом, через стенки нагревателя, благодаря чему двигатель может работать практически от любого источника энергии. Одной из таких возможностей является применение теплового аккумулятора, который можно заряжать электроэнергией ночью, а днем использовать для работы двигателя Стирлинга. Фирма Филипс


Рис. 8-9. Общая схема усовершенствованного двигателя Рини двойного действия с косой шайбой и непрямым нагревом.

1 - косая шайба.

исследовала Такую ВозМоя{носТь, использовав в качестве Теплоак-кумулирующего материала фтористый литий. Она пришла к выводу, что тепловой аккумулятор пригоден для использования в транспортных системах, в городских автобусах, такси и автомобилях. Во многих отношениях это предпочтительней электроавтомобилей, использующих электроаккумуляторы (Мейер, 1970 г.).

Другая идея фирмы Филипс касалась изучения использования водорода как топлива для нагрева двигателя Стирлинга. Достоинства водорода как топлива в том, что продуктом его сгорания является только вода и вследствие этого проблема токсичности выхлопных газов отпадает. Главная трудность при использовании водорода для автомобилей заключается в его хранении. Новым достижением фирмы Филипс в последнее время явилось открытие некоторых гексагональных интерметаллических соединений, содержащих редкоземельные металлы с никелем или кобальтом и способных поглощать и выделять большие количества водорода при давлении в несколько атмосфер. Так, при давлении 245 кПа (2,5 кгс/см) и комнатной температуре плотность водорода в LaNis почти вдвое превышает плотность жидкого водорода. Если бы это открытие могло быть доведено до коммерческого воплощения, оно оказало бы существенное влияние на решение проблемы загрязнения окружающего воздуха транспортными системами. Тогда водород ( чистое топливо) помимо двигателей Стирлинга мог бы быть использован без каких-либо затруднений и в двигателях внутреннего сгорания (Мейер, 1970 г.).

8-3. криогенные газовые машины

- На ранней стадии работ по двигателям Стирлинга Рини и дю Пре заметили, что двигатель, если его вращать с помощью электродвигателя, может работать и в режиме холодильной машины. В 1945 г. на двигателе мощностью 0,735 кВт (1 л. с), работавше.м по циклу холодильной машины, была достигнута температура 83 К. Последующие исследования по криогенным машинам с циклом Стирлинга относятся к работам самостоятельной группы, возглавляемой док-трром Келлером (1955-1960 гг.). Дальнейшие 25 лет показали значительные достижения отделения криогенных машин фирмы Филипс , занявшего ведущее положение в криогенном машиностроении. Считается, что к технике низких температур относятся температуры ниже 100 К, при которых происходит ожижение таких газов, как метан, кислород, азот, аргон, водород, гелий и др.

Кёллер отмечал, что он сконструировал свою первую модель по типу рядного воздушного двигателя ив 1950 г, добился достаточно низкой температуры, при которой можно было уже получить жидкий воздух. К 1954 г. криогенная газовая машина для ожижения воздуха уже работала (рис. 8-10) с производительностью 7 л/ч. Это была одноцилиндровая машина вытеснительного типа с приводом от электродвигателя. Головка цилиндра охлаждалась в про-

1V,4

Заклз. л 1035



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25



ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.


Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы
.