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

правильным было бы название тепловая регенеративная машина , но вводить в настоящее время этот термин слишком поздно; поэтому в дальнейшем во всех случаях по-прежнему будет широко использоваться название едвигатель Стирлинга . Четкое различие всегда можно сделать лишь между теми машинами, в которых управление потоком рабочего тела осуществляют либо путем изменения его объема (двигатели Стирлинга), либо с помощью клапанов (двигатели Эриксона). Сделать это можно на том основании, что оии имеют совершенно различные характеристики.

1-3. краткая история

Двигатели Стирлинга и Эриксона имеют длинную историю, которая была детально изучена Финкельштейном (1959 г.) .

Машины конца XVIII в. можно считать первенцами тепловых воздушных двигателей, но их основное развитие относится к началу XIX в. Первым работающим двигателем такого типа был, вероятно, тепловой воздушный двигатель открытого цикла, построенный Георгом Кайлеем (George Cayley) в 1807 г. Приблизительно в 1816 г. Робертом Стирлингом (Robert Stirling), священником из Шотландии, был изобретен тепловой двигатель с регенерацией, работавший по замкнутому циклу. Позднее, шведский изобретатель Джон Эриксон (John Ericsson), работавший в Англии, сконструировал регенеративный тепловой двигатель открытого цикла. Впоследствии в течение всего XIX в. в Англии, Европе и США широко использовались тысячи подобных двигателей самых разнообразных форм и габаритов. Они были надежными, достаточно эффективными и, что самое важное, безопасными по сравнению с современными паровыми машинами. Мощность этих двигателей была небольшая - от 0,185 до 3,7 кВт (от 0,25 до 5 л. с), но строились также и более мощные. Возможно, что наиболее интересным был двигатель, построенный Эриксоном в 1853 г. для морского судна. Двигатель имел четыре цилиндра и при диаметре поршней 4,27 м, ходе 1,52 м, частоте вращения 9 об/мин развивал мощность около 220 кВт (300 л. с). Двигатель был установлен на корабле Эриксон , впоследствии опрокинутом штормом в нью-йоркском порту.

Приблизительно в середине XIX в. был изобретен двигатель внутреннего сгорания; его последующее развитие в виде бензиновых двигателей и дизелей наряду с изобретеннным в это же время электродвигателем явилось причиной резкого уменьшения использования двигателей Стирлинга, и к 1914 г. ониуже практически не применялись. Однако производство двигателей Стирлинга специального назначения, как, например, двигателей, работавших на керосине и служащих приводом для вентиляторов, которые использовались в тропических странах, продолжалось в Англии по крайней мере до 1946 г., а модели этих двигателей выпускаются до сих пор.

. См. список литературы.

1-4. двигатели фирмы филипс

Начало исследовательских работ по двигателям Стирлинга было положено в лабораториях фирмы Филипс в Эйндховене в конце 30-х годов; с этого момента в их развитии наблюдается непрерывный прогресс. Вначале эти работы были направлены на разработку двигателей для небольших электрогенераторных установок, предназначенных для питания радиоаппаратуры и другого подобного оборудования для использования в отдаленных районах земного шара, где аккумуляторные электробатареи были малодоступны. Последующее развитие радиоламп и аккумуляторов и в особенности использование транзисторов уменьшили потребность в небольших электрогенераторных установках. Однако к этому времени были достигнуты уже значительные успехи, способствующие дальнейшим исследованиям, в которых особое значение придавалось развитию двигателей большой мощности. Эти исследования включали экспериментальные разработки двигателей различной мощности до 330 кВт (450 л. с.) с более интересными характеристиками, чем у существующих двигателей внутреннего сгорания. К основным преимуществам двигателя Стирлинга фирмы Филипс следует отнести малый уровень шума и малую степень загрязнения воздуха выхлопными газами при значениях эффективного к. п. д. и удельной мощности сравнимых или лучших, чем у бензиновых двигателей или дизелей. Именно это сочетание характеристик, отвечающее все возрастающей заботе людей об окружающей среде, усилило внимание к использованию двигателей Стирлинга в транспорте. Проводимые в настоящее время интенсивные исследования и разработки направлены на создание более совершенного прототипа двигателя для транспорта и связанных с ним систем.

Направления научно-исследовательских и проектно-конструк-торских работ фирмы Филипс были изложены доктором Мейером (Meijer) в 1969 г.

Другие работы по двигателям Стирлинга, проводившиеся фирмой Дженерал моторе (General Motors) с 1958 по 1970 г. по лицензиям фирмы Филипс , детально описаны доктором Хефиером (Heffner) в 1965 г. По более поздним лицензиям фирмы Филипс работают группа по изучению двигателя Стирлинга МАН - МВМ (М.А. N. -M.W.M.), созданная в 1967 г. в ФРГ, и шведский консорциум Юнайтед Стирлинг АВ (United Stirling АВ), образованный в 1968 г. Краткая сводка о деятельности этих двух фирм приведена Пиленом (Neelen) и др. (1971 г.). В настоящее время обсуждаются и другие лицензионные соглашения.

Доктор Мейер - ведущий специалист по двигателям Стирлинга фирмы Филипс . {Прим. перев.)



1-5. холодильные машины

Двигатели Стирлинга хорошо работают и в режиме холодильных машин. Эти возможности .были впервые выявлены еще в 1834 г. -Джоном Хершелем (John Hersehel), а в 1876 г. Александр Кирк (Alexander Kirk) дал описание машины, которая работала в течение 10 лет. Но тем не менее только в конце 1940-х годов была сделана серьезная попытка использовать холодильные машины, работающие по циклу Стирлинга, в коммерческих целях. И снова за решение этой задачи взялась фирма Филипс в Эйндховене. Первая .холодильная машина для ожижения воздуха была изготовлена в 1955 г. С тех пор интенсивные работы в этой области привели к созданию целого ряда криогенных газовых машин с широким диапазоном по холодопроизводительности, и в настоящее время такие машины выпускаются как для проведения различных криогенных научных исследований, так и для промышленных целей. Холодильные машины, работающие по обратному циклу Стирлинга, наиболее эффективны в диапазоне криогенных температур (очень низкие температуры), в более высоком диапазоне температур (низкие температуры, используемые в промышленности и в быту) в настоящее время главным образом работают фреоновые парокомпрес-сионные холодильные машины.

Некоторые фирмы, в том числе такие, как Малакер и Хьюз эйркрафт , США (Malakar Labs Inc., Hughes Aircraft Co.) выпускают для продажи небольшие (или даже миниатюрные) криогенные машины. Эти компании совместно с Северо-Американским отделением фирмы Филипс (North American Philips Inc.), специализирующиеся на производстве миниатюрных охладителей, считают своей основной целью производство небольших криогенных машин для электронной промышленности, где они используются в основном для охлаждения инфракрасных детекторов, применяемых в различных военных и гражданских целях.

Получили развитие и другие поршневые регенеративные криогенные, машины, в частности ожижитель гелия Коллинза (Collins), разработанный фирмой А. Д. Литтл инкорпорейшн (А. D. Little Inc.), а также машины, работающие по принципу Джиффорда - Мак-Магона (Gifford - McMahon). Во всех этих машинах имеются клапаны, и в соответствии с ранее принятым определением они должны быть отнесены к машинам, работающим по циклу Эриксона; в дальнейшем они здесь рассматриваться не будут. Из этого, -конечно, не следует, что указанные машины не представляют интереса. Разработанная Коллинзом (Samuel Collins) в Массачусет-ском технологическом институте (MIT) простая, дешевая и надежная

1 Под термином холодильные машины здесь подразумеваются вообще машины, работающие по обратному циклу Стирлинга. Криогенные газовые машины (КГМ) - это холодильные машины, работающие по обратному циклу Стирлинга с температурного уровня Г 100 К (ожижители газов и криогенные рефрижераторы). {Прим. перев.)

расширительная машина, позволившая получать жидкий гелий, является одним из важных достижений криогенного машиностроения, что открывает широкие возможности к всесторонним исследованиям с гелием. В будущем это может обеспечить прогресс в деле использования сверхпроводимости в линиях электропередачи и в электронике.

Было проведено много исследований и по двигателям Стирлинга, но они пока не привели к какому-либо коммерческому воплощению, хотя и внесли существенный вклад в их развитие, главным образом в классическую теорию, что нашло отражение в работах Фянкель-штейна (Finkelstein), Смита (Smith) и Уокера (Walker).

глава вторая идеальные термодинамические циклы

2-1. некоторые элементарные положения

Первый и второй законы термодинамики, по-видимому, применимы ко всем тепловым машинам, в том числе и к двигателям Стирлинга.

Первый закон термодинамики. Первый закон термодинамики, известный как закон сохранения энергии, отрицает возможность создания постоянно действующего двигателя (или некоего термодинамического черного ящика ), который производил бы работу без затраты энергии. Первый закон термодинамики требует равенства количества подведенной к машине и отведенной от нее энергии (в любой форме). Рассмотрим энергию топлива (бензин и воздух), подводимого к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Бензин и воздух соединяются в процессе горения, образовавшиеся горячие газы приводят в движение двигатель. Из всей энергии, содержащейся в топливе, около одной трети преобразуется в полезную работу двигателя, другая треть отводится системой охлаждения, а оставшаяся треть энергии как низкопотенциальная тепловая энергия выбрасывается с выхлопными газами. При прекращении подачи бензина двигатель останавливается. Этот пример - прямое проявление первого закона термодинамики, в основу которого положены различные опытные данные.

Второй закон термодинамики. Второй закон термодинамики, возможно, менее понятен. Одна из формулировок второго закона гласит, что невозможно создать периодически действующую систему с потреблением теплоты из некоего резервуара и превращением ее полностью в работу. Первый закон термодинамики говорит о том, что полученная работа никогда не может быть больше подводимой теплоты, в то время как второй закон уточняет это положение и утверждает, что работа должна быть всегда меньше. Применительно к бензиновому двигателю внутреннего сгорания второй закон термо-



динамики отрицает возможность превращения всей подводимой энергии, содержащейся в топливе, в полезную работу. Некоторая часть этой энергии должна непременно теряться в виде теплоты, отводимой системой охлаждения или выхлопными газами.

Этих важных положений достаточно для освещения поставленных в книге целей. Для более полного ознакомления с первым и вторым законами термодинамики и вытекающими из этих законов выводами читатель может обратиться к любому стандартному учебнику по технической термодинамике, например к книге Уолласа и Линии га и др.

Термический к. п. д. цикла. Отношение произведенной работы W к подведенной энергии Q есть термический к. п. д. цикла, т. е. г\ = W/Q. В большинстве случаев очень важно максимизировать к. п. д., поскольку он характеризует часть полезной энергии, содержащейся в литре горючего (бензина или нефти). Поэтому, принимая во внимание то обстоятельство, что по второму закону термодинамики термический к. п. д. цикла всегда меньше единицы, важно стремиться к его максимально возможному значению.

Термический к. п. д. цщла Карно. Для любых заданных условий максимальный термический к. п. д. зависит только от максимальной и минимальной температур цикла и определяется формулой

Лмакс -

Данное выражение является очень важным и имеет особое название - к. п. д. цикла Карно. Это максимально возможное значение термического к. п. д. достигается при передаче теплоты к системе и от нее соответственно при температурах Т и Г н.

2-2. р, V- и Т, .-диаграммы

Процессы, протекающие даже в самой простейшей тепловой машине, настолько сложны, что нет возможности точно рассчитать происходящее. Вместо этого принимается некая теоретическая модель, в которой идеализированы некоторые условия протекания процессов с тем, чтобы в какой-то степени иметь возможность провести анализ работы машины. В этом случае j)a6oTa большинства типов машин может быть упрощена предположением о последовательно повторяющихся термодинамических процессах, называемых циклом. Обычно каждый процесс рассматривается в отдельности

1 Wallace F. J., Linning W. A. Basic engineering thermodynamics. Sir Isaac Pitman and Son Ltd., London.

В СССР хорошо известен ряд книг по технической термодинамике, как, например, Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. А. Техническая термодинамика. - М.: Энергия, 1968; Вукалович М. П., Новиков И. И. Техническая термодинамика. - М.: Энергия, 1968; Ястржембский А. С. Техническая термодинамика. - М.: Энергия, 1953. (Прим. перев.)

и предполагается, что изменения термодинамических функций происходят по мере перехода рабочего тела из одного состояния в другое; при этом одна из функций остается постоянной. Важными термодинамическими функциями являются: давление (р), объем (V), температура (Г), внутренняя энергия ([/), энтальпия {J) и энтропия (S).

Цикл, состоящий из последовательных процессов, в каждом из которых одна из термодинамических функций остается постоянной, а другие меняются, может быть изображен графически по-разному. Два таких способа значительно облегчают анализ работы тепловых машин. Это р, V- яТ, S-диаграммы.

Указанные диаграммы являются важными, поскольку площадь на р, V-диаграмме представляет собой произведенную работу, а плоиадь на Т, S-диаграмме - передаваемую теплоту. В качестве примера рассмотрим рис. 2-1, где показан поршень в закрытом цилиндре. В объеме между поршнем и торцом цилиндра находится некоторое количество газа; можно принять, что такому положению соответствует точка А на р, V-и Т, S-диаграммах. Если теперь газ будет нагреваться через стенку цилиндра от некоего внешнего источника, то возможны различные случаи. При неподвижном поршне объем остается постоянным; нагревание газа приводит к повышению его давления и температуры; в этом случае работа не производится (рис. 2-1, а). Если поршень будет иметь возможность свободно передвигаться, а процесс подвода теплоты регулироваться

таким образом, чтобы давление или температура оставались постоянными, то рассматриваемый процесс изобразится на рис. 2-1, б и е. В обоих этих случаях газ совершает работу за счет увеличения занимаемого объема, поскольку в систему подводится дополнительное количество теплоты.


Рис. 2-1. процессы

Термодинамические в р, К- и Г, S-Диаг-раммах.

а - нагрев при постоянном объеме: 6 - нагрев при постоянном давлении; в - нагрев при постоянной температуре.

1 Термодинамические функции подразделяются на параметры (р, V, Т) и функции (I/, J, S) состояния системы. (Прим. перев.)



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
.