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

сительно высокие потери на трение. Они также имеют ограничения по ресурсу и частоте вращения. Более важным является то, что они неразъемны, а для сборки подшипника шатуна, соединяемого с кривошипом, требуется составной коленчатый вал из двух частей. Это приводит к удорожанию, усложнению и малой жесткости по сравнению с цельным коленчатым валом. Фторографитовые подшипники с сухой смазкой (или без смазки) более гибки и позволяют использовать различные конструкции, в том числе и неразъемные. Однако они характеризуются относительно высоким коэффициентом трения и высокой степенью износа по сравнению с обычными коренными подшипниками с масляной смазкой. Фторографитовые материалы для подшипников имеются в широком диапазоне типоразмеров как в чистом виде, так и в комбинации с различными наполнителями, улучшающими их свойства. Наилучшие результаты достигнуты при использовании материала RULON, выпускаемого в Англии фирмой Кроссли (Grossley).

Один из вариантов конструкции газового уплотнения для возвратно-поступательно движущихся элементов из материала RULON, разработанный проф. Билом, показан на рис. 10-12. Уплотнение сделано из ленты или трубы ( чулка ) материала RULON и обработано механически таким образом, что диаметр верхнего края уплотнения на 0,254 мм больше номинального диаметра (равного 50,8 мм). Оно суживается к нижнему торцу до диаметра нижнего края, на 0,254 мм меньшего номинального диаметра, и надрезается таким образом, что остается тонкий гибкий выступ высотой около 9,5 мм по периферии. Уплотнение устанавливается на рабочем поршне с помощью эпоксидного клея и, будучи вставлено в цилиндр, плотно прилегает к его стенке. Очень скоро уплотнение становится относительно свободным, а после нескольких движений рабочего поршня выступ раскрывается. Цилиндр должен быть выполнен из твердого металла, отшлифован и отполирован.

глава одиннадцатая НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Несколько советов, заслуживающих внимания, при конструировании машин Стирлинга.

Быть реалистами. Легко сделаться оптимистом и восторженно относиться к потенциальным возможностям машин Стирлинга. Необходимо признать, что двигатель фирмы Филипс - это результат длительной, 35-летней работы большой группы высококвалифицированных инженеров, имеющих тесный контакт со многими иностранными компаниями, а сама фирма занимает, вероятно, одно из ведущих мест в мире в исследовательских работах. Но, несмотря на это, ни один из двигателей Стирлинга не был продан фирмой

Филипс . Следует также отметить, что Дженерал моторе , одна из крупнейших мировых корпораций, работала по лицензиям фирмы Филипс еще с 1958 г. и после 20-летних значительных достижений прекратила эти работы. В то же время фирма Филипс и две другие фирмы, работающие по ее лицензиям, ведут работы, очевидно, стимулированные мотивами прибыли, тем самьпл показывая, что они рассматривают исследования по двигателям Стирлинга как заслуживающие внимания. Результатом увеличивающейся заботы общества об охране окружающей среды является принятие законодательства о чистых, бесшумных двигателях, что, несомненно, приведет к увеличению стоимости и к усложнению двигателей внутреннего сгорания и тем самым обеспечит благоприятную возможность двигателям Стирлинга успешно конкурировать с существующими двигателями для транспортных систем. Поэтому в предстоящее десятилетие будет складываться интересная ситуация, исход которой трудно предсказать.

С осторожностью выбирать рынки сбыта. Разработка двигателей Стирлинга как жизнеспособной замены бензиновых двигателей внутреннего сгорания и дизелей - трудная и почетная задача, но требует огромных затрат и времени.

Вероятно, имеет смысл рассмотреть менее масштабные области техники, где конкуренции (такой, как с двигателями внутреннего сгорания) не существует. Очевидно, к ним относятся те небольшие области применения двигателей Стирлинга, где требуются установки с автономной и надежной работой электрогенераторов с использованием химической, ядерной или солнечной энергии. В этом случае общий коэффициент преобразования энергии в установке около 20% является вполне удовлетворительным, поскольку единственный конкурент - термоэлектрические генераторы имеют от 4 до 7%. Широкая возможность выбора как радиоизотопного, так и других видов топлив вполне достаточна, чтобы окупить дорогую, вручную сделанную машину. Заказчиков таких систем очень много. К ним относятся все государственные береговые службы, связанные с навигацией, гражданские и военные ведомства, а также железнодорожные компании. Их заинтересованность простирается от очень небольших машин (мощностью 20-50 Вт) до двигателей мощностью в несколько киловатт. Двигатели должны быть простыми по конструкции, несложными в эксплуатации, с умеренными средними значениями удельной мощности и с приемлемыми эффективными к. п. д.

Существует рынок сбыта и для небольших и дешевых электрогенераторов, работающих на солнечной энергии и способных обеспечить зарядку аккумуляторов в дневное время, которые затем используются для освещения. По-видимому, аналогичное применение имеется и для водяных насосов с приводом от двигателей, преобразующих солнечную энергию. Двигатели Стирлинга мощностью до 7,35 кВт (10 л. с.) (сравнительно большие, бесшумные, надежные, малооборотные, со средним значением эффективного к. п. д.,

работающие на природном топливе) могут заинтересовать владельцев яхт для использования в качестве силовой установки и источника электроэнергии. Машины, работающие пообратному циклу Стирлинга, могут найти применение в целом ряде рефрижераторных установок (или в кондиционерах воздуха) в транспортных системах или в общественных зданиях как с электрическим приводом, так и с приводом от двигателя, составляющих единый блок.

Избегать сложностей. История двигателей Стирлинга содержит много претенциозных примеров, усугубленных неудачами. Для того чтобы вникнуть в какую-нибудь область, необходимо получить опыт на небольшой одноцилиндровой машине. Вначале нужно избегать применения сильфонов, диафрагм, сложных механизмов, клапанов и материалов с неизвестными свойствами: их можно будет применить в двигателях несколько позже, если после серии экспериментов они еще будут казаться заманчивыми. Далее необходимо также избегать соблазна сделать конструкцию двигателя настолько гибкой, чтобы можно было изменять в широком диапазоне любой из его параметров. Это - общая ошибка, и почти всегда она приводит к компромиссной конструкции двигателя со множеством фланцев и с относительно массивными теплопроводными узлами. I- Теплообменники. Тепловые потоки в двигателе чрезвычайно важны для достижения успеха. Мы должны отделить горячую и холодные зоны в машине, используя, возможно, для этого длинный кольцевой регенеративный канал, как об этом уже говорилось в гл. 7. В целях уменьшения тепловых потерь влияние теплопроводных частей должно быть сведено до минимума путем использования тонких стенок деталей; кроме того, должна быть предусмотрена также и тепловая изоляция (теплозащитные экраны от излучения и теплопроводности).

В конструкции машины должно быть всегда использовано водяное охлаждение, поскольку коэффициент теплопередачи от рабочего тела к жидкости на несколько порядков выше, чем в случае охлаждения газом. Теплообмен между горячим газом и стенкой и между стенкой и рабочим телом как в холодной, так и в горячих зонах двигателя должен быть улучшен использованием развитых поверхностей.

Конструкционные материалы. Лучшим материалом для уплотнений и подшипников является материал марки RULON. В первых образцах двигателей нет необходимости в закалке или в нанесении покрытия на трущиеся поверхности деталей, изготовленных из мягкой или нержавеющей стали, кроме твердого анодирования алюминиевых трущихся поверхностей. В предварительных испытаниях RULON может быть смазан вязким светлым машинным маслом. Это является лучшим способом разрешить проблему длительной смазки и лучшим направлением в изучении этого вопроса.

Следует избегать также использования в качестве рабочего тела двигателя водорода]или гелия: водород опасен, а гелий дорог. Использование этих газов во всех случаях, за исключением экспери-

ментальных двигателей, повлечет за собой почти неразрешимые проблемы уплотнений. Вместо этого рекомендуется использовать воздух. В этом случае воздух может быть быстро восполнен с помощью небольшого насоса с приводом от двигателя.

Далее в первых образцах машин следует избегать применения специальных высокотемпературных сплавов. Они дорогие, труднообрабатываемые и могут оказаться ненужными. Для горячей зоны можно использовать обычную нержавеющую сталь, а для остальных частей двигателя - малоуглеродистую сталь или алюминий.

Экономичность в изготовлении. При изготовлении необходимо избегать лишних операций, но это ни в какой мере не должно отражаться на самой конструкции. Часто отдельные узлы наиболее выгодно изготовить из целой массивной заготовки, в то время как в серийной производстве могут быть использованы либо литые детали, либо уже готовые узлы. Для уменьшения тепловой инерции не рекомендуется применять различные соединения в зоне высоких температур, такие как фланцевые или другие соединения, прокладки и т. д.; лучше в этом случае обходиться без сварки с помощью простой пайки с малой массой применяемого металла.

список литературы

Agarwal, P. D., Mooney, R. J. andToepel, R.P. (1969). Stirlec 1, a Stirling electric hybrid car. S. A. E. Paper 690074.

Agbi, T. (1971). The Beale free-piston engine. M. Sc. Thesis, University of Calgary.

Anon. (1968). Smogless Stirling engine promises new versatility. Prod. Eng. (Feb.) 31-3.

Anzelius, A. (1926). Uber erwarmung vermittels durchstromender medien. Z. angew. Math. Mech. 6, 291-4.

Bahnke, G. D. and Howard, CP. (1964). The effect of longitudinal heat conduction on periodic-flow heat-exchanger performance. J. Engng Pwr. A86, 105-20.

Bayley, F. J., Edwards, P. A. and Singh, P. P. (1961). The effect of flow pulsations on heat transfer by forced convection from a flat plate. Int. Heat. Trans. Conf., A.S.M.E.,Boulder, Colorado, U.S.A. 494-509.

Beale, W. (1969). Free-piston Stirling engines - some model tests and simulations. S.A.E. Paper 690230, S.A.E. Auto Eng. Congr., Detroit, U.S.A.

Boestad, G. (1938). Die warmeubertragung im Ljungstrom luftwarmer. Feuerungstecknik. 26, p. 282.

De Brey, H., Rinia, H. and van Weenan, R. L., (1948). Fundamentals for the development of the Philips air-engine. Philips. Tech. Rev. 9, 97-104.

Buck, K. E. (1968). Experimental efforts in Stirling engine development. A.S.M.E. Paper No. 68-WA-Ener 3:

Cayley, G. (1807). Nicholsons Journal (November), p. 206 (letter). Coppage, j. (1952). Heat-transfer and flow-friction characteristics of porous media. Thesis, Stanford University, U.S.A.

Coppage, j. E. and London, A. L. (1953). The periodic-flow regenerator - a summary of design theory. Trans. Am. Soc. Mech. Engrs. 75, 779-87.

Coppage, j. E. and London, A. L. (1956). Heat-transfer and flow-friction characteristics of porous media. Chem. Engng Prog. 52, No. 2 (Feb.), 56-7.

Creswick, F. A. (1957). A digital computer solution of the equation for transient heating of a porous solid, including the effects of longitudinal conduction. Ind. Math. 8, 61-8.

Creswick, F. A. (1965). Thermal design of Stirling-cycle machines. S.A.E. Paper 949C, Int. Auto Eng. Congr. Detroit, U.S.A.

Daniels, A. and Du Pre, F. K. (1971). Miniature refrigerators for electronic devices. Philips Tech. Rev. 32, No. 2, 49-56.

Darling, G. B. (1959). Heat transfer to liquids in intermittent flow. Petroleum, (May), 177-8.

Davis, S. j. and Singham, j. R. (1951). Experiments on a small thermal regenerator. General discussion on heat transfer. I. Mech. E. London, pp. 434-5.

Denham, F. R. (1953). A study of the reciprocating hot-air engine. Durham University Ph. D. Thesis.

Dros, A. A. (1965). An industrial gas refrigerating machine with hydraulic piston drive. Philips Tech. Rev. 26, 297-308.

Emerson, D. C. (1959). Effect of regenerator matrix arrangements on the performance of a gas refrigerating machine. Durham University B. Sc. Hons. Thesis.

Fabbri, S. (1957). Hot-air engines and the Stirling cycle. Metano. 11, 1-9.

Finkelstein, T. (1952). Theory of air cycles with special reference to the Stirling cycle. Ph. .D. Thesis, University of London.

Finkelstein, T. (1953). Self-acting cooling cycles. D.I.C. Thesis, Imperial College, London.

Finkelstein, T. (1959a). Air engines. Engineer. 207, 492-7, 522-7, 568- 71, 720-3.

Finkelstein, T. and Polanski, C. (1959b). Development and testing of a Stirling-cycle machine with characteristics suitable for domestic refrigeration-English Electric Report W/M (ЗА). U. 5.

Finkelstein, T. (1961a). Generalized thermodynamic analysis of Stirling engines. S.A.E. Paper 118B (Annual winter meeting, Detroit).

Finkelstein, T. (1961b). Optimization of phase angle and volume ratios in Stirling engines. S.A.E. Paper 118C (Annual winter meeting, Detroit).

Finkelstein, T. (1961c). Regenerative thermal machines. Battelle Tech. Rev. (May).

Finkelstein, T. (1961 d). Conversion of solar energy into power. A. S. M. E. Paper No. 61-WA 297 (Annual winter meeting. New York).

Finkelstein, T. (1962). Cyclic processes in closed regenerative gas machines analysed by a digital computer, simulating a differential analyzer. Trans. Am. Soc. Mech. Engr. B84, No. 1 (Feb.).

Finkelstein, T. (1963). Analogue simulation of Stirling engines. Simulation. No. 2 (March). (Western Simulation Council Meeting, Los Angeles.).

Finkelstein, T. (1964a). Analysis of practical reversible thermodynamic cycles. Paper No. 64-HT-37, Jt. A. I. Ch. E. and A.S.M.E. Heat Trans. Conf., Cleveland, Ohio.

Finkelstein, T. (1964b.). Specific performance of Stirling engines. Third Conference on Performance of High Temperature, Systems, Pasadena, California.

Finkelstein, T. (1965). Simulation of a regenerative reciprocating machine on an analog computer. S. A. E. Paper 949F (Annual winter meeting, Detroit).

Finkelstein, T. (1967a). Thermophysics of regenerative energy conversion. A.I.A.A., Paper No. 67-216 (5th Aero Science meeting. New York).

Finkelstein, T. (1967b). Thermodynamic analysis of Stirling engines. J. Spacecraft & Rockets. 4, No. 6.

Finkelstein, T. (1970a). Thermocompressors, Vuilleumier and Solvay machines. 5th. I. E. C. E. C, Las Vegas, Nevada, U.S.A. (Sept.).

Finkelstein, Т., Walker, G. and Joschi, j. (1970b). Design optimization of Stirling-cycle cryogenic cooling engines, by digital simulation. Paper K4, Cryogenic Engineering Conference, Boulder, Colorado, U.S.A. (June).

Fleming, P. B. (1962). An application of thermal regenerators to the production of very low temperatures. Sc. D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, U.S.A.

Flynn, G., Percival, w. h. and Heffner, F. E. (1960). The G.M.R. Stirling thermal engine. S.A.E. Paper 118A.

Furnas, C. (1932). Heat transfer from a gas stream to bed of broken solids. Bull. U. S. Bur. Mines, No. 361.

Gamson, B. w., Thodors, G. and Hougen, 0. A. (1963). Heat, mass and momentum transfer in the flow of gases through granular solids. Trans. Am. Inst. Chem. Engrs. 39, 1-35.

Gifford, w. E. and Longsworth, R. C. (1964). Pulse-tube refrigeration progress. Advances in cryogenic engineering. Vol. 10, Section M-U. Plenum Press, New York. pp. 69-79.

Gifford, w. E. and Longsworth, R. C. (1965). Surface heat pumping. Cryogenic Engineering Conference, Rice University, Houston, Texas, U.S.A.

Glassford, A. P. M. (1962). An oil-free compressor, based on the Stirling cycle, M. Sc. Thesis, Dept. of Mech. Eng., M.I.T., U.S.A.

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.