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

Машины цикла Стирлинга

Современная энергетика решает не только чисто энергетические проблемы, она охватывает все многообразие методов получения и практического применения различных видов энергии для промышленных и бытовых нужд. С этих позиций важно отметить, что такие маломощные преобразователи энергии, как двигатели внутреннего сгорания (использующиеся в передвижных и стационарных энергоустановках, в транспортных системах и т. п.), являются в Настоящее время самыми распространенными потребителями энергии, а, следовательно, и одними из главных источников загрязнения окружающей среды. Двигатель средней мощности за год работы (на автомобиле) выделяет с выхлопными газами около 1 т токсичных веществ в различных соединениях: окись углерода, окислы азота, несгоревшие углеводороды, альдегиды, свинец и его соединения и др. В США на долю этих двигателей приходится до 20% всей потребляемой страной энергии (нефти и нефтепродуктов) и 60% всего количества веществ, загрязняющих атмосферу. Подобное положение наблюдается и в других промышленно развитых странах**, В качестве мер борьбы с загрязнениями различного рода, вызванными современными двигателями, многими странами разработаны новые, более жесткие требования к составу выхлопных газов и уровню шума. Однако затраты на усовершенствование процессов сгорания (послойное образование рабочей смеси и т. п.), очистку и нейтрализацию токсичных составляющих выхлопных газов, на

* Структура мирового эиергобалаиса 1970 г. в пересчете на нефтяной эквивалент следующая: уголь 1600 млн; т (33,5%), иефть 2210 млн. т. (46,5%), природный газ 830 млн. т (17,5%), гидроэнергия и атомная энергия 120 млн. т (2,5%), всего 4750 млн. т (100%).

** В 1975 г. во Всем мире было несколько сотен миллионов автомашин, причем около 220 млн. - легковых. В Москве к середине 1976 г. насчитывалось почти 200 тыс. личных автомобилей, что составляло половину городского транспорта. Ежегодный прирост только личных автомобилей в Москве около 30 тыс.

снижение шума до уровня настоящих и будущих требований зна-чительвы, а реализация практического контроля многочисленного городского транспорта - дело чрезвычайно сложное и практически малореальное.

Наиболее показательными примерами последствий влияния загрязнений атмосферного воздуха на организм человека служат описанные в научной литературе случаи отравления людей в долине реки Маас (Бельгия) в 1930 г., в Доноре (штат Пенсильвания, США) в 1948 г. и в Лондоне в декабре 1952 г. С загрязнением атмосферного воздуха ряд ученых связывают и рост частоты возникновения злокачественных новообразований в легких.

В ОХР решение проблемы охраны окружающей среды всегда носило общегосударственный плановый характер. Уже первые декреты советской власти заложили основы рационального использования природных ресурсов страны. С целью усиления охраны внешней среды 29 декабря 1972 г. было принято важное Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР Об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов . В Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы говорится: Усилить работы по созданию транспортных и других средств, обеспечивающих уменьшение загрязнения воздушного бассейна выхлопными газами . Государственный подход СССР к охране окру>йающей среды закреплен 18 статьей новой Конституции CCfcP, принятой 7 октября 1977 г.

Объективный характер требований, диктуемых настоящим и будущим, заставляет заблаговременно изыскивать новые энергоресурсы и разрабатывать не только более эффективные, но и достаточно чистые способы преобразования энергии большой и малой мощности. Эти вопросы очень сложны и должны рассматриваться комплексно. В области большой энергетики - это прежде всего управляемый термоядерный синтез, МГД генераторы, солнечная энергетика, гидроэнергетика и др. В области малой энергетики - замена нефти и ее производных другими топливами (например, водородом *), применение в транспортных системах электрических и тепловых аккумуляторов, рассмотрение возможностей использования других механических преобразователей энергии (например, двигателей с внешним подводом теплоты - паровых, двигателей Стирлинга и др.), дальнейшее развитие топливных элементов, совершенствование термоэлектрических, термоэмиссионных и иных способов преобразования энергии.

Вышеперечисленные перспективные направления развития малой энергетики имеют свои достоинства и недостатки. Так, использование водорода в качестве источника энергии связано с проблемой более дешевого способа его получения из воды (в настоящее время водород добывается из природного газа); разработка электрических

* В 1970 г. мировое потребление водорода составило около 18 млн. т



аккумуляторов (свинцовых, никель-железных, никель-кадмиевых, цинк-воздушных, горячих натриево-серных и др.) - с проблемами создания достаточно емких, нaдeжJыx, легких, дешевых и относительно быстро подзаряжающихся аккумуляторов. Кроме того, перевод большого парка автомобилей на электротягу связан с ограниченными запасами металлов (в частности, свинца) и дополнительной выработкой электроэнергии. Что касается топливных элементов, то они в настоящее время слишком дороги. Технические характеристики парового двигателя не уступают характеристикам обычного бензинового двигателя; кроме того, в нем может быть обеспечено более полное сгорание топлива. Однако для парового двигателя предстоит решить проблемы смазки цилиндров, работы двигателя при сильном морозе или сильной жаре. Вероятно, это будет так же трудно, как найти удовлетворительный источник энергии для электррмобиля.

В предлагаемой читателю книге проф. Грэхема Уокера Машины, работающие по циклу Стирлинга рассматриваются вопросы перспективного развития и применения машин Стирлинга. Эти машины отличаются универсальностью и конструктивным разнообразием и могут работать как двигатели, холодильные машины, тепловые насосы и генераторы давления во многих областях техники. Как двигатели они имеют ряд существенных преимуществ: высокая эффективность и экономичность, возможность работы от разнообразных низко- и высокопотенциальных источников энергии (углеводородные топлива - твердые, жидкие, газообразные; ядерная и солнечная энергия; теплота реакции окисления металлов, теплота геотермального пара и термальной воды и т. д.). В двигателях могут быть использованы различные рабочие тела (воздух, водород, гелий, СОг, химически реагирующие газы и др.). Они могут работать по замкнутому и открытому термодинамическим циклам и отличаются малым уровнем шума, а при использовании углеводородных теплив - низким содержанием токсичных составляющих выхлопных газов. Специфическим свойством двигателей Стирлинга является их способность к длительной автономной работе в энергосистемах при отсутствии атмосферного воздуха (в космических или подводных условиях).

Стремление реализовать потенциальные возможности этих двигателей вызвало проведение интенсивных научно-исследовательских, конструкторских и экспериментальных работ в ряде зарубежных фирм: Филипс, Дженерал Моторс, Юнайтед Стирлинг, Форд, Волво и др. В результате были созданы иисследованы двигатели широкого диапазона мощностей (от нескольких ватт до 3500 кВт) различного назначения (для применения в различных энергосистемах, для транспорта, для работы в космосе, в подводных условиях; для военных и бытовых целей и т. п.). Целевые испытания подтвердили положительные качества двигателей, их конкурентоспособность с традиционными двигателями и другими преобразователями энергии. Было отмечено, что применение двигателей Стир-

линга целесообразно в тех случаях, когда существующие системы по отдельным показателям не вполне удовлетворяют предъявляемым требованиям (например, в шахтах, карьерах, в городском транспорте и т. п.) или вообще неприменимы.

Способность двигателей Стирлинга утилизировать отбросную теплоту промышленных предприятий и других объектов делает его применение чрезвычайно выгодным с точки зрения экономии природного топлива и расширения топливного баланса. Для СССР с его огромной территорией и различными климатическими и ресурсными зонами применение двигателей Стирлинга может позволить использовать (особенно в отдаленных районах) местные виды топлива без предварительной их переработки. К числу недостатков разработанных двигателей (в основном типа автомобильных) относятся их несколько большие массо-габаритные параметры и более высокая стоимость. С целью их устранения в настоящее время ведутся работы по решению широкого круга вопросов: от совершенствования теории и методики расчетов по оптимизации необходимых параметров до совершенствования технологии производства. Отдельные типы двигателей Стирлинга изготавливаются рядом зарубежных фирм.

Несмотря на ряд существенных преимуществ двигателей Стирлинга, они пока еще не получили заметного массового распространения. Это обусловлено рядом обстоятельств как технико-экономического (проблемы конструкционных материалов, регенератора, снижение затрат на производстве и т. п.), так и коммерческого характера (существование традиционных двигателей, сохранение коммерческой тайны). Однако, независимо от этого, ожидается, что их массовое серийное производство (для транспортных систем) в некоторых странах начнется в 1981 г. и к 1985 г. составит 10% всего количества выпускаемых двигателей.

На основе конструкций двигателей Стирлинга были разработаны и эффективные холодильные и криогенные машины (ожижители и криорефрижераторы) различной холодопроизводительности с широким диапазоном рабочих температур. Они уже нашли широкое применение во многих областях науки, техники и на производстве в установках для ожижения и реконденсации различных газов, для очистки инертных газов от примесей, в лабораторных (ядерных и низкотемпературных) экспериментах, для хранения веществ и материалов при низких температурах. Разработанные конструкции ряда машин характеризуются надежностью, термодинамической эффективностью, относительно малыми массой и габаритами, удобством регулирования и возможностью автоматизации.

Книга Г. Уокера предназначена для широкого круга читателей и преследует цель познакомить читателя с вопросами работы и применения машин с циклом Стирлинга. Автор не дает полного описания тех или иных машин и процессов, происходящих в отдельных аппаратах, в сложной математической форме, а стремится изложить научные, технические, экономические й другие прин-



ципы, на которых базируются разработки машин Стирлинга, а также отметить те трудности, которые возникают при их создании. В связи с этим может показаться, что изложению элементарных основ физики, термодинамики, теплопередачи, гидравлики или механики уделяется слишком много места, тогда как данные о конкретных особенностях самих машин приведены в весьма сжатой форме. Между тем следует иметь в виду, что принцип действия машин Стирлинга позволяет создавать множество их модификаций, базирующихся на общих фундаментальных законах с использованием достижений многих областей современной науки и техники. Классификация всего многообразия маШин Стирлинга излагается автором в гл. 6. Такое изложение, позволяющее оценить (или найти пути к оценке) возможности и трудности, возникающие при преобразовании энергии с помощью машин Стирлинга, с учетом несколько популярного характера книги представляется на первом этапе знакомства с проблемой весьма целесообразным, а для расширения круга читателей - просто необходимым. В целом имеющийся в книге материал не ограничивается изложением только элементарных понятий, а является следствием длительных и глубоких исследований и содержит ценные справочные сведения, которые можно найти в обширном списке литературы, приведенном автором в конце книги. Она выгодно отличается от других подобных изданий своим наиболее полным представлением всего многообразия схем, возможностей и областей применения машин Стирлинга.

Автор книги Г. Уокер - широко известный за рубежом специалист по машинам Стирлинга, профессор инженерно-механического факультета университета Калгари в Канаде, консультант ряда министерств и промышленных фирм Англии, США, Канады. , Предлагая вниманию читателей настоящую книгу, хочется надеяться, что вопросы, связанные с иcaeдoвaниeм и применением машин Стирлинга, заинтересуют читателя.

Б. Сутугин

глава первая ВВЕДЕНИЕ

1-1. определение

Машина, работающая по циклу Стирлинга, представляет собой устройство с замкнутым термодинамическим регенеративным циклом, в котором циклические процессы сжатия и расширения осуществляются при различных уровнях температуры, а управление потоком рабочего тела происходит путем изменения его объема; на этом принципе основано превращение теплоты в работу или наоборот.

Существуют машины, работающие по открытому регенеративному циклу, где управление потоком рабочего тела осуществляется с помощью клапанов. Точнее, такие машины работают по циклу Эриксона, но на практике различие между ними не слишком существенно и, ввиду этого определение машина Стирлинга часто относится ко всем без исключения типам регенеративных машин. Это - обобщенное название большого семейства машин с самыми разнообразными функциями, характеристиками и конструкциями. В это семейство входят как ротационные, так и поршневые машины, в конструкции которых используются механизмы различной сложности. Все эти машины способны работать как двигатели, тепловые насосы, генераторы давления и холодильные установки.

1-2. различные названия двигателей

Двигатели Стирлинга часто имеют и другие названия, как, например, тепловые воздушные или тепловые газовые двигатели; присваивают им и специфические названия: двигатели Хейнричи (Heinrici), Робинсона (Robinson) или Ренкина - Напира (Ren-kine - Napier). В результате это приводит к нечеткости терминологии. Можно убедительно показать, что вьгражение цикл Стирлинга применимо только для идеального термодинамического цикла а название двигатель Стирлинга - для определенной разновидности машины, которая, кстати сказать, не работает по циклу Стирлинга - положение, не проясняющее данный вопрос. С точки зрения принципа действия рассматриваемого двигателя наиболее



[ 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
.