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

нию этих систем. Схема ротационной машины, предложенная Цвауе-ром (Zwiauer), показана на рис. 6-8. На общем валу имеются две ротационные машины типа двигателя Ванкеля (Wankel), а два регенератора располагаются симметрично относительно продольной оси машины. Одна из ротационных машин представляет собой блок сжатия, другая - блок расширения. Каждый блок состоит из трех отдельных полостей (камер), в каждой из которых за один оборот вала осуществляются два процесса сжатия или расширения. Таким образом, комбинация из этих двух машин приводит к трем отдельным системам, в каждой из которых осуществляются два полных

Рис. 6-8. Схема Цвауэра - Ваикеля роторного двигателя Стирлинга.

/ -.блок расширения; 2 - трубки нагревателя; 3 - полость; 4 - зона горения; 5 - вал; 6 - блок сжатия; 7 - полость; 8 - теплообменник, охлаждаемый водой; 9 - регенератор.

цикла за один оборот вала. Предполагается, что такая компоновка сможет привести ккомпактному двигателю с высокой удельной мощностью.

6-2-4. Сравнение многоцилиндровых машин с машинами вытеснительного типа

Как было показано, возможны самые разнообразные варианты компоновочных схем многоцилиндровых и вытеснительных типов машин, некоторые их которых уже доведены до коммерческой стадии. Но нет ни одной машины с явными преимуществами по отношению ко всем остальным; имеется лишь ряд определяющих факторов, указывающих на предпочтительный выбор одноцилиндровых машин вытеснительного типа, большей частью небольших по габаритам; выбор может колебаться между многоцилиндровыми, ском-

понованными из одноцилиндровых машин вытеснительного типа с общим коленчатым валом, и многоцилиндровыми типа Рини или Финкельштейна,

Одним из важных факторов, указывающих на преимущества машин вытеснительного типа над многоцилиндровыми машинами, является то, что для них относительно легче разрешается вопрос об уплотнениях элементов, движущихся возвратно-поступательно. Для всех машин требуются по крайней мере по два уплотнения. На каждый поршень для указанных на рис. 6-1 трех машин требуется по одному уплотнению: два уплотнения в двухпоршневой машине и по одному на каждую машину вытеснительного типа. Кроме того, для машин вытеснительного типа требуется дополнительное уплотнение для штока вытеснителя, поскольку в первом варианте машины шток проходит через рабочий поршень, а во втором - выходит за пределы нижней части вытеснительного цилиндра. Уплотнение для штока вытеснителя менее важно по сравнению с уплотнением рабочего поршня, что определяется меньшими утечками рабочего тела и меньшим трением. По-видимому, это является основным преимуществом машин вытеснительного типа, поскольку проблема уплотнений движущихся возвратно-поступательно элементов чрезвычайно трудна, в особенности при использовании иных рабочих тел, чем воздух. Преимущество машин вытеснительного типа еще и в том, что общая масса их поступательно-движущихся узлов меньше, чем в многоцилиндровых машинах. Это облегчает балансировку и снижает проблему вибрации. Вытеснитель не производит работы, на него действуют лишь газовые силы давления, возникающие из-за наличия гидравлического сопротивления, и силы инерции. Поэтому конструктивно он может быть выполнен более легким с соответственно менее массивными штоком, траверсами и подшипниками, что приводит к значительной экономии в массе и снижению механических потерь.

Выходная мощность двигателя (в первом приближении) линейно зависит от давления рабочего тела. Поэтому повышение удельной мощности двигателя непосредственно связано с увеличением давления рабочего тела. Для небольших двигателей выгоден картер под давлением. Это не только уменьшает нагрузку на поступательно-движущиеся уплотнения, но и снижает требования к прочности, предъявляемые к узлам поршня, шатуна и подшипников. Это результат того, что при использовании картера под давлением дей.-ствующий на поршень перепад давления уменьшается до Рцил - Ркар вместо Рцил - Ратм ри атмосфсрном давлении в картере. Вследствие этого может быть снижена масса двигателя и уменьшены механические потери в подшипниках и уплотнениях. Эти выгоды компенсируются повышенными требованиями к прочности конструкции картера, поскольку в этом случае он представляет собой некую емкость под давлением, а при необходимости вывода коленчатого вала из картера требуется по крайней мере еще одно динамическое уплотнение.

проблема уплотнения вращающегося вала относительно проще по сравнению с проблемой уплотнения поступательно движущегося поршня, и она может быть разрешена путем размещения электродвигателя или электрогенератора внутри самого картера; однако для двигателя с высоким давлением рабочего тела такое решение может привести к значительным вихревым потерям.

6-2-5. Сравнение одноцилиндровых и многоцилиндровых машин вытеснительного типа

Интуиция подсказывает, что минимальные масса и габариты картера под давлением обеспечиваются в одноцилиндровой машине вытеснительного типа. С увеличением номинальной мощности масса

картера становится доминирующей в общей массе машины, и для двигателей большой мощности приходится отказываться от применения картера под давлением как наиболее простого 5] способа повышения мощности.

Одноцилиндровый двигатель вытеснительного типа обладает еще двумя преимуществами по сравнению с двигателем с отдельно расположенными цилиндрами. В двухцилиндровом двигателе (см. рис. 6-1, б) полость сжатия разделена на части, находящиеся в вытеснительном и рабочем цилиндрах, включая и соединительный канал. Объем этой полости никогда не может быть уменьшен до нуля, и вследствие этого полость сжатия, фактически, имеет большой нерабочий объем. Он должен учитываться в общем мертвом объеме X, а, как было показано ранее, любое увеличение X приводит к снижению полезной мощности двигателя. Второе преимущество одноцилиндрового двигателя вытеснительного типа заключается в том, что при работе вытеснительный и рабочий поршни перемещаются в одной и той же части рабочего объема цилиндра, хотя и в разные периоды времени. Частичное перекрытие ходов поршней ясно видно из рис. 6-9; такая компоновка позволяет обеспечить наиболее эф-, фективное использование имеющегося рабочего объема цилиндра.

Машины вытеснительного типа с отдельно расположенными цилиндрами имеют следующие преимущества:

1) большая гибкость с точки зрения проектирования и технологии узлов коленчатого вала и шатунов;

Угол поворота коленчатого вала

Рис. 6-9. Схема перемещений рабочего и вытеснительного поршней в одноцилиндровой

машине. / - вытеснитель; 2-рабочий поршень; 3 - полость расширения; 4 - полость сжатия; 5 - общая часть цилиндра для вытеснителя и рабочего поршня.

2) размещение уплотнения для штока вытеснителя в неподвижном узле, а не в днище рабочего поршня, где появляются различного рода дополнительные ограничения.

Это очень важные с практической точки зрения преимущества.

6-3. конструктивные разновидности машин эриксона

Регенеративные машины с клапанным управлением потока рабочего тела (здесь они называются машинами Эриксона), так же как и родственные им машины Стирлинга, разнообразны по типам, формам и габаритам. Иногда классификацию обоих типов машин можно

Машины Зраксона {поток управляется клапанами)

Машины с дытеснителем

Машины с рабочим поршнем

С постоянным рабочим объемом

С одним порш-нем

С переменным рабочим объемам

С дбумя поршнями

Рис. 6-10. Классификация машин Эриксона.

Проводить по аналогии; единственное различие между ними - в наличии (или в отсутствии) клапанов, обеспечивающих циклическое изменение потока газа в рабочей полости, обычно предназначаемых для регулирования потока рабочего тела. При таком определении исключаются из рассмотрения газовые клапаны, использующиеся в системе регулирования машин Стирлинга для изменения давления рабочего тела. В данной работе семейство таких машин подробно не рассматривается, но представляется, что краткое сообщение об их основных типах для сравнения с машинами Стирлинга может быть полезным. Возможности же использования любого теоретического или экспериментального материала, рассматриваемого здесь, применительно к машинам Эриксона неизвестны.

Семейство машин Эриксона иллюстрируется на рис. 6-10. В большинстве случаев их можно разделить либо на машины вытеснительного типа, либо на машины с рабочим поршнем. В каждой

3 Заказ № 1035

из этих основных групп Может быть проведена их дальнейшая классификация. Машины вытеснительного типа могут иметь либо постоянный, либо переменный рабочий объем. Машины с рабочим поршнем могут подразделяться на одно- и двухпоршневые.

На рис. 6-11 показаны некоторые из вариантов машин вытеснительного типа, часть из которых хорошо известна по именам их изобретателей. В качестве примера приведена только одна машина

Машины Эриксона вытеснительного типа

С постоянным рабочим объемом

С Приводом вытеснителя от небольшего поршня

С переменным рабочим объемом

С прерывистым движением вытеснителя, управляемого клапаном

С Внешним приводом вытеснителя

С газовыми клапанами

С механическими клапанами

Джидзсрорд--Мак-Магон

С регенеративным вытеснителем . и с независимым рабочим nopuiHOM

Эриксон

Рис. 6-11. Возможные варианты компоновочных схем машин Эриксона вытеснительного типа.

С переменным объемом рабочего тела. Такой была первая машина Джона Эриксона. Она состояла из соединенных (но смещенных по фазе) с помощью кривошипно-шатунного механизма рабочего поршня и регенеративного вытеснителя. В этих же машинах могут быть использованы и клапаны либо с газовым, либо с механическим приводом. Потенциально подобные системы привлекательны для больших установок с ядерными реакторами, в которых рабочее тело машины могло бы использоваться как хладагент для реактора.

Большие возможности имеют машины с постоянным рабочим объемом. Показанные на рис. 6-11 три отдельные группы отличаются по способу привода вытеснителя. Тип машин с внешним приводом вытеснителя и газовыми клапанами запатентован Бушем (Bush) как генератор давления, а машины с механическим приводом кла-

панов успешно продаются как криогенные машины Джиффорда - Мак-Магона. Машины этих типов были описаны Мартини (Martini, 1968 г.) и Баком (Buck, 1968 г.) в их работах по исследованию в области имплантации искусственного сердца. Оба варианта относятся к машинам типа двигателей Стирлинга .

В качестве примера на рис. 6-12 приведено только по одной схеме однопоршневой и двухпоршневой машин Эриксона. Возможны

Машины Эриксона с рабочим парш.нем j -

С одним поршнем

с двумя порш-нями

С регенеративным вытеснителем, соединенным с

рабочим поршнем

Джи(р(рорд - /Иак-Магон

С противоточным регенератором

Эриксон Схема аналогична варианту с рекуперативным теплообменником

Рис. 6-12. Возможные варианты компоновочных схем машин Эриксона с рабочим поршнем.

также и другие варианты. Двухпоршневые машины Эриксона могут иметь как регенеративные, так и рекуперативные теплообменники и считаются весьма надежными.

глава седьмая

РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ В МАШИНАХ СТИРЛИНГА

7-1. введение

Конструирование регенератора, как и других теплообменников для машин Стирлинга, является весьма трудной задачей. Насколько известно автору, до сих пор еще нет хорошо отработанных методик, непосредственно относящихся к теплообменникам такого рода. Поэтому для создания работоспособной конструкции используются

о* 67

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.