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

Условия высокой удельной мощности налагают ограничения на габариты и массу теплообменника; поэтому здесь требуется тщательно продуманная конструкция.

По принципу действия здесь может быть использован любой из двух типов теплообменников, как рекуперативный, так и регенеративный. ~

Охлаждение. Другой серьезной проблемой при создании высокопроизводительных машин Стирлинга являются низкотемпературные теплообменники для охлаждения.

Из всей подводимой к двигателю теплоты при высокой температуре некоторая часть неизбежно теряется с выхлопными газами. Это общие потери теплоты, которые никак не могут быть использованы в двигателе. Из оставшейся теплоты, фактически пбдводи-мой к машине, только часть превращается в работу, а другая часть отводится в систему охлаждения. В дизельном или бензиновом двигателях внутреннего сгорания часть этой теплоты отводится системой охлаждения, а часть с выхлопными газами. Более того, в двигателях внутреннего сгорания повышение температуры охлаждающей жидкости улучшает эффективность двигателя. В противоположность этому в двигателе Стирлинга любое увеличение минимальной температуры рабочего тела ведет к снижению удельной мощности и эффективного к. п. д. Таким образом, по сравнению с дизелем система охлаждения двигателя Стирлинга должна не только иметь более высокий показатель отводимой теплоты на единицу мощности, но и должна делать это более эффективно с тем, чтобы поддерживать температуру охлаждающей жидкости по-возможности близкой к температуре окружающей среды. Радиатор для двигателя Стирлинга может быть в 2-3 раза больше, чем для такого же по мощности дизеля.

Практически нет исследований двигателей Стирлинга с высокими характеристиками и обычным воздушным охлаждением без вторичного контура охлаждения.

Уплотнения. Важной проблемой для двигателей Стирлинга с высокими характеристиками являются уплотнения. Это связано с тем обстоятельством, что воздух как рабочее тело двигателя не используется (его можно было бы легко пополнять из окружающей атмосферы).

Утечки, даже незначительные, недопустимы при длительной работе двигателя, исключая тот случай, когда в составе установки имеется емкость с рабочим телом под высоким давлением.

Другими проблемами, встающими перед конструктором, являются термические напряжения, имеющие место в области перехода высокотемпературной части двигателя к низкотемпературной в зоне регенератора, вопросы горячих пятен в высокотемпературном теплообменнике, усталостные разрушения как следствие знакопеременных напряжений, уравновешиваемость, управление и регулирование, а также обычные проблемы, связанные с подшипниками и смажой.

9-j. перспективы применения

9-3-1. Автомобильные двигатели

Новейший усовершенствованный двигатель Стирлинга - продукт совместных усилий многих областей техники. Исследовательская лаборатория фирмы Филипс , вероятно, единственная в мире, объединяющая передовую технологию с дальновидностью руководства, что Позволяет ей длительное время проводить исследования по двигателям Стирлинга в широком масштабе. Несмотря на затраченные огромные усилия в этой области, оцениваемые приблизительно в 20(Ю человеко-лет, можно провести простое сравнение с затратами, вложенными в развитие двигателей внутреннего сгорания. Ежегодно только в фирме Дженерал моторе в разработке двигателей внутреннего сгорания участвуют тысячи инженеров. Общее число людей, связанных с созданием двигателей внутреннего сгорания, начиная от профессоров университетов, конструкторов, производственного и эксплуатационного персонала и кончая вновь принятыми учениками-автомеханиками, трудно подсчитать. То что фирма Филипс в относительно короткое время и с относительно малым штатом сотрудников смогла создать двигатели Стирлинга с высокими характеристиками, представляется для других фирм невероятным; принимая все это во внимание, было бы рискованно пытаться предвидеть будущее развитие.

Сомнительно, чтобы двигатель Стирлинга, если исходить только из экономических показателей, мог бы когда-нибудь составить конкуренцию дизелю в любых уже установившихся областях применения. Однако сейчас вопрос об использовании двигателей уже не поднимается на основании только одних технико-экономических показателей. Социальные аспекты техники становятся все более важными; это особенно видно из того, что общество уделяет пристальное внимание проблеме загрязнения воздуха выхлопными газами автомобильных двигателей. Известно, что интерес к этому вопросу особенно высок в США, где наиболее велика мощность автомобильных двигателей. В настоящее время (1971 г.) федеральное законодательство и законодательства штатов предполагают несколько снизить уровень токсичных составляющих в выхлопных газах автомобильных двигателей. В то же время фирма Филипс уже убедительно продемонстрировала значительное уменьшение шума и загрязнения воздуха при применении двигателей Стирлинга для автомобилей. Возможно, что под действием общественности будут приняты более жесткие стандарты, контролирующие загрязнение воздуха, а от дизелей и бензиновых двигателей внутреннего сгорания потребуют таких норм по уменьшению вредных составляющих в выхлопных газах (или введут сложную систему контроля за их составом), что двигатели фирмы Филипс будут конкурентоспособны. Вероятность такой ситуации вполне реальна, и, без сомнения, это и есть основание для фирмы Филипс и ее субподрядчиков обратить особое внимание на разработку автомобиль-



ных двигателей мощностью 73,5 кВт (100 л. с.) и 147 кВт (200 л. с). Последующие несколько лет должны быть переломными в этом вопросе, но к 1980 г. двигатели Стирлинга на грузовиках могут быть уже не. новостью.

9-3-2. Криогенные газовые машины

Интерес фирмы Филипс к криогенным газовым машинам, работающим по обратному циклу Стирлинга, проявился фактически случайно и был побочным успехом при разработке двигателей на ранней стадии их развития. Семейство криогенных машин фирмы Филипс разрабатывалось под руководством Келлера, и теперь они занимают ведущее место в любом каталоге малых и средних криогенных установок. Эти машины привели к развитию и соответствующего криогенного оборудования. Действительно, как сейчас предполагается, прибыль, полученная отделом криогенной техники (Cryogenic Devision), фактически окупила все затраты фирмы Филипс на исследования двигателей. Типы криогенных газовых машин, предлагаемых покупателю фирмой Филипс , охватывают широкий диапазон от миниатюрных машин с холодопроизводительностью в доли ватта до больших промышленных агрегатов с холодопроизводительностью в несколько киловатт. В настоящее время рынок сбьгга довольно ограничен и спрос удовлетворяется существующими машинами.

С появлением сверхпроводящих материалов, работающих при более высоких температурах, и возрастающем использовании инфракрасной техники, вероятно, появятся разнообразные возможности для применения небольших криогенных машин. Для этих целей потребуются меньшие по габаритам, более дешевые и более надежные машины, чем существующие в настоящее время.

Помимо Северо-Американского отделения фирмы Филипс (North American Philips) ряд других фирм также ведет активную торговлю малыми криогенными машинами; к ним относятся фирмы Малакер лаборатории (Malaker Laboratories, N. J.) и Хьюз эйркрафт (Hughes Aircraft Company California). Несколько других фирм также проявляют интерес в этой области.

9-3-3. Рефрижераторные установки

Машины Стирлинга могут обеспечить охлаждение на любом температурном уровне в диапазоне от температуры окружающей среды до уровня, близкого к абсолютному нулю. Они с успехом работают в криогенных рефрижераторных установках при температурах, меньших 100 К. При более высоких температурах они практически неизвестны, хотя, собственно, нет никаких технических оснований не применять их для охлаждения при температурах, близких к температуре окружающей среды.

Финкельштейном и Полянски (Finkelstein, Polanski) в 1959 г. было проведено сравнение характеристик двухцилиндровой машины Стирлинга и обычной холодильной машины парокомпрессионного типа. Они определили, Что производительность машины Стирлинга при температуре более 230 К ниже, чем обычной, но она увеличивается по мере понижения температуры. Исследуемая машина была изготовлена при небольших затратах без какой-либо оптимизации характеристик и конструкции. По-видимому, выполнен очень небольшой объем экспериментальных работ по относительно высокотемпературным рефрижераторным установкам с машинами Стирлинга.


Рис. 9-1 . Передвижная холодильная установка (четырехцилиид-ровая установка с обратным циклом Стирлинга, выполиеииая по схеме Риии).

Автор исследовал (теоретически) возможности передвижных систем охлаждения с циклом Стирлинга. Основываясь на установке, работающей по схеме Рини с приводом от косой шайбы (рис. 9-1), можно предположить значительную экономию в массе и габаритах без снижения характеристик по сравнению с обычными пароком-прессионными машинами. По-видимому, установки такого типа представляются перспективными для систем кондиционирования воздуха на железнодорожном или автомобильном транспорте, а также для систем охлаждения на военно-транспортных машинах и военно-морских судах.

Другой возможной установкой для кондиционирования воздуха является сдвоенная машина, изображенная на рис. 9-2. Эта комбинация состоит из теплового двигателя с подводом тепловой энергии и холодильной газовой машины; мощность двигателя расходуется на привод холодильной машины, установленный на общем коленчатом валу. В этой установке может быть использовано как газообразное, так и жидкое углеводородное топливо, и она является альтернативой абсорбционной холодильной машине. Предваритель-




Рис. 9-2. Сдвоенная установка для кондиционирования воздуха с использованием газообразного топлива для двигателя.

/ .- полость расширения; 2 - полость сжатия; 3 - регенеративный вытеснитель; 4 - приводной механизм; 5 - рабочий поршень; 6 - система охлаж-

. деиия (теплота от установки отводится

при температуре окружающей среды); 7 - нагреватель (теплота от сжигания подводится при высокой температуре); S - охладитель (воздух охлаждается в верхней зоне полости

расширения).

ные исследования показали, что при такой компоновке может быть достигнут ощутимый выигрыш в к. п. д. и значительные выигрыши в габаритах и стоимости. Развитие установок для кондиционирования воздуха на мазуте или газообразном топливе с приемлемыми габаритами, стоимостью и надежностью может иметь важное значение для экономии энергии в США

9-3-4. Электрогенераторы малой мощности

Существует много областей применения для электрогенераторов малой мощности, способных работать автономно в отдаленных районах в течение длительного времени. Уровед1ь их мощности колеблется от 5 Вт до 5 кВт, но особенный интерес представляет диапазон от 200 до 500 Вт. Такие электрогенераторы требуются для многих целей, но в основном для снабжения электроэнергией систем навигации, таких как маяки и буи, автоматические метеостанции, а также для телеметрии и станций усиления связи. Они могут быть использованы под водой как для гражданских, так и для военных целей, в горах, в недоступных районах Арктики и в аварийных навигационных ситуациях. Для большинства областей применения главным критерием является надежность. Практических ограничений по массе, габаритам и частоте вращения для таких энергоустановок нет. Также не важны режимы пуска и останова, поскольку в большинстве случаев имеется возможность подключения системы аккумуляторных батарей для отвода избыточной мощности (например, ночью), в то время как электрогенератор продолжает вырабатывать постоянную мощность в устойчивом режиме. Регулирование и контроль за работой двигателя не являются серьезной проблемой. В большинстве случаев предпочтительней (и легче) регулировать электрические параметры системы, чем параметры самого двигателя.

Эффективный к. п. д. двигателя - очень важный фактор, определяющий необходимый запас радиоизотопного или природного топлива как источника теплоты. Однако полный коэффициент преобразования тепловой энергии в электрическую, составляющий около 20%, считается очень высоким, поскольку у другой возможной термоэлектрической системы преобразования полный коэффи-

циент составляет 8% и менее. В настоящее время ни дизелей, ни других двигателей внутреннего сгорания с достаточной степенью надежности для указанных диапазонов мощностей нет. Двигатели Стирлинга представляются идеально подходящими для этих целей, и кажется странным то обстоятельство, что фирма Филипо> отказа-


Рис. 9-3. Схема энергосистемы с изотопным источником.

; - электрический генератор; 2 - двигатель Стирлинга; 3 - зона коиденсацни тепловой трубы; - тепловая изоляция; 5 - зона испарения тепловой трубы; 6 - источник энергии - матрица с изотопным топливом; 7 - биологическая защита; S - противопожарная и противоударная защита; 9 - система теплообменников охлаждения (тепловая труба (с конденсацией фреона); 10 - регулирование температуры и теплообменник отвода теплоты (газовая секция двухфазной двухкомпонеитной тепловой трубы).

лась от своих дальнейших разработок электрогенератора малой мощности с воздушным охлаждением, который по своим данным достаточно хорошо удовлетворял указанным выше требованиям. После нескольких дополнительных лет исследований эта установка могла бы с большим успехом использоваться для гражданских, военных, морских и сухопутных целей.

Исследования, приведшие к разработке двигателя Стирлинга малой мбщности с радиоизотопным источником теплоты, были предприняты автором в университете Калгари (Calgary) по просьбе Управления по атомной энергии Канады в 1969 г. Предполагалось, что в качестве топлива будет использован Со, в результате радиоактивного распада которого выделяется тепловая энергия с общим коэффициентом .преобразования энергии около 20%. Период полураспада изотопа Со составляет 5 лет, а ресурс работы электрогенератора предполагался равным 2,5 года. Схема предложенной системы приведена на рис. 9-3. Источник энергии представляет собой ряд таблеток из Со диаметром 6,35 мм и такой же толщины, содержащихся в матрице из урана и заключенных в соответствующую металлическую оболочку. Гамма-излучение Со замедляется матрицей, а энергия частиц идет на нагревание самой матрицы. В этой системе возможно достижение рабочей температуры около 600°С. Не все гамма-излучение задерживается в матрице; поэтому требуется толстый слой биологической свинцовой защиты массой около 2000 кг и дополнительный внешний экран из малоуглеродистой стали, обеспечивающий пожарную безопасность. Теплота, генерирующаяся внутри матрицы, идет на испарение жидкометал-лического теплоносителя в системе тепловых труб, соединяющих источник энергии с двигателем Стирлинга, служащим приводом электрогенератора и расположенным за свинцовой защитой. Можно



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
.