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

Данные по теплообмену представлены в виде зависимостей чисел Нуссельта Л/nu от чисел Рейнольдса Ne, определяемых следующим образом:

(irh\I h \

где - расчетный гидравлический радиус сетки; h - коэффициент теплоотдачи; k - коэффициент теплопроводности; - плотность рабочего тела; У - объемная скорость потока рабочего тела в на-

20 40 Число Рейнольдса

Рис. 7-9. Характеристики теплообмена в плотных проволочных сетках (по Уокеру, 1972 г.).

а - сетка с числом переплетений 400x400 на длине 25,4 мм, диаметр проволочки 0,0254 мм: б - сетка с числом переплетений 200x200 иа длине 25,4 мм, диаметр проволочки 0,0534 мм.

О 20 W .

Число Рейнольдса Nri

Рис. 7-10. Характеристики гидравлического сопротивления в плотных проволочных сетках.

а - сетка с числом переплетений 400х4ро иа длине 25,4 мм, диаметр проволочки 0,0254 мм; б - сетка с числом переплетений 200x200 иа длине 25,4 мм, диаметр проволочки 0,0534 мм.

садке; Wf - массовая скорость потока рабочего тела в насадке; Af - лобовая поверхность; р - расчетная пористость; Hf - динамический коэффициент вязкости рабочего тела. При этом

/7 =

объем насадки - объем металла объем насадки

общий объем свободных полостей объем насадки X пористость общая площадь поверхности общая площадь поверхности

Гидравлическое сопротивление характеризуется фактором трения Фаннинга Np в зависимости от числа Рейнольдса, определяемым как

nLGi

где АР - перепад давления; п - число слоев сетки; L - длина насадки; - массовая скорость потока на единицу площади. Остальные обозначения определены выше.

глава восьмая

ПРОГРАММА ФИРМЫ ФИЛИПС

Подробное описание работ фирмы Филипс приведено в различных публикациях (см. библиографию). Их краткое изложение приводится ниже.

8-1. ранний этап развития

Работа над двигателями Стирлинга началась в 1938 г. в исследовательских лабораториях фирмы Филипс в Эйндховене (Голландия), и с того времени она продолжается непрерывно.

Первоначальной целью ставилась задача создания небольшого электрогенератора, использующего тепловую энергию, предназначенного для питания радиоприемников и другого подобно17о малогабаритного электрооборудования в отдаленных районах, в которых были доступны керосин и бензин. Был разработан далеко опередивший уровень разработок того времени двигатель мощностью 0,735 кВт (1 л. с). Этот двигатель (рис. 8-1) был одноцилиндровый, вытеснительного типа. Аналогичный двигатель воздушного охлаждения использовался и в электрогенераторной установке мощностью 200 Вт (рис. 8-2). Несколько лет назад около 400 таких машин, изготовленных заранее, были переданы университетам и техническим колледжам для учебных целей. Эти установки с двигателями фирмы Филипс были единственными, которые неоднократно демонстрировались [Рини и дю Пре, 1946 г. (du Pre), де Брей и др., 1948 г. (de Brey), Ван-Винан, 1948 г. (Van Weenan)].

Позднее усовершенствование радиоламп, аккумуляторов и главным образом изобретение транзисторов сняли вопрос о необходимости небольших электрогенераторов. Однако к тому времени была

Использующийся в отечественной технической литературе коэффициент сопротивления трения при расчете гидравлического сопротивления

Др = -связан с фактором трения Фаннинга соотношением =

d 2

= 4Np. (Прим. перев.)

Рис. 8-1. Первый вариант теплового Рис. 8-2. Электрогенератор мощно-воздушного двигателя мощностью стью 200 Вт с двигателем Стирлинга 0,735 кВт (1 л. с.) (приблизительно воздушного охлаждения.

1946 г.).

i - вилкообразный шатун рабочего поршня; 2 - коленчатый вал; 3 - балансир, соединенный рычагами 4 и 5 со штоком вытеснителя вис шатуном /.

Проделана достаточно большая работа, позволявшая продемонстрировать двигатель и для других областей его применения. Поэтому были начаты исследования по двигателям большой мощности и по криогенным газовым машинам, работающим по циклу Стирлинга.

8-2. двигатели

Для двигателей большой мощности схема, приведенная на рис. 8-1, непригодна, поскольку требует применения картера под давлением, что приводит к тяжелой и громоздкой машине. По-видимому, двигатель, который изобрел Рини, устраняет эту трудность и не требует применения тяжелого картера.

Схема двигателя Рини приведена на рис. 8-3. По этой схеме все цилиндры взаимосвязаны: верхняя полость расширения одного цилиндра через канал с нагревателем, регенератором и холодильником соединена с нижней полостью сжатия смежного цилиндра. В двигателе Рини количество движущихся возвратно-поступательно узлов сведено к одному, и в сочетании с приводом от косой шайбы был создан очень компактный четырехцилиндровый двигатель. Выявившиеся впоследствии трудности ( в основном в вопросах смазки, уплотнения и гидравлического сопротивления) заставили вновь вернуться к одноцилиндровым двигателям вытеснительного типа.

Это возвращение связано с изобретением нового приводного механизма, названного доктором Мейером в 1959 г. ромбическим приводом. С этого времени все исследования и конструкторские разработки были сконцентрированы именно на таких машинах, пока

Рис, 8-3. Схема двигателя Рини двойного действия.

совсем недавно не были вбовь возобновлены работы по двигателям Рини. Представляется, что изобретение ромбического привода для одноцилиндровых двигателей вытеснительного типа и схема Рини для многоцилиндровых двигателей являются двумя фундаментальными вкладами, внесенными фирмой Филипс . Ромбический привод позволил возвратиться к двигателям вытеснительного типа без необходимости повышения давления в картере. Кроме того, он обеспечивает возможность полного уравновешивания двигателя, чего нельзя добиться в одноцилиндровых машинах с кривошипно-ша-тунным механизмом. Другим преимуществом ромбического привода является то, что исключаются трение и износ уплотнительных колец, вызываемые боковым усилием от головок шатунов рабочего поршня и вытеснителя. Основной недостаток ромбического привода - его относительная сложность.

Основные элементы ромбического привода Мейера показаны на рис. 8-4. Он состоит из сдвоенных кривошипно-шатунных механизмов, идентичных по конструкции и смещенных на одинаковые расстояния от оси двигателя. Кривошипы вращаются в противоположных направлениях и соединены с помощью одинаковых зубчатых колес. Шатуны соединяются верхней и нижней траверсами (серьгами): шатуны рабочего поршня - верхней, а шатуны вытеснителя - соответственно нижней траверсой. При работе движения рабочего поршня и вытеснителя гармонические по закону, близкому к синусоидальному, но с соответствующим смещением по фазе, что позволяет осуществить необходимое изменение объемов сжатия и расширения.

Было затрачено много усилий на развитие и ycoвepшeнcтвoвJ-ниe. двигателей Мейера. Экспериментальной оценке подвергались самые разнообразные двигатели, начиная от одноцилиндрового мощностью 3,68 кВт (5 л. с.) до четырехцилиндрового мощностью

Рис, 8.-4. Схема одноцилиндрового вытеснительного типа двигателя Мейер а с ромбическим .приводом.

/ - вытеснитель; 2 - шток вытеснителя; 3 - рабочий поршень; 4 - шток рабочего поршня (полый); 5 - противовесы; 6 - серьги (траверсы) равной длины; 7 - ша-туны равной длины; S - кривошип; 9 - Зубчатые колеса.

Рис. 8-5. Схема двигателя

Мейера фирмы Филипс . / - форсунка; 2 - камера сгорания; 3 - подогреватель воздуха; 4 - трубки нагревателя; 5 - ребра; 6 регенератор; 7 - трубки холодильника; в - буферная полость; 9 - противовес; 10 - зубчатое колесо; - кривошип; 12 - серьга вытеснителя; 13 - шатун вытеснителя; 14 - шатун рабочего поршня; /5 - серьга рабочего поршня; 16 - шток рабочего поршня; /7 - рабочий поршень; 18 - шток вытеснителя; 19 - полость сжатия; 20 - цилиндр; 21 - вытеснитель; 22 - вход воздуха; 23 - полость расширения; 24 - кольцевой бандаж нагревателя; 25 - выпускное отверстие для продуктов сгорания топлива.

265 кВт (360 л. с). Теоретически проанализированы двигатели большой мощности для морских судов и систем с ядерным реактором (Мейер, 1969-1970 гг.). Схема усовершенствованного двигателя Мейера показана на рис. 8-5. Двигатель имеет водяное охлаждение, а для нагревания используются природные топлива. Усовершенствованные двигатели этого типа работают при очень высоком давлении рабочего тела, в качестве которого используется не воздух, а водород или гелий. Использование указанных рабочих тел связано с тем, что теплофизические свойства водорода и гелия (удельная теплоемкость, удельная теплопроводность и вязкость) наиболее благоприятны для двигателей с вьюокой удельной мощностью.

50 -

30 -

I 20

	-42L
Воздух	ЮО об/мин	юоо\
		165 кВт (225лс) Нагреватель 700°С Температура охлажающей воды 25°С Давление газа 10,8 МПа(110кгс/см) 1 1 1 Г 1 1 1

Рис. 8-6. Сравнительные характеристики двигателей Стирлинга фирмы Фи-липс с различными рабочими телами: воздухом, водородом и гелием. Зависимость максимального эффективного к. п. д. Т1эф одноцилиндрового двигателя Стирлинга с ромбическим приводом мощностью 165 кВт (225 л. с.) от удельной мощности (мощность на валу, л. с/л) для трех различных рабочих

тел.

Результаты сравнительного анализа, проведенные фирмой Филипс для определения оптимального эс[)фективного к. п. д. в зависимости от удельной мощности двигателя для различных рабочих тел, даны на рис. 8-6. При низких значениях частот вращения и удельной мощности разница между приведенными зависимостями небольшая, но она становится заметной при больших частотах и высокой удельной мощности. Увеличение удельной мощности требует повышения частоты вращения, что в£дет к снижению Т1эф. Важно отметить, что исследования проведены для двигателей мощностью 225 л. с. в одном цилиндре. Преимущества водорода и гелия, хотя J являются значительными, не могут быть в такой же степени распространены на небольшие двигатели.

При использовании водорода или гелия проблемы уплотнений становятся очень трудными и занимают в исследовательских работах значительную часть времени. В двигателе Мейера фактически

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.