1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 19
Текст из файла (страница 19)
в одном цилиндре. Преимущества водорода и гелия, хотя ) 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 Таблица 8-! Токсичные компоненты Гввовии тур- ские Двнгвтель Стирлиигв Дизель 0,2 — 5,0 0,6 †!2,0 0,4 — 2,0 О,! — 0,3 0,003 †,006 0,7 — 0,02 2,0 — 3,6 0,036 0,7 — 2,0 СО С Н„ !ЧОл 93 имеются две различные проблемы уплотнений: во-первых, обеспечение уплотнения для штоков рабочего и вытеснительного поршней с целью предотвращения утечек рабочего тела в картер; во-вторых, уплотнение рабочего поршня от утечек газа нз рабочей полости в буферное пространство; в несколько меньшей степени существует и проблема уплотнения вытеснителя, Решения этих проблем были найдены в использовании гидравлического уплотнения типа «выворачнвающегося чулка» (рис.
8-7) для штоков поршней и в применении несмазывающихся уплотнительных колец на основе тефлона для рабочего поршня и вытеснителя. Много усовершенствований было внесено и в конструкцию теплообменников, особенно нагревателя и подогревателя воздуха, от которых требуется высокая эффективность для уменьшения потерь Рис.(8-7.
Схема чулочного уплотнения. 1 — регулирующив илвпви; у — мвслоуплотннтельиае колыто; 3 — масло; Š— шток; 5 — чуло шов упнотиеиие;  — гвз. теплоты. Другие важные усовершенствования касались способа регулирования двигателя. Регулирование изменением подачи топлива приводит в конечном итоге к изменению температурного режима двигателя, но из-за высокой тепловой инерции это изменение относительно медленное. Почти мгновенное регулирование двигателя достигается в усовершенствованной системе изменением давления рабочего тела в цилиндре, включая и процесс торможения с помощью переиускного клапана сброса давления, перекрывающего рабочую и буферную полости. Рост общественного внимания к проблемам загрязнения окружающего воздуха сфокусировало усилие инженеров фирмы «Филипов на возможностях использования двигателей Стирлинга для автомобилей.
Характеристики двигателя Стирлинга по токсичным компонентам в выхлопных газах весьма благоприятны в сравнет ' нии с характеристиками газовых турбин и дизелей; это иллюстри- ' руст табл. 8-1, где количества компонентов (СО, С,Н„и )ч(0„) в выхлопных газах, выбрасываемых в атмосферу, даны при полной нагрузке двигателей. Практическое отсутствие окиси углерода и различных несгоревших углеводородов в выхлопных газах двигателя Стирлинга объясняется тем фактом, что процесс горения осуществляется в камере с высоконагретыми стенками непрерывно, а воздух может подводиться в любом избыточном количестве; это исключает возможность наличия части несгоревшего топлива в выхлопных газах.
Неясно, однако, почему, несмотря на относительно высокую температуру в камере сгорания т, снижается образование закиси ЩО) и окиси азота (ЫО); но даже эти низкие значения окислов азота могут быть уменьшены не менее чем на 80% путем относительно простой, но целесообразной рециркуляцни около т/з всего количества выхлопных газов в зону горения. Сравнительные данные по содержанию токсичных компонентов в выхлопных газах рлзличных двигателей Содержеиие тонсичиык компонентов мг/(л. с. с.) Применительно к городскому транспорту рядом авторов были отмечены и другие достоинства двигателей Стирлинга [Нилен ()ч(ее!еп), Ортегрен (Ог1еягеп), Кульман '(КцЫшап), 'Захариас (лас(!аг(аз), 1971 г.): 1) двигатель работает без вибрации; уровень шума из-за отсутствия клапанов и периодических вспышек топлива, вызывающих резкое повышение давления, ниже по сравнению с шумами.в дизелях того же класса на 20 — 40 дБ; двигатель может быть полностью уравновешен; 2) эффективный к.
п. д. и удельная мощность сравнимы с аналогичными величинами в дизелях; особенно хорошие показатели по эффективному к. п. д. двигатель имеет при частичных нагрузках; 3) при торможении максимальный отрицательный крутящий момент может достигать 80% номинального крутящего момента двигателя при полной нагрузке; з Температура в камере сгорания двигателей Стирлингв примерно 2000'С. (Прим. перев.) Число цилиндров Система сгорания Топлива Диаметр цилиндра и ход поршня Общий вытесняемый объем цилиндров Рабочее тело 4 Внешняя Дизельное ))Х3=77,5Х49,8 мм 940 см» Гелий Максимальная полезная мощность Среднее давление рабочего тела 162 кВт (220 л.
с.) при 300 об/мин 21,582 МПа (220 кгс/см») 73,55 кВт (100 л. с.) при 3000 об/мин 10,79! МПа (110 кгс/см») 973 К (700'С) по окончатель- ным данным Максимальная полезная мощ- ность Среднее давление рабочего тела по предварительным дан- ным Номинальная температура нагре- вателя Номинальная температура ради- атора Максимальный крутящий момент Эффективный к. п. д. Система смазки 333 К (60'С) Система очистки масла Охлаждение Сухая масса Габариты (длина Х высота) 760 кг !250Х1100 мм 4) двигатель имеет широкий диапазон изменения частоты вращения и благоприятные характеристики крутящего момента, что позволяет использовать простую трансмиссию; 6) практически отсутствует расход масла; необходимость в его замене появляется крайне редко; 6) возможны хорошая приемистость и быстрый выход на режим; 7) двигатель обладает способностью работать на' разнообразных жидких и газообразных топливах; 8) двигатель надежен и имеет длительный ресурс работы; ' 9) двигатель нечувствителен к загрязнению пылью или различными солями, содержащимися в атмосфере.
Рис. 8-8. Общий вид четырехцилиндрового однорядного двигателя Стирлинга модели 4-235. Четырехцилиндровый двигатель мощностью 147 кВт (200 л. с.), предназначенный для автомобиля, показан на рис. 8-8; некоторые его основные технические данные приведены в табл. 8-2. В целях проверки его характеристик и демонстрации работы прототип дви. гателя был установлен на городском автобусе; фирма «Юнайтед Стирлинг» в Мальме (Швеция) по лицензии фирмы «Филипс» сможет начать изготовление этого типа двигателя в 1974 г.
с переходом на серийное производство в 1976 г. 0 цене двигателя не сообщается, но можно предположить, что она будет выше стоимости дизельного двигателя такой же мощности. В автобусе городского типа стоимость двигателя составляет приблизительно !0% всей его стоимости, и вполне вероятно, что те преимущества, о которых говорилось выше, будут настолько значимы, что позволят увеличить стон- Таблица 82 Краткие технические характеристнни двигатели Стирлинга типа 4-285 фирмы Филипс 343 Н м (35 кгс м) при 1000 об/мин 30% при 1000 об/мин Сухая смазка с маслосборииком и про- дувкой Перепускиая с заменой Водяное с центробежным насосом мость автобуса на 10%, т. е.
увеличить стоимость двигателя по сравнению со стоимостью дизеля в 2 раза. Последующие поколения двигателей находятся на стадии усовершенствования. Это компактные, высокого давления двигатели Рнии, в которых могут быть получены показатели по удельной мощности, сравнимые с показателями бензиновых двигателей, а эффективные к. п. д. — с к. п.
д. дизелей. Схема двигателя такого типа показана на рис. 8-9. Эта машина с системой непрямого подвода теплоты, работающая по принципу «фитильного термосифона» или «тепловой трубы». Применение этой системы фирмой «Филипс» было вызвано необходимостью решения проблемы получения плотного теплового потока в нагревательных трубках для компактных, с высоким давлением рабочего тела двигателей. Тепловая труба представляет собой некое устройство для передачи теплоты при условиях, близких к изотермическим, с плотностью теплового потока, превышающей в несколько тысяч раз плотность потока при передаче теплоты стержнем, изготовленным из чистой меди. Тепловая труба выполняется в виде замкнутой герметичной полости, внутренние стенки которой покрыты пори- етым материалом; покрытие называется фитилем.
В полости трубы содержится теплоноситель, испаряющийся в горячей зоне и конденсирующийся в холодной; образовавшийся пар из горячей зоны движется в холодную, из которой сконденсированная жидкость по фитилю вновь возвращается в горячую зону. Из-за скрытой теплоты парообразования и конденсации тепловой поток от горячей зоны к холодной очень большой. Тепловая труба позволяет поглощать теплоту из камеры сгорания или от другого теплового источника с низкой плотностью теплового потока, фактически не ограниченного, поскольку площадь теплообменной поверхности трубы можно предусмотреть достаточно большой; в целом может быть получен очень большой тепловой поток.
Одновременно теплота от трубы может подводиться к двигателю с очень высокой плотностью теплового потока н практически при той же температуре, при которой подводится к трубе. Для температур, представляющих интерес для двигателей Стирлинга (700 — 800'С), подходящим теплоносителем для тепловой трубы является жидкометаллический Ха. Использование тепловой трубы снимает опасность местных перегревов, имеющих место в обычных трубках нагревателя с высоким давлением рабочего тела, и, следовательно, появляется возможность увеличить на 50 — 75'С максимальную температуру в цикле, что приведет к увеличению мощности Рне. 8-9.
Общая «кена ео Двигатели и повышению его к. п. Д. нершенетвовенного днйга- К тому же площадь теплообменной потелк Ренн двойного дейст- верхности тепловой трубы, соприкасаювнн е косой шайбой н не- щаяся с продуктами сгорания, может нРкнмн нйгРенон быть достаточно большой, что повысит I — косая шайба. эффективность камеры сгорания. Это дает также возможность уменьшить температуру в камере сгорания и резко снизить содержание ХО„в выхлопных газах. В двигателях Стирлинга подвод теплоты осуществляется косвенным способом, через стенки нагревателя, благодаря чему двигатель может работать практически от любого источника энергии. Одной из таких возможностей является применение теплового аккумулятора, который можно заряжать электроэнергией ночью, а днем использовать для работы двигателя Стирлинга.
Фирма «Филипс» исследовала такую возможность, использовав в качестве теплоаккумулирующего материала фтористый литий. Она пришла к выводу, что тепловой аккумулятор пригоден для использования в транспортных системах, в городских автобусах, такси и автомобилях. Во многих отношениях это предпочтительней электроавтомобилей, использующих электроаккумуляторы (Мейер, !970 г.). Другая идея фирмы «Филипс» касалась изучения использовании водорода как топлива для нагрева двигателя Стирлинга. Достоинства водорода как топлива в том, что продуктом его сгорания является только вода и вследствие этого проблема токсичности выхлопных газов отпадает. Главная трудность при использовании водорода для автомобилей заключается в его хранении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
