1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Новым достижением фирмы «Филипс» в последнее время явилось открытие некоторых гексагональных интерметаллических соединений, содержащих редкоземельные металлы с никелем или кобальтом и способных поглощать и выделять большие количества водорода при давлении в несколько атмосфер. Так, при давлении 245 кПа (2,5 кгс/см') и комнатной температуре плотность водорода в 1а%» почти вдвое превышает плотность жидкого водорода. Если бы это открытие могло быть доведено до коммерческого воплощения, оно оказало бы существенное влияние на решение проблемы загрязнения окружающего воздуха транспортными системами. Тогда водород («чистое» топливо) помимо двигателей Стнрлинга мог бы быть использован без каких-либо затруднений и в двигателях внутреннего сгорания (Мейер, 1970 г.).
В-3. КРИОГЕННЫЕ ГАЗОВЫЕ МАШИНЫ - На ранней стадии работ по двигателям Стирлинга Рнии и дю Пре заметили, что двигатель, если его вращать с помощью электродвигателя, может работать и в режиме холодильной машины. В 1945 г. на двигателе мощностью 0,735 кВт (1 л. с.), работавшем по циклу холодильной машины, была достигнута температура 83 К.
Послду щие исследования по криогеиным машинам с циклом Стнрлинга ю осле- относятся к работам самостоятельной группы, возглавляемой доктрром Келлером (1955 — 1960 гг.). Дальнейшие 25 лет показали значительные достижения отделения криогенных машин фирмы «Филипс», занявшего ведущее положение в криогенном машиностроении. Считается, что к технике низких температур относятся температуры ниже 100 К, при которых происходит ожижение таких газов, как метан, кислород, азот, аргон, водород, гелий и др. Келлер отмечал, что он сконструировал свою первую модель по типу рядного воздушного двигателя и в 1950 г, добился достаточно низкой температуры, при которой можно было уже получить жидкий воздух.
К 1954 г. криогенная газовая машина для ожижения воздуха уже работала (рис. 8-10) с производительностью 7 л/ч. Это была одноцилиндровая машина вытеснительного типа с приводом от электродвигателя. Головка цилиндра охлаждалась в про1аа /а4 вакса,ш 1О»б 97 цессе Расширении рабочего тела (водорода или гелия). Атмосферный воздух при прохождении через большой теплообменник соприкасался с холодной головкой машины и постепенно охлаждался до температуры ожижения. Содержащаяся в воздухе влага и углекислота осаждались на пластинах вымораживателя. Образовавшиеся лед и твердую углекислоту необходимо было, удалять (при- о о х сь м Рис.
8-10. Схема газовой криогенной машины, работающей по обратному циклу Стирлинга. à — рабочий поршень; т — рукав для слива жидкого воздуха: ив полость сжатия; 4 — холодильник,' 5 — регеиератор; б — вмтеснитель: 7 — конденсатор; и — полость расширения. и ш а близнтельно через каждые 100 ч) в процессе «размораживания» мащины, который занимал около 2 ч. Впоследствии в установку для ожижения воздуха была введена воздухоразделительная колонна. В атом случае на установке можно получать азот высокой чистоты с производительностью 5 — бл/ч.
Наряду с воздухоразделительными колоннами были разработаны также и четырехцилиндровые варианты машин для ожижения газов с производительностью около 4000 л жидкого, азота в неделю, Эти машины в периоды между «разморозками» могут работать автономно до двух недель. 1'/тчв 98 Получил распространение и другой ожижитель газов со второй„ дополнительной полостью расширения. Наименьшая температура, которую можно получить на этой машине, составляет 12 К. В такой машине достигается одновременное охлаждение на двух температурных уровнях: от 12 до 40 К в холодном теплообменнике и от 50 до 80 К вЂ” в среднем. Эта машина обеспечивает основной температурный контроль системы, предназначенной для исследовательских работ при криогенных температурах, а также входит в уогановку фирмы «Филипс», объединяющей водородно-неоновый ожижитель и реконденсатор.
Применяется машина и как составная часть си- Л т)lтгя,% 6 ОО~ го моо Ф яг я а зо арго 0 80 Темперашура З00 К оо о 00 о Ю зо ~ Ряс. 8-12. Харавтернстяян большой криогенной машнны. о тоо жо гоо гоо папосгпи расшаренаятегГ стемы для ожижения гелия, включающей расширительную установку Джоуля — Томсона. Имеющиеся сейчас в продаже криогенные газовые машины отличаются от первоначально созданных ожижителей своими меньшими или большими размерами. Такие миниатюрные криогенные машины разработаны для охлаждения инфракрасных детекторов и других устройств электронной аппаратуры (как, например, для охлаждения сверхпроводящих материалов); они используются как крионасосы, а также для переконденсации криогенных жидкостей. Одноступенчатые машины позволяют обеспечить температуру охлаждения до 30 К, двухступенчатые — до 20 К.
Сделана оценка и трехступенчатому варианту машины, в которой была достигнута температура 7 К. Были разработаны также и очень небольшие машины с общей массой около 1 кг (Даниэльс и дю Пре, 1971 г.) (Пап(е1з, дп Рге). С другой стороны, Дросом (1)гоз, 1965 г.) описана большая промышленного типа криогенная газовая машина (рис. 8-11). Ее характеристики приводятся на рис. 8-12. Машина представляет особый интерес, поскольку она единственная из числа машин фирмы «Филипс», выполненная не по одиоцилиндровой схеме и не относящаяся к вытеснительному типу машин.
Это машина — двухпоршневого типа с гидравлическим приводом поршней; такая компоновка обеспечила значительное увеличение «производительности» по сравнению с машинами вытеснительного типа. Она предназначена не для лабораторных целей, а для промышленного использования и работает с высокой надежностью длительное время без ремонта. Предполагается, что машина найдет применение при ожижении и переконденсации природного газа, выкипающего из больших резервуаров, и в морских транспортах.
Келлер и его коллеги подчеркивают важную роль регенератора для криогенных газовых машин. Значимость регенератора для низкотемпературных машин намного выше, чем' для двигателей. Келлер отмечает, что снижение эффективности регенератора на 1% приводит к 21% потерь идеальной холодопроизводительности при температуре расширения 75 К*, которые возрастают до 98% при температуре расширения 20 К**. В процессе работы над большими промышленного типа криогенными установками фирмой «Филипс» была разработана машина с ромбическим приводом. Позднее от нее пришлось отказаться в пользу двухпоршневой гидравлической машины Дроса, описание которой было дано выше.
Производство машин с ромбическим приводом было продолжено компанией «Веркспур» (»Уегкзроог), и некоторое количество таких машин было продано в конце 60-х годов акционерным обществом С. У. 1. з-а. лицвнзии язирмы аеилипс» В 1958 г. фирма «Дженерал моторс» приобрела лицензии фирмы «Филипс» и проводила различные исследования и разработки вплоть до 1970 г.
[Хефнер, 1965 г.), Паст и Уайтакер (Раз(е, %01(акег, 1961 г.), Агарвал, Муни и Топел (Аяапча1, Моопеу, Тоере1, 1969 г.), Лайниш н Вад (1лепезсг, '1йгаде, 1969 г.). Позднее лицензии приобрели: группа по изучению двигателя Стирлинга МАН-МВМ, Штутгарт, 1967 г., фирма «Юнайтед Стирлинг АВ» в Мальме (Швеция, 1968 г.) и фирма «Форд мотор компани» (Детройт, 1972 г.) (Рогд Мо1ог Сошрапу).
Все эти лицензии относятся к двигателям. Насколько известно, специальных лицензий по криогенным газовым машинам нет. Изготовлением и распространением этих машин занимается сама фирма «Филипс». * Температура янпення жадного воздуха. (Прим. пере«.) ** Температура кипения жидкого водорода. (Прим. пере«.) ТЙАЕА Девитдй ПРИМЕНЕНИЕ МАШИН, РАБОТАЮЩИХ ПО ЦИКЛУ СТИРЛИНГА Для определения потенциальных возможностей машин Стирлинга необходимо рассмотреть их достоинства и недостатки. эл.
ДОСТОИНСТВА К положительным сторонам двигателей Стирлинга могут быть отнесены следующие: двигатели Стирлинга работают без шума и вибраций; при сжигании любого вида топлива степень загрязнения окружающей среды низка; в двигателях возможно использование теплоты, подводимой от любого источника, включая аккумулированную тепловую энергию от периодически действующего электрического (или использующего сжигание топлива) источника питания, а также концентраторы солнечной энергии, радиоизотопные или ядерные источники теплоты. При усовершенствовании двигатели могут иметь ббльшую, чем бензиновые двигатели внутреннего сгорания, удельную мощность, а также быть сравнимы по экономичности в режиме частичной нагрузки с дизельными двигателями. Двигатели Стирлинга имеют больший эффективный к. п.
д., чем любой другой преобразователь тепловой энергии. При частичной нагрузке у них очень хорошие характеристики крутящегомомента, а равномерность крутящего момента за цикл более высокая, чем у любого другого поршневого двигателя, за исключением, возможно, паровой машины двойного действия. Продукты сгорания топлива не контактируют с движущимися частями, обеспечивая минимальный износ и, следовательно, большой ресурс работы и легкость в эксплуатации. В процессе эксплуатации потребление смазочных материалов (дорогостоящих продуктов) может быть практически исключено, а их замена потребуется лишь через очень большой промежуток времени. Двигатели Стирлинга имеют множество разновидностей; некоторые из них чрезвычайно простьц диапазон их мощности простирается от нескольких долей вахта (в одноцилиндровых двигателях в детских игрушках) до двигателей, по-видимому, неограниченных размеров с мощностью в тысячи лошадиных сил в одном цилиндре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
