1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Они могут быть использованы в качестве приводных двигателей криогенных газовых машин или тепловых насосов. Как криогенные газовые машины они являются лучшими с точки зрения габаритов и характеристик, чем любые другие системы открытого цикла.
Р-2. НЕДОСТАТКИ Основными недостатками машин Стирлинга являются их сложность и высокая стоимость усовершенствованных вариантов. Более простые варианты двигателей дешевле, но имеют меньшие, чем 102 у двигателей внутреннего сгорания, эффективный к. п. д. и удельную мощность. Сейчас представляется маловероятным, чтобы удельная стоимость усовершенствованных двигателей Стирлинга (цена на единицу мощности) снизилась до значений, характерных для дизельных двигателей, даже при условии снижения цен, зависящих от количества выпускаемой продукции. Разработка двигателей Стирлинга с высокими эффективным к.
п. д. н удельной мощностью сталкивается с серьезными проблемами по теплообмену и технологии изготовления уплотнений с точки зрения как материалов, так и конструкции. Ниже в данной главе будут кратко рассмотрены основные трудности, встречающиеся при разработке этих машин. Нагревании. Высокотемпературные теплообменники являются, возможно, основной проблемой для двигателя. Отдельные элементы такого теплообменника должны постоянно работать при максимальной температуре цикла, и для обеспечения высокого значения эффективного к. п.
д. должны быть созданы высокотемпературные сплавы или керамические материалы. В то же время внутренний свободный объем, составляющий часть мертвого объема машины, должен быть минимальным. При малом рабочем объеме поверхность теплообмена также мала и вследствие этого плотность тепловых потоков очень велика. Одним из способов разрешения этой проблемы является использование тепловых труб (см. гл. 8), работающих по принципу теплового трансформатора. Для достижения высокой удельной мощности двигатель должен'работать при высоком давлении рабочего тела, используя для этой цели водород или гелий, а не воздух. Однако при высоких температурах и давлениях большинство конструкционных материалов до некоторой степени проницаемо для этих газов. Таким образом, в высокотемпературных теплообменниках имеются отдельные узлы, постоянно работающие в условиях температур, близких к предельным по конструкционной прочности материалов, а также при циклически изменяющемся высоком давлении и пульсирующем потоке водорода или гелия.
Эта проблема охватывает новые области в технологии материалов, изготовления и сборки, а также тесно связанные сними вопросы по теплообмену и гидравлике конструкции. Основной высокотемпературный теплообменник (нагреватель) включает также и вспомогательный для предварительного подогрева поступающего воздуха продуктами сгорания топлива; это является очень важным и необходимым процессом, уменьшающим тепловые потери с выхлопными газами для достижения высокого эффективного к.
и. д. двигателя. Процесс подогрева должен осуществляться в основном при атмосферном давлении, так что плотность поступающего воздуха и выхлопных газов относительно низка. Поэтому для достижения требующейся высокой эффективности подогреватели воздуха необходимо иметь значительную площадь поверхности теплообмена. Условия высокой удельной мощности налагают ограничения на габариты и массу теплообмеиника„поэтому здесь требуется тщательно продуманная конструкция. По принципу действия здесь может быть использован любой из двух типов теплообменников, как рекуперативный, так и регенеративный.
Охыждение. 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 подводимой 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 температурыохлаждающей жидкости улучшает эффективность двигателя. В противоположность этому в двигателе Стирлннга 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 атмосф ры). 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 высоко- температурном теплообменнике, усталостные разрушения как следствие знакопеременных напряжений, уравновешиваемость, управление и регулирование, а также обычные проблемы, связанные с подшипниками и смазкой. Р-З. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ Р-3-т. Автомобипьные двигатеии 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 Стирлннга в широком масштабе.
Несмотря на затраченные огромные усилия в этой области, оцениваемые приблизительно в 2000 человеко-лет, можно провести простое сравнение с затратами, вложенными в развитие двигателей внутреннего сгорания. Ежегодно только в фирме «Дженерал моторс» в разработке двигателей внутреннего сгорания участвуют тысячи инженеров.
Общеечисло людей, связанных с созданием двигателей внутреннего сгорания, начиная от профессоров университетов, конструкторов, производственного и эксплуатационного персонала и кончая вновь принятыми учениками-автомеханнками, 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 уделяетпристальное 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- ю 73 5 кВт (100 л.
с.) и 147 кВт (200 л. с.). ных двигателей мощностью 73, к т ...с. лет должны ныть пер б просе, но к г. 1980 . двигатели Стирлннга на г уже не. новостью. 9-3-2. Криогенные газовые машины » к к иогенным газовым маши, р нам абоИнтерес фирмы «Филипс» к кри п оявился фактически тающим по обратному ц у икл Стирлинга, пр азработке двигателей на учайно " был иобо у чным спехом при разр мы ра виней стадии их разв ития. Семеиство кри по ководство ом Келлера, и теперь и Ф липс» разрабатывалось д ру ее место в любом каталог они занимают ведущее мест вели к развитию и соответКр риогенных установок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
