1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Эт . Эти машины прив о дования. »аеис . Д " твительно как сейчас сгву вующего криогенного об ру ль пол ченная отдело м криогенной техники предполагается, прибыль, у (Сгуояешс 1»еу1з)оп), ф фактически окупила в й. Т 1 криогенных газовых малнис» на нсследованн д рь я вигателей. ипы шин, предлагаемых покуп т кий диапазон »1ннюттор~ы~ д в доли ватта до больши р х и омышленных ько киловатт. н . В астоящее время рынок в одительностью в нескол и сп ос удовлетвор яется существующими сбыта довольно ограничен р машинами.
во я их материалов, работающих при С появлением сверхпроводящих м использовании ниболее высоких темпер ур ат ах, и возрастающем разнообразные возможф акрасной техники, вер оятно, появятся ра ра небольших криогенн ых машин. Для этих н ости для применения н еньшие по габаритам, , более дешевые и более целен нотр уютен мень гнхж м е е то- (Ь!ог(Ь АшеНсаи РЬШрз) ряд других,„ирм так т 1Ь 1.Ь 1 ' Ь) Л) Х ногенными машинами; к ним зэй- 1 ш м Са1Когша) Н~ы~~ю других кра » афт» (НпяЬез А1гсгаП Сошрапу 1оги' ф м также проявляют инт р " об стн. е ес в этой области.
фирм 9-3-3. Рефрнжераторные установим м г т обеспечить охлаждение н на любом Машины Стирлинга могут в иапазоне от темпе ратуры окружающей т емпературном уровне в д кого к абсолютному нулю. Они с успехом ср еды до уровня близког ых ижераторных у более высоких темп р тур х онн ра у атурах меньших 100 К Р ны, хотя, собственно, практически неизвестны, , об ения при температурах, ий не применять нх для охлажд скнх основани н жающей среды. близких к температуре окружаю 106 „н кн (Р)п(«е)з(е)и, Ро!апй1) в 1939 "' Финк ьштейном и Подписки 1п н „ндровой машины ие ха актеристик двухц б ло проведено сравнени Р . ы парокомпрессионного С ирлинга и обычной ы холодильнои машин га т , что и оизводнтельн ность машины Стирлин итн па. Они определили Р бычной, но она Увелич- 230 К ниже чем ла пр и температуре более я темпе атуры.
. Исследуемая машина бы вается юй-либ мж~ю~ ольших затратах з как из готовлена при н ольш т к ии. о-види мому, выполнен очень не- б хара большой объем эксп р е нментальных ра от п овкам с машинами р- титемпературным рефриж р р е ато ным устано линга. о ильиая устаиовка (четырехцилиийРис. . 9-1. Передвижиая холодильиая иляий с об атиым циклом тирл ровая устаиовка р етнческн) возможности передвижных си- О овываясь на установке юсой шайб (рнс 9- клом Стирлинга.
сн в -1 работающей по схеме ни с приводом от х и ожно предположить з начительн ю эконо мию в массе и габарита истин по сравнению с обычными пароком- па без снижения характер инами. По-видимому, установки такого тип ня п ресснонными машина ективными для си т с ем кондиционнрован е п едставляются перси о ожном нли авт омобильном транспорт, воздуха на железнод р о-транспортных машин ах а также для систем охлажй ения на военни военно-морских судах. й конднционирования воздуха об енная на рис 9 2 Эта ком ной становкой для к н биявляется сдвоенная ма шина, из раж по водом тепловой энернация состоит из теп лового двигателя с д вой машины; мощное ть двигателя расходует ся гии и холодильной газо а- " машины, установле нный на общем коленчтом валу.
В этой уста на Р д д новке может ыть и опливо, и она являетс я образное, так и жидкое у глеводородное т й машине. Предварительальтернативой а с бсорбционной холодильной м 107 г 55 57 5 1 Рис. 9-2. Сдвоенная установка для коидипионирования воздуха с использованием газообразного топлива для двигателя. ( — полость расширения; 2 — полость сжатия; 3 — регенератнвный вытесиид Е 7 тель; 4 — приводной механизм; 3— рабочий иоршеньи и — система охлажпрп темпе ат е ок жаю ей денна (теплота от установки отводится и п температуре окружающей среды); 7 — нагреватель (теплота от сжигаии» подводится при высокой температуре); д — очладитель (воздух охлаждается в верхней зоне полости расширеиия).
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 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 «Филипе> отказа- 7 с изотопным Рис. 9-3, Схема энергосистемы источником.
1 — члентрнческий генератор; 2 — двигатель Стирлкнга: 3 — зона конденсации тепловая трубы; 4 — теплова» изоляция; Б — зона испарения тепловой трубы; 6 — источник знергви — матрица с изотопным топливом; 7— биологическая защита; а — противопожарная и противо- ударная защита; У вЂ” система теплообменников охлаждения (тепловая труба (с конденсацией фреона); 10— регулирование температуры и теплоабменник отвода теплоты (газовая секция двухфазной двухкомпанентной тепловой трубы), Р-3-4.
Элеитрогелераторы малой мощности Существует много областей применения для электрогенераторов малой мощности, способных работать автономно в отдаленных районах в течение длительного времени. Уровень 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 злектрогенератор 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- 108 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 (Са!иагу) по просьбе Управления по атомной энергии Канады в !969 г. Предполагалось, что в качестве топлива будет использован аоСо, в результате радиоактивного распада которого выделяется тепловая энергия с общим коэффициентом,преобразования энергии около 20%. Период полураспада изотопа 'оСо 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 еоСо диаметром 6,35 мм и такой же толщины, содержащихся в матрице из урана и заключенных в соответствующую металлическую оболочку. Гамма-излучение еоСо 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 жидкометаллического теплоносителя в системе тепловых труб, соединяющих источник энергии с двигателем Стирлинга, служащим приводом электрогенератора и расположенным за свинцовой защитой. Можно и было бы расположить двигатель и электрогенератор рядом с истон ком теплоты, но это повлекло бы эа собой увеличение необходи- чмой массы свинцовой защиты до значения, большего максимальной нагрузки крупнейших вертолетов. По крайней мере, необходим один изгиб тепловой трубы на 90' для предотвращения радиоактивного свечения из-за гамма-радиации вдоль трубы.
Использование тепловой трубы представляется выгодным, так как это уже готовое устройство для «сброса» избытка тепловой з11ергии. Автоматический сброс теплоты необходим как мера безопасности в случае заедания (или, другими словами, останова двигателя) для предотвращения перегрева (и возможного испарения) источника энергии,'с последующим выделением радиоактивных продуктов. Отводимая от источника тепловая мощность вначале больше расчетной на значение, достаточное для компенсации постепенного уменьшения тепловыделения из-за конечного периода полураспада изотопа. Для н5Со с 5-летним периодом полураспада тепловая мощность падает приблизительно на 25% в конце 2,5-летнего периода. Предлагаемая тепловая труба является двухкомпонентной двухфазной системой, состоящей из газообразного компонента с низким коэффициентом теплопроводности и двухфазного парожидкостного .„ металлического теплоносителя (второй компонент) с высоким коэф- .. фициентом теплопроводности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
