1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 27
Текст из файла (страница 27)
На рис. 10-8 показан опытный вариант гибридного двигателя, сконструированного в университете Калгари, в котором был использован обычный картер от серийно выпускаемогоодноцилиндрового двигателя фирмы «Хонда» (Нопг)а). Этот двигатель был куплен за 97 долл. в 1970 г., и, по крайней мере, половина его узлов была Ш.7 Схема гибридного двигателя Стирлинга, выполненная ио типу обычных Ч-образных двигателей. 7 — камера сгорания; 7 — тепловая труба с жидкометаллииескнм теплоносителем; В— тепловая иволяпия; 4 - - полость расширения; 6 — свободно движущиеся вытесннтель; 6 — полость сжатия; 7 — поршень;  — системе оклаждения; р — буферна» полость, заменена с целью приспособить его для работы в качестве преобразователя. До сих пор гибридный двигатель сэлектроподогревом не показал удовлетворительной работы из-за того, что после нескольких оборотов нарушается фазовое смещение поршней.
Двигатель не имеет предпочтительного направления вращения и работает одинаково хорошо (или, возможно, плохо) при любом направлении вращения. Кроме того, на ранней стадии разработки двигатель имел неудовлетворительные характеристики при астапове в одном направлении и повторном пуске в другом. Ожидается, что все эти проблемы по мере понимания работы двигателя будут разрешаться. Общий вид возможного варианта гибридного двигателя показан на рис.
10-7, где дано поперечное сечение обычного двигателя внутреннего сгорания, выполненного по схеме Ч8 и переделанного в гибридный двигатель. В схеме предусмотрена общая камера сгорания (по типу камер авиационных двигателей), соединяемая с каждым из цилиндров тепловыми трубами с жидкометаллическим теплоносителем. Буферные полости всех цилиндров объединены в один общий объем. Для двигателя с номинальной мощностью 14,7— 22 кВт (20 — 30 л. с.), что составляет десятую часть мощностидвигателя т/8, рабочим телом может быть воздух с давлением в несколько атмосфер.
Ожидается, что эффективный к. п. д. будет составлять примерно 20%. ТБ.З. ДВУХИОМПОНЕНТНЫЕ ДВУХФАЗНЫЕ РАБОЧИЕ ТЕЛА Как одна из возможностей повышения давления для увеличения удельной мощности двигателя в университете Калгари исследовалось двухкомпонентное двухфазное рабочее тело. в Из анализа, проведенного ранее по теории Шмидта, ясно, что одним из З7 7,5 путей повышения удельной мощности данного двигателя является увеличение либо среднего, либо максимального дав5Д5 лення рабочего тела. Экспериментально Э 5 гзьь»ие доказано, что повышение выходной мощаиле- ' ности двигателя с ростом давления фактически линейно; однако существует хотя и слабая, но прогрессирующая 85 50 тенденция уменьшения коэффициента пропорциональности из-за ограничений аа по теплообмену и эффектов внутреннего заале трения.
Физическое объяснение повыше- ния мощности при увеличении давле:с иие 1 — ния может быть получено при рассмот- Рмиь 1 объем(лраизаальиыееа~иацы) Ренин Рнс. 10-8. Схематично изображен- ная диаграмма характеризует такую 10 8 Влияние Тривия машину, в которой отношение объемов среднего давления на диа- Умань/Умна, равное 2, связано с отноназон изменения давления шепнем давлений р„„,/р„„„, равным 2,5. "' '"х'Д" (',ьо вольно~"~ ПЕРВОМ ПрИбЛИжЕНИИ УВЕЛИЧЕНИЕ даз- )~ "'" 9"8"". 1) лени не должно влиять на огпноитениа давлений, но оно влияет на диапазон их изменения.
В этом случае, как видно из диаграммы, увеличение среднего давления от 1,75 до 5,25, т. е. в 3 раза; ведет к увеличению диапазона изменения давления от начального его значения, равного 2,5 — 1 = 1,5, до значения (?,5 — 3) = 4,5, т. е. также в 3 раза.
Тогда как опгношениедавлений неизменно; диапазон изменения давления растет и площадь в и, У-координатах увеличивается; вследствие этого производится ббльшая работа и удельная мощность возрастает. Повышение удельной мощности при увеличении диапазона изменения давлений может быть достигнуто при условии возможности увеличения отношения объемов У„,„,/У„„„. Однако трудно создать машину с отношением объемов, большйм чем 2,5: 1. При использовании газообразного рабочего тела единственным способом 128 привести к расширению диапазона изменения давлений.
Простейшая иллюстрация влияния этого эффекта приведена на рис. 10-9. В этом случае среднее Рабочее Давление )э,р выше, чем пеР- воначальное давление йаполнения р„,„, определяемое у «холодного» (неработающего) двигателя, когда компонент, способный к фазовому превращению, находится в жидкой фазе. Отношение давлений р„,„,/р„„а н диапазон изменения давления выше, чем в случае использо- м 3 а вания днокомпонентного однофазного ббьем 1праизбольньм единицы рабочего тела. Выходная мощность УвеличиваетсЯ и УлУчшаетсЯ теплопе- Рис. 10-9. Вливние двУхРедача вследствие процессов испарения фазногодвухиомнонентного и конденсации. рабочего тела на диапазон изменения давления и на Предварительные расчеты, весьма идеализированные, показали существен- гателя. ное увеличение удельной мощности (приблизительно в 2 — 3 раза) от применения двухфазного двухкомпонентного рабочего тела. В настоящее время в качестве такого рабочего тела изучается вода н воздух, но нет никаких причин, чтобы не использовать другие компоненты при условии, что онн будут предпочтительней с точки зрения термодинамики и экономически доступны.
Гибридная машина (с использованием в основном обычных узлов двигателя внутреннего сгорания и работающая при умеренных средних давлениях двухфазного двухкомпонентного рабочего тела) может привести к созданию недорогого высокоэффективного двигателя Стирлинга. расширить диапазон изменения давления является повышение среднего давления. По этому направлению следует фирма «Филипс», и как результат — появление машин с давлением водорода или гелия до нескольких сотен атмосфер. Другой возможностью для увеличения диапазона изменения давлений (но при низком среднем давлении) является -использование рабочего тела, изменяющего фазовое состояние при переходе из полости сжатия в полость расширения, т.
е. перехода рабочего тела из жидкого состояния в парообразное. Для любога конкретного рабочего тела при температуре меньше критической удельный объем насыщенной жидкости значительно меньше удельного объема насыщенного пара. Использование рабочего тела с фазовыми переходами может, таким образом, дать тот же эффект, что и увеличение отношения объемов У„,„,/У„„а, т.
е. 1Е-4. МАШИНА ВКТЛЕМЬЕРА Машина Вюлемьера (Чп(1!епш(ег), относящаяся к одному из видов криогенных газовых машин с подводом теплоты, получила развитие в США недавно; ее принцип действия был описан Финкельштейном (1970 г.) при обзоре работ Мэйджи и др. (Мадее е. а., 19б9) и Питчера и др. (Р11с)7ег е. а., 1970 г.). Схема машины Вюлемьера изображена на рис. 10-10 и по своему замыслу подобна сдвоенной машине, описанной в гл. 9.
Она имеет один картер и состоит из двух цилиндров с вытеснителями, один из которых больше другого. Вытеснители имеют общий коленчатый вал и вследствие этого их движение одновременное, но со сдвигом по фазе. На рисунке показаны регенеративные выте- 7 снители, но могут быть использованы в одном нли обоих цилиндрах и обычные.
Для их привода к коленчатому валу подводится внешняя работа. Ф! Необходимо отметить„что подч водимая к машине мощность 3 очень мала, поскольку тре- буется работа только на пре- РИС, 10-1О. СХЕМа МйШИНМ Впало- одоление внутреннего трения в пьера. рабочем теле и механического прн высокой температуре; 2 — отвод теп- ТРЕНИЯ ДВИжуЩИХСЯ ЧНСТЕй. латы не окружающей среды прн ннакой температуре в полость расшнрення; 3 — ВНЕШНЕЙ рабОТЫ для СжаТИя отвод теплоты в снстему ахлаждення прн или расширения рабочего тела атмосферной температуре; 4 — подвод внешней механической рабаты; б — репе на уп77абубп7ся, она нужна лИшь для вытеснения рабочего тела из одной полости в другую.
В машине помимо двух регенераторов имеются еще три других теплообменника: нагреватель на головке большого цилиндра, морозильная камера на головке малого цилиндра и холодильник в нижней части цилиндров, расположенный вне картера; картер в этой машине является общей частью контура рабочего тела. Машина работает следующим образом. При возвратно-поступательном движении вытеснителя большого цилиндра масса рабочего тела попеременно перемещается между горячим верхним концом цилиндра и холодным его концом, расположенном в картере. Это вызывает изменение давления рабочего тела; давление максимальное, когда рабочее тело находится в горячем конце цилиндра, и минимальное, когда оно находится в холодном конце.
Циклическое изменение давления используется в меньшем цилиндре для достижения необходимого эффекта охлаждения в его верхней части. Движение вытеснителя меньшего цилиндра осуществляется так, что он находится в картере в конце рабочего хода во время процесса 130 расширения рабочего тела (т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
