1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

в момент охлаждения жидкости на верхнем конце цилиндра), когда давление в результате перемещения вытеснителя в большом цилиндре меняется от максимального до минимального. Машина Вюлемьера трудно поддается классификации. Действительно, это комбинация двух машин, работающих по циклу Эриксона с одним цилиндром и регенеративным вытеснителем и имеющих постоянный рабочий объем и внешний привод; но в данном случае машина не имеет клапанов, и, по принятому ранее произвольному определению, она относитси к категории машин Стирлинга. Машина Вюлемьера аналогична сдвоенной машине Стирлинга, но без рабочих поршней; данное обстоятельство представляет исключительное преимущество, поскольку количество движущихся узлов уменьшается вдвое. Основной недостаток машины — необходимость внешнего, хотя и маломощногопривода. Кроме того, отсутствие рабочих поршней может ограничить степень изменения давления, которая могла бы быть достигнута, а это, следовательно, ограничивает и холодопроизводительность.

По-видимому, машина Вюлемьера как компактная высокоскоростная криогенная машина менее предпочтительна, чем сдвоенная машина Стирлинга; она не является автономной, хотя, если учесть ее простоту, может найти применение во многих областях; отсутствие рабочих поршней и уплотнений — ее основные преимущества. 1В.5. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ИССЛЕДОВАНИЯМ В ОБЛАСТИ РЕГЕНЕРАТОРОВ И ТЕПЛООБМЕННИКОВ Из гл.

7 следует, что существующие методы проектирования регенеративных (и других) теплообменников неудовлетворительны. Исследования в этой области могут быть предприняты на инженерных факультетах университетов, но при этом должен быть достигнут достаточно высокий уровень понимания проблемы, стем чтобы результаты исследований могли быть применимы к решению практических вопросов; что касается технической литературы по регенеративным теплообменникам, то она находится в различных источниках и не относится непосредственно к машинам Стирлинга.

На начальной стадии работы экспериментальные исследования регенераторов более предпочтительны, чем чисто теоретические, и должны включать научные исследования очень малых времен дутья, периодических изменений в широком диапазоне давлений, массовых расходов и плотности рабочего тела. Они должны проводиться с особым вниманием к влиянию пористости и внутренним потерям на трение. Эксперименты с регенеративными насадками, проведенные при давлениях и температурах, близких к атмосферным, и при медленно изменяющихся условиях, почти или совсем неприменимы к регенераторам машин Стирлинга.

Для таких регенераторов, по-видимому, нет лучшей модели для испытаний, чем сама машина Стирлинга. Так, в ходе экспериментов рекомендова- лось отдавать предпочтение изучению изолированных регенераторов. Попытки неопытных экспериментаторов создать исследовательский образец почти всегда будут приводить к созданию машины настолько неудовлетворительной по тепловым характеристикам, что наилучшие ее результаты получаются при снятии регенератора. В этом случае можно использовать достаточно совершенную и единственно имеющуюся в продаже криогенную газовую машину типа А фирмы «Филипс».

Сейчас выпускается достаточно много таких машин, и для экспериментов могут быть использованы уже работавшие (или негодные для продажи по какой-либо причине) машины. Типичными проблемами в этой области, требующими изучения, в настоящее время являются определение предпочтительного соотношения длины и диаметра насадки, технология набивки насадки, ее материал, где существенное значение имеет теплоемкость; изучение влияния потерь внутреннего трении и поверхностей теплообмена, влияния изменения плотности рабочего тела и частоты изменения направления потока на характеристики насадки. Возможность подобных исследований существует для рекуперативных нагревателей и холодильников. Материалы, предпочтительные размеры ребер, пазов, отверстий, отношения длин к диаметрам, необходимость учета пульсации потока при значительном изменении диапазона давлений, плотность и массовый расход газа при относительно высокой чистоте вращения машины — все это вопросы, требующие создания расчетных методик.

Оптам лысые расчетные графики. Другой возможной областью исследований в университете является построение оптимальных расчетных графиков. Результирующие графики, основанные на теории Шмидта, были приведены в гл. 5. Идеализация, свойственная этой теории, искажает графики непонятным в настоящее время образом. Поэтому для создания действительных графиков необходимы тщательные экспериментальные исследования (если это, конечно, возможно), что обеспечит прочную основу для будущих разработок. Уплотнения и подшипники. Уплотнения и подшипники для двигателей Стирлинга важны в большей степени, чем для других машин.

Выходная мощность двигателя Стирлинга в зависимости от давления рабочего тела в относительных единицах приведена на рис. 10-!!. Теоретическая мощность двигателя ОА характеризуется прямой линией, проведенной из начала координат. Потери Лр, обусловленные механическим трением, вызывают смещение теоретической характеристики выходной мощности до линии ВС. Потери Лг, обусловленные гидравлическим сопротивлением и являющиеся функцией частоты вращения или плотности рабочего тела, видоизменяют характеристику выходной мощности до кривой ВО. Потери ЬК от загрязнения регенератора приводят к дальнейшему уменьшению выходной мощности; кривая Ег' — действительная характеристика выходной мощности двигателя.

Верхняя кривая, соответствующая линейной зависимости выходной мощности двига- теля от давления рабочего тела, рассчитана по теории Шмидта. Эта мощность должна быть уменьшена на величину Лр, обусловленную потерями на механическое трение в подшипниках нуплотнениях. Из предположения, что значение Лр — постоянно, получена кривая С. На практике потери мощности увеличиваются с повышением давления рабочего тела, а влияние внутреннего трения и ограничение теплообмена становятся все более значительными; исходя из этих соображений и получена нижняя кривая. Из кривых на рис.

10-11, ясно видно, что для двигателей с относительно низким давлением рабочего тела весьма важно обеспечить минимальное трение в подшипниках и уплотнениях, чтобы не до. пустить возрастание этих потерь до значения соразмерного выход- Р зЕ даелеяие ила частеша Вращения Рнс. 10-12. Эскиз уплотнення нз материала й(310)ч (по данным Била, университет штата Огайо).

Рнс. !0-11. Выходная мощность двигателя Стнрлняга в завнснмостн от давленая рабочего тела. ной мощности. Поэтому рекомендуется применять подшипники со смазкой, однако при этом возникает проблема уплотнений, Для сохранения постоянного давления в машине, а следовательно, и выходной мощности масса рабочего тела должна быть также постоянной. При использовании смазочного масла очень важно во избежание загрязнения поверхностей регенератора и теплообменников не допустить попадания масла в рабочий объем машины. Загрязнение теплообменных поверхностей увеличивает гидравлическое сопротивление в регенераторе и приводит ко все более возрастающим потерям выходной мощности двигателя. Вопрос загрязнения маслом рабочего объема является одним из основных.

Для решения проблемы уплотнения было бы лучше использовать не стандартные, смазываемые маслом коренные подшипники, а другие. Для этою имеются две возможности; использовать либо герметические, предварительно смазанные шариковые (или роликовые) подшипники, либо несмазываемые фторографитовые подшипники. Герметические, предварительно смазанные роликовые подшипники из-за уплотнений и конснстентной смазки имеют отно- 133 сительно высокие потери на трение. Они также имеют ограничения по ресурсу и частоте вращения.

Более важным является то, что они неразъемны, а для сборки подшипника шатуна, соединяемого с кривошипом, требуется составной коленчатый вал из двух частей. Это приводит к удорожанию, усложнению и малой жесткости по сравнению с цельным коленчатым валом. Фторографитовые подшипники с сухой смазкой (или без смазки) более гибки и позволяют использовать различные конструкции, в том числе и неразъемные.

Однако они характеризуются относительно высоким коэффициентом трения и высокой степенью износа по сравнению с обычными коренными подшипниками с масляной смазкой. Фторографитовые материалы для подшипников имеются в широком диапазоне типоразмеров как в чистом виде, так и в комбинации с различными наполнителями, улучшающими их свойства. Наилучшие результаты достигнуты при использовании материала»«1)1ОН, выпускаемого в Англии фирмой «Кроссли» (Ого»»1еу).

Один из вариантов конструкции газового уплотнения для возвратно-поступательно движущихся элементов из материала К(Л.ОН, разработанный проф. Билем, показан на рис. 10-12. Уплотнение сделано из ленты или трубы («чулка») материала КП(.О)»( и обработано механически таким образом, чтодиаметр верхнего края уплотнения на 0,254 мм больше номинального диаметра (равного 50,8 мм).

Оно суживается к нижнему торцу до диаметра нижнегокрая, на 0,254 мм меньшего номинального диаметра, и надрезается таким образом, что остается тонкий гибкий выступ высотой около 9,5 мм по периферии. Уплотнение устанавливается на рабочем поршне с помощью эпоксидного клея и, будучи вставлено в цилиндр, плотно прилегает к его стенке. Очень скоро уплотнение становится относительно свободным, а после нескольких движений рабочего поршня выступ раскрывается. Цилиндр должен быть выполнен из твердого металла, отшлифован и отполирован. ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ НЕКОТОРЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Несколько советов, заслуживающих внимания, прн конструировании машин Стирлинга.

Характеристики

Список файлов книги