ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Действительный регенеративный цикл двигателя Стирлинга из "Двигатели Стирлинга " Идеальный цикл Стирлинга, так же как и другие рассмотренные выше регенеративные циклы, представляет лишь теоретический интерес и практически неосуществим. И тем не менее реализовать его в тепловых машинах с той или иной степенью приближения можно. [c.31] В любом реальном двигателе все перечисленные выше факторы, а также ряд других значительно снижают эффективный КПД цикла по сравнению с КПД идеального цикла Карно. Эффективный КПД составляет часть теоретического КПД цикла Карно это отношение называется относительным КПД, т. е. [c.32] Для хорошо сконструированной машины значение этого коэффициента превышает 0,4, а его максимальное значение может дос и-гать 0,7. [c.32] Для представления рассмотренного выше идеального цикла предполагалось, что механическое устройство двигателя имеет два противоположно расположенных поршня с размещенным между ними регенератором. Такой двухпоршневой двигатель является одной из разновидностей многочисленных конструкций. [c.32] Один из возможных вариантов другой двухпоршневой реально созданной машины приведен на рис. 1.П. Это У-образный двигатель, поршни которого имеют общий коленчатый вал. Объемы сжатия и расширения размещены в полостях над поршнями и связаны между собой каналом с имеющимися в нем регенератором и дополнительными теплообменниками. [c.32] Ё отлИчИе от прерывистого Движения для идеального случая. Ё ре зультате цикл в р, У-диаграмме несколько видоизменяется в этом случае он характеризуется непрерывной плавной замкнутой кривой, а четыре термодинамических процесса не имеют резких переходов (рис. 1.12). [c.33] В реальном двигателе процессы сжатия и расширения в соответ-ствуюш.их полостях осуществляются не полностью. Поэтому представляется возможным изобразить три -отдельные р, У-диаграммы для полостей сжатия, расширения и для суммарного объема с учетом мертвых объемов. Мертвый объем — та часть общего рабочего объема, которая при работе двигателя не вытесняется ни одним из поршней. К мертвому объему относятся зазоры между соответствующим поршнем и цилиндром, свободные объемы регенератора и теплообменников, объемы соединительных каналов и отверстий. Общая положительная работа за цикл характеризуется р, У-диа-граммой полости расширения, а отрицательная (затраченная) работа сжатия за цикл — / , К-диаграммой полости сжатия. Разность площадей этих диаграмм есть полезная (индикаторная) работа за цикл, часть которой расходуется на компенсацию работы трения (механические потери), а остальная часть — это полезная механическая работа на коленчатом валу двигателя. [c.33] Для идеального цикла, в котором процессы сжатия и расширения протекают изотермически, а механические потери отсутствуют, разность площадей соответствующих р, У-диаграмм в точности равна площади р, У-диаграммы для суммарного рабочего объема. В реальном двигателе из-за наличия гидравлического сопротивления в регенераторе и теплообменниках, приводящего к разности давлений в полостях сжатия и расширения, такого равенства, естественно, не достигается. Гидравлическое сопротивление оказывает влияние на изменение площади р, ]/-диаграммы, что обусловливает уменьшение полезной работы (а следовательно, и эффективного КПД) двигателя и снижение холодопроизводительности и холодильного коэффициента холодильной машины (рис. 1.13). [c.33] Неизотермичность процессов сжатия и расширения — другая важная причина отклонения действительного цикла от идеального. Очевидно, что в двигателе при частоте вращения примерно 1000 об/мин эти процессы ближе к адиабатным (отсутствует теплообмен), чем к изотермическим (бесконечно большой коэффициент теплоотдачи). Для того чтобы процесс был наиболее близок к изотермическому, в двигателе обычно используют специальные дополнительные теплообменники (нагреватель, примыкающий к полости расширения и служащий для подвода теплоты к рабочему телу, и холодильник, расположенный в зоне полости сжатия для отвода теплоты от рабочего тела) (см. рис. 1.12). Несмотря на определенные улучшения условий теплообмена, наличие этих теплообменников имеет и некоторые отрицательные стороны. По всей вероятности они повышают гидравлическое сопротивление, отрицательно влияющее на характеристики двигателя. Далее, наличие указанных теплообменников влечет за собой увеличение общего мертвого объема из-за свободных объемов нагревателя и холодильника, что имеет решающее значение для характеристик регенеративных двигателей. Кроме того, рабочее тело нагревается не только при его перемещении из регенератора в полость расширения, но и при его обратном движении. Подобным же образом происходит и охлаждение рабочего тела как на входе, так и на выходе из полости сжатия. Возможны также и однопоточные системы, однако они вносят дополнительные трудности. [c.34] Данный пример характеризует одну из главных причин, затрудняющих использование двигателей- Стирлинга в- коммерческих целях для такого двигателя, как и для газовой турбины, основной вопрос — это вопрос конструкционных материалов. Некоторые части двигателя (нагреватель и полость расширения) постоянно подвергаются воздействию высокой температуры, и это накладывает ограничение на использование конструкционных материалов в указанных узлах двигателя. [c.35] Не все количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, может быть передано рабочему телу, так как в противном случае необходимо использовать громоздкий нагреватель. Потери с горячими отработавшими газами — это прямые потери теплоты, содержащейся в жидком топливе или газе, полностью не используемые в двигателе. Поэтому другим важным дополнительным теплообменником является подогреватель, предназначенный для подогрева поступающего в двигатель воздуха от горячих отработавших газов. Этот теплообменник может быть как рекуперативного, так и регенеративного типа. В рекуперативном теплообменнике два потока газа — отработавшие газы и поступающий в двигатель воздух — разделены стенками каналов. В регенеративном теплообменнике происходит попеременное чередование газовых потоков при прохождении их через одну и ту же насадку регенератора обычно это противоточные теплообменники. Важно четко различать регенеративный теплообменник, являющийся неотъемлемой частью двигателя, и рекуперативный (или регенеративный) теплообменник, выполняющий лишь вспомогательную роль подогревателя воздуха в двигателе. [c.36] Следовательно, непрерывное возвратно-поступательное движение отдельных узлов двигателя, неизотермичность процессов сжатия и расширения, ограниченная возможность теплопередачи в холодильнике и нагревателе, потери теплоты с отработавшими газами, наличие гидравлического сопротивления — главные причины, ограничивающие в большинстве случаев возможности конструкторов осуществить желаемое в реальном двигателе Стирлинга. Кроме того, есть и другие причины неудовлетворительная работа регенератора, большие механические потери, выравнивание температур, как следствие относительно массивных теплопроводных частей двигателя, и утечки рабочего тела, обусловленные несовершенством конструкции или неудовлетворительной работой уплотнения. [c.36] Вернуться к основной статье