ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уплотнения из "Двигатели Стирлинга " Проблема уплотнений — одна из сложных для двигателей Стирлинга. С ростом их мощности изменяются требования, предъявляемые к уплотнениям. Обычно увеличение мощности связано с повышением давления рабочего тела и применением водорода или гелия, считающимися более предпочтительными рабочими телами, чем воздух или двуокись углерода. Поэтому к поршневым уплотнениям таких двигателей предъявляются дополнительные требования по обеспечению постоянной массы газа в рабочей полости и исключению его утечек в картер. [c.67] В двигателях небольшой мощности картер может испытывать давление, равное минимальному давлению рабочего тела в цикле. В этом случае поршневое уплотнение должно обеспечить постоянный перепад давления между рабочей полостью и картером, изменяющийся в диапазоне от О до — р у , где р ах и — давление рабочего тела соответственно максимальное и минимальное. Вместе с тем в таких двигателях необходимо наличие дополнительного уплотнения для находящегося в картере коленчатого вала. Одним из возможных способов решения этой проблемы являются специально сконструированные электрические генераторы, помещаемые внутри картера, вывод электрической мощности из которого может быть осуществлен через обычное неподвижное уплотнение. [c.67] Значительный объем работ цо совершенствованию уплотнений проведен фирмой Филипс . Эти работы велись по двум направлениям совершенствование обычных, выполненных с большой точностью уплотнений и разработка новых, более современных диафраг-менных уплотнений (см. гл. 10). Направления исследований других фирм связаны с поиском альтернативных решений для диафрагмен-ных уплотнений. Значительные усилия были предприняты фирмой Юнайтед Стирлинг по созданию многослойных уплотнений, описание которых приведено в гл. 13. Аналогичные сальниковые уплотнения разработаны и фирмой Форд для двигателей двойного действия с приводом от косой шайбы. Разработка уплотнений применительно к автомобильным двигателям составляла также важную часть про граммы НАСА. [c.67] Один из вариантов конструкций поршневого уплотнения, разработанный проф. Билом и достаточно успешно использованный автором в работе, приведен на рис. 3.6, Уплотнение изготовлено из пруткового или полосного материала Рулон методом механической обработки номинальный диаметр 50,8 мм форма конусная верхний диаметр больше, а нижний меньше номинальцого на 0,254 мм. Надрезанное по верхнему торцу специальным инструментом уплотнение имело тонкий кольцевой лепесток высотой --- 9,5 мм. Крепление уплотнения на рабочем поршне осуществлялось с помощью эпоксидного клея или специальной обоймы. В начальный момент вставленное в цилиндр уплотнение плотно прилегает к его стенкам, а затем между поршнем и цилиндром возникает зазор, после нескольких движений рабочего поршня лепесток раскрывается. Для работы такого уплотнения необходимо поверхность цилиндра закалить, отшлифовать и отполировать. [c.68] Другой вариант поршневого уплотнения из материала Рулон показан на рис. 3.7. Уплотнение представляет собой обычное контактное разрезное поршневое кольцо, аналогичное поршневым кольцам две, но меньшей толщины. Ранее было отмеченр, что использование двух тонких уплотнительных колец прямоугольного сечения толщиной 2,4—3,2 мм более эффективно, чем одного толстого такие кольца вставляют в поршневые канавки и отжимают к стенкам цилиндра с помощью упругих металлических колец. [c.68] Для работы описанных выше уплотнений необходима установка дополнительных направляющих колец (рис. 3.7). Эти кольца могут быть как разъемными, так и неразъемными. Их устанавливают посредством монтажных подкладок на концах поршня. В обоих случаях направляющие кольца имеют неподвижную посадку на поршне и точную установку в цилиндре. Кроме того, профиль этих колец должен быть таким, чтобы контакт с цилиндром проходил по линии окружности или по крайней мере по небольшой кольцевой поверхности. [c.68] Обнаруженные утечки газа в конструкциях с такими уплотнениями пропорциональны кубу зазора между поршнем и цилиндром. Поэтому в этом случае чрезвычайно важно добиться одновременного обеспечения относительно свободного движения поршня и минимального значения зазора. Окончательные размеры уплотнения обеспечиваются хонингованием и притиркой. Для исключения влияния термического расширения необходимо применять сходные по своим свойствам материалы поршня и цилиндра. Оптимальные результаты могут быть получены при использовании анодированных, хромированных и цементированных стальных поверхностей. [c.69] Рассмотренные выше уплотнения могут быть использованы в экспериментальных двигателях и для различных исследований. Очевидно, что одни и те же уплотнения будут работать в каждом отдельном случае по-разному, а тем более в случаях, часто меняющихся. Поэтому необходима продуманная и хорошо поставленная работа по разработке уплотнений для двигателей Стирлинга. [c.70] Как видно из выражения (3.13), скорость поршня обратно пропорциональна квадрату его диаметра. Она может быть уменьшена при увеличении диаметра цилиндра. Однако такое решение нежелательно, так как при увеличении контактирующей поверхности уплотнения происходит рост силы трения и возникают значительные утечки рабочего тела. Оптимальное компромиссное решение отмечается при LID = 0,5. [c.70] Подробное обсуждение экспериментальных данных по испытаниям уплотнений двигателей Стирлинга фирмы Дженерал Моторе было проведено Персивалем в 1974 г. [258]. [c.70] Вернуться к основной статье