ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нагреватели из "Двигатели Стирлинга " Наилучший материал по вопросам, относящимся к теплообменникам двигателей Стирлинга, помещен в классической работе Кейса и Лондона . Эта книга проста и доступна лицам, желающим заняться проектированием и анализом теплообменников она является необходимым дополнением к настоящей главе. Материал книги может быть использован для проектирования компактных трубчатых, оребренных и регенеративных теплообменников. Ниже рассмотрены лишь некоторые специальные вопросы, относящиеся к особенностям конструкции теплообменников двигателей Стирлинга, которые не рассмотрены или рассмотрены в недостаточной степени в указанной книге. [c.101] Если увеличение мертвого объема связано лишь с простым увеличением объема теплообменников (переразмеренные теплообменники), то в этом случае, вероятно, следует ожидать снижения не только мощности, но и эффективного КПД двигателя. [c.102] Стремление к обеспечению минимально возможного мертвого объема не должно быть самоцелью, так как может привести к недостаточной поверхности теплообменников с последующим ухудшением их эффективности. Кроме того, уменьшение мертвого объема связано с чрезмерным увеличением гидравлического сопротивления вследствие роста перепада давления, что вызывает снижение эффективной мощности и КПД двигателя. Оптимальная взаимозависимость поверхности теплообмена и гидравлического сопротивления, обусловленного внезапным изменением направления потока, обеспечивается при тщательной проработке вариантов использования внутреннего мертвого объема теплообменников. Этому необходимо уделять большое внимание, что впоследствии будет вознаграждено удачно выбранной конструкцией двигателя. Оснащение двигателя контрольно-измерительными приборами и в особенности датчиками давления также способствует значительному увеличению мертвого объема и может привести к ухудшению характеристик двигателя. Поэтому каждый исследователь должен помнить о последствиях, связанных с установкой контрольно-измерительных приборов в машине оптимальной конструкции. [c.102] Продукты сгорания топлива имеют относительно небольшую плотность и незначительные скорости, что определяет для заданного теплового потока большую разность температур между нагревающим газом и наружной поверхностью труб или ребер. [c.103] Конструктивной особенностью многих двигателей Стирлинга является продольное расположение камер сгорания относительно оси цилиндра, что обусловливает равномерный радиальный нагрев труб или ребер нагревателя. Однако абсолютно равномерного распределения температур получить трудно, поэтому возможны искажения температурного поля. Для предотвращения появления горячих пятен и предохранения конструкции от прогара средняя рабочая температура материала головки цилиндра должна быть ниже допустимой температуры применяемого конструкционного материала приблизительно на 100 °С. Однако уменьшение средней температуры нагрева влечет за собой снижение эффективной мощности и эффективного КПД двигателя. [c.103] Оребренные нагреватели применяются в двигателях с кольцевым регенератором. Как правило, это относится к небольшим двигателям мощностью менее 1 кВт, где необходимы простота и компактность конструкции. [c.103] Для больших двигателей используются трубчатые нагреватели, некоторые из вариантов которых, разработанные фирмой Филипс и фирмами, работающими по ее лицензиям, приведены в гл. 9—13. [c.105] Конструкция трубчатого нагревателя представляет собой двойной ряд сильно изогнутых труб это создает определенные трудности в изготовлении и вызывает необходимость применения сложной технологии их пайки к головке цилиндра (рис. 5.6). Для труб нагревателя используются коррозионно-стойкие стали с высоким содержанием никеля для изготовления головок цилиндров применяют обычную коррозионно-стойкую сталь. Пайка труб осуществляется или погружением, или в вакуумных печах. Трубчатые нагреватели обычно применяют в конструкциях двигателей с разделенным на отдельные части регенератором, в каждую из которых входит от трех до шести труб нагревателя. Это делает конструкцию гибкой, что позволяет трубам нагревателя относительно свободно перемещаться как в начальный момент нагрева двигателя, так и в конце его работы (при охлаждении). Трещины, как следствие термического перенапряжения, были общей особенностью первых конструкций трубчатых нагревателей. [c.105] В настоящее время конструкция нагревателя с обычными сильно изогнутыми трубами заменена более совершенной конструкцией с кольцевым коллектором в верхней его части, что облегчает изготовление и дает возможность использовать различные размеры труб для внутреннего и внешнего рядов нагревателя. Нередко встречаются конструкции нагревателей с оребренным внешним рядом труб. Такое решение позволяет улучшить условия теплопередачи, так как температура продуктов сгорания снижается при прохождении через первый внутренний ряд труб. [c.105] Наличие различных температур у внутренних и внешних труб совместно с высоким давлением в них рабочего тела заранее накладывает строгие ограничения на применение в нагревателях тонкостенных труб,(гл. 12 [390]). [c.105] Новое направление разработок фирмы Филипс в части трубчатых нагревателей связано с проектированием различных конструкций коллекторов для верхних и нижних труб нагревателя (рис. 5.7). Будучи соединенными с керамическими вставками, выполняющими роль тепловых изоляторов на нагретой зоне цилиндра, они дают возможность применить водяное охлаждение для расширительных полостей цилиндров, изготовляемых из относительно недорогих марок сталей. На это интересное направление возлагают большие надежды, так как оно связано со значительным снижением стоимости двигателей Стирлинга. Полученное снижение стоимости двигателей позволит обеспечить широкую перспективу их применения [229]. [c.105] Вернуться к основной статье