ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Системы регулирования мощности из "Двигатели Стирлинга " Система регулирования мощности при постоянном скоростном режиме фирмы Филипс . Достаточно полное описание рассматриваемой системы регулирования, использовавшейся в первых двигателях Стирлинга с ромбическим приводом, работавших на гелии и водороде, приведено Мейером в работе [228]. Основная задача системы регулирования состоит в поддержании постоянной частоты вращения вала двигателя путем изменения уровня среднего давления рабочего тела в цилиндре двигателя. [c.191] Схема системы регулирования для стационарных условий работы двигателя показана на рис. 8.5. Принцип работы системы состоит в следующем регулятор 1 обеспечивает при номинальной частоте вращения заданные значения давления масла в трубопроводах 2 ]л 3. При увеличении нагрузки, вызывающей снижение частоты вращения вала двигателя, регулятор повышает давление масла в трубопроводах до величины, при которой клапан 4 питающего устройства 5 открывается, и водород из баллона 6 высокого давления через клапан 4 и обратный клапан 7 поступает в цилиндр 8 двигателя. [c.191] При уменьшении нагрузки частота вращения двигателя возра-стает. Регулятор 1 понижает давление масла в трубопроводах 2 и 5 так, что запорный клапан 9 управляющего устройства 10 открывается. В результате газ выходит из цилиндра двигателя через обратный клапан 11 и запорный клапан 9 в компрессор 12, откуда он нагнетается в баллон 6. При максимальном давлении в цикле, превышающем давление в баллоне, часть рабочего тела обычно перепускается из цилиндра 8 двигателя в баллон 6. Однако при резком снижении нагрузки в этом случае необходимо подключить вспомогательный компрессор 12. [c.192] Уменьшение количества газа в цилиндре связано с понижением мощности и медленным падением частоты вращения вала двигателя. Это продолжается до тех пор, пока уровень мощности не достигнет величины, соответствующей измененной нагрузке, при которой запорный клапан 9 закрывается, и дальнейший перепуск газа из цилиндра двигателя в баллон 6 прекращается. [c.192] Работа компрессора на сжатие и нагнетание газа в баллон высокого давления ограничена количеством газа, поступающего в него из цилиндра двигателя. Поэтому реакция двигателя при внезапном уменьшении нагрузки более медленная, чем его реакция при внезапном ее увеличении. [c.192] Система регулирования мощности перепуском рабочего тела фирмы Филипс . Для улучшения реакции двигателя при внезапном снижении нагрузки к регулятору частоты вращения подсоединяется дополнительная система регулирования мощности. Образованная таким образом новая система предельно проста. В ней две или более полостей двигателя соединены таким образом, что изменение давления в одной из них приводит к мгновенному изхменению в другой. Дополнительная система, названная как регулирование с потерей эффективности или регулирование перепуском , связана с изменением фазы и уменьшением амплитуды давления рабочего тела в цилиндре двигателя, что приводит к уменьшению его эффективной мощности. [c.192] В описываемом Мейером одноцилиндровом двигателе вытеснительного типа с ромбическим приводом 228] две рабочие полости цилиндра соединены с буферной полостью, расположенной под рабочим поршнем. Обычно в таких двигателях давление в буферной полости равно среднему давлению рабочего тела в цилиндре, что позволяет уменьшить действие газодинамических сил на рабочий поршень. В этом случае постановка уплотнения осуществляется не на рабочем поршне большого диаметра, а на его штоке, имеющем меньший диаметр. Необходимо отметить, что циклически изменяющиеся давления рабочего тела в буферной и рабочих полостях находятся в противофазах. [c.192] В дополнение к описанной выше работе запорного клапана 9 управляющим устройством 10 приводится в действие перепускной клапан 16, непосредственно соединяющий между собой рабочие и буферную полости двигателя. Такое соединение полостей соответствует прямым утечкам газа через рабочий поршень. В результате практически мгновенно уменьшается амплитуда и изменяется фаза давления рабочего тела в цилиндре, а следовательно, снижается и эффективная мощность двигателя. Так как такая система регулирования приводит к снижению КПД двигателя, то Мейер дал ей название регулирование с потерей эффективности , а позднее система регулирования перепуском . Кроме фактически мгновенного реагирования двигателя на внезапные изменения нагрузки, рассматриваемая система регулирования позволяет использовать небольшие вспомогательные компрессоры для сжатия и нагнетания газа в баллон высокого давления. [c.193] Система регулирования мои ности при переменном скоростном режиме двигателя фирмы Филипс . Аналогичная система регулирования мощности описана Нееленом в работе [250] применительно к четырехцилиндровому двигателю Стирлинга с ромбическим приводом типа 4-235, предназначенного для использования на городском транспорте. В этом случае работа двигателя характеризуется в зависимости от переменной нагрузки постоянно изменяющейся частотой вращения. [c.193] Принципиальная схема регулирования приведена на рис. 8.6. Питательный клапан 5 и клапан сброса О соединены соответственно с клапанами 4 и 9 (см. рис. 8.5), а перепускной клапан 5С — с перепускным клапаном 16. Принципиальная схема системы показана на рис. 8.7. Система работает следующим образом при нажатии на педаль подачи топлива открывается питательный клапан 5 клапаны О и 5С закрыты. [c.193] Давление в цилиндрах двигателя имеет обратную связь с положением педали подачи топлива клапан 5 закрывается при достижении в цилиндрах определенного значения давления, пропорционального перемещению педали подачи топлива. При освобождении педали подачи топлива открывается клапан V, и рабочее тело из цилиндра двигателя поступает в баллон. [c.194] При нажатии на педаль тормоза клапан сброса давления О закрывается, а питательный 5 и перепускной 5С клапаны открываются. Степень открытия клапана 5С определяется положением педали подачи топлива. [c.194] Свойства системы регулирования перепуском настолько эффективны, что могут быть использованы и для торможения двигателем. На рис. 8.8 приведены р, К-ди а граммы для трех различных режимов работы четырехцилиндрового двигателя при полной нагрузке 1 (клапан 5С закрыт), при частично открытом 2 и полностью открытом 3 перепускном клапане 5С. При частично открытом перепускном клапане используется лишь часть полезно производимой мощности двигателя при полностью открытом клапане 5С двигатель поглощает мощность и, следовательно, может быть использован для торможения. По данным Неелена [250], максимальный тормозной момент при полностью открытом перепускном клапане 5С может составлять 60 % номинального крутящего момента двигателя. Так, по результатам одного из испытаний крутящий момент двигателя изменялся от 244 до 140 Н-м. [c.194] Упомянутая выше система регулирования, разработанная применительно к многоцилиндровому двигателю с ромбическим приводом, приспособлена и к двигателям двойного действия Сименса, привлекающих в настоящее время всеобщее внимание [334]. В работе ]Постма и других (1973 г.) отмечается, что система регулирования мощности для двигателя, созданного фирмами Филипс и Форд типа 4-215DA с косой шайбой по существу идентична описанной выше системе. Аналогичная система регулирования принята и к рассмотрению для небольшого двигателя Стирлинга, работы над которым ведутся фирмами Филипс и Форд для DOE [186]. [c.195] Система регулирования мощности при переменном скоростном режиме двигателя фирмы Юнайтед Стирлинг . Принципиальная схема системы регулирования, используемая фирмой Юнайтед Стирлинг , приведена на рис. 8.9. Эта система фактически идентична системе, рассмотренной выше. При увеличении мощности (крутящего момента Мкр) распределительный клапан 3 перемещается вправо, и рабочее тело (водород) непосредственно из баллона поступает в двигатель. В работе [149] показано, что в данной системе регулирования используется схронометрированная система подачи рабочего тела, позволяющая вводить дополнительное количество водорода в цилиндры двигателя в моменты, когда давление в них достигает значений, близких к максимальным. Введение дополнительной подачи водорода без такой системы приводит к нежелательному снижению крутящего момента вала двигателя. [c.195] Система регулирования мощности двигателей Стирлинга фирмы Лженерал Моторе . В период своей десятилетней интенсивной работы над двигателями Стирлинга фирма Дженерал Моторе внесла ощутимый вклад в развитие систем регулирования. Как отмечается в работе [254], в двигателях, разрабатываемых фирмой, системы регулирования температуры и мощности (крутящего момента) всегда независимы одна от другой. Регулирование мощности осуществлялось изменением давления рабочего тела. [c.196] Для семейства небольших электрических генераторных установок наземных энергоблоков типа ОРи-1, ОРи-2 или 0Ри 3, предназначенных для армии США, необходимо иметь систему регулирования для стационарных условий работы с ограничением по частоте вращения вала двигателя. Требования исходили из необходимости обеспечения постоянной номинальной частоты вращения, равной 3600 об/мин, в пределах +10 об/мин. Снижение номинальной частоты вращения не должно превышать 90 об/мин, а при внезапных изменениях нагрузки предел колебаний ограничивался величиной, равной 260 об/мин. [c.196] Персиваль в 1967 г. отмечал, что с точки зрения надежности стабильность частоты вращения регулирующей системы оставалась постоянным источником вплоть до окончания всей программы испытаний. В начале программы, вероятно, одним из самых серьезных вопросов было создание водородного компрессора, который был установлен на конце штока вытеснителя в виде плунжера мембранного типа такой компрессор размещали в картере двигателя ОРП-З, что затрудняло его обслуживание. Конструкция гидравлического плунжера вызывала необходимость применения особо точной обработки резанием, что в противном случае являлось причиной его заеданий при работе. Возможно лучшие результаты можно получить при размещении компрессора вне двигателя, соединив компрессор и двигатель муфтой или приводным ремнем. В этом случае, однако, необходимо надежное уплотнение для предотвращения утечек водорода. [c.197] Другая проблема, из-за которой прекратились испытания, состояла в предотвращении поломок в небольших (диаметром 1,27 см) обратном и главном распределительном клапанах, седла которых обычно были деформированы, и поэтому возникали значительные утечки водорода. Распределительный клапан управления воспринимал давление от находящегося в картере быстродействующего чувствительного регулятора частоты вращения, соединенного с валом двигателя зубчатой передачей. [c.197] В 1964 г. система регулирования включала пять отдельных блоков клапанов и десять установочных винтов, а к 1965 г. два блока клапанов и один установочный винт. [c.197] Вернуться к основной статье