ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Период развития двигателей с ромбическим приводом из "Двигатели Стирлинга " Начало работ. Ромбический привод для двигателей Стирлинга был изобретен Рольфом Мейером в 1953 г. Его использование с 1954 г. во всех двигателях обеспечило действительно новое начало в работах по двигателям Стирлинга на фирме Филипс . [c.234] Первая информаций о новой схеме двигателя появилась в работе Мейера в 1959 г. [228], почти через 12 лет после итоговой статьи Ван Веенана о ранних конструкциях воздушных двигателей. Двигатель, который описал Мейер, был одноцилиндровым вытеснительного типа с ромбическим приводом мощностью 30 кВт его фирменное обозначение 1-365 (рис. 10.3). [c.235] Основные параметры двигателя типа 1-365 следующие. [c.235] 7 были представлены различные рабочие характеристики двигателя, в том числе зависимости эффективной мощности и КПД от давления рабочего тела и частоты вращения, зависимости эффективной мощности двигателя и КПД от температуры нагревателя и холодильника при постоянной частоте вращения. В работе Мейера приводится сопоставление расхода топлива при различных значениях среднего эффективного давления и частоты вращения для двигателя Стирлинга с ромбическим приводом и дизеля. [c.235] Трубчатый нагреватель. Новый двигатель с ромбическим приводом значительно отличался от более ранних небольших воздушных двигателей. Нагреватель двигателя имел сложную трубчатую структуру с горизонтальным кольцевым коллектором в верхней части. Чередующиеся трубы нагревателя соединялись с головкой цилиндра и с корпусами регенератора, причем трубы, подсоединяемые к регенератору, были оребрены для улучшения процессов теплообмена. [c.236] Составной регенератор. Регенератор двигателя был разделен на десять отдельных стаканов, вставленных в корпуса регенератора в отличие от предыдущих схем с одним кольцевым регенератором, размещающимся вокруг цилиндра. Такое решение помогло устранить высокие термические напряжения в регенераторах, характерных для конструкций двигателей, разрабатываемых ранее, С корпусами регенератора соединены три трубки нагревателя. [c.236] Водяная система охлаждения. В двигателе с ромбическим приводом была применена водяная система охлаждения с циркуляцией рабочего тела через трубчатый холодильник, установленный ниже корпусов регенератора. Конструкция холодильника определялась схемой регенератора его установку в корпусе осуществляли с небольшим торцовым зазором, что обеспечивало свободное аксиальное перемещение стаканов регенератора при работе двигателя. [c.236] Подогреватель воздуха. В рассматриваемом двигателе нагреватель окружен воздухоподогревателем, работающим на отработавших газах он представлял собой рекуперативный теплообменник из согнутых в виде спирали пластин, образующих узкие каналы, по которым проходят отработавшие газы и подводимый в двигатель воздух. [c.236] Схема камеры сгорания, образованная внутренним кольцом труб нагревателя, показана на рис. 10.4. Ее конфигурация аналогична вихревой камере сгорания и пригодна для работы на различных жидких и газообразных топливах. Для работы с жидкими топливами в двигателе предусмотрена форсунка. [c.236] Регулирование мощности двигателя осуществлялось с помощью гидравлического регулятора, позволяющего сохранять определенное давление рабочего тела для заданной частоты вращения. Для обеспечения постоянной максимальной температуры труб нагревателя в двигателе использовалась также система терморегулирования изменением расхода топлива. Более подробное описание систем регулирования приведено в гл. 8. [c.236] Опыт эксплуатации первых воздушных двигателей Стирлинга показал, что применение графитовых поршневых колец, аналогичных тем, что используются в воздушных компрессорах, приводит к неприемлемому уровню загрязнения теплообменников и к засорению регенератора. Поэтому для вытеснителей воздушных двигателей использовали кольца из износостойких материалов с малым зазором в цилиндре. Что касается рабочего поршня, то было установлено, что комбинация из трех или пяти обычных поршневых колец может обеспечить приемлемый ресурс работы двигателя. Однако при этом возникают серьезные трудности в предотвращении попадания масла в рабочий объем цилиндра, что связано с последующим загрязнением и ухудшением работы регенератора. [c.237] Свертывающееся диафрагменное уплотнение. Очевидно, что описанный выше процесс изготовления уплотнений применим только для специальных условий. Приемлемым решением оказалось изобретение свертывающегося диафрагменного уплотнения, описанного в работе [285]. Разработки такого уплотнения начались на фирме Филипс в 1960 г., и итог ее работы представлен уплотнением, изображенным на рис. 10.5. Уплотнение состоит из тонкой мембраны, выполненной из гибкого материала, и удерживающих мембрану прижимных колец, расположенных на неподвижных элементах двигателя и на движущихся поршне или штоке. Небольшой перепад давления на уплотнении был достаточен для того, чтобы при работе уплотнение удерживалось на поршне или стенке цилиндра и свертывалось без образования морщин . [c.238] Эффективность свертывающихся диафрагменных уплотнений зависит от свойств используемых уплотнительных материалов, к которым предъявляются требования высокого сопротивления усталости, повышенного сопротивления ползучести и высокой химической стойкости при воздействии масла или водорода. Обнадеживающие результаты были получены при использовании полиуретановой резины. Стендовые испытания показали, что срок службы уплотнения в значительной степени зависит от температуры, перепада давления на уплотнении и отношения толщины диафрагмы к размеру зазора между поршнем и стенкой цилиндра. Установлено, что наиболее важным параметром является температура. При частоте вращения вала двигателя 1500 об/мин и температуре окружающей среды 25 С уплотнения работали больше года (10 ООО ч) однако при повышении температуры до 100 °С уплотнения выходили из строя через 150 ч. Это было связано с влиянием температуры на прочность материала диафрагмы. При температуре 100 С прочность материала диафрагмы составляла лишь 20 % прочности на растяжение при нормальных условиях работы. [c.239] Основные схемы конструкций двигателей Стирлинга вытеснительного типа с ромбическим приводом и использованием свертывающихся диафрагменных уплотнений приведены на рис. 10.7 [285]. В одноцилиндровом двигателе для уменьшения нагрузки на механизм ромбического привода необходимо иметь высокое давление газа в буферной полости, что вызывает необходимость применения четырех диафрагменных уплотнений. В двухцилиндровом двигателе с оппозитно - расположенными цилиндрами буферная полость может быть исключена, в этом случае необходимо всего лишь два уплотнения на каждый цилиндр. [c.239] Двигатель типа 1-98. Небольшой одноцилиндровый двигатель типа 1-98 фирмы Филипс стал прототипом многих последующих разработок и, в частности, для создания наземного энергоблока (GPU) фирмы Дженерал Моторе [158] и солнечной космической энергоустановки в ее отделении Аллисон (Allison). Значительное число (по всей вероятности, не менее 30 двигателей типа 1-98) было изготовлено на фирме Филипс [235]. Эти двигатели использовали для стендовых испытаний уплотнений и других элементов двигателей при их разработке и доводке. В 1969 г. двигатели были поставлены новым обладателям лицензионных соглашений — фирме Юнайтед Стирлинг и западногерманской фирме MAN/MWM. [c.241] Двигатель типа 1-98 был применен и в оригинальной машине, которая была создана для демонстрации возможностей динамической уравновешиваемости механизма ромбического привода и работы двигателей Стирлинга на различных топливах. На раме энергоблока были установлены небольшие цилиндрические колбы с различными топливами, включая спирт, не )ть, оливковое масло, прованское масло, дизельное топливо, бензин и сжиженные нефтяные газы. Двигатель успешно работал ка каждом из этих топлив и на их смесях. Автор во время одного из посещений г. Эйндховена в 1966 г. наблюдал работу двигателя при частоте вращения вала, равной 3000 об/мин, на смеси сырой нефти, бензина и спирта, причем на картере неподвижно стояла вертикально английская трехпенсовая монета, имеющая форму многоугольника. Интересно отметить, что двигатель типа 1-98 был использован и в качестве силовой установки садового трактора. Другой двигатель типа 1-98, включенный в состав генераторного блока мощностью 2,5 кВт, был испытан в течение десяти дней специалистами ВМС Швеции. [c.241] Автомобильные двигатели новые лицензии. Модуль цилиндра двигателя с оппозитно-расположенными цилиндрами был использован для четырехцилиндрового рядного двигателя (обозначение фирмы Филипс — тип 4-235, рядный). Разработка двигателя была предпринята по просьбе фирмы Юнайтед Стирлинг для определения возможностей его применения на автомобиле. Этот период совпадал по времени с периодом, когда западногерманская фирма MAN/MWM также вела переговоры с фирмой Филипс о заключении лицензионного соглашения. [c.242] К этому времени фирма Филипс , по-видимому, решила уделять меньше внимания использованию двигателя Стирлинга для автотранспортных средств. В обзорной статье, относящейся в основном к возможностям использования ядерных источников энергии, Ван Виттевеен перечислил области применения двигателей Стирлинга. Он не делал акцента на транспортные аспекты применения двигателей Стирлинга для какого-либо конкретного класса автомобилей, однако упомянул о возможности их использования для транспортных средств большой грузоподъемности. [c.242] Такие же двигатели были поставлены и фирме Юнайтед Стирлинг для установки на автобус марки MAN и моторную яхту. По данным работы [1491, эти двигатели были рассчитаны только на мощность, составляющую половину от номинальной, поскольку их нагреватели были изготовлены не из лучших марок жаропрочных сталей, обеспечивающих максимальную мощность двигателя 147 кВт при максимальных давлении и температуре, а из обычной коррозионно-стойкой стали. Вероятно, что и двигатель фирмы Филипс , установленный на автобусе, имел такие же недостаточно термостойкие нагревательные элементы. Более подробные публикации о характеристиках и работе двигателей на автобусах отсутствуют, однако имеются сведения о том, что свертывающиеся диафрагменные уплотнения вызывали постоянные трудности. [c.243] Рядный двигатель типа 4-235 фирмы Филипс был последним крупным многоцилиндровым двигателем вытеснительного типа с ромбическим приводом, но Мейер в 1970 г. описывает продолжающиеся дальнейшие исследования вытеснительных двигателей, работающих на водороде, для городских автобусов, использующих углеводородные топлива и системы аккумулирования теплоты. [c.243] Вернуться к основной статье