ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Разработка отдельных узлов и систем из "Двигатели Стирлинга " За последнее время приложено много усилий в области разработки и совершенствования отдельных узлов и систем, главными из которых являются системы нагрева, системы регулирования и узлы уплотнения. [c.293] В двигателях фирмы Юнайтед Стирлинг применяются три основных типа конструкции трубчатых нагревателей (рис, 13.9). Нагреватель типа башни состоял из двойного ряда изогнутых в горизонтальной плоскости трубок, соединенных с вертикальными коллекторами башнями , подсоединяемыми к головке цилиндра или к корпусу регенератора. [c.294] Нагреватель корончатого типа состоял из вертикальных трубок, соединенных сверху и снизу горизонтальными кольцевыми коллекторами. Такие нагреватели имели один или два ряда трубок. [c.294] В статье [149] Халлар и Розенквист отмечают, что имеется достаточный опыт по созданию надежной конструкции нагревателя беа высоких термических напряжений, вызванных перепадами температуры, локальными перегревами и т. п. Авторы статьи упоминают Также о том, что различные попытки создать головку упрощенной Конструкции нагревателя привели к ухудшению характеристик Двигателя. [c.295] Уровень Н дает возможность представить перспективное развитие двигателей. В связи с этим в другой статье [71 ] упоминается об использовании в будущих двигателях Стирлинга высокопрочных карбидов и нитридов кремния, с применением которых возможно достижение максимальных температур стенок нагревателя примерно 1300—1400 °С. [c.295] Другим важным теплообменным аппаратом в системе нагрева двигателя является подогреватель воздуха, использующий теплоту отработавших газов. Однако о достижениях фирмы Юнайтед Стирлинг в этой области известно очень мало. Так, в статье [71] сообщалось, что в двигателях типа V4X предусмотрены пластинчатые рекуперативные подогреватели противоточного типа, технология изготовления которых была достаточно хорошо отработана. Эти подогреватели были размещены по одному с каждой внешней стороны V-образного двигателя. [c.295] СТВИЯ типа Р150У8 на рис. 13.10, выглядит как рекуперативный пластинчатый теплообменник, однако его кольцевая форма и общий вид делают его пригодным для применения в качестве вращающегося регенеративного подогревателя. [c.296] Для двигателя с ромбическим приводом фирма Филипс разработала свертывающееся диафрагменное уплотнение и применила его в двигателе двойного действия с приводом от косой шайбы, созданного совместно с фирмой Форд . [c.296] Деятельность фирмы Юнайтед Стирлинг в вопросе разработки уплотнений была связана с поисками приемлемых решений для замены свертывающихся диафрагменных уплотнений. Один из вариантов конструкции уплотнительного узла со скользящим уплотнением (рис. 13.10) описан в работе [73] как прошедший в течение многих тысяч часов испытания в составе отдельных систем двигателя и непосредственно на самом двигателе. Этот вариант уплотнения усовершенствовали в настоящее время можно считать, что существует работоспособкый узел уплотнения для штока рабочего поршня-вытеснителя. [c.296] Уплотнительный узел фирмы Юнайтед Стирлинг состоял из трех элементов. Верхний уплотнительный элемент работал в основном как обыкновенный дроссель, размещенный между рабочей полостью цилиндра и внутренней полостью уплотнительного узла. Давление водорода в рабочей полости цилиндра изменялось гармонически для всего диапазона давления в цикле — ртш- Давление во внутренней полости уплотнительного узла было постоянным и близким к минимальному давлению в цикле. Обе рассматриваемые полости между собой соединены через масляный сепаратор, фильтр и обратные клапаны. По мере повышения давления в полости уплотнительного узла (из-за перетечек через верхний уплотнительный элемент) и снижергая давления в рабочей полости до минимального значения в цикле открывался обратный клапан и водород возвращался в рабочую полость цилиндра двигателя. [c.297] Вторым уплотнительным элементом являлось маслосъемное кольцо, снимающее смазочный материал со штока рабочего поршня. Это масло собиралось и направлялось в сепаратор, а затем поступало в поддон картера двигателя. [c.297] Третий (основной) уплотнительный элемент обеспечивал постоянство заданного перепада давления между внутренней полостью уплотнительного узла с давлением водорода или гелия, равным минимальному давлению в цикле, и полостью картера, заполненного маслом и воздухом при атмосферном давлении. [c.297] Об использовании конкретной марки материала основного уплотнительного элемента фирмой Юнайтед Стирлинг ничего не сообщалось, но в работе 187 ] о нем говорится как о материале типа Рулон . Ясно, что это не герметичное уплотнение. [c.297] Относительно работоспособности всего уплотнительного узла в статье [73] отмечалось, что скорость утечки рабочего тела в современных двигателях, как правило водорода, постоянно уменьшалась в результате интенсивной работы по усовершенствованию всех уплотнительных элементов, проверявшихся как при испытаниях отдельных узлов двигателя, так и всего двигателя в целом. На этапе исследований, относящихся к описываемому времени, скорость утечки водорода через шток рабочего поршня для двигателя типа Р150 при среднем давлении в цикле 15 МПа должна составлять не более 1 нл/ч. [c.297] Это на порядок больше той величины, которая приводилась выше. [c.298] Утечки водорода в картер двигателя представляют другую,, не менее важную проблему. Проникая в картер и смешиваясь с воздухом и парами масла, водород при его широком диапазоне воспламенения с воздухом может являться причиной взрыва. Несомненно,, что скорости утечки рабочего тела через уплотнительные узлы при соблюдении соответствующих условий эксплуатации должны быть достаточно малы, чтобы избежать в дальнейшем многих проблем.. Однако существует вероятность того, что один из восьми уплотнительных узлов в двигателе типа Р150У8 будет поврежден, изношен или неисправен. Это приведет к большой утечке рабочего тела в кар тер двигателя. Один из вариантов предотвращения подобной ситуации состоит в соединении картера с камерой сгорания, однако в этом случае подогреватель воздуха может быть загрязнен парами масла. [c.298] Системы регулирования мои ности. На основании проведенных испытаний фирма Юнайтед Стирлинг остановилась на трех системах регулирования мощности изменением среднего давления рабочего тела, изменением амплитуды давления и перепуском рабочего тела. Упрощенная принципиальная схема системы регулирования мощности двигателя изменением среднего давления приведена на рис. 13.11. Ее основными составными частями являлись баллон с водородом высокого давления, вспомогательный компрессор и распределительные клапаны. При повышении мощности движение распределительного клапана было согласовано с подачей рабочего тела из баллона высокого давления в цилиндры двигателя в моменты, когда давление в цикле достигало значения, близкого к максимальному. Как отмечалось в статье [149], неизбирательная подача рабочего тела приводила к снижению крутящего момента. [c.298] При уменьшении мощности рабочее тело отводилось из цилиндров двигателя и возвращалось в баллон высокого давления посредством компрессора. Резкое снижение эффективной мощности двигателя могло быть достигнуто определенной взаимосвязью между различными цилиндрами, а именно перепуском, осуществляемым соответствующим перемещением распределительного клапана. [c.298] Вернуться к основной статье