Цикл двигателя Стирлинга сгорания

Двигатель Стирлинга является тепловым газовым двигателем поршневого типа с внешним подводом теплоты. Он работает по замкнутому циклу. Процессы, протекающие в рабочих полостях двигателя, легче понять, если сравнить рабочий процесс двигателя Стирлинга с рабочим процессом поршневого двигателя внутреннего сгорания- С этой целью рассмотрим термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания и двигателя Стирлинга. [c.5]

Двигатель Стирлинга работает по замкнутому циклу, поэтому его термодинамический цикл более точно отражает сущность рабочего цикла двигателя, чем термодинамический цикл двигателя внутреннего сгорания его работу. [c.6]

Двигатели — сердце современной цивилизации. Они обеспечивают рост производства, сокращают расстояния. Благодаря им человек получает энергию, свет, тепло, информацию. Наиболее распространенные в настоящее время двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков их работа сопровождается шумом, вибрациями, они выделяют вредные отработавшие газы и потребляют много топлива. Известен класс двигателей, вред от которых минимален,— это двигатели Стирлинга. Они работают по замкнутому циклу, без непрерывных микровзрывов в рабочих цилиндрах, практически без выделения вредных газов, да и топлива им требуется значительно меньше. [c.5]

В устройствах, работающих по замкнутому циклу, в том числе и в двигателе Стирлинга, необходимо избегать потерь рабочего тела, поскольку такие потери снижают среднее давление цикла и, следовательно, выходную мощность. Имеется много путей для просачивания рабочего тела из внутренней полости двигателя например, водород под действием высоких давлений и температур будет диффундировать сквозь металлические перегородки, изготовленные из больщинства металлов и сплавов (особенно это относится к нержавеющей стали). Однако чаще всего основной причиной утечки является просачивание газа под давлением около поршней и их штоков. На первый взгляд такую утечку можно ликвидировать, установив обычные уплотнения, т. е. металлические кольца или кольца из шнура, поскольку, например, газовые компрессоры работают при давлениях, превышающих давление в двигателях Стирлинга. Однако рабочие температуры в двигателях Стирлинга выше, чем в компрессорах, и это усложняет решение проблемы уплотнений. В двигателях внутреннего сгорания рабочие температуры сопоставимы с температурами в двигателях Стирлинга, однако в двигателях Стирлинга уплотнения должны работать в атмосфе ре, не содержащей масла, поскольку при попадании масла из картера в рабочие полости происходит его пиролиз и образование углеродных отложений, засоряющих теплообменники и особенно высокопористые регенераторы. Кроме того, масло в картере может загрязняться просачивающимся рабочим телом. Усовершенствование уплотнений не должно производиться за счет увеличения трения, поскольку это может привести к недопустимому падению рабочих характеристик на валу двигателя. Из сказанного видно, что создание работоспособной конструкции уплотнения для двигателей Стирлинга с высоким внутренним давлением представляет достаточно серьезную проблему. Этот вопрос рассматривается в разд. 1.7. Необходимо уяснить, что использование газообразного рабочего тела, находящегося под высоким давлением, делает чрезвычайно вероятной утечку газа безотносительно к степени совершенства уплотняющих устройств. Следовательно, чтобы поддерживать выходную мощность двигателя на одном уровне в течение длительного периода эксплуатации, такая утечка должна компенсироваться. Практически это означает, что на двигателях Стирлинга с высоким давлением должен быть установлен компрессор, автоматически нагнетающий сжатый газ в двигатель при падении давления цикла ниже определенного уровня иными словами, должен быть обеспечен процесс подкачки . Компрессор может быть расположен как внутри двигателя, так и вне его. В двигателе с косой шайбой Форд — Филипс имеется внутренний поршневой компрессор, состоящий из небольших порш- [c.81]

Помимо трудноразрешимой проблемы уплотнений при использовании высоких давлений возникает проблема высоких циклических механических нагрузок на механизм привода, теплообменники и рабочие цилиндры, которые необходимо учитывать при конструировании этих элементов. В двигателе простого действия, если отсутствует буферная полость и в картере нет избыточного давления, нагрузки на подшипники будут выше, чем в обычных двигателях внутреннего сгорания. Несмотря на то что пиковые давления цикла в двигателе внутреннего сгорания могут быть выше, чем в двигателе Стирлинга, их воздействие весьма непродолжительно, в то время как в двигателе Стирлинга давление удерживается на достаточно высоком уровне в течение полного оборота вала двигателя. [c.82]

Имеется ряд агрегатов и вспомогательных систем, применяемых исключительно в двигателях Стирлинга, и, хотя об этих агрегатах и системах уже упоминалось ранее, хотелось бы, учитывая их оригинальность, описать их подробнее. Многие компоненты обычного двигателя подвергаются модификации для последующего использования в двигателе Стирлинга, однако в этом разделе речь пойдет не о них, а об агрегатах и подсистемах, применяемых исключительно в двигателях Стирлинга или подобных им двигателях возвратно-поступательного действия с замкнутым циклом. Объекты, рассматриваемые в настоящем разделе, были тщательно отобраны с этой точки зрения. Выбор пал на три таких объекта уплотняющее устройство, систему регулирования и систему рециркуляции отработавших газов. Последняя система, служащая для снижения уровня выбросов окислов азота, применяется только в двигателях Стирлинга, использующих внешнее сгорание для подвода энергии к двигателю. На конструкцию системы уплотнений способ подвода энергии не оказывает влияния, однако при разработке системы регулирования необходимо принимать во внимание способ подвода энергии. [c.155]

На тела или, в частности, на любые элементы конструкции двигателя, которые участвуют в ускоренном или замедленном движении, действует сила, которая передается на основание следовательно, эта сила нежелательна. К сожалению, данная проблема возникает в любом двигателе с возвратно-поступательным движением, будь то двигатель Стирлинга или двигатель внутреннего сгорания, поскольку поршень должен остановиться в верхней мертвой точке, затем разогнаться до максимальной скорости, замедлиться и вновь остановиться в нижней мертвой точке далее цикл повторяется. Связанный с поршнем шток также участвует в аналогичном движении, хотя обычно движение представляют в виде суммы возвратно-поступательного II вращательного движений. [c.269]

Двигатель Стирлинга представляет собой поршневой двигатель внешнего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела. Подобно всем тепловым машинам он имеет высокотемпературный и низкотемпературный теплообменники. Тепловая труба может быть использована для передачи теплоты от единого источника к отдельным цилиндрам многоцилиндрового двигателя. Тепловые трубы могут быть также использованы для передачи отводимой теплоты радиатору. Идеальный цикл Стирлинга изображен на рис. 7-15. [c.232]

Наиболее широкое распространение в настоящее время получили двигатели Стирлинга, работающие на жидком топливе нефтяного происхождения. При этом источниками выделения токсичных веществ являются продукты сгорания топлива и испарения его из системы питания. Двигатель Стирлинга работает по замкнутому циклу, поэтому в его картере нет продуктов сгорания и вследствие этого из картера не выделяются токсичные вещества. [c.126]

Выбор системы внешнего сгорания двигателя Стирлинга с регенеративным циклом,— Поршневые и газотурбинные двигатели. М., 1971, с. 12—19. (ВИНИТИ. Экспресс-информация, К И). [c.145]

Для работы всей системы используется энергия продуктов сгорания топлива, теплота которых передается в нагревателе рабочему телу двигателя Стирлинга. В тепловом насосе теплота внешнего источника, находящегося при окружающей температуре, поглощается испарителем контура цикла Ренкина. В систему обогрева объекта передается теплота от холодильника двигателя Стирлинга, конденсатора теплового насоса и часть теплоты от продуктов сгорания топлива после подогревателя воздуха. [c.364]

Цикл Стирлинга, теоретически описывающий процессы, протекающие в реальном двигателе внешнего сгорания, включает (рис. 4.24) изотермическое сжатие а—Ь, подвод теплоты в нзохорном процессе Ь—с, расширение по изотерме с—d и еще один изохорный процесс d—а, замыкающий цикл. [c.78]

Закон изменения давления в двигателе Стирлинга близок к синусоидальному (рис. 1.73) при среднем давлении цикла, равном приблизительно половине максимального, что много выше, чем в сопоставимом двигателе внутреннего сгорания. Нагрузки на подшипники и их долговечность пропорциональны кубическому корню из среднего давления в цилиндре [30], и, следовательно, подшипники, используемые в обычных устройствах возвратно-поступательного действия, преобразующих тепловую [c.83]

Оказалось, что результаты, полученные при использовании псевдоцикла Стирлинга, соответствуют закономерностям и характеристикам реальных двигателей, хотя некоторые выводы и вызывают возрджения. Основные сомнения связаны с интерпретацией идеального цикла, поскольку, по некоторым замечаниям, в нем используются газодинамические процессы, которые не достижимы или не встречаются в практическом двигателе. Подобные замечания справедливы, но довольно очевидны, поскольку идеальные циклы по определению состоят из идеальных и обратимых термодинамических процессов, которые не достижимы в реальных устройствах. Однако использование идеальных циклов и интерпретацию результатов последующего анализа необходимо согласовывать с практическими возможностями. Проблема заключается в том, как найти зо.потую середину . Например, цикл с двойным сгоранием, используемый при анализе рабочего процесса, протекающего в дизеле, дает более реальные значения рабочих характеристик, чем исходный цикл дизеля, но его сочли гипотетическим циклом, выдуманным для того, чтобы получить приемлемые результаты, пока не отражающие идеальных характеристик дизельного двигателя [4]. Если бы критические замечания относительно псевдоцикла Стирлинга основывались на тех же доводах, они были бы более обоснованными. Во всяком случае, этот вопрос интересен в основном для педантов. Трудность проблемы состоит в том, что двигатели Стирлинга не работают по циклу Стирлинга, и в литературе царит путаница в вопросе о том, какие нужно применять критерии работы и рабочие характеристики. [c.229]

Характерным для двигателей Стирлинга (как и для любога теплового двигателя, работающего по замкнутому циклу) является отвод большего (примерно в 2—2,5 раза) количества теплоты в охлаждающую среду по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. В последних основная часть теплоты отводится в окружающую среду с отработавшими газами. [c.22]

В 1978 г. Министерство энергетики США начало работу над Проектом двигателя внешнего сгорания , которым руководит Аргоннская национальная лаборатория Чикагского университета (шт. Иллинойс). В рамках этого проекта будут исследованы возможности создания электрогенераторов с двигателями Стирлинга мощностью от 500 до 2000 кВт для модульного применения в тех случаях, когда имеются в наличии горючие отходы однако их количества недостаточно, чтобы заменить ими сооружение полномасштабной паротурбинной электростанции, работающей по циклу Ренкина в базовом режиме нагрузки. Но существуют тысячи небольших населенных пунктов, подпадающих под эту категорию. Публикация целей проекта привлекла к себе более 60 фирм США. Ожидается, что принятие условий подряда, последующие эскизные проекты и создание прототипов послужат импульсом для разработки новых, ранее не рассматриваемых схем двигателей, которые могут быть особенно приемлемы для больших двигателей Стирлинга. [c.368]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...