Рабочие тела двигателей Стирлинга

Обычно при вычислении КПД идеального цикла считается, что рабочим телом является однокомпонентная среда, а затем вносятся соответствующие поправки, но в данном случае никаких поправок не требуется, поскольку обычным рабочим телом двигателя Стирлинга действительно служит однокомпонентная среда. Как и для всех идеальных циклов, предполагается, что все процессы обратимы и подчиняются законам идеального газа. Следовательно, используя обычное определение термического КПД цикла, а именно [c.222]

Рабочее тело из регенератора поступает в полость расширения, его температура в нагревателе повышается от теплоты продуктов сгорания топлива. Так как обычно рабочим телом двигателей Стирлинга служит водород или гелий при высоком давлении, следует отметить их достаточно высокие свойства переноса теплоты по сравнению со свойствами переноса теплоты продуктов сгорания, находящихся при атмосферном давлении. Поэтому при заданном тепловом потоке разность температур между внешней стенкой нагревателя и продуктами сгорания достаточно значительная, в то время как между рабочим телом и внутренней стенкой нагревателя разность температур существенно меньше, [c.96]

РАБОЧИЕ ТЕЛА ДВИГАТЕЛЕЙ СТИРЛИНГА Введение [c.124]

Рабочие тела двигателей Стирлинга могут быть самыми различными. Во всех регенеративных двигателях XIX в., за небольшим исключением, использовали воздух с давлением, близким к атмосферному. Лишь в некоторых двигателях давление составляло несколько атмосфер. Отсюда и их название воздушные двигатели или воздушные тепловые машины . Воздух — наиболее доступное рабочее тело (необходимость в сложных уплотнениях отпадает). Такие двигатели были громоздкими, маломощными, с низкой частотой вращения их эффективный КПД составлял всего несколько процентов. По сравнению с широко распространенными в то время паровыми машинами, они были более безопасными. Следует отметить, что вода как рабочее тело паровых машин, как и воздух, была также доступной. [c.124]

Водяной пар, как рабочее тело двигателей Стирлинга, не имеет широкого применения. Как таковой он может существовать при [c.134]

Рабочие тела двигателей Стирлинга рассмотрены в гл. 6. [c.333]

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]

В двигателе Стирлинга происходит преобразование тепловой энергии в механическую посредством сжатия постоянного количества рабочего тела при низкой температуре и последующего (после периода нагрева) его расширения при высокой- температуре. Поскольку работа, затрачиваемая поршнем на сжатие рабочего тела, меньше работы, которую поршень совершает при расширении рабочего тела, двигатель вырабатывает полезную механическую энергию. [c.21]

Однако уже сейчас — на первой стадии нашего анализа рабочих характеристик двигателя Стирлинга — становится ясно, что очень трудно (а порой и почти невозможно) выделить индивидуальное влияние какого-либо параметра, поэтому при интерпретации полученных результатов необходимо соблюдать большую осторожность. Влияния температуры, давления и скорости часто могут перекрываться, и в тех случаях, когда индивидуальные влияния противоположны, общий эффект может быть весьма малым. Более того, такие параметры, как температура и давление, по-разному влияют на различные рабочие тела. Например, удельная теплоемкость одного из трех наиболее распространенных рабочих тел — гелия — не зависит от давления и температуры в пределах обычных для таких двигателей диапазонов рабочих значений этих параметров, в то же время удельная теплоемкость двух других часто используемых рабочих тел — водорода и воздуха — существенно зависит от этих параметров. Тем не менее мы попытаемся, где это возможно, разделить индивидуальные влияния параметров, что сделает более понятной их значимость и их вклад в формирование общих рабочих характеристик двигателя. Однако, даже если это будет сделано, в реальных условиях необходимо проследить влияние всех параметров в широком диапазоне рабочих режимов двигателя, и для выяснения общего характера влияния потребуется полная рабочая диаграмма двигателя. [c.79]

Подробный анализ различных определений КПД, приведенный выше, может показаться ненужным и даже искусственным, но мы считаем, что подробное освещение различных по своей природе КПД и их составляющих весьма полезно, поскольку в литературе достаточно часты случаи, когда приводимые КПД не оговариваются, и это нередко приводит к излишне оптимистичным заявлениям о преимуществах рабочих характеристик двигателя Стирлинга по сравнению с другими тепловыми двигателями. Поэтому при рассмотрении в этой главе различных аспектов воздействия температуры на рабочие характеристики мы будем тщательно оговаривать, где это возможно, приводимые результаты. Индикаторный, эффективный или какой-либо другой КПД двигателя Стирлинга весьма сильно зависит от уровня температуры, при которой энергия источника передается рабочему телу. Этим объясняется, почему большинство двигателей Стирлинга работает при постоянной [c.86]

Как уже отмечалось ранее, двигатели Стирлинга, как правило, работают на заранее выбранном рабочем теле при постоянной температуре в трубках нагревателя. В процессе работы нагрузка и скорость могут изменяться, среднее давление цикла может оставаться на заданном уровне или такл<е изменяться. Поэтому на рабочих диаграммах двигателей Стирлинга обычно представлены зависимости нагрузки (крутящего момента) от скорости и давления при постоянных значениях мощности и КПД, как показано на рис. 1.89 для двигателя 4-215-совместного производства фирм Форд и Филипс . [c.104]

ХОТЯ конструкция скользящего уплотнения Форд — Филипс принципиально весьма близка к конструкции уплотнения Юнайтед Стирлинг , его разработка так и не была полностью завершена к намеченному сроку. Недавно фирма Филипс вновь начала работу по созданию скользящего уплотнения и уже разработала несколько новых конструкций. Об этой работе сообщалось на конференции по уплотнениям в апреле 1981 г. [75]. При использовании скользящего уплотнения необходимо предусматривать устройство для восполнения рабочего тела, чтобы компенсировать неизбежную его утечку следует также уделить больше внимания уплотнениям поршня, чтобы свести к минимуму утечку через уплотнение штока и уменьшить потери мощности. Должны быть предусмотрены также устройства, предохраняющие масло в картере от попадания в него рабочего тела двигателя.. Чтобы максимально уменьшить утечку рабочего тела, полированная поверхность штока поршня в зоне его контакта с основным уплотнением должна иметь высоту неровностей в пределах 150—200 мкм, а овальность сечения штока не должна превышать 12,7 мкм. Это означает, что шлифование не должно производиться на бесцентровых шлифовальных станках. [c.161]

Этот же принцип сжатия определенного количества рабочего тела при низкой температуре и расширения его при более высокой температуре лежит в основе рабочего процесса двигателя Стирлинга. Однако в двигателе Стирлинга теплота подводится к рабочему телу извне, в простейшем случае через стенку цилиндра. [c.7]

Во внутреннем тепловом контуре, кроме указанных выше, имеются также потери теплоты, обусловленные аэродинамическим трением при перетекании рабочего тела из одной полости в другую. Так как процессы в рабочем пространстве двигателя Стирлинга являются циклическими, то эти потери также зависят от времени. Теплота, выделяемая при аэродинамическом трении, частично теряется через стенки, ограничивающие рабочее пространство двигателя, а частично расходуется на нагрев рабочего тела, что наиболее сильно отражается на параметрах газа в холодной полости двигателя. Потери на аэродинамическое трение наибольшие в нагревателе (около 60%), а наименьшие— в регенераторе (примерно 10%) [48]. [c.44]

Регенеративные двигатели с клапанным управлением потока рабочего тела (двигатели Эриксона), так же как и родственные им двигатели Стирлинга, разнообразны по типам, компоновкам и размерам. Иногда их классификацию можно проводить по аналогии единственное различие между ними —-отсутствие или наличие клапанов, обеспечивающих циклическое изменение потока газа в рабочей полости. При такой характерной для них особенности из рассмотрения исключаются газовые клапаны, применяемые в системе регулирования Двигателей Стирлинга для изменения давления рабочего тела. [c.92]

Как известно, теплообменники предназначены для передачи теплоты от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой. В двигателях Стирлинга нагреватель, воспринимая теплоту от внешнего источника при высокой температуре, передает ее рабочему телу двигателя, находящемуся в рабочей полости, примыкающей к полости расширения. В холодильнике тепловой поток изменяет свое направление, и поглощенная в нем от рабочего тела теплота отводится в охлаждающую среду (воздух или воду) при низкой температуре. [c.95]

Соединение теплового аккумулятора с двигателем Стирлинга осуществлялось с помощью тепловой трубы (см. рис. 14.2). При работе двигателя жидкий натрий испарялся на горячих поверхностях контейнеров со фторидом лития и конденсировался на трубках нагревателя и головке цилиндра двигателя с эффективной передачей теплоты рабочему телу двигателя. Аккумулятор и соединительные трубопроводы полностью теплоизолированы, поэтому пары натрия конденсировались только на нагревательных элементах двигателя потери теплопроводностью были минимальными. [c.309]

Двигатель фирмы Термо-Электрон был первоначально определен как кольцевой циклический регенеративный двигатель он не был причислен к двигателям Стирлинга. Однако в действительности этот двигатель является двигателем Стирлинга и, более того, одним из уникальных. Рабочее тело двигателя — вода, изменяющая фазовое состояние от жидкого в холодной полости до парообразного в горячей и таким образом, оно может быть классифицировано как однокомпонентное двухфазное рабочее тело . [c.333]

Одноцилиндровый двигатель Стирлинга вытеснительного типа с ромбическим приводом и вытесняемым рабочим поршнем объемом, равным 65 см , изготовлен Россом в 1973 г. В качестве рабочего тела двигателя используются воздух или гелий. Подвод теплоты осуществляется с помощью высокотемпературной кольцевой пропановой горелки. Конструкция двигателя неоднократно изменялась, что позволило улучшить первоначальные характеристики двигателя (при частоте вращения, равной 750 об/мин, и атмосферном давлении мощность двигателя была равна 1,5 Вт). После модификации двигатель, работающий на воздухе, развивает мощность свыше 25 Вт при атмосферном давлении 0,1 МПа и свыше 50 Вт при давлении 0,2 МПа. Мощность двигателя на гелии превышает 75 Вт при давлении 0,2 МПа (рис. 18.1). Несмотря на то, что двигатель был рассчитан на давление до 0,4 МПа, его испытания при таком высоком давлении не проводились. [c.373]

Полость сжатия — часть общей рабочей полости двигателя Стирлинга, в которой осуществляется повышение давления рабочего тела (в этом случае теплота сжатия отводится в водяную систему охлаждения). В двигателях температура рабочего тела в полости сжатия меньше температуры рабочего тела в полости расширения, а в криогенных газовых машинах и тепловых насосах — наоборот. [c.379]

Полость расширения часть общей рабочей полости двигателя Стирлинга, в которой происходит расширение рабочего тела с подводом теплоты при постоянной температуре. В двигателях температура рабочего тела в полости расширения выше, чем в полости сжатия, а в тепловых насосах и холодильных машинах — наоборот. [c.380]

Нагреватель — теплообменник двигателя Стирлинга, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от источника к рабочему телу двигателя. [c.381]

Свертывающееся диафрагменное уплотнение — уплотнение, предотвращающее утечки рабочего тела из рабочей полости двигателя Стирлинга (разработано фирмой Филипс ). [c.382]

Рабочее тело — газ, жидкость или пар, которые периодически сжимаются и расширяются при соответствующих температурах в рабочей полости двигателя Стирлинга. [c.382]

Малотоксичный двигатель Стирлинга на автомобилях применять нерационально ввиду его высокой стоимости. До сих пор не преодолены конструктивные трудности герметизации полостей двигателя, работающего по замкнутому циклу с применением в качестве рабочего тела водорода или гелия, и не определены конструкционные материалы для изготовления нагревательной головки, работающей при давлении до 14-10 Па и температуре около 1000 °С. [c.60]

В последние годы стали разрабатываться газообразные поршневые двигатели, в которых продукты сгорания выполняют функции источника теплоты, а рабочим телом является газ (наиболее подходящий по своим термодинамическим свойствам), циркулирующий в замкнутом контуре. Идея подобного двигателя внешнего сгорания была высказана еще Р. Стирлингом в 1817 г. [c.540]

Двигатель Стирлинга, имеющий теоретическую мощность 115 кВт, работает в интервале температур 60.... ..650 С степень сжатия е 2,0, рабочее тело — углекислый газ. Определить термический к. п. д. цикла двигателя при степени регенерации а = 0,9 и массовый расход углекислого газа. Среднюю теплоемкость углекислого газа примять Ср — 1,13 кДж/(кг К). [c.128]

Особенностью двигателя Стирлинга являются перемещения рабочего тела из холодной полости в горячую и обратно через регенератор, который, осуществляя полную регенерацию, периодически то нагревается, воспринимая теплоту от рабочего тела, то охлаждается, отдавая теплоту рабочему телу. [c.59]

Как мы уже говорили, изобретение № 166202 еще не осуществлено в металле. Но изобретатели успели подметить некоторые его слабые стороны и нашли способ их устранить. Дело в том, что газовая постоянная увеличивается не только при нагреве перед турбиной в результате диссоциации, но и при сжатии в компрессоре. Газа как бы становится больше, и на его сжатие приходится затрачивать больше работы. При расширении в турбине — картина обратная. Эти обстоятельства несколько снижают к.п.д. двигателя. Чтобы избавиться от таких нежелательных явлений, нужно весь процесс сжатия и расширения тоже производить при постоянной температуре, изотермически. Но как раз так и происходит в двигателе внешнего сгорания—двигателе Стирлинга. Поэтому именно в нем целесообразнее всего использовать диссоциирующее рабочее тело, например треххлористый алюминий или смесь метана с углекислым газом (авторское свидетельство № 213039). [c.274]

Двигатель Стирлинга представляет собой современный вариант изобретенного в 1816 г. шотландским священником Робертом Стирлингом теплового двигателя, использовавшего в качестве рабочего тела воздух (разд. 1.9). [c.14]

В качестве рабочего тела в двигателе Стирлинга обычно используется воздух, гелий или водород (разд. 3.1). [c.14]

Двигатель Стирлинга представляет собой преобразователь энергии, относящийся к типу тепловых двигателей, совершающих механическую работу на выходном валу при подводе к ним тепловой энергии. Полезная работа в рабочем цикле Стирлинга совершается, как и в других тепловых двигателях, посредством сжатия рабочего тела при низкой температуре и расширения того же рабочего тела после нагрева при более высокой температуре. Основные термодинамические процессы, про- [c.16]

Работа двигателя Стирлинга по замкнутому циклу определяет как его преимущества, так и недостатки. Например, поскольку рабочее газообразное тело постоянно находится в полости двигателя, отвод неиспользованного тепла в атмосферу полностью осуществляется через теплообменник, в то время [c.18]

Рабочие тела двигателей Стирлинга не ограничиваются лишь простыми однокомпонентными газами, рассмотренными выше. В 1931 г. Мелоун, работавший в Англии, достиг значительных успехов с жидкими телами, такими, как вода, бензин, глицерин и т. п. Вода как рабочее тело была использована и в регенеративном двигателе с ядерным источником, предназначенным для другой системы искусственное сердце (гл. 15). [c.125]

МОЙ жидкослн в этом случае используется гибкая полая пружина, проходящая через окружающее ее под высоким давлением рабочее тело двигателя Стирлинга. Процессы сжатия происходят в полостях, разделенных относительно стационарной инертной массой, находящейся внутри поршня двигателя. Герметичность уплотнения в таких устройствах обеспечивается тем, что мощность двигателя непосредственно передается потоку прокачиваемой жидкости. Данная схема может быть использована в термокомпрессорах, насосах и воздушных компрессорах. Гибкая полая пружина из коррозионно-стойкой стали соответствующей жесткости обеспечивает заданную частоту резонансного двигателя и может быть рассчитана на продолжительный ресурс. [c.223]

Смешанное рабочее тело — рабочее тело двигателей Стирлинга, состоящее из двух и более компонентов может находиться в состоянии жидкости, газа, пара или диссоциирующего газа. [c.379]

Рабочая полость двигателя Стирлинга включает объем ци-лшадра (или цилиндров) над рабочим и вытеснительным поршнями (сумму объемов Ут и ]/х), а также заполненные рабочим телом объемы нагревателя, регенератора, охладителя и соединительных каналов. Из схем видно (рис. 10, а и б), что перемещение вытеснительного поршня не приводит к изменению объема рабочей полости двигателя. Сжатие и расширение рабочего тела осуществляется только в результате перемещения рабочего поршня. На схеме 10, в каждый поршень выполняет функции рабочего и вытеснительного поршней. [c.20]

Попадание масла в рабочие полости двигателя Стирлинга крайне нежелательное и чрезвычайно вредное явление, так как при этом парами масла загрязняется набивка регенератора и значительно ухудшается его к. п. д., а также изменяются свойства рабочего тела и, как следствие, эффективный к. п. д. двигателя. Поэтому в двигателе Стирлинга применяются несмазы-ваемые поршневые кольца, а смазочный материал требуется только для смазки механизма привода и вспомогательных агрегатов. В качестве поршневых уплотнений в двигателе применяются неразрезные кольца из фторопласта или композиционных материалов на основе последнего. [c.130]

Двигатель типа 4-98ВА двойного действия фирмы Филиппу. В отчете, составленном в октябре 1976 г. по результатам работ, проведенных над легковым автомобилем, указывалось, что небольшой двигатель, на который постоянно ссылались в отчетах, был двигателем типа 4-980А мощностью 60 кВт (расчетные комбинированные характеристики двигателя приведены на рис. 10.14). В качестве рабочего тела двигателя использовали водород при р , — == 20,2 МПа температура внутренней стенки нагревателя составляла 750 °С, а температура холодильника 50 °С максимальная частота вращения двигателя 5400 об/мин. Двигатель четырехцилиндровый вытесняемый объем каждого цилиндра составляет 98 см отношение максимальных объемов рабочих полостей УЕтах/Устах = = 1,1 угол наклона косой шайбы 18°, а коэффициент заполнения регенератора равен 38 %. В отчете сообщалось и о дальнейших разработках уплотнения из материала Рулон как возможного варианта для замены свертывающегося диафрагменного уплотнения. Другим интересным фактом, отмеченным в отчете, было сравнение двух двигателей с заимствованными идентичными узлами двигателя типа 4-98 ОА, но с разными приводами один двигатель имел привод от косой шайбы, другой — привод с двойным кривошипом (подобно современным двигателям фирмы Юнайтед Стирлинг ), Сравнение [c.250]

В двигателе Стирлинга внешний подвод теплоты осуществляется через теплопроводящую стенку. Рабочее тело находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется. Работа двигателя Стирлинга условно может быть разделена на четыре термодинамических процесса (рис. 1.30, г). В процессе /2 холодное рабочее тело сжимается при таком интенсивном отводе теплоты q i, что температура его не меняется (процесс изотермный). В процессе 23 поршень-вытеснитель перемещает рабочее тело из холодной полости в горячую так, что 2 = onst, а температура увеличивается от Тз до Тз за счет подвода теплоты q. В процессе 34 Тз = == onst в связи с одновременным подводом теплоты q l и расширением от Гз до г . [c.59]

Так как н, = п 2 то = Аз,а = Л5,,,, т. е. изохорпые процессы в Т-днаграмме эквидистантны. Следовательно, = q, г. е. регенератор двигателя Стирлинга в идеальном случае (без учета потерь) осуществляет полную передачу теплоты в изохорных процессах 7-/ и 2-5от горячего рабочего тела (q ) к холодному (q ). С учетом-сказанного /д = q — 92 = 12 = я — Удельная [c.289]

Последние исследования, проведенные за рубежом, показали, что двигатель, запатентованный скромным шотландским священником Робертом Стирлингом в 1816 году и более ста лет считавшийся устарелым,—наиболее подходящая силовая установка для спутников, когда требуется приличная мощность —три, пять и более киловатт. Напомним, что стирлинг—двигатель с замкнутым циклом, в котором рабочее тело нагревается через непроницаемую металлическую стенку, работает как двигатель на любом топливе — от урана до соломы, более того, на любом источнике тепла — от солнечных лучей до тепловых аккумуляторов, наполненных жидким расплавом какого-нибудь вещества. Удалось даже построить модельку, которая работает от тепла рук. При равной мощности стирлинг получается легче турбины и солнечных батарей, он надежнее, почти не подвержен износу и вибрации. Последнее особенно важно для работы на спутниках. [c.275]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...