Системы регулирования двигателей Стирлинга

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]

Рис, 8.11. Изменение амплитуды давления р рабочего тела от времени т в системе регулирования двигателя Стирлинга при изменении мертвого объема [c.198]

Рис. 8.12. Зависимость эффективной мощности е от изменения мертвого объема Уо в системе регулирования двигателя Стирлинга изменением амплитуды давления

Двигатель Стирлинга реагирует на изменение нагрузки аналогично дизельному двигателю, однако требует более сложной системы регулирования (разд. 1.7). [c.16]

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]

Скользящее уплотнение — это устройство типа поршневого кольца. Его главное преимущество с точки зрения массового производства и стоимости — отсутствие дорогостоящей системы регулирования давления масла, столь необходимой в случае диафрагменных уплотнений. При установке кольцевых уплотнений некоторая утечка неизбежна даже при полированных штоках поршней, а из-за необходимости обеспечения плотного контакта между уплотнением и штоком потери на трение будут большими, чем при установке диафрагм. Потери мощности на трение таких уплотнений при работе двигателя Стирлинга в нормальном режиме составляют 0,7—1,0 кВт на одно уплотнение [73]. Эти уплотнения имеют дополнительные преимущества, не связанные с простотой изготовления и установки. Это — значительно меньшая подверженность катастрофическим разрушениям. Узел скользящего уплотнения (рис. 1.53) обычно заключен в металлический корпус, что значительно упрощает замену и делает ее доступной для большинства работников сферы технического обслуживания и ремонта, что особенно важно при использовании таких уплотнений на автомобилях и морских судах. [c.160]

Рис. 1.131. Схема системы регулирования среднего давления цикла двигателя Стирлинга двойного действия [40].

С увеличением мертвого объема двигателя Стирлинга его мощность падает. Но это не обязательно связано с уменьшением КПД. Однако в системе регулирования мертвого объема, [c.174]

Основополагающие теоретические концепции регулирования мощности были рассмотрены в гл. 1. Полное математическое описание различных систем регулирования мощности позволяет применить соответствующую микропроцессорную технологию для создания наиболее эффективной системы регулирования. Насколько нам известно, пока не опубликовано каких-либо работ, посвященных этому вопросу, хотя вряд ли основные фирмы, занимающиеся разработкой двигателя Стирлинга, не обращались к данной проблеме. Результаты анализа термодинамических и газодинамических характеристик двигателя Стирлинга позволяют определить некоторые параметры, необходимые для системы регулирования, например среднее давление, мертвый [c.267]

К числу вспомогательных агрегатов двигателя Стирлинга относятся масляный насос, электрические генераторы постоянного и переменного тока, системы зажигания и регулирования, компрессор, водяной насос, вентилятор для охлаждения радиатора, привод для подачи воздуха в подогреватель и другие устройства. Мош,ность, потребляемая вспомогательными агрегатами, с увеличением частоты вращения и давления возрастает. Характеристики двигателя, принимая во внимание мощность, необходимую для привода вспомогательных агрегатов (кривая J—J, рис. 7.5), могут быть получены при испытаниях двигателя. [c.166]

Системы регулирования предназначены для управления мощностью (крутящим моментом) и частотой вращения вала двигателей Стирлинга. В одних случаях, как, например, при работе двигателя на стационарный электрогенератор, необходимо независимо от нагрузки поддерживать постоянную частоту вращения в других случаях (относящихся к транспортным двигателям) режимы работы двигателя характеризуются широким диапазоном изменения как нагрузки, так и частоты вращения вала. [c.186]

Системы регулирования режимов работы двигателей Стирлинга изменением температуры нагревателя [c.188]

Системы регулирования режимов работы двигателей Стирлинга изменением температуры нагревателя имеют один и тот же принцип работы, который состоит в том, чтобы поддерживать температуру [c.188]

Рис. 8.3. Схема системы регулирования изменением состава топливовоздушной смеси двигателя Стирлинга фирмы Юнайтед Стирлинг [149]

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]

Рис. 8.6. Принципиальная схема системы регулирования мощности четырехцилиндрового двигателя Стирлинга изменением среднего давления рабочего тела [250]

Рис. 8,7, Функциональная схема системы регулирования мощности изменением среднего давления рабочего тела в четырехцилиндровом с ромбическим приводом двигателе Стирлинга типа 4-235

Рис. 8.9. Схема системы регулирования мощности двигателей Стирлинга фирмы Юнайтед Стирлинг

Рис, 8,10, Схема системы регулирования мощности двигателя Стирлинга изменением амплитуды давления р рабочего тела (фирмы Юнайтед Стирлинг ) [c.198]

Система регулирования мощности изменением амплитуды давления рабочего тела. Одна из возможных систем регулирования мощности двигателя описана в работе [4], исходя из расчета ее дальнейшего развития на фирме Юнайтед Стирлинг , В этой системе регулирование мощности осуществляется путем изменения амплитуды давления рабочего тела в цилиндре двигателя (рис. 8.10). Система имеет несколько различных по объему баллонов, отлитых как одно целое с картером и соединяющихся с рабочими полостями двигателя посредством клапанов, реагирующих на изменение амплитуды давления цикла. [c.198]

Система регулирования мощности изменением фазового угла. В двигателях Стирлинга изменение объема полости расширения [c.199]

Система регулирования мощности изменением фазового угла а характеризуется мгновенной реакцией двигателя и представляет удобный способ для осуществления его реверса. Данная система была использована фирмой Дженерал Моторе в восьмицилиндровом У-образном двигателе Стирлинга мощностью 590 кВт, предназначенном для судов береговой зоны, где необходима хорошая маневренность. Привод рабочих и вытеснительных поршней, находящихся в каждом цилиндре такого двигателя, осуществляется от разных коленчатых валов, соединенных планетарным редуктором, круговой поворот центрального колеса которого обеспечивает соот-ветствуюш,ее взаимное положение поршней, что и приводит к фазовому смещению изменений объемов в полостях сжатия и расширения. [c.201]

Наземный энергоблок. Наиболее явным достижением программы исследовательских лабораторий фирмы Дженерал Моторе был наземный энергоблок ОРи с двигателем Стирлинга, разрабатывавшийся в течение 10 лет. Двигатель представлял собой одноцилиндровую машину с ромбическим приводом диаметром цилиндра 6,98 см и ходом рабочего поршня 3,05 см (рис. 11.1 и 11.2). В процессе разработки двигатель претерпел много изменений, в основном в системе регулирования и водородного компрессора (см. гл. 8). Однако уже в 1967 г. двигатель стабильно работал при частоте вращения, [c.257]

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]

Рис. 13.11. Принципиальная схема системы регулирования мощности двигателя изменением среднего давления, разработанная фирмой Юнайтед Стирлинг

Регулирование путем изменения фазового угла, степени сжатия и смещения 1циклов связано с созданием сложной механической системы и с ухудшением к. п. д. двигателя при работе на режимах с частичной нагрузкой. Поэтому регулирование двигателей Стирлинга в настоящее время производится в основном изменением температуры и давления рабочего тела в цилиндре. Система регулирования изменением температуры отличается большой сложностью, так как этот процесс протекает очень медленно из-за значительной инерционности процесса теплообмена в двигателе с внешним подводом теплоты. Кроме того, изменение температуры рабочего тела связано с существенным изменением к. п. д. двигателя, который снижается при частичных нагрузках. [c.116]

Комбинированный двигатель Стирлинга имеет свободный вытеснитель и кривошипно-шатунный привод рабочего поршня. Впервые идея такого двигателя была воплощена в университете г. Калгари (Канада), и свое дальнейшее продолжение она получила в Батевском университете. Вопрос регулирования мощности комбинированного двигателя изменением хода вытеснителя был рассмотрен лишь в общих чертах. Ограничение хода вытеснителя способствует снижению массового расхода рабочего тела между полостями машины и приводит к уменьшению амплитуды давления в цикле. Этот принцип в определенной степени аналогичен описанной выше системе регулирования двигателя по амплитуде давления, в которой увеличение мертвого объема двигателя осуществляется при подсоединении дополнительных баллонов с газом. Ограничение хода вытеснителя обусловлено возрастающим влиянием мертвого объема на полости расширения и сжатия. Вместе с тем с изменением хода вытеснителя изменяются также и вытесняемые объемы полостей [c.202]

Эта система регулирования была установлена на двигателе Адвен-ко 4-290 фирмы Филипс , однако, насколько нам известно, экспериментальные данные, полученные на этом двигателе, не были опубликованы. Известно, что и другие организации заинтересованы в этом методе регулирования мощности, особенно те, которые разрабатывают холодильные машины, основанные на цикле Стирлинга, Действительно, метод представляется весьма перспективным, поскольку отпадает необходимость в подкачке и стравливании рабочего тела, а также в дополнительных полостях для размещения рабочего тела. Правда, требуется некоторое устройство для изменения длины хода поршня. Ранее механизм привода с косой шайбой служил также и приводом гидравлического насоса, что усложняло механизм привода. [c.176]

Сложная система регулирования. Особенности организации рабочего процесса двигателя Стирлинга обусловили сложность его системы регулирования. Об этом свидетельствует большое количество изобретений, связанных с усовершенствованием этой системй. Часть этих усовершенствований связана с улучшением работы двигателя на неустановившихся и переходных режимах. [c.131]

Реакция двигателя. Реакция двигателя Стирлинга на изменение процессов в камере сгорания является медленной. Чувствительность двигателя заметно возрастает лишь с изменением температуры труб нагревателя, что связано с интенсивностью теплового потока к рабочему телу. В некоторых случаях такая реакция считается приемлемой и, в частности, там, где нагрузка и частота вращёния вала двигателя более или менее постоянные, как, например, при совместной работе двигателя с небольшим электрогенератором. Однако в большинстве случаев, и в частности на автомобиле, должна быть более чувствительная и быстрая реакция двигателя на изменение нагрузки. В этих случаях необходима вторая система регулирования, известная как система регулирования мощности, являющаяся по существу системой регулирования крутящим двигателя. [c.188]

Рис. 8.4. Принципиальная схема системы регулирования изменением состава топливовоздушной смеси двигателя Стирлинга типа 4-215ВА, разработанного совместно фирмами Филипс и Форд (Постма и другие, 1973)

Постма и другие (1973 г.) отмечают, что система регулирования составом топливовоздушной смеси двигателя Стирлинга сконструирована так, чтобы обеспечить работу труб нагревателя при постоянной температуре, равной 800 °С. Датчик температуры, установленный на одной из труб нагревателя, является первичным источником импульса для регулятора состава топливовоздушной смеси. Вентилятор, подающий воздух в камеру сгорания, приводится непосредственно от двигателя. Количество подводимого воздуха регулируется датчиком температуры через дроссельный воздушный клапан, связанный регулятором топливовоздушной смеси, поддерживак )-щим всегда постоянным избыток воздуха равным 30 %. [c.190]

Ранее в 1971 г. Неелен и другие привели краткое описание системы регулирования составом топливовоздушной смеси четырехцилиндрового двигателя Стирлинга типа 4-235 фирмы Филипс , предназначенного для установки его на автобус. [c.190]

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]

Рис. 8.8. р, V-диаграммы четыре хцилиндрового двигателя Стирлинга типа 4-235 для различных режимов работы с системой регулирования перепуском рабочего тела [c.195]

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]

Как отмечалось выше, данная система регулирования была разработана на фирме Юнайтед Стирлинг в качестве альтернативы системе регулирования уровнем давления, принятой на фирме Филипс . Система регулирования фирмы Филипс [4] вызывает необходимость использования достаточно сложного и дорогостоящего компрессора для подачи водорода из системы двигателя в баллон. Кроме того, из-за значительного времени, затрачиваемого на сжатие газа, необходима дополнительная система с перепуском, приводящая к уменьшению эффективного КПД двигателя. При постоянно изменяющейся нагрузке на двигатель, например, при работе городских автобусов, снижение КПД будет более значительным. В подтверждение данного вывода на рис. 8.13 приведены завп-- [c.198]

Регулирование мощности двигателя изменением хода поришей. Регулирование мощности двигателя Стирлинга может осуществляться и изменением хода движущихся возвратно-поступательно элементов. В двигателях одностороннего (простого) действия такими элементами могут быть рабочий поршень или вытеснитель, а в двигателях двойного действия — поршень-вытеснитель. Данный способ регулирования наиболее приемлем для машин со свободными рабочим или вытеснительным поршнями, чем для машин с обычным приводом. В одноцилиндровом свободнопоршневом двигателе Била приспособляемость хода рабочего поршня к условиям нагрузки является естественной. Так, при уменьшении нагрузки ход рабочего поршня увеличивается до максимальной величины, что определяет ограничение системы регулирования ходом поршня двигателя. При увеличении нагрузки ход рабочего поршня уменьшается, но усилие, создаваемое поршнем, возрастает и достигает максимального значения при его полной остановке. Этот неприятный момент, характеризующийся ударным соприкосновением штока насоса с рабочим поршнем, приводит к мгновенной реакции двигателя Била, проявляющейся в резком увеличении движущей силы как одной из попыток ограничить перемещение рабочего поршня. [c.202]

Рис. 13.8. Расчетные характеристики двигателя Стирлинга типа Р150У8 мощностью 150 кВт [149]. В двигателе использовалась система регулирования мощности изменением среднего давления рабочего тела непринудительное воздушное охлаждение радиатора от вентилятора при температуре окружающей среды 30 °С на высоте 150 м над уровнем моря

Регулирование составом топливовоздушной смеси. Дополнительной системой регулирования мощности двигателя Стирлинга является система регулирования состава топливовоздушной смеси. Повышение эффективной мощности двигателя связано с интенсификацией процесса теплопередачи в нагревателе, т. е. с увеличением подачи топлива в камеру сгорания. Аналогично снижение мощности вызывает уменьшение подачи топлива. Система регулирования подачей топлива могла бы быть основной системой регулирования мощности двигателя, однако вследствие его слишком медленной реакции эта система пригодна лип1ь для частного случая постоянного скоростного режима двигателя. Поэтому в большинстве случаев используют другие системы регулирования мощности с одновременным дополнительным регулированием состава топливовоздушпой смеси. [c.299]

Одной ИЗ разработок фирмы Юнайтед Стирлинг было создание системы регулирования мощности двигателя составом топливовоз-душной смеси, отвечающей требованиям низкого содержания токсичных составляющих в отработавших газах и обладаюш ей хорошими экономическими показателями. Упрощенная принципиальная схема такой системы регулирования (рис. 13,13) включала модифицированный стандартный жиклер фирмы Бош , обеспечивающий точное регулирование состава смеси. Температура трубок нагревателя измерялась термопарами, сигнал от которых поступал на дроссельный клапан, регулирующий подачу воздуха вентилятором в камеру сгорания. Жиклер, реагировавший на интенсивность подачи воздуха, устанавливал соответствующий, уровень расхода топлива. [c.300]

Краткий обзор о результатах работы фирмы Мак-Дониелл— Дуглас ио созданию системы искусственного сердца с двигателем Стирлинга и гидравлическим насосом изложен в работе [175]. Принципиальная схема системы приведена на рис. 15.3. Блок двигателя состоит из источника тепловой энергии, двигателя Стирлинга и двух гидравлических подсистем — преобразования и аккумулирования давления. Блок насоса включает насос для циркуляции крови и две гидравлические подсистемы — привода и регулирования. [c.321]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...