Свободнопоршневые двигатели Стирлинга

Рис. 1.28. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга.

Рис. 1.30. Начальная фаза рабочего цикла свободнопоршневого двигателя Стирлинга.

Рис. 1.32. Полный рабочий цикл свободнопоршневого двигателя Стирлинга.

Таким образом, рабочий цикл свободнопоршневого двигателя Стирлинга почти полностью идентичен циклу двигателя, в котором рабочий и вытеснительный поршни механически связаны кривошипным механизмом обычного типа. Этот вывод не слишком неожидан. Уильям Бил, изучая ромбический привод, установил, что двигатель может работать и при отсутствии механизма привода, а один из студентов Била впервые построил действующий свободнопоршневой двигатель [9]. Конфигурация вытеснительный поршень — рабочий поршень в свободнопоршневом двигателе, по существу, является колебательной системой масса — пружина, и эта система настраивается на работу с резонансной частотой, которая и является рабочей частотой двигателя. Однако необходимо заметить, что двигатель Била может работать и в таком режиме, при котором вытеснительный поршень будет совершать не простые гармонические (синусоидальные) колебания, вызываемые резонансом, а колебания, график которых имеет более прямоугольную форму. В этом случае двигатель работает в так называемом режиме банг-банг . Это название, может, и не строго научное, очень наглядно отражает физическую природу работы двигателя. [c.39]

Как и двигатель Стирлинга с обычным кривошипным приводом, свободнопоршневой двигатель Стирлинга имеет различные модификации, определяемые методами отбора мощности, развиваемой двигателем. Классификация этих модификаций [c.39]

Рис. 1,34. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга как насос ГЮ4].

Чтобы обеспечить максимальный КПД, необходим, по-видимому, фазовый угол, превышающий 90° [43]. До настоящего времени не было данных о влиянии фазового сдвига на характеристики свободнопоршневых двигателей Стирлинга, однако [c.100]

Хотя этот вопрос рассматривается отдельно от стоимости, на самом деле стоимость изготовления прямо связана с технологичностью. Однако для большей четкости изложения удобнее рассмотреть вопросы, связанные с технологичностью, отдельно. Как видно из табл. 1.10, двигатель Стирлинга имеет большую стоимость, чем другие варианты автомобильных двигателей составляющие этой стоимости приведены в табл. 1.12. Основная причина такой относительной дороговизны двигателя Стирлинга — использование высоколегированных сплавов для изготовления теплообменников. Конструкция теплообменников предусматривает применение весьма дорогой технологии пайки и дорогостоящих материалов для пайки, при этом длина паяных швов весьма значительна [37]. Допуски на обработанные поверхности деталей двигателя Стирлинга, как правило, более жесткие, что является следствием применения замкнутого рабочего цикла. Для свободнопоршневых двигателей Стирлинга качество механической обработки является, вероятно, наиболее важным требованием для обеспечения нормальной работы двигателя. [c.142]

Здесь будут рассмотрены только методы регулирования мощности двигателей с кривошипно-шатунным приводом, поскольку эти методы являются наиболее совершенными, и, кроме того, они в принципе применимы к свободнопоршневым двигателям Стирлинга. Имеются два основных метода регулирования мощности, применяемых как в отдельности, так и совместно [c.170]

Фирма Дженерал Электрик Компани также разрабатывает свободнопоршневые двигатели Стирлинга типа Била. [c.15]

СВОБОДНОПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ СТИРЛИНГА [c.203]

Свободнопоршневой двигатель Стирлинга —это машина, в которой возвратно-поступательные движения элементов, соответствующие термодинамическому циклу, происходят вследствие их взаимодействия с упругими силами жидкости (рабочего тела) без какой-либо механической связи между поршнем и вытеснителем. [c.204]

Ряд интересных схем с различными методами динамического анализа свободнопоршневых двигателей Стирлинга приведены также в работах [55, [c.213]

Рис. 9.22. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга с гидростатическим приводом

Краткое описание свободнопоршневых двигателей Стирлинга показывает, что многие вопросы еще не решены. Важные области исследований, представляющие в настоящее время интерес для разработчиков свободнопоршневых двигателей, включают следующие вопросы. [c.228]

Схема системы Стирлинга/Ренкина для теплового насоса приведена на рис. 17.5. Система включает одноцилиндровый свободнопоршневой двигатель Стирлинга типа Била и тепловой насос, работающий по холодильному циклу Ренкина. В качестве рабочего тела теплового насоса используется фреон, а его основными агрегатами являются компрессор, повышающий давление от до р , дроссель Джоуля-Томсона, понижающий давление рабочего тела от р до рх при его расширении, и два теплообменника — испаритель и конденсатор — с соответствующими изменениями в них рабочего тела. [c.364]

В случае преобразования солнечной энергии в электрическую в системах может быть использовано аналогичное сочетание свободнопоршневого двигателя Стирлинга, линейного электрогенератора переменного тока, поглотителя и солнечного концентратора (рис. 17.6) [261]. [c.366]

Комбинированный свободнопоршневой двигатель Стирлинга — тип двигате.пя Стирлинга со свободным вытеснителем и кривошипно-шатунным приводом рабочего поршня. [c.381]

Мы не можем утверждать, что некоторые проблемы, связанные с двигателями Стирлинга, в особенности со свободнопоршневым двигателем, освещены с исчерпывающей полнотой, однако если учесть ограниченный объем книги, то уже хорошо, что эти вопросы все же подняты. Мы попытались компенсировать беглость изложения ссылками на соответствующую литературу. Несмотря на наше несколько критическое отношение к проделанной работе, мы все же надеемся, что приведенная нами информация и ее объем позволят читателю получить представление о состоянии разработок двигателя Стирлинга, факторах, обуславливающих его дальнейшее развитие, и перспективах на будущее. При этом потенциальный покупатель такого двигателя сможет решить, представляет ли этот двигатель для него интерес. Для студентов и исследователей мы попытались наметить перспективные области исследований, а для преподавателей — проследить взаимосвязь основных принципов цикла Стирлинга с путями его практического усовершенствования. В конечном счете после прочтения этой главы читатели будут больше знать о двигателях Стирлинга. [c.217]

Свободнопоршневые делители. В изложенном ранее материале свободнопоршневые двигатели не рассматривались. У них много общего с обычными двигателями Стирлинга с приводным механизмом. Однако свободнопоршневые двигатели имеют свои особенности, преимущества и недостатки. Подробно об этих двигателях изложено в ГЛ. 9. [c.186]

На основании. этих результатов, полученных на опытных двигателях, для которых не предусматривалось специальных изменений конструкции для снижения шума, можно сделать уверенный вывод, что двигатель Стирлинга обладает низким уровнем шума. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга может иметь существенно более высокий уровень шума при работе в режиме банг-банг , в то же время двигатель Флюи-дайн практически бесшумен. Несомненно, что при введении специальных изменений в конструкцию двигателя Стирлинга уровень шума можно снизить еще больше. Бесшумный двигатель не только способствует охране окружающей среды, но и создает более комфортные условия работы в машинном отделении и тем самым способствует повышению производительности труда присутствующего там персонала. [c.112]

Основная часть информации по уплотнению свободнопоршневых двигателей является собственностью организаций, занимающихся их изготовлением и испытаниями, однако в работе [33] имеется несколько глав, посвященных конструкции свободнопоршневых двигателей, написанных разработчиками и изготовителями таких двигателей, что помогает составить более полную картину методов уплотнения, применяющихся в этих двигателях. В свободнопоршневых двигателях нет многих трудностей, связанных с уплотнениями, которые встречаются в двигателях с кривошипно-шатунным приводом. Так, например, нет проблемы уплотнения штоков, поскольку весь агрегат можно заключить в герметичный корпус, как это делается в линейных генераторах переменного тока и инерционных компрессорах. Однако остается проблема уплотнения поршня, хотя она и упрощается благодаря отсутствию значительных боковых сил и нагрузок на подшипники, поскольку нет механического привода, что позволяет применять в таких двигателях газовые подшипники. Применение газовых подшипников делает невозможным установку обычных эластичных колец, даже изготовленных из тефлона, поскольку микрочастицы, отделяющиеся при работе таких колец, выводят из строя эти подшипники. Поэтому в свободнопоршиевых двигателях для уплотнения в цилиндре рабочего поршня и вытеснителя, а также уплотнения штока вытеснителя в рабочем поршне используют уплотнения за счет жестких допусков. Это требует полировки всех скользящих поверхностей, и эти поверхности часто покрывают анодированным алюминием или окисью хрома [85]. Без сомнения, секрет успешной работы свободнопоршневых двигателей Стирлинга заключен в высоком качестве механической обработки. [c.169]

Предложение об использовании небольшого, имплантированного в тело человека свободнопоршневого двигателя Стирлинга в качестве насоса в системе кровообращения широко изучалось многими фирмами, в том числе Макдоннел — Дуглас [20] и Аэроджет оф Калифорниа [21]. На эту область применения двигателя Стирлинга часто не обращают должного внимания, хотя качество разработок и изобретательность, требуемые при выполнении такой программы исследований, по-видимому, выше, чем в любом другом случае. Пренебрежительное отношение к этому вопросу, по-впдпмому, обусловлено тем фактом, что гораздо больше соответствующих публикаций появилось в медицинских, а не в технических журналах. Обзор работ, выполненных в этом направлении, сделали Мартини [22] и Уокер [23]. В их работах приведена также хорошая библиография. [c.395]

В начале бО-х гг. Уильям Бил, профессор университета (г. Атенс, шт. Огайо), изобрел свободнопоршневой двигатель Стирлинга для [c.14]

Свободнопоршневые двигатели Стирлинга самопускающиеся, Чтб для тепловых двигателей является уникальным свойством. Эта особенность позволяет применять их в тех случаях, когда самопуск необходим. Так, например, они весьма удачно могут применяться для работ с солнечным концентратором энергии. В утренние часы при соответствующем положении солнца концентратор обеспечивает пуск и дальнейшую работу двигателя, продолжающуюся далеко за полдень. Другая возможная область применения самопускающихся двигателей Стирлинга — в системах, включающих различные виды печей, работа которых вызывает необходимость определенных мощностей для привода вентилятора или водяного насоса для циркуляции воды. [c.174]

Фирма Санпауэр является единственной фирмой в мире, серийно изготовляющей двигатели Стирлинга. Наиболее известной продукцией этой фирмы является небольшой демонстрационный свободнопоршневой двигатель, который может быть использован в качестве водяного насоса, электрогенератора или термокомпрессора. Основная деятельность фирмы Санпауэр связана с исследованием и разработкой перспективных свободнопоршневых двигателей Стирлинга, некоторые из которых рассматриваются ниже. [c.203]

Преимуществом свободнопоршневых двигателей Стирлинга является простота их конструкции, отсутствие утечек (машины могут быть выполнены в герметичном исполнении), низкая стоимость, способность к самопуску и значительный ресурс работы. Они могут бьпь использованы в качестве тепловых насосов, солнечных преобразователей энергии, электрогенераторов, водяных насосов и элементов систем комплексного энергоснабжения. [c.204]

Существует небольшое число потребителей с возвратно-поступательным движением, заслуживающих особого рассмотрения для использования их со свободнопоршневыми двигателями Стирлинга. Во-первых, это линейный генератор переменного тока самых различных схем, две из которых приведены на рис. 9.18. На рис. 9.18, а показана схема генератора с движущейся обмоткой. Основным преимуществом такой схемы является отсутствие поперечных нагрузок, а также ферромагнитных материалов в обмотке, состоящей лишь из проводника, осевое движение которого обусловливает взаимодействие электрического тока из перпендикулярного к нему магнитного поля. Двигатель мод. 10-В фирмы Санпауэр использует именно такой генератор. [c.222]

Другим возможным, но уникальным потребителем мощности свободнопоршневого двигателя Стирлинга является инерционный компрессор или насос (рис. 9.19). Для подвода и отвода прокачивае- [c.222]

Двигатель, разработанный Исследовательским центром в Харуэлле, является крупногабаритным свободнопоршневым двигателем Стирлинга, использующим гибкую металлическую диафрагму, соединенную с узлом генератора. Двигатель продемонстрировал большой ресурс работы при высокой надежности. [c.370]

Другой интересной разработкой является свободнопоршневой двигатель Стирлинга с жидкими поршнями , используемый для перекачки воды. Водяной столб, действующий как поршень, резонирует с собственной частотой, приводя в работу всю систему двигателя Стирлинга, расположенную в цилиндре над жидким поршнем. Возможны различные схемы, при которых резонирующий водяной столб, действующий как поршень, будет прокачивать воду. Источником теплоты для такого двигателя могут быть продукты сгорания, электронагреватель или солнечное излучение. Элрод [106] дал подробное описание требований к конструкции такого двигателя, а в работе [277 ] сообщается о его экспериментальных работах. [c.370]

Эта область применения связана в основном с получением энергии для перекачки жидкостей. В прошлом, как отмечалось выше, двигатель Райдера был популярен именно в этой области. При использовании в этом качестве двигателя Стирлинга обычной конструкции с кривошипным приводом пришлось бы комплектовать его отдельным перекачивающим устройством, однако в случае применения двигателя Флюидайн или свободнопоршневого двигателя (в том числе модификации со свободным цилиндром ) перекачивающий насос становится [c.207]

Уокер [7] составил перечень терминов и определений, и хотя этот перечень не полон, тем не менее он крайне полезен, поскольку из-за отсутствия общепринятых терминов наблюдаются многочисленные разногласия в применении терминов и определений. Такая неблагоприятная ситуация будет существовать до тех пор, пока не будет предпринята серьезная попытка сформулировать полный набор терминов, определений и т. п. При этом необходимо учитывать, что в условиях быстрого со-верпзенствования конструкции двигателей Стирлинга, особенно свободнопоршневых двигателей, по-настоящему полный перечень составить невозможно, однако в распоряжении исследователей уже имеется достаточный материал, чтобы сделать первый значительный шаг в этом направлении. В настоящей книге предпринята такая попытка, и, хотя было бы самонадеянным считать, что охвачены все термины и определения или что предлагаемые термины и определения станут общепринятыми, мы надеемся, что в конце концов придем к общепринятой терминологии и завершим дело, начатое Уокером. Преподаватели технических дисциплин могли бы внести заметный вклад в это дело, приняв из рекомендуемой терминологии то, что они найдут приемлемым. Знакомство с принятой терминологией и привычка к ее употреблению приведут к тому, что номенклатура стандартных терминов и определений будет распространяться и вытеснять неточную и неоднозначную терминологию из литературы. [c.209]

Со времени изобретения двигателя Стирлинга в 1815— 1816 гг. построено множество двигателей различных конфигураций и еще большее число конфигураций было предложено. На протяжении многих лет все эти существующие и гипотетические двигатели имели кривошипный привод в том или ином виде, однако в период, примерно соответствующий последним десяти годам, с изобретением свободнопоршневых двигателей типа двигателя Била и харуэллской машины, а также двигателя Флюидайн к существующему списку конфигураций двигателя Стирлинга (и так достаточно обширному) добавились новые формы. И до настоящего времени продолжают изобретать новые формы этого двигателя. Такое разнообразие форм двигателя Стирлинга существует скорее всего потому, что до сих пор не найдены оптимальная конфигурация двигателя или оптимальный режим работы, которые удовлетворяли бы всему разнообразию условий работы, и такой двигатель вряд ли возможен. Эта ситуация не является специфичной именно для двигателя Стирлинга. Она имеет место и в отношении к другим тепловым двигателям, однако двигатель Стирлинга отличается, пожалуй, наибольшим разнообразием форм. [c.210]

Флюндайны могут быть изготовлены из стекла, термопластов или даже из подходящих сортов твердой древесины. При более высоких рабочих температурах в Флюидайнах сухого типа требуются металлические материалы. В свободнопоршневых машинах применяются те же материалы, что и приведенные в табл. 4.4. В некоторых случаях для двигателей Стирлинга всех типов можно применять не столь экзотические и дорогие материалы, но при условии, что на них нанесено соответствующее покрытие, например из хрома. [c.378]

Узловой метод анализа фирмы Санпауэр . В общих чертах метод моделирования двигателей Стирлинга применительно к свободнопоршневым двигателям Била был разработан Гедеоном в 1978 г. в фирме Санпауэр (г. Атенс, шт. Огайо) [138]. Численное моделирование представляет собой составную часть проектирования солнечной энергетической установки. Наряду с экспериментальными и теоретическими работами фирма осуществляет работы по дальнейшему усовершенствованию конструкции двигателя и программ его расчета. [c.53]

Данное уравнение дает приблизительные результаты оно может быть преобразовано к безразмерному виду P/ pfVo) = onst и определено как число Била. Установлено, что это уравнение в определенной степени справедливо для двигателей Стирлинга всех типов и уровней мощностей — от свободнопоршневых до двигателей с различными механизмами передачи движения. [c.57]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...