Двигатели Стирлинга фирмы Филипс

Хотя схема, показанная на рис. 1.13, находит практическое применение во многих двигателях, проблема быстрой передачи энергии остается нерешенной, поскольку необходимо еще преодолеть тепловую инерцию стенок цилиндра. При проведении работ по усовершенствованию двигателя Стирлинга фирмой Филипс были применены трубчатые теплообменники для нагревателя и холодильника, и, хотя при этом потребовалось уплотнить вытеснительный поршень, основная цель была достигнута. Полный рабочий цикл теперь молено описать с помощью рис. 1.14. На рис. 1.14 легко различаются составляющие процессы рабочего цикла, изображенного на диаграмме давление — объем (рис. 1.9, а). [c.25]

Таким образом, хотя имеются уже готовые машины, но из-за высоких цен на них многим может показаться выгоднее изготовить такую машину из готовых конструкций. Приведенная в книге или имеющаяся в процитированной литературе информация позволяет любой солидной и компетентной организации самой создать свой двигатель Стирлинга. Фирма Филипс все еще продает большие холодильные машины, и можно попробовать переделать одну из них, хотя авторы и не считают такой способ самым совершенным. [c.376]

После 40 лет работ над механическим двигателем Стирлинга фирма Филипс прекратила дальнейшие разработки. Но исследования отдельных компонентов продолжаются, в частности уплотнений. Разработанная технология продается. Даже и сегодня многие из имеющихся патентов принадлежат фирме Филипс . Американский филиал фирмы в шт. Нью-Йорк активно участвует в правительственных программах, а один из самых выдающихся инженеров фирмы д-р Р. Мейер пока еще продолжает работы на базе разработанной технологии. История разработки фирмой Филипс двигателя Стирлинга и достигнутые при этом замечательные успехи требуют особого описания, Эти работы были пионерскими, и без них невозможно было бы проводить сегодняшние работы по двигателю- Стирлинга и даже написать данную книгу. [c.411]

Механизмом, исключающим действие поперечных сил в цилиндропоршневой группе, является ромбический привод (см. рис. 3.5, в), широко применяющийся в одноцилиндровых двигателях Стирлинга фирмы Филипс . Описание этого двигателя приведено в гл. 10. [c.67]

Эффективные мощность и КПД двигателей. Подтверждение приведенных выше характеристик было сделано Мейером 1228], опубликовавшим в 1959 г. экспериментальные данные об испытаниях одноцилиндрового, вытеснительного типа двигателя Стирлинга фирмы Филипс эффективной мощностью, равной 30 кВт (рис. 7.6). [c.167]

Рис. 7.6. Экспериментальные зависимости эффективного КПД т)е и эффективной мощности Ре одноцилиндрового с ромбическим приводом двигателя Стирлинга фирмы Филипс при различном максимальном давлении [228]

Рис. 7.11. Комбинированные характеристики одноцилиндрового с ромбическим приводом двигателя Стирлинга фирмы Филипс [228]

Рис. 7.12. Комбинированные характеристики четырехцилиндрового тягового с ромбическим приводом двигателя Стирлинга фирмы Филипс , Приведенные расчетные зависимости относятся к оптимизированному двигателю с учетом вспомогательных агрегатов (Мейер, 1970 г.)

Рис. 7.14, Влияние степени рециркуляции на концентрацию окислов азота в отработавших газах двигателя Стирлинга фирмы Филипс (Мейер, 1970 г.)

ДВИГАТЕЛИ СТИРЛИНГА ФИРМЫ ФИЛИПС Введение [c.229]

Рис. 15.20. Сечение Двигателя Стирлинга фирмы Филипс для имплантируемого прототипа системы искусственного сердца [142]

Стирлинга фирмы Филипс а — при среднем эффективном давлении и постоянной частоте враи ения, равной п = = 1500 об/мин б — при частоте вращения п и постоянном максимальном давлении, равном Ртах МПа — теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя /7 — теплота, отводимая системой водяного охлаждения 3 — теплота отводимая с отработавшими газами 4 — прочие потерн [c.169]

Автомобильные двигатели новые лицензии. Модуль цилиндра двигателя с оппозитно-расположенными цилиндрами был использован для четырехцилиндрового рядного двигателя (обозначение фирмы Филипс — тип 4-235, рядный). Разработка двигателя была предпринята по просьбе фирмы Юнайтед Стирлинг для определения возможностей его применения на автомобиле. Этот период совпадал по времени с периодом, когда западногерманская фирма MAN/MWM также вела переговоры с фирмой Филипс о заключении лицензионного соглашения. [c.242]

Аналогичная работа о системе нагрева двигателей Стирлинга с помощью тепловых труб опубликована и фирмой Юнайтед Стирлинг [202]. Что касается фирмы Филипс , то проведенные ею широкие исследования по тепловым трубам относились не только к двигателям Стирлинга фирмой опубликованы содержательные обзоры об основах технологии и областях применения тепловых труб [35, 36]. [c.310]

В настоящей книге мы намеренно предпочли термин двигатель Стирлинга термину машина, работающая по циклу Стирлинга . Это сделано по двум основным причинам. Во-первых, ни один двигатель цли машина в действительности не работают по циклу Стирлинга, хотя при определенных изменениях в конструкции полостей переменного объема можно достичь протекания процессов сжатия и расширения в соответствии с идеальным циклом. Такие модификации имеют общее название изотермические двигатели [2]. С большей точностью, вероятно, можно было бы применить термин машина, работающая по принципу Стирлинга . Во-вторых, машина, работающая по принципу Стирлинга , может функционировать в различных режимах, а именно в качестве механического привода, как тепловой насос [3], холо,а,ильная машина [4] и газогенератор [1]. Все эти режимы можно получить на одном и том же двигателе, чему авторы этой книги были свидетелями при посещении исследовательских лабораторий фирмы Филипс в Эйндховене (Нидерланды). Следовательно, термин машина, работающая по принципу Стирлинга охватывает весь диапазон соответствующих механизмов. Поскольку данная книга посвящена исключительно вопросам получения механической энергии на валу, термин двигатель Стирлинга представляется более подходящим. [c.13]

Увеличение мощности двигателя Стирлинга в процессе его совершенствования привело к необходимости изолировать цилиндры от картера, чтобы избежать избыточного давления в картере. Эту проблему решает установка ромбического привода (рис. 1.18), разработанного фирмой Филипс в 50-е годы. Преимуществом такого привода является также возможность [c.30]

Двигатель Стирлинга с ромбическим приводом, вероятно, известен лучше других и в то же время, безусловно, является наиболее совершенным из всех двигателей Стирлинга простого действия. О ромбическом приводном механизме уже кратко упоминалось выше подробнее он будет описан в гл. 2 и 3. Ромбический привод ассоциируется обычно с одноцилиндровыми двигателями с рабочим и вытеснительным поршнями, изготовленными фирмой Филипс , для которых он и был сконструирован. Поперечный разрез собственно двигателя показан на [c.51]

Влияние среднего давления на конкретные конструкторские решения является хорошей иллюстрацией сказанного. Поскольку величина среднего давления оказывает значительное влияние на выходную мощность и КПД, то для повышения двух последних параметров увеличение давления является на первый взгляд наиболее простым путем. Например, увеличение давления в двигателе, скажем, в 100 раз может дать в некоторых случаях дополнительные 25 % КПД, а вырабатываемая мощность при этом возрастает почти в 100 раз. Поэтому не должен вызывать удивления факт, что в наиболее совершенных двигателях Стирлинга, разработанных тремя ведущими их изготовителями — фирмами Филипс , Юнайтед Стирлинг и объединением MAN — MWM — среднее давление имеет значения 10— 20 МПа. Однако такие высокие значения давления создают определенные трудности при конструировании и изготовлении, и самая большая из них — это герметизация рабочего тела. [c.80]

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]

Шведская компания Юнайтед Стирлинг всегда применяла скользящие уплотнения, что вполне обоснованно. В рамках программы фирмы Дженерал моторе по работе над двигателями Стирлинга в бО-е годы также проводились исследования по выбору и разработке основного уплотняющего элемента [74]. Совместная программа фирм Форд и Филипс тоже включала разработку конструкции скользящих уплотнений [40]. Однако, [c.160]

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]

К 30-м годам, несмотря на то что двигатель Стирлинга в целом был практически забыт, еще выпускались отдельные маломощные двигатели, в основном для использования в условиях тропического климата для привода домашних вентиляторов. Один из таких малых двигателей и был использован фирмой Филипс в радиоустановке с генератором (рис. 1.136). При этом обнаружилось, что многие усовершенствования, ранее предложенные для этого двигателя, например регенератор, не использовались и что двигатели, по существу, не совершенствовались с начала 1900-х годов. Поэтому КПД двигателя состав- [c.187]

Однако к этому времени благодаря усовершенствованиям в аккумуляторных батареях и электронных устройствах уменьшилась потребность в портативных генераторных установках малой мощности. И все же удивительно, что двигатель Стирлинга повышенной мощности не был доведен до стадии серийного производства, хотя еще в 1948 г. двигатель двойного действия У-4 мощностью И кВт был продемонстрирован в лаборатории фирмы Филипс ( г. Эйндховен) крупнейшему изготовителю двигателей — Генри Форду II [9], а аналогичных размеров двигатель двойного действия с косой шайбой был подготовлен к выпуску к началу 50-х годов [95]. Дальнейшему прогрессу двигатель Стирлинга обязан фирме Дженерал моторе , которая предложила фирме Филипс разработать совместную программу разработок таких двигателей, однако в то время Филипс уклонилась от этого предложения [45]. О причинах этого можно только гадать, но фактом является то, что примерно в 1946—1947 гг. в фирму Филипс влилась новая группа исследователей, после чего предпочтение было отдано использованию двигателя в качестве рефрижератора и холодильной машины, а не источника механической энергии. Сразу же начала выполняться соответствующая программа, принесшая фирме Филипс существенный коммерческий успех в этой области. Одноступенчатая машина, построенная в 1963 г., обеспечивала температуру 12 К с охлаждающим эффектом, достаточным для получения сверхпроводимости в пластине из сплава ниобия с оловом, так что стержневой магнит мог висеть в воздухе над этой пластиной. В этот первый период совершенствования двигателя обратного действия (т. е. двигателя, работающего в режиме холодильной машины) были достигнуты важные результаты, связанные с применением в качестве рабочего тела водорода и гелия, что уменьшило потери на перетекание и улучшило рабочие характеристики. Успех работ по холодильным машинам и утрата предполагавшегося рынка для двигателя Стирлинга как источника механической энергии, казалось бы, закрывали перспективы использования этого двигателя для получения мощности на выходном валу. Однако благодаря энтузиазму и энергии Мейера — одного из инженеров фирмы Филипс — эти работы были продолжены, а изобретение Мейером в 1953 г. ромбического привода обеспечило двигателю Стирлинга будущее. Генераторная установка с ромбическим приводом показана на рис. 1.137. [c.189]

Использование ромбического привода, трубчатых теплообменников и газов с малой молекулярной массой позволило фирме Филипс изготавливать к концу 50-х годов двигатели с эффективным КПД до 30 % и мощностью порядка десятков киловатт,, так что фирма уже намеревалась получить из своих работ коммерческую выгоду. С этого времени все наиболее существенные усовершенствования двигателя Стирлинга с кривошипным приводом основывались на разработках фирмы Филипс — как на созданных ею конструкциях, так и на лицензиях этой фирмы. Краткая хроника развития двигателей Стирлинга в этот период приведена ниже. [c.190]

Рис. 1.138. Автобус с эпергосиловой установкой, включающей двигатель Стирлинга фирмы Филипс . (С разрешения фирмы Филипс , Эйндховен.)

Рис. 7.18. Электрогенера-торный блок с двигателем Стирлинга фирмы Филипс .

Рис. 10.8. Схема четырехцилипдрового двигателя Стирлинга фирмы Филипс типа 4-235 с оппозитно-расположенными цилиндрами для морских судов (Мейер, 1969 г.)

Рис. 10.9. Схема расположения четырехцилиндрового рядного двигателя Стирлинга фирмы Филипс типа 4-235 на автобусе фирмы DAF (Неелен и другие, 1971)

Известно, что в 1978 г, значительная часть (одна треть) работ по двигателям Стирлинга фирмы Филипс была направлена на создание небольших двигателей в качестве приводов тепловых насосов, Как было выяснено впоследствии, разрабатываемый ею двигатель Стирлинга представлял собой двухцилиндровую двухпоршневую машину Ридера мощностью примерно 7,36 кВт, предназначенную для использования в бытовых системах с тепловыми насосами. Вероятно, что после завершения работ эта версия будет подтверждена информационными сообщениями или рекламными проспектами фирмы Филипс . [c.365]

Стирлинга легко сделать ошибочный вывод, что в двигателе имеется только один регенератор. Это весьма редкий случай, и обычно на. каждый цилиндр приходятся по меньшей мере два регенератора. Головка нагревателя (рис. 1.44) принадлежит раннему варианту двигателя, разработанному фирмой Филипс , и число регенераторов в этом варианте, поигалуй, слишком велико. [c.53]

Вопросу влияния рабочих температур нагревателя и холодильника на КПД двигателя при использований различных рабочих тел было уделено особое внимание в исследованиях Мичелса (1976 г.). По результатам расчета на ЭВМ цикла Стирлинга фирмы Филипс , он получил зависимости индикаторных КПД двигателя от температур нагревателя и холодильника для трех рабочих тел (водорода, гелия и азота). Все расчеты базировались на одноцилиндровом двигателе фирмы Филипс типа 1-98, имеющем следующие параметры вытесняемый объем Vq — 98 см , эффективная мощность Pg = 15 кВт, частота вращения п = 3000 об/мин, максимальное давление рабочего тела в цикле /7тах = 22 МПа. Температуры нагревателя равны 850, 400 и 250 С, а температуры холодильника составляют 100 и О °С. В процессе исследований основная конструкция двигателя оставалась неизменной, а размеры нагревателя, холодильника и регенератора изменялись лишь в допустимых пределах так, чтобы размеры двигателя были прежними. Теплообменники оптимизировались по максимальному индикаторному КПД, определяемому отношением мощности двигателя без механических потерь к подводимой к нагревателю теплоте . [c.128]

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]

Вскоре после своего образования фирма Юнайтед Стирлинг приобрела лицензию у фирмы Филипс . В опубликованной в 1976 г. статье Неелен рассматривает деятельность фирм Юнайтед Стирлинг , MAN/MWM и Филипс , в этой статье было упомянуто, что в середине 1968 г. по просьбе фирмы Юнайтед Стирлинг фирма Филипс приступила к работе по созданию четырехцилиндрового рядного с ромбическим приводом двигателя Стирлинга типа 4-235. Описание этого двигателя приводит де Вильд деЛин (1971 г.). Рабочий объем каждого цилиндра двигателя составлял 235 см номинальная частота вращения и мощность соответственно 3000 об/мин и 145 кВт при среднем давлении гелия, равном 22,3 МПа, и температурах в трубках нагревателя и холодильника соответственно 700 и 60 С. В ранних конструкциях двигателей этого типа среднее давление рабочего тела было ограничено 11,1 МПа, так как головки нагревателя изготовляли из обычной коррозионно-стойкой стали, а не из жаропрочных сплавов с высоким содержанием никеля. По этой причине первые модели двигателей развивали в 2 раза меньшую мощность. [c.286]

Этот тип двигателя Стирлинга был первоначально предложен английским инженером Сименсом [7] и независимо от него голландскими инженерами Рини и Ван-Вееном в период их работы в фирме Филипс , где он был усовершенствован. Двигатель двойного действия особенно эффективен среди устройств, вырабатывающих механическую энергию, из-за своей высокой удельной мощности, получаемой благодаря тому, что при каждом обороте коленчатого вала в каждом цилиндре поршень совершает полный рабочий ход. [c.33]

Изобретение двигателя двойного действия связано с именем Сименса [7] — знаменитого английского инженера XIX в., однако заслуга повторного открытия н усовершенствования этого двигателя принадлежит Рини — одному из первых исследователей фирмы Филипс , занявшихся двигателями Стирлинга [25]. Вполне вероятно, что без вторичного изобретения двигателя Стирлинга двойного действия не существовало бы и многих действующих в настоящее время программ по совершенствованию таких двигателей. [c.67]

Рини и группу исследователей фирмы Филипс , если судить по имеющимся публикациям, в наибольшей степени интересовала конфигурация квадратная четверка (рис. 1.60). И в самом деле, за исключением объединения МАМ-М УМ (ФРГ), все другие изготовители двигателя Стирлинга проявили [c.67]

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]

Несомненно, что разработка конструкций двигателей Стирлинга с 1938 г. прошла через определенные этапы, и учет этогО поможет лучше понять существующие в настоящее время тенденции и пути развития. При этом современный этап не должен рассматриваться изолированно, и к ряду идей и новшеств, предложенных в более ранний период, необходимо вернуться вновь в свете современных знаний. Бил (фирма Санпауэр ) провел такое исследование по поиску подходящих конструктивных решений. Двигатель, созданный в лаборатории Била, по своему виду напоминал ранние двигатели Хенричи, однако с помощью ЭВМ, облегчающих разработку конструкции, и современной технологии материалов удалось получить более чем двадцатикратное увеличение удельной мощности на единицу массы. Такой резкий скачок в характеристиках двигателя Стирлинга побудил фирму Филипс в конце 30-х годов начать собственные исследовательские работы по этому двигателю. Это было время широкого распространения радиовещания, однако электрификация еще не была всеобщей даже в сравнительно развитых странах. Во многих районах легче было достать топливо, чем получить электроэнергию не только через электросеть, но даже от аккумуляторных батарей. Поэтому возникла потребность в портативных электрогенераторах, использующих тепловую энергию, которые могли бы питать радиоприемники и другие подобные устройства. Двигатели таких устройств должны были иметь малые размеры и низкий уровень шума и не возбуждать электрических помех. Дизельные двигатели не удовлетворяли первому из этих требований, а двигатели с принудительным зажиганием — последнему. Сотрудники фирмы Филипс пришли к выводу, что имеются только два реальных устройства, удовлетворяющие этим требованиям, — паровая машина с замкнутым циклом и двигатель Стирлинга. [c.187]

Сотрудникам фирмы Филипс сразу же стало ясно, что у двигателя Стирлинга значительно больше потенциальных возможностей, чем у паровой машины. И когда над Европой нависла угроза второй мировой войны, фирма начала работы с двигателем Стирлинга, вернувшись к первоначальной концепции 1816 г.— одноцилиндровому двигателю, хотя одним из первых прототипов был двигатель в модификации Райдера с противоположно расположенными цилиндрами. Мы предполагаем, что работа велась в период 1938—1945 гг., поскольку в 1946 г. юыли опубликованы многочисленные технические статьи, содержащие обширную информацию, которая могла быть получена -только в результате работ, продолжавшихся несколько лет. За сравнительно короткий период (немногим менее 10 лет) при неблагоприятной международной обстановке были достигнуты значительные успехи. Фирма Филипс взялась за почти забытый двигатель, дала ему новое название, увеличила его удельную мощность (на килограмм массы) почти в 50 раз, уменьшила его размеры на единицу мощности почти в 125 раз и повысила КПД в 15 раз. Таким образом, двигатель Стирлинга вступил в современную фазу своего развития. [c.188]

В течение этого периода было построено и испытано много двигателей с ромбическим приводом, при этом в двигателе 1-365 с водородом в качестве рабочего тела среднее давление цикла достигло 14 МПа. С использованием газа при высоких давлениях возникла проблема надежности уплотнений. Чугунные поршневые кольца не подходили из-за значительной утечки масла. Уплотнения сальникового типа для картера также оказались неподходящими. Было разработано уплотнение поршня с плотной посадкой. Поршень изготавливался с нанесенными на нем кольцевыми слоями сплава олова, свинца и сернистого мо-.либдена. Затем поршень при сильном охлаждении вставлялся в цилиндр. Дженерал моторе в 1957 г. вновь проявляет интерес к двигателю Стирлинга и работам фирмы Филипс . В ноябре 1958 г. между ними заключается соглашение по предоставлению лицензий сроком на 10 лет [45], которое обошлось. в конечном счете фирме Дженерал моторе в 1,2 млн. долл, (по курсу 60-х годов). [c.191]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...