ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ

Принципиально цикл Стирлинга может быть реализован в дви­гателях, выполненных по схемам, показанным на рис. 10 [54].

Основными конструктивными элементами двигателя Стир­линга являются рабочий поршень 7, вытеснительный поршень 5 (только для схем на рис. 10, А и Б), нагреватель 4, регенера­тор 3, охладитель 2.

Рабочая полость двигателя Стирлинга включает объем ци­линдра (или цилиндров) над рабочим и вытеснительным порш­нями (сумму объемов Уг и Ух), 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.

Рабочий объем двигателя (см. рис. 2) представляет собой разницу между максимальным и минимальным объемами рабо­чей полости двигателя. Для схем двигателя с вытеснительным поршнем (рис. 10, А и Б) рабочий объем равен объему, который описывает рабочий поршень при перемещении из одной мертвой точки в другую. Таким образом, назначение рабочего поршня в двигателе Стирлинга совпадает с назначением поршня в дви­гателе внутреннего сгорания.

Практически прерывистое движение поршней осуществить невозможно. В реальном двигателе Стирлинга закон движения поршней определяется типом и конструктивными соотношениями кривошипно-шатунного или какого-либо другого механизма, преобразующего один вид движения в другой.

В настоящее время широкое распространение имеет двига­тель Стирлинга с рабочим и вытеснительным поршнями, разме­щенными в одном цилиндре. Сущность процессов, протекающих в двигателе, рассмотрена выше. Отметим лишь следующее.

И реальном двигателе поршни перемещаются плавно, ^акои перемещения поршней и изменения объемов горячей и холодной полостей такого двигателя показан на рис. 11. Так как дви­жение поршней непрерывное, то происходит перекрытие отдель­ных процессов цикла. Поэтому в процессе сжатия объем холод­ной полости больше объема горячей, а в процессе расширения лаоборот.

Диаграмма изменения давления в рабочей полости двигателя при непрерывном движении поршней имеет скругленный вид {рис. 12).

Рядом исследований установлено, что лучшие показатели двигатель Стирлинга имеет при рациональном опережении дви­жения вытеснительного поршня по сравнению с движением рабочего [39, 55]. Очевидно, что при отсутствии опережения дви­жения поршней по фазе работа, совершаемая двигателем, равна нулю.

/

1

 

^ г*

 

8)

 

Рис. 10. Принципияльныв конструктивные схемы двигателей Стирлинга:

 

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ДВИГАТЕЛЯИ — рвЛочнЙ и вытеснительный поршни расположены В ОДНОМ цилиндре; Б — рабочий И вытеснительный поршни ряспллпжекм 5 отдельных цилиндрах; В — два поршня распо­ложены в отдельных цилиндрах

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ

Рис. 11. Диаграмма изменения объемов V полостей двигателя Стирлинга:

I, 2 и 3 — соответственно рабочая, холодная и горячая полости

1’ис. 12. Диаграмма изменений давления р в рабочей полости двигателя Стирлинга

Рис. 13. Диаграмма изменения объемов V по­лостей двигателя Стирлинга:

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ДВИГАТЕЛЯ1Т 2 и 3 — соответственно рабочая, холодная Я Горячая полости

В двигателе с двумя рабо­чими поршнями (см. рис. 10, В}) Движение поршней сдвинуто по» фазе примерно иа 90° угла пово­рота коленчатого вала. На рис. 13 показано изменение суммарного объема рабочей полости двигателя (двух свя­занных между собой цилинд­ров) и изменение объемов го­рячей и холодной полостей. Видно, что изменение объемов, а следовательно, и протекание рабочего процесса принципиаль­но ничем не отличается от рассмотренного выше для двига­теля с рабочим и вытеснительным поршнями. При сжатии ос­новное количество рабочего тела находится в холодной поло­сти, при расширении — в горячей.

Характерным для двигателей Стирлинга (как и для любого» теплового двигателя, работающего по замкнутому циклу) яв — ляется 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.

Так как двигатель Стирлинга работает по замкнутому циклу,, рабочее тело в начале процесса сжатия может находиться под повышенным давлением. У современных двигателей это давлеиие — достигаст 100—150 кгс/см2, что необходимо для увеличения их индикаторной работы.

Энергия, требуемая для осуществления процесса сжатия,, накапливается не только маховиком (как обычно у двигателей внутреннего сгорания), но и в буферной полости Уб (рис. 10> при движении рабочего поршня к н. м. т.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *