Выбор механизма для привода поршней

2. Выбор механизма для привода поршней.

Машины Стирлинга по расположению рабочих полостей и теплообменных аппаратов разделяются на четыре основные типа: α, β, γ-схемы, а также машины двойного действия. γ-схема вследствие принципиально большего мертвого объема холодных полостей не может иметь высокой форсировки по мощности и в двигателях, которые можно отнести к перспективным, не используется. Принципиальное отличие схем α и β заключается в том, что в α-схеме оба поршня нагружены рабочим давлением цикла, а в β-схеме функции поршней разделены: один является рабочим, то есть преобразующим индикаторный процесс в механическую работу, а второй, — вытеснитель, — служит только для перераспределения рабочего тела и испытывает только перепад давления вследствие гидравлического сопротивления рабочего контура. В результате, в α-схеме оба поршня, а также соответствующие шатуны, крейцкопфы со всеми подшипниками нагружены рабочим усилием вследствие перепада давления между рабочей полостью и буфером, причем на значительной доле рабочего процесса усилия от поршней на шатунной шейке вала являются направленными в противоположные стороны. Следствием этого являются сравнительно бóльшие механические потери по отношению к β-схеме или двигателям двойного действия. Указанное явление не является вновь обнаруженным, в проектных расчетах оно просчитывается на основании силового анализа, однако впервые аналитическое обоснование явления опубликовал T. Finkelstein в 1998 году [10, с.37]. Из результатов исследования следует, что при равенстве коэффициентов потерь в отдельных процессах трения, механические потери в машинах α-схемы оказываются на 60…70 % больше, чем в машинах β-схемы или двойного действия, соответствующее различие имеют и их механические КПД.

Изложенное хорошо согласуется с практикой. Практически все лучшие и перспективные Стирлинг-моторы выполнены по β-схеме или двойного действия. Исключением является только двигатель V-160. Однако, вполне возможно, что именно механические потери являются причиной его относительно невысокого КПД (~32%).

Отдельный вопрос о свободно-поршневых двигателях. Выполненные по β-схеме, они не имеют кинематического механизма, поршни их не испытывают нормальной силы и по этим причинам такие двигатели должны иметь высокий механический КПД. Однако проблемы с настройкой рабочего процесса и с эффективностью линейных генераторов по всей вероятности еще не решены в полной мере. На это, в частности, указывают переориентация фирмы Sunpower Inc., длительное время проводившей работы именно по свободно-поршневым двигателям, на кинематический механизм для привода поршней, а также отказ фирмы Cummins PG от свободно-поршневых двигателей собственной разработки в пользу японского двигателя двойного действия с наклонной шайбой NS30A [9].

Добавить комментарий

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