Двигатели стирлинга

Уплотнение свободнопоршневых двигателей

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 свободнопоршневых 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.

Необходимость обеспечения минимального зазора между движущимися частями является одним из следствий уравнения

Гриннела [86], которое связывает массовую скорость утечки через уплотнение с величиной зазора:

■ я _ (Зазор)3 X (Разность давлений)2 ,, ...

Массовая скорость утечки = ---------------- ~—-—------------------------- — . (1.11)

Г J Длина уплотнения v '

По наблюдениям авторов над некоторыми из двигателей Била, если оставить такой двигатель неработающим на ночь, то на следующее утро его не всегда удается запустить, однако после разборки и полировки поршней он начинает успешно работать.

В харуэллской машине проблема уплотнений практически ре­шена полностью благодаря использованию металлической диа­фрагмы вместо рабочего поршня. Вытеснитель имеет посадку с зазором около 1 мм, и в двигателе используется щелевая регене­рация.

Имеются также другие методы создания уплотнений; некото­рые из них в настоящее время изучаются. Однако методы, из­ложенные в настоящей книге, в наибольшей степени подходят к данному двигателю и наиболее тщательно разработаны. Для ознакомления со всеми возможными методами уплотнений мы отсылаем читателя к работе [27].