Двигатели стирлинга

ГДЕ НАЙТИ ЧЕРТЕЖИ ДВИГАТЕЛЯ И ЕГО ДЕТАЛИ?

Двигатель Стирлинга является поршневой тепловой маши­ной, работающей аналогично двигателю внутреннего сгорания и по многим физическим процессам напоминающей обычные двигатели с принудительным зажиганием и дизели. Поэтому может показаться, что наиболее простой способ изготовления двигателя Стирлинга — преобразование в него двигателя внут­реннего сгорания. Такой подход действительно возможен [1]. Показано также [2], что большие малооборотные дизели можно превратить в двигатели Стирлинга. Однако при таком методе изготовления двигателя Стирлинга возникают сложные пробле­мы, особенно для новичков в этой области. Переделки могут потребовать столь существенных изменений, что окажется вы­годнее создание совершенно новой машины из готовых узлов и деталей, хотя и в этом случае возможно использование неко­торых элементов двигателя внутреннего сгорания. Такой способ конструирования и изготовления двигателя позволяет накопить ценный практический опыт. Однако нужна отправная точка, если есть уверенность, что подобный путь не слишком долог.

Как упоминалось выше, первые двигатели Стирлинга ока­зались простыми, прочными и надежными устройствами, не тре­бовавшими трубчатых теплообменников или регенераторов с насадками. Многие фактические проблемы, с которыми сталки­ваются разработчики современных двигателей Стирлинга, не существовали для ранних образцов этого двигателя. Поэтому рассмотрение этих простых двигателей является хорошей от­правной точкой. В журналах для конструкторов, таких, как ан­глийский «Model Engineer» или американский «Live Steam», приводится много примеров конструкций таких двигателей, при­чем во многих статьях даются подробные чертежи, перечни тре­буемых материалов и описание методов производства. Такие двигатели должны иметь те же характеристики, что и у боль­шинства современных совершенных двигателей. Это касается их КПД, мощности, влияния мертвых объемов и т. д. Но, ко­нечно же, их мощности и КПД невысоки, хотя в некоторых случаях выходная мощность составляет 8 кВт/л.

В упомянутых журналах указано также на возможность по­лучения отливок деталей двигателя. К сожалению, не все такие детали подходят для лучших образцов, и здесь следует проявлять
определенную осторожность. Некоторые образцы столь малы, что напоминают игрушки, но следует иметь в виду, что обычно в разумных пределах возможно почти геометрическое моделирование или моделирование с учетом масштабных фак­торов, приведенных в работе [3]. Очень много информации по вопросам конструирования и производства, а также много но­вых идей поступило в журнал «Model Engineer» от проф. Чад - дока.

Авторы упоминают в книге только номера этого журнала, вышедшие до 1977 г., поскольку последующие номера, но их мнению, достать нетрудно. В журнале содержится большое число статей по двигателям, работающим на подогретом воз­духе, и поэтому будут указаны лишь те из них, в которых дается наиболее детальная информация. Интересующимся рекомен­дуется просмотреть журнал по крайней мере за последние' 40 лет, т. е. для получения представления или составления об­зора по теме следует изучить его примерно с 1940 г. В послед­ние годы журнал проводил ежегодный конкурс на лучший теп­ловой воздушный двигатель. Удачный обзор наиболее перспек­тивных предложений сделан Россом [4]. В табл. 4.1 указаны

Таблица 4.1. Данные о публикациях в журнале «Model Engineer» чертежей моделей двигателя Стирлинга

Дата выхода журнала

Рабочий поршень — вытесни­тель (двигатель Хенричи) То же

Рабочий поршень — вытесни - 20.12.68 тель

Рабочий поршень — вытесни - 15.06.73 тель (двигатель Робинсона)

Рабочий поршень — вытесни - 3.10.75 тель (общий кулачковый привод)

Рабочий поршень — вытесни - 19.09.75 тель (механизм привода с косой шайбой)

17.12.76

Рабочий поршень — вытесни­тель (с регулированием фа­зового угла)

Рабочий поршень — вытесни­тель (с ромбическим привод­ным механизмом)

Номера журнала, с которыми рекомендуется познакомиться чи­тателю.

Одна из лучших демонстрационных моделей, которую можно изготовить имеющей самые различные размеры, спроектирована Сенфтом и названа им «Мория». Этот двигатель с рабочим поршнем и вытеснителем соответствует первоначальному ва­рианту, предложенному Стерлингом в 1815 г. [5]. Изготовлен­ные по проекту Сенфта машины действовали практически без обслуживания в лабораториях Королевского морского инженер­ного колледжа в течение нескольких лет, проработав в общей сложности более 1000 ч. Детальное описание двигателя «Мо­рия» приведено в журнале «Live Steam» (декабрь 1974; январь, февраль 1975).

С описанием более крупных лабораторных двигателей можно познакомиться в работах 16—8]. Данные по промышленным двигателям приведены во многих отчетах, на которые уже де­лались ссылки в данной книге и которые подготовлены фирмой «Дженерал моторе» и министерством энергетики США. Подроб­ное изучение этих отчетов—нелегкая задача.

Конструкции и размеры двигателей с жидкими поршнями приведены в работах [9—12]. Их особенно легко изготовить в виде «Флюидайна» «мокрого» типа. Что касается свободно­поршневых двигателей, то здесь полезны публикации [13, 14]. В них имеются главы с весьма подробной информацией и ре­комендациями по разработке и производству таких двигателей. Однако проектирование свободнопоршневого двигателя до сих пор чем-то напоминает «черную магию».

Детальные чертежи машины с двумя поршнями и механиз­мом Росса имеются в самой фирме «Росс экспериментел» (шт. Огайо, США). Приобретение этих чертежей может

Таблица 4.2. Данные о публикациях по отдельным элементам и вспомогательному оборудованию

Элемент (подсистема) Автор Источник

TOC o "1-3" h z Уплотнения Theeuwes [15]

Lister [16]

Eusepi et. al. [17]

Механизмы привода

Ромбический Fletcher [18]

С косой шайбой Skuse [19]

Whitaker [20]

Регенераторы Wan [21 j

Zaringchang [22]

Dennison [23]

Проницаемость водорода Stephens [24]
оказаться полезным для инженерных факультетов учебных заве­дений, поскольку механизм Росса представляется весьма инте­ресным.

В табл. 4.2 приведены ссылки на работы, содержащие опи­сания не только машины в целом, но и отдельных ее элементов и вспомогательного оборудования. Это лишь основные ссылки, поскольку невозможно привести всю литературу по этому во­просу. Подробная информация такого рода содержится в упо­мянутых отчетах фирмы «Дженерал моторе» и министерства энергетики США.