Двигатели стирлинга

Изменение объема в цикле

Чтобы получить идеальные термодинамические характери­стики двигателя Стирлинга (с точки зрения процессов, отра­женных на р—"[/-диаграмме), изменение объема полостей рас­ширения и сжатия нужно осуществлять дискретно (рис. 1.15). Для такого изменения объема требуется, чтобы поршень дви­гался прерывисто, как показано на рис. 1.16; для механически связанных элементов конструкции это требование практически невыполнимо. Применяя кулачковые толкатели и зубчатые пе­редачи с циклоидным зацеплением, по-видимому, можно создать приводной механизм, обеспечивающий почти дискретное движе­ние [55], но такая система, наверняка, будет представлять чисто академический интерес.

Отклонение от идеализированного движения оказывает со­вершенно определенное, выражаемое количественно влияние на характеристики двигателя Стирлинга (рис. 2.16). Однако при конструировании приводных механизмов этот фактор не всегда учитывается: значительно большее внимание уделяется просто­те изготовления, балансировке, надежности, влиянию трения и т. п. Выбор механизма привода с учетом указанного фактора требует, конечно, наибольших затрат, но возможность увели­чить выходную мощность двигателя, правильно сконструировав привод, может заслуживать серьезного внимания в некоторых практических приложениях. Этот вопрос обсуждался в работе Ридера и др. [58].

Рассмотрим теперь закономерности изменения объема при использовании в современных двигателях Стирлинга различных приводных механизмов и сравним их с идеальными характери­стиками. Кроме того, сравним реальное движение поршня с си­нусоидальным движением. Такое сравнение полезно, поскольку классический анализ двигателя Стирлинга — метод Шмидта [56] — позволяет получить решения в замкнутом виде, если принять предположение о синусоидальном движении. Это очень удобный аналитический метод, поскольку при исследовании си­стемы достаточно рассмотреть только рабочий объем, а не все характеристики приводного механизма. Однако приближение синусоидального движения часто используют необоснованно и поэтому неправильно описывают движение поршня. Напри­мер, движение ромбического приводного механизма нельзя опи­сать с помощью предположения о синусоидальном движении [57, 58].

Вначале будут рассмотрены соотношения, описывающие движение поршня при использовании различных механизмов привода, а затем полученные зависимости будут сравнены с со­ответствующими характеристиками для идеального случая и для случая синусоидального движения. Кроме того, эти соотно­шения будут использованы в качестве основы для некоторых расчетных методов, рассмотренных в гл. 3. В процессе сравне­ния будут описаны только общие тенденции, поскольку для ка­ждого' типа приводного механизма возможны различные ком­бинации радиуса кривошипа и длины шатуна, обеспечивающие один и гот же рабочий объем.