Двигатели стирлинга

МАТЕРИАЛЫ

При создании небольших демонстрационных моделей можно использовать почти все теплостойкие материалы, но для про­тотипов, особенно для двигателей высокого давления, выбор материалов надо проводить с большой осторожностью. Не пред­ставляется возможным перечислить все подходящие материалы. Тем не менее укажем типы материалов, которые следует при­менять при грамотном конструировании и изготовлении прото­типа двигателя Стирлинга. Существует два элемента этого дви­гателя, для которых выбор материала является критическим фактором — уплотнения и регенераторы. К сожалению, в извест­ной справочной литературе имеется очень мало сведений по этому вопросу. Материалы уплотнений уже рассмотрены в гл. 1, и поэтому здесь будут приведены лишь некоторые данные по материалам регенераторов [23, 26, 27].

Ранее были рассмотрены условия и параметры окружающей среды, при которых должны работать материалы двигателя Стирлинга, и поэтому далее будут приведены лишь сами мате­риалы. Стоимость материалов, используемых в существующих прототипах двигателя Стирлинга, составляет значительную часть общей стоимости машины. Это естественно для процесса создания двигателя, но не соответствует условиям производства. Поэтому и ведутся исследования по выбору материалов, являю­щихся более дешевыми заменителями уже существующих и ис­пользуемых материалов. Последние приведены в табл. 4.4'. Они, возможно, и не являются наилучшими по всем показателям, но главное — они отвечают своему назначению.

Таблица 4.4

Элемент

Блок цилиндра Головки цилиндров

Трубки нагревателя

Поршни

Шток поршня

Трубки холодильника Регенераторы

Кривошип, шатуны Корпуса подшипников

Картер

Корпус горелки для ископаемого топлива

Уплотнения Смазка

Материал

Чугунная отливка

Суперсплав на основе никеля (инко - нель 718)

Суперсплав на основе кобальта (хей - нес стеллит 31, Н531)

Нержавеющая сталь (малтимет N-155, инколой 800, 304S, 321S)

Нержавеющая сталь глубокой вы­тяжки (малтимет, 304S, 321S)

Упрочненная легированная сталь (SAE 7140 и др.)

Нержавеющие стали, алюминиевый сплав

Проволочная сетка из нержавеюшей стали; пенометалл с никелевым по­крытием

Чугун с шаровидным графитом в ли­той структуре

Стальные вкладыши с покрытием из алюминия и олова

Чугунная отливка

Листовая сталь

Углеродные волокна с полимерным наполнителем

20W40 или 20W50, SAE5W

Для двигателей малой мощности, работающих при суще­ственно меньших давлениях и температурах, вместо нержавею­щих сталей во многих случаях можно использовать низкоугле­родистую сталь, алюминий и латунь. Для регенераторов можно также использовать проволочные сетки из латуни и

Фосфористой бронзы. Цилиндры в некоторых моделях изготов­лены из высокотемпературного стекла.

«Флюндайны» могут быть изготовлены из стекла, термопла­стов или даже из подходящих сортов твердой древесины. При более высоких рабочих температурах в «Флюидайнах» «сухого» типа требуются металлические материалы. В свободнопоршне­вых машинах применяются те же материалы, что и приведен­ные в табл. 4.4. В некоторых случаях для двигателей Стир­линга всех типов можно применять не столь экзотические и дорогие материалы, но при условии, что на них нанесено со­ответствующее покрытие, например из хрома.

Основные проблемы возникают обычно при выборе материа­лов для уплотнений и регенераторов. По мнению авторов, по­лезно обсуждать эти вопросы с производителями и поставщи­ками материалов, которые могут предложить или рекомендо­вать материал, когда сформулированы предъявляемые к нему требования. В книгах [13, 26] приведены названия и адреса соответствующих фирм. В Великобритании пенометалл для реге­нераторов выпускает фирма «Данлоп» (Ковентри), а материалы для уплотнений из политетрафторэтилена (такие, как рулон и кросслон) выпускает фирма «Кроссли» (Болтон).