Машины, работающие по циклу Стерлинга
МАШИНА ВЮЛЕМЬЕРА
Машина Вюлемьера (Vuilleumier), относящаяся к одному из видов криогенных газовых машин с подводом теплоты, получила развитие в США недавно; ее принцип действия был описан Фин - кельштейном (1970 г.) при обзоре работ Мэйджи и др. (Magee е. а., 1969) и Питчера и др. (Pitcher е. а., 1970 г.).
Схема машины Вюлемьера изображена на рис. 10-10 и по своему замыслу подобна сдвоенной машине, описанной в гл. 9. Она имеет один картер и состоит из двух цилиндров с вытеснителями, один из которых больше другого. Вытеснители имеют общий коленчатый вал и вследствие этого их движение одновременное, но со сдвигом по фазе. На рисунке показаны регенеративные вытеснители, но могут быть использованы в одном или обоих цилиндрах и обычные. Для их привода к коленчатому валу подводится внешняя работа. Необходимо отметить, что подводимая к машине мощность очень мала, поскольку требуется работа только на преодоление внутреннего трения в рабочем теле и механического трения движущихся частей. Внешней работы для сжатия или расширения рабочего тела Не требуется, она нужна лишь для вытеснения рабочего тела из одной полости в другую.
В машине помимо двух регенераторов имеются еще три других теплообменника: нагреватель на головке большого цилиндра, морозильная камера на головке малого цилиндра и холодильник в нижней части цилиндров, расположенный вне картера; картер в этой машине является общей частью контура рабочего тела.
|
Рнс. 10-10. Схема машины Вюлемьера. |
|
1 — подвод теплоты в полость расширения прн высокой температуре; 2 — отвод теплоты из окружающей среды прн низкой температуре в полость расширения; 3 — отвод теплоты в систему охлаждения прн атмосферной температуре; 4 — подвод внешней механической работы; 5 — регенеративные вытеснители. |
Машина работает следующим образом. При возвратно-поступательном движении вытеснителя большого цилиндра масса рабочего тела попеременно перемещается между горячим верхним концом цилиндра и холодным его концом, расположенном в картере. Это вызывает изменение давления рабочего тела; давление максимальное, когда рабочее тело находится в горячем конце цилиндра, и минимальное, когда оно находится в холодном конце. Циклическое изменение давления используется в меньшем цилиндре для достижения необходимого эффекта охлаждения в его верхней части. Движение вытеснителя меньшего цилиндра осуществляется так, что он находится в картере в конце рабочего хода во время процесса
расширения рабочего тела (т. е. в момент охлаждения жидкости на верхнем конце цилиндра), когда давление в результате перемещения вытеснителя в большом цилиндре меняется от максимального до минимального.
Машина Вюлемьера трудно поддается классификации. Действительно, это комбинация двух машин, работающих по циклу Эриксона с одним цилиндром и регенеративным вытеснителем и имеющих постоянный рабочий объем и внешний привод; но в данном случае машина не имеет клапанов, и, по принятому ранее произвольному определению, она относится к категории машин Стирлинга. Машина Вюлемьера аналогична сдвоенной машине Стирлинга, но без рабочих поршней; данное обстоятельство представляет исключительное преимущество, поскольку количество движущихся узлов уменьшается вдвое. Основной недостаток машины — необходимость внешнего, хотя и маломощного привода. Кроме того, отсутствие рабочих поршней может ограничить степень изменения давления, которая могла бы быть достигнута, а это, следовательно, ограничивает и холодопроизводительность. По-видимому, машина Вюлемьера как компактная высокоскоростная криогенная машина менее предпочтительна, чем сдвоенная машина Стирлинга; она не является автономной, хотя, если учесть ее простоту, может найти применение во многих областях; отсутствие рабочих поршней и уплотнений — ее основные преимущества.
