Машины, работающие по циклу Стерлинга

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУКЦИИ РЕГЕНЕРАТОРА

При отсутствии достаточно хорошей теории ниже дается лишь несколько полезных советов по конструированию регенераторов. Их ни в коей мере нельзя принимать за основные правила.

Конструктор регенератора должен попытаться решить проблему нескольких противоречащих друг другу требований. Так, напри­мер, необходимо уменьшать отклонения температуры насадки от ее номинального значения; этим улучшается общий к. п. д. регенера­тора; отношение теплоемкости насадки к теплоемкости газа —

МГСрГ

Должно быть максимальным; это может быть достигнуто при при­менении большой плотной насадки.

С другой стороны, должны быть ограничены потери, связанные с трением. В гл. 3 и на рис. 7-1 было показано, что влияние падения давления в поперечном сечении насадки должно приводить к умень­шению диапазона отклонений давления от среднего значения в по­лости расширения, что ухудшает /?, К-диаграмму полости расшире­ния. Это уменьшает полезную работу и эффективность двигателя, а в криогенной газовой машине приводит к снижению отводимой теплоты и уменьшению коэффициента холодопроизводительности. При использовании небольшой весьма пористой насадки потери на трение минимальны.

Третий и наиболее важный аспект касается мертвого объема. Его размер влияет на отношение максимального объема рабочей полости к минимальному, а это в свою очередь непосредственно оказывает влияние на отношение экстремальных значений давле­ния. Для получения максимальной удельной мощности оба эти отно­шения должны быть как можно большими, для чего мертвый объем должен быть, по-возможности, минимальным. Достигается это пу­тем использования небольших плотных насадок.

Для улучшения процессов теплообмена и установления мини­мальной разности температур между насадкой и рабочим телом не­обходимо обеспечить максимальную поверхность теплообмена между насадкой и рабочим телом. Следовательно, насадка должна быть многослойной, при этом желательно, чтобы ее теплопроводность была максимальной в направлении, перпендикулярном потоку, и ми­нимальной в направлении потока.

Наконец, важно иметь в виду, что регенератор действует как весьма эффективный фильтр рабочего тела, так что любые частицы масла задерживаются в узких проходах. В криогенной газовой ма­шине любые примеси в рабочем теле, которые конденсируются в низкотемпературной зоне полости расширения, будут оседать в регенераторе. Этот осадок накапливается и приводит к увеличе­нию потерь на трение, что уменьшает диапазон изменения давления от его значения в полости расширения; в результате работа крио­генной газовой машины постепенно ухудшается. В двигателе любое накопление частиц масла в регенераторе тормозит поток рабочего тела и увеличивает потери давления. Вследствие этого температура в полости расширения увеличивается и ее возрастание может быть прогрессирующим, поскольку для возмещения потерь мощности увеличивается, расход подводимого топлива. Увеличение темпера­туры приводит к коксованию масла, вследствие чего закупоривается проход для потока рабочего тела; это возрастание температуры продолжается до тех пор, пока не произойдет катастрофический пере­грев двигателя. С этой точки зрения для прохождения потока рабо­чего тела регенератор должен иметь минимальное сопротивление.

Таким образом, могут быть рекомендованы следующие харак­теристики насадки регенератора:

Для максимальной теплоемкости — большая, весьма плотная насадка;

Для минимальных потерь в потоке — небольшая высокопори­стая насадка;

Для минимального мертвого объема — небольшая плотная на­садка;

Для максимального теплообмена — большая многослойная на­садка;

Для минимального загрязнения — насадка без перегородок.

Очевидно, что выполнить все эти противоречащие друг другу требования невозможно. При современном уровне понимания цикла не представляется возможным отдать предпочтение какому-либо аспекту.