Cтраница 2
Аналогично с изобретением сво-боднопоршневых форм двигателя потребовалось выделение третьей группы режимов работы. Такие двигатели могут работать при скоростях, соответствующих резонансной частоте упругой системы, которой является такой двигатель, или же в нерезонансном режиме, известном также как режим банг-банг. Двигатели Флюидайн также могут быть рассчитаны на работу при резонансной частоте системы. В двигателях с обычными кривошипно-шатунными механизмами необходимо избегать резонансных режимов. Поэтому третья группа режимов обладает меньшей степенью общности, чем первые две. [17]
Двигатели Флюидайн как мокрого, так и сухого типов были созданы в Центре по атомной энергии в Харуэлле ( Англия), и начиная с 1970 г. по этим двигателям была выполнена большая теоретическая и экспериментальная работа. К сожалению, подробная информация об этой работе еще не опубликована. Однако в других институтах также была выполнена работа по этим двигателям, достаточная для того, чтобы вынести определенные суждения о рабочих характеристиках двигателей Флюидайн. Эти исследования в целом хорошо документированы, имеют подробные описания экспериментов, однако полученные результаты не слишком детализированы. Кроме того, Флюидайн - настолько необычное устройство, что у исследователей появляется соблазн поиграть с ним - изменяя конструктивные параметры, наблюдать, что из этого получится. [18]
КПД изменяется всего на 4 % в лучшем случае и на 10 % в худшем. КПД, представленный на рис. 1.74 6, именуется в публикации, из которой заимствованы эти зависимости, эффективным КПД. Наше утверждение основано на значениях КПД, которые были сообщены нам в частных беседах с изготовителями двигателей и лицами, эксплуатирующими такие двигатели. Результаты, представленные на этих графиках, типичны для двигателей с жестко связанными поршнями и для свободнопоршневых двигателей. В то же время двигатели Флюидайн имеют такие характеристики только в сухой модификации. В мокрой модификации влияние изменения температуры со стороны источника энергии носит несколько специфический характер, в основном из-за двухфазной и двухком-понентной природы рабочего тела в некоторых рабочих режимах. В ряде режимов определяющим является рабочий цикл с сухим воздухом в качестве рабочего тела, в других - рабочий цикл с парами жидкости. Неполнота эмпирических данных пока еще не позволяет сделать какие-либо общие выводы относительно рабочих характеристик Флюидайна. Большая часть имеющейся информации относится к мокрым Флюидайнам с реактивной струей и косвенным нагнетанием. Значительным количеством данных располагают также лаборатории Научно-исследовательского центра по атомной энергии ( Харуэлл, Англия), однако по коммерческим соображениям эти данные пока еще не доступны всем желающим. [19]
Таким образом происходят циклические изменения объема и давления, но полезной работы в этом процессе не производится. Однако при наличии выходной трубы появляется эффект изменения суммарного объема газа при его колебаниях и так же, как и в других двигателях Стерлинга, при наличии меньшего чем 180 сдвига по фазе колебаний вытеснителя относительно колебаний выходного элемента возникает термодинамический цикл, в котором вырабатывается полезная работа. Эта полезная работа передается на мениск С столба жидкости в выходной трубе. Колебания столба жидкости в выходной трубе являются вынужденными и вызываются разностью давлений в двух рабочих полостях - С и D, в то время как колебания столба жидкости в трубе вытеснителя являются свободными, поскольку на мениски А и В действует одно и то же давление. Нетрудно заметить, что в случае вязкой жидкости ее колебания в трубе вытеснителя постепенно бы затухали. Причиной стабильной непрерывной работы двигателя Флюидайн является перекачка энергии вынужденных колебаний в выходной трубе к свободным колебаниям в трубе вытеснителя. Эта энергия компенсирует действие вязкого трения и поддерживает устойчивые колебания. [20]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Флюидайны 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 свобрднопоршне-вых машинах применяются те же материалы, что и приведенные в табл. 4.4. В некоторых случаях для двигателей Стир-линга всех типов можно применять не столь экзотические и дорогие материалы, но при условии, что на них нанесено соответствующее покрытие, например из хрома.Двигатели Флюидайн как мокрого, так и сухого типов были созданы в Центре по атомной энергии в Харуэлле ( Англия), и начиная с 1970 г. по этим двигателям была выполнена большая теоретическая и экспериментальная работа. К сожалению, подробная информация об этой работе еще не опубликована. Однако в других институтах также была выполнена работа по этим двигателям, достаточная для того, чтобы вынести определенные суждения о рабочих характеристиках двигателей Флюидайн. Эти исследования в целом хорошо документированы, имеют подробные описания экспериментов, однако полученные результаты не слишком детализированы. Кроме того, Флюидайн - настолько необычное устройство, что у исследователей появляется соблазн поиграть с ним - изменяя конструктивные параметры, наблюдать, что из этого получится.Двигатели Флюидайн просты и не требуют больших затрат на изготовление. Они представляются идеальными устройствами для проведения исследований в университетах. Тем не менее, хотя рабочий цикл Флюидайна интересен с академической точки зрения, такой подход не должен быть единственным в ущерб насущно необходимому эмпирическому исследованию, целью которого должно быть определение перспектив Флюидайна в том плане, сможет ли он стать коммерчески выгодным изделием или останется изящной игрушкой.Двигатели Флюидайн имеют весьма низкий уровень шума, однако свободнопоршневые двигатели могут быть чрезвычайно шумными при некоторых режимах работы.Схема двигателя Флюидайн. Основой двигателя Флюидайн являются две U-образные трубы ( которые могут быть изготовлены из стекла), связанные с тремя рабочими полостями, соединенными между собой. Чтобы понять принцип работы этого двигателя, допустим, что жидкость в нем невязкая. Допустим также, что U-образной трубы С - D не существует и что холодная полость герметизирована. Когда жидкость в U-образной трубе А - В ( трубе вытеснителя) перемещается по часовой стрелке, левый столб жидкости поднимается, горячий газ перемещается в холодную полость, и давление рабочего газа понижается.В двигателе Флюидайн, использующем способ перекачки энергии с помощью разности давлений, в отличие от схемы, рассмотренной выше, холодная полость выходной U-образной трубы совмещена с холодной полостью вытеснителя. Столбы жидкости, связанные с холодной и горячей полостями, различаются по длине и, следовательно, имеют разные частоты собственных колебаний. Рабочая частота всей системы заключена между частотами собственных колебаний горячего и холодного столбов жидкости. Возбуждающая сила, поддерживающая стабильные колебания, обусловлена разностью давлений на открытом торце выходной трубы и в рабочем газе.Варианты двигателя Флюидайн с различными способами перекачки энергии. В двигателе Флюидайн с реактивной струей, так же как и в двигателе, использующем разность давлений, имеется объединенная холодная полость. Холодная и выходная трубы соединяются с горячей трубой у ее основания. Такое соединение обеспечивает эффект реактивной струи.Характеристики двигателя Флюидайн, полученные. Эти параметры типичны для Флюидайна и содержат ряд интересных особенностей, например такую, что увеличение разности температур горячей и холодной полостей необязательно влечет за собой увеличение теплового потока и КПД. Эта особенность, вероятно, отличает мокрый Флюидайн не только от других двигателей Стирлинга, но и вообще от других устройств, вырабатывающих механическую энергию. В основе этого необычного свойства лежит, по-видимому, тот факт, что в этом двигателе рабочее тело двухфазное и двухкомпонентное [21, 65], поэтому для мокрого Флюидайна наиболее благоприятными являются рабочие режимы, в которых последовательно преобладают рабочие циклы либо с сухим воздухом, либо с влажным паром.Это обсуждение вопросов устойчивости работы Флюидайна может показаться несколько академическим, однако анализ и математическое моделирование Флюидайна с помощью обычных термодинамических и гидродинамических методов весьма затруднительны и требуют значительного машинного времени для решения уравнений. В то же время моделирование методами устойчивости, которые хорошо разработаны в рамках теории регулирования, позволяет упростить решение проблемы и получить более точное описание процессов, протекающих во Флюи-дайне, и более достоверные результаты.Данные о публикациях по отдельным элементам и вспомогательному оборудованию. Их особенно легко изготовить в виде Флюидайна мокрого типа. В них имеются главы с весьма подробной информацией и рекомендациями по разработке и производству таких двигателей.Изменение мощности в зависимости от фазового угла объемов.| Влияние фазового угла.Этот вопрос, а также вопросы, относящиеся к Флюидайну, более подробно будут рассмотрены в конце настоящей главы. Независимо от формы двигателя влияние фазового сдвига на работу двигателя двойного действия будет невелико, поскольку значение фазового угла в таком двигателе определяется его конфигурацией и числом цилиндров.Температура холодной стороны ( со стороны отвода тепла) двигателя Флюидайн обычно равна температуре окружающей среды, за исключением наиболее совершенных образцов. Однако имеет место общий эффект повышения КПД установки при снижении температуры со стороны отвода тепла. Возможно, этот путь не кажется особенно перспективным, но в действительности он дает хорошие результаты. Расчет идеального цикла показывает, что в цикле Отто и в цикле дизельного двигателя преобладают аналогичные зависимости.Двигатель квадратная четверка. ( С разрешения фирмы Юнайтед Стерлинг и МТИ. Хотя и рассматривались двигатели двойного действия свободнопоршневого типа и типа Флюидайн и в этой области проведена определенная конструкторская и экспериментальная работа, нельзя утверждать, что совершенствование этих двигателей продвинулось достаточно далеко.Последовательные этапы самозапуска двигателя Флюидайн. Несмотря на это, модификация с реактивной струей является наиболее распространенной среди двигателей Флюидайн. Рабочий цикл двигателя с реактивной струей будет рассмотрен ниже.Это обсуждение вопросов устойчивости работы Флюидайна может показаться несколько академическим, однако анализ и математическое моделирование Флюидайна с помощью обычных термодинамических и гидродинамических методов весьма затруднительны и требуют значительного машинного времени для решения уравнений. В то же время моделирование методами устойчивости, которые хорошо разработаны в рамках теории регулирования, позволяет упростить решение проблемы и получить более точное описание процессов, протекающих во Флюи-дайне, и более достоверные результаты.В последних разделах этой главы двигатель Стирлинга сравнивается с другими существующими или имеющими шансы на практическое применение типами двигателей, а также проводится анализ особенностей двигателя Флюидайн. Дается обзор типичных характеристик, которые достижимы уже в настоящее время. Этот обзор может помочь тем, кто интересуется практическим использованием двигателей Стирлинга, оценить их потенциальные возможности в различных областях применения.На первый взгляд двигатели Стирлинга могут показаться не заслуживающими особого внимания, поскольку они в большой степени напоминают другие тепловые двигатели возвратно-поступательного действия, хотя модификации Била и в особенности двигатели Флюидайн сильно отличаются от привычных конструкций. Едва ли поверхностный взгляд на двигатели имеет существенные преимущества перед разбором принципиальных схем. Поэтому для данного раздела были отобраны такие примеры двигателей Стирлинга из числа реально существующих образцов, в которых можно было бы наглядно выделить важнейшие элементы конструкции и там, где это возможно, показать общность элементов, имеющих различные конструктивные воплощения. Эти примеры даются как в виде фотографий, так и в форме принципиальных конструктивных схем.В этой главе собраны все имеющиеся экспериментальные данные по этим двигателям. Для обобщения характеристик двигателей Флюидайн этих данных явно недостаточно. Когда станут доступными публикации центра в Харуэлле и будет опубликована книга Уокера и Уэста [33], мы будем располагать значительно большим объемом информации для изучения.Флюидайны 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 свобрднопоршне-вых машинах применяются те же материалы, что и приведенные в табл. 4.4. В некоторых случаях для двигателей Стир-линга всех типов можно применять не столь экзотические и дорогие материалы, но при условии, что на них нанесено соответствующее покрытие, например из хрома.Со времени изобретения двигателя Стирлинга в 1815 - 1816 гг. построено множество двигателей различных конфигураций и еще большее число конфигураций было предложено. На протяжении многих лет все эти существующие и гипотетические двигатели имели кривошипный привод в том или ином виде, однако в период, примерно соответствующий последним десяти годам, с изобретением свободнопоршневых двигателей типа двигателя Била и харуэллской машины, а также двигателя Флюидайн к существующему списку конфигураций двигателя Стирлинга ( и так достаточно обширному) добавились новые формы. И до настоящего времени продолжают изобретать новые формы этого двигателя. Такое разнообразие форм двигателя Стирлинга существует скорее всего потому, что до сих пор не найдены оптимальная конфигурация двигателя или оптимальный режим работы, которые удовлетворяли бы всему разнообразию условий работы, и такой двигатель вряд ли возможен. Эта ситуация не является специфичной именно для двигателя Стирлинга. Она имеет место и в отношении к другим тепловым двигателям, однако двигатель Стирлинга отличается, пожалуй, наибольшим разнообразием форм.Классификационная схема рабочих режимов двигателей Стирлинга. Аналогично с изобретением сво-боднопоршневых форм двигателя потребовалось выделение третьей группы режимов работы. Такие двигатели могут работать при скоростях, соответствующих резонансной частоте упругой системы, которой является такой двигатель, или же в нерезонансном режиме, известном также как режим банг-банг. Двигатели Флюидайн также могут быть рассчитаны на работу при резонансной частоте системы. В двигателях с обычными кривошипно-шатунными механизмами необходимо избегать резонансных режимов. Поэтому третья группа режимов обладает меньшей степенью общности, чем первые две.Изменения давления цикла в мокром Флюидайне.Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы.Двигатели Флюидайн просты и не требуют больших затрат на изготовление. Они представляются идеальными устройствами для проведения исследований в университетах. Тем не менее, хотя рабочий цикл Флюидайна интересен с академической точки зрения, такой подход не должен быть единственным в ущерб насущно необходимому эмпирическому исследованию, целью которого должно быть определение перспектив Флюидайна в том плане, сможет ли он стать коммерчески выгодным изделием или останется изящной игрушкой.Двигатели Флюидайн как мокрого, так и сухого типов были созданы в Центре по атомной энергии в Харуэлле ( Англия), и начиная с 1970 г. по этим двигателям была выполнена большая теоретическая и экспериментальная работа. К сожалению, подробная информация об этой работе еще не опубликована. Однако в других институтах также была выполнена работа по этим двигателям, достаточная для того, чтобы вынести определенные суждения о рабочих характеристиках двигателей Флюидайн. Эти исследования в целом хорошо документированы, имеют подробные описания экспериментов, однако полученные результаты не слишком детализированы. Кроме того, Флюидайн - настолько необычное устройство, что у исследователей появляется соблазн поиграть с ним - изменяя конструктивные параметры, наблюдать, что из этого получится.Двигатели Флюидайн просты и не требуют больших затрат на изготовление. Они представляются идеальными устройствами для проведения исследований в университетах. Тем не менее, хотя рабочий цикл Флюидайна интересен с академической точки зрения, такой подход не должен быть единственным в ущерб насущно необходимому эмпирическому исследованию, целью которого должно быть определение перспектив Флюидайна в том плане, сможет ли он стать коммерчески выгодным изделием или останется изящной игрушкой.Насос Флюидайн с прямым нагнетанием. Флюидайн может работать как в мокром, так и в сухом режиме. В первом случае существует контакт между вытесняемой жидкостью и рабочим телом. Во втором поверхности жидкости и рабочего газа разделены либо слоем инертного газа, либо механическим поплавком. Энергия в Флюидайне вырабатывается в виде колебаний жидкости в выходной трубе, и это особенно удобно для использования двигателя в качестве нагнетательного устройства. История техники знает очень похожее устройство - насос Хэмфри с незамкнутым рабочим циклом.Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы.Таким образом происходят циклические изменения объема и давления, но полезной работы в этом процессе не производится. Однако при наличии выходной трубы появляется эффект изменения суммарного объема газа при его колебаниях и так же, как и в других двигателях Стерлинга, при наличии меньшего чем 180 сдвига по фазе колебаний вытеснителя относительно колебаний выходного элемента возникает термодинамический цикл, в котором вырабатывается полезная работа. Эта полезная работа передается на мениск С столба жидкости в выходной трубе. Колебания столба жидкости в выходной трубе являются вынужденными и вызываются разностью давлений в двух рабочих полостях - С и D, в то время как колебания столба жидкости в трубе вытеснителя являются свободными, поскольку на мениски А и В действует одно и то же давление. Нетрудно заметить, что в случае вязкой жидкости ее колебания в трубе вытеснителя постепенно бы затухали. Причиной стабильной непрерывной работы двигателя Флюидайн является перекачка энергии вынужденных колебаний в выходной трубе к свободным колебаниям в трубе вытеснителя. Эта энергия компенсирует действие вязкого трения и поддерживает устойчивые колебания.КПД изменяется всего на 4 % в лучшем случае и на 10 % в худшем. КПД, представленный на рис. 1.74 6, именуется в публикации, из которой заимствованы эти зависимости, эффективным КПД. Наше утверждение основано на значениях КПД, которые были сообщены нам в частных беседах с изготовителями двигателей и лицами, эксплуатирующими такие двигатели. Результаты, представленные на этих графиках, типичны для двигателей с жестко связанными поршнями и для свободнопоршневых двигателей. В то же время двигатели Флюидайн имеют такие характеристики только в сухой модификации. В мокрой модификации влияние изменения температуры со стороны источника энергии носит несколько специфический характер, в основном из-за двухфазной и двухком-понентной природы рабочего тела в некоторых рабочих режимах. В ряде режимов определяющим является рабочий цикл с сухим воздухом в качестве рабочего тела, в других - рабочий цикл с парами жидкости. Неполнота эмпирических данных пока еще не позволяет сделать какие-либо общие выводы относительно рабочих характеристик Флюидайна. Большая часть имеющейся информации относится к мокрым Флюидайнам с реактивной струей и косвенным нагнетанием. Значительным количеством данных располагают также лаборатории Научно-исследовательского центра по атомной энергии ( Харуэлл, Англия), однако по коммерческим соображениям эти данные пока еще не доступны всем желающим.Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы.Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы.КПД изменяется всего на 4 % в лучшем случае и на 10 % в худшем. КПД, представленный на рис. 1.74 6, именуется в публикации, из которой заимствованы эти зависимости, эффективным КПД. Наше утверждение основано на значениях КПД, которые были сообщены нам в частных беседах с изготовителями двигателей и лицами, эксплуатирующими такие двигатели. Результаты, представленные на этих графиках, типичны для двигателей с жестко связанными поршнями и для свободнопоршневых двигателей. В то же время двигатели Флюидайн имеют такие характеристики только в сухой модификации. В мокрой модификации влияние изменения температуры со стороны источника энергии носит несколько специфический характер, в основном из-за двухфазной и двухком-понентной природы рабочего тела в некоторых рабочих режимах. В ряде режимов определяющим является рабочий цикл с сухим воздухом в качестве рабочего тела, в других - рабочий цикл с парами жидкости. Неполнота эмпирических данных пока еще не позволяет сделать какие-либо общие выводы относительно рабочих характеристик Флюидайна. Большая часть имеющейся информации относится к мокрым Флюидайнам с реактивной струей и косвенным нагнетанием. Значительным количеством данных располагают также лаборатории Научно-исследовательского центра по атомной энергии ( Харуэлл, Англия), однако по коммерческим соображениям эти данные пока еще не доступны всем желающим.КПД изменяется всего на 4 % в лучшем случае и на 10 % в худшем. КПД, представленный на рис. 1.74 6, именуется в публикации, из которой заимствованы эти зависимости, эффективным КПД. Наше утверждение основано на значениях КПД, которые были сообщены нам в частных беседах с изготовителями двигателей и лицами, эксплуатирующими такие двигатели. Результаты, представленные на этих графиках, типичны для двигателей с жестко связанными поршнями и для свободнопоршневых двигателей. В то же время двигатели Флюидайн имеют такие характеристики только в сухой модификации. В мокрой модификации влияние изменения температуры со стороны источника энергии носит несколько специфический характер, в основном из-за двухфазной и двухком-понентной природы рабочего тела в некоторых рабочих режимах. В ряде режимов определяющим является рабочий цикл с сухим воздухом в качестве рабочего тела, в других - рабочий цикл с парами жидкости. Неполнота эмпирических данных пока еще не позволяет сделать какие-либо общие выводы относительно рабочих характеристик Флюидайна. Большая часть имеющейся информации относится к мокрым Флюидайнам с реактивной струей и косвенным нагнетанием. Значительным количеством данных располагают также лаборатории Научно-исследовательского центра по атомной энергии ( Харуэлл, Англия), однако по коммерческим соображениям эти данные пока еще не доступны всем желающим.
www.ai08.org
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга. Достигаемый технический результат - преобразование энергии колебания рабочих сред двигателя в полезную механическую или электрическую энергию. Стабильная непрерывная работа двигателя 1, при подведении внешней теплоты к полости 7, обеспечивается с помощью принципа реактивной струи. В результате работы двигателя 1 происходит циклическое изменение объема и давления рабочего тела (газа) в полостях 6, 7 и канале 5, приводящее к вынужденным колебаниям столбов жидкости в холодной трубе 2, горячей трубе 3 и конусообразной выходной трубе 4. Конусность трубы 4 позволяет добиваться более высокого поднятия уровня жидкости и увеличения давления жидкости на конце 8, загнутом на 180o и соединенном с камерой 9. Жидкость при повышенном давлении падает на лопатки 14 турбины 13, что приводит к ее вращению, передаваемому через вал 12 потребителю механической или электрической энергии. Постоянное количество жидкости в двигателе 1 поддерживается с помощью U-образной трубки 11. 1 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга.
Известно устройство жидкопоршневого теплового двигателя "Флюидайн", относящегося к классу двигателей Стирлинга, имеющего в качестве рабочих поршней столбы жидкости (Г.Ридер, Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М., "Мир", 1986, стр. 43). Известно устройство двигателя "Флюилайн", включающее в себя горячую и холодную полости, холодную, горячую и выходную трубы, и использующее принцип реактивной струи в качестве способа стабильной непрерывной работы двигателя (Г. Ридер, Ч. Хупер. Двигатели Стирлинга. М., "Мир", 1986, стр. 45 - 47). Однако представленное техническое решение не определяет принцип и конструкцию для преобразования колебательных движений рабочих сред двигателя в полезную механическую или электрическую энергию. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в преобразовании энергии колебаний рабочих сред двигателя в полезную механическую или электрическую энергию. Для достижения этого технического результата энергосиловая установка с жидкопоршневых двигателем "Флюидайн", состоящая из связанных между собой холодной, горячей и выходной труб, частично заполненных жидкостью, снабжена рабочей камерой, соединенной в нижней части с холодной трубой двигателя U-образной трубкой, заполненной, как и нижняя часть камеры, жидкостью, причем конец трубки в холодной трубе двигателя выше уровня столба жидкости в данной трубе, а выходная труба двигателя выполнена на конус, верхняя часть которого входит в камеру над турбиной, которая расположена в верхней части камеры на валу, связанном с потребителем механической энергии или электрогенератором. Введение в состав энергосиловой установки с жидкопоршневым двигателем "Флюидайн" камеры, соединенной в нижней части с холодной трубой двигателя U-образной трубкой и расположенной в ней на валу турбины, а также выполненной на конус выходной трубы, верхняя часть которого соединена с верхней частью камеры, позволяет получить новое свойство, заключающееся в преобразовании колебательных движений столба жидкости в выходной трубе двигателя во вращательное движение турбины, с вала которой может быть получена полезная или электрическая энергия. На чертеже изображена энергосиловая установка с жидкопоршневым двигателем "Флюидайн". Энергосиловая установка включает в себя двигатель "Флюидайн" (далее по тексту просто двигатель) 1, состоящий из соединенных в нижней части холодной трубы 2, горячей трубы 3, выходной трубы 4. Холодная труба 2 и горячая труба 3 соединены в верхней части каналом 5, который образует с трубами 2 и 3 холодную полость 6 и горячую полость 7, внутри которых находится рабочее тело (газ) двигателя 1. Трубы 2, 3, 4 частично заполнены жидкостью. Выходная труба 4 выполнена в виде конуса, верхний конец 8 которого имеет малый диаметр, загнут на 180 градусов и соединен с рабочей камерой 9. Камера 9 имеет в верхней части отверстие 10 для выравнивания давления с окружающей средой, а в нижней части с помощью U-образной трубки 11 соединена с холодной трубой 2 двигателя 1, при этом конец трубки 11 расположен выше уровня жидкости в трубе 2 и находится в холодной полости 6. U-образная трубка 11 полностью заполнена жидкостью, соответственно, заполнена жидкостью и нижняя часть камеры 9. В камере 9 на валу 12 установлена турбина 13, таким образом, что на ее лопатки 14 падает жидкость, попадающая в камеру 9 из загнутого на 180 градусов конца 8 выходной трубы 4. Энергосиловая установка с жидкопоршневым двигателем "Флюидайн" работает следующим образом. Стабильная непрерывная работа двигателя 1 при подведении внешней теплоты к полости 7 обеспечивается с помощью принципа реактивной струи. В результате работы двигателя 1 происходит циклическое изменение объема и давления рабочего тела (газа) в полостях 6, 7 и канале 5, приводящие к вынужденным колебаниям столбов жидкости в холодной трубе 2, горячей трубе 3, выходной трубе 4. Поскольку выходная труба 4 выполнена в виде конуса, то увеличение столба жидкости в выходной трубе 4 будет более значительнее, чем если бы труба 4 была цилиндрической формы, а струя жидкости в верхней части трубы 4 имеет более высокое давление. В результате часть жидкости при фазе работы двигателя 1, когда в выходной трубе жидкость движется вверх, при высоком давлении проходит через загнутый на 180 градусов конец 8 и падает на лопатки 14 турбины 13, приводя ее во вращение. Вращение турбины 13 передается на вал 12, к которому подсоединены потребители механической энергии или энергогенератор (не показаны). Для выравнивания и поддержания постоянного давления в камере 9, в ее верхней части имеется отверстие 10, соединяющее камеру 9 с окружающей средой. С лопаток 14 жидкость собирается в нижней части камеры 9 и по U-образной трубке 11 подается в холодную трубу 2, тем самым поддерживая постоянное количество жидкости в двигателе 1 и высоту колебания в выходной трубе 4. При фазе работы двигателя, когда уровень жидкости в выходной трубе опускается, воздух из окружающей среды засасывается в камеру 9 и верхнюю часть трубы 4 через отверстие 10, а турбина продолжает вращаться по инерции. Затем цикл повторяется, Источники информации: 1. Г.Ридер, Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М., "Мир", 1986, стр. 43. 2. Г.Ридер, Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М., "Мир", 1986, стр. 45 - 47 - прототип.Формула изобретения
Энергосиловая установка с жидкопоршневым двигателем "Флюидайн", включающая в себя двигатель "Флюидайн", состоящий из связанных между собой холодной, горячей и выходной труб, частично заполненных жидкостью, отличающаяся тем, что снабжена рабочей камерой, соединенной в нижней части с холодной трубой двигателя U-образной трубкой, заполненной, как и нижняя часть камеры, жидкостью, причем конец трубки в холодной трубе двигателя расположен выше уровня столба жидкости в данной трубе, а выходная труба двигателя выполнена на конус, верхняя часть которого входит в камеру над турбиной, расположенной в верхней части камеры на валу, который связан с потребителем механической энергии или электрогенератором.РИСУНКИ
Рисунок 1Похожие патенты:
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга
Изобретение относится к теплоэнергетике и устройствам, работающим по циклу Стирлинга
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга
Изобретение относится к области теплоэнергетике и устройств, работающих по циклу Стирлинга
Изобретение относится к теплоэнергетике и устройствам, работающим по циклу Стирлинга
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внешнего сгорания, паровым котлам и отопительным системам
Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет повысить эффективность двигателей Стирлинга
Изобретение относится к тепловым установкам такого типа, который охарактеризован в ограничительной части первого пункта формулы изобретения
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга
Изобретение относится к устройствам для сжигания топлива в двигателях Стирлинга и позволяет повысить их эффективность за счет каталитического окисления топлива
Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, и позволяет повысить эффективность теплового двигателя
Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить топливную экономичность двигателей и расширить область их использования
Изобретение относится к энергетике, конкретно к роторным машинам объемного сжатия и расширения: двигателям внешнего нагрева и внутреннего сгорания, компрессорам, а также к гидромашинам - насосам и гидромоторам
Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в машинах наземного, водного и воздушного транспорта, в стационарных наземных и космических энергоустановках
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к тепловым двигателям с внешним подводом теплоты, и может быть использовано в автомобилестроении, а также в качестве двигательных устройств морского и речного транспорта
Изобретение относится к двигателестроению, а точнее к двигателям с внешним подводом теплоты, особенностью которых является то, что поршневая и штоковая горячие полости образованы в одном цилиндре, холодные полости - поршневая и штоковая - в другом цилиндре, а рабочий цикл на диаграмме P, V образован двумя изохорами и двумя изотермами
Изобретение относится к области теплоэнергетики и газовых регенеративных машин, работающих по прямому и обратному циклам Стирлинга, предназначенных в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и тепла
Изобретение относится к области теплоэнергетики и газовых регенеративных машин, работающих по прямому и обратному циклам Стирлинга, предназначено в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и тепла
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга
www.findpatent.ru
Cтраница 2
Этот вопрос, а также вопросы, относящиеся к Флюидайну, более подробно будут рассмотрены в конце настоящей главы. Независимо от формы двигателя влияние фазового сдвига на работу двигателя двойного действия будет невелико, поскольку значение фазового угла в таком двигателе определяется его конфигурацией и числом цилиндров. [16]
Температура холодной стороны ( со стороны отвода тепла) двигателя Флюидайн обычно равна температуре окружающей среды, за исключением наиболее совершенных образцов. Однако имеет место общий эффект повышения КПД установки при снижении температуры со стороны отвода тепла. Возможно, этот путь не кажется особенно перспективным, но в действительности он дает хорошие результаты. Расчет идеального цикла показывает, что в цикле Отто и в цикле дизельного двигателя преобладают аналогичные зависимости. [17]
Хотя и рассматривались двигатели двойного действия свободнопоршневого типа и типа Флюидайн и в этой области проведена определенная конструкторская и экспериментальная работа, нельзя утверждать, что совершенствование этих двигателей продвинулось достаточно далеко. [19]
Несмотря на это, модификация с реактивной струей является наиболее распространенной среди двигателей Флюидайн. Рабочий цикл двигателя с реактивной струей будет рассмотрен ниже. [21]
Это обсуждение вопросов устойчивости работы Флюидайна может показаться несколько академическим, однако анализ и математическое моделирование Флюидайна с помощью обычных термодинамических и гидродинамических методов весьма затруднительны и требуют значительного машинного времени для решения уравнений. В то же время моделирование методами устойчивости, которые хорошо разработаны в рамках теории регулирования, позволяет упростить решение проблемы и получить более точное описание процессов, протекающих во Флюи-дайне, и более достоверные результаты. [22]
В последних разделах этой главы двигатель Стирлинга сравнивается с другими существующими или имеющими шансы на практическое применение типами двигателей, а также проводится анализ особенностей двигателя Флюидайн. Дается обзор типичных характеристик, которые достижимы уже в настоящее время. Этот обзор может помочь тем, кто интересуется практическим использованием двигателей Стирлинга, оценить их потенциальные возможности в различных областях применения. [23]
На первый взгляд двигатели Стирлинга могут показаться не заслуживающими особого внимания, поскольку они в большой степени напоминают другие тепловые двигатели возвратно-поступательного действия, хотя модификации Била и в особенности двигатели Флюидайн сильно отличаются от привычных конструкций. Едва ли поверхностный взгляд на двигатели имеет существенные преимущества перед разбором принципиальных схем. Поэтому для данного раздела были отобраны такие примеры двигателей Стирлинга из числа реально существующих образцов, в которых можно было бы наглядно выделить важнейшие элементы конструкции и там, где это возможно, показать общность элементов, имеющих различные конструктивные воплощения. Эти примеры даются как в виде фотографий, так и в форме принципиальных конструктивных схем. [24]
В этой главе собраны все имеющиеся экспериментальные данные по этим двигателям. Для обобщения характеристик двигателей Флюидайн этих данных явно недостаточно. Когда станут доступными публикации центра в Харуэлле и будет опубликована книга Уокера и Уэста [33], мы будем располагать значительно большим объемом информации для изучения. [25]
Флюидайны 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 свобрднопоршне-вых машинах применяются те же материалы, что и приведенные в табл. 4.4. В некоторых случаях для двигателей Стир-линга всех типов можно применять не столь экзотические и дорогие материалы, но при условии, что на них нанесено соответствующее покрытие, например из хрома. [26]
Со времени изобретения двигателя Стирлинга в 1815 - 1816 гг. построено множество двигателей различных конфигураций и еще большее число конфигураций было предложено. На протяжении многих лет все эти существующие и гипотетические двигатели имели кривошипный привод в том или ином виде, однако в период, примерно соответствующий последним десяти годам, с изобретением свободнопоршневых двигателей типа двигателя Била и харуэллской машины, а также двигателя Флюидайн к существующему списку конфигураций двигателя Стирлинга ( и так достаточно обширному) добавились новые формы. И до настоящего времени продолжают изобретать новые формы этого двигателя. Такое разнообразие форм двигателя Стирлинга существует скорее всего потому, что до сих пор не найдены оптимальная конфигурация двигателя или оптимальный режим работы, которые удовлетворяли бы всему разнообразию условий работы, и такой двигатель вряд ли возможен. Эта ситуация не является специфичной именно для двигателя Стирлинга. Она имеет место и в отношении к другим тепловым двигателям, однако двигатель Стирлинга отличается, пожалуй, наибольшим разнообразием форм. [27]
Аналогично с изобретением сво-боднопоршневых форм двигателя потребовалось выделение третьей группы режимов работы. Такие двигатели могут работать при скоростях, соответствующих резонансной частоте упругой системы, которой является такой двигатель, или же в нерезонансном режиме, известном также как режим банг-банг. Двигатели Флюидайн также могут быть рассчитаны на работу при резонансной частоте системы. В двигателях с обычными кривошипно-шатунными механизмами необходимо избегать резонансных режимов. Поэтому третья группа режимов обладает меньшей степенью общности, чем первые две. [29]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Изобретение относится к области теплоэнергетики и устройств, работающих по циклу Стирлинга. Известно устройство двигателя "Флюидайн", включающее горячую и холодную полости, выходную трубу и использующее принцип реактивной струи в качестве способа стабильной непрерывной работы двигателя (Г.Ридер, Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М.: Мир, 1986, стр. 44 - 45). Известно устройство двигателя Стирлинга с горячей полостью, стенки которой выполнены из гофрированного эластичного материала (патент РФ N 2099562, Бюл. N 35, 1997). Однако устройство двигателя имеет большое количество механически движущихся деталей, усложняющих конструкцию и снижающих надежность двигателя в целом. Известно устройство насосной установки, включающее в себя два двигателя "Флюидайн", соединенных между собой через дросселирующий клапан, и рабочую камеру с поршнями, динамически связанными между собой посредством пружины (патент РФ N 2078972, Бюл. N 13, 1997). Однако установка предназначена только для перекачивания жидкости и не позволяет получать электрическую и полезную механическую энергию. Известны технические решения для получения индукционного тока, включающие в себя катушку из изолированного провода, концы которой подсоединены к приемнику тока (гальванометру), и длинного полосового магнита, при перемещении которого вдоль оси катушки возникает индукционный ток (Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики. Том. 2. "Электричество и магнетизм". М. : Высшая школа, 1977, с. 264). Однако для устойчивой работы генератора тока необходимо постоянное возвратно-поступательное движение магнита вдоль оси катушки. Известен жидкостной двигатель, включающий в себя два двигателя типа "Флюидайн", приводящих в возвратно-поступательное движение поршень в рабочей камере, причем оба двигателя работают со сдвигом по фазе на 180o за счет соединения холодных полостей двигателей через дроссельный клапан (заявка Японии N 3-27748, кл. F 02 G 1/043, 1991). Недостатком данного устройства являлся то, что оно сложно в конструктивном исполнении и имеет потери энергии, связанные с трением рабочего поршня. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности повышения КПД установки в целом за счет исключения потерь энергии на трение и упрощения конструктивного исполнения преобразования колебательных движений столбов жидкости в выходных трубах двигателей в полезную электрическую энергию. Для достижения этого технического результата автономная энергоустановка с двигателями "Флюидайн", включающая в себя два двигателя "Флюидайн" с регулированием сдвига фаз работы двигателей через дросселирующее устройство, снабжена магнитом, концы которого соединены с выходными трубами двигателей с помощью гофрированного упругого материала, и электрической катушкой, расположенной в области магнита таким образом, что магнит находится внутри катушки и имеет возможность совершать возвратно-поступательные движения вдоль ее оси. Введение в состав автономной энергоустановки магнита, соединенного с выходными трубами двигателей с помощью гофрированного упругого материала и электрической катушки, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности преобразовании колебательных движений столбов жидкости в выходных трубах двигателей "Флюидайн" в возвратно-поступательное движение магнита вдоль оси катушки с образованием в ней электрического тока, который может быть использован различными потребителями. На чертеже изображена автономная энергоустановка с двигателями "Флюидайн". Автономная энергоустановка состоит из двух двигателей "Флюидайн" 1, 2, имеющих соответственно горячие полости 3, 4 и холодные полости 5, 6, магнита 7, соединенного с выходными трубами 8, 9, двигателей 1, 2 с помощью вставок 10, 11, выполненных из гофрированного упругого материала. Вокруг магнита 7 намотан изолированный провод с клеммами 12, образующий катушку 13. Холодные полости 5 и 6 соединены между собой трубопроводом с дросселирующим клапаном 14, предназначенным для согласования фазового сдвига работы двигателей 1, 2. Автономная энергоустановка работает следующим образом. Стабильная непрерывная работа двигателей при подведении внешней теплоты к горячим полостям 3, 4 обеспечивается с помощью принципа реактивной струи. В результате работы двигателей 1, 2 происходит циклическое изменение объема и давления рабочего газа в полостях 3, 4, 5, 6, приводящее к вынужденным колебаниям столбов жидкости в выходных трубах 8, 9. Использование дросселирующего клапана 14 позволяет работать двигателям 1, 2 со сдвигом фаз на 180o. Это приводит к тому, что увеличение столба жидкости в выходной трубе 8 двигателя 1 происходит одновременно с уменьшением уровня столба жидкости в выходной трубе 9 двигателя 2, что вызывает за счет изменения давления газа в трубах 8, 9 растяжение вставки 10 и сжатие вставки 11; обе выполнены из гофрированного упругого материала, а как следствие перемещение магнита 7 от трубы 8 к трубе 9. На следующей фазе работы двигателей 1, 2 происходит обратное перемещение магнита 7, так как уровень столба жидкости в трубе 8 уменьшается, а уровень столба жидкости в трубе 9 увеличивается, и магнит 7 движется от трубы 9 к трубe 8, тем самым совершается возвратно-поступательное движение магнита 7 вдоль оси катушки 13, к клеммам 12 которой может быть подключен потребитель (не показан). Синхронность движения уровней столбов жидкости в выходных трубах 8 и 9 (их противофаза) определяется сдвигом по фазе между двигателями "Флюидайн" 1, 2, регулируемым через дросселирующий клапан 14. Источники информацииГ.Ридер, Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М.: Мир, 1986, с. 44 - 45. 2. Патент РФ N 2099562, Бюл. N 35, 1997. 3. Патент РФ N 2078972, Бюл. N 13, 1997. 4. Детлаф А. А. , Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики. Том 2. "Электричество и магнетизм". М.: Высшая школа, 1977, с. 264. 5. Заявка Японии N 3-27748, кл. F 02 G 1/043, 1991 - прототип.
Автономная энергоустановка с двигателями "Флюидайн", включающая в себя два двигателя "Флюидайн", соединенных между собой трубопроводом с дросселирующим клапаном, отличающаяся тем, что снабжена магнитом, концы которого соединены с выходными трубами двигателей с помощью гофрированного упругого материала, и электрической катушкой, расположенной в области магнита так, что магнит находится внутри катушки и имеет возможность совершать возвратно-поступательные движения вдоль ее оси.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 18.08.2000
Номер и год публикации бюллетеня: 15-2002
Извещение опубликовано: 27.05.2002
bankpatentov.ru
Cтраница 3
Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы. [31]
Двигатели Флюидайн просты и не требуют больших затрат на изготовление. Они представляются идеальными устройствами для проведения исследований в университетах. Тем не менее, хотя рабочий цикл Флюидайна интересен с академической точки зрения, такой подход не должен быть единственным в ущерб насущно необходимому эмпирическому исследованию, целью которого должно быть определение перспектив Флюидайна в том плане, сможет ли он стать коммерчески выгодным изделием или останется изящной игрушкой. [32]
Двигатели Флюидайн как мокрого, так и сухого типов были созданы в Центре по атомной энергии в Харуэлле ( Англия), и начиная с 1970 г. по этим двигателям была выполнена большая теоретическая и экспериментальная работа. К сожалению, подробная информация об этой работе еще не опубликована. Однако в других институтах также была выполнена работа по этим двигателям, достаточная для того, чтобы вынести определенные суждения о рабочих характеристиках двигателей Флюидайн. Эти исследования в целом хорошо документированы, имеют подробные описания экспериментов, однако полученные результаты не слишком детализированы. Кроме того, Флюидайн - настолько необычное устройство, что у исследователей появляется соблазн поиграть с ним - изменяя конструктивные параметры, наблюдать, что из этого получится. [33]
Двигатели Флюидайн просты и не требуют больших затрат на изготовление. Они представляются идеальными устройствами для проведения исследований в университетах. Тем не менее, хотя рабочий цикл Флюидайна интересен с академической точки зрения, такой подход не должен быть единственным в ущерб насущно необходимому эмпирическому исследованию, целью которого должно быть определение перспектив Флюидайна в том плане, сможет ли он стать коммерчески выгодным изделием или останется изящной игрушкой. [34]
Флюидайн может работать как в мокром, так и в сухом режиме. В первом случае существует контакт между вытесняемой жидкостью и рабочим телом. Во втором поверхности жидкости и рабочего газа разделены либо слоем инертного газа, либо механическим поплавком. Энергия в Флюидайне вырабатывается в виде колебаний жидкости в выходной трубе, и это особенно удобно для использования двигателя в качестве нагнетательного устройства. История техники знает очень похожее устройство - насос Хэмфри с незамкнутым рабочим циклом. [36]
Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы. [37]
Таким образом происходят циклические изменения объема и давления, но полезной работы в этом процессе не производится. Однако при наличии выходной трубы появляется эффект изменения суммарного объема газа при его колебаниях и так же, как и в других двигателях Стерлинга, при наличии меньшего чем 180 сдвига по фазе колебаний вытеснителя относительно колебаний выходного элемента возникает термодинамический цикл, в котором вырабатывается полезная работа. Эта полезная работа передается на мениск С столба жидкости в выходной трубе. Колебания столба жидкости в выходной трубе являются вынужденными и вызываются разностью давлений в двух рабочих полостях - С и D, в то время как колебания столба жидкости в трубе вытеснителя являются свободными, поскольку на мениски А и В действует одно и то же давление. Нетрудно заметить, что в случае вязкой жидкости ее колебания в трубе вытеснителя постепенно бы затухали. Причиной стабильной непрерывной работы двигателя Флюидайн является перекачка энергии вынужденных колебаний в выходной трубе к свободным колебаниям в трубе вытеснителя. Эта энергия компенсирует действие вязкого трения и поддерживает устойчивые колебания. [38]
КПД изменяется всего на 4 % в лучшем случае и на 10 % в худшем. КПД, представленный на рис. 1.74 6, именуется в публикации, из которой заимствованы эти зависимости, эффективным КПД. Наше утверждение основано на значениях КПД, которые были сообщены нам в частных беседах с изготовителями двигателей и лицами, эксплуатирующими такие двигатели. Результаты, представленные на этих графиках, типичны для двигателей с жестко связанными поршнями и для свободнопоршневых двигателей. В то же время двигатели Флюидайн имеют такие характеристики только в сухой модификации. В мокрой модификации влияние изменения температуры со стороны источника энергии носит несколько специфический характер, в основном из-за двухфазной и двухком-понентной природы рабочего тела в некоторых рабочих режимах. В ряде режимов определяющим является рабочий цикл с сухим воздухом в качестве рабочего тела, в других - рабочий цикл с парами жидкости. Неполнота эмпирических данных пока еще не позволяет сделать какие-либо общие выводы относительно рабочих характеристик Флюидайна. Большая часть имеющейся информации относится к мокрым Флюидайнам с реактивной струей и косвенным нагнетанием. Значительным количеством данных располагают также лаборатории Научно-исследовательского центра по атомной энергии ( Харуэлл, Англия), однако по коммерческим соображениям эти данные пока еще не доступны всем желающим. [39]
Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы. [40]
Флюидайн обладает способностью к самовозбуждению ( иными словами, способностью к самозапуску) и, будучи пущенным в ход, начинает работать с установившимися колебаниями. Такая классификация состоит из двух частей. Первая дает определение Флюидайна как автономной системы, что является прямым следствием неявного вида производной по времени в гидродинамических уравнениях, описывающих систему. В таких системах частота колебаний является функцией их амплитуды, и это подтвердилось в экспериментах с Флюидайном. Вторая связана с тем, что из-за демпфирования в системе Флюидайна описывающие ее уравнения неконсервативны. В общем случае в такой системе колебания должны были бы экспоненциально затухать со временем, чего, однако, не происходит во Флюидайне, в котором колебания носят устойчивый характер. Наиболее важным следствием этого утверждения является то, что система, работающая в ограниченном цикле, может самовозбуждаться. В случае Флюидайна это проявляется в способности системы самозапускаться. Самовозбуждение возможно в двух формах - жесткой и мягкой, причем существование той или иной формы определяется конкретным параметром системы. [41]
КПД изменяется всего на 4 % в лучшем случае и на 10 % в худшем. КПД, представленный на рис. 1.74 6, именуется в публикации, из которой заимствованы эти зависимости, эффективным КПД. Наше утверждение основано на значениях КПД, которые были сообщены нам в частных беседах с изготовителями двигателей и лицами, эксплуатирующими такие двигатели. Результаты, представленные на этих графиках, типичны для двигателей с жестко связанными поршнями и для свободнопоршневых двигателей. В то же время двигатели Флюидайн имеют такие характеристики только в сухой модификации. В мокрой модификации влияние изменения температуры со стороны источника энергии носит несколько специфический характер, в основном из-за двухфазной и двухком-понентной природы рабочего тела в некоторых рабочих режимах. В ряде режимов определяющим является рабочий цикл с сухим воздухом в качестве рабочего тела, в других - рабочий цикл с парами жидкости. Неполнота эмпирических данных пока еще не позволяет сделать какие-либо общие выводы относительно рабочих характеристик Флюидайна. Большая часть имеющейся информации относится к мокрым Флюидайнам с реактивной струей и косвенным нагнетанием. Значительным количеством данных располагают также лаборатории Научно-исследовательского центра по атомной энергии ( Харуэлл, Англия), однако по коммерческим соображениям эти данные пока еще не доступны всем желающим. [42]
КПД изменяется всего на 4 % в лучшем случае и на 10 % в худшем. КПД, представленный на рис. 1.74 6, именуется в публикации, из которой заимствованы эти зависимости, эффективным КПД. Наше утверждение основано на значениях КПД, которые были сообщены нам в частных беседах с изготовителями двигателей и лицами, эксплуатирующими такие двигатели. Результаты, представленные на этих графиках, типичны для двигателей с жестко связанными поршнями и для свободнопоршневых двигателей. В то же время двигатели Флюидайн имеют такие характеристики только в сухой модификации. В мокрой модификации влияние изменения температуры со стороны источника энергии носит несколько специфический характер, в основном из-за двухфазной и двухком-понентной природы рабочего тела в некоторых рабочих режимах. В ряде режимов определяющим является рабочий цикл с сухим воздухом в качестве рабочего тела, в других - рабочий цикл с парами жидкости. Неполнота эмпирических данных пока еще не позволяет сделать какие-либо общие выводы относительно рабочих характеристик Флюидайна. Большая часть имеющейся информации относится к мокрым Флюидайнам с реактивной струей и косвенным нагнетанием. Значительным количеством данных располагают также лаборатории Научно-исследовательского центра по атомной энергии ( Харуэлл, Англия), однако по коммерческим соображениям эти данные пока еще не доступны всем желающим. [43]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
www.freepatent.ru
