Итак, что это такое и как это работает.
Скажу сразу, что бы въехать в эту тему понадобится не мало времени, я сам не всё сразу понял, хотя казалось, что сложного ничего и нет. Снаружи всё просто и понятно пока не копнёшь глубже, где и спрятано все интересное. Выход здесь только один, если что то не понятно сразу - читай и смотри дальше, со временем всё прояснится, по крайней мере так было со мной.
Нус приступим, признаться я не могу и не буду описывать всё это хитро-научно-рефератным языком, на мой взгляд это отпугивает людей, всё нужно излагать по простому не выдумывая всяких там формул и мало кому известных понятий. Наличия высшего образования тоже не потребуется всё легко укладывается в школьную программу, а множество схем и простых поясняющих картинок максимально облегчит понимание.
Стирлинг - это устройсво преобразующее тепловую энергию в механическую ну как двигатель, с тем лиш отличием, что эта тепловая энергия приходит к нему из вне, а не производится им непосредственно(как это происходит например в двигателе внутреннего сгорания). Это и есть его самое уникальное и замечательное свойство отличающее его от всех остальных машин. Да, ну и само собой такое название Стирлинг пошло от фамилии человека который всё это первый придумал, кто заинтересуется историей этого вопроса может нарыть в интернете кучу инфы, меня лично это мало волнует.
Понять его устройство можно на примере ряда картинок ниже.
Допустим мы имеем какой то замкнутый объем воздуха в жестком корпусе с эластичной мембраной (или поршнем по другому). Нагревая корпус двигателя воздух внутри расширится и совершит работу, выгибая мембрану наружу. И наоборот охлаждая корпус мембрана вогнется, опять совершив работу. Вот и весь цикл, проще не придумаеш, осталось только "автоматизировать" этот процес.
Для этого внутри корпуса двигателя размещается так называемый поршень вытеснитель(на рисунке он зелёненький с нерусским словом), смысл этого девайса в том что он должен перегонять оставшийся в корпусе воздух от горячей области внизу к охлаждаемой вверху. На рисунке видно что сам поршень вытеснитель занимает собой почти половину объёма внутренней полости двигателя, в виде такого диска, не плотно прилегающего к стенкам. Через этот зазор воздух перетекает из горячей полости в холодную и обратно.Надо сказать что сам этот поршень в идеале должен быть лёгким и плохо проводящим тепло, поскольку он фактически разделяет собой гарячую и холодную области внутри двигателя.
Ну а дальше уже всем знакомая кривошипно-шатунная схема связывает вытеснитель и мембрану(или рабочий поршень) на одной оси вращения,что обеспечит нам цикличность процесса т.е. поднятие и опускание поршней. (внимательно изучайте картинки включайте воображение)
Ещё одна важная деталь на которую нужно обратить внимание заключается в том что рабочий поршень отстаёт от вытеснителя на 90 градусов по ходу вращения двигателя(у нас на рисунке как вы могли заметить вращение происходит против часовой стрелки). Это идеальный вариант соединения для такой схемы. Попытайтесь проиграть каждую картинку по очереди, представить что происходит сдавлением воздуха внутри двигателя и как всё это преобразуется в возвратно-поступательное движение.
Надо ещё признать, что на схеме, а именно на оси , отсутствует одна важная деталь - это маховик, он то и поддерживает весь цикл вращения.
НЕ отчаивайтесь если сразу не всё понятно, я сам помню долго въезжал, в своё время, а некоторые моменты полностью понял только когда собрал свой первый стирлинг. Главное начать, и если не потеряете интерес, то разберётесь, а я на других примерах надеюсь помогу вам, ибо здесь на самом деле масса хитрых моментов.
Более подробно о всех типах стирлингов, принципе их работы и как их можно сделать самому - я изложил в форме серии видеоуроков , которые можно посмотреть ЗДЕСЬ
Вот например таже схемка но уже в движении, теперь я думаю будет несколько понятнее. Причем это фактически разрез реальной рабочей модели, жаль правда что только в одном боковом виде.
А вот еще одна конструкция где видно как рабочий поршень отстаёт от вытеснителя на 90 градусов по ходу вращения двигателя, также присутствует маховик.
Или вот ещё пример.
Всё это были примеры низкотемпературных двигателей, так сказать моделек, игрушек, поясняющих принцип работы. Промышленные стирлинги которые используются в разных целях, от генерации электроэнергии, до говорят, движения подводных лодок выглядят совершенно по другому (будем рассматривать их в других разделах сайта). Но принцип всегда остаётся темже - нагрев и охлаждение замкнутого объема воздуха, а ещё лучше водорода или гелия (короче рабочего тела по другому).
Вообще Стирлинги делят на три типа, альфа, бетта, гамма.
Красным помечена нагреваемая область, синим охлождаемая
Ещё пару мультиков для представления работы альфа и бетта стирлингов соответственно.
и ещё бетта тип, кинематика
А вот полная деталировка - всё по полочкам, гамма версия.
а это анимация стирлинга бетта типа
--------------------------------------------------------------------------------------------------
А вот маленький Стирлинг охлаждает своей работой какой-то чип на материнской плате, интересное применение.
Вот видео его работы http://www.youtube.com/watch?v=LQQMkz6uPs0
http://www.youtube.com/watch?v=OqqeR4ZRx6w&feature=related помоему потресающе
Зато есть принципиальная схема этого девайса
_______________________________________________________
А вот как на практике выглядит бетта тип с ромбическим механизмом, ну очень хитрая штука и самому такую извоять весьма проблематично, но для общего развития нужно иметь представление. Дальше в рубриках по конкретным типам двигателей я буду более подробно останавливаться, а пока просто поверьте, что технических вариантов исполнения этого двигателя просто немеренно, этим он и интересен.
а это его кинематическая модель
---------------------------------------------------------------------------------
А такая занятная игрулина вызовет массу приятных эмоций у любого человека не взирая на возраст. Это свободнопоршневой Стирлинг, работает от тепла чашки с горячим чаем, его мы тоже рассмотрим подробнее здесь.
Ну вот и всё вступление, для начала. Дальше в рубриках, по каждому типу двигателей, будет более подробно о них расказано и показано, есть много интересного видео, без просмотра которого невозможно полноценно оценить всю прелесть этих устройств. Не переключайтесь... всё только начинается.
www.physicstoys.narod.ru
3. Выбор компоновочной схемы для двигателей двойного действия.
Наибольшее число двигателей, доведенных или нацеленных на доводку до состояния промышленного производства, выполняются четырехцилиндровыми двойного действия. Большое и все увеличивающееся число реализованных вариантов говорит о том, что и в этом вопросе не достигнуто четких понятий о лучшем варианте. Пожалуй только наиболее простой случай, — рядный, крейцкопфный, — не встречался в работах последнего десятилетия. В 1970-х годах подобные двигатели, в том числе в 4-х и 6-ти цилиндровые, разрабатывались исследовательской группой MAN-MWM, а в 1980-х годах четырехцилиндровый двигатель с заклинкой 1-2-4-3 был разработан и испытан французским предприятием ЕСА. Все эти двигатели предназначались для подводных технических средств.
Один из мировых лидеров в области двигателей Стирлинга шведская фирма United Stirling в 1970-е годы ввела понятие «квадратная четверка», понимая под этим четырехцилиндровый двигатель с цилиндрами, расположенными параллельно друг другу по углам квадрата, с единой камерой сгорания и с общим торообразным нагревателем, собранным из четырех секторов. Первые исполнения таких двигателей имели два синхронизированных параллельных коленчатых вала (U-образная компоновка). Именно такими были первые варианты известных двигателей Р-40 (4-95) и Р-75 (4-275). Стремление избавиться от зубчатых пар, уменьшить механические потери и массо-габаритные показатели привода привело к появлению модификаций этих моторов в V-образной компоновке. Одним из таких двигателей стал V4-275R, успешно примененный на подводной лодке SAGA I. Двигатель Р-40 в новом исполнении разрабатывался фирмой MTI (США). Первая модификация, названная Mod I, оставалась еще U-образной, а последующие, начиная с Mod II, — V-образными [4, с.430], [8]. На этой стадии одними из важнейших стали вопросы профилирования трубок нагревателя и коллекторов, связывающих нагреватель с цилиндром и с регенератором [3, с.3.203]. По сути в этих работах эффективность и мощность двигателя были в наибольшей степени предопределены уровнем применяемых технологий. К негативным качествам V-образных двигателей необходимо отнести неравномерную схему заклинки коленвала, вызванную необходимостью организации фазового сдвига между сопряженными цилиндрами на равный угол независимо от величины угла развала цилиндров. Это приводит к необходимости применения соответствующих мер по балансировке и уравновешиванию двигателей (проблема, стоящая и для U-образных двигателей).
Следующим шагом в развитии V-образной компоновки стал двигатель Mod III (MTI Inc.) (рис. 2) [5, с.69], [8], в котором отказались от общего пространства камеры сгорания, единого сегментного нагревателя. В нем каждая цилиндро-поршневая группа выполнена подобно конструкциям по β-схеме с кольцевыми теплообменными аппаратами. В результате значительно сократился мертвый объем нагревателя, упростились практически все элементы в горячей части двигателя. Важно, что эти упрощения относятся к наиболее сложным и дорогим элементам двигателя. Из проблем, которые привнесены новой компоновкой, следует отметить две: необходимость синхронного регулирования четырех камер сгорания, а также организация увязки конструкции на двойное действие через элементы холодной зоны. Особенность последней задачи заключается в том, что дополнительный мертвый объем в холодных полостях негативно отражается на мощности двигателя примерно так же, как вдвое больший объем в горячих полостях.
Двигатель Стирлинга двойного действия
Рис. 2. Двигатель Стирлинга двойного действия MOD III
1 — запальная свеча, 2 — газовый штуцер, 3 — газовая горелка, 4 — изоляция, 5 — преднагреватель, 6 — вход воздуха, 7 — выхлопной патрубок, 8 — регенератор, 9 — охладитель, 10 — главное уплотнение, 11 — шток, 12 — крейцкопф.
Разработан Mechanical Technology Inc. в 1994 г. Мощность 108 кВт, частота вращения 2800 мин-1, 4 цилиндра размером 117/30 мм, угол развала 40º, рабочее тело — гелий, среднее давление 15 МПа, температура нагревателя 1048 К, эффективный КПД 36 %.
Стирлинг-генератор на его основе — мощность 75 кВт, частота вращения 1800 мин-1, масса 523 кг.
Приведенные размышления иллюстрируются таблицей 1. К приведенным в ней данным следует относиться с осторожностью, поскольку они собраны из большого числа публикаций и относятся к двигателям в различных условиях. За 20 лет при схожих размерах кинематического механизма мощность двигателя увеличилась в 2,7 раза. Причем наиболее существенным оказался переход от Mod II к Mod III. Хорошие показатели двигателя 4-95 образца 1984 года, по-видимому, являются следствием применения водорода в качестве рабочего тела [9].
Таблица 1
Развитие двигателей на базе Р-40
| Модификация | P-40 | 4-95 | Mod I | Upgraded Mod I | Mod II | Mod III |
| Год создания | 1973 | 1984 | 1981 | 1983 | 1986 | 1994 |
| Схема механизма | U | U | U | U | V | V |
| Размеры цилиндров D/S, мм | 50/48 | 55/40 | — | — | 73/30 | 117/30 |
| Рабочий объем, см3 | 4х94 | 4х95 | 4х123 | — | 4х126 | 4х323 |
| Среднее давление, МПа | 15 | 20 | 15 | 15 | — | 15 |
| Температура нагревателя, К | 973 | 993 | 993 | 1093 | 1093 | 1048 |
| Максимальная мощность, кВт | 40 | 52 | 54,4 | 62,2 | 62,3 | 108 |
| Частота вращения, мин-1 | 4000 | 4000 | 4000 | 4000 | 4000 | 2800 |
| Эффективный КПД, % | 26…32 | 29.4…41 | 34,5…37,7 | 33,5…39 | 38,5…39 | 36 |
| Удельная масса, кг/кВт | 4,5 | — | 6,3 | 3,8 | 3,38 | — |
Другое направление при создании двигателей двойного действия — аксиально-поршневые с механизмом типа наклонная шайба — было выбрано фирмой Philips. И хотя в настоящее время Philips сконцентрировала свои усилия в области машин Стирлинга на криогенных холодильно-газовых машинах, работы по аксиально-поршневым двигателям настойчиво продолжаются с учетом ее опыта на вновь организованной фирме Stirling Thermal Motors (STM Inc., США) [1]. Главной особенностью созданного здесь двигателя STM 4-120 является гидравлический механизм изменения угла наклона шайбы, позволяющий воздействовать на величину хода поршней и таким образом регулировать мощность двигателя не прибегая к системам изменения давления рабочего тела или мертвого объема. По степени доведенности, а также по эффективности и массо-габаритным показателям этот двигатель находится в одном ряду с двигателями фирмы Kockums и так же, как и последние, был опробован в самых различных областях применения. Кроме того, на его базе были разработаны рефрижераторная и криогенная холодильно-газовые машины [5, с.209], [5, с.321].
Двигатель Стирлинга двойного действия
Рис. 3. Двигатель Стирлинга двойного действия WG 3000
1- камера сгорания, 2- преднагреватель. 3 — нагреватель, 4 — поршень, 5 — регенератор, 6 — верхняя плита, 7 — охладитель, 8 — основной корпус, 9 — балансир, 10 — качающееся звено, 11 — корпус генератора, 12 — вал отбора мощности, 13 — ротор генератора, 14 — статор генератора, 15 — привод для стартера.
Разработан Whisper Tech Ltd и Кентерберийским университетом (Новая Зеландия) для применения на яхтах и в малой энергетике в составе когенерационных установок. Электрическая мощность 2,7 кВт, частота вращения 2000 мин-1, 4 цилиндра размером 10,16/5,08, рабочее тело — азот, среднее давление 2 МПа, температура нагревателя 1023 К, камера горения на пропане.
Среди приводных механизмов двигателей двойного действия новейших типов следует выделить три: отмеченные выше KS15D концерна DaimlerBenz и датский двигатель SM-3 мощностью 40 кВт, а также WG 3000 новозеландской фирмы Whisper Tech Ltd.
Приводной механизм датского двигателя интересен тем, что в принципе состоит из достаточно простых звеньев и допускает использование подшипников качения. В основе его лежит известный многозвенный механизм Росса. Особенностью, помимо отмеченных ранее, является применение обратных шатунов, благодаря чему значительно увеличивается база для восприятия звеном «ползун-шток» перекашивающего усилия, и, как следствие, до технологического минимума уменьшается нагрузка на штоковые и поршневые уплотнения [6, с.353].
Двигатель WG 3000 (рис. 3) является сочетанием аксиально-поршневой компоновки с кинематическим механизмом на подшипниках качения (без наклонной шайбы) [5, с.87], [7, с.169]. Механизм последовательно состоит из одноколенного вала с наклоненной вращающейся шейкой колена, двух карданных пар и штоков поршней. Карданные звенья, сидящие на шейке вала, движутся синхронно подобно качающейся шайбе, а вторые карданные звенья, — балансиры, — качаются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на неподвижных осях, Сочленение штоков с поршнями в публикациях не приведено, вероятно, это одно из ноу-хау, хотя ранее фирмой Philips конструкции такого типа применялись. По приведенным изображениям видно, что штоки двойные: наружный в виде трубы, выполняющий направляющую роль ползуна и обеспечивающий работу уплотнений, и внутренний — силовой, — совершающий при проворачивании механизма относительно малые смещения от оси цилиндра (до 0,4 мм). Большое число силовых подшипников является недостатком этого механизма, но отсутствие ползунов обыкновенного типа и применение исключительно подшипников качения значительно повышают механический КПД и позволяют выполнить механизм на консистентной смазке.
Литература.
1. Hargreaves C. M. The Philips Stirling Engine. — Amsterdam, Elsevier, 1991.
2. Maurer T. Stirlingkonzept mit doppeitwirkender Kreuzkolbenmaschine. Universitat Kassel, 1994.
3. Proceedings of 20th Intersoc. Energy Conver. Eng. Conf., Miami Beach, Fl., 1985.
4. Proceedings of 21st Intersoc. Energy Conver. Eng. Conf., San Diego, 1986.
5. Proceedings of 6th International Stirling Engine Conf., Eindhoven, Netherlands, 1993.
6. Proceedings of 7th International Conf. on Stirling Cycle Machines, Waseda University, Tokyo, 1995.
7. Proceedings of 8th International Stirling Engine Conference and Exhibition. — University of Ancona, Italy, 1997.
8. Steimle F. Stiling-Maschinen-Technik: Grundlagen, Konzepte und Chancen. — Heidelberg, Muller, 1996.
9. Stine W. B., Diver R. B. A Compendium of Solar Dish/Stirling Technology /SAND93-7026 UC-236 Unlimited Release, Sandia National Laboratories, USA, Alburquerque, 1994.
10. Tagungsband des Europaischen Stirling Forums 1998, Osnabruck 24-26 Februar 1998.
Статья опубликована в журнале «Двигателестроение», 2002, № 2, с. 3-6.
ctirling.ru
Фольксваген гольф 1-4 схема двигателя Запрещается обсуждать размещать запросы и ссылки на схемы и оборудование конфликтующие с двигатель стирлинга своими руками ещё могу меня интересует расчет мощности и крутящего момента двигатель стирлинга схемы и расчет.
Схемы двигателей
hipok.sytes.net
Категория:
Устройство и работа двигателя
Рабочий цикл двигателя СтирлингаКак рассмотрено выше, в поршневых двигателях внутреннего сгорания процессы сгорания топлива, выделения теплоты и использования части ее для производства механической работы происходят непосредственно внутри цилиндра двигателя. При этом, как правило, применяют газообразные и жидкие топлива, сравнительно легко смешивающиеся с воздухом и образующие горючие смеси.
Однако рабочий цикл поршневого двигателя можно осуществить и при внешнем подводе теплоты к рабочему телу перед тем как оно попадет в цилиндр — в паровых машинах, двигателях Стирлинга и Эриксона. В настоящее время из поршневых двигателей с внешним подводом теплоты наибольшее внимание уделяется двигателям Стирлинга. Объясняется это возможностью достижения в термодинамическом цикле Стирлинга термического.
Термодинамический цикл Стирлинга реализовать в машине с непрерывным движением поршней невозможно. Используя известные приводные механизмы, можно достичь большего или меньшего приближения к термодинамическому циклу Стирлинга.
На рис. 2 показана принципиальная схема термодинамического цикла Стирлинга в поршневом двигателе.
Рис. 1. Термодинамический цикл Стирлинга
Кроме того, источником теплоты для двигателя Стирлинга может служить любой источник, генерирующий теплоту при температуре 500 К и выше. В качестве источника теплоты могут быть использованы продукты сгорания любых видов органических ископаемых и синтетических топлив, солнечная, геотермальная и ядерная энергия. Все это, а также возможность применения двигателя Стирлинга, помимо традиционных областей использования, для подводных и космических аппаратов, автомобилей и т. д., привлекает к нему внимание. Уже сейчас параметры двигателя Стирлинга по экономичности, удельной мощности такие же, как у современных дизелей, а по токсичности и шуму ниже.
Следует отметить, что двигатель Стирлинга дополняет и расширяет возможности поршневых тепловых двигателей.
В основе работы двигателя Стирлинга лежит термодинамический цикл, показанный на рис. 1.
Рис. 2. Принципиальная схема осуществления термодинамического цикла Стирлинга в поршневом двигателе
Поршень в цилиндре остается неподвижным в ВМТ, пока поршень в цилиндре движется к НМТ, что соответствует процессу на рис. 1. Общий объем полостей уменьшается; в них происходит сжатие рабочего тела при минимальной усредненной его температуре. В процессе cz происходит совместное движение поршней, причем увеличение горячего объема компенсируется равным ему уменьшением холодного объема, т. е. общий объем V не меняется и остается минимальным; рабочее тело перемещается из холодного объема в горячий. В процессе осуществляется изохорный подвод теплоты к рабочему телу в регенераторе. В процессе zb поршень в цилиндре остается неподвижным в НМТ, а поршень в цилиндре движется к НМТ — объем горячей полости увеличивается. При этом общий объем возрастает, и во всех полостях происходит расширение рабочего тела при максимальной усредненной его температуре.
В процессе поршни в обоих цилиндрах движутся к ВМТ; при этом уменьшение горячего объема в цилиндре компенсируется равным ему увеличением холодного объема в цилиндре. Общий объем остается постоянным и максимальным, а рабочее тело вытесняется из горячего объема в холодный.
Прежде чем рассмотреть рабочий цикл двигателя Стирлинга, обратимся к принципиальной схеме, приведенной на рис. 3. Для того чтобы в двигателе Стирлинга происходило преобразование теплоты в механическую энергию, в его конструкции должны быть следующие элементы: две рабочие полости с переменным объемом — горячая Ve и холодная Vc; три теплообменника — нагреватель Н, регенератор R и охладитель Ох, соединительные каналы, связывающие между собой теплообменники и полости с переменным объемом; механизм, преобразующий поступательное движение поршней во вращательное. Отдельные элементы, составляющие газовый тракт рабочего тела в двигателе Стирлинга, образуют замкнутую систему, т. е. отсуствует массообмен с окружающей средой. Таким образом, внутри этого газового тракта суммарная масса одного и того же рабочего тела (газа) постоянная и при работе не претерпевает фазовых превращений (могут быть использованы рабочие тела, изменяющие фазовые состояния).
В нагревателе — компактном теплооб-менном аппарате к рабочему телу подводится теплота. Аналогично при движении рабочего тела через охладитель от рабочего тела отводится теплота Q2. Ка-ких-либо устройств (клапанов, задвижек, золотников и т. д.) нет, что несомненно упрощает конструкцию двигателя и повышает его надежность.
Регенератор представляет собой высокопористую со сквозными порами тепло-аккумулирующую массу (металлическая сетка, путанка; спеченная высокопористая керамика и т. д.), которая получает теплоту от проходящего через нее горячего рабочего тела из нагревателя и отдает ее при обратном движении холодного рабочего тела из охладителя. Таким образом, в регенераторе двигателя благодаря внутреннему теплообмену осуществляется подогрев рабочего тела перед поступлением в нагреватель за счет аккумулированной теплоты. В результате уменьшается количество теплоты, подведенной извне, и повышается КПД двигателя.
Рис. 3. Принципиальная схема двигателя Стирлинга
Количество теплоты, вводимой во внутренний контур, а следовательно, совершаемая цикловая работа зависят от суммарной массы рабочего тела, находящегося во внутренних полостях двигателя. Суммарная масса рабочего тела увеличивается с ростом максимального давления во внутренних полостях при подаче в них дополнительного газа. Таким образом можно регулировать мощность двигателя.
Схема осуществления рабочего цикла двигателя Стирлинга приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема осуществления рабочего цикла Стирлинга
При сжатии рабочего тела в результате уменьшения суммы объемов горячей и холодной полостей выделяющаяся в холодной зоне (охладитель, часть регенератора, холодная полость) теплота отводится во внешнюю среду в охладителе. Закономерность изменения объемов горячей и холодной полостей подбирают таким образом, чтобы при сжатии большая часть рабочего тела находилась в холодной зоне. Это обусловливает уменьшение работы сжатия. В конце сжатия начинается вытеснение рабочего тела из холодной зоны в горячую (часть регенератора, нагреватель, горячая полость). При этом рабочее тело, проходя через регенератор, получает теплоту, аккумулированную в нем в предыдущем цикле. Так как обеспечить в регенераторе полную регенерацию теплоты невозможно, при дальнейшем движении рабочее тело нагревается до максимальной температуры в нагревателе. К этому моменту большая часть рабочего тела находится в горячей зоне, и его внутренняя энергия в результате подвода теплоты возрастает.
При последующем расширении теплота с помощью поршней преобразуется в механическую работу, которая передается на коленчатый вал, и сообщается потребителю. Для поддержания температуры рабочего тела при расширении на достаточно высоком уровне и близкой к постоянной от внешнего источника к рабочему телу в нагревателе подводится теплота. К концу расширения начинается вытеснение рабочего тела из горячей зоны в холодную. При этом рабочее тело, проходя через регенератор, часть своей теплоты передает теплоаккумулирующей насадке регенератора. В результате неполной регенерации теплоты рабочее тело при дальнейшем движении охлаждается до минимальной температуры в охладителе, который отводит теплоту во внешнюю среду. Из рассмотренной схемы рабочего цикла двигателя Стирлинга видно, что подвод теплоты от внешнего источника позволяет изолировать внутренние полости (внутренний контур) двигателя от внешней среды. Благодаря этому становится возможным применение в качестве рабочего тела в двигателях Стирлинга газов с наилучшими теплофизическими свойствами (водород, гелий и т.д.). Кроме того, становятся ненужными ряд систем, используемых в двигателях внутреннего сгорания (системы газораспределения, газообмена, зажигания, топливная высокого давления и т. д).
В двигателях Стирлинга рабочий цикл осуществляется за два такта, т. е. за один оборот коленчатого вала. В этом смысле двигатель Стирлинга аналогичен двухтактному двигателю внутреннего сгорания. Однако в двухтактном двигателе использование подпоршневых полостей в качестве рабочих связано с определенными трудностями, что было отмечено выше, а в двигателях Стирлинга такое конструкционное решение является обычным.
На рис. 5 представлена принципиальная схема двигателя Стирлинга двойного действия. Характерной особенностью схемы является то, что все горячие полости расположены над поршнем, а холодные — в подпоршневых полостях. Это упрощает конструкцию уплотнений и повышает надежность их работы. Каждый ход поршня является рабочим. Фазы, составляющие рабочий цикл двигателя Стирлинга, рассмотрим на примере работы цилиндров. Когда поршень в цилиндре подходит к ВМТ (рис. 5, а), поршень в цилиндре двигателя движется к НМТ. Большая часть рабочего тела сосредоточена в холодной зоне, осуществляется процесс сжатия и охлаждения рабочего тела в холодной зоне. На индикаторной диаграмме этой фазе соответствует процесс.
При движении поршня цилиндра к НМТ (рис. 5, б) увеличивается объем горячей полости, поршень цилиндра подходит к НМТ и объем холодной полости уменьшается до минимума. Осуществляется нагрев от внешнего источника, а также в регенераторе и вытеснение рабочего тела в горячую полость. На индикаторной диаграмме этой фазе соответствует процесс.
Рис. 5. Схемы осуществления рабочего цикла двигателя Стирлинга двойного действия
В следующей фазе (рис. 5, в) поршень цилиндра приближается к НМТ, быстро увеличивая объем горячей полости. Поршень в цилиндре начал движение к ВМТ, и объем холодной полости увеличивается. Происходит процесс расширения с подводом теплоты от внешнего источника к рабочему телу в горячей зоне. На индикаторной диаграмме этой фазе соответствует процесс.
Когда поршень цилиндра движется к ВМТ, уменьшая объем горячей полости (рис. 5, г), поршень в цилиндре приближается к ВМТ, и объем холодной полости увеличивается. Рабочее тело вытесняется в холодную полость, по пути охлаждаясь в регенераторе и охладителе. Этой фазе на индикаторной диаграмме соотвествует процесс.
Таким образом, если за начало отсчета угла поворота коленчатого вала принять положение поршня в цилиндре в ВМТ, то первый такт будет состоять из фаз процессов, второй — из процессов.
Читать далее: Способы осуществления рабочих циклов комбинированных двигателей
Категория: - Устройство и работа двигателя
stroy-technics.ru
