Страница 2 из 2
Поскольку предлагаемый поршень-вытеснитель обладает существенно большим диаметром, то, очевидно, чтобы «вытеснять», «описывать», «ометать» – в литературе применяются разные термины – тот же объём рабочего газа, что и классический поршень-вытеснитель, диаметр которого равен или близок к диаметру рабочего поршня, предлагаемый поршень-вытеснитель должен иметь меньший ход по сравнению с классическим вариантом! Это условие важно для сохранения равенства масс рабочего газа в рабочих объёмах классического и предлагаемого цилиндров для последующего расчётного сравнения с двигателем-прототипом. Позже расчёт такой зависимости хода от диаметра предлагаемого поршня-вытеснителя будет показан на реальном примере. Причём ход рабочих поршней сравниваемых схем должен оставаться равным, чтобы расчётная производимая работа была максимально одинаковой для обеих сравниваемых схем.
Такое расчётное сравнение является целью настоящей работы, а критерием перспективности предлагаемого поршня-вытеснителя будет получение равенства производимой работы для обеих сравниваемых схем при условии равенства масс рабочего газа и диаметров рабочих поршней.
Почему только равенство, а не превосходство? Причина в том, что пока нет достаточно простой и надёжной методики расчёта главного бесспорного преимущества предлагаемого поршня-вытеснителя – интенсификации теплообменных процессов.
Для сравнения необходимо использовать реальный, действующий двигатель Стирлинга с хорошо известными параметрами и, если расчёт покажет, что предлагаемый поршень-вытеснитель при той же массе рабочего газа и прочих равных условиях не ухудшит показателей «эталонного», взятого за образец двигателя-прототипа, то этого будет достаточно. Это будет означать, что неучтённые в нижеприведённых расчётах преимущества предлагаемого поршня-вытеснителя и соответствующей ему головки цилиндра, а именно – повышенная конвекция и площадь теплового излучения, делают их более перспективными в сравнении с классическими. Подчеркну ещё раз: рабочий газ распределяется между теплоподводящими и теплоотводящими внутренними стенками головки цилиндра и предлагаемым поршнем-вытеснителем с его большей площадью и меньшим ходом на большей площади более тонким «слоем», что способствует более интенсивному нагреву и охлаждению газового рабочего тела.
Выбор прототипа
Расчёт двигателя Стирлинга «с нуля» невозможен без сложного итерационного процесса с коррекцией теоретического расчёта по результатам практических лабораторных экспериментов, измерений реальных узлов.
Такой возможности у меня нет и поэтому я вынужден был заняться поиском в интернете реального, уже созданного, апробированного и хорошо изученного двигателя Стирлинга, чтобы применить к нему наиболее работающие алгоритмы расчёта и убедиться, что предлагаемый поршень-вытеснитель, по крайней мере, не хуже классического.
Конечно, для большей убедительности хотелось бы взять за образец бета-стирлинг, но, к сожалению, поскольку все дорожатся своими тайнами, мне не удалось найти достойного «кандидата» среди бета-стирлингов, но я таки нашёл прекрасный, «заезженный» дотошными студентами-экспериментаторами немецкий альфа-стирлинг ST05G-CNC, для которого удалось найти достаточно подробные описания и даже чертежи (см., например, видео: https://www.youtube.com/watch?v=N809s2raaqk ). Поскольку отличие расчёта альфа- и бета- стирлингов непринципиально, то, буду считать, мне крупно повезло.
Паспортные данные двигателя ST05G-CNC:
Мощность: 500 Вт при 500 об/мин, макс. частота вращения двигателя: 750 об/мин;
максимальная температура нагревательной головки: 550° C;
рабочее давление газа: 10 бар (1 000 000 Па), ограничено герметичным предохранительным клапаном 11 бар (1 100 000 Па);
рабочий газ: азот, условно сухой, очищенный от масла сжатый воздух, другие газы могут вызвать повреждения в результате коррозии или превышения скорости вращения;
ход штока: 75 мм, диаметр поршня-вытеснителя – 96 мм, рабочего поршня – 85 мм;
основные размеры: прибл. 410 * 375 * 780 мм, общий вес: 33,5 кг.
Мёртвый объём Vd – это весь объём двигателя, который не участвует в расширении или сжатии, т.е. сумма объёмов охладителя Vk, регенератора Vr и нагревателя Vh:
Примечание: давление в двигателе ST05G-CNC невысокое и нет угрозы смятия оболочки поршня-вытеснителя, который поэтому не сообщается с общим объёмом двигателя, а его внутренний объём не учитывается как часть мёртвого объёма и не входит в формулу.
Общий вид двигателя и его разрез:
Рис. 3
Нагревательная головка с 20-ю нагревательными трубками 8-ми мм диаметра:
Рис. 4
Далее мне повезло ещё больше: я нашёл в архиве NASA
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.