Двигатель Стирлинга. Газотурбинные двигатели. Роторно-поршневые двигатели. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

1.1.2.Двигатель Стирлинга

К ДВПТ относятся двигатели Стирлинга и Эриксона. В настоящее время наибольшее внимание уделяется двигателям Стирлинга. Объясняется это возможностью достижения в термодинамическом цикле Стирлинга, состоящим из двух изохор и двух изотерм, термического КПД, равного термическому КПД цикла Карно.

Двигатели Стирлинга по конструкции делятся на следующие три типа:

·  альфа – типа с двумя цилиндрами (горячий и холодный), между которыми расположен регенератор;

·  бета – типа с одним цилиндром (горячий с одного конца и холодный с другого), внутри которого движутся поршень (с которого снимается мощность) и вытеснитель, изменяющий объем горячей полости с перекачиванием газа из холодной части цилиндра в горячую через регенератор;

·  гамма – типа, где также есть поршень и вытеснитель, но при этом установлено два цилиндра – один холодный (в нем движется поршень, с которого снимается мощность), а второй – горячий с одного конца и холодный с другого (в нем движется вытеснитель) с регенератором соединяющим горячую часть второго цилиндра с его холодной частью и одновременно с первым (холодным) цилиндром.   

Источником теплоты для двигателя Стирлинга может служить любой источник, генерирующий теплоту при температуре 500К и выше. В качестве источника теплоты могут быть использованы продукты сгорания любых видов органических ископаемых и синтетических топлив, солнечная, геотермальная и ядерная энергия. Параметры двигателя Стирлинга по экономичности, удельной мощности такие же, как у современных дизелей, а по токсичности и шуму ниже.

Принцип работы этого двигателя  (рис. 1.3), так же как и у двигателей внутреннего сгорания ( ДВС), основан на сжатии рабочего тела при низкой температуре и расширении при высокой. Разность работ (полученной в процессе расширения и затраченной в процессе сжатия) дает работу цикла. В двигателе Стирлинга холодное рабочее тело сжимается рабочим поршнем. Поршень – вытеснитель остается неподвижным. Затем поршень – вытеснитель начинает двигаться, переталкивая рабочее тело через нагреватель (Н) в горячую полость над поршнем – вытеснителем. Рабочий поршень пока неподвижен. При расширении рабочего тела оба поршня движутся вниз. Затем вытеснительный поршень возвращается в исходное положение, перемещая рабочее тело через охладитель (О) в холодную полость над рабочим поршнем, и цикл повторяется. Для уменьшения потерь теплоты между нагревателем и охладителем установлен регенератор (Р), в котором накапливается теплота при охлаждении рабочего тела и возвращается при его нагревании. Регенератор представляет собой высокопористую со сквозными порами теплоаккумулирющую массу (металлическая сетка, путанка, спеченная высокопористая керамика и т.д.), которая получает тепло 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 к нагревателю, и повышается КПД двигателя.    

Габаритные размеры и масса двигателя Стирлинга