Двигатели Стирлинга. Области применения
Первоначально предполагавшееся фирмой «Филипс» применение двигателей Стирлинга в качестве составной части портативных электрогенераторов не состоялось из-за быстрого совершенствования других устройств, предназначенных для той же цели, однако в настоящее время под воздействием экономических факторов эта область применения вновь привлекает внимание. Области применения, в которых двигатель Стирлинга использовался в XIX веке и был в конечном счете вытеснен, теперь изучаются вновь. Поэтому нецелесообразно перечислять отдельные случаи применения двигателя Стирлинга в хронологической последовательности.
6-1. Автомобильные двигатели
Новейший усовершенствованный двигатель Стирлинга- продукт совместных усилий многих областей техники. Исследовательская лаборатория фирмы «Филипс», вероятно, единственная в мире, объединяющая передовую технологию с дальновидностью руководства, что позволяет ей длительное время проводить исследования по двигателям Стирлинга в широком масштабе. Ежегодно только в этой фирме в разработке двигателей внутреннего сгорания участвуют тысячи инженеров. То что фирма «Филипс» в относительно короткое время и с относительно малым штатом смогла создать двигатели Стирлинга с высокими характеристиками, представляется для других фирм невероятным; принимая все это во внимание, было рискованно пытаться предвидеть будущее развитие.
Сомнительно, чтобы двигатель Стирлинга, если исходить только из экономических показателей, мог бы когда-нибудь составить конкуренцию дизелю в любых уже установившихся областях применения. Однако сейчас вопрос об использовании двигателей уже поднимается на основании только одних технико-экономических показателей. Социальные аспекты техники становятся все более важными; это особенно видно из того, что общество уделяет пристальное внимание проблеме загрязнения воздуха выхлопными газами автомобильных двигателей. Известно, что интерес к этому вопросу особенно высок в США, где наиболее велика мощность автомобильных двигателей. В то же время фирма «Филипс» уже убедительно продемонстрировала значительное уменьшение шума и загрязнения воздуха при применении двигателей Стирлинга для автомобилей. Возможно, что под действием общественности будут приняты более жесткие стандарты, контролирующие загрязнение воздуха, а от дизелей и бензиновых двигателей внутреннего сгорания потребуют таких норм по уменьшению вредных составляющих в выхлопных газах, что двигатели фирмы «Филипс» будут конкурентоспособны. Вероятность такой ситуации вполне реальна, и, без сомнения, это и есть основание для фирмы «Филипс» и ее субподрядчиков обратить особое внимание на разработку автомобильных двигателей мощностью 73,5 кВт (100 л.с.) и 147 кВт (200 л.с.). Последующие несколько лет должны быть переломными в этом вопросе, но к 1980 г. двигатели Стирлинга на грузовиках могут быть уже не новостью.
6-2. Криогенные газовые машины
Интерес фирмы «Филипс» к криогенным машинам, работающим по обратному циклу Стирлинга, проявился случайно и был побочным успехом при разработке двигателей на ранней стадии их развития. Семейство криогенных машин фирмы «Филипс» разрабатывалось под руководством Кёллера, и теперь они занимают ведущее место в любом каталоге малых и средних криогенных установок. Эти машины привели к развитию и соответствующего криогенного оборудования. Типы криогенных газовых машин, предлагаемых покупателю фирмой «Филипс», охватывают широкий диапазон от миниатюрных машин с холодопроизводительностью в доли ватта до больших промышленных агрегатов с холодопроизводительностью в несколько киловатт.
С появлением сверхпроводящих материалов, работающих при более высоких температурах, и возрастающем использовании инфракрасной техники, вероятно, появятся разнообразные возможности для применения небольших криогенных машин. Для этих целей потребуются меньшие по габаритам, более дешевые и более надежные машины, чем существуют в настоящее время.
Одним из наиболее перспективных направлений использования криогенных газовых машин Стирлинга, является создание гаражных заправочных пунктов по получению сжиженного природного газа, сжиженного биометана и сжиженного шахтного метана, расположенных непосредственно у пользователей. Производительность гаражных пунктов, созданных на основе отечественных и зарубежных КГМ Стирлинга, колеблется в пределах от 10 до 700 кг/ч криогенного продукта. Сжиженные метаносодержащие газы являются наиболее перспективными моторными топливами, альтернативными традиционным нефтяным топливам.
6-3. Рефрижераторные установки
Машины Стирлинга могут обеспечить охлаждение на любом температурном уровне в диапазоне от температуры окружающей среды до уровня, близкого к абсолютному нулю. Они с успехом работают в криогенных рефрижераторных установка при температурах, меньших 100 К. При более высоких температурах они практически неизвестны, хотя, собственно, нет никаких технических оснований не применять их для охлаждения при температурах, близких к температуре окружающей среды.
В 1959 г. Финкельштейном и Полянски было проведено равнение характеристик двухцилиндровой машины Стирлинга и обычной холодильной машины. Они определили, что производительность машины Стирлинга при температуре более 230К ниже, чем обычной, но она увеличивается по мере понижения температуры. Были исследованы возможности передвижных систем охлаждения с циклом Стирлинга. Основываясь на установке, работающей по схеме Рини с приводом от косой шайбы можно предположить значительную экономию в массе и габаритах без снижения характеристик по сравнению с обычными парокомпрессионными машинами. По-видимому, установки такого типа представляются перспективными для систем кондиционирования воздуха на железнодорожном транспорте, автомобильном, а также для систем охлаждения на военно-транспортных машинах и военно-морских судах.
6-4. Электрогенераторы малой мощности
Существует много областей применения для электрогенераторов малой мощности, способных работать автономно в отдаленных районах в течение длительного времени. Уровень их мощности колеблется от 5 Вт до 5 кВт, но особый интерес представляет диапазон от 200 до 500 Вт. Такие электрогенераторы требуются для многих целей, но в основном для снабжения электроэнергией систем навигации, таких как маяки и буи, автоматические метеостанции, а также для телеметрии и станций усиления связи. Они могут быть использованы под водой как для гражданских, так и для военных целей, в горах, в недоступных районах Арктики и в аварийных навигационных ситуациях. В качестве местного топлива для стирлинг-генераторов может использоваться торф, измельченный уголь, сланцы, отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности. Для большинства областей применения главным критерием является надежность. Практических ограничений по массе, габаритам и частоте вращения для таких энергоустановок нет. Так же не важны режимы пуска и останова, поскольку в большинстве случаев имеется возможность подключения системы аккумуляторных батарей для отвода избыточной мощности (например, ночью), в то время как электрогенератор продолжает вырабатывать постоянную мощность в устойчиво режиме. Регулирование и контроль за работой двигателя не являются серьезной проблемой. В большинстве случаев предпочтительней (и легче) регулировать электрические параметры системы, чем параметры самого двигателя.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9