Двигателями внутреннего

Хотя двигатель Стирлинга и получает энергию извне, его нельзя с достаточной строгостью назвать двигателем внешнего сгорания, поскольку любой источник тепла с подходящей температурой, например сфокусированная солнечная энергия, аккумулированная тепловая энергия, тепловая энергия, выделяющаяся при горении металла, ядерная энергия и т. п., может быть использован для этой цели. В настоящее время в большинстве установок с двигателями Стирлинга применяется жидкое топливо из-за простоты его использования и из-за требований, обусловленных конкретным назначением установки. При использовании системы сгорания для нагрева рабочего тела применяют непрерывный процесс горения, что позволяет сжигать различные виды топлива, которые эффективно сгорают, не создавая опасности попадания твердых частиц из топлива, окислителя или окружающего пространства в рабочие цилиндры. При использовании для сжигания жидких тошгав непрерывное горение можно легко регулировать, в результате чего снижается уровень выбросов, особенно несгоревших углеводородов и окиси углерода, однако, чтобы понизить содержание окислов азота, необходимы дополнительные меры.

по многим основным характеристикам сходны с двигателями Стирлинга в их первоначальных вариантах. >

Изобретение двигателя двойного действия связано с именем Сименса [7] — знаменитого английского инженера XIX в., однако заслуга повторного открытия и усовершенствования этого двигателя принадлежит Рини — одному из первых исследователей фирмы «Филипс», занявшихся двигателями Стирлинга [25]. Вполне вероятно, что без «вторичного изобретения» двигателя Стирлинга двойного действия не существовало бы и многих действующих в настоящее время программ по совершенствованию таких двигателей.

Увеличение скорости существенно влияет на механизмы двигателя из-за возрастания сил инерции, неуравновешенности двигателя и т. п. По достижении определенных скоростей маховик двигателя может разрушиться, а неуравновешенные силы могут вызвать недопустимо высокие уровни вибрации. Все эти явления наблюдаются и в других поршневых двигателях и не составляют отличительных особенностей двигателя Стирлинга, хотя о них, пожалуй, слишком часто забывают при обсуждении вопросов, связанных с двигателями Стирлинга. Однако имеется эффект воздействия скорости, специфичный для двигателя Стирлинга и связанный с возрастанием скоростей частиц рабочего тела. Скорость двигателя может достичь такого уровня, что рабочее тело не будет успевать полностью перемещаться из горячей полости в холодную и обратно. Мало что известно об этом эффекте, за исключением того, что приня-

Более ранние по времени испытания на определение уровня шума, выполненные фирмой «Дженерал моторе», имели достаточно детальный характер, поскольку предполагалось использование двигателей в сухопутных войсках и на флоте США [45]. Эти испытания были сосредоточены на элементах самого двигателя. Сравнительно недавно в США были выполнены экспериментальные исследования как часть программы исследования возможности использования двигателей Стирлинга на автомобилях, и в них основное внимание уделялось уровням наружного и внутреннего шума автомобилей с установленными на них двигателями Стирлинга. Все это дает возможность составить достаточно полное представление об общих шумовых характеристиках двигателей Стирлинга.

Недавно были опубликованы новые данные [46] по уровням звукового давления, создаваемого автомобильными двигателями Стирлинга. Следует заметить, что эти результаты относятся ко всему автомобилю, а не к одному двигателю. Объектом испытаний был автомобиль фирмы «Опель» с установленным на нем двигателем Р-40. Для сравнения был взят автомобиль «Опель рекорд 2100» выпуска 1977 г. с дизельным

где /А — акустическая интенсивность шума, отнесенная к заданному уровню. Это означает, что два двигателя, каждый из которых имеет уровень шума 65 дБ, будут иметь суммарный уровень шума 68 дБ, а не 65 + 65 = 130 дБ. Отметим также, что уровень шума в децибелах можно было бы определять как 201g/, где / — отношение измеренного акустического звукового давления к заданному. В этом случае суммарный уровень шума двух двигателей с уровнем шума по 65 дБ каждый был бы равен 71 дБ. Из сказанного следует, что, например, при проезде мимо установленных микрофонов шум автомобиля с дизелем марки 2100 эквивалентен суммарному шуму 13 автомобилей с двигателями Стирлинга.

Значительную долю в шуме, генерируемом двигателями Стирлинга, составляет, как мы уже отмечали, шум шестерен

Происходящая сейчас во всем мире интенсивная разработка двигателей Стирлинга увеличивает количество экспериментальной и расчетной информации, характеризующей их работу, и, несомненно, потребуется большой срок, прежде чем эта информация будет должным образом оценена. Общие тенденции, связанные с двигателями Стирлинга, которые рассматривались в этой главе, основаны на информации, полученной до конца 1980 г. Мы взяли на себя роль интерпретаторов той информации, которая была в нашем распоряжении. При этом мы пытались дать объективную оценку двигателя Стирлинга с учетом предъявляемых к нему требований, его преимуществ и недостатков.

Шведская компания «Юнайтед Стерлинг» всегда применяла скользящие уплотнения, что вполне обоснованно. В рамках программы фирмы «Дженерал моторе» по работе над двигателями Стирлинга в 60-е годы также проводились исследования по выбору и разработке основного уплотняющего элемента [74]. Совместная программа фирм «Форд» и «Филипс» тоже включала разработку конструкции скользящих уплотнений [40]. Однако,

все свои работы над двигателями Стирлинга. К сожалению, результаты огромной по объему конструкторской и исследовательской работы, проводившейся в течение многих лет, не были опубликованы, и другие исследователи так и не получили доступа примерно к 300 научным отчетам. Однако работа над автомобильным двигателем Стирлинга не прекратилась, и ее продолжили фирмы «Форд» (США) и «Филипс» в соответствии с соглашением, подписанным в 1972 г. Шведская фирма «Юнайтед Стирлинг» также совершенствовала свои автомобильные двигатели, предназначенные для тяжелых грузовиков и автобусов. Объединение MAN — MWM не раскрыло предполагаемую область применения своих двигателей, однако предполагалось [7, 27], что эти двигатели предназначены для военно-морских судов. Фирмы, приобретшие лицензию фирмы «Филипс» в 1968 г., начали работу над двигателем «Филипс 1-98» с ромбическим приводом, и «Юнайтед Стирлинг» построила свой двигатель 4-615 (рис. 1.139). Однако, затем и «Юнайтед Стирлинг» и MAN — MWM отвергли ромбический привод и сосредоточили свое внимание на различных модификациях криво-шипно-шатунного привода, в то время как фирма «Форд» рабо-

В СССР выпускаются однопостовые генераторы как с падающими, так и с жесткими внешними характеристиками. Некоторые типы являются универсальными (табл. 24). Подавляющее число однопостовых генераторов имеет независимую намагничивающую обмотку возбуждения, и только некоторые генераторы — с самовозбуждением, так как их часто используют в агрегатах для сварки в полевых условиях с двигателями внутреннего сгорания. Выпускаемые однопостовые генераторы позволяют перекрыть весь диапазон необходимых для дуговой сварки токов (30—800 А). Генераторы типов ПС-1000 и ПСУ-1500-2 применяются для питания сварочных автоматов при сварке под флюсом.

ловой или электрич. двигатель для приведения в движение автомобиля. Подавляющее большинство А.д. являются поршневыми двигателями внутреннего сгорания', по роду используемого топлива они в свою очередь делятся на бензиновые (наз. также карбюраторными), газовые и дизели. На электромобилях устанавливают двигатели электрические, работающие от аккумуляторных и солнечных батарей или топливных элементов; на газотурбинных автомобилях - газотурбинные двигатели. АВТОМОБИЛЬНЫЙ КРАН, автокран, - самоходная погрузочно-раз-грузочная машина, смонтированная на автомоб. шасси, с рабочим органом в виде поворотной консольной стрелы. В А.к. используются электрич., гидравлич. или механич. приводы с отбором мощности от двигателя автомобиля. Для повышения устойчивости А.к. во время подъёма груза применяют дополнит, внеш. опоры (т.н. аутригеры).

шения работы в двигателе. Большой класс двигателей — они называются двигателями внутреннего сгорания — образуют такие из них, рабочим телом в которых служат газы — продукты горения топлив. Конструкция такого двигателя в основном состоит из следующих деталей (рис. 0-2): цилиндр 1 с крышкой, в которой имеются два клапана —• одиндлявпуска,другойдлявыпуска;поршень 2; кривошипно-шатунный механизм 3 и 4, назначение которого превращать возвратно-поступательные движения поршня 2 во вращательное движение вала 5, на котором плотно сидит маховик 6. Принцип работы такого двигателя состоит в следующем: через определенные промежутки времени в часть цилиндра между крышкой и поршнем поступает горючая смесь, состоящая из воздуха и топлива, и сгорает; возникающие продукты сгорания при расширении передвигают поршень; работа газа при этом передается валу. Так возникает механическая энер- Рис. 0„2. Преобразование теп-гия вала, которая может быть ловой энергии в механическую снята с него для приведения в двигателе внутреннего сгора-в действие исполнительных ния-

В установках с паровыми машинами и паровыми турбинами подвод тепла к рабочему телу совершается в отдельном агрегате — паровом котле. В других двигателях сжигание топлива осуществляется внутри рабочего цилиндра. Такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания (д. в. с.).

Преимущество газовых турбин перед поршневыми двигателями внутреннего сгорания состоит в отсутствии инерционных усилий, вызываемых возвратно-поступательным движением поршня. Эти двигатели, кроме того, позволяют в небольших по размерам агрегатах создавать большие мощности. Препятствием к применению их в энергетике служат высокие температуры, которые не могут быть использованы при существующих конструкционных материалах. В поршневых двигателях эти высокие температуры газов действуют в течение небольшой доли цикла, в то время

Охлаждение воды применяют не только в паровых электрических станциях, но и для ГТУ, стационарных установок с двигателями внутреннего сгорания, а также для компрессоров и других установок, где оно осуществляется теми же способами, что описаны выше в основном с применением градирен.

В настоящее время на флоте применяют судовые энергетические установки (СЭУ) с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), паровыми турбинами (ПТУ), газотурбинными двигателями (ГТД) и комбинированные. Выбор вида СЭУ обусловлен типом и назначением судна и осуществляется на основе сравнения многих технико-экономических показателей как СЭУ, так и судна в целом.

В настоящее время преобладающую роль в топливном балансе страны играют газообразные и жидкие топлива. Их транспортировка осуществляется в основном по магистральным трубопроводам, которые оборудуют современными теплосиловыми установками: мощными газовыми турбинами, двигателями внутреннего сгорания, электродвигателями, котельными агрегатами и др. Для нормальной эксплуатации систем транспорта и хранения нефтепродуктов и природных газов необходимо значительное количество электроэнергии, причем с повышением производительности труда и совершенствованием технологических процессов затраты электроэнергии как на одного работающего, так и на единицу вырабатываемой продукции непрерывно увеличиваются. Растущая потребность в электроэнергии будет удовлетворяться сооружением новых (в основном тепловых) электростанций, оборудованных котельными агрегатами паропроизводительностыо до 300 т/ч и давлением пара до 300 бар, а также паровыми турбинами мощностью до 1,2 млн. кВт.

Двигателями внутреннего сгорания (д. в. с.) называются тепловые машины, в которых химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости двигателя, превращается в полезную механическую работу. Поршневые д. в. с. состоят из кривошипно-шатун-ного механизма, механизма газораспределения, систем питания, смазки и охлаждения. Топливо, сгораемое внутри цилиндра, образует продукты сгорания, имеющие высокую температуру и большое давление. Под воздействием этого давления поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

За прошедшие 60 лет отмечены следующие существенные отклонения от прогноза Н. А. Умова: началась и быстро проходит «эпоха» нефти и природного газа, наступила и еще долго продлится эра атомной энергии (рис. 1.1), передвинулся на отметку примерно 40% предел повышения КПД тепловых двигателей (рис. 1.2); при этом поршневые паровые машины окончательно вытеснены турбинами и двигателями внутреннего сгорания. Однако постоянно возобновляющиеся энергоресурсы (ветер, приливы и отливы, волны, солнечное излучение, тепло недр Земли), как и прежде практически почти не используются.

Вероятнее всего ЭАБ будут использоваться в комбинации с; обычными двигателями внутреннего сгорания или с топливными элементами.