Двигателям внутреннего

нятных и полезных для практического применения работах, посвященных двигателям Стирлинга. В книге рассмотрены принципы работы этих двигателей, подробно описаны характерные особенности уже созданных двигателей, предложена их классификация и проанализированы перспективы их использования в различных областях. Приведены основные методы расчета происходящих в двигателях процессов и вопросы их проектирования. Большое внимание уделено тонкостям специфических физических явлений (например, отклонениям термодинамических процессов от идеальных, особенностям быстропеременного по направлению течения и нестационарного теплообмена, утечке рабочего тела вследствие диффузии газа сквозь твердую стенку и .т. д.), которые имеют существенное, а иногда жизненно важное значение для двигателя.

Хотя проблемы, относящиеся к двигателю Стирлинга, до некоторой степени освещались в технической литературе, все же, как показывает опыт авторов, в инженерных и промышленных кругах имеется весьма слабое представление о двигателе Стирлинга, принципах его работы, диапазоне возможных областей его применения и той роли, которую мог бы сыграть этот двигатель в решении задачи экономии энергии. Дело, однако, не в недостатке литературы по вопросам конструирования и работы двигателя Стирлинга, а в том, что многие из опубликованных работ (а их около тысячи) имеют весьма специальный характер и требуют от читателя определенной предварительной подготовки для усвоения их содержания. Работы общего характера по двигателям Стирлинга встречаются весьма редко и неизбежно велики по объему. Нужно иметь достаточно большую заинтересованность в предмете, чтобы прочесть такую работу полностью. Сжатое изложение отдельных вопросов, принятое в подобных работах, часто оказывается препятствием для читателя, не имеющего первоначальных знаний по двигателю Стирлинга.

К сожалению, как и во всех случаях, когда имеются обширная литература и большое число энтузиастов, возникает много всяких мифов и легенд. В предлагаемой книге мы попытались опровергнуть некоторые необоснованные суждения, которые проникли в литературу. Однако мы не считаем данную книгу исчерпывающим трудом по двигателям Стирлинга. Такую кни-

Ознакомившись с основополагающими концепциями и основами конструкции двигателя Стирлинга, более подготовленные или более честолюбивые читатели могут пожелать продолжить изучение предмета. Для этого в гл. 7 анализируется имеющаяся литература по двигателям Стирлинга, и выделяются публикации, с которыми необходимо ознакомиться при дальнейшем изучении этого вопроса. Однако, учитывая то, что студентов и преподавателей заинтересует литература несколько иного характера, чем инженерно-руководящих работников промышленности, в книге даются отдельные списки литературы для каждой группы. После просмотра литературы, обзор которой дан в гл. 1 и 7, многих представителей промышленности заинтересует, кто изготавливает двигатели Стирлинга, какова их сравнительная стоимость, каковы рабочие параметры двигателей, которые можно приобрести, и т. п., в то время как

Цель книги — дать общее представление о двигателях Стирлинга. Она предназначена для специалистов — инженеров и работников промышленности, заинтересованных в приобретении более глубоких знаний по этому вопросу и в то же время не имеющих возможности тратить усилия и время на выискивание нужных сведений в многочисленных публикациях и на изучение пространных докладов и отчетов. В соответствии с нашими намерениями, изложенными в предисловии, настоящая глава включает краткое предварительное изложение основных вопросов; в последующих главах эти вопросы рассматриваются более подробно, описывается практическое применение двигателей Стирлинга и дается характеристика современного состояния конструкторских и исследовательских работ. Там, где это необходимо, выделяются основные тезисы, которые располагаются, как правило, в начале каждой главы или раздела. В разд. 1.2 дается перечень основных принципов работы и отличительных особенностей двигателя Стирлинга. Этот перечень связан ссылками с остальной частью книги, что дает возможность читателю изучать ее в выбранной им последовательности. В литературе, посвященной двигателям Стирлинга, читатель не найдет ни устоявшейся терминологии, ни стандартных обозначений. Лишь некоторые авторы пытались упорядочить применение определений и символов; нам известна по крайней мере одна такая попытка, предпринятая Уокером [1]. Поэтому там, где это возможно, мы использовали общепринятую в настоящее время терминологию или по крайней мере не противоречащую ей. В тех случаях, где предлагаемая терминология могла бы вызвать неоднозначное толкование, для облегчения понимания дается пояснение терминов. Перечень предлагаемых терминов и определений приведен в приложении В.

В XIX в. такой двигатель был построен Хенричи и Робинсоном [5]. В литературе по двигателям Стирлинга, начиная с 60-х годов нашего века и позднее, этот вариант часто называют гамма-конфигурацией. Дальнейшие усовершенствования

простого действия»» и «двигатель двойного действия» применительно к двигателям Стирлинга используются для характеристики двигателя в целом. Например, как показано ниже, He-

Рабочие циклы различных форм двигателя Стирлинга, преобразующих тепловую энергию в механическую, уже нами описаны. Все эти двигатели имеют одни и те же основные принципы работы, однако есть и некоторые различия в конструктивном воплощении, особенно там, где дело касается способов использования вырабатываемой энергии. Схематические диаграммы и детальные описания, хотя и, весьма полезные для облегчения понимания основных принципов, на которых основаны эти двигатели, не всегда облегчают дело, когда надо определить, относится ли рассматриваемое устройство к двигателям Стирлинга. В следующем разделе приводятся фотографии и описания уже построенных двигателей Стирлинга различных видов, что позволит устранить эти трудности.

Ознакомимся теперь с рабочими характеристиками этого класса тепловых двигателей и влиянием, которое оказывают эти характеристики на требования к конструкции двигателей, предназначенных для практического использования. Анализ этих характеристик позволит понять, почему в настоящее время вновь возник интерес к двигателям Стирлинга. Прежде чем приступить к анализу характеристик двигателя, заметим, что

Как уже было отмечено во вступлении к данной главе, в подавляющей части публикаций, посвященных двигателям Стирлинга, влияние параметров на рабочие характеристики рассматривается безотносительно к их значимости для проектирования и изготовления двигателей. Причина этого состоит в том, что во многих таких публикациях описываются опытные двигательные установки и их потенциальные возможности. Более того, часть подобных публикаций, по существу, мало отличается от рекламных проспектов. Однако и в таком подходе есть резон, поскольку он привлекает внимание к описываемому двигателю. Следует также принять во -внимание, что до недавнего времени только отдельные исследователи имели доступ к Экспериментальным данным и могли использовать накопленный опыт эксплуатации, а это совершенно необходимо для понимания влияния изменения рабочих параметров на конструкцию и эксплуатационные характеристики двигателя. В настоящее время положение значительно улучшилось. Поэтому при рассмотрении рабочих характеристик мы по возможности будем прослеживать взаимосвязь этих характеристик с физическими процессами. В некоторых случаях, чтобы обеспечить требуемые рабочие характеристики, в двигателях Стирлинга используют конструктивные компоненты, присущие только этим двигателям или по крайней мере удовлетворяющие требованиям, предъявляемым замкнутым рабочим циклом. Такие компоненты необходимо анализировать более детально, и это сделано в следующей главе.

Требования, предъявляемые к современным двигателям Стирлинга, включают работоспособность в условиях высоких температур. К этому добавляются и нагрузки, вызываемые высоким давлением, что усугубляет серьезные трудности, связанные с выбором подходящих материалов. Суммарные постоян-

В заключение следует отметить, что наряду с некоторыми преимуществами — отсутствие котельной установки, малые габариты и массы, быстрый пуск, малый расход топлива и отсутствие расхода топлива в период стоянки—двигателям внутреннего сгорания присущи и некоторые недостатки. Главнейшими из них являются невозможность постройки агрегатов большой мощности (более 20 Мет), а также невозможность работы непосредственно на твердом топливе.

Так, в литературе по двигателям внутреннего сгорания приведены обширные данные о влиянии изменения расхода топлива и масла, а также других единичных показателей качества на мощность двигателя и на его коэффициент полезного действия.

На головном заводе создана одна из крупнейших и наиболее оснащенных в Советском Союзе экспериментально-исследовательских баз по поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Необходимость ввести новое понятие о преемственности в конструирование машин и технологию машиностроения выявилась давно, так как существующие понятия и термины не отражают сущности этого направления. Анализ пЬнятия «гамма» может быть использован лишь для характеристики наличия параметрической связи и только между станками тождественного назначения, например внутри группы револьверных или шлифовальных или фрезерных и тому подобных станков, но не применительно к машинам различного назначения, например компрессорам, двигателям внутреннего сгорания и паровым машинам, хотя бы и подпадающим под общее понятие поршневой группы.

образом фарфор и стеатит. Изоляторы специального назначения, например к двигателям внутреннего сгорания авиационного и автотракторного типа, изготовляют из масс корундового и высокоглиноземистого состава.

Перед факультетом была поставлена задача подготовки инженеров-механиков широкого профиля по металлообработке, литейному делу, механиков по паровым котлам, паровым машинам, паровозам, двигателям внутреннего сгорания, машинам по переработке волокнистых веществ, по сельскохозяйственным машинам. Отдельные студенты факультета специализировались по гидравлическим машинам, а также по электрическим — генераторам и электродвигателям (первые в Киеве электродвигатели трехфазного тока в 1903 г. спроектированы и изготовлены в КПИ).

Техническая диагностика (ТД) как научное направление стала формироваться сравнительно недавно. Первые работы в области безразборной диагностики применительно к двигателям внутреннего сгорания появились в 40-х годах *. Систематическая работа в этом направлении развернулась в 50-е годы. Если до 60-го года было опубликовано около ста работ, то в следующее десятилетие это число увеличилось до 1600, а всего за два года (1971—1972 гг.) составило более 700 работ. Такое быстрое нарастание темпов работ по ТД обусловлено увеличением сложности и быстродействия машин, электронного оборудования и систем управления, увеличением требований к надежности средств транспорта, связи и технологического оборудования.

В системе обозначений, принятой в Америке институтом стали и железа (AISI), обществом инженеров по двигателям внутреннего сгорания (SAE) и управлением военных производств (Am. War Production Board) для марок стали военного времени (NE-Steels) — первая цифра обозначения марки указывает на тип стали (1 — углеродистая, 2 никелевая, 3 — хромоникелевая, 4 — молибденовая, 5 — хромистая, 6 — хромованадиевая, 7 — вольфрамовая, 8 — кремнемарганцовая); вторая цифра — приблизительное процентное содержание определяющего тип стали элемента и последние две или три цифры — приблизительное содержание углерода в сотых долях процента.

Настоящий —десятый — том энциклопедического справочника .Машиностроение* посвящён двигателям внутреннего сгорания. В нём собраны сведения и данные по расчёту и конструированию различных двигателей; освещены конструкции, осуществлённые в СССР в годы сталинских пятилеток, а также некоторые иностранные. Глава первая отражает новейшие взгляды на те процессы, которые имеют место при работе двигателей внутреннего сгорания. Здесь приведены сведения из теории двигателей, даны примеры тепловых расчётов, указаны параметры, характеризующие работу двигателей.

Раздел .Автомобили" состоит из пяти глав (I—V). Эти главы содержат сведения по конструированию и расчёту шасси автомобиля, а также по теории автомобиля (тяговая механика, топливная экономичность, устойчивость, подвеска и др.). Справочные данные по автомобильным двигателям читатель найдёт в т. 10 „Справочника" вместе со сведениями по прочим двигателям внутреннего сгорания транспортного назначения.

Ротационные компрессоры находят применение в различных областях: для сжатия воздуха, в холодильных установках, в химической промышленности для сжатия специальных газов, в качестве нагнетателей к двигателям внутреннего сгорания и т. д. Среди многообразных конструкций ротационных компрессоров наибольшее распространение получили пластинчатые.