Perspectivele mari de utilizare au motoare cu piston liber, inventate de profesorul Beale de la Universitatea din Ohio. Aceste motoare sunt auto-pornire, cu caracteristici neobișnuite care diferă de caracteristicile motoarelor cu un singur cilindru cu un mecanism de pârghie și manivela; În plus, versiunile separate ale motorului pot fi fabricate fără etanșări de gaz. În acest din urmă caz, umplerea mediului de lucru sub presiune și etanșarea motoarelor poate fi făcută cu fabricarea lor, ceea ce va asigura o putere specifică relativ ridicată și va împiedica posibila contaminare a pieselor în mișcare de praful extern. În această aplicație, motoarele pot fi utilizate atunci când întreținerea lor este o problemă, adică în țările subdezvoltate din punct de vedere tehnologic, în scopuri militare și în scopuri interne.
Fig. 10-1. Principalele componente ale motorului cu piston liber Stirling (motorul Bil).
1 - displacer, 2 - piston de lucru; 3 - tija de propulsor, 4 cavitate de expansiune, 5 regenerator inelar; 6 - cavitatea de compresie; 7 - zona tampon; pw este presiunea în cavitatea de lucru; presiunea în cavitatea tamponului (presupusă constantă).
Motoarele Beal pot funcționa în orice poziție - verticală, orizontală, înclinată sau inversată. Designul lor este foarte simplu: nu au arcuri, supape sau alte componente mecanice.
Principiul de funcționare. În motorul lui Beal există trei elemente de bază: un piston greu de lucru, un propulsor ușor și un cilindru cu garnituri la ambele capete (Figura 10-1). După cum se poate vedea din figură, tija de deplasare cu un diametru relativ mare trece prin pistonul de lucru. Tija de dislocator este goală, cu un capăt deschis, astfel încât cavitatea interioară a propulsorului este conectată (și de fapt este parte din ea) cu o cavitate situată sub pistonul de lucru, numită cavitate tampon. Cavitatea de lucru include o parte din "cilindrul de deasupra pistonului de lucru, împărțit într-o cavitate de compresie - între pistonul de lucru și dispozitivul de deplasare,
Blocul de expansiune este peste displacer. Joncțiunea inelară îngustă lungă dintre cilindru și displacer serveste ca un regenerator între camera de expansiune fierbinte și cavitatea de compresie la rece. Pentru cavitatea de expansiune este prevăzut un încălzitor, iar pentru cavitatea de compresie este prevăzut un frigider.
Luați în considerare sistemul prezentat în Fig. 10-1, care este inițial în poziția 0. Presiunea în toate cavitățile este aceeași, iar temperatura este peste tot egală cu temperatura ambiantă. Acum lăsați cavitatea de expansiune să se încălzească. Cu o temperatură în creștere, presiunea fluidului de lucru în volumul de lucru închis crește de la poziția 0 la poziția 1. Creșterea presiunii în cavitatea de lucru la o anumită valoare va face ca pistonul de lucru și propulsorul să se deplaseze în jos. Forța care acționează asupra pistonului de lucru este (Pm - p6) (Ac-Ng) [16]. iar forța care acționează asupra exportatorului este -A R (pw-Pb). Accelerația pistonului de lucru la deplasare în jos este definită ca
Dacă raportul MP / MD este mare (adică, 10,1) și dacă raportul Ar / Ac este semnificativ (adică 1,4), atunci AD> ap. Prin urmare, propulsorul accelerează mai repede; aceasta conduce la faptul că mediul de lucru este deplasat din cavitatea de compresie la rece în cavitatea de expansiune fierbinte. Acest proces este accelerat atât prin creșterea presiunii în cavitatea de lucru în comparație cu presiunea din cavitatea tampon (presupusă constantă), cât și prin creșterea suplimentară a accelerației ambelor pistoane. Ca urmare, atingeți pistonul de lucru și elementul de deplasare (poziția 2), iar din acest moment încep să se miște împreună. După contactul pistoanelor, fluxul de fluid de lucru nu mai intră în cavitatea de expansiune, dar pe măsură ce procesul de expansiune continuă, presiunea începe să scadă. În poziția 3, presiunea este încă mai mare decât presiunea; astfel încât pistonul și displacerul de lucru continuă să accelereze.
Expansiunea continuă până la punctul 4 unde presiunea Pw a mediei de lucru și cavitatea tampon sunt egale. Inerția pistonului greu este suficientă pentru a continua procesul de extindere a fluidului de lucru și dincolo de punctul de echilibru al presiunilor; astfel că presiunea din zona de lucru scade sub presiunea din cavitatea tampon, astfel încât forțele de decelerare (care apar datorită diferenței de presiune) încep să acționeze asupra pistonului de lucru și a dispozitivului de deplasare. Displacerul, fiind mai luminos, reacționează mai întâi la acest lucru. Forțele încetinite încetinesc mișcarea displacerului, ceea ce duce la separarea acestuia
De la pistonul de lucru, care continuă să se deplaseze în jos. În acest moment, fluidul de lucru începe să curgă prin canalul inelar regenerator din camera de expansiune fierbinte în cavitatea de compresie la rece. Aceasta determină o scădere bruscă a presiunii în cavitatea de lucru și o diferență mare de presiune între cavități este stabilită între cavități. Dispozitivul se deplasează rapid până la capul cilindrului (punctul 6) și rămâne în această poziție până când presiunea din cavitatea tampon este mai mare decât presiunea din cavitatea de lucru.
La un moment dat, pistonul de lucru se oprește și începe să se ridice în sus (punctul 7) sub acțiunea presiunii superioare din cavitatea tampon. Pe măsură ce procesul de compresie continuă, egalitatea de presiune este restabilită instantaneu (punctul 8), iar presiunea din cavitatea de lucru depășește presiunea din cavitatea tampon. În această situație, displacerul începe să se deplaseze până când atinge pistonul de lucru la punctul 9 și apoi ciclul se repetă din nou, dar fără stadiul inițial 0-4.
Schema, V - Diagramele pentru întregul sistem sunt prezentate în Fig. 10-1. În practică, într-un singur ciclu de funcționare, motorul nu ajunge la starea de echilibru, spre deosebire de cel descris mai sus.
Fig. 10-2. Motorul Stirling este un tip de piston (Bila), care funcționează ca un compresor de aer.
1 cilindru; 2 - cavitatea caldă (expansiune); 3 -vytesnitel; Suprafata de 4 straturi pe rasina epoxidica; 5 - regenerator inelar; 6 - răcirea pompei de aer și a jgheabului de apă 7 - ieșirea din apă rece; 8 - e rece! cavitate (compresie); 9 - tija de propulsor Yu - ieșire de aer; II - port de lucru; 12 - șuruburi de fixare; 13 cilindri din plexiglas; 14 - baza 15 - distanțier; 16 - tija de deplasare; .17 - Inel O-13; 19 - etanșarea materialului RULON; 20 - admisie de apă rece.
Aplicarea motoarelor Beal. Motorul Beal poate fi o sursă de alimentare atunci când se conectează un piston de lucru vibrat cu o sarcină. În Fig. Figura 10-2 prezintă una dintre variantele motorului Bil, care funcționează ca un compresor de gaz. Pistonul și cilindrul compresorului sunt coaxiale în raport cu pistonul de lucru
și cilindrul motorului. Egbi (Agbi, 1971) a efectuat un studiu sistematic al unui motor de acest tip. Un tip caracteristic de deplasare a pistonului de lucru și a displacerului, schimbarea periodică a presiunii și, de asemenea, diagrama generală a diagramei K a motorului sunt prezentate în Fig. 10-3.
Fig. 10-4. Schema motorului cu piston liber Stirling, care lucrează la energia solară, pentru conducerea unei pompe de apă.
Într-o altă variantă, prezentată în Fig. 10-4, motorul Beal poate fi proiectat astfel încât corpul cilindrului ușor și propulsorul luminos să fie combinate cu un piston foarte greu. Pentru a asigura mișcarea controlată a cilindrului, acesta este așezat în bucșa de ghidare. În acest design, cilindrul și dispozitivul de deplasare oscilează, iar pistonul rămâne staționar. Capătul inferior al cilindrului poate fi conectat la pistonul pompei hidraulice, iar la capătul superior, este furnizată căldură de la produsele de combustie ale combustibilului sau de la concentratorul solar. Cu un astfel de motor de design, care lucrează din energia solară, prof. Beal a realizat o lucrare foarte eficientă a pompei de apă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: