После многочисленных опытов и экспериментов, мной были сделаны выводы относительно положительных и отрицательных сторон термомеханического генератора.
   Самый большой плюс этой конструкции в ее простоте и невысокой цене изготовления деталей.  Сегодня, именно дорогая цена классических схем Стирлинг-генераторов мешает их широкому распространению на рынке.
  Несомненным достоинством является огромный ресурс работы такого двигателя. Ведь отсутствие механического трения между движущимися деталями делает его практически “вечным”.
   Еще одним полезным свойством, терморезонансного двигателя, можно считать его  способность к самозапуску при нагреве до определенной температуры. Эта особенность значительно упрощает конструкцию, чем не могут похвастаться поршневые машины.  
  Такой двигатель легко герметизируется вместе с генератором и не требует частого обслуживания, что позволяет устанавливать его в труднодоступных местах.
  Термомеханический двигатель с резонансным принципом работы способен преобразовывать тепло в механическую работу в широком диапазоне температур. Чем выше разница температур между нагревателем и холодильником - тем выше частота работы двигателя. На низких частотах выгодно использовать эту установку как водяной насос, а на высоких – как генератор.
  К недостаткам такого двигателя можно отнести сравнительно не большой КПД преобразования тепла в механическую работу, не более 10%. Это связано с отсутствием регенератора и малым, частым ходом вытеснителя, что не позволяет использовать большой объем рабочего тела, как у поршневых машин. Это является главным препятствием для постройки мощных Стирлинг-генераторов по этой схеме.
  Такой же малый ход рабочей мембраны(1-2 мм)  не позволяет сделать высокоэффективным линейный генератор. Поскольку колебания магнита между сердечниками с катушками, не приводят к полному исчезновению магнитного поля при смене его на противоположное направление, как в генераторах вращения.
  Еще одной неприятной особенностью такой конструкции является изменение частоты работы двигателя в зависимости от количества подводимого тепла. С повышением градиента температур между нагревателем и холодильником частота увеличивается и наоборот. Это значит, что на заданный режим работы установка выходит не сразу, а когда установится определенный температурный режим. Получается, что стабильность работы двигателя в заданном режиме зависит от стабильности подвода тепла, что не всегда можно обеспечить простыми способами.

    Все эти недостатки были выявлены при проведении экспериментов над опытной моделью сделанной авторами по образу и подобию Харуэльской установки. Теперь стало понятно почему эта схема не получила дальнейшего практического применения. Главным образом из-за малого КПД преобразования тепла в механическую работу и не эффективного линейного генератора.  Если попытаться устранить эти недостатки, то терморезонансная конструкция двигателя Стирлинга получит отличный  шанс на новую жизнь.
  Мной уже найден ряд конструкторских решений, направленных на значительное  повышение производительности этого двигателя.
  Используя современные материалы и методы машинной обработки, появилась возможность сделать высокоэффективный нагреватель и регенератор. По предварительным расчетам это должно повысить КПД преобразования тепла в работу до 30%.
  Также, есть предложение внести изменения в механизм привода вытеснителя, который в исходной конструкции имеет весьма малый ход и как следствие задействуется малый объем рабочего тела.
  Но главные перемены ожидаются в устройстве, преобразующем колебания рабочей мембраны в электричество. Это будет новый тип линейного генератора, имеющий оригинальную конструкцию не встречающуюся ранее. После изготовления пробной модели планируется подача заявки на патент.  Новый генератор позволит максимально превратить механические колебания в электроэнергию, с КПД  доходящим до 90%. В отличие от старого генератора, теперь отпадет необходимость контролировать положение магнита относительно сердечника с катушками, предотвращая биение, что являлось главной причиной нестабильной работы двигателя. Зазор между магнитом и сердечником будет сведен к минимуму, как у генераторов вращения, что улучшит замыкание магнитного потока в магнитопроводе и повысит ЭДС.
  Эти и другие доработки, по моему мнению , позволят машинам с резонансным принципом работы найти своего потребителя.

Белецкий И. Л. – аспирант кафедры «Энергосбережения и нетрадиционных источников энергии» Севастопольского национального университета ядерной энергии и промышленности.

 

Литература

1. Г. Ридер Двигатели Стирлинга [Текст]: моногр./ Г.Т. Ридер, Ч.К. Хупер. – пер. с англ. Москва, 1986. – 464с.
2. Г. Уокер Двигатели Стирлинга [Текст]: моногр./ Г. Уокер . – пер. с англ. – Москва, 1985. - 408с.

 

 

 

 

 

 

 

Страницы 1 - 2 - 3

На главную