СТИРЛИНГА ДВИГАТЕЛЬ
двигатель внешнего
сгорания, двигатель с внешним подводом и регенерацией тепловой энергии,
преобразуемой в полезную механич. работу. С. д. назван по имени англ, изобретателя
P. Стирлинга (R. Stirling; 1790-1878), к-рый в 1816-40 создал двигатель
с незамкнутым циклом, работавший на подогреваемом воздухе. Двигатель имел
несовершенный регенератор (теплообменник), был громоздким и тяжёлым, вследствие
чего не нашёл применения. Совр. С. д. работает по замкнутому регенеративному
циклу (циклу Стирлинга), состоящему из последовательно чередующихся двух
изотермич. и двух изохорич. процессов. Рабочее тело С. д.- гелий или водород
под давлением 10-14 Мн/м2 (100- 140 кгс/см2)
-
находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется, а лишь
изменяет объём при нагревании и охлаждении. Регенератор как бы разделяет
это пространство на верхнюю (горячую) и нижнюю (холодную) полости (рис.
1). К верхней полости тепло подводится от нагревателя, от нижней отводится
охладителем, в к-ром циркулирует вода.
Рис. 1. Схема двигателя внешнего сгорания:
/ - горячая полость; 2 - нагреватель; 3-поршень-вытеснитель;
4
- регенератор; 5 - охладитель; б - холодная полость; 7 - рабочий
поршень; 8 - наружное уплотнение; 9-зубчатые колёса, синхронизирующие
работу поршней; 10 - ромбический механизм.
В цилиндре С. д. находятся 2 поршня - рабочий
и вытеснитель. Горячая и холодная полости соединяются между собой каналами,
проходящими через нагреватель, регенератор и охладитель. Рабочий цикл С.
д. осуществляется за 4 такта (рис. 2). В 1-м такте вытеснитель неподвижен,
а рабочий поршень перемещается вверх и сжимает холодное рабочее тело в
нижней полости. В конце сжатия рабочий поршень останавливается, а вытеснитель
движется вниз, холодное сжатое рабочее тело перетекает из нижней полости
в верхнюю, подогреваясь сначала в регенераторе, а затем в нагревателе -
2-й такт. 3-й такт - рабочий ход, в течение к-рого рабочее тело, расширяясь
в верхней полости, совершает полезную работу. Во время рабочего хода оба
поршня совместно движутся вниз. В 4-м такте рабочий поршень остаётся неподвижным,
а вытеснитель движется вверх; рабочее тело из верхней полости поступает
в нижнюю, отдавая сначала часть теплоты регенератору, а затем окончательно
охлаждаясь в охладителе.
Рис. 2. Схема работы двигателя Стпрлинга:
/ - такт сжатия; // -такт нагревания; III - рабочий ход;
IV-
такт
охлаждения; / - рабочий поршень; 2 -холодная полость; 3 - регенератор;
4
- форсунки (горелки); 5 - поршень-вытеснитель;
6 - горячая
полость; 7 - охладитель.
Теоретически кпд С. д. вследствие регенерации
теплоты может быть равен кпд двигателя внутр. сгорания, работающего по
Карно
циклу, в действительности же только приближается к кпд
дизеля.
Преобразование
возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение осуществляется
ромбическим механизмом (см. рис. 1).
Разработан многоцилиндровый рядный или
V-образный С. д. двойного действия, в каждом цилиндре к-рого находится
только 1 поршень, обеспечивающий сжатие, расширение и вытеснение рабочего
тела. Рабочий процесс осуществляется одновременно в двух полостях, расположенных
по обеим сторонам поршня. Рабочий поршень каждого цилиндра одновременно
является вытеснителем для соседнего цилиндра. Полный рабочий цикл осуществляется
за один оборот кривошипа, как в двухтактном двигателе внутреннего сгорания.
Такие С. д. обладают уменьшенными габаритами и массой.
В С. д. топливо сжигается в форсунках (горелках),
пламя к-рых направлено на трубки нагревателя. Горение происходит с большим
избытком воздуха, вследствие чего в продуктах сгорания содержится значительно
меньше токсичных веществ, чем в продуктах сгорания поршневых двигателей
внутр. сгорания. С. д. может работать на любом топливе, включая ядерное.
Работа С. д. отличается бесшумностью, мягкостью
(из-за отсутствия взрывного сгорания), высокой надёжностью и экономичностью
(удельный расход топлива приближается к удельному расходу топлива дизеля).
Осн. недостатки С. д.: большие габариты и масса, высокая стоимость по сравнению
с поршневыми двигателями внутр. сгорания, трудность повышения быстроходности,
сложность регулирования н управления, конструктивная сложность уплотнений,
к-рые должны выдерживать большие давления рабочего тела.
Работы по совершенствованию С. д. направлены
на уменьшение массы и габаритов, применение более дешёвых жаростойких материалов
и рациональных методов произ-ва, на повышение мощности и экономичности.
Наиболее отработаны С. д. для грузовых автомобилей и судов.
Лит.: СмирновГ. В., Двигатели внешнего
сгорания, M., 1967; Белов П. M., Бурячко В. Р., А к а т о в E. И., Двигатели
армейских машин, ч. 1, M., 1971.
H. Ф. Кайдаш.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я