Читать онлайн «Перспективы применения двигателей Стирлинга в малой энергетике»

УДК 641. 412 Перспективы применения двигателей Стирлинга в малой энергетике С. П. Столяров Санкт-Петербургский государственный морской технический университет Приведены результаты научных исследований и опытно-конструкторских работ по созданию двигателя Стирлинга для автономной многотопливной когенерационной установки. Сформулированы основные принципы двигателя для коммерческого применения на рынке малой энергетики. Анализ зарубежной научно-технической информации дает основание полагать, что создались условия для создания на базе двигателей Стирлинга когенерационных энергоустановок с высоким коэффициентом использования теплоты. Важно добавить, что позитивными особенностями таких агрегатов должны стать предельно низкие уровни шума и вибрации. В Санкт-Петербургском государственном техническом университете в настоящее время создается двигатель Стирлинга для работы в составе автономной многотопливной когенерационной установки суммарной мощностью до 10 кВт, преимущественно работающей на древесном топливе. Номинальная электрическая мощность установки 2 кВт, расчетный КПД двигателя 15 %. По условиям технического задания в перспективе двигатель должен иметь срок окупаемости не более 4 лет, при этом назначенный составляет 5000 часов. В результате расчетных исследований и конструктивных проработок были приняты следующие основные решения. С целью обеспечения ресурса предельные параметры рабочего процесса во внутреннем контуре снижены (максимальное давление цикла до 1,3 МПа, температура теплообменной поверхности нагревателя 773 К), применено волокно насадки регенератора увеличенной жесткости диаметром 0,15 мм, номинальная частота вращения 1 вала понижена до 500 мин-1, в качестве рабочего тела предусматривается воздух или азот. Для привода поршней применен ромбический механизм, теоретически освобождающий уплотнения штока и поршней от восприятия нормальных сил. В картере, выполняющем функцию буферной полости, отсутствует жидкостная смазка, подшипники валов и шатунов с консистентной смазкой в закрытом исполнении. Уплотнения поршней и штока скользящего типа сухого трения из композитного материала типа Ф4К15М5 с минимальным удельным давлением на трущихся поверхностях. Синхронизирующая зубчатая пара, обеспечивающая симметрию ромбического механизма, и мультипликатор, повышающий частоту вращения вала отбора мощности с 500 мин -1 до 3000 мин-1, вынесены в отдельный герметичный корпус. Это обеспечивает возможность применения здесь жидкой смазки, и тем самым способствует повышению ресурса зубчатых венцов и уплотнения вала отбора мощности, а также снижает потери трения. С целью в выравнивания температуры в основных фланцевых соединениях деталей теплообменного блока, а вместе с тем и в зоне расположения поршневых уплотнительных колец в конструкции двигателя предусмотрен двухъярусный охлаждаемый термостабилизирующий корпус. С целью снижения себестоимости двигатель выполнен одноцилиндровым, что упрощает конструкцию на схемном уровне и уменьшает общее количество деталей, в том числе с точными поверхностями.