斯特林发动机_热机领域里的竞争者

斯特林发动机的发展史,以及斯特林在各个方面的应用。

斯特林发动机一热机领域里的竞争者王景枯上海汽车发动机厂上海船用柴油机研究所

徐宁义! #,

自从概念以后

年法国卡诺提出热机的循环和可逆的,

同时向外放热 0

,

保证过程等温

,

做负功

。

人们认识到实际热机的效率不可能高于理想可逆的热机理想效率与工质无关只与冷热源的,

动力活塞在上止点不动配气活塞由上止点向下点运动经压缩后的工质流经回热

等温吸热

—,

,

,

谧差有关多年以来汽轮机、

,

并据此设想出高压缩型自燃式热机、、

。

一百

器

,

并从中吸收热量使温度和压力都升高到最大值,

。

与内燃机同时发展或新近在发展中的有燃气轮机以及利用太阳能氢能核聚变能,、

由于动力活塞不动行,

总工作容积不变

,

过程在等容进

不做功

。

等各种能源的高效

低公害新型动力机、、

。

属于热机范、

畴的则有蒸汽机内燃机汽轮机燃气轮机斯 / )特林%& ( +发动机朗肯, . 发动机和氢发、

、

膨胀麟

动机

低

、

除蒸汽机已接近淘汰以外汽轮机由于效率太装置笨重而只用于电站和大型船舶,斯特林朗。、

,

厂〕〕二厂二二〕

州

0

肯和氮发动机目前均尚不够成熟因此作为主要发动机的仅有内燃机和燃气轮机,而燃气轮机的经济性还比不上内燃机,

。

,

1 2一 1

加热器

’

… 曰

3

回热器配气活塞

冷却器压缩腔

所以内燃机仍然是目前经济性最好“”

动力活塞

的发动机

。

内燃机的工作依赖于一次能源中的石油和天然气而世界上石油和天然气的储藏量是有限但是,。

它的用最却不断增长解决这个危机的手段不外 平两方面一是开发新能源使内嫩机不再使用石油的,,

。

与天然气用,”

而以其他合成燃料或别的燃料供内燃机使另一方面便是内燃机本身的改进尽量少用一,,

斯特林机的工作原理图30

“

次能源同时研制不使用机以逐步取代内嫩机,,。

“

一次能源,

”

的新型热

另一个重大问题是、

,

工业不断发展环境污染其

中包括大气污染噪声和振动严重,

对人类的威胁也越加

—从加热器获得大量热量在等温膨胀做正功活塞不配等容放热—动力在下止点动气活塞从下止点向上止点运动经等温膨胀后的高

温工,

等温膨胀

两个活塞同时向下运动,

,

工质

。

4

,

,

而以内燃机为动力的各种车辆则是构成环境污。,

质由膨胀腔流经回热器后返回压缩腔时,

。

在流过回热器,

染的主要因素

因此能源问题与环境污染问题同时向热机提出更高的要求迫使斯特林机迅速发展以,,

工质放热

,

由回热器收回,

。

因动力活塞不动,

过,

程在等容进行

不做功。

。

适应当前的形势要求

。

由于该机在低温作等温压缩在高温作等温膨胀

特点及发 0前途斯特林发动机是一种外部燃烧。、

所以正功大于负功等容回热的闭式。,

但是机种的发展决定于社会的需,。

要与当时的生产力和技术水平取代蒸汽机的不是斯特林发动机而是内燃机后来在第一次世界大战,

循环热气机早在 !#年就由苏格兰人斯特林提出来了它的工作原理与主要零件如附图工质一般采。

斯特林发动机曾用作家庭用机械动力源终因与上述要求不相适应逐步被内燃机所排挤从市场上期间消失,,,。

。

用氦或氢0

。

工作过程如下

,,

等温压缩

活塞由下止点运动到上止点5 #

—

配气活塞在上止点不动,

动力,

随着工业的发展能源与环境污染成为社会问题

,

,

工质在低温受到压缩

急切需要解决

,

于是人们又想起了斯特林发动机

。

自

响多余志

斯特林发动机的发展史,以及斯特林在各个方面的应用。

从

63 7

年起荷兰菲利普公司试验室重新开始该机的。,。,

,

经开始接受斯特林机的设计任务,美国加利福尼亚工

研制工作

经过近二十年来的发展已进入可以初步实用的阶段由于斯特林发动机良好的工作性能例

学院喷气推进实验室经过十几个月的研究和考察建议大力研制斯特林机以作为未来的动力源见表 ,,。

如可使用多种能源包括太阳能原子能石油和天然气等排气污染小参阅表噪声低比柴、

、

、

瑞典联合斯特林公司正在研究用过氧化氢Γ

、

<&

或液氧作为氧化剂的斯特林潜艇动力装置,美0

油机低 8 4分贝 9 5 5安装时可不装地脚螺钉

、

振动小、

可以完全平衡

,

效率高

3 8 4: 7,

,

设计、

/ 国俄亥俄州立大学机械工程系皮尔ΑΗ/ )教授正在研制自由活塞式斯特林发动机上海汽车配件修配。

; 4:时左右排气温度低负荷时经济性好等优点得好的

可达、

4 8

、

,

寿命长一般为 7 7 7小比柴油机低一半左右低使它的应用前景特别美好。

厂等单位联合设计和研制的我国第一台Ι,。,,

一

; 59

型

太阳能斯特林发电装置已成功地开始运转由此可知就使用场合而言从海底直到外层空,就功率大小而言从人造心脏动力源直到潜艇动力装置斯特林机都有着广阔的发展前途难怪国外

尤其是它应用于一般内燃机所不能胜任的特殊场合 更为引人注目例如人造心脏的动力源放射性,。

间

,

同位素

0<、

=<

造卫星

斯特林机飞船海上航标、

、

—利用太阳能的发电装置、。

,

,

人

沙漠及高山的通讯中心

对它的研究已具有相当大的规模林机的市场份额将不断增大。

。

所以有人预测斯特

等公司

、

潜艇动力用斯特林机等福特汽车公司、

先后有美国通用汽车

瑞典联合斯特林公司和西德> 9? >Α>斯特林机研制组与菲利普公司签订了专利合同,日本除请菲利普公司的斯特林机理论权威

、

发展中的几个关健问皿斯特林机虽有着广阔的发展前途,,

但究竟何时可

迈耶

,

0

Β>//去日本讲学以外Χ (0

,

还派代表团去

在社会上得到普遍应用败 !这就取决于下列几个关键问题能否及早加以解决。

是不是会被其他竞争者所击

西欧考察,英国里卡多凡Δ (Φ工程咨询公司也已 Ε0 0各种机型废气中的污染成份侧定值ΚΚ>?<,,‘二0

,

材料问题,,

#

由于斯特林机的效率仅与冷热

源的温差有关=7=Γ二0

目前上限的最大值为 %& ,。

,

下限

Ν

%为(&&

1斯特林机

7、 76 5、 57

57

、 Λ

7 5、3 7 70

++,&

,

效率为 ) 如能将上限最大值提高到 (则效率可提高到 . . 由于金属材料在,

)嫩气轮机 )重热循环柴油机

57、 4 57 的、 5以幻0

5、 3

高温下要熔化题, 0

。

汽油机Μ#旧“ 以力0

严

0“

70

‘4ΦΒ

目前正在试验改用陶瓷。

所以提高工作温度的关键是材料问但陶瓷的热导率差,,

4 7以刃、

7

0

7以

耐热冲击和耐机械冲击的性能也差造成困难改进。

,

使细管的加工

5以刃、 4 7以幻

预计采甩氮化硅#

/ 01 3 4 2

等材料将有所、

注

0 0ΚΚ>为百万分之一0

表

斯特林机与其他热机之比较犬化息 0层火

式四嘶特林 1转子分充Μ发柴油机燃气程汽Μ发动机1动机气式 1冲发轮机动机油机 9 ,卫

5

造价问题

造价是产品的重量。。,

零部件数

量以及工艺复杂程度的函数

斯特林发动机的造价,

序号,项口 .+ (‘令‘,+

目

与内燃机相比是很高的构时,

例如当采用菱形传动机各个气缸有六根连杆不仅零件多而且加,,。,

工作适应性工作平顺性

!砚 6: 7+甘八 7

,

6

工精度难以保证

特别是制成多缸机就更为复杂为了在这方面制胜内燃机必须从简化结构着手以达到减轻重量,

,

对大气的污染造噪重

十十

减少零部件和简化工艺的目的。

。

价声;&68

为此76

,

国外斯特林机的结构正朝着以双作用式代替)

7十

配气活塞式的方向发展#,

体

积

十&6 7,

=<&+

维护方便性可靠经济

.密封问题斯特林机的工质压力高达+&因此要求工作腔与传动机构截然分隔个大气压,

十

’燃气进气温度+=,&>,为以火花点火式四冲程汽油机作为参考基准“,者打号次于&者打一号?

双轴重热循环”“

,

大家知道作为工质的氦是很昂贵的氢则是可燃气体工质漏气越多不仅效率越低而且很不安全所以不允许泄漏同时还必须防止严格密封,,。,,,。

。

优于‘

’

‘

’

‘

十’

润滑油漏入工作腔司从开始试制以来

,

否则会阻塞回热器#

。

非利普公,、

,

一直注意运动件的密封问题

更优于

”。

曾采用过的主要密封型式有

传统的活塞环

,,

形

卷

#

期

% &

斯特林发动机的发展史,以及斯特林在各个方面的应用。

环

、

迷宫式油封。

、

填料函等等,

,

但这些型式没有一种““

5“7 8;。

7=<

。

它是由许多迭在一起的金属薄板组。

能完全满足上述要求充其量只能充当漏泄限制器而已最后菲利普公司提出了一种卷动式密这种密封套用聚氨基甲酸脂橡胶制成外圈封套”

成

,

从而形成对流型热交换器,

为此需要有较大的7 30

,

表面面积和狭窄的通道

薄板的厚度不超过,

毫

”

。

,

米

。

涸定在静止部件0

例如气缸壁上,

上

,

内圈固定在运动,

由此可知

,

热交换器结构复杂,

加工困难

。

对于,

部件动作

,

它的动作很象人们穿袜时的交替地在活塞杆和缸壁之间卷动,寿命较长例如活塞杆,,

这种由很

多小零件组成的复杂结构

,

电弧焊和电阻焊

都不适用条材料用

。

近年来

菲利普公司采用真空保护焊6=(,

焊

已试验运行到 5阅 7小时

尚未损坏

。

为了进一步提

一Η? 5

成份为。。

75

,

其余为

?

高寿命

,

必须继续改进这种密封套材料抗疲劳的性0

能

。

取得了良好的效果但真空焊的不足之处在于热量的传递仅依赖于热辐射因此必须慎重控制加热和冷却的速度响。

4

热交换器的设计和加工问题、

热交换器

包

,

以限制温度梯度及其对内部变形的影,

括加热器

回热器。

、

冷却器和预热器,,

是斯特林机中

最复杂也是最关键的部件林机的成败

它的性能好坏决定着斯特

为了彻底解决热应力和焊缝开裂问题,

最近菲

根据规定的功率要求。

有一定数且的工质,

在热交换器内充发动机满负荷时内部压力在; 8 7。

7 4大气压之间目前最先进的可在 4 8 !大气 7 7之间并按近似正弦规律变化着加热器的热管压一

一Φ&利普公司又采用了浮动式回热器冷却器Π ) +Δ/// Φ (+ (&卜 (/的设计使工作中所产生的热应 )Φ力被冷却器中的管子的变形所吸收以避免加热器的受热部件产生过高的热应力但是否有效尚待实践,

,

,

7温度保持在; 7 8Ο7=并处于高温燃气的强烈作用之下容易产生高应力而引起蠕变回热器实际上象7

,

证明

。

,

。

一块有无数松孔的金属饼。

,

用金属丝并迭在一起烧结,。

而成将这块饼焊接在壳体上有利于回热并不让气体从回热器芯和壳体壁之间通过沿着回热器及其壳,,。

林都存在着温度梯度从而引起热应力预热器的作用在于把燃烧气体通过加热器热管以后还残存的大部份热&加以回收在预热器中燃气从 ! 7一 7 7 7 7 7<而新鲜空气则从室温加热到玲却到 7 8 3 7,。

5; 4 6;#; 4Θ 内燃被阴Τ Θ ΡΚ阴烈朗打 ΕΣ& (Υ毋白 6;# 7Τ/《一 3Ι, ; 59型太阳能热气机发电装置,【机简报一 5 6;; 4/Ι?/ ) &Ο试吨石嗯沁‘【>一一,00 00

0

‘

船用柴油

,

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,

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∴终公系熟熟多勇贫弃多二转熟妾葬鞘染妾举染奚反腹蕊裹易轰旅享余绪滋李鹅舀疾

陈省身教授是当代著

美国问期间,

《科学美国人》;

月刊的皮尔先生来华访。

名数学家他于今年夏间从美国加州大学伯克莱分校退休的一篇著作休,。

,

月

5日与本刊同仁进行了友好会见

皮尔先生畅谈了他本人和他从的历程内容丰富谈吐风趣科学家的普及刊物语多裨益,。,,,

6 4 !年接办该刊后

本期发表的

《从

对如何办好一个特志之于。

,

三角形到流形》是他最近一篇以简炼的语言对几何学的这是。

《谊友

与交流》,

一栏内

。

历史发展作高度概括的文章

为了纪念他的退0

本刊曾在

卷

5、

期中附发读者意见表

两个

扬振宁教授特意从海外将他所节译 9韦依《的朋友的我几何学家陈省身》一文惠寄本

多月来全国各省

市

、

自治区以及香港都有许,。

刊

。

现将二文一并刊出,

—

,

以晌读者。

。

多读者详细填写了意见表寄给我们意见表中除肯定本刊在介绍现代自然科学各个方面最新理论知识所取得的成绩以外多在深入浅出上下功夫去表达精深的学术内容积极改进工作,,。,

本刊前四期连续刊登了国内有关气功研究的文章引起不少读者的关注,,

还着重提出希望本刊

本期发表的林中鹏

同志《国外气功研究一瞥》有助于气功研究者和

力求用生动活泼的形式我们衷心感谢广大读者,

广大读者开拓眼界趋向。

了解国外研究气功的情况和

对我们提出的意见和希望

并将采取适当措施

,

以满足各方面读者的殷切期望

。

级卿返举溺按0

5 !

0

确必案奋

么

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/j06j.html