Термомеханический генератор - Thermomechanical generator
В Harwell TMG двигатель Стирлинга, аббревиатура от "Термомеханический генератор", была изобретена в 1967 г. Э. Х. Кук-Ярборо в лабораториях Харвелла Управление по атомной энергии Соединенного Королевства.[1][2][3][4] Он задумывался как удаленный электричество источник с низкой стоимостью и очень долгим сроком службы, хотя и с некоторой потерей эффективности. TMG (модель TMG120) когда-то был единственным двигателем Стирлинга, проданным производителем, а именно HoMach Systems Ltd., Англия.[5]
Описание
Двигатель имеет около изотермический цилиндры потому что 1) область нагревателя покрывает весь конец цилиндра, 2) это устройство с коротким ходом, с широкими и мелкими цилиндрами, что дает высокий площадь поверхности к объем соотношение; 3) средняя толщина газового пространства около 0,1 см; 4) рабочая жидкость Гелий, газ, обладающий хорошими тепловыми свойствами для двигателей Стирлинга.
Вытеснитель двигателя также имеет очень низкие потери. Эти рабочие характеристики с низкими потерями упрощают анализ двигателя по сравнению с более традиционными двигателями Стирлинга.[5]:113
Конструкция имеет много преимуществ перед обычными двигателями Стирлинга. Простота нагревателя значительно снижает стоимость, позволяя TMG избежать необходимости припаянный трубчатый или оребренный нагреватель, который может составлять 40% стоимости обычного двигателя Стирлинга.[6] Теплообменники для нагревателя и охладителя механически просты. Регенератор представляет собой простое кольцевое пространство, называемое «плоской пластиной». Наряду со стенкой цилиндра и вытеснителем имеется всего четыре регенерирующих поверхности. TMG - двигатель со свободным поршнем. Нет прокатки подшипники или скольжение уплотнения, поэтому трение или износ очень малы. Рабочее пространство герметично закрыто, что позволяет в течение многих тысяч часов содержать гелий под давлением.
В вытеснитель это нержавеющая сталь банка диаметром 27 см. Он подвешен на рубанке с низкими потерями. весна по центру цилиндра диаметром 27,4 см. Радиальный зазор 2 мм делится на два концентрический кольцевой зазоры тонким цилиндром с открытым концом, который крепится к цилиндру двигателя. Это кольцо действует как регенератор, что намного дешевле, чем проволочная сетка тип.
Двигатель представляет собой конструкцию со «свободным цилиндром», в которой весь двигатель установлен на пружинах и имеет возможность слегка вибрировать. Это позволяет перемещать буйковый уровнемер за счет положительной обратной связи от движения силового поршня и магнитов в линейный генератор магниты, общий вес которых составляет 10 кг.
| Параметр двигателя | HoMach TMG 120 Spec |
|---|---|
| Указанная мощность | 170 Вт |
| Мощность вала | 150 Вт |
| Тепловая нагрузка | 1500 Вт |
| Тепловой к механической эффективности | 10% |
| Частота двигателя | 110 Гц |
| давление заряда | 0,2 МПа |
| Диаметр буйка | 26,0 см |
| ход буйка | 0,2 см |
| Рабочий объем буйка | 110 см³ |
| Внешний диаметр диафрагмы силового поршня | 35,2 см |
| Ход диафрагмы силового поршня | 0,152 см |
| Рабочий объем силовой поршневой диафрагмы | 110 см³ |
| Угол фазы | ~ 90 градусов |
| Подвижная масса (силовой поршень и магниты генератора) | 10 кг |
| Полная масса двигателя | ~ 80 кг |
| Срок службы | более 90000 часов |
| Пополнение запасов гелия (7 литров при неизвестном давлении) | каждые 22500 часов в среднем |
[5]:109
Уникальный силовой поршень был изобретен Кук-Ярборо и называется «шарнирно-сочлененная диафрагма». Он состоит из кольца из нержавеющей стали с внешним диаметром 35 см и внутренним диаметром 26 см. Это кольцо прикреплено к двигателю на внешнем крае двумя гибкими резиновыми уплотнительными кольцами, а на внутреннем крае оно аналогично зажимается, в данном случае на жесткой центральной ступице, которая составляет центр поршня. Уплотнительные кольца изгибаются, но не скользят, поэтому смазка не требуется, а износ всей машины незначителен.
Пространство сжатия расположено между ступицей силового поршня и вытеснителем, и это пространство охлаждается за счет прямой теплопроводности через силовой поршень. Опытная модель TMG содержала диафрагму с двойным шарниром, содержащую охлаждающую воду, которая закачивалась с помощью термосифон. Глубина компрессионного пространства варьируется от 0,2 до 2,7 мм в зависимости от хода буйка 2 мм и хода силового поршня 1,5 мм, сдвинутого по фазе на 90 градусов.
Двигатель TMG успешно преодолевает многие экономические и механические трудности, характерные для обычных двигателей Стирлинга. Однако у этой конструкции есть некоторые ограничения. Простой и недорогой кольцевой регенератор неэффективен по сравнению с другими типами (и это способствует несколько низкому тепловому КПД этого двигателя, составляющему всего 10%). Механические ограничения шарнирно-сочлененной диафрагмы допускают максимальный ход примерно 3 мм. Эти свойства ограничивают максимальную доступную мощность примерно 500 - 1000 Вт от двигателя этой конструкции.[5]:195 Тем не менее, дешевый двигатель Стирлинга редко может получить такой высокий уровень надежности и срока службы, что можно объяснить только изобретательностью конструкции.
Рекомендации
- ^ ГБ 1252258, «Стирлинг-мотор»
- ^ ГБ 1397548, «Тепловые двигатели цикла Стирлинга»
- ^ ГБ 1539034, «Устройства упругие сцепные»
- ^ ГБ 2136087, "Кольцевая пружина"
- ^ а б c d Колин Д. Уэст (1986). Принципы и применение двигателей Стирлинга. ISBN 0-442-29237-6. п. 195, 113, 109, 195
- ^ Клиффорд, М. Харгривз (1991). Двигатель Стирлинга Philips. ISBN 0-444-88463-7.