Рис. 3 - Значение потери мощности в процентном соотношении в зависимости от частоты оборотов коленчатого вала при возникновении утечки рабочего тела
Рис. 4 - Зависимость электрической мощности генератора от давления рабочего тела, при частоте вращения коленчатого вала 1500 об/мин
Нами намерено изменялось рабочее давление в цилиндрах от 0,1 до 0,5 МПа, при этом подвод тепловой энергии от пламени горелки оставался постоянный, соответственно в будущей конструкции мы собираемся создавать рабочее давление не менее 1 МПа, но желательное значение давления около 10 МПа, но это вызовет серьезные нагрузки на уплотнения и другие части двигателя по которым циркулирует рабочее тела.
Рис. 5 - Зависимость электрической мощности генератора от частоты вращения коленчатого вала при различных значениях давлении рабочего тела
В проектируемом ДВПТ мы должны уделили большое внимание уплотнениям штока и поршня, целостность которых влияет на его эффективность, так ка при их повреждении снижается мощность из - за потери давления. Для подкачки мы использовали поршневой компрессор. Для сокращения материальных затрат на уплотнения и упрощении их конструкции, в своем ДВПТ, мы будем использовать кольцевые уплотнения, предварительный расчет показал, что на преодоление силы трения кольцевого уплотнения о стенку цилиндра, потери мощности будут составлять примерно 500 - 700 Вт на одно уплотнение.
Рис. 6 - Скользящее уплотнение штока и поршня
Данный тип уплотнения позволит упростить ремонт, а значит удешевить эксплуатацию двигателя. Для себя мы установили, чтобы уменьшить утечку рабочего тела, необходимо тщательно полировать поверхности штока и поршня в зонах их контакта с уплотнениями высота неровностей не должна превышать 160 мкм, а их овальность должна быть менее 14 мкм.
Возможно в также использование в качестве материала для уплотнений: полиамид; термопластик; стекловолокно; керамическое волокно с добавками графита; стекловолокно с добавками графита. Выбор конкретного материала будет произведен после серии испытаний и исследований.
Ориентировочная стоимость 1кВт мощности ДВПТ мощностью 100 кВт (по циклу Стирлинга) единичных экспериментальных образцов, в зависимости от их мощности и уровня готовности к производству, может составлять примерно от 2000 - 7000 долларов США, но при организации их массового производства стоимость может снизиться более чем в 20 раз, а в отдельных случаях можно добиться снижение стоимости производства более 1000 штук в месяц около 70 долларов США за 1кВт мощности. Массовое производство ДВПТ мощностью 1-3 кВт может снизиться стоимость 1 кВт более чем в 30 раз.
Стоимость ДВПТ зависит от объема производства и от его металлоёмкости. Нам желательно добиться, чтобы удельная масса составляла 280-290 кг при мощности в 100 кВт, чтобы составить серьезную конкуренцию атмосферному дизелю, но показатели нашей модели в 90 раз больше, над снижением ее металлоемкости предстоит длительная работа.
Вывод. Для достижения оптимальных показателей металлоёмкости и КПД двигателя необходимо давление рабочего тела в цилиндрах не менее 10 МПа, что при частоте вращения 1500 об/мин даст наибольшие показатели крутящего момента на валу двигателя, в таком случае придется использовать тихоходный синхронный генератор переменного тока.
Список литературы / References
1. Уокер Г. Двигатели Стирлинга / Г. Уокер // Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.-- 408 с.
2. Трухов В.С. Разработка экспериментального двигателя стирлинга с газовой горелкой для автономной энергетической установки / В.С. Трухов, И.А. Турсунбаев, Е.П. Орда и др. // Конференция посвященная к 60-летию со дня образования ФТИ АН РУз/ г. Ташкент, 2003. - С.17-28.
3. Мехтиев А.Д. Мини -ТЭЦ и миниэлектростанции на основе двигателя Стирлинга для энергообеспечения жилых и промышленных объектов. Международный научный журнал "Актуальные проблемы современности" / А.Д. Мехтиев, В.И. Эйрих, В.В. Югай и др. Выпуск 3 (5). - Караганда: Болаша?-Баспа, 2014. - С. 94-97.
4. Langlois Динамическая компьютерная модель пространственной системы питания Стирлинга / Langlois, L.R. Justin // Отчет о проекте Trident Scholar/ Аннаполис: Военно-морская академия США, 2006. - С 54-56.
5. Свидетельство о государственной регистрации прав на объект авторского права Республики Казахстан. Мини ТЭЦ с линейным генератором тока с рекуператором для утилизации отходов подверженных горению. / Мехтиев А.Д., Югай В.В. Алькина А.Д и др. // № 0956; опубл.23.05.2016.
6. Жаукешов А.М. К выбору компонентов солнечной электростанции с двигателем Стирлинга // Вестник КазНУ. Серия "Физическая". - 2014. - №4(51). - С.85-89.
7. Светлов В.А. Методика определения параметров теплообмена во внутреннем контуре двигателя Стирлинга / В.А. Светлов, С.И. Ефимов, Н.А. Иващенко и др. // "Двигатель - 97". Материалы международной научно-технической конференци. - М.: Изд. МГТУ. - 1997 г. - С.57.
8. Веревкин М.Г. Метод комплексного теплового и конструкторского расчета термомеханического генератора / М.Г. Веревкин // Известия ВУЗов. Маши-ностроение, 2004. --№ 10. -С.33-37.
9. Ридер Г.Т. Двигатели Стирлинга / Пер. с англ./Г.Т. Ридер, Ч. Хупер.- М.: Мир, 1986 г. - 464 с.
10. Горожанкин С.А. Комбинированные газотурбинные установки с двигателями Стирлинга. Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского политехнического университета / С.А. Горожанкин, Н.В. Савенков, А.В. Чухаркин. 2(219), 2015 г. - 57-66 с.