Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания (двигатели Стирлинга)

Одно из специфических качеств  двигателя Стирлинга — способность работы без атмосферного воздуха — может быть успешно реализовано на подводных аппаратах с установками малой мощности, там, где дизельная установка на искусственном воздухе получается громоздкой, а электроустановка со свинцо- вокислотной аккумуляторной батареей не обеспечивает достаточной автономности плавания вследствие сравнительно малого энергозапаса. В этом плане большой интерес представляет создание энергетических установок с двигателем Стирлинга и тепловым аккумулятором в качестве источника энергии на борту подводного аппарата. Неоспоримым достоинством установок такого типа является полное отсутствие загрязнения водной среды какими-либо продуктами отхода, причем возможность многократного разогрева материала и теплоаккумулятора на судне обеспечения позволяет эффективно использовать аппарат при любых видах подводных исследований и работ.

Богатые потенциальные возможности  двигателя Стирлинга, отвечающие сегодняшним  потребностям общества, вызвали бурные исследовательские работы, направленные на сбЗданйё экономичной, надежной и  достаточно дешевой машины, способной конкурировать с другими типами поршневых двигателей. В исследованиях были широко использованы современные знания из области термодинамики, процессов теплопередачи, химии веществ, динамики машин и методов современных вычислений. Однако, несмотря на десятилетние активные исследования, вопрос об оптимальных конструкциях остается открытым, поскольку постоянно выявляются все новые конструктивные возможности. Так, предложены и исследуются несколько совершенно различных конструктивных схем механизма, преобразующего движение поршней во вращение вала. Положительные результаты дают поиски оптимальных компоновок теплообмен- ных аппаратов с целью существенного повышения к. п. д. двигателя, а также исследования в области создания нагревателей, действие которых основано на принципе передачи теплоты при фазовом превращении теплоагента, т. е. аналогично работе тепловых труб.

В развитии двигателей внешнего сгорания заинтересованы представители различных  отраслей науки и техники, от судостроителей до строителей космических аппаратов. Несомненно, что в ближайшие годы будут достигнуты новые успехи в их конструировании и производстве, и серийно выпускаемые двигатели выйдут на мировой рынок. Тогда следует ожидать, что на всех малых катерах и в электростанциях судов двигатели Стирлинга постепенно вытеснят двигатели внутреннего сгорания.

Основные Параметры двигателей СтирлиигЗ,

Фирма (страна)	| Год проектирования 1	Марка	Число цилиндров X рабочий объем  цилиндра, см3	Мощность номинальная, кВт	Частота вращения вала, об/мин	Удельный расход топлива. г/(кВтч)	Среднее давление рабочего тела, (кгс/см2)
1	2	3	4	5	6	7	8
Филипс Глоеилампен фабрикен (Нидерла  н- ДЫ)	1968	2-235 4-235 4-S-1210	2X235 4X235 4Х	85 147 265	3000 3000 1500	200 204 216	220 220 140
	1970	4-235	4X235	74	3000 (2500)	-	110
	1973	-	-	22,4	-	-	-
	1973	-	-	202	1600 (600)	224 (190)	220 (135)
Юнайтед Стирлинг (Швеция)	1968 1972	4-615 V4X	4X615 4Х	150 48	2400 3500	222	217 105
	1971	—	2Х	20	1500	250	105
	1971	-	4Х	59	3600	250	110
	1971	-	IX	14,7	-	245	110
	1971	-	4Х	127	-	224	110
	1971	-	4Х	147	—	230	150
	1973		"	1250	5000	"
Дженерал Моторс корп. (США)	1958 1958	1050 1210 3015	Х320 2X166	59-66 22	1500 1500	220 222	До 200
	1959 1960~	GPU-3 (РД. 1036Р, GPU-1 GPU-2)		3 (до 10) 425	3000	207 218
Форд комп. (США)	1972		4Х	150 (125)	5000
♦ Масса	приведена без вспомогательных  агрегатов.

 

Приложений

разработанных зарубежными фирмами

	Габарит, мм	Масса кг	V С а о <и а.	Удельная масса, j кг/кВт	Тип передаточного механизма; исполнение двигателя	Назначение двигателя	Источник
	9	10	11	12	13	14	15
	1250Х520Х Х1100 1135Х 650Х Х1645 1250Х520Х Х1Ю0" 750X450X Х450	757 1000 750 100	10 000 10 000	5,2 3,8 10,2 3,4	Ромбический механизм Ромбический механизм Ромбический механизм двойного действия Ромбический механизм Косая шайба; двойного действия	Судовой (прогулочная яхта) Судовой (прогулочная яхта), Корабельный (по заказу ВМС США) Транспортный (городские автобусы) Судовой (для подводных аппаратов) Транспортный (автомобильный)	[35] [35], [42] [3]. [31] [39], [42] [23] [27]
	1300Х 650Х XI250 450X300X Х700 650 X 300 X Х700 350 X 300 X Х700 1300 Х500Х Х1200 1300Х550Х 1200	900 + 1000 125 110 200 70 1000 1300 1400	10 000 10 000 10 ООО 8 000 10 000 10 ООО 10 000 10 000	6,8 2,6 5,57 3,4 4,76 7,75 8,85 1,2	Ромбический механизм Кривошипио- шатунный механизм двойного действия Ромбический механизм Ромбический механизм Ромбический механизм Ромбический механизм Косая шайба двойного действия	Транспортный; судовой Транспортный (автомобильный) Проект — привод генератора Проект — автомобильный Проект — прогулочный катер Проект — судовой Проект—дорожные машины Корабельный (для ПЛ)	[35], [44] [35], [42] [43] [43] [43] [43] [43] [39]
	865 Х610Х Х712	160 136 (с регенератором)	-	7,2 45,4 (с регенератором)	Ромбический механизм Ромбический механизм	Лабораторный образец Судовой (для  подводных аппаратов) Привод электрогенератора частотой 400 Гц	[3Ц14]' [ЗЦ14].
	—	-	-	1,77-2,18	Косая шайба двойного действия	Двигатель торпеды Автомобильный	[3|.[>4]. [35]

 

	Год проектирования .		X , «5		Ж		0)
Фирма (страна)		Марка	Число цилиндре рабочий объем  i лиидра. см3	Мощность номинальная, кВт	Частота вращеи вала, об/мин	Удельный расхс топлива, г/(кВт'	Среднее давлен! рабочего тела, (кгс/сма)
1	2	3	4	5	6	7	8
МАН/МВМ (ФРГ)	1967	—	1X95	7,4	3000	—	105
	1968	1-400	1X400	22	1500	272	115
	1968	4—400	4X400	85	1500	272	115

* Масса

приведена без вспомогательных  агрегатов.

 

Продолжение

	Габарит, мм	Масса *, кг	Ресурс, ч	Удельная масса, кг/кВт	Тип передаточного механизма; исполнение двигателя	Назначение двигателя	Источник
	9	10	11	12	13	14	15
		-	-	-	Кривошипный механизм Ромбический механизм Ромбический механизм	Лабораторный образец Лабораторный образец Транспортный; привод электрогенератора	[26], [27] [26], [27] [26]. [27]

 

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андреев В. И., М е р к у л о в А. П. Двигатель виешиего сгорания. Авторское свидетельство иа изобретение № 376590, 1973. Бюллетень изобретений № 17.
2. Б а л а и д и и С. С. Бесшатуииые двигатели внутреннего сгорания. М., «Машиностроение», 1972.
3. Бродский Ю. Ф., Мышинский Э. Л. Перспективы применения двигателя Стирлиига в судостроении.— «Судостроение за рубежом», 1970, № 9 (45), с. 12—21.
4. Б у и д и н А. А. Термодинамический анализ цикла Стирлинга.-г- «Известия вузов». Серия «Машиностроение», 1969, № 12, с. 106—109.
5. Елисеев В. Б., Сергеев Д. И. Что такое тепловая труба? М., «Энергия», 1971.
6. Елистратов Ф. М., Мышинский Э. Л. Современное состояние и перспективы развития судовых дизельных и газотурбинных установок.— «Судостроение», 1972, № 3, с. 30—36.
7. Елистратов Ф. М., Мышинский Э. Л. Производство судовых двигателей иа судостроительных предприятиях Швеции.— «Судостроение за рубежом», 1972, № 5, с. 15—18.
8. К о в т у н Б. Н„ Н а у м о-в В. Н., Н е с т е р е и к о В. Б. Цикл Стирлиига на диссоциирующем газе.— «Известия АН БССР». Серия «Физико-технические науки», 1967, № 1, с. 35—39.
9. Лучинии Б. Н. Двигатель Стирлинга и перспективы его применения иа автомобилях.— Реферативный обзор. М„ 1966.
10. Мышинский Э. Л. Поршневые двигатели новых типов и возможности их использования иа судах.— «Судостроение», 1972, № 1, с. 23—27.
11. Смирнов Г. В. Двигатель виешиего сгорания.— «Знание», серия XX, М., 1967.
12. Beukering N., Ivan С., Fokker N. Where Philips stands on the Stirling engine.— "Automotive Engine", 81, 1973, N 7.
13. В u с k К. E. Experimental efforts in Stirling engine development.— Paper ASME, 1968, No. WA/ENER-3,5, p. 92—96. 
    
14. Chironis Nicholas P. Stirling engines for underwater vehicle jobs.— "Product Engineering", December 1, 1969, p. 100—102.
15. D a v i s S. R., H e n e i n N. A., S i n g h T. Emission characteristics o! the Stirling and other engines. 5th Intersoc. Energy Conver. Eng. Conf., San Diego, Calif., 1972, p. 887—895.
16. Environmental characteristic of Stirling engines and their present state of development in Germany and Sweden. X International Congress Combust. Engines, Washington, 1973. Auth.: Aim С. В. X., С a r 1 g v i s t S. L„ Kuhlmann P. F„ Silverquist K- N., Zacharias F. A.
17. Grahn Per Gorun. Improvements in hot gas engine heater heads. Патент Великобритании, кл. BIS (FOIB 29/10), N 1346042.
18. Heffner F. E„ Merjfer R. I. Will Stirling go HjO? — "SAE Journal", 1966, vol. 74, N 3, p. 88—89.
19. H о r t о n J. H. Military engines for ground power.— "Automotive Industries", 1966, vol. 134, N 9, p. 65—67.
20. Iron titanium hydrid as a source of hydrogen fuel for stationary and automotive applications. 26th Power "Sour. Symp. Proc., 1974, Red Bank, N. J., s. a., 11—17. Auth.: Reilly J. J., H о f f m a n К- C„ Strickland G„ Wis wall R. H.
21. Jaspers H. A., Pre F. K. Stirling engine design studies of an underwater power system and a total energy system.— VHIth Intersoc. Energy Convers. Eng. Conf. Proc., Philadelphia, 1973, p. 588—593.
22. Jorissen H., Dieter. Autoabgase und dann WasserstoffUm- welt", 1975, N 1, S. 41—43.
23. Kelly D. A. R. C.-engine with the Stirling cycle. Патент США, кл. 60—24, № 3488945.
24. Kelly D. A. Stirling engine power system. Патент США, кл. 60—24, № 3509719.
25. Kolin J. The Stirling cycle with nuclear fuel.— "Nuclear engineering international", 1968, vol. 13, N 151, p. 1028—1039.
26. Kuhlmann P., Zupf N. Der Stirling motor — eine neue Kraft- maschine, — "Antrieb", 1971, Bd. 18, N 1, S. 8—12.
27. Kuhlmann P. Das Kennfeld des Stirlingmotors.— MTZ, 1973, Bd. V, N 5, S. 135—139.
28. L i e n e s с h J. N„ Wade W. R. Stirling engine operates quietly with almost no smoke and odor and with little exhaust emission.— "SAE Journal", 1969, vol. 77, N 1, p. 40—44.
29. L о w e I. F. Helium enhances Stirling qualities.— "Design News", 1973, vol. 28, N 4, p. 56, 57.
30. M a 11 a v i J. N„ H e f f n e r F. E„ M i k 1 о s A. S. The Stirling engine for underwater vehicle applications.— "SAE preprints", s. a., N 690731, p 25—29
31. Mei je.r R. I. Der Philips — Stirling-motor.— MTZ, N 7, 1968.
32. M e i j e r R. I. The Philips—Stirling engine.— "De Ingeneur", 1969, Vol. 81, p. W69—W79, W81—W93.
33. Meijer R. I. The Philips—Stirling thermal engine —Thesis Technical University, Delft, November 1960.
34. M e i j e r R. I. Rebirth of the Stirling engine.— "Science Journal", 1969, vol. SA, N 2, p. 31—37.
35. М о о n I. F. European progress with Stirling engines.— "Diesel and Gas Turbine Progress", 1972, vol. IX—X, p. 74—77.
36. N e e 1 e n G. Vacuum brazing of complex heat exchanger for the Stirling engine.—"Welding Journal", 1970, May, p. 381—386.
37. Q v a 1 e E. В., S m i t h I. L. A mathematical model for steady operation of Stirling-type engine.— "Transactions of ASME", 1968, N 3.
38. Q v a 1 e E. В., S m i t h I. L. An approximate solution for the thermal performance of a Stirling engine regenerator.— "Transactions of ASME",
1969. N 2.
39. R а к о w s к i M. Silnik Stirlinga do napedu okretow podwodnych.— "Prseglad morski", XI, t. 27, 1973.
40. R i о s P. A., S m i t h I. L. An analytical and experimental evaluation of the pressure-drop losses in the Stirling cycle.— "Transactions of ASME",
1970. N 2.
41. Stirling engines in traction applications. CIMAC IXth International Congress on Combustion Engines, Stocholm, 1971, 32 pp. Auth.: N eel en G., Ortegren.L., Kuhlmann P., Zacharias F.
42. The Stirling engine for many duties.— "Shipbuilding & Marine Engineering International", March, 1973.
43. The Stirling Engine. Проспект фирмы United Stirling, Sweden, 1970.
44. The Stirling Engine 4615. Design, features and performance. Проспект фирмы United Stirling, Sweden, 1971.
45. Wasserstoff — Treibgas. Alternativen zum Benzin und Dieseloi? — "Auto, Mot. und Zubehor", 1974, 62, N 4, S. 114—116.
46. Zacharias. Betrachtungen zun au eren Verbrennungssystem des Stirling-Hei gasmotors —MTZ, 1971, 32, N 1, S. 1—5.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЭРНСТ ЛЕОНИДОВИЧ МЫШИНСКИЙ, МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ  РЫЖКОВ-ДУДОНОВ

СУДОВЫЕ ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ

Редактор А. И. Варковецкая Художественный редактор В. Т. Левченко Технический редактор Р. К. Чистякова Корректор А. В. Коваль Оформление обложки художника А. И. Бородина

Сдано и набор 2/1 197S г. Подписано к печати 27/V 1976 г. М-43345. Формат издания GOyiiOVis. Бумага типографская № 2 Усл. печ. л. 4,75. Уч.-нзд. л. 4,6. Тираж 2700 экз. Заказ № 252. Цена 24 коп. Изд. № 3178—75. Издательство «Судостроение», 191065, Ленинград, ул. Гоголя, 8.

Ленинградская типография № 4 Союзполиграфпрома  при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, 196126, Ленинград, Ф-126, Социалистическая ул., 14.

¹ Следует отметить, что циклы Карио, Эриксоиа и Стирлинга являются частными случаями цикла Рентлингера (две изотермы н две политропы).

2 Заказ № 252

5*