Техника - молодёжи 1966-01, страница 40

J

разрастается до 15 кв. м. И тем не менее в конечном итоге установка со стирлингом оказывается на 108 кг легче, чем установка с ртутной турбиной, и на 84 кг легче солнечных батарей. Полная взаимная уравновешенность вращающихся частей такого стирлинга, отсутствие вибраций особенно важны для космоса, где любая вращающаяся деталь создает трудности для ориентации спутника.

1

ДВИГАТЕЛЬ „АТОМНОГО СГОРАНИЯ"

в отличие от космических атомные стирлинги еще не существуют. Но кое-какие наброски уже сделаны.

Это сравнительно мощные машины — 2,5 тыс л. е., 8 цилиндров с V-образным расположением. Область применения — судовые установки, где очень важны простота регулирования мощности и реверсирование, достигаемое простым поворотом двух заслонок. В качестве рабочего тела собираются испробовать не только водород и гелий, но и треххло-ристый алюминий. Этот газ при охлаждении полимеризуется с выделением как теплоты плавления, так и энергии химических связей. При нагревании же он снова распадается на мономеры и его теплоемкость и теплопроводность резко возрастают. Эти свойства могут оказаться выгодными с точки зрения размеров и эффективности генератора.

Стирлинг может «породить» новый тип реактора. Его активная зона — 51 см в диаметре и 102 см в высоту — будет содержать 1580 кг слегка обогащенного урана. Теплоносителем и замедлителем будет жидкий расплав лития — самого легкого и теплоемкого металла. Единственный недостаток: он хорошо поглощает тепловые нейтроны. Вернее, поглощает нейтроны изотоп лития Li⁶, которого в природном литии 7,5%. Если этот изотоп удалить, оставшийся изотоп Li⁷ будет отличным материалом для такой установки. При облучении в активной зоне он становится радиоактивным, но период его полураспада всего 0,85 сек., поэтому он не представляет опасности для обслуживающего персонала, биологическая защита установки облегчается и упрощается.

Особое достоинство такой установки: простота переходе с ядерного горючего на обычное топливо. Например, при заходе судна в порт реактор отключается, а двигатель продолжает работать на жидком топливе. Морские специалисть. считают, что стирлинги окажутся самыми надежными установками на флоте.

О достоинствах стирлингов-двигателей мы говорили, главным образом имея в виду будущее время. Но есть область, в которой стирлинги уже завоевали прочный и заслуженный успех. Эта область — холодильное дело.

„ВЫ только

ОТКЛЮЧИЛИ . ГОРЕЛКУ..."

ведомо невыгодных. Оказалось, что для получения температур ниже минус 100° С для сжижения воздуха, азота, водорода, гелия нет машины более эффективной, чем стирлинг Правда, и здесь пришлось помучиться, прежде чем на практике удалось реализовать теоретические возможности Проектирование регенератора для холодильной машины оказалось делом еще более трудным и деликатным, чем для двигателя. Подсчитано, что на эффективность холодильного стирлинга очень сильно влияет каждый процент экономичности регенератора. Цена такого процента при температуре минус 198^е С — снижение холодопроизводительности на 21%, а при минус 253 С — уже на 98%. Другими словами, в последнем случае вся холодопроизводительность машины съедается в регенераторе, не давая никакого полезного эффекта. Вот почему в хорошей машине кпд регенератора должен быть не меньше 99 . А если вспомнить, что скорость охлаждения газа — 20 тыс. градусов в секунду, то становится ясным, почему этот внешне нехитрый прибор, состоящий из массы медных проволочек толщиной в 0,2 мм, по праву считается сердцем машины.

Применив некоторые усовершенствования, исследователи понизили рабочую температуру до 17° выше абсолютного нуля.

Это пока лабораторные опыты. Впрочем, до последнего времени считалось, что холодильные стирлинги, несмотря на все свои достоинства, больше подходят для научных лабораторий, нежели для промышленности, где требуются большая производительность и длительность работы.

Однако изобретенные недавно уплотнения, полностью устраняющие перетечки горячего газа в холодную полость, минуя регенератор, открыли перед холодильными стирлин-гами дорогу в промышленность. Сверхпроводящие магниты, криотроны для вычислительных машин, мазеры, парамагнитные усилители, инфракрасные элементы, вакуумная техника — вот некоторые потребители продукции стирлингов. Нет сомнений: холодильному стирлингу еще предстоит сделать карьеру.

появятся ЛИ

ЭРИКСОНЫ?

Заговорив о второй жизни машины Стирлинга, нельзя не вспомнить о подобной машине шведского изобретателя Эриксона. Его машина, построенная в 1854 году, имела много общего с двигателем Стирлинга. Это был двигатель внешнего сгорания с регенератором и с таким же высоким теоретическим кпд, как и у стирлинга. Разница лишь в том, что тепло в регенераторе отводилось и подводилось к газу не при постоянном объеме, как у Стирлинга, а при постоянном давлении. Судя по всему, конструкция Эриксона для тех лет была удачнее, и его двигатель получил довольно широкое распространение. За несколько лет Эриксон выпустил в Америке около 3 тыс. таких движков. Маломощные эриксоны строились и в России под названием «Тепло и сила».

В 1852 году изобретатель построил даже судно с четырьмя своими «калорическими» машинами. Он рассчитывал получить мощность в 1000 л. е., но тут его ожидало разочарование — гигантские двигатели (диаметр цилиндра 4,2 м, а ход поршня — 1,8 м) развили всего 300 л. с. и быстро вышли из строя.

Думается, настало время внимательно пересмотреть отношение к машине Эриксона. При гигантском разнообразии требований, нужд и запросов современной промышленности всегда найдутся выгодные условия для любой работоспособной машины и двигателя. А тем более такого, как двигатель внешнего сгорания.

Пока неясно, какими характеристиками, какими параметрами, какими достоинствами и недостатками будут обладать возрожденные эриксоны. Быть может, они окажутся по отношению к стирлингам тем, чем дизели оказались для бензиновых моторов?

А может быть, они будут компактнее? И позволят достичь более низких температур? Может быть...

Короче говоря, в любом из этих случаев игра стоит свеч.

Первой удачной моделью холодильного стирлинга оказался... первый удачный образец двигателя внешнего сгорания, построенный в 1944 году. Раскрутив его электромотором, голландцам удалось охладить головку до фантастически низкой температуры — минус 190° С. Была организована группа, начавшая работы и с холодильным стирлингом. По иронии судьбы успех здесь был достигнут раньше, чем в работе над стирлингом-двигателем.

Уже первые расчеты вскрыли основную причину прежних неудач: холодильные стирлинги применялись в режимах за

36