Техника - молодёжи 1979-10, страница 32
И ВНОВЬ «МОТОР НАВЫВОРОТ»!ИГОРЬ ЗИНОВЬЕВ, инженер Интересным человеком был шотландский пастор Роберт Стирлинг! Обладая званием доктора богословия, он не удосужился подарить церкви ни одного клирикального сочинения, зато сделал немало для развития теории... термодинамики и теплотехники. А кроме того, подтвердил свои изыскания на практике, изобретя машину, которая ♦производит движущую силу посредством нагретого воздуха». Этот механизм не завоевал всеобщего признания так же скоро, как бензиновый двигатель и дизель, но и не был безоговорочно отвергнут: с 1818 года один из первых «стерлингов» с успехом откачивал воду из шахт. А во второй половине XIX века такие машины, разумеется усовершенствованные, выпускались уже серийно. Но как только появились конструктивно более простые и надежные поршневые двигатели внутреннего сгорания, ситуация резко изменилась. Они сразу же вытеснили с рынка «стирлинги», и дело зашло так далеко, что фамилию шотландского священника нельзя было отыскать даже на страницах всезнающей «Британской энциклопедии». Но Стирлинг и тогда считал свое поражение временным, будучи уверен, что созданный им агрегат «останется для квалифицированных и стремящихся к цели механиков будущего поколения». Что ж, ему не откажешь в прозорливости: ныне весьма солидные фирмы занялись «стирлингами» всерьез и надолго. Еще бы — им сулят самые блистательные перспективы в самых различных отраслях науки и техники. Мы уже рассказывали о причинах возрождения двигателей внешнего сгорания (см. «ТМ», N° 1 за 1966 год) и теперь посмотрим, что нового произошло за это время в истории машин, работающих при внешнем подводе тепла к рабочему телу. Виток спирали Считается, что своим вторым рождением «стирлинги» обязаны двум факторам. В 1938 году инженеры голландской фирмы «Филипс» получили задание сконструировать привод для электрогенератора, который обеспечивал бы питание радиоаппаратуры там, где нет обычной сети и аккумуляторов, но хва тает обычного топлива. Тогда-то они и вспомнили о полузабытом «стерлинге». А спустя два с лишним десятилетия его сочли наиболее удачным заменителем тех самых ДВС, которые некогда столь бесцеремонно вмешались в его судьбу. Их нашли опасными именно сейчас, когда проблема охраны окружающей среды стала одной из главнейших, а жидкое топливо — дорогим и дефицитным. К «стерлингам» это обвинение не относится. Почему, спросите вы? Для того чтобы уяснить это, вспомним, как работал механизм, запатентованный Р. Стерлингом еще в 1816 году (см. центральный разворот журнала, рис. слева в в е р ху). Горячий дым из топки нагревал верхнюю часть его вертикального цилиндра, в то время как нижняя охлаждалась. Внутри цилиндра находился вытеснитель, который в полном соответствии с названием перегонял рабочее тело (газ) из холодной полости, расположенной между днищем вытеснителя и верхушкой поршня, в обогреваемую. Там температура и давление газа возрастали, и он, расширяясь, толкал поршень. Позже «стирлинги» снабдили устройствами, улучшившими его качества и повысившими КПД. К ним относились нагреватель, повышавший температуру газа перед выпуском его в горячую зону, что значительно ускоряло проходившие там процессы. Аналогичным в принципе образом, только «наоборот», действовал охладитель «у входа» в холодную полость. А между ними установили регенератор, представляющий собой тело, заполненное пористым веществом, способным отбирать или возвращать тепло рабочему телу при циркуляции. Иным резервом повышения КПД двигателя внешнего сгорания оказалась компоновка «стерлингов» в едином блоке. В частности, исключительно выгодным стало рядное расположение цилиндров (см. центральный разворот журнала, рис. внизу), при котором у каждого из них есть «индивидуальная» камера сгорания, но все поршни работают на один коленчатый вал. А при V-образном варианте несколько «стерлингов» с общей камерой сгорания устанавливаются под углом относительно друг друга. Весьма компактным был и движок, в котором цилиндры-«стирлинги» размещены по кругу, как патроны в барабане револьвера. Однако в последние годы конструкторы нашли и иные способы повысить эффективность «стерлинга». В 1816 году шотландский изобретатель избрал рабочим телом (газ, попеременно перегоняемый из холодной в горячую полость) обычный воздух. Потом выяснилось, что большую удельную мощность мотору обеспечивает водород, да только у него есть скверное свойство просачиваться, диффузировать сквозь стенки цилиндра, что само по себе уже небезопасно. Другое дело гелий: он в полной мере обладает положительными качествами водорода, но избавлен от отрицательных. Потом на смену традиционной топке, в которой создавался поток тепла, нагревавший рабочее тело, пришли особые аккумуляторы-контейнеры, наполненные веществом, быстро поглощающим тепло и при надобности возвращающим его. Такой накопитель теплоты, наполненный фтористым натрием, достаточно заряжать раз в сутки, к примеру, от обычной электросети ночью. Затем инженеры нашли новый способ передавать тепло рабочему телу. Научились собирать тепловой поток малой плотности, идущий от большой поверхности, в компактный пучок, сконцентрированный на малой площади. Для этого пришлось изобрести тепловую трубку — герметическую камеру, наполненную пористым материалом и теплоносителем — натрием. Стоит лишь подогреть один конец такой трубки до 700—800°, как натрий начнет испаряться, его пары устремятся в холодную часть камеры, где, конденсируясь, отдадут накопленное тепло, а сами под воздействием капиллярных сил устремятся обратно. Применив это устройство, можно вообще отделить источник тепла от самого двигателя — так сказать, кипятить воду не на печке, а на подоконнике... Вот почему нынешние «стирлинги» ушли так далеко от своего прототипа. И если лучший из них, созданный в 1886 году, развивал мощность всего в 2 л. е., но весил полторы тонны и занимал объем в 21 м3, то стосильный его потомок легко умещается 'в моторном отсеке городского автобуса! Так «стирлинг» вышел на новый виток спирали в своей долгой истории. Не зря, выходит, его творец уповал на «механиков будущего» — они оправдали его надежды! 30 |
