|
Для Александра Васильева. Мой доклад.
Тема моего дипломного проекта звучит как «Совершенствование внутреннего контура двигателя Стирлинга 2R12,5/3,3». Работа заключала в себе следующие этапы: изучение конструкции двигателя, сбор начальных данных для расчетов, расчет рабочего процесса в программе "BS-STIRLING", варьирование геометрических параметров элементов внутреннего контура двигателя с целью увеличения мощности и КПД установки, а также расчет на прочность такого важного узла, как теплообменные трубки нагревателя.
На чертежах изображен продольный и поперечный разрезы двигателя. Двигатель содержит следующие основные конструктивные узлы:
· Ромбический силовой механизм,
· Два штока, один из которых полый,
· Уплотнения,
· Рабочий поршень,
· Охладитель,
· Регенератор,
· Нагреватель.
· Вытеснитель
Принцип действия двигателя Стирлинга: В начальный момент все рабочее тело, в данном случае гелий, находится в полости, образованной двумя поршнями, рабочим и вытеснителем, этот объем называется «холодным». Рабочий поршень движется вверх, сжимая холодное рабочее тело, то есть, производя относительно небольшую работу сжатия. Далее рабочее тело по радиальным свершениям проходит сначала через холодильник, а затем через регенератор, который представляет собой аккумулятор теплоты большой емкости. Рабочее тело нагревается, проходя через регенератор, затем, проходя по трубкам нагревателя, получает тепловую энергию сгораемого топлива, попадает в полость, называемую «горячий объем», расширяется, поршни движутся вниз, совершая полезную работу.
· Назову некоторые параметры:
· Диаметр цилиндра 125 мм,
. Ход поршней 66 мм,
. Максимальное давление рабочего тела — 15 МПа,
· Температура стенки нагревателя — 923 К,
· Частота вращения — 2500 об/мин.
· Мощность установки около 60 КВт.
Теперь о ходе работ.
Двигатель Стирлинга 2R12,5/3,3, разработанный ЦНИИДИ, по заданию КБ «Малахит» по заказу ВМФ, был доставлен в наш институт с целью изучения и создания на его базе стенда.
Однако двигатель был доставлен в нерабочем состоянии, предыдущими владельцами были грубо нарушены все условия консервации. (Лучше - был списан, предназначен на утилизацию в металлолом, хранился без мер, предусматриваемых правилами консервации) Таким образом, прежде чем приступить к созданию трехмерной модели, приступить к дефектации, требовалось разобрать двигатель, очистить от ржавчины, сажи, произвести первичную выбраковку (дефектацию) деталей и т.д. Эта работа производилась коллективно, мы чистили, обмеряли детали, используя различные измерительные приборы, от штангенциркуля до микрометра. Лично я обмерял нагреватели (можно добавить, что нагреватели разные) и, отчасти, рабочий цилиндр, также я создал 3D-модель нагревателя в программе «Sold works 2008», эта модель стала составной частью модели установки в целом.
Создание такой 3D-модели двигателя необычайно важно, так как позволяет более тщательно соблюсти соответствие друг другу геометрии всех деталей, а также производить прочностные расчеты, расчеты газодинамики и т.д.
Что касается расчетной части моего диплома. Сначала были собраны исходные данные, некоторые можно было напрямую снять непосредственно из 3D-модели, некоторые вычислить, ну а параметры, характеризующие степень форсировки были заданы, исходя из параметров современных двигателей Стирлинга того же типа.
Расчет установки в программе «BS-STIRLING», разработанной С.П. Столяровым, показал, что эффективный КПД и мощность установки с такими параметрами составляют 38% и 50 КВт.
Далее производилось варьирование конструктивных параметров теплообменных аппаратов, которое необходимо было разбить на этапы, так как изменение одних геометрических параметров неизбежно влекло за собой изменение других, как например в первом этапе больший диаметр регенератора позволял разместить большее количество теплообменных трубок нагревателя, в то же время больший диаметр регенератора определяли габариты трубной доски, и соответственно максимальное количество трубок охладителя. Эти цифры давали верхний предел варьирования.
….. по плакатам …
… была получена оптимальная компоновка по трубкам нагревателя. Далее был произведен расчет на прочность, были использованы две жаропрочные стали, наиболее широко используемые в отечественном машиностроении.
12Х18Н9Т: 12 сотых процента углерода, 18% хрома, 9% никеля, до 2% марганца, титан.
20Х23Н18: 20 сотых процента углерода, 23% хрома, 18% никеля.
Напряжения, как механические, так и тепловые, были рассчитывались в 36 точках цикла (так как давление в трубках циклически переменно), найдено эквивалентное напряжение. Далее, используя данные по длительной прочности сталей, был рассчитан ресурс для каждого из 36 «режимов» работы с относительной длительностью 2,7%, путем интерполяции/экстраполяции, далее была применена гипотеза линейного суммирования повреждений для нахождения эквивалентного ресурса.
Были рассмотрены компоновки с постоянным внутренним, и внешним диаметром трубки от 4 до 5 мм, температура стенки нагревателя варьировалась от 923 до 823 К.
Увы, расчет показал, что данные стали неприменимы для принятых высоких параметров форсировки. Это говорит о том, что нужно либо снижать параметры форсировки, прежде всего максимально давление цикла, либо использовать долее специализировванные сплавы на основе никеля, кобальта и т.д.
Применение сплавов типа нимоник ....
Таким образом, для того, чтобы форсировать имеющуюся конструкцию по мощности и КПД требуется изменить размеры охладителя, регенератора и нагревателя, а также выполнить нагреватель из жаропрочного плава типа нимоник.
Мои правки выделены цветом. СП
_________________
Всем висеть! Господин SolidWorks думать изволит.
|
Вход
Регистрация
FAQ
Поиск
