Двигатель стирлинга с перепуском или без клапанов никак

Родилась тут у меня идея миновать при прохождении газа нагреватель и холодильник в определённые такты при работе двигателя Стирлинга. Стал искать в интернете информацию по этому поводу и практически ничего не сыскал. Если не ошибаюсь, называть этот процесс нужно «двигатель стирлинга с перепуском мимо термических областей». Есть пара строк в книге Уокера «Двигатели Стрлинга». Прошу не путать с выражением «регулирование мощности при помощи перепуска». Вот выдержки из книги:

Т.е. уже всё придумано и исследовано. В общем идея такая. Во время движения вытеснителя (дисплейсера) к НМТ (нижняя мёртвая точка) газ перетекает их холодной зоны (зоны сжатия) в горячую (зона расширения) минуя холодильник по пути через регенератор и нагреватель. Ибо зачем дополнительно охлаждать рабочее тело, если оно сейчас же должно нагреваться. И наоборот, при движении вытеснительного поршня к ВМТ (верхней мёртвой точке) горячее рабочее тело, минуя нагреватель, проходит через регенератор и холодильник.

В общем, результаты анализа подтвердили, что термический КПД двигателя Стирлинга с перепуском значительно выше. Это хорошее направление в сторону повышения эффективности стирлинга в целом.

Выше приведена схема из Уокера. Я думаю тут достаточно понятно и наглядно всё изображено. Также видны направления вентилей. Ниже изображен только дисплейсер. Выход на рабочий поршень не сделан, так как схему можно использовать для разных видов конструкций: бета, гама и т.п. Кому хочется динамики — пожалуйста:

Минусы стирлинга с перепуском:

— Клапана. Это сразу заставляет нас задуматься о шуме. Двигатели стирлинга априори представляют как очень тихие моторы. Ведь любые механические переключатели дают свой звуковой вклад в работу двигателя, будь то тарельчатые клапана или даже золотники.

— Усложнение конструкции. Необходимо предусмотреть и продумать связь клапанов с передающими механическую энергию агрегатами. Это могут быть коленвал, электромотор, линейный электромотор и т.п. А это дополнительные шатуны, штоки, подшипники и т.д.

— Повышение стоимости. Любые дополнительные агрегаты вносят свою лепту в итоговую стоимость двигателя. Это касается не только затраченного материала, но и стоимости изготовления, обслуживания и стоимости разработки.

— Снижение надёжности. Чем больше всего движется, тем больше вероятность, что это скоро сломается.

Плюсы стирлинга с перепуском:

— Повышение КПД. Как говорилось выше, термический КПД возрастает (теоретически). Доказано ли это на практике я не знаю.

— Снижение гидравлических потерь. Уменьшение пути, которое проходит рабочее тело. Двигаясь из горячей области, газ проходит регенератор и холодильник, минуя нагреватель. Двигаясь из холодной области, газ проходит регенератор и нагреватель, минуя холодильник. Т.е. и в том и в другом случае его путь сокращается. А это означает, что сопротивление газу уменьшается и это приводит с сокращению затрат на «продувку» газа.

— Уменьшение нагрузки на регенератор. Так как газ при прохождении из зоны сжатия в зону расширения минует холодильник, то его температура немного выше, чем в холодильнике. А проходя из зоны расширения обратно в зону сжатия газ минует нагреватель, поэтому его температура немного ниже, чем температура нагревателя. Таким образом разница температур на концах регенератора снижается, что и повышает его эффективность. Таким образом мы можем уменьшить необходимый размер регенератора, сохранив его изначальную эффективность при отсутствии схемы перепуска. При уменьшении регенератора мы также можем снизить и гидравлические потери при «продувке» рабочего тела (см. предыдущий пункт).

— Снижение вредного пространства. Если мы всё таки уменьшаем объём регенератора (см. предыдущий пункт), то мы таким образом ещё и уменьшаем мёртвый объём, т.е. снижаем количество рабочего газа, которое не участвует в работе.

Кто хочет ориентировочно прикинуть мощность своего двигателя стирлинга, предлагаю воспользоваться калькулятором мощности.

А кому интересны данные темы, предлагаю подписаться на новые статьи (в правом сайтбаре).