Из какого металла сделать горячий цилиндр двигателя Стирлинга?

Из чего сделать горячий цилиндр двигателя Стирлинга? Можно долго советовать и рассказывать о преимуществах выбора в пользу того или иного металла. В основном, большинство стирлингостроителей ориентируются на нержавейку. Т.е. на металл, с которым хоть и не легко работать, но зато он избавляет нас от многих проблем: высокая термостойкость, он не боится коррозии, его легко достать, нержавейка недорого стоит и т.п.

Или вот например, Латунь — легко обрабатывать, как говорится, «на коленке». Также широко распространён, не дорог и найти его можно в любом гараже.  Поэтому то я и предлагаю ознакомиться с таблицей материалов, в которой приведу основные параметры. А чтобы не быть голословным, будем исходить из параметров, приведённых ниже.

 

Таблица свойств металлов: температура плавления, кипения, коэффициент линейного расширения, теплопроводность, плотность
Двигатели Стирлинга. Таблица свойств металлов: температура плавления, кипения, коэффициент линейного расширения, теплопроводность, плотность

Температура плавления — один из важнейших показателей металла при выборе его для горячего цилиндра в высокотемпературных двигателях. И чем она выше, тем бОльшую мощность можно подводить и, соответственно, снимать с головки нагревателя. В данный момент используют специальные стали, которые позволяют держать температуру нагревателя от 700°С до 800°С. Чем выше разница температур нагревателя и холодильника, тем выше КПД (смотрите Таблица КПД двигателя Стирлинга)

С другой стороны, на отводимое тепло внутри цилиндра будет влиять показатель коэффициента теплопроводности. Чем он выше, тем больше тепла можно отвести и передать рабочему телу, т.е. нашему газу (воздуху, азоту, гелию или водороду) в цилиндре. У термостойких сталей этот показатель варьируется от 40 до 47 Вт/м*К. Посмотрите на аналогичный коэффициент у меди, серебра и золота! Вы можете сказать, что драгоценные и дорогие металлы сразу отпадают. А я бы поспорил. Эти редкие и дорогие материалы вовсе не стоит исключать из возможного применения. Именно из-за дорогих материалов и высокой сложности деталей и состоит цена Стирлинга, а она, как вы знаете достигает десятков тысяч долларов за двигатели мощностью в единицы киловатт. А так как борьба в Стирлингах идёт не на проценты, а на десятые и сотые процента, то стоимость иногда начинает играть далеко не первую роль.

Читайте также:  Двигатель стирлинга с перепуском или без клапанов никак

Во многих книжках в качестве предпочитаемых материалов для горячих цилиндров (в будущем) авторы «сватают» различные керамические составы. Возможно, с появлением подходящей по свойствам керамики и будет снижена стоимость, уменьшена сложность и повышены температуры нагревателей, но… Сегодня такие материалы только в нашем воображении. Но вот интересный и всем известный материал Графит может заслужить и бОльшего внимания со стороны производителей Стирлингов. Высокие рабочие температуры, высокая теплопроводность, низкая плотность и линейное расширение. Высокая химическая стойкость — что также немаловажно. Вот это «именно то что доктор прописал». Низкая механическая стойкость и хрупкость, я думаю, не слишком большая проблема.

Если у вас есть какие-либо мысли по данной таблице, пишите, спрашивайте. Значения взяты из открытых источников и могут немного отличаться, но в целом погрешность не велика. Читаем далее про Трубчатые нагреватели в Стирлингах, как от них отказаться?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *