з насадкою регенератора з проміжними температурами (температурний градієнт між торцевими поверхнями регенератора дорівнює Т від - Т х) і в третьому - з тепловим джерелом з температурою Т х.
Малюнок 2 - Принципова схема машини Стірлінга та реалізація робочого циклу: а - положення поршнів в основних точках циклу; б - діаграма час-переміщення - обсяг raquo ;; в - р-V діаграма циклу
Розглянемо робочий цикл машини. Припустимо, що на початку циклу компресорний і детандерної поршні 7 і 1 знаходяться в крайньому правому положенні (фаза I); в цьому випадку робоче тіло машини знаходиться в основному в компресорній порожнини 6, а також в блоці теплообмінних апаратів (рис. 2, а, б).
Його обсяг максимальний, тиск відповідає точці 1 на р-V діаграмі (рис. 2, в). Під час процесу стиснення 1-2 компресорний поршень 7 рухається вліво, а детандерної поршень 1 залишається нерухомим - фаза II на діаграмі переміщення (рис. 2, б). Робоче тіло стискається в компресорній порожнини 6, тиск газу збільшується, а теплота стиснення Q до відводиться від газу в холодильнику 5 в навколишнє середовище.
У процесі 2-3 обидва поршні рухаються одночасно таким чином, що обсяг між ними залишається постійним (фаза II). При перештурхування з компресорної в детандерної порожнину робочий газ охолоджується в холодильнику 5 і далі, безперервно взаємодіючи з пористої теплоємної насадкою регенератора, охолоджується від Т від до Т х. Поступове зменшення температури газу при проходженні його через насадку при постійному сумарному обсязі викликає зменшення його тиску (процес 2- 3 на рис. 2, в). Компресорний поршень 7 досягає свого лівого крайнього положення.
У процесі розширення 3-4 детандерної поршень 1 продовжує свій рух вліво - обсяг розширювальної порожнини V д збільшується і досягає максимальної величини Vо д; компресорний поршень залишається нерухомим в лівій крайній точці поблизу холодильника (фаза III). Зі збільшенням обсягу в системі відбувається зменшення тиску і температури робочого газу.
Замикаючим процесом циклу є процес 4-1, під час якого поршні синхронно переміщаються вправо, переталківая робочий газ з порожнини розширення в компресорну порожнину при постійному обсязі - фаза IV. При проходженні газу через теплообмінник навантаження 3 до нього підводиться теплота Q х від зовнішнього теплового джерела Т х. При проходженні через пористу насадку регенератора робочий газ нагрівається, віднімаючи теплоту, акумульовану насадкою під час процесу 2-3, і досягає рівня температур Т від.
Усі відомі в даний час КГМ принципово складаються з двох вузлів. У табл. 1Ф машини розділені на групи в залежності від типу вузла, що виконує роль компресора, і на ряди в залежності від типу вузла, що є генератором холоду (детандером). Перша буква в позначенні машин відповідає назві групи, друга - назвою ряду. Багатоступінчасті машини мають дві або три детандерної порожнини, обсяги яких синхронно змінюються протягом циклу, т. Е. Такі порожнини, по суті, завжди можна замінити однією еквівалентної порожниною. У зв'язку з цим класифікація машин по числу ступенів охолодження не може мати принципового значення. У пропонованій класифікації багатоступінчасті машини маркуються тими ж буквами і цифрою, що вказує число ступенів. Наприклад, двоступеневу КГМ Стірлінга позначають ПВ - 2, а триступеневу КГМ Гиффорда-Мак-Магона - НВ - 3.
Таблиця 1Ф - Класифікація кріогенних газових машин
ГруппаРядПВКННПНВНКППППВПКВВПВВВКККПКВКК
Вихідні дані
Температурний рівень - Т=85 К;
Початкова температура - Т 0=300 К;
Холодопроизводительность - Q=950 Вт;
Число ступенів - одна;
Привід - ромбічний симетричний;
Робоче тіло - гелій;
Середній тиск - р=2,5 МПа;
Частота обертання валу кривошипа - n=1450 об/хв;
1. Розрахунок
Максимальний обсяг порожнини розширення
, (1)
де - теоретична холодопродуктивність,
,
- коефіцієнт перерахунку холодопродуктивності, за допомогою якого в першому наближенні оцінюють недосконалість процесів, що протікають в ГХМ, і невраховані втрати холодопродуктивності від неідеального теплообміну в регенераторах, від гідравлічних опорів, від теплопритоков по теплових мостах і т. д.
- кут фазового зсуву між максимальним тиском та мінімальним об'ємом порожнини розширення,
,
де - ...
