Еркін поршеньді қозғалтқыш және кері генератор негізіндегі жылу энергетикалық қондырғы
DOI:
https://doi.org/10.31489/2022No1/40-49Кілт сөздер:
микроэлектростанция, Стирлинг қозғалтқышы, поршеньді генераторы, балама көзі.Аңдатпа
Мақалада Стирлинг қозғалтқышы мен поршеньді генераторы негізінде автономды электрмен қамсыздану жүйесі қарастырылған. Оның жұмыс істеу жағдайларға, сыртқы жану қозғалтқышын және сызықтық синхронды генераторды таңдауға талдау жүргізілген. Автономды тұтынушыларды қалалық инфрақұрылымнан алыс орналасқан жылу және электр энергиясымен қамтамасыз ету мәселесін шешу барысында қуаттылығы 100 Вт дейінгі электр станциясы әзірленіп, дайындалды. Оның эксперименттік зерттеуі, сондай-ақ патенттік-ақпараттық массивті талдау берілген техникалық объектіні пайдалану шекарасын анықтауға мүмкіндік берді. Кері-ілгерілмелі генератор сыртқы жылу берілісіне ие еркін поршеньді қозғалтқышпен жұмысқа қосылады. Табиғи эксперименттерді жүргізу үшін айнымалы тоқтың сызықтық генераторына ие сыртқы жылу бергіші бар еркін поршеньді қозғалтқыштың зертханалық үлгісінің прототипі әзірленді. Оның Стирлинг қозғалтқыштарының белгілі түрлерінен басты айырмашылығы - иінді білікпен және айналмалы механизміне ие массивті маховиктік болмауы, ал бұл өз кезекте жоғары герметизациялауға қол жеткізуге мүмкіндік береді және сыртқы өлшемдерді шектеу кезінде шығыс білігіндегі қуатты едәуір арттырады. Жұмыс денесі ретінде судың аз пайызы қосылған ауа қолданылады, бұл 10 МПа дейінгі қысымды дамытуға мүмкіндік береді. Генератор конструкциясының техникалық есебі келтірілген, жылжымалы элементтің кері-ілгерілмелі қозғалысы кезінде қажетті қуатты дамытуға қажетті күш анықталған. Тұтынушыларда жайсыздық тудыратын акустикалық шуды басу үшін шешімдер қабылданды. Атап айтқанда, мұны діріл сөндіргіштерді орналастыру және ПӘК-і жоғары генераторды жобалау арқылы жасауға болады. Жылжымалы элементтің конструкциясы орамалар немесе магниттерге салынатын механикалық жүктемені азайтуы тиіс. Ұсынылған генератор бәсекеге қабілетті болуы мүмкін және дизельді немесе бензин қозғалтқыштарымен дәстүрлі төмен қуатты электр көздерін сәтті алмастыра алады.
References
"1 Kaluzhsky D.L., Mekhtiev A.D., Dashinimaev A.O., Filippov D.A., Kharitonov A.S. An autonomous power generation system based on a Stirling engine and a multi-pole synchronous machine. Reports of the Academy of Sciences of the Higher School of the Russian Federation. 2019, No.1(42), pp. 31-43. [in Russian]
Miguel Torres García, Elisa Carvajal Trujillo, José Antonio Vélez Godiño, David Sánchez Martínez. Thermodynamic Model for Performance Analysis of a Stirling Engine Prototype. Energies. 2018, No.11(10), рр.2655-2665. https://doi.org/10.3390/en11102655
Lee Myungkee, Choi Seungchul. Vibration motor for an electric hand-held appliance. European patent. EP 3 327 910 A1. Bulletin 2018/22. Publ. 05/30/2018, 10 p.
Reeder G. Stirling Engines. Moscow, 1986, 464 p. [in Russian]
Menzhinsky A., Malashin A.N., Sukhodolov Yu. Development and analysis of mathematical models of generators of linear and reciprocating types with electromagnetic excitation. Proceedings of higher educational institutions and energy associations of the CIS. Energy. 2018, No. 2, pp. 118 – 128. [in Russian]
Henry Jr., Brandhorst W., Peter Jr., Chapman A. New 5kW free-piston Stirling space convertor developments. Science Direct, Acta Astronautica, 2008, No. 63, pp. 342 – 347.
Walker G. Stirling Engines / Per. from English. Moscow, Mir, 1985, 408 p.
Bobylev A.V., Zenkin V.A. Mathematical model of a free-piston Stirling engine. Technique. Technology. Engineering. 2017, No.1, pp. 22-27.
Belozertsev V.N., Gorshkalev A.A., Nekrasov S.O., et al. Calculation methods and experimental research of Stirling's heat engines: textbook. Allowance. Samara: SSAU Publishing House, 2015, 76 p.
Safin A.R., Ivshin I.V., Gracheva E.I., Petrov T.I. Development of a mathematical model of an autonomous power supply with a free piston engine based on a synchronous reciprocating electric machine with permanent magnets. Proceedings of higher educational institutions. Energy Problems. 2020, No.22(1), рр. 38-48. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-1-38-48 [in Russian]
Ziwen Cheng, Boru Jia, Zhenfang Xin, Huihua Feng, Zhengxing Zuo, Andrew Smallbone, Anthony Paul Roskilly. Investigation of performance of free-piston engine generator with variable-scavenging-timing technology under unsteady operation condition. Applied Thermal Engineering. 2021, No. 196, рр. 1359-4311. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117288.
Shuangshuang Liu, Zhaoping Xu, Leiming Chen, Liang Liu, Comparison of an opposed-piston free-piston engine using single and dual channel uniflow scavenging, Applied Thermal Engineering. 2021, No. 201, рр.1359-4311, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2021.117813.
Langlois J. Dynamic computer model of a Stirling space nuclear power system. Trident Scholar project report no. 345. Annapolis: US Naval Academy. 2006, 348 р.
Thermoacoustic Stirling Heat Engine (TASHE) for Space Power and Cooling SBIR Phase 3. Presentation to Stirling Technical Interchange Meeting NASA Glenn Research Center June 29, 2015. Available at the: https://technology.nasa.gov/patent/LEW-TOPS-80.
Bobylev A.V., Zenkin V.A. Mathematical model of a free piston Stirling engine. Technics. Technologies. Engineering. 2017, No. 1, рр. 22-27. [in Russian]
Wanks V.A., Leskov L.V., Lukyanov A.V. Space power systems. Moscow, 1990, 144 p.
Mekhtiev A.D., Bekbaeva B.T., Beltaev A.B., et al. Micro-CHP for power supply of objects remote from the power plant. Proceedings of the XI Intern. Scientific and Practical Conference ""Perspective Issues of World Science - 2017"". Bulgaria, Sofia. 2017, pp. 41 – 43. [in Russian]
Mekhtiev A.D., Yugay V.V. Alkina A.D., et al. Mini CHP with a linear current generator with a recuperator for the disposal of waste subject to combustion. Certificate of state registration of rights to the copyright object of the Republic of Kazakhstan, publ. 23.05.2016. No. 0956. [in Russian]
Mekhtiyev A.D., Sarsikeyev Y.Z., Yugay V.V., Neshina Y.G., Alkina A.D. Thermoacoustic engine as a low-power cogeneration energy source for autonomous consumer power supply. Eurasian Physical Technical Journal. 2021, Vol.18, No.12 (36), pp. 60 – 66.
Vukalovich M.P., Novikov I.I. Thermodynamics: Textbook. Moscow, Mechanical Engineering, 1972, 670 p. [in Russian]"
