|
Реферат: Дверной блок не остекленный семифеленчитый (Технология)
МИНЕСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ УЧИЛИЩЕ №26
«Утверждаю»
Зам. директора по упр.
____________
«___»_______2000г.
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Тема________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
_
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Автор дипломного проекта___________________________
Группа______ Специальность________________________
___________________________________________________
Руководитель проекта_______________________________
Консультант по разделам:
Экономическое обоснование_________________________
Безопасность и экологичность________________________
Нормоконтролер____________________________________
За годы десятой и одиннадцатой пятилеток в лесопилении организованы
крупномасштабные производства пакетирования пиломатериалов и
технологические щепы, агрегатная переработка крупных лесоматериалов. В
промышленности древесных плит за счёт интенсификации производства, его
технического перевооружения существенно возросли производственные мощности.
Осуществляется постепенный переход фанерных предприятий на выпуск
эффективной большеформатной фанеры. В деревянном домостроении переход на
производство панельных домов позволил в значительной мере удовлетворить
потребности строителей БАМа, работников Западно-сибирского нефтегазового
комплекса в жильё. Мебельная промышленность в течение многих лет
обеспечивает стабильное наращивание объема выпуска мебели в основном за
счёт технического перевооружения предприятий, интенсификации производства,
совершенствования его организации.
В настоящее время ежегодно производиться десятки тысяч
деревообрабатывающих станков свыше 800 моделей, созданы поточные
механизированные и автоматизированные линии для деревообработки,
специализированное оборудование для производства древесностружечных плит,
околостаночное и транспортное оборудование, а также вспомогательное
оборудование для заточки и подготовки дереворежущего инструмента.
Непрерывное совершенствование деревообрабатывающего производства и
применение поточных методов обработки предъявляют повышенные требования не
только к оборудованию, станкам, но и к организации его обслуживания.
Наиболее совершенная и эффективная форма организации труда –
бригадный подряд. Бригадная форма организации труда в деревообрабатывающем
производстве стала основой.
Качество выпускаемой продукции, производительность труда рабочие, а
также эффективность использования оборудования зависят в значительной мере
от правильного обслуживания оборудования и умения его эксплуатировать.
Квалифицированных рабочих для деревообрабатывающего производства
готовят средние профессионально - технические училища, а также сами
предприятия методами индивидуального и бригадного обучения.
ИТОГО: 0,0655
-----------------------
ВВЕДЕНИЕ.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РИСУНОК
ИЗДЕЛИЯ.
КОНСТРУКЦИЯ ИЗДЕЛИЯ
И ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА
ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЕ.
По конструкции дверной блок
состоит:
1. Два стоевых бруска
2. Два поперечных бруска
3. Из нижнего и верхнего поперечных бруска
4. Внутренних четырёх стоевых брусков
5. Внутренних двух поперечных брусков
6. Из шести нижних и верхних филенок
7. Из одной средней филенки.
Технические условия:
1. Дверной блок изготовить из древесины сосна, не должно
быть на деталях выпадающих сучков, гнили, трещин.
2. Филенки изготовить из древесины сосна, фигорейные.
3. Дверное полотно собрать на клею ПВА.
4. Дверное полотно и дверная коробка не должны иметь
перекоса больше 1 мм.
5. Соединения должны быть плотно подогнаны, не
иметь зазоров.
6. Дверное полотно должно быть прямолинейное по
плоскости, перекос не более 2 мм.
7. Дверное полотно навесить в коробку на карточных
петлях.
8. Работать дверное полотно должно без
отирания.
9. Зазор по ширине должен быть 1.5-2 мм, по
высоте
с низу 3-5 мм.
10. Отделку произвести масленым лаком 3 слоя.
СХЕМА ВХОДЯЩИХ
ДЕТАЛЕЙ
ДВЕРНОЙ
БЛОК
КОРОБКА
СТРОЕВОЙ
БРУСОК 2 ШТ.
ПОПЕРЕЧНЫЙ
БРУСОК 2 ШТ.
ДВЕРНОЕ
ПОЛОТНО
СТОЕВОЙ
БРУСОК 2 ШТ.
ВЕРХНИЙ
ПОПЕРЕЧНЫЙ 1
НИЖНИЙ
ПОПЕРЕЧНЫЙ 1
СТОЕВОЙ
ВНУТРЕННИЙ 4 ШТ.
ВНУТРЕННИЙ
ПОПЕРЕЧНЫЙ 2 ШТ.
ФИЛЕНКА НИЖНЯЯ И
ВЕРХНЯЯ 6 ШТ.
ФИЛЕНКА
СРЕДНЯЯ 1 ШТ.
ХАРАКТЕРИСТИКА
ПРИМЕНЯЕМЫХ
МАТЕРИАЛОВ.
СОСНА.
Более распространенной породой является сосна обыкновенная. Она
произрастает от западных границ страны до рек Амур и Уссури на востоке, на
севере она доходит до Крайнего Севера; на юге граничит с черноземной
полосой, растет в Крыму и на Кавказе.
Сосна из северных районов европейской части имеет более высокие
показатели: мелкослойная, плотная древесина с высоким содержанием поздней
зоны, узкой заболонью.
На территории Сибири лучшая древесина у сосны, которая растёт в
западной части (Иркутская область, Красноярский край). Древесина сосны
используется в судо-, вагоно-, мосто-, обозрении, в сельскохозяйственном
машиностроении и т.д.
Древесина сосны занимает главное место в лесном экспорте (вывозится в
виде пиломатериалов, в рудничной стойки и др.).
МАСЛЯНЫЕ ЛАКИ.
Масляные лаки представляют собой растворы природных или синтетических
смол в высыхающих маслах с добавлением синтетика и разбавителей. Смолы в
составе масляных лаков увеличивают твердость и блеск образуемых лаковых
пленок и улучшают их сцепление с отделываемой поверхностью (адизию).
Высыхание масляных лаков отличаются, чем у спиртовых, оно длится
дольше: для высыхания от пыли требуется от 3 до 12 часов, для полного
высыхания от 1 до 3 дней.
Пленки масляных лаков отличаются блеском, прочностью, водо- и
атмосферостойкостью, причем эти свойства в значительной степени зависят от
соотношения в лаке масла и смолы.
Жирные лаки содержат масла в 2-5 раз больше чем, чем смолы. Они
образуют эластичные пленки высокой водо- и атмосферостойкостью, поэтому
применяют их преимущественно для отделки изделий, находящихся на открытом
воздухе.
Тощие лаки содержат, 5 до 1,25 части масла на 1 часть смолы. Они по
сравнению с жирными маслами высыхают быстрее, образуют пленки менее
атмосферостойкие и эластичные, но отличающиеся хорошим блеском и большой
твердостью. Тощие лаки применяются для отделки изделий, находящихся внутри
помещения.
Масляные лаки промышленность выпускает в готовом для работы виде.
Разбавлять их можно только в незначительных пределах скипидаром или
бензином- растворителем. Для приготовления масляных лаков применяют
уплотненное масло (полилеризованное или оксидированное) и природные или
синтетические смолы. Для придания лаковой пленки матовости в состав
масляного лака вводят 2-3 % воска, парафина или церезина.
Разлив масляных лаков по сравнению с разливом спиртовых происходит
медленнее, но должен заканчиваться в 10 мин.; лаки с более длительным
разливом считаются не качественными.
Упаковывают масляные лаки на лакокрасочных заводах и транспортируют
также, как спиртовые. При хранении масляных лаков следует учитывать их
горючесть, в частности способность самовозгорания пропитанных им тряпок.
РАСЧЁТ
ПОТРЕБЛЯЕМОГО
КОЛЛИЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ
№ Наименова- Габаритные раз. Кол- кол-во мате-кол-во мате-
п/п ние деталей Т Ш Д во риала на 1д.риала на 1из.
Коробка
1. Стоевой 40 100 2060 2 0,0083 м3 0,0166
брус
2. Поперечный 40 100 860 2 0,0035 м3 0,0070
брус
Дверное
Полотно
3.1 Стоевой 40 100 2000 2 0,008 м3 0,0032
брус
3.2 Поперечный 40 100 800 1 0,0032 м3 0,0032
верхний
3.3 Поперечный 40 150 800 1 0,0048 м3 0,0048
нижний
Стоевой
3.4 внутренний 40 100 700 2
0,0028 м3 0,0056
верхний
Стоевой
3.5 внутренний 40 100 450 2 0,0018 м3 0,0036
нижний
3.6 Внутренний 40 100 800 2 0,0032 м3 0,0064
поперечный
3.7 Филенка 32 110 680 3 0,0024 м3 0,0072
верхняя
3.8 Филенка 32 110 430 3 0,0015 м3 0,0045
нижняя
3.9 Филенка 32 280 380 1 0,0034 м3 0,0034
средняя
ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ.
ФС-1
1. Станина
2. Переключатель частоты вращения шпинделя
3. Выключатель
4. Стол
5. Направляющие линейки
6. Зубчатый сектор
7. Режущий инструмент (фреза)
8. Ограждение
10. Пульт управления
9. Направляющие линейки
11. Маховик настройки шпинделя по высоте
12. Маховик натяжения ремня
Фрезеры одно-шпиндельные станки выпускают с ручной подачей для
легких, средних и тяжелых фрезерных работ или с механизированной подачей
или автоподачиком.
Одно-шпиндельный фрезерный станок с ручной подачей
(ФС-1)
Внутри станины 1 коробчатой формы смонтирован шпиндельный суппорт с фрезой
7. Суппорт можно переставить по высоте маховиком 11. Сверху на станине
неподвижно установлен стол 4, а также передняя 9 и задняя 5 направляющие
линейки для предотвращения обратного выброса заготовки из станка, имеется
противовыбрасывающие устройство в виде зубчатого сектора 6. Вращающийся
инструмент закрыт ограждением 8.
СФ-6
1. Станина
2. Стол
3. Ограждение
4. Направляющая линейка
5. Ножевой вал
6. Фиксаторы крепления, направляющей линейки
7. Кронштейн
8. Стол
9. Шкала
10. Рукоятка настройки стола по высоте
Одно-шпиндельный фуговальный станок (СФ-6).
На станине 1 коробчатой формы смонтирован ножевой вал 5, передний 58 и
задний 2 столы и направляющая линейка 4. Ножевой вал установлен на
шарикоподшипниках и имеет привод от электродвигателя через клиноременную
передачу. Электродвигатель расположен на подмоторной плите внутри станины.
Для быстрой остановки ножевого вала имеется тормоз, действующий от
электромагнита.
Для изменения толщины снимаемого слоя передний стол 8 можно
перемещать по высоте относительного вала 5. Задний стол 2 предназначен для
точного базирования обработанной поверхности детали. Его делают
нерегулируемым по высоте. При наличии механизма регулировки облегчается
настройка станка. Направляющая линейка 4 предназначена для точного бокового
базирования заготовки. Она выполнена в виде узкой плиты и установлена на
кронштейне 7. Её можно наклонять к рабочей поверхности стола и перемещать
по поверхности станка. Рабочая зона ножевого вала закрыта веерным
ограждением 3.
СВП-16
1. Колонка
2. Маховик подъема стола
3. Электродвигатель
4. Рукоятки
5. Шпиндель
6. Патрон
7. Прижим
8. Стол
9. Маховик продольной подачи стола
10. Кронштейн
11. Рукоятки
12. Педаль
Сверлильно-пазовальный вертикальный станок с ручной подачей (СВП-2).
На колонке 1 станка установлены шпиндель 5 с приводом через ременную
передачу от электродвигателя 3 и стол 8. Рабочий шпиндель вращается в
подшипниках и заключен в направляющую гильзу, которая перемещается вверх от
педали 12 или рукоятки 4. На конце шпинделя установлен патрон 6 для
крепления сверла или концевой фрезы с наибольшим диаметром 40 мм.
Стол станка расположен на горизонтальных направляющих кронштейна 10 и
имеет продольную подачу через зубчато-реечный механизм от маховика 9.
Кронштейн вместе со столом можно переставлять по высоте в соответствии с
высотой заготовки, моховиком 2 и фиксировать в заданном положении съемной
рукояткой 11.
Кроме того, стол можно повернуть под нужным углом или установить
вертикально, если необходимо сверлить отверстие под углом к базовой
поверхности детали или в её кромке. Крепят заготовки эксцентриковым
прижимом 7.
СР6-9
1. Станина
2. Маховик настройки стола
3. Пульт управления
4. Съемное приспособлении
5. Прижим
6. Ножевой вал
7. Прижим
8. Валец
9. Когтевая защита
10. Рукоятка фиксирования стола
11. Электродвигатель
12. Редуктор
13. Опорные ролики
14. Стол
15. Рукоятка фиксатора
16. Валец
Односторонний рейсмусовый станок (СР6-9)
На цельнолитой станине 1 коробчатой формы расположены ножевой вал 6 и
съемное приспособление 4 для заточки и прифуговки ножей в ножевом валу.
Стопорное устройство с рукояткой 15 служит для фиксации ножевого вала 6 при
накладке. Механизм подачи содержит передний приводной валец 8,
устанавливаемый впереди и задний валец 16, обеспечивающий подачу готовой
детали при выходе её из станка.
Привод вальцов осуществляется от электродвигателя 11 через
механический вариатор и редуктор 12. Перед ножевым валом задний прижим 5. В
средней части станины находится стол 14 с опорным роликом 13,
предназначенным для уменьшения сил трения заготовки о стол. Ролики можно
регулировать по высоте относительно рабочего стола.
ЛС80-
6
1. Станина
2. Верхний не приводной шкив
3. Пила
4. Направляющее устройство
5. Стол направляющая линейка
6. Приводной шкив
7. Педаль тормоза
8. Электродвигатель
Станок ленточнопильный столярный (ЛС80-6)
Включает станину 1 с образной формы, верхний не приводной шкив 2, ленточную
пилу 3, ограждение пилы с направляющим устройством 4, наклоняющийся стол 5,
нижний приводной шкив 7, который приводится во вращение через ременную
передачу от электродвигателя 9. Для выпиливания требуемой ширины служит
направляющая линейка 6. Для быстрой остановки нижнего шкива предназначено
тормозное устройство, действующие от педали 8.
Ц6-2
1. Станина
2. Каретка
3. Стойка
4. Стяжка
5. Стол каретки
6. Направляющая
7. Угольник
8. Стол
9. Расклинивающий нож
10. Пила
11. Электродвигатель
12. Ограждение
13. Противовыбрасыватель
14. Направляющая линейка
15. Рукоятка фиксатора
16. Шкала
17. Прижим
18. Маховик подъема пилы
Универсальный круглопильный станок для смешанного раскроя с ручной
подачей (Ц6-2)
На станине 1 коробчатой формы закреплен стол 830/1200 мм, на передней
части которого установлена направляющая линейка 14, обеспечивающая
направление подачи материала при продольном раскрое. На столе имеется
съемный, упорный угольник 7, который можно перемещать в оси–образном пазу
стола параллельно плоскости пилы, при распиловки материала под углом от 45
до 135 градусов. Поднимают и опускают пилу маховиком 18 через рычажно-
винтовой механизм. К столу станка крепится ограждение 12 с
противовыбрасывателями 13. Сзади в плоскости диска пилы укреплен на
подмоторной плите расклинивающий нож 9.
Для торцовки пиломатериалов и обрезки щитов предназначена каретка 2
со столом 5. Каретка установлена на ролике с возможностью перемещаться (ход
каретки 1000 мм.) по направляющей 6 параллельно плоскости пилы. Она имеет
прижим 17 для закрепления распиливаемого материала.
ЦА-2А
1. Станина
2. Пила
3. Стол
4. Нижний валец
5. Рифленый ролик с расклинивающимся диском
6. Рычаги
7. Передний зубчатый диск
8. Когтевая защита
9. Направляющая линейка
10. Нижний валец
Крупнопильный станок с роликодисковой подачей
(ЦА-2А).
Предназначен для пиления кромок у необрезанных досок или реек и
продольного раскроя пиломатериалов на заготовки.
Станок включает в себя станину 1, шпиндель с пилой 2, стол 3 и
механизм подачи. Механизм подачи состоит из нижнего вальца 10,
установленного впереди пилы, и нижнего заднего вальца 4. Вальцы размещены
под столом и незначительно выступают над его рабочей поверхностью. Сверху
на станине смонтированы два качающихся рычага 6, на концах которых
установлены передний зубчатый диск 7 и задний рифленый ролик 5 с
расклинивающим диском увеличенного диаметра. Расклинивающий диск входит в
образовавшийся пропил, разводит в стороны распиленные части заготовки и
предотвращает защемление пилы. Вереди станка установлена когтевая защита 8,
предотвращающая выброс заготовки в сторону, противоположную подаче. Для
выпиловки деталей требуемой ширины служит переставная направляющая линейка
9. В станке предусмотрена возможность установки второй пилы на расстоянии
10…50 мм от корневой пилы (с границей 5 мм). При наличии второй пилы на
верхнем механизме подачи монтируют дополнительно передний зубчатый и задний
расклинивающие диски.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ
НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ
ДВУХ ДЕТАЛЕЙ.
№ Содержание Оборудование Инструмент Приспособ- Эскиз
п/п по порядку
ление операции
1 Выбор -
пиломатериа- ………. ……… ……… ………
ла.
2. Поперечный поперечно- пильный упор
раскрой с суппортная диск, метр
припуском пила
50 мм.
3. Фугование фуговальный режущий упорный
кромки. Станок ножевой вал угольник
4. Продольный циркулярная пильный направляю-
раскрой с пила диск, метр щая линейка
припуском
на обработку
6 мм.
5. Строгание фуговальный ножевой вал толкатель
пласти и станок угольник
кромки
6. Строгание рейсмусовый ножевой вал ………
в размер СР6-9 линейка
7. Разметка верстак линейка
гнезд угольник ………
карандаш
8. Выдалблева- сверлильно- сверло прижим
нее гнезд пазовальный спиральное упор
станок
9. Фрезирова- вертикально- дисковая упор
нее шпунта фрезерный фреза угольник
под филенку станок
10. Шлифование грибовый шлифовач - упорная
пласте шлифоваль - ная линейка
ный шкурка
станок
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ РАБОТЕ НА
ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ
СТАНКАХ.
Прежде чем приступить к работе, оператор обязан пройти вводный
инструктаж по общим вопросам техники безопасности на предприятии и
первичный инструктаж по правилам техники безопасности на рабочем месте.
Кроме того, рабочие периодически должны проходить повторный
производственный инструктаж по технике безопасности через каждые три
месяца.
Результаты инструктажа с оценкой знаний правил техники безопасности
записывают в специальный журнал.
Рабочему вручается памятка или инструктаж по правилам техники
безопасности, разработанная на предприятии.
Перед работой на станке необходимо изучить руководство по
эксплуатации станка, а также руководство по эксплуатации режущих и
измерительных инструментов.
Наладку и настройку оборудования следует выполнять только при
выключенном вводном рубильнике. Во время выполнения работ у станка на
видном месте должна быть выставлена табличка с надписью «Идет наладка». Все
металлические части станка заземляют.
Перед началом работы необходимо привести в порядок рабочую одежду:
застегнуть или завязать концы рукавов, убрать свисающие концы халата,
волосы закрыть головным убором.
Не допускается загромождать отходами рабочие места, проходы, подходы
к станкам, механизмам и электроаппаратуре.
Рабочее место должно быть подготовлено согласно требованиям
технологии операций.
Запрещается подавать в станок заготовки, размеры которых больше или
меньше предусмотренных технологическим процессом. Не следует брать или
подавать через работающий станок какие-либо предметы. Во время работы
станка не разрешается открывать или снимать ограждения или
предохранительные устройства, подтягивать болты, гайки и др. При работе на
станках с повышенным уровнем шума следует пользоваться индивидуальными
средствами защиты от шума.
Не следует досыпать обрабатываемый материал в станок руками или
металлическими предметами. Запрещается измерять обрабатываемую деталь на
работающем станке.
При возникновении вибрации станок следует выключить.
Запрещается пользоваться напильником, шаберами и другими
инструментами без деревянных ручек или с неисправленными ручками.
При работе с тяжелыми грузами рабочий должен знать и строго
соблюдать правила техники безопасности для стропальщиков.
Нельзя находится в зоне действия автопогрузчиков, а также в местах, над
которыми перемещаются грузы.
ОРГАНИЗАЦИЯ
РАБОЧЕГО МЕСТА
СТОЛЯРА.
1. ВЕРСТАЧНАЯ ДОСКА
2. ЗАДНИЕ ТЕСКИ
3. ПЕРДНИЕ ТЕСКИ
4. ОБВЯЗКА ВЕРСТАКА
5. ЛОТОК
6. ОТВЕРСТИЕ ПОД БОНКАТЫ
ЛИТИРАТУРА:
1. Материаловедение для столяров и плотников
(автор А.В. Куксов, Ю.В. Куксов).
2. Деревообрабатывающие станки
(автор В.И. Коротков)
3. материаловедение для столяров и плотников
(автор М.А. Григорьев).
Реферат на тему: Двигатель Стирлинга - прошлое, настоящее и будущее
Введение
21 сентября 1816 года в Эдинбурге, столице Шотландии Роберт Стирлинг
запатентовал машину, которую он назвал "экономайзер" (economiser ). В
реальной жизни Роберт Стирлинг был священником шотландской церкви и
продолжал вести службы, хотя ему к этому времени исполнилось восемьдесят
шесть лет. В свободное время в своей домашней мастерской он конструировал
тепловые машины. Одну из его работавших моделей позднее использовал лорд
Кельвин для своих университетских лекций.
[pic]
Один из первых двигателей Стирлинга
В то время двигатель Стирлинга получил признание как надежная паровая
машина, которая никогда не взрывается, как это довольно часто случалось с
другими типами паровых двигателей в те времена.
В 1850 простая и элегантная динамика двигателя Стирлинга была впервые
теоретически описана профессором Рэнкином МакКорном ( Professor McQuorne
Rankine ). Приблизительно через сто лет термин "Двигатель Стирлинга" был
использован Рольфом Мейером (Rolf Meijer) для обозначения всех типов
регенеративных паровых машин замкнутого цикла.
Двигатель Стирлинга является уникальной тепловой машиной, поскольку его
теоретическая эффективность практически равна максимальной эффективности
тепловых машин ( эффективность цикла Карно ). Двигатель Стирлинга работает
за счет теплового расширения газа, за которым следует сжатие газа после его
охлаждения. Двигатель Стирлинга содержит некоторый постоянный объем
рабочего газа, который перемещается между "холодной" частью (обычно
комнатной температуры) и "горячей" частью, которя обычно разогревается за
счет сжигания любого вида топлива, атомным реактором или за счет солнечного
тепла. Нагрев производится снаружи, поэтому двигатель Стирлинга относят к
двигателям внешнего сгорания.
С момента изобретения было разработано большое количество различных
разновидностей двигателей Стирлинга с целью повышения мощности и
эффективности. Тем не менее, они уступали по удельной мощности двигателям
Отто и Дизеля. Двигатель Отто, изобретенный в 1877 году и двигатель Дизеля,
изобретенный в 1893 имели более высокую уделбную мощность, чем двигатели
Стирлинга того времени. Это привело к постепенному вытеснению двигателя
Стирлинга из промышленности. Они еще широко применялись в начале нашего
века на фермах и шахтах - в основном для приведение в действие различных
насосов и других применений, где не требуется высокая удельная мощность, а
основными критериями являются надежность и экономичность. Но к 1940 году их
выпуск был прекращен.
[pic]
Демонстрационная модель двигателя Стирлинга
Довольно долго двигатели Стирлинга использовались лишь как игрушки и
учебные пособия в школах и университетах при изучении термодинамики. Но в
последние годы интерес к двигателю Стирлинга быстро возрастает. Начат
промышленный выпуск домашних электрогенераторов на двигателе Стирлинга (
см. приложение 1 ). Национальным Аэрокосмическим Агентством США (NASA) были
проведены сравнительные оценки различных типов тепловых машин для
использования в космической аппаратуре ( см. приложение 2 ). Двигатель
Стирлинга был признан наиболее перспективным из-за своего высокого кпд и
надежности. Выпускаются холодильные установки, работающие на обратном цикле
Стирлинга - как промышленные, позволяющие получать температуру до -2400 С (
см. приложение 3 ), так и предназначенные для использования в бытовых
холодильниках. В последнем случае их преимущества перед традиционными
системами обусловлены тем, что в качестве хладогента в них может быть
использован обычный воздух.
Таким образом, можно сказать, что история двигателя Стирлинга далеко не
закончена. Его развитие входит в новый многообещающий этап.
Принцип работы и устройство.
Двигатель Стирлинга является тепловой машиной замкнутого цикла. Его работа
основана на расширении газа, используемого как рабочее тело, при повышении
температуры. На следующем рисунке приведены диаграммы для идеального цикла
Стирлинга в координатах давление-обьем P-V и температура-энтропия T-S и
иллюстрации соответствующих процессов.
[pic]
[pic]
На диаграммах цифрами обозначены точки, разделяющие этапы работы
двигателя. На первом этапе (1-2) происходит изотермическое расширение газа.
Далее, на следующем этапе (2-3) - охлаждение при постоянном объеме. Далее
(этап 3-4) - изотермическое сжатие охлажденного газа. И наконец на этапе 4-
1 разогрев при постоянном объеме. Полезная работа производится газом только
на первом этапе. Все остальные происходят за счет запасенной части энергии
(обычно, энергии вращающегося колеса).
Существуют два основных типа двигателей Стирлинга, отличающихся
устройством цилиндров. В первом - так называемом двухцилиндровом (Two
pistons type Stirling engine) используются раздельные цилиндры для
нагревания и охлаждения рабочего газа.
[pic]
Двухцилиндровый двигатель Стирлинга
На этом рисунке верхняя часть горячего цилиндра с поршнем (hot piston)
постоянно разогревается внешним источником тепла, в то время, как верхняя
часть холодного цилиндра с поршнем (cold piston) постоянно охлаждается.
Следует обратить внимание, что поршни закреплены на коленчатом валу (crank
shaft) так, что обеспечивают сдвиг по фазе на 90 градусов, т.е. в то время,
как горячий поршень достигает верхнего положения, холодный находится в
среднем положении, двигаясь вверх. Этот момент сооответствует этапу 2-3 на
предыдущем рисунке - охлаждению при постоянном объеме. Затем холодный
поршень поднимается вверх, сжимая охлажденный газ при постоянной
температуре - этап 3-4. Когда холодный поршень вытесняет охлаженный и
сжатый газ в горячий цилиндр, тот разогревается при постоянном объеме -
этап 4-1. И наконец, горячий газ расширяется, толкая поршень в горячем
цилиндре вниз - этап 1-2. На последнем этапе выделяется мощность, часть
которой запасается вращающимся колесом (flywheel).
В другой конструкции - двигателе Стирлинга поршневого типа (Displacer type
Stirling engine) - используется один цилиндр, одна сторона которого
(верхняя на приведенном ниже рисунке) постоянно охлаждается, а другая -
постоянно нагревается. Поршень-дисплейсер (displacer), разделяющий холодную
и горячую части цилиндра, неплотно прилегает к стенкам цилиндра, что
позволяет газу перемещаться между ними. В этой конструкции поршни так же
закреплены на коленчатом валу со сдвигом по фазе на 90 градусов. Двигатель
работаетпо тому же принципу, что и предыдущая конструкция.
[pic]
Двигатель Стирлинга поршневого типа
И в той, и в другой конструкции тепловая энергия нагревателя преобразуется
в механическую энергию вращения вала. Однако, возможно использование и
обратного цикла Стирлинга - если за счет внешнего двигателя вращать вал в
этих машинах, рабочий газ будет двигаться по тому же циклу. При этом
"горячий" цилиндр будет охлаждаться, а "холодный" - разогреваться. То есть
двигатель Стирлинга в этом случае будет работать как тепловой насос, т.е.
холодильная машина. Рабочим телом в нем может служить любой газ, в том
числе и атмосферный воздух.
Перспективы использования.
Развитие науки и техники ривело к образованию новых "экологических ниш", в
которых с успехом может применяться двигатель Стирлинга. Некоторые из них
показаны на приведенных ниже рисунках.
[pic]
Перспективные применения двигателя Стирлинга.
На первом из них показан пример солнечной энергетической установки (solar
power system). Высокий к.п.д., простота и надежность конструкции двигателя
Стирлинга обуславливают эффективность его использования в данных системах.
Солнечный свет фокусируется вогнутыми зеркалами для разогрева двигателя (в
качестве источника тепла). В роли охладителя может использоваться
окружающий атмосферный воздух. Роль такого экологически чистого источника
энергии в современном мире легко оценить.
На втором рисунке схематически изображен тепловой насос Вуллемейера
(Vuillemeier Heat Pump). Известно, что при использовании обратного цикла
Срирлинга, т.е. если, например, приводить двигатель Стирлинга в движение с
помощью какого-либо внешнего источника (например, еще одного двигателя
Стирлинга), то "горячий" цилиндр будет охлаждаться, а "холодный" -
разогреваться. Если при этом разогревать "горячий" цилиндр (например,
окружающим воздухом), то "холодный" цилиндр будет разогреваться до более
высокой температуры. При этом внешняя энергия расходуется не
непосредственно на разогрев, а на "перекачку" тепла из холодного места в
более теплое, что гораздо эффетивнее. Для идеального случая к.п.д.такой
системы может быть посчитан как
[pic]
где
Тс - абсолютная температура холодной части
Тh - абсолютная температура горячей части
Поскольку даже в сильные морозы Тс редко опускается ниже 250 градусов
Кельвина, для поддержания Тh на уровне 300 градусов Кельвина ( 270 ) к.п.д.
составляет 250/(300-250)=5. То есть, затратив 1 кВт.ч электроэнергии на
работу теплового насоса, мы получим в 5 раз больше тепла, чем если бы
подавали ту же мощность прямо на электронагреватель. Отсюда легко понять
интерес к тепловым насосам на основе цикла Стирлинга.
На следующем рисунке представлен криокулер Стирлинга (Stirling
cryocooler). Он работает по тому же принципу теплового насоса, но
используется в качестве холодильной установки для получения очень низких
температур. Далее будут более подробно описаны перспективы и преимущества
устройств этого типа.
На последнем рисунке покан двигатель Стирлинга, установленный на атомной
подводной лодке. Поскольку в этом случае вес и габариты двигателя не играют
решающей роли, высокий к.п.д. и надежность делают его идеальным кандидатом
для преобразования тепловой энергии, вырабатываемой атомным реактором, в
механическую. Благодаря тому, что двигатель Стирлинга практически не
нуждается в уходе и настройке, он может быть размещен в изолированной части
корпуса, что особенно существенно в случае затрудненного доступа (как в
случае подводных лодок или космических аппаратов). Так, специалистами NASA
( Национального Аэрокосмического Агентства США) были проделаны
предварительные проработки проекта создания обитаемой базы на Луне ( см.
приложение 2 ). Проектом предусматривается постепенное, "эволюционное"
строительство базы - начиная с маленького обитаемого модуля и до большой
производственой базы с полной обработкой полезных ископаемых. В качестве
основного источника энергии для работы в условиях лунной поверхности был
выбран атомный реактор SP-100 с тепловой мощностью 2500 кВт и 8
электрических генераторов, работающих от двигателей Стирлинга. Два из них
предполагалось держать в резерве для обеспечения требуемого уровня
резервирования мощности, а остальные планировалось использовать на 91.7
процентов от их номинальной электрической мощности (150 кВт). Таким
образом, полная проектная электрическая мощность составляет 825 кВт. В
качестве дополнительного источника на первом этапе строительства
предусмотрено использование наращиваемых солнечных батарей. В проекте
приводится подробное техническое описание реакторной установки, конструкции
и теплового подсоединения двигателей Стирлинга, систем отвода тепла и
распределения мощности.
Описанный лунный проект демонстрирует потенциальные применения двигателей
Стирлинга в будующем. Если вернуться в настоящее время, можно привести, в
качестве примера, начавшийся выпуск домашних электрогенераторов на
двигателе Стирлинга ( см. приложение 1 ). В приведенном рекламном материале
описан совмещенный нагреватель-электрогенератор WG800 мошностью 800 Вт на
двигателе Стирлинга. Прибор универсальный, предназначен для использования
как в домашних условиях, так и под открытым небом. Его преимущества -
высокая надежность и автономность (5000 часов работы до первого
технического обслуживания), низкий уровень шума - горючее сгорает
непрерывно, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, где оно поступает
в цилиндр порциями и там взрывается. В качестве топлива может
использоваться природный газ, все виды жидкого топлива, уголь и даже
дроваВсе это делает его чрезвычайно удобным для использования в удаленных
от электосетей. На рынке доступны так же более мощные, 3 кВт, модели
прибора.
Другой пример современного использования приборов, основанных на цикле
Стирлинга - криокулеры. В широких масштабах их начали производить около
десяти лет назад - преимущественно для использования в военной технике: на
танках и самолетах требовалось устанавливать высокочувствительные
охлаждаемые до температур порядка -2000 С датчики и приемники. Для их
охлаждения и были разработаны криокулеры на основе обратного цикла
Стирлинга. Ниже приводится краткое описание одного из отечественных
криокулеров, которые в связи с конверсией поступили на открытый рынок.
зПУХДБТУФЧЕООПЕ РТЕДРТЙСФЙЕ "орп пТЙПО".
нОПЗПЬМЕНЕОФОЩК ЖПФПРТЙЕНОЙЛ ОБ ПУОПЧЕ лтT У УЙУФЕНПК ПИМБЦДЕОЙС ФЙРБ
уРМЙФ-уФЙТМЙОЗ
лТБФЛПЕ_ПРЙУБОЙЕ: нОПЗПЬМЕНЕОФОЩК ЖПФПРТЙЕНОЙЛ ОБ_ПУОПЧЕ УПЕДЙОЕОЙС ЛБДНЙК-
ТФХФШ-ФЕММХТ У ТБЪНЕТПН ЬМЕНЕОФБ 50И50 (35И35) НЛН ДМС УРЕЛФТБМШОПЗП
ДЙБРБЪПОБ 8-12 НЛН, ЙОФЕЗТЙТПЧБООЩК У ПИМБДЙФЕМЕН уФЙТМЙОЗБ.
пВОБТХЦЙФЕМШОБС УРПУПВОПУФШ D* > 4*1010 чФ-1зГ1/2УН. рПФТЕВМСЕНБС НПЭОПУФШ
< 10 чФ.
оБЪОБЮЕОЙЕ: фЕРМПЧЙЪЙПООБС БРРБТБФХТБ ЫЙТПЛПЗП ОБЪОБЮЕОЙС (ДЙБЗОПУФЙЛБ Ч
НЕДЙГЙОЕ, БОБМЙЪ ФЕРМПЧЩИ РПФЕТШ Ч РТПЙЪЧПДУФЧЕООЩИ Й ЦЙМЩИ ЪДБОЙСИ,
ЛПОФТПМШ РПФЕТШ Ч ЬОЕТЗПУЕФСИ, ФБНПЦЕООЩК ЛПОФТПМШ), ЙЪНЕТЙФЕМШОБС
БРРБТБФХТБ, ОБХЮОЩЕ ЙУУМЕДПЧБОЙС Й ДТ.
Вообше говоря, современная полупроводниковая электроника подошла в своем
развитии к пределу, обусловленному физическими законами. Дальнейшее
повышение характаристик требует перехода к охлаждаемым до температур
порядка -1000 -2000 С элементам. На последних конференциях по электронике
(ISEC-97, EUCAS-97) активно обсуждаются различные способы охлаждения
аппаратыры. На сегодняшний день наиболее перспективным признано
использование криокулеров на цикле Стирлинга. Доступные в настоящее время,
выпускаемые мелкими сериями модели маломощных криокулеров стоят порядка 10-
15 тысяч долларов. При переходе к крупносерийному производству ожидается,
что их цены упадут в несколько раз, что сделает коммерчески рентабельным
использование охлаждаемых элементов сначала в наиболее ответственных
системах - таких, как файл-серверы, и большие компьютеры, а в перспективе и
в бытовых компьютерах. Таким образом, можно ожидать, что к середине
следующего века, по мере распространения домашних компьютеров, двигатель
Стирлинга придет практически в каждый дом
Заключение
После своего изобретения в 1816 году, двигатель Стирлинга пережил первый
период своего широкого распространения - в конце прошлого - начале нашего
века, после чего был практически забыт. Но в последние годы он вновь
привлекает к себе повышенный интерес в самых разных областях использования.
В настоящее время быстро расширяется использование криокулеров на основе
цикла Стирлинга, выпускаются электрогенераторы, работающие от двигателей
Стирлинга. Его преимущества - высокий к.п.д., надежность, неприхотливость,
возможность использования экологически чистых источников энергии позволяют
рассчитывать на широкое распространение двигателя Стирлинга в будующем.
Литература.
1. El-Genk, Mohamed S.; Editor (1994) A Critical Review of SPACE NUCLEAR
POWERAND PROPULSION 1984-1993, American Institute of Physics Press
2. Organ, A. J. (1992) Thermodynamics and Gas Dynamics of the Stirling
Cycle Machine, Cambridge University Press
3. Reader, G. T. and Hooper, C. (1983) Stirling Engines, E. & F. N. Spon
4. Urieli, I. and Berchowitz, D. M. (1984) Stirling Cycle Engine Analysis,
Adam Hilger Ltd.
5. Walker, G. (1973) Stirling-Cycle Machines, Oxford University Press
6. West, C. D. (1986) Principles and Applications or Stirling Engines, Van
Nostrand Reinhold Company, Inc.
7. Roberts, M.L.: Inflatable Habitation for the Lunar Base. Presented at
the Symposium on Lunar Bases and Space Activities of the 21st Century, Apr.
5-7, 1988, Houston, TX, Paper Number LBS-88-266.
8. Conceptual Design of a Lunar Oxygen Pilot Plant--Lunar Base Systems
Study. (EEI-88-182, Eagle Engineering, Inc., NASA Contract NAS9-17878) NASA-
CR-172082.
9. Brinker, D.J.; and Flood, D.J.: Advanced Photovoltaic Power Power System
Technology for Lunar Base Applications. NASA TM-100965, 1988.
10. A.C. Klein, NASA Lewis Summer Intern Report.
11. Personal communication from J. Alfred, NASA Johnson Space Center.
12. Bloomfield, H.S.: Small Reactor Power Systems for Manned Planetary
Surface Bases. NASA TM-100223, 1987.
13. Slaby, J.G.: Overview of the 1988 Free-Piston Stirling SP-100
Activities at the NASA Lewis Research Center. NASA TM-87305, 1986.
14. English, R.E.; and Guentart, D.G.: Segmenting of Radiators for
Meteoroid Protection. ARS J., vol. 31, no.8, Aug. 1961, pp. 1162-1163.
15. Bien, D.D.; and Guentart, D.C.: A Method for Reducing the Equivalent
Sink Temperature of a Vertically Oriented Radiator on the Lunar Surface.
NASA TM X-1729, 1969.
16. Roberts, B.B.; and Bland, D.: Office of Exploration: Exploration
Studies Technical Report, Volume 2: Studies Approach and Results. NASA TM-
4075-VOL-2, 1988.
17. Lee S. Mason and Harvey S. Bloomfield National Aeronautics and Space
Administration Lewis Research Center, Cleveland, Donald C. Hainley Sverdrup
Technology, Inc. NASA Lewis Research Center Group Cleveland SP-100 Power
System Conceptual Design for Lunar Base Applications 6th Symposium on Space
Nucelar Power Systems. 6th Symposium on Space Nucelar Power Systems
sponsored by the Institute for Space Nucelar Power Studies, Albuquerque,
NM, January 8-12, 1989
Содержание.
1. Введение 2
2. Принцип работы и устройство 5
3. Перспективы использования 8
4. Заключение 14
5. Список литературы 15
6. Приложения 18
Приложения
| |
