17. Abbildungen

Abb. 1

Abb.1 Bezeichnungen an der aus 4 Teilmaschinen bestehenden Gesamtmaschine Abb. 1

Es bedeuten in dieser Skizze:

KW = Kurbelwelle mit Schwungrad,   KU1= unterer Kurbeltrieb, KU2= oberer Kurbeltrieb, M = Mitnehmerkupplung
H1 : Expansionszylinder, K1 : Kompressionszylinder der 1. Teilmaschine
H2 : Expansionszylinder, K2 : Kompressionszylinder der 2. Teilmaschine
H3 : Expansionszylinder, K3 : Kompressionszylinder der 3. Teilmaschine
H4 : Expansionszylinder, K4 : Kompressionszylinder der 4. Teilmaschine
WH1 - WH4 : externe Wärmetauscher für die heissen Zylinder H1 - H4
WK1 - WK4 : externe Kühler für die kalten Zylinder K1 - K4

RC Regelungs Zylinder (hier nur für die kalten Zylinder K4 und K3 skizziert)
Detaillierte Information über die Regelung finden Sie im Abschnitt "Regelung" in der Beschreibung der Maschine |11|.

Die Regeneratoren "R" zwischen den heissen "H"- und den kalten "K"- Zylindern sind zugleich als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildete Verbindungsleitungen.

Jedes der 4 Zylinderpaare dieser kompletten 2 mal doppelt wirkenden Maschine bildet eine Teilmaschine. Es gibt 4 Teilmaschinen mit je einem Expansionszylinder "H", einem Regenerator und einem Kompressionszylinder "K". Diese Teilmaschinen seien bezeichnet mit "H1-K1", "H2-K2", "H3-K3" und "H4-K4". Jede einzelne Teilmaschine ist über Kurbeltriebe und Kolbenstangen so mit den anderen verbunden, daß alle 90 Grad Kurbelwellenumdrehung ein Arbeitstakt erfolgt. Dadurch ist die Maschine selbstanlaufend.

In jedem Zylinderkopf befinden sich Einspritzdüsen für die jeweils kalte oder heisse Arbeitsflüssigkeit, die zur Wärmeübertragung bzw. zur Kühlung des unter hohem Druck stehenden Arbeitsgases dienen.

Das folgende Bild zeigt ein 3D-Modell der kompletten Maschine. Alle 4 Zylinder sowie die Zylinderköpfe von H1 und K1 sind hier durchsichtig dargestellt, so daß die Kolben und die Düsenplatte in den Zylinderköpfen sichtbar werden. Die externen Wärmetauscher WH1 - WH4 und WK1 - WK4 sind der Übersicht halber weggelassen worden.

Abb. 2

Abb.2 Für Zylinderpaar H1-K1 : P, VG, VE, VC und VR. VC ist negativ aufgetragen, somit ergibt der Abstand zwischen VE und VC wieder das Gesamtvolumen VG. Das Totvolumen in VE und in VC berträgt 50 % des Hubvolumenms.

Abb. 3

Abb. 3 P-V Diagramm mit dem Gesamtvolumen VG

Abb. 3a

Abb.3a Ausdehnungsarbeiten: d_AE, d_AC sowie deren Integrale AE und AC

Abb. 4

Abb.4. zeigt, daß die Integration von d_URE zu QURE und d_URC zu QURC über 1 Umdrehung = 0 wird.

Abb. 4a

Abb. 4a zeigt die Differentiale der Ausdehnungsarbeiten und der inneren Energie in den jeweiligen Volumina VE und VC.

Abb. 5

Abb.5: Drehmomente: DREH12, DRU1, DRU2, DREHMO

Abb. 6

Abb.6 T - S1 Diagramm für den isotherm verlaufenden Stirlingprozeß mit kontinuierlicher Kolbenbewegung für Gas als Arbeitsfluid. Das Totvolumen beträgt in VE sowie in VC 50 % des Hubvolumens.

Abb. 7

Abb.7 T3 - S3 Diagramm für den Stirlingprozeß für Sattdampf als Arbeitsfluid. Das Totvolumen beträgt in VE sowie in VC 50 % des Hubvolumens.

Abb. 8

Abb.8 T2 - S2 Diagramm für den Stirlingprozeß mit Gas und Sattdampf als Arbeitsfluid. Auch hier beträgt das Totvolumen in VE sowie in VC 50 % des Hubvolumens.

Abb. 9

Abb.9 "d_Qnzd", "d_S2" und "T2" als Funktion des Kurbelwinkels für "Gas + Sattdampf" als Arbeitsfluid.
           "d_Qnzd" = "d_Qnutz + d_Qdampf"

Abb. 10

Abb.10 Verlustkraft "VALLI", Nutzleistung "POWERN", Drehzahl "RPM"; f₀ = 0.84 Hertz; P0 = 1 Bar

Abb. 11

Abb.11 Verlustkraft "VALLI", Nutzleistung "POWERN", Drehzahl "RPM"; f₀ = 0.84 Hertz; P0 = 5 Bar

Abb. 12

Abb.12 P-V Diagramme der einzelnen Partialdrücke des Arbeitsfluids und des Gesamtdruckes

Abb. 12a

Abb.12a Gesamtdruck "Pges1" und die einzelnen Partialdrücken der Gas- und Sattdampfkomponenten "P1" und "Ps1".

Abb. 13

Abb.13: DREHMO die Drehmomentkurve ohne- , DRNUTZ die Drehmomentkurve mit Berücksichtigung der Reibungsverluste, POWERN ist die mittlere Leistung bezogen auf die jeweilige Umdrehung, RPM ist die Drehzahlkurve.

Abb. 14

Abb.14: T2-S2 Diagramm des idealen Stirling Prozesses mit Gas und Sattdampf als Arbeitsfluid. Die gelb getönte Fläche verdeutlicht den Energieverlust bei der Kondensation des Dampfes bei V_max.

Abb. 15

Abb.15: Temperaturen TGAS_e und TGAS_c sowie die Mischtemperatur TE und TC des aus Luft und Wasserdampf bestehenden Arbeitsfluids. Das Diagramm zeigt die 1. und 2. Umdrehung.

Abb. 16

Abb.16: Temperaturen TE und TC, Leistung POWERN und Drehzahl RPM des nur aus Luft bestehenden Arbeitsfluids. Das Diagramm zeigt die ersten 10 Umdrehungen.