039 4

Drugą ewentualnością zmiany pracy i₍ jest sterowanie kątem przesunięcia fazowego a, wpływające na zmianę stopnia sprężania c. Wymaga to jednak specjalnych, bardziej skomplikowanych mechanizmów roboczych silnika i zostało zrealizowane w nielicznych, unikalnych konstrukcjach.

Stosunkowo największą skuteczność sterowania mocą zapewnia zmiana masy gazu zawartego w objętości skokowej silnika. Na podstawie wzoru (1.65) możliwość wykorzystania tej własności powstaje jako rezultat zmian ciśnienia gazu p

8

i objętości skokowej V . Jedynie w silnikach bezkorbowych zmiana objętości skoko-

a

wej jest dość łatwo osiągalna i praktycznie wykorzystywana do tego celu. Natomiast w silnikach z kinematycznym mechanizmem roboczym, o stałych wymiarach poszczególnych jego członów, możliwość taką zapewniają jedynie specjalne mechanizmy korbowe (10, 11] lub mechanizm ze skośną tarczą o zmiennym kącie ustawienia tarczy. Stąd w wielu konstrukcjach silników Stirlinga sterowanie mocą odbywa się przez zmianę średniego ciśnienia gazu roboczego. Zmiana p jest możliwa prak-

S

tycznie przez okresowe doprowadzanie lub odprowadzanie gazu z przestrzeni roboczej do specjalnego układu zawierającego zbiornik ciśnieniowy gazu, sprężarkę oraz układ automatycznego sterowania. Zasada podwyższania wartości średniego ciśnienia gazu jest również wykorzystywana do zwiększania mocy nominalnej silnika. W praktyce powstały konstrukcje silników, w których średnie ciśnienie gazu roboczego osiągnęło poziom 22 MPa.

Wprowadzenie dużych średnich ciśnień gazu roboczego wpływa jednocześnie na znaczne zwiększenie pracy dostarczanej w procesie sprężania. Wielkość tej pracy określają zależności:

a)    w przypadku sprężania izotermicznego

L = m R T x Ine    (1.66)

s    vs    tl    C

b)    w przypadku sprężania politropowego o wykładniku

L - m R T r

s    vs    H    n

n -l

(1.67)

W silnikach pojedynczego działania energię potrzebną do zrealizowania procesu sprężania można zmagazynować w kole zamachowym, jednakże biorąc pod uwagę znaczną wartość pracy L jego wymiary musiałyby być bardzo duże, pogorszając tym samym wskaźniki masowe silnika. Ponadto sam rozruch silnika wymagałby dostarczenia znacznej mocy, a na ściankach denka tłoka i jego uszczelnieniach wystąpiłaby bardzo duża różnica ciśnień, powodując komplikacje konstrukcyjne i robocze (duża grubość ścianek, duża liczba pierścieni uszczelniających, znaczne naprężenia mechaniczne, drogie materiały i technologie wykonania). Dlatego, w celu uniknięcia tych niedogodności, konstrukcja silnika pojedynczego działania zostaje wyposażona w tzw. przestrzel buforową (patrz rys. 1.9), wypełnioną gazem roboczym o

43