110 3

4.2.i. Uszczelnienia tłoka i wypornika

Działanie uszczelnień tłoka i wypornika jest oparte na zasadzie uszczelnienia labiryntowego utworzonego przez stos pierścieni trokowych, dzięki któremu uzyskuje się zmniejszenie powierzchni przekroju przepływu oraz spadku ciśnienia na poszczególnych jego segmentach. Średnie masowe natężenie przepływu przez nieszczelności wynosi

m = p A w    (4.1)

gdzie: p, w - parametry gazu, A - powierzchnia przekroju przepływu w szczelinie.

Po uwzględnieniu równania pędów strumienia i parabolicznego rozkładu prędkości w szczelinie oraz przekształceniach algebraicznych Uriełi [47) uzyskał bardziej rozwiniętą postać tego równania

m — n D

P ~ P 1 2

2 R T

w C +

t

2 C³ (p - p )

^t I    2

3 n l

(4.2)

gdzie: C - średni luz między pierścieniem a cylindrem, i - długość płaszcza tłoka, - prędkość tłoka, p , p - ciśnienia gazu po obu stronach pierścienia, D - średnica cylindra, T - średnia temperatura gazu.

Pierścień uszczelniający dociskany do gładzi cylindra i współpracujący z rowkiem w tłoku zmniejsza średnią wartość luzu C, który uwzględnia również przekrój tzw. zamka, w pierścieniu przeciętym. W przypadku zastosowania jednego pierścienia, o natężeniu przepływu decyduje całkowita różnica ciśnień na długości płaszcza tłoka, natomiast kiedy jest to stos pierścieniowy, decydującą rolę odgrywa obszar, w którym występuje największa różnica ciśnień Ap = p - p . Zwykle jest to pierwszy pierścień po stronie najwyższego ciśnienia gazu.

W silniku Stirlinga w czasie trwania jednego obiegu różnica ciśnień na tłoku Ap zmienia znak, co nie wywołuje strat masy gazu w przestrzeni roboczej w czasie obiegu tylko zmniejszenie natężenia przepływu przez wymienniki ciepła i niepełną realizację obiegu cieplnego. Stanowi to przyczynek do strat energetycznych wpływających na pogorszenie wskaźników pracy silnika. W rozwiązaniach konstrukcyjnych silników, w których występuje wypornik, spadek ciśnienia na długości jego płaszcza jest niewielki, gdyż wynika jedynie z oporów przepływu gazu przez zespół wymienników ciepła. Stąd wymagania stawiane uszczelnieniom wypornika są łagodniejsze i stwarzają możliwość stosowania jednego pierścienia uszczelniającego, zamiast rozbudowanego stosu pierścieniowego. W silnikach pojedynczego i podwójnego działania spadek ciśnienia gazu na długości płaszcza tłoka jest większy, dlatego istnieje potrzeba montażu stosu pierścieniowego, zawierającego odpowiednią ilość pierścieni, zależną od prędkości obrotowej silnika i średniego ciśnie-

114