Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Stirlingmotor - Funktionsprinzip

1. Einleitung ……………………………………………………………………………… 3

2. Geschichte ………………………………………………………………………………… 4

3. Beschreibung …………………………………………………………………………… 4

4. Konfiguration ……………………………………………………………………. 6

5. Nachteile ………………………………………………………………………….. 7

6. Vorteile ……………………………………………………………………… 7

7. Bewerbung ………………………………………………………………………. 8

8. Fazit ………………………………………………………………………. elf

9. Referenzen …………………………………………………………….. 12

Einführung

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts blickt die Menschheit optimistisch in die Zukunft. Dafür gibt es die überzeugendsten Gründe. Das wissenschaftliche Denken steht nicht still. Heute werden uns immer mehr Neuentwicklungen angeboten. Immer mehr wirtschaftliche, umweltfreundliche und zukunftsträchtige Technologien halten Einzug in unser Leben

Dies betrifft zunächst den alternativen Motorenbau und den Einsatz sogenannter "neuer" alternative Arten Brennstoffe: Wind, Sonne, Wasser und andere Energiequellen

Dank Motoren verschiedener Art erhält eine Person Energie, Licht, Wärme und Informationen. Motoren sind das Herz, das im Takt der Entwicklung der modernen Zivilisation schlägt. Sie sichern das Wachstum der Produktion, verkürzen Entfernungen. Derzeit gängige Motoren Verbrennungs verfügen über ganze Linie Nachteile: Ihre Arbeit wird von Lärm und Vibrationen begleitet, sie stoßen schädliche Abgase aus, belasten damit unsere Natur und verbrauchen viel Kraftstoff. Aber jetzt gibt es eine Alternative zu ihnen. Die Klasse von Motoren, deren Schaden minimal ist, sind Stirlingmotoren. Sie arbeiten in einem geschlossenen Kreislauf, ohne ständige Mikroexplosionen in den Arbeitszylindern, praktisch ohne Emission von schädlichen Gasen und sie benötigen viel weniger Kraftstoff.

Lange vor Verbrennungsmotor und Diesel erfunden, geriet der Stirlingmotor zu Unrecht in Vergessenheit.

Die Wiederbelebung des Interesses an Stirlingmotoren wird normalerweise mit Philips in Verbindung gebracht. Mitte der 30er Jahre des 20. Jahrhunderts begann die Arbeit an der Konstruktion von Stirlingmotoren mit kleiner Leistung im Unternehmen. Das Ziel der Arbeit war die Schaffung eines kleinen, geräuscharmen, thermisch angetriebenen elektrischen Generators, um Funkgeräte in Gebieten der Welt ohne reguläre Stromversorgung mit Strom zu versorgen. 1958 wurde das Unternehmen General Motors abgeschlossen Lizenzvereinbarung mit Philips, und ihre Zusammenarbeit dauerte bis 1970. Entwicklungen waren mit dem Einsatz von Stirlingmotoren für Weltraum- und Unterwasserkraftwerke, Autos und Schiffe sowie für stationäre Stromversorgungssysteme verbunden. Das schwedische Unternehmen United Stirling, das seine Bemühungen hauptsächlich auf Motoren für konzentrierte Fahrzeug Schwerlast, erweiterten ihre Interessen auf den Bereich Motoren für Autos. Das wirkliche Interesse am Stirlingmotor wurde erst während der sogenannten „Energiekrise“ wiederbelebt. Besonders attraktiv erschien damals das Potenzial dieses Motors im Hinblick auf den sparsamen Verbrauch herkömmlicher flüssiger Kraftstoffe, was im Zusammenhang mit steigenden Kraftstoffpreisen sehr wichtig erschien.

Geschichte

Der Stirlingmotor wurde erstmals am 27. September 1816 vom schottischen Geistlichen Robert Stirling patentiert (englisches Patent Nr. 4081). Die ersten elementaren „Heißluftmaschinen“ waren jedoch Ende des 17. Jahrhunderts bekannt, lange vor Stirling. Stirlings Errungenschaft ist die Hinzufügung eines Reinigers, den er "Economy" nannte. In der modernen wissenschaftlichen Literatur wird dieser Reiniger als "Regenerator" (Wärmetauscher) bezeichnet. Es erhöht die Motorleistung, indem es die Wärme im warmen Teil des Motors hält, während das Arbeitsmedium gekühlt wird. Dieser Prozess verbessert die Effizienz des Systems erheblich. 1843 setzte James Stirling diesen Motor in einer Fabrik ein, in der er damals als Ingenieur arbeitete. 1938 investierte Philips in einen Stirlingmotor mit über 200 Pferdestärke und eine Rendite von über 30 %. Der Stirlingmotor hat viele Vorteile und war im Zeitalter der Dampfmaschinen weit verbreitet.

Beschreibung

Stirling-Motor- eine Wärmekraftmaschine, in der sich ein flüssiges oder gasförmiges Arbeitsmedium in einem geschlossenen Volumen bewegt, eine Art äußerer Verbrennungsmotor. Sie basiert auf periodischer Erwärmung und Abkühlung des Arbeitsmediums mit Energieentzug aus der resultierenden Volumenänderung des Arbeitsmediums. Es kann nicht nur mit der Kraftstoffverbrennung, sondern auch mit jeder Wärmequelle arbeiten.

Im 19. Jahrhundert wollten Ingenieure eine sichere Alternative zu den damaligen Dampfmaschinen schaffen, deren Kessel aufgrund hoher Dampfdrücke und ungeeigneter Baumaterialien oft explodierten. Eine gute Alternative zu Dampfmaschinen war die Entwicklung von Stirlingmotoren, die jeden Temperaturunterschied in Arbeit umwandeln konnten. Das Grundprinzip des Stirlingmotors ist die ständig wechselnde Erwärmung und Abkühlung des Arbeitsmediums in einem geschlossenen Zylinder. Üblicherweise dient Luft als Arbeitsmedium, aber auch Wasserstoff und Helium kommen zum Einsatz. Freone, Stickstoffdioxid, verflüssigtes Propan-Butan und Wasser wurden in einer Reihe von Versuchsproben getestet. Im letzteren Fall bleibt Wasser in allen Teilen des thermodynamischen Kreislaufs in einem flüssigen Zustand. Die Besonderheit von Stirling mit einem flüssigen Arbeitsmedium ist seine geringe Größe, hoch Leistungsdichte und hohe Betriebsdrücke. Es gibt auch einen Stirling mit einem zweiphasigen Arbeitsmedium. Es zeichnet sich auch durch hohe spezifische Leistung und hohen Arbeitsdruck aus.

Aus der Thermodynamik ist bekannt, dass Druck, Temperatur und Volumen eines Gases zusammenhängen und dem Gesetz idealer Gase folgen

• P - Gasdruck;
• V ist das Gasvolumen;
• n ist die Molzahl des Gases;
• R ist die universelle Gaskonstante;
• T ist die Temperatur des Gases in Kelvin.

Das heißt, wenn ein Gas erhitzt wird, nimmt sein Volumen zu und wenn es gekühlt wird, nimmt es ab. Diese Eigenschaft von Gasen ist die Grundlage für den Betrieb des Stirlingmotors.

Der Stirlingmotor nutzt den Stirling-Kreisprozess, der dem Carnot-Kreisprozess in Bezug auf den thermodynamischen Wirkungsgrad in nichts nachsteht und sogar im Vorteil ist. Tatsache ist, dass der Carnot-Zyklus aus Isothermen und Adiabaten besteht, die sich kaum voneinander unterscheiden. Die praktische Umsetzung dieses Zyklus ist wenig aussichtsreich. Der Stirling-Zyklus ermöglichte es, einen praktisch funktionierenden Motor in akzeptablen Abmessungen zu erhalten.

Der Stirling-Zyklus besteht aus vier Phasen und wird durch zwei Übergangsphasen getrennt: Erwärmung, Expansion, Übergang zu einer kalten Quelle, Abkühlung, Kompression und Übergang zu einer Wärmequelle. Beim Übergang von einer warmen Quelle zu einer kalten Quelle dehnt sich also das Gas in der Flasche aus und zieht sich zusammen. Die Differenz der Gasmengen kann in Arbeit umgewandelt werden, was der Stirlingmotor tut. Einschaltdauer des Beta-Stirlingmotors:

1

2

3

4

wo: a - Verdrängungskolben; b - Arbeitskolben; c - Schwungrad; d - Feuer (Heizbereich); e - Kühlrippen (Kühlbereich).

1. Eine externe Wärmequelle erwärmt das Gas am Boden des Wärmetauscherzylinders. Der erzeugte Druck drückt den Arbeitskolben nach oben (beachten Sie, dass der Ausstoßkolben nicht eng an den Wänden anliegt).
2. Das Schwungrad drückt den Verdrängerkolben nach unten und bewegt dadurch die erwärmte Luft von unten in die Kühlkammer.
3. Die Luft kühlt ab und zieht sich zusammen, der Kolben bewegt sich nach unten.
4. Der Verdrängerkolben steigt nach oben und bewegt dabei die gekühlte Luft nach unten. Und der Kreislauf wiederholt sich.

Bei der Stirlingmaschine ist die Bewegung des Arbeitskolbens um 90° gegenüber der Bewegung des Verdrängerkolbens verschoben. Je nach Vorzeichen dieser Verschiebung kann die Maschine ein Motor oder eine Wärmepumpe sein. Bei einer Verschiebung von 0 leistet die Maschine keine Arbeit (bis auf Reibungsverluste) und erbringt diese auch nicht.

Beta-Stirling- Es gibt nur einen Zylinder, an einem Ende heiß und am anderen kalt. Ein Kolben (von dem Strom abgeschaltet wird) und ein „Verdränger“ bewegen sich im Inneren des Zylinders und verändern das Volumen des heißen Hohlraums. Das Gas wird vom kalten Teil des Zylinders durch den Regenerator zum heißen Teil gepumpt. Der Regenerator kann extern, Teil eines Wärmetauschers oder mit einem Verdrängungskolben kombiniert sein.

Gamma Stirling- Es gibt auch einen Kolben und einen „Verdränger“, aber gleichzeitig gibt es zwei Zylinder - einen kalten (der Kolben bewegt sich dorthin, von dem die Stromversorgung getrennt wird), und der zweite ist an einem Ende heiß und am anderen kalt (der „Verdränger“ bewegt sich dorthin). Der Regenerator verbindet den heißen Teil des zweiten Zylinders mit dem kalten und gleichzeitig mit dem ersten (kalten) Zylinder.

1. Die theoretische Effizienz, so scheint es, kann gleich sein Ideale Effizienz Carnot-Zyklus (dh maximal möglich bei einer bestimmten Temperaturdifferenz), jedoch unter der Bedingung eines "idealen" Regenerators mit einem Wärmeübergangskoeffizienten von 1,0. Hier ist es unklar. Einige Quellen schreiben, dass der maximale Koeffizient 0,5 beträgt, und argumentieren, dass Wärme von einem heißen Körper auf einen kalten übertragen wird, bis ihre Temperatur gleich ist, das heißt, sie erreicht die Hälfte der Temperaturdifferenz eines heißen und kalten Körpers (derselbe Koeffizient von 0,5). Einige Quellen erwähnen jedoch den Wärmeübertragungskoeffizienten des Regenerators von bis zu 0,98, ohne zu beschreiben, wie dies erreicht wird. Wo die Wahrheit ist, ist unklar.
2. Alpha Stirling (zwei Zylinder mit Kolben - heiß und kalt) hat Probleme, den heißen Kolben zu schmieren. Warum ist diese Art so beliebt?
3. Betta-Stirling (ein Zylinder, mit einem Verdränger im heißen Teil und einem Kolben im kalten) und Gamma-Stirling (zwei Zylinder - heiß mit einem Verdränger und kalt mit einem Kolben) haben keine Schmierprobleme, da Reibung an den Wänden besteht nur in einem kalten Zylinder, und der Verdränger hat Spiel von den Zylinderwänden und muss nicht geschmiert werden. Das heißt, solche Motoren können mit einem großen Temperaturunterschied und daher mit hoher Effizienz betrieben werden. Aber aus irgendeinem Grund gelten sie als weniger vielversprechend als Alpha-Stirlinge.

Außerdem, wichtiger Indikator Einfluss auf den Wirkungsgrad hat die Zykluszeit (Umdrehungszahl) – je länger sie ist, desto besser ist die Wärmeübertragung und desto höher der Wirkungsgrad. Aber gleichzeitig gibt es einen „Wettlauf um den Umsatz“, der mit etwas anderem als Marketinginteressen nur schwer zu rechtfertigen ist. Also ein Grund wie "Verluste im Getriebe wenn niedrige Drehzahlen"hält keiner Kritik stand - solche Verluste werden nur prozentual berechnet und die Effizienzsteigerung kann mehr als 10-30% betragen. Daher scheinen die Entwickler eher solchen Eigenschaften wie spezifischer Leistung und Geschwindigkeit nachzujagen, um den „Stirlings“ von Verbrennungsmotoren entgegenzuwirken, und die Effizienz wird geopfert.

Aber schließlich kann man das Rennen mit Verbrennungsmotoren im Transportwesen vorerst verlassen und sich auf stationäre Stirlingmotoren konzentrieren, um deren Effizienz zu steigern und die Baukosten zu senken. Diese Motoren, die mit jeder Art von Kraftstoff, einschließlich Solarenergie, betrieben werden, können in Zukunft mit Solarbatterien konkurrieren. Und sie haben gute Aussichten im Bereich der erneuerbaren Energien, einschließlich Holzbrennstoff, der in mehreren Jahrzehnten durch Sonnenenergie „zurückgewonnen“ wird. Und noch einmal, die Allesfresser dieser Motoren ermöglicht es Ihnen, Kraftwerke (einschließlich Haushaltskraftwerke) zu bauen. kombinierter Typ- Solange die Sonne scheint, läuft es mit Sonnenenergie, wenn nicht, dann mit Festbrennstoff.

Das Erreichen eines hohen Wirkungsgrads ist zwar nicht die einzige Richtung, für die es sich zu kämpfen lohnt. Stirlingmotoren haben einen weiteren Nachteil: Da sich die Wärmequelle außerhalb des Motorvolumens befindet und das Arbeitsmedium (Gas) eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, stellt sich heraus, dass nur das Gas befinden sich an den Wänden des Zylinders. Das bedeutet, dass das Verhältnis der Leistungszunahme zur Volumenzunahme des Zylinders in umgekehrt quadratischer Abhängigkeit steht. Das heißt, um die Leistung um das 5-fache zu erhöhen, muss das Volumen des Zylinders um das 25-fache erhöht werden.
Deshalb waren in den Anfängen der „Stirling-Industrie“ mehr oder weniger starke Motoren sogar massiver als Dampfmaschinen gleicher Leistung. Jetzt wird dieses Problem gelöst, indem der Motor mit Gas unter hohem Druck gepumpt wird, dh die Masse des Arbeitsmediums nimmt mit gleichem Volumen zu. Aber dieser Weg ist auch eine Sackgasse - bei Motoren mit mehr als ein paar Litern gibt es wieder das gleiche Problem, das quadratische Verhältnis von Volumenwachstum zu Leistungswachstum. Und die Probleme mit dem Auslaufen des Arbeitsfluids bei Drücken von 100–200 Atmosphären sind schwer zu lösen.

Vor diesem Hintergrund erscheint eine andere Lösung erfolgversprechender – das gesamte Gas im Inneren des Motors arbeiten zu lassen, unabhängig von der Lautstärke. Eine solche Lösung wurde trotz der einfachen Implementierung erst kürzlich vorgeschlagen (Quelle - http://zayvka2016131416.blogspot.ru/) - um eine Pumpe oder einen Lüfter zu installieren, der Gasströme im Motor erzeugt. Und analog zu einem Lüfter, der auf einen Kühler bläst, erhöht sich die Kühlrate der Zylinderwände durch das Arbeitsgas des Motors und die maximale Beteiligung dieses Gases an der Arbeit wird unabhängig von der Größe des Zylinders sichergestellt . Theoretisch sollte dies der Entwicklung von Stirling-Motoren Auftrieb geben, da Sie damit ziemlich einfache und leistungsstarke Versionen dieser Motoren erstellen können.
Und wenn Sie nicht den Gewichts- und Größenindikatoren von Automobil-Verbrennungsmotoren hinterherjagen, werden wir vielleicht bald endlich von Motoren hören, die mit Holz- oder Solarenergie betrieben werden, mit einem Wirkungsgrad von 60-70%. Und auch wenn sie größenmäßig nicht mit Verbrennungsmotoren mithalten können, können sie für die Erzeugung von günstigem Strom sorgen. Und dies wiederum kann dazu beitragen, die Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Nun, in Kombination mit Pyrolysekesseln, die Verbreitung finden, kann dies zu einer vollständigen Autonomie in der Energieversorgung von Wohnungen führen (insbesondere bei neuen Häusern, die einen erheblichen Anschluss an das Stromnetz und die Gasleitung erfordern).

Sowas in der Art. Über Kritik an meinen Berechnungen würde ich mich freuen.

Gepostet auf der Website am 12.03.2009.

5 VORWORT DER ABTEILUNG PROGNOSEN

Guten Tag, liebe Leser.

Unsere Themenreihe zum Thema Auto wäre nicht vollständig, wenn wir nicht das Auto am Motor betrachten würden extern Verbrennung, die 1816 vom schottischen Priester Robert Stirling erfunden wurden.

Das Motiv für den Erfinder war die große Zahl von Verletzungen, die Arbeiter in den Fabriken der Ära der industriellen Revolution in England erlitten.

Die Technikgeschichte berichtet nur von einem Erlebnis im Automobilbau

basierend auf der Verwendung dieses Motors. Dies geschah 1972. Ich habe keine Bilder von diesem Auto gefunden, aber ich fand ein sehr interessanter Artikel Russian Innovation Center, das ich Ihnen heute gerne vorstelle.

Zur qualifizierten Lektüre schlage ich einen kleinen allgemeinbildenden Exkurs in diesen Bereich vor, den ich in Form einer Zusammenfassung mehrerer Zitate gestaltet habe.

Die Wärmequelle erwärmt das Gas auf der rechten Seite des Wärmetauscherzylinders. Das Gas dehnt sich aus und übt durch das Rohr Druck auf den Arbeitskolben aus. Der Kolben bewegt sich nach unten, drückt die Pleuelstange und dreht das Schwungrad. Gleichzeitig bewegt sich der Verdrängerkolben nach rechts. Er verdrängt Gas aus dem beheizten Teil des Wärmetauscherzylinders in seinen kalten Teil, der mit Kühlrippen versehen ist. Der Wärmetauscherkolben ist mit wärmeisolierendem Material gefüllt. Das Gas kühlt ab und erzeugt eine Gegenkraft auf den Arbeitskolben, der Kolben steigt und der Zyklus wiederholt sich von Anfang an.

Stirlingmotor, Motor mit äußerer Verbrennung, Motor mit externer Versorgung und Rückgewinnung von thermischer Energie, die in nutzbare mechanische Arbeit umgewandelt wird. S. d. benannt nach Englischer Erfinder R. Stirling (R. Stirling; 1790-1878), der 1816-40 einen offenen Kreislaufmotor entwickelte, der mit erhitzter Luft betrieben wurde. Der Motor hatte einen unvollkommenen Regenerator (Wärmetauscher), war sperrig und schwer, weshalb er nicht verwendet wurde. Die moderne S. d. arbeitet mit einem geschlossenen regenerativen Kreislauf (dem Stirling-Kreisprozess), der aus sukzessive abwechselnd zwei isothermen und zwei isochoren Prozessen besteht. Das Arbeitsmedium von S. d. - Helium oder Wasserstoff unter Druck 10-14 MN/m2 (100—140 kgf/cm2) — befindet sich in einem geschlossenen Raum und wird während des Betriebs nicht ausgetauscht, sondern ändert nur beim Erhitzen und Abkühlen sein Volumen. Der Regenerator teilt diesen Raum gewissermaßen in obere (heiße) und untere (kalte) Hohlräume (Abb. 1). Wärme wird dem oberen Hohlraum von der Heizung zugeführt, und Wärme wird aus dem unteren Hohlraum durch einen Kühler entfernt, in dem Wasser zirkuliert. Im C.-Zylinder befinden sich 2 Kolben - ein Arbeits- und ein Verdränger. Die heißen und kalten Hohlräume sind durch Kanäle miteinander verbunden, die durch die Heizung, den Regenerator und den Kühler verlaufen. Der Arbeitszyklus des SD wird in 4 Zyklen durchgeführt (Abb. 2).

Das Leistungsgewicht des Stirlingmotors ist vergleichbar mit dem des Dieselmotor turboaufgeladen. Die spezifische Ausgangsleistung entspricht der eines Dieselmotors. Das Drehmoment ist nahezu unabhängig von der Drehzahl. Der Stirlingmotor reagiert ähnlich wie ein Dieselmotor auf Lastwechsel, erfordert aber eine komplexere Steuerung, er ist komplexer als herkömmliche Wärmekraftmaschinen. Die Herstellungskosten sind höher als die Herstellungskosten eines Verbrennungsmotors, die Betriebskosten sind jedoch viel geringer

Technologien, die 1816 vom Schotten Robert Stirling entwickelt wurden, funktionieren noch heute! Der Stirling-Zyklus verwendet eine externe Wärmequelle, die alles sein kann, von der Verbrennung von Benzin, Solarenergie oder sogar von Kompostbakterien erzeugter Wärme. Es findet keine Kraftstoffverbrennung in den Zylindern statt !!! Die Hauptqualitäten des Stirlingmotors sind Effizienz, niedrige Geräusch- und Vibrationspegel während des Betriebs, die Fähigkeit, verschiedene Arten von Kraftstoffen zu verwenden, und geringe Toxizität der Abgase. Heutzutage werden Stirlingmotoren nur noch in einigen sehr speziellen Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise in U-Booten oder dergleichen Hilfsgeneratoren auf Yachten, wo Stille erforderlich ist.

Stirlingmaschinen sind Maschinen, die in einem geschlossenen thermodynamischen Kreislauf arbeiten, in dem zyklische Kompressions- und Expansionsvorgänge auf unterschiedlichen Temperaturniveaus ablaufen und die Strömung des Arbeitsmediums durch Volumenänderung gesteuert wird. Als Arbeitsmedium werden gasförmige Naturstoffe (Helium, Stickstoff, trockene Luft etc.) verwendet. Der thermodynamische Zyklus der fraglichen Maschinen wurde 1816 von dem Schotten Robert Stirling vorgeschlagen. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts hat sich der Begriff „Stirlingmaschine“ sowohl in der klassischen Thermodynamik als auch im Alltag durchgesetzt. Der Stirling-Zyklus besteht aus zwei Isothermen und zwei Isochoren. Das Vorhandensein von zwei Isothermen bestimmt die Gleichheit des thermodynamischen Wirkungsgrads des idealen Stirling-Kreisprozesses und des Carnot-Kreisprozesses. Daher gehören Stirling-Kreismaschinen zu den effizientesten Maschinen der Welt. Zu den Vorteilen von Maschinen, die nach dem Stirling-Zyklus arbeiten, gehören: ein hohes Maß Umweltverträglichkeit sowohl der Arbeitskörper von Stirlingmaschinen als auch der bei ihrem Betrieb anfallenden Abfallstoffe sowie Energieeffizienz.

Stirlingmaschinen sind eine neue vielversprechende Richtung in der Entwicklung der Haustechnik.

Bis vor kurzem erfüllten autonome Energieversorgungssysteme, die traditionelle thermomechanische Einheiten verwendeten, den bestehenden Entwicklungsstand von Gesellschaft und Technologie. Allerdings ist die bundesweite Verschärfung globale Probleme Erfordernis einer dringenden Lösung (Erschöpfung der natürlichen Ressourcen; drohende Energiekrise; Umweltverschmutzung; Verringerung der Ozonschicht der Erde; die Verstärkung des "Treibhauseffekts" usw.) führten dazu, dass Ende des 20. Jahrhunderts eine Reihe wichtiger internationaler und russischer Gesetzgebungsakte in den Bereichen Ökologie, Naturmanagement und Energieeinsparung verabschiedet werden mussten. Die Hauptanforderungen dieser Gesetze zielen darauf ab, die CO2-Emissionen zu reduzieren, die Produktion von ozonabbauenden Stoffen und R-12-Freon als Kältemittel für Dampfkompressions-Kältemaschinen (VCR) zu stoppen, Ressourcen und Energie zu sparen und Fahrzeuge auf umweltfreundliche Motoren umzustellen Kraftstoffe usw.

Der enorme Umfang, der Anstieg der Produktionskosten von Brennstoffen und Energieressourcen und die zunehmende Umweltverschmutzung haben die Aufgabe hervorgehoben, neue Technologien zur Energieumwandlung zu finden, neue Geräte auf der Grundlage hocheffizienter thermodynamischer Kreisläufe zu entwickeln und neue Arten von Brennstoffen zu verwenden , neue Arbeitsflüssigkeiten usw., das heißt, solche umweltfreundlichen Energiesysteme zu schaffen, die den Bedarf der Industrie und der Bevölkerung mit minimalen Kosten für materielle Ressourcen decken würden. Neben anderen Ansätzen zur Lösung der Umwelt- und Energieprobleme der Russischen Föderation ist der vielversprechendste Weg die Entwicklung und breite Einführung von Energieumwandlungssystemen auf der Grundlage von Maschinen, die im direkten und umgekehrten Stirling-Zyklus (Stirling-Maschinen) arbeiten.

Gegenwärtig ist eine große Anzahl von Anordnungsdiagrammen und Designs von einzelnen Komponenten von Stirlingmaschinen entwickelt worden. So sind allein mehr als 18 Antriebsarten bekannt. Die am weitesten verbreiteten Stirlingmaschinen werden jedoch nach a, b, g - Schemata hergestellt. Strukturell sind Stirlingmaschinen gute Kombination in einer einheit kompressor, expander und wärmetauscher: ladewärmetauscher (erhitzer oder kondensator), regenerator und kühler.

Auf den neuesten europäischen und weltweiten Foren auf aktuellen Zustand und Aussichten für die Entwicklung von Maschinen, die nach dem Stirling-Zyklus arbeiten, wurde festgestellt, dass die Technologie zur Herstellung von Stirling-Maschinen im Ausland vollständig beherrscht wird. Probleme der Abdichtung von beweglichen Teilen, Materialauswahl, Löten von Wärmetauschern usw. wurden gelöst. Angesichts dessen ist neben der traditionellen Nutzung von Stirlingmotoren und kryogenen Maschinen für militärische Zwecke (Rückkondensation niedrigsiedender Flüssigkeiten, Kühlung von Infrarotstrahlungsdetektoren, anaerobe autonome Stromversorgungssysteme usw.) der Einsatz von Stirling vielversprechend Kältemaschinen auf mäßigem Kälteniveau für die Lebensmittellagerung, Produkte und Klimaanlagen, Einsatz von Stirlingmotoren in Blockheizkraftwerken, Wärmepumpen in Fernwärmeanlagen etc.

Eine Bestätigung für das wachsende Interesse an Stirlingmaschinen ist die Tatsache, dass seit 1982 alle zwei Jahre eine internationale Konferenz über Stirlingmotoren und in Osnabrück (Deutschland) alle zwei Jahre das Europäische Forum für Stirlingmotoren stattfindet. Darüber hinaus findet in den Vereinigten Staaten jährlich eine Konferenz zur Umwandlung verschiedener Energiearten statt, auf der die Sektion Stirlingmotoren tätig ist. In Großbritannien wurde eine Gesellschaft zum Studium von Stirlingmotoren gegründet, deren Mitglieder über 300 Wissenschaftler aus der ganzen Welt sind. Seit 1996 veröffentlicht die Gesellschaft vierteljährlich das Magazin UK Stirling News. In den Vereinigten Staaten erscheint seit 1978 vierteljährlich das Magazin Stirling Machine World. Jährlich erscheinen ein oder zwei Bücher über Stirlingmaschinen.

Die Hauptmerkmale des Stirling-Zyklus sind:

Der Kreislauf ist durch zeitlich instationäre Parameter der Strömung des Arbeitsmediums an jedem Punkt des Systems gekennzeichnet. In der Praxis bedeutet dies, dass eine Stirlingmaschine, deren Arbeitsräume in einem Volumen zusammengefasst sind, zwangsläufig eine Maschine mit periodisch wechselnden Kompressions- und Expansionsvolumina sein muss, d.h. Kolbenmaschine. Vor diesem Hintergrund sind die überwiegenden Einsatzgebiete solcher Maschinen kleine und mittlere Leistungen;
- Der Zyklus ist nur für die Arbeit mit einem gasförmigen Arbeitsmedium bestimmt. Damit die Abmessungen der Maschinen bei einer bestimmten Leistung akzeptabel sind und der äußere und innere Wärmeaustausch des Arbeitsmediums unter diesen Bedingungen ausreichend effizient ist, muss der Druck in der Maschine deutlich höher sein als der atmosphärische Druck. Aus den gleichen Gründen muss das Arbeitsfluid eine niedrige Viskosität, möglicherweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität haben, die wenig vom Druck abhängig ist (ansonsten gibt es große Eigenverluste im Regenerator aufgrund unterschiedlicher thermischer Äquivalente der Wärmeaustauschströme);
- im Wärmerückgewinnungszyklus ermöglicht es, in einem breiten Temperaturbereich (obere und untere Temperatur des Zyklus) bei relativ kleinen Verhältnissen von Kompressions- und Expansionsdrücken zu arbeiten;
- Zur Umsetzung des Kreislaufs können Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Luft und andere gasförmige Stoffe als Arbeitskörper verwendet werden. Die Verwendung von Gasen mit einem hohen Wert der Gaskonstante (R), wie z. B. Wasserstoff oder Helium, als Arbeitsmedium ermöglicht es, in Stirling-Maschinen einen Exergie*-Wirkungsgrad zu erzielen. über 50%;
- die Universalität des Zyklus, auf dessen Grundlage es möglich ist, sowohl Konverter des direkten Zyklus als auch des umgekehrten Zyklus zu erstellen.

· (KP-Anmerkung. Zu „Exergie-Analyseverfahren“: Dies ist ein Ansatz, der auf der Verwendung thermodynamischer Potentiale bei der Analyse von Energieumwandlungsprozessen in einem System basiert, siehe , , .)

Der Stirling-Kreisprozess im Direktkreislauf-Konverter besteht aus vier Prozessen: - dem Prozess der isothermen Verdichtung, die Wärme des Arbeitsmediums mit der Temperatur T com wird an die Umgebung abgegeben; - Prozess bei konstantem Volumen, Wärme von der Regeneratordüse wird auf das Arbeitsmedium übertragen; - der Prozess der isothermen Expansion, Wärme von einer externen Quelle mit einer Temperatur T max wird auf das Arbeitsmedium übertragen; - Prozess bei konstantem Volumen, die Wärme des Arbeitsmediums wird auf die Regeneratordüse übertragen.

Der Stirling-Kreisprozess im Umkehrzyklus-Konverter besteht ebenfalls aus vier Prozessen. Der Unterschied zum Motor besteht darin, dass die Temperatur der externen Quelle, aus der während des Expansionsprozesses Wärme zugeführt wird, niedriger ist als die Temperatur des Arbeitsmediums, das während des Kompressionsprozesses Wärme abführt. Bei einem Chiller wird dem kalten Hohlraum in einem 3'-4'-Expansionsprozess Wärme entzogen. Die Verdichtungsarbeit (Bereich 1-2-5-6) ist für Motor und Kühler gleich. Die Expansionsarbeit (Fläche 4'-3'-5-6) im Kühler ist geringer als die Kompressionsarbeit, und um diesen Zyklus zu implementieren, wird Energie von einer externen Quelle benötigt, die einer Fläche von 1-2 entspricht -3'-4'. Beim Übergang vom Kompressionsraum zum Expansionsraum im Prozess 2-3' sinkt die Temperatur des Arbeitsmediums, im Prozess 4'-1 steigt sie entsprechend an.

Maschinen mit direktem Stirling-Zyklus - Stirling-Motor

Der Stirlingmotor gilt in weltweiten Bewertungen der Energieumwandlungstechnologie als der Motor mit dem größten Potenzial für Energieumwandlung weitere Entwicklung. Niedriges Niveau Lärm, geringe Toxizität der Abgase, die Fähigkeit, mit verschiedenen Kraftstoffen zu arbeiten, lange Lebensdauer, vergleichbare Abmessungen und Gewicht, gute Leistung Drehmoment - all diese Parameter ermöglichen es Stirlingmaschinen bald die Verbrennungsmotoren (ICE) deutlich vorantreiben. Der Stirlingmotor gehört zur Klasse der Motoren mit externer Wärmezufuhr (DVPT). Dabei findet bei Stirlingmotoren im Vergleich zu Verbrennungsmotoren der Verbrennungsprozess außerhalb der Arbeitszylinder statt und verläuft ausgeglichener, der Arbeitszyklus wird in einem geschlossenen internen Kreislauf bei relativ geringen Druckanstiegsgeschwindigkeiten im Motor durchgeführt Zylinder, die reibungslose Natur der thermohydraulischen Prozesse des Arbeitsfluids des internen Kreislaufs, in Abwesenheit eines Gasverteilungsventilmechanismus. Es sollte beachtet werden, dass in der Nähe ausländische Firmen Motorenproduktion gestartet technische Eigenschaften die bereits von Verbrennungsmotoren und Gasturbineneinheiten (GTUs) übertroffen werden.

90° V-Zweizylinder-Stirlingmotor der deutschen Firma SOLO „SOLO Stirling 161“

Der Stirlingmotor ist aufgrund seines theoretischen Wirkungsgrades eine einzigartige Wärmekraftmaschine maximale Effizienz Wärmekraftmaschinen (Wirkungsgrad des Carnot-Kreises). Es funktioniert durch thermische Expansion des Gases, gefolgt von Kompression des Gases, nachdem es abgekühlt ist. Der Stirlingmotor enthält ein konstantes Arbeitsgasvolumen, das sich zwischen dem "kalten" Teil (normalerweise bei Umgebungstemperatur) und dem "heißen" Teil bewegt, der normalerweise durch Verbrennen von Kraftstoff oder einer anderen Wärmequelle erhitzt wird. Die Wärme wird von außen erzeugt, daher wird der Stirlingmotor als Motor mit äußerer Verbrennung eingestuft. Zu Beginn der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts wurden Arbeiten zur Herstellung von Stirlingmotoren von so bekannten Unternehmen wie Philips (Niederlande), General Motors Co, Ford-Motor Co“, „NASA Lewis Research Center“, „Los Alamos National Laboratory“ (USA), „MAN-MBW“ (Deutschland), „Mitsubishi Electric Corp.“, „Toshiba Corp.“ (Japan). In den letzten zehn Jahren wurde auch bei Daimler Benz und Cummins Power Generation (CPG) und einer Reihe anderer großer Unternehmen mit der Entwicklung von Stirlingmotoren begonnen.

Maschinen, die nach dem umgekehrten Stirling-Zyklus arbeiten, sind Stirling-Kältemaschinen.

Eine der vielversprechendsten Richtungen in der Entwicklung der Kältetechnik im 21. Jahrhundert ist die Schaffung und Verwendung von mäßig kalten Stirling-Kältemaschinen (CMS UC). Theoretisch entspricht der Wirkungsgrad von mäßig kalten Stirling-Kältemaschinen dem Wirkungsgrad einer idealen Kältemaschine, die nach dem Carnot-Kreisprozess arbeitet. Stoffe, die die Anforderungen des Wiener Übereinkommens zum Schutz der Ozonschicht und des Montrealer Protokolls über ozonabbauende Stoffe vollständig erfüllen, können als Arbeitsflüssigkeiten für Reverse-Cycle-Stirling-Maschinen verwendet werden. Daher würde die flächendeckende Einführung von Stirling-Kältemaschinen mit mäßiger Kälte in naher Zukunft es ermöglichen, im Komplex „Effizienz + Umweltfreundlichkeit“ das Problem angemessen zu lösen modernen Anforderungen Kühlsysteme. Das moderne Fertigungsspektrum dieser Maschinen reicht von 1 bis 100 kW, was den Einsatz in Kälteanlagen in vielen Bereichen der Industrie und des Handwerks sicherstellt. Die Vorteile von CMS UC sind: hoher Leistungskoeffizient, große Auswahl Einsatz im Bereich mäßiger Kälte (von 0 bis -80 0С) und ökologischer Sauberkeit von Arbeitsflüssigkeiten (Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Luft). Im Ausland hat bereits die Serienproduktion von mäßig kalten Stirling-Kältemaschinen in Bezug auf Effizienz und Umweltfreundlichkeit begonnen, die bestehende Kältemaschinen mit anderen Kreisläufen, einschließlich Dampfkompressionskältemaschinen, übertreffen.

Eine Analyse moderner ausländischer wissenschaftlicher und technischer Informationen lässt uns feststellen, dass in den Industrieländern in den letzten 10 Jahren intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeiten begonnen haben, um die Massenproduktion von Stirling-Kältemaschinen vorzubereiten. Neue Kühlgeräte, die Maschinen dieses Zyklus verwenden, haben bereits begonnen, auf ausländischen Märkten Fuß zu fassen. Ein markantes Beispiel für die Aussichten von Stirling-Kältemaschinen ist der Beginn der Massenproduktion von Haushaltskühlschränken auf Basis von Stirling-Kältemaschinen mit Linearantrieb durch einen Giganten wie den südkoreanischen Konzern LG Electronic Inc. seit 2004.

Probleme bei der Herstellung hocheffizienter Stirlingmaschinen.

Ausländische Erfahrungen bei der Herstellung moderner Hochleistungs-Stirlingmaschinen zeigen, dass ohne genaue mathematische Modellierung von Arbeitsprozessen und optimale Auslegung der Hauptkomponenten die Feinabstimmung konstruierter Maschinen zu einer langwierigen, anstrengenden experimentellen Forschung wird. Gegenwärtig stützen sich westliche Firmen, die Entwicklungen in diesem Bereich anführen, hauptsächlich auf die theoretische und experimentelle Forschung ihrer wissenschaftlichen Abteilungen, technischen Universitäten oder gründen Technologieparks für die Entwicklung bestimmter Arten von Stirlingmaschinen. Dies ist ferner die Komplexität des Designs einzelner Einheiten, Probleme im Bereich der Dichtungen, der Leistungssteuerung usw. Die Gestaltungsmerkmale werden von den eingesetzten Arbeitsgremien bestimmt. So hat z. B. Helium Suprafluidität, was die erhöhten Anforderungen an Dichtelemente der Arbeitskolben, Verdrängerstange etc. bestimmt. Die Bildung des Erscheinungsbildes vielversprechender Stirlingmaschinen, die für die Produktion bestimmt sind, ist ohne die Entwicklung neuer technischer Lösungen für die Hauptkomponenten unmöglich. Das dritte Problem ist das hohe Niveau der Produktionstechnologie. Dieses Problem ist mit der Notwendigkeit verbunden, hitzebeständige Legierungen und Nichteisenmetalle in Stirlingmaschinen, deren Schweißen und Löten zu verwenden. Ein separates Thema ist die Herstellung eines Regenerators und von Düsen dafür, um einerseits eine hohe Wärmekapazität und andererseits einen geringen hydraulischen Widerstand zu gewährleisten. All dies erfordert hochqualifiziertes Personal und moderne technologische Ausstattung.

Wenn wir abschließend über die Probleme bei der Herstellung von Stirling-Maschinen sprechen, müssen zwei Schlussfolgerungen gezogen werden:
- die hohe Wissensintensität auf diesem Technologiegebiet ist das Haupthindernis für die weitverbreitete Verwendung von Maschinen, die nach dem Stirling-Zyklus arbeiten;
- Der Erfolg bei der Schaffung wettbewerbsfähiger Stirlingmaschinen auf dem Weltmarkt kann nur durch Synthese erreicht werden hohes Level wissenschaftliche Forschung, sorgfältiges Designstudium der Hauptkomponenten von Stirling-Maschinen und fortschrittliche Produktionstechnologie.

Analyse der heimischen Entwicklungen auf dem Gebiet der Stirlingmaschinen.

Die Aussichten für die Produktion und breite Anwendung von Stirling-Maschinen in verschiedenen Bereichen der heimischen Wirtschaft sind auf die Präsenz von mehr als 30 Jahren technologischer Erfahrung in Russland bei der Herstellung von kryogenen Stirling-Gasmaschinen zurückzuführen. Hersteller Kühlgeräte mit kryogenen Stirlingmaschinen sind JSC " Maschinenbauwerk"Arsenal", NPO "Geliymash" usw. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die von diesen Unternehmen hergestellten KGM Stirling nicht sind heimische Entwicklungen, sondern Kopien von kryogenen Maschinen, die zuvor von den niederländischen Firmen N.V. Philips Gloeilampenfabrieken (Philips) und Werkspoor hergestellt wurden.

In Russland wurden wiederholt Versuche unternommen, Haushalts-Stirlingmotoren und Kältemaschinen herzustellen, die jedoch aufgrund fehlender angemessener Berechnungsmethoden und finanzieller Schwierigkeiten keinen ernsthaften Erfolg hatten. So führte AOZT "ARSMASH" von 1991 bis 1994 Arbeiten zur Untersuchung vielversprechender Kühlaggregate für Kühlfahrzeuge durch. Die Analyse ergab, dass nur die Stirling-Kältemaschine als erfolgversprechendste Kältemaschine fungieren kann. Vor diesem Hintergrund wurden Prototypen von Kältemaschinen mit einer Leistung von bis zu 5 kW erstellt, die im Bereich von 285 K bis 230 K arbeiten und in Bezug auf Effizienz sowie Gewichts- und Größeneigenschaften modernen PKHM für Kühlgeräte entsprachen . Designschätzungen und Designdokumentation für die Serienproduktion wurden entwickelt. Aufgrund der allgemeinen Konjunkturschwäche und der finanziellen Schwierigkeiten des Kunden wurde die Arbeit an diesem Projekt jedoch eingestellt.

1996 begannen im OJSC „Maschinenbauwerk „ARSENAL“ im Rahmen einer Vereinbarung mit SE GOKB „Prozhektor“ die Arbeiten zum Thema „Forschung und Entwicklung von elektrischen Einheiten auf Basis von Mehrstoff-Stirlingmotoren“. Das angegebene Thema wurde unter dem Code "Stirling" in die komplexe Forschungsarbeit "Peredvizhka" aufgenommen, die durch das Dekret der Regierung der Russischen Föderation vom 02.03.96 N 227-15 in die staatliche Anordnung aufgenommen wurde. Aufgrund fehlender realer Mittel aus dem Bundeshaushalt wurden diese Arbeiten nicht vollständig abgeschlossen.

In den Jahren 1997-1998 entwickelte OAO „MZ“ ARSENAL“ ein Dokumentenpaket für einen Antrag auf Aufnahme in das Bundesprogramm zur Umstrukturierung und Umwandlung von Verteidigungsunternehmen zum Thema: „Entwicklung und Produktionsaufbau von umweltfreundlichen Motoren mit externer Wärme Energieversorgung, Kühlschränke, Wärmepumpen und anaerobe Kraftwerke nach dem Stirling-Kreisprozess“. Das Projekt beinhaltete keine zusätzlichen Bauarbeiten, da geplant war, die Freigabe neuer Produkte durch Laden der freigegebenen nach Umstellung durchzuführen Produktionskapazität Fabrik. Bei erfolgreiche Umsetzung des oben genannten Projekts war geplant, bis 2004 eine Kleinserienfertigung von Stirlingmotoren und Kühlschränken mit einer Leistung von bis zu 100 kW aufzubauen. Diese Arbeiten wurden jedoch aufgrund fehlender Finanzierung noch nicht durchgeführt.

Derzeit hat sich eine ziemlich paradoxe Situation entwickelt, die darin besteht, dass Russland über langjährige Erfahrung und Technologie für die Herstellung von Stirlingmaschinen verfügt, aber keine Erfahrung hat eigene Entwicklungen, massenproduzierte Stirlingmaschinen. Diese Situation hauptsächlich aufgrund der Tatsache, dass in den letzten 15 Jahren in Russland aufgrund Wirtschaftskrise In vielen russischen Wissenschaftsorganisationen, in denen zuvor an der Herstellung von Stirlingmaschinen gearbeitet wurde, hat sich eine äußerst ungünstige Innovationsatmosphäre entwickelt, beispielsweise an der Moskauer Staatlichen Technischen Universität. Bauman, VNIIGT, OmPI (TU), Staatliche Technische Universität St. Petersburg (Polytechnische Universität), TsNIDI usw., das Studium wurde aufgrund finanzieller Schwierigkeiten vollständig eingestellt. Gleichzeitig wurden in den letzten 15 Jahren im Ausland die bedeutendsten Ergebnisse bei der Entwicklung hocheffizienter Stirlingmaschinen erzielt.

"Innovation- Forschungszentrum Stirling-Technologien.

In Anbetracht der Perspektiven von Stirling-Maschinen haben die Spezialisten des Stirling Technologies Innovation and Research Center in letzten Jahren Es wurden eine Reihe theoretischer und experimenteller Studien durchgeführt, in deren Ergebnis eine neue Methodik zum Entwerfen und Berechnen von Maschinen dieses Zyklus entwickelt wurde. Diese Methodik beinhaltet mehrere "Know-hows", darunter: ein einzigartiges Verfahren zur zweistufigen Multiparameter-Optimierung von Stirling-Maschinen; Struktursynthese von Stirlingmaschinen basierend auf der Methode der Funktional-Exergie-Analyse komplexer thermomechanischer Geräte; optimales Design basierend auf TRIZ (hervorgehoben durch den CP). Die entwickelte Methodik für die Konstruktion und Berechnung von Stirling-Maschinen ermöglicht es, die Zeit für die Erstellung neuer Arten von Stirling-Maschinen auf 1,5 bis 2 Jahre zu verkürzen, mit einer Effizienz, die den besten Analoga der Welt entspricht.

Auf der Grundlage der vorgeschlagenen technischen Lösungen reichten die Spezialisten des Stirling Technologies Innovation and Research Center LLC allein in den Jahren 1994-2003 mehr als 150 Anmeldungen für angebliche Erfindungen ein. Besonderes Augenmerk wurde auf die Untersuchung einzelner Komponenten von Stirlingmaschinen und deren Design sowie auf die Erstellung neuer schematischer Diagramme von Installationen verschiedener Art gelegt funktionaler Zweck. Die Praxis hat gezeigt, dass ein optimales Design die Gesamtstückkosten von Maschinen während ihrer Vorserien- und Massenproduktion erheblich senkt. Die vorgeschlagenen technischen Lösungen unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Stirlingmaschinen im Betrieb kostengünstiger sind, ermöglichen es, ihre wirtschaftliche Rentabilität im Vergleich zu herkömmlichen Energiewandlern zu steigern. Der weitere weit verbreitete Einsatz von Stirlingmaschinen wird mit der Entwicklung der Theorie zur Konstruktion von Mehrzylindermaschinen dieses Zyklus verbunden sein, die es ermöglichen wird, Motoren und Kühlschränke mit einer Leistung von bis zu 1000 kW herzustellen.

Blockheizkraftwerke mit Mehrstoff-Stirlingmotoren.

Stirling-Blockheizkraftwerk - neue Technologie zur kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme, basierend auf Stirlingmotoren, bei denen die Energie von Kühlwasser und Abgasen für die Wärmeversorgung der Verbraucher verwendet wird. Die Effizienz des Einsatzes des Stirlingmotors in Blockheizkraftwerken im Vergleich zum Verbrennungsmotor beruht auf der Besonderheit seines Wärmehaushalts. Der Wärmeverlust mit Abgasen und in das Kühlwasser für den Stirlingmotor beträgt 10 % bzw. 40 %, was den höheren Wirkungsgrad berücksichtigt. des Motors selbst ermöglicht den Aufbau kompakter und hocheffizienter Blockheizkraftwerke.

Blockheizkraftwerk mit einer Leistung von 9,5 kW elektrischer Energie und 30 kW thermischer Energie.

Vorteile des Einsatzes von Blockheizkraftwerken mit Stirlingmotoren, die mit lokalem Brennstoff in den Regionen der Russischen Föderation betrieben werden:

Unabhängigkeit von der Konjunktur des Öl- und Erdgasmarktes.
---Möglichkeit, lokale Unternehmen für die Herstellung von Ausrüstungen für die Beschaffung und Verarbeitung von lokalem Brennstoff zu laden.
--- Keine Notwendigkeit, Lagereinrichtungen für Kohlenwasserstoff-Brennstoffreserven und deren Transport zu schaffen.
--- Keine Notwendigkeit für die Verlegung und Wartung von Stromnetzen bei der Elektrifizierung abgelegener Gebiete.
---Erhebliche Reduzierung der Ausgaben der regionalen Budgets für den Kauf von importiertem Kraftstoff.
---Erhebliche Reduzierung der Kosten von Öl- und Gaskomplexunternehmen für den Kauf von importiertem Kraftstoff aufgrund der Verwendung von Erdölbegleitgas als Motorkraftstoff.

1..Die Kosten für 1 kWh Strom, der von einem KWK-Kraftwerk erzeugt wird, betragen 30 bis 50 Kopeken, was 2-3 mal günstiger ist als die bestehenden Tarife. (hervorgehoben durch CP)
2. Ungefähr 2 Mal erhöht sich die Ressource des Konverters des direkten Kreislaufs der KWK-Anlage im Vergleich zum Verbrennungsmotor.
3..Wenn Kraftstoff verbrannt wird, ist der CO-Gehalt in den behandelten Gasen dreimal niedriger und der Gehalt an NO und CH ist viel niedriger, was die strengsten Umweltstandards der Welt erfüllt.
4. Die Amortisationszeit für Blockheizkraftwerke beträgt 2,5 Jahre.

Modernisierung von Kesseleinheiten in einem Mini-BHKW auf Basis des Einsatzes eines Stirlingmotors.

LLC "IITs" Stirling Technologies "ist ein Unternehmen, das auf dem Gebiet der Schaffung hocheffizienter Innovationen für den Wärme- und Stromkomplex der Russischen Föderation tätig ist. Die Spezialisten des Unternehmens haben eine neue Technologie entwickelt, die weltweit ihresgleichen sucht, um vorhandene Heizkessel umzurüsten Stationen in Mini-BHKWs mit Stirlingmotoren umzuwandeln.

Beispielhaftes Anlagenlayout für die Modernisierung einer Kesseleinheit in einem Mini-BHKW basierend auf dem Einsatz einer Verwertungsanlage mit Stirlingmotor.

Ohne Änderung des bestehenden Designs der Wärmeversorgungskesselstation ermöglicht der Einbau eines Stirlingmotorheizers in den Schornstein der Kesseleinheit die Umwandlung der Wärme der Rauchgase in nutzbare mechanische und elektrische Energie. Die Nutzung der Abgaswärme durch einen Stirlingmotor ist der vielversprechendste Weg, den Wirkungsgrad einer Kesselanlage zu steigern. Die vorgeschlagene Technologie kann effektiv bei der Modernisierung von Kesselhäusern verschiedener Kapazitäten eingesetzt werden. Die dabei entstehende elektrische Energie kann sowohl zur Deckung des Strombedarfs für den Eigenbedarf des Kesselhauses als auch zur Stromerzeugung für das externe Stromnetz genutzt werden. Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Verwertungsanlagen mit Stirlingmotoren bei der Modernisierung von Kesselstationen zur Wärmeversorgung:
1. Die Kosten für 1 kWh Strom, der mit einer Stirlingmotor-Verwertungsanlage erzeugt wird, sind 8-mal günstiger als die bestehenden Tarife für die zentrale Stromversorgung.
2. Die Amortisationszeit für Investitionen in die Modernisierung von Kesselhäusern in Mini-BHKWs auf Basis des Einsatzes von Verwertungsanlagen mit Stirlingmotor beträgt je nach technischen und wirtschaftlichen Ausgangsdaten maximal 3 Jahre.

Die Nutzung von Biomasse in der Anwendung des Stirlingmotors.

Ein Beispiel für das Layout einer Festbrennstoffanlage mit einem Stirlingmotor von LLC "IITs" Stirling Technologies ".

Die deutsche Firma „SOLO Stirling Engine“ entwickelt Stirling-Kraft-Wärme-Kopplungssysteme unter Verwendung fester Brennstoffe, hauptsächlich Holz, steht jedoch vor einigen Schwierigkeiten, wie z. B. dem Entfernen von Schlacke aus der Brennkammer oder dem Verhindern des Sinterns von Brennstoffpartikeln. Untersuchungen mit dem Gasgenerator im Sommer 1998 zeigten, dass das dort produzierte Holzgas die Verbrennung von festen Brennstoffen und Teeren verbessert. Die Kombination eines Gasgenerators mit Stirling-Blockheizkraftwerken ist ein hocheffizientes Gerät, da das vom Gasgenerator erzeugte heiße Gas für Stirling-Blockheizkraftwerke nicht gekühlt werden muss.
Spezialisten des Innovations- und Forschungszentrums Stirling Technologies LLC in Russland entwickeln ebenfalls aktiv ähnliche Systeme und entwerfen beispielsweise eine Stromversorgung für eine Cottage-Stadt mit Stirlingmotoren, die mit Generatorgas aus Torf betrieben werden. Gleichzeitig werden Festbrennstoffanlagen mit Stirlingmotor entwickelt, die mit Hackschnitzeln, Kohle und Kohlenstaub, Torf, Schiefer, landwirtschaftlichen Abfällen und Gülle, Hausmüll usw. arbeiten.

Solarstromanlagen.

Solarversion des Motors "Stirling 161" der deutschen Firma SOLO Systems (EURODISH).

Die Solarversion des Stirling 161 Motors wird derzeit von mehreren Herstellern in verschiedenen Ausführungen eingesetzt. Auf dem spanischen Solarplateau de Almería sind seit 1997 6 Anlagen in Betrieb. Im Rahmen eines EU-geförderten Projektes in Kooperation mit Schlaich Bergermann und Partner und MERO Raumsysteme GmbH entsteht nun unter anderem eine neue Generation der 10 kW Dish Stirling Anlage. Ziel des Projektes ist es, die Investitionskosten auf 5.000 Euro / Kilowatt zu reduzieren. Gleichzeitig kommt die Stirling 161 mit Modifikationen an Receiver, Cavity und Rumpf wieder ins Spiel. Kenndaten der neuen Dish/Stirling-Anlage (EURODISH): Nennleistung SOLO „Stirling 161“ 10,0 kW brutto, Solarspiegeldurchmesser 8,5 m. In Alanya hat das Solar Energy Research Center der Türkei mit der Kombassan Holding ein Unternehmen gegründet, das darauf aufbaut Vorarbeit Cummins. Die Arbeiten sind sehr intensiv und zeigen gute Ergebnisse.

NACHWORT DER ABTEILUNG FÜR PROGNOSEN

Die Fragen, die ich habe, ergeben sich aus dem gewählten Kontext der Aufarbeitung der Geschichte der Automobilindustrie.

Kann diese technische Lösung in der aktuellen Realität der Wirtschaftskrise, in der alle versuchen zu „sparen“, wiederholt werden?

Betrachten Sie die Optionen:

1. Stirlingmotor als einziger Motor für ein Auto. Szenarioentwicklung „Allesfresser-Auto“.

Meine Antwort ist nein. Derzeit gibt es weltweit genug Öl und Gas. In der Produktion und Wartung von Benzin-Diesel-Verbrennungsmotoren sind so viele Menschen und Kapital beschäftigt, dass ich keinen ernsthaften Grund sehe, von dem Phänomen „Untergrabung“ zu sprechen.

2. Kann ein Hybrid nach dem „ANY Kraftstoff- Motor- Stirling - Elektromotor "?

Ein ganz ähnliches Szenario versuchte man 1965 in der Luftfahrt zu realisieren.

Das Flugzeug IL-18P selbst ist ein Mysterium. Ich habe das Gefühl, dass dies eine Art Streich oder absichtlich geschaffene Fehlinformation war, deren Durchsickern die Geldressourcen der Wettbewerber in eine ineffiziente Richtung lenken kann.

Solche Beispiele gab es in der Geschichte der Technik. Beispielsweise wurde Anfang der 70er Jahre beschlossen, die Computertechnologie in der UdSSR auf dem Weg großer virtueller Maschinen der EU-Serie zu entwickeln. Ich erinnere mich noch an den großartigen Aphorismus meines Lehrers in Assemblerprogrammierung: "Maschinen der EC-Serie sind das beste Beispiel für die wissenschaftliche und technische Sabotage der USA gegen die UdSSR."

Es war eine Sackgasse in der Entwicklung der Computertechnologie, die mittels Westliche Medien und die geschickten Aktionen der Geheimdienste wurden für uns zur Hauptsache und trugen zu unserem Rückstand in der Entwicklung der Computerproduktion bei. Viel Geld wurde "an der falschen Stelle" ausgegeben.

Vielleicht ist die Situation beim Dampfflugzeug ähnlich.

Die Antwort der KP auf Option 2 ist „kaum“. Die Begründung ist die gleiche wie bei Option 1.

3. Kann ein Hybrid nach dem Schema „ICE + thermische Energierückgewinnung mit einem Stirlingmotor“ gebaut werden? Beim Benzin Diesel-Verbrennungsmotor 70-75%

Die Energie im Kraftstoff wird in Wärme und Reibung umgewandelt.

Sofort gibt es eine Gabel, Unteroption A: zwei Arten von mechanischer Energie an Bord holen: vom Verbrennungsmotor und vom Stirling? Unteroption B: Holen Sie sich Mechanik vom Verbrennungsmotor und Strom für den Elektromotor an Bord.

Wenn Option B in das allgemeine Designkonzept vieler moderner passt Hybridautos, wo Erholungsprozesse als zielführend gelten, kann ich für Option A nicht viele Beispiele für nachhaltigen Erfolg nennen.

Diese Luftschiffe von 1958 und 1966 verwendeten ZWEI Typen Hubkraft: Archimedisch und vom Magnus-Effekt. Wie wir sehen können, erschienen diese technischen Lösungen nach dem Sonnenuntergang der Ära der Luftfahrt. Und wir wissen nichts über ihre wahren Eigenschaften. Nur die Fakten über die durchgeführte F&E.

Man kann natürlich sagen, dass ein Segelpropellerschiff oder ein Dampfer mit Schaufelrädern und Segeln gleichzeitig solche Beispiele sind, aber sie sind immer noch nicht ganz richtig, weil. Die Windenergie ist bei diesen Systemen immer noch im Supersystem angesiedelt und kann unabhängig genutzt werden, und Option A impliziert immer noch die Nutzung der thermischen Energie, die während des Betriebs im Fahrzeug entsteht.

Apropos Stirlingmotoren: Man darf hoffen, dass sie als Allesfresser-Kleinkraftwerke aus der Krise einen Entwicklungsschub erhalten, aber ins Auto „eindringen“ werden sie wohl kaum. Der Einschluss von Wasserstoff und Helium, das Eindringen dieser Substanzen durch Metallwände, ihre Auflösung im Metall ist alles andere als ein akademisches Phänomen, sondern ein ziemlich technisches. Enorme Betriebsdrücke in Kombination mit Transportvibrationen deuten auch auf große Probleme bei der Umgehung des Widerspruchs hin: "Es werden dicke Wände benötigt, um die Haltbarkeit zu erhöhen, aber dies verringert die Wärmeübertragungsfähigkeit der Wände und erhöht das Gewicht des Motors."

Wir haben überhaupt keine andere Eigenschaft dieser erstaunlichen Maschinen besprochen. Möglichkeit, sie als Wärmepumpen zu verwenden. Dies sind anschauliche Manifestationen des Prinzips der Inversion, das in der Geschichte aller Maschinen mit Erwärmung reichlich vorhanden ist, aber Sie können stundenlang darüber sprechen. Irgendwann machen wir dazu einen separaten Post.

Der Stirlingmotor, dessen Funktionsprinzip sich qualitativ von dem bei allen Verbrennungsmotoren üblichen unterscheidet, war einst der letzte würdiger Wettkampf. Allerdings vergaßen sie es für eine Weile. Wie dieser Motor heute verwendet wird, was das Funktionsprinzip ist (in dem Artikel finden Sie auch Zeichnungen des Stirlingmotors, die seinen Betrieb deutlich zeigen) und welche Aussichten für die zukünftige Verwendung bestehen, lesen Sie weiter unten.

Geschichte

1816 patentierte Robert Stirling in Schottland das heute zu Ehren seines Erfinders benannte. Vor ihm wurden die ersten Heißluftmotoren erfunden. Stirling fügte dem Gerät jedoch einen Reiniger hinzu, der in der Fachliteratur als Regenerator oder Wärmetauscher bezeichnet wird. Dank ihm stieg die Leistung des Motors, während das Gerät warm gehalten wurde.

Der Motor wurde als der langlebigste anerkannt Dampfmaschine der damals verfügbaren, da es nie explodierte. Vor ihm trat dieses Problem bei anderen Motoren häufig auf. Trotz seines schnellen Erfolgs wurde seine Entwicklung zu Beginn des 20. Jahrhunderts eingestellt, da er weniger wirtschaftlich wurde als andere Verbrennungsmotoren und Elektromotoren, die damals auftauchten. In einigen Branchen wurde Stirling jedoch weiterhin verwendet.

Externer Verbrennungsmotor

Das Funktionsprinzip aller Wärmekraftmaschinen besteht darin, dass zur Gewinnung von Gas in expandiertem Zustand größere mechanische Kräfte erforderlich sind als beim Komprimieren eines kalten. Um dies zu demonstrieren, können Sie ein Experiment mit zwei mit Kälte und Kälte gefüllten Töpfen durchführen heißes Wasser sowie eine Flasche. Letzteres wird in kaltes Wasser getaucht, mit einem Korken verschlossen und dann in heißes Wasser überführt. In diesem Fall beginnt das Gas in der Flasche, mechanische Arbeit zu leisten und den Korken herauszudrücken. Der erste Verbrennungsmotor basierte vollständig auf diesem Verfahren. Zwar erkannte der Erfinder später, dass ein Teil der Wärme zum Heizen genutzt werden kann. Dadurch hat sich die Produktivität deutlich erhöht. Aber auch dies trug nicht dazu bei, dass sich der Motor durchsetzte.

Später verbesserte Erickson, ein schwedischer Ingenieur, das Design, indem er vorschlug, Gas bei konstantem Druck statt Volumen zu kühlen und zu erhitzen. Infolgedessen wurden viele Exemplare für Arbeiten in Bergwerken, auf Schiffen und in Druckereien verwendet. Aber für die Besatzungen waren sie zu schwer.

Verbrennungsmotoren von Philips

Solche Motoren sind von den folgenden Typen:

• Dampf;
• Dampfturbine;
• Stirling.

Der letztere Typ wurde aufgrund geringer Zuverlässigkeit nicht entwickelt und der Rest ist nicht der beste Hochleistung im Vergleich zu anderen Arten von Aggregaten, die aufgetreten sind. Philips wurde jedoch 1938 wiedereröffnet. Motoren begannen, Generatoren in nicht elektrifizierten Gebieten anzutreiben. 1945 fanden die Ingenieure des Unternehmens die umgekehrte Verwendung für sie: Wird die Welle von einem Elektromotor gedreht, erreicht die Kühlung des Zylinderkopfs minus einhundertneunzig Grad Celsius. Dann entschied man sich, einen verbesserten Stirlingmotor in Kühlaggregaten einzusetzen.

Arbeitsprinzip

Die Wirkung des Motors besteht darin, an thermodynamischen Zyklen zu arbeiten, bei denen Kompression und Expansion bei unterschiedlichen Temperaturen stattfinden. In diesem Fall wird die Regulierung des Flusses des Arbeitsfluids aufgrund des sich ändernden Volumens (oder Drucks - je nach Modell) implementiert. Dies ist das Funktionsprinzip der meisten dieser Maschinen, die haben können verschiedene Funktionen und konstruktive Schemata. Motoren können Kolben- oder Rotationsmotoren sein. Maschinen mit ihren Einbauten arbeiten als Wärmepumpen, Kühlschränke, Druckerzeuger und so weiter.

Darüber hinaus gibt es Open-Cycle-Motoren, bei denen die Durchflussregelung über Ventile erfolgt. Sie werden neben dem gebräuchlichen Namen des Stirling-Namens Erickson-Motoren genannt. Im EIS nützliche Arbeit wird nach Vorkompression von Luft, Kraftstoffeinspritzung, Erwärmung des resultierenden Gemisches, gemischt mit Verbrennung und Expansion, durchgeführt.

Der Stirlingmotor hat das gleiche Funktionsprinzip: Bei niedrigen Temperaturen erfolgt eine Kompression und bei hohen Temperaturen eine Expansion. Die Erwärmung erfolgt jedoch auf unterschiedliche Weise: Wärme wird von außen durch die Zylinderwand zugeführt. Daher erhielt er den Namen des Verbrennungsmotors. Stirling nutzte einen periodischen Temperaturwechsel mit einem Verdrängungskolben. Letzterer bewegt Gas von einem Hohlraum des Zylinders zum anderen. Einerseits ist die Temperatur konstant niedrig, andererseits ist sie hoch. Wenn sich der Kolben nach oben bewegt, bewegt sich das Gas von einem heißen zu einem kalten Hohlraum, und wenn er sich nach unten bewegt, kehrt es zu einem heißen zurück. Zuerst gibt das Gas viel Wärme an den Kühlschrank ab, und dann erhält es so viel Wärme von der Heizung, wie es abgegeben hat. Zwischen der Heizung und dem Kühlschrank befindet sich ein Regenerator - ein mit einem Material gefüllter Hohlraum, an den das Gas Wärme abgibt. Im Gegenstrom führt es der Regenerator zurück.

Das Verdrängersystem ist mit einem Arbeitskolben verbunden, der das Gas bei Kälte komprimiert und bei Wärme expandieren lässt. Durch die Kompression bei niedrigerer Temperatur wird nützliche Arbeit geleistet. Das gesamte System durchläuft vier Zyklen mit intermittierenden Bewegungen. Der Kurbelmechanismus sorgt gleichzeitig für Kontinuität. Daher werden keine scharfen Grenzen zwischen den Phasen des Zyklus beobachtet und Stirling nimmt nicht ab.

In Anbetracht all dessen liegt der Schluss nahe, dass es sich bei diesem Motor um eine Kolbenmaschine mit externer Wärmezufuhr handelt, bei der das Arbeitsmedium den umschlossenen Raum nicht verlässt und nicht ausgetauscht wird. Die Zeichnungen des Stirlingmotors veranschaulichen das Gerät und das Funktionsprinzip gut.

Arbeitsdetails

Die Sonne, Strom, Atomkraft oder jede andere Wärmequelle kann einen Stirlingmotor mit Energie versorgen. Das Funktionsprinzip seines Körpers besteht darin, Helium, Wasserstoff oder Luft zu verwenden. Ein idealer Kreislauf hat einen thermisch maximal möglichen Wirkungsgrad von dreißig bis vierzig Prozent. Aber mit einem effizienten Regenerator wird es in der Lage sein, mit mehr zu arbeiten hohe Effizienz. Regeneration, Heizung und Kühlung erfolgen über eingebaute ölfreie Wärmetauscher. Es ist zu beachten, dass der Motor sehr wenig Schmierung benötigt. Der durchschnittliche Druck im Zylinder beträgt normalerweise 10 bis 20 MPa. Daher sind hier ein hervorragendes Dichtungssystem und die Möglichkeit des Öleintritts in die Arbeitsräume erforderlich.

Vergleichende Eigenschaften

Die meisten heute in Betrieb befindlichen Motoren dieser Art verwenden flüssigen Brennstoff. Gleichzeitig ist der kontinuierliche Druck einfach zu kontrollieren, was zur Reduzierung von Emissionen beiträgt. Das Fehlen von Ventilen gewährleistet einen geräuschlosen Betrieb. Das Leistungsgewicht ist mit aufgeladenen Motoren vergleichbar, und die Ausgangsleistungsdichte entspricht der eines Dieselaggregats. Drehzahl und Drehmoment sind unabhängig voneinander.

Die Herstellungskosten eines Motors sind viel höher als die eines Verbrennungsmotors. Aber während des Betriebs wird das Gegenteil erreicht.

Vorteile

Jedes Modell des Stirlingmotors hat viele Vorteile:

• Die Effizienz mit modernem Design kann bis zu siebzig Prozent erreichen.
• Der Motor hat kein System Hochspannungszündung, Nockenwelle und Ventile. Es muss während der gesamten Betriebsdauer nicht nachgestellt werden.
• In Stirlings gibt es keine Explosion wie in einem Verbrennungsmotor, der Kurbelwelle, Lager und Pleuel stark belastet.
• Sie haben diese Wirkung nicht, wenn sie sagen, dass "der Motor abgewürgt ist".
• Aufgrund der Einfachheit des Gerätes kann es lange betrieben werden.
• Es kann sowohl mit Holz als auch mit nuklearen und anderen Brennstoffen arbeiten.
• Die Verbrennung findet außerhalb des Motors statt.

Nachteile

Anwendung

Derzeit wird der Stirlingmotor mit Generator in vielen Bereichen eingesetzt. Es ist eine universelle elektrische Energiequelle in Kühlschränken, Pumpen, U-Booten und Solarkraftwerken. Es ist dem Gebrauch zu verdanken andere Art Kraftstoff hat die Möglichkeit seiner breiten Verwendung.

Wiedergeburt

Diese Motoren wurden dank Philips neu entwickelt. Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts schloss General Motors eine Vereinbarung mit ihm. Sie leitete Entwicklungen für den Einsatz von Stirlings in Weltraum- und Unterwassergeräten, auf Schiffen und Autos. Nach ihnen begann ein weiteres Unternehmen aus Schweden, United Stirling, sie zu entwickeln, einschließlich der möglichen Verwendung

Heute wird der lineare Stirlingmotor in Installationen von Unterwasser-, Weltraum- und Solarfahrzeugen eingesetzt. Großes Interesse daran besteht aufgrund der Relevanz der Themen Umweltzerstörung sowie Lärmbekämpfung. In Kanada und den USA, Deutschland und Frankreich sowie Japan wird aktiv nach der Entwicklung und Verbesserung seiner Verwendung gesucht.

Zukunft

Die offensichtlichen Vorteile, die Kolben und Stirling haben, bestehend aus einer langen Lebensdauer, der Verwendung unterschiedlicher Kraftstoffe, Geräuschlosigkeit und geringer Toxizität, machen es vor dem Hintergrund eines Verbrennungsmotors sehr vielversprechend. Angesichts der Tatsache, dass der Verbrennungsmotor im Laufe der Zeit verbessert wurde, kann er jedoch nicht einfach verdrängt werden. Auf die eine oder andere Weise ist es genau ein solcher Motor, der heute eine führende Position einnimmt und diese in naher Zukunft nicht aufgeben will.

Der einst berühmte Stirlingmotor geriet durch die weite Verbreitung eines anderen Motors (Verbrennungsmotor) lange Zeit in Vergessenheit. Aber heute hören wir immer mehr von ihm. Vielleicht hat er eine Chance, beliebter zu werden und seinen Platz darin zu finden neue Modifikation in der modernen Welt?

Geschichte

Der Stirlingmotor ist eine Wärmekraftmaschine, die im frühen neunzehnten Jahrhundert erfunden wurde. Der Autor war, wie Sie wissen, ein gewisser Stirling namens Robert, ein Priester aus Schottland. Das Gerät ist ein externer Verbrennungsmotor, bei dem sich der Körper in einem geschlossenen Behälter bewegt und ständig seine Temperatur ändert.

Durch die Verbreitung eines anderen Motorentyps geriet er fast in Vergessenheit. Trotzdem ist der Stirlingmotor (viele Laien bauen ihn zu Hause mit eigenen Händen) heute dank seiner Vorteile wieder zurück.

Der wesentliche Unterschied zu einem Verbrennungsmotor besteht darin, dass die Wärmeenergie von außen kommt und nicht wie bei einem Verbrennungsmotor im Motor selbst erzeugt wird.

Arbeitsprinzip

Man kann sich ein geschlossenes Luftvolumen vorstellen, das in einem Gehäuse mit einer Membran, also einem Kolben eingeschlossen ist. Wenn der Körper erhitzt wird, dehnt sich die Luft aus und arbeitet, wodurch der Kolben gewölbt wird. Dann kühlt es ab und es biegt sich wieder. Dies ist der Zyklus des Mechanismus.

Kein Wunder Thermoakustischer Motor Do-it-yourself-Stirling wird von vielen zu Hause hergestellt. Die Werkzeuge und Materialien dafür erfordern das Minimum, das jeder zu Hause hat. Betrachten Sie zwei verschiedene Wege wie einfach es ist zu erstellen.

Arbeitsmaterialien

Um einen Stirlingmotor mit eigenen Händen herzustellen, benötigen Sie folgende Materialien:

• Zinn;
• Stahlspeiche;
• Messingrohr;
• Säge;
• Datei;
• Holzständer;
• Metallschere;
• Befestigungsdetails;
• Lötkolben;
• Löten;
• Lot;
• Maschine.

Das ist alles. Der Rest ist eine Frage einfacher Technik.

Wie macht man

Aus Zinn werden eine Feuerbüchse und zwei Zylinder für den Sockel vorbereitet, aus denen der von Hand gefertigte Stirlingmotor bestehen wird. Die Abmessungen werden unabhängig ausgewählt, wobei die Zwecke berücksichtigt werden, für die dieses Gerät bestimmt ist. Angenommen, der Motor wird zu Demonstrationszwecken hergestellt. Dann beträgt der Hub des Hauptzylinders zwanzig bis fünfundzwanzig Zentimeter, nicht mehr. Die restlichen Teile sollten dazu passen.

An der Oberseite des Zylinders zum Bewegen des Kolbens sind zwei Vorsprünge und Löcher mit einem Durchmesser von vier bis fünf Millimetern angebracht. Die Elemente wirken als Lager für die Position der Kurbelvorrichtung.

Als nächstes wird der Arbeitskörper des Motors hergestellt (es wird zu gewöhnlichem Wasser). Zinnkreise werden an den Zylinder gelötet, der zu einem Rohr aufgerollt wird. In sie werden Löcher gebohrt und Messingrohre von fünfundzwanzig bis fünfunddreißig Zentimetern Länge und mit einem Durchmesser von vier bis fünf Millimetern eingesetzt. Am Ende prüfen sie, wie dicht die Kammer geworden ist, indem sie sie mit Wasser füllen.

Als nächstes kommt der Verdränger an die Reihe. Zur Herstellung wird ein Rohling aus Holz entnommen. Auf der Maschine erreichen sie, dass sie die Form eines normalen Zylinders hat. Der Verdränger sollte etwas kleiner als der Zylinderdurchmesser sein. Die optimale Höhe wird ausgewählt, nachdem der Stirlingmotor von Hand hergestellt wurde. Daher sollte die Länge in diesem Stadium einen gewissen Spielraum annehmen.

Aus der Speiche wird eine Zylinderstange. Machen Sie in der Mitte des Holzbehälters ein Loch, das für den Stiel geeignet ist, und führen Sie ihn ein. Im oberen Teil der Stange muss ein Platz für die Pleuelvorrichtung vorgesehen werden.

Dann nehmen sie viereinhalb Zentimeter lange Kupferrohre mit einem Durchmesser von zweieinhalb Zentimetern. Auf den Zylinder wird ein Kreis aus Zinn gelötet. An den Seiten der Wände ist ein Loch angebracht, um den Behälter mit dem Zylinder zu verbinden.

Auch der Kolben wird auf einer Drehbank von innen auf den Durchmesser des großen Zylinders eingestellt. Oben ist die Stange gelenkig verbunden.

Die Montage ist abgeschlossen und der Mechanismus eingestellt. Dazu wird der Kolben in einen größeren Zylinder eingesetzt und dieser mit einem weiteren kleineren Zylinder verbunden.

Auf einem großen Zylinder bauen sie auf Kurbelmechanismus. Fixieren Sie einen Teil des Motors mit einem Lötkolben. Die Hauptteile sind auf einem Holzsockel befestigt.

Der Zylinder wird mit Wasser gefüllt und eine Kerze unter den Boden gestellt. Der von Anfang bis Ende von Hand gefertigte Stirlingmotor wird auf Leistung geprüft.

Zweiter Weg: Materialien

Der Motor kann auf andere Weise hergestellt werden. Dazu benötigen Sie folgende Materialien:

• Zinn;
• Schaumgummi;
• Büroklammern;
• Festplatten;
• zwei Bolzen.

Wie macht man

Schaumgummi wird sehr oft verwendet, um einen einfachen, nicht leistungsstarken Stirlingmotor mit eigenen Händen zu Hause herzustellen. Daraus wird ein Verdränger für den Motor hergestellt. Schneiden Sie den Schaumkreis aus. Der Durchmesser sollte etwas kleiner sein als der der Blechdose, und die Höhe sollte etwas mehr als die Hälfte betragen.

In der Mitte der Abdeckung wird ein Loch für die zukünftige Pleuelstange gemacht. Damit es glatt geht, wird die Büroklammer zu einer Spirale gerollt und mit dem Deckel verlötet.

Der Schaumkreis in der Mitte wird mit einem dünnen Draht mit einer Schraube durchbohrt und oben mit einer Unterlegscheibe fixiert. Verbinden Sie dann ein Stück Büroklammer durch Löten.

Der Verdränger wird in das Loch am Deckel geschoben und das Gefäß wird durch Löten mit dem Deckel dicht verbunden. An der Büroklammer wird eine kleine Schlaufe angebracht und im Deckel ein weiteres, größeres Loch.

Das Blech wird zu einem Zylinder gerollt und verlötet und dann lückenlos an der Dose befestigt.

Aus der Büroklammer wird eine Kurbelwelle. Der Abstand sollte genau neunzig Grad betragen. Das Knie über dem Zylinder ist etwas größer als das andere.

Die restlichen Büroklammern werden zu Gestellen für die Welle. Die Membran wird wie folgt hergestellt: Der Zylinder wird in eine Polyethylenfolie gewickelt, durchgedrückt und mit einem Faden befestigt.

Die Verbindungsstange besteht aus einer Büroklammer, die in ein Stück Gummi gesteckt wird, und das fertige Teil wird an der Membran befestigt. Die Länge des Pleuels ist so bemessen, dass am unteren Schaftpunkt die Membran in den Zylinder eingezogen und am höchsten Punkt verlängert wird. Der zweite Teil der Pleuelstange wird auf die gleiche Weise hergestellt.

Dann wird einer auf die Membran geklebt und der andere auf den Verdränger.

Dosenbeine können auch aus Büroklammern hergestellt und gelötet werden. Für die Kurbel wird eine CD verwendet.

Hier ist der ganze Mechanismus. Es bleibt nur, eine Kerze darunter zu ersetzen und anzuzünden und dann durch das Schwungrad zu schieben.

Fazit

Dies ist der Niedertemperatur-Stirlingmotor (mit eigenen Händen gebaut). Im industriellen Maßstab werden solche Geräte natürlich ganz anders hergestellt. Das Prinzip bleibt jedoch gleich: Das Luftvolumen wird erwärmt und anschließend abgekühlt. Und das wiederholt sich ständig.

Schauen Sie sich zum Schluss diese Zeichnungen des Stirlingmotors an (Sie können es ohne besondere Fähigkeiten selbst machen). Vielleicht bist du schon Feuer und Flamme für die Idee und möchtest etwas Ähnliches machen?