Zeichnung eines Stirling-Verbrennungsmotors. Stirling-Motor

1. Der theoretische Wirkungsgrad kann anscheinend gleich sein Effizienz des Ideals 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, was die Tatsache rechtfertigt, dass Wärme von einem heißen Körper auf einen kalten übertragen wird, bis ihre Temperatur gleich ist, d Koeffizient ist 0,5). Einige Quellen erwähnen jedoch den Wärmeübergangskoeffizienten des Regenerators bis 0,98, ohne zu beschreiben, wie dies erreicht wird. Wo die Wahrheit ist, ist nicht klar.
2. Alpha Stirling (zwei Zylinder mit Kolben - heiß und kalt) hat Probleme mit der Schmierung des heißen Kolbens. Warum ist dieser spezielle Typ dann so beliebt?
3. Betta-styrlig (ein Zylinder, mit einem Verdränger im heißen Teil und einem Kolben im kalten) und Gamma-Styling (zwei Zylinder - heiß mit einem Verdränger und kalt mit einem Kolben) haben keine Probleme mit der Schmierung, da Reibung gegen die Wände ist nur im kalten Zylinder , und der Verdränger hat ein Spiel von den Zylinderwänden und braucht keine Schmierung. Das heißt, solche Motoren können mit arbeiten großer Unterschied Temperaturen, also mit hoher Effizienz. Aber aus irgendeinem Grund gelten sie als weniger vielversprechend als Alpha-Stirlings.

Ein wichtiger Indikator, der den Wirkungsgrad beeinflusst, ist außerdem die Zykluszeit (Anzahl der Umdrehungen) – je mehr, desto besser die Wärmeübertragung und desto höher der Wirkungsgrad. Gleichzeitig gibt es aber einen „Wettlauf um den Umsatz“, der nur schwer mit anderen als Marketinginteressen zu rechtfertigen ist. Das heißt, der Grund wie "Verlust im Getriebe bei niedrigen Drehzahlen" hält der Kritik nicht stand - solche Verluste werden nur prozentual berechnet und die Effizienzsteigerung kann mehr als 10-30% betragen. Daher scheinen die Entwickler nach weiteren Eigenschaften wie Leistungsdichte und Drehzahl zu jagen, um den "Stirlings" des Verbrennungsmotors entgegenzuwirken und die Effizienz zu opfern.

Aber man kann vorerst mit Verbrennungsmotoren im Verkehr Rennen fahren und sich auf stationäre Stirling-Motoren konzentrieren, um deren Wirkungsgrad zu steigern und die Baukosten zu senken. Diese Motoren, die mit jeder Art von Kraftstoff betrieben werden, einschließlich Solarenergie, können in Zukunft mithalten Solarplatten... Und sie haben gute Perspektiven im Bereich der erneuerbaren Energien, einschließlich des Holzbrennstoffs, der in mehreren Jahrzehnten durch Sonnenenergie "wiederhergestellt" wird. Die Allesfresser-Natur dieser Motoren ermöglicht es wiederum, kombinierte Kraftwerke (einschließlich Haushaltskraftwerken) zu schaffen - solange es die Sonne gibt, wird sie mit Sonnenenergie betrieben, wenn nicht, dann mit festen Brennstoffen.

Wahre Leistung hohe Effizienz, dies ist nicht die einzige Richtung, für die es sich zu kämpfen lohnt. Stirling-Motoren haben einen weiteren Nachteil - da sich die Wärmequelle außerhalb des Motorvolumens befindet und das Arbeitsfluid (Gas) eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat, stellt sich heraus, dass sich nur das Gas an den Zylinderwänden befindet . Dies bedeutet, dass das Verhältnis von Leistungssteigerung zu Zylindervolumenzunahme im umgekehrten quadratischen Verhältnis steht. Das heißt, um die Leistung um das 5-fache zu erhöhen, ist es notwendig, das Volumen des Zylinders um das 25-fache zu erhöhen.
Deshalb, zu Beginn des "Stylings", mehr oder weniger leistungsstarke Motoren waren bei gleicher Leistung noch massiver als Dampfmaschinen. Dieses Problem wird nun gelöst, indem der Motor mit Gas unter hohem Druck gepumpt wird, dh die Masse des Arbeitsmediums nimmt bei gleichem Volumen zu. Aber auch dieser Weg ist eine Sackgasse - bei Motoren sind es mehr als ein paar Liter, auch hier gibt es das gleiche Problem, das quadratische Verhältnis von Volumenzuwachs zu Leistungszuwachs. Und die Probleme mit der Leckage des Arbeitsfluids bei Drücken von 100-200 Atmosphären sind schwer zu lösen.

Vor diesem Hintergrund scheint eine andere Lösung vielversprechender zu sein - das gesamte Gas im Inneren des Motors unabhängig von der Lautstärke zum Laufen zu bringen. Eine solche Lösung wurde trotz der Einfachheit der Implementierung erst kürzlich vorgeschlagen (Quelle - http://zayvka2016131416.blogspot.ru/) - um eine Pumpe oder einen Lüfter einzubauen, die Gasströme im Inneren des Motors erzeugen. Und analog zum Gebläse, das auf den Kühler bläst, wird die Kühlrate der Zylinderwände mit dem Arbeitsgas des Motors erhöht und die maximale Beteiligung dieses Gases an der Arbeit wird unabhängig von der Zylindergröße sichergestellt. Theoretisch sollte dies der Entwicklung von Stirling-Motoren einen Schub geben, da Sie damit relativ einfache und leistungsstarke Versionen dieser Motoren erstellen können.
Und wenn Sie Gewicht und Abmessungen nicht hinterherjagen Autoverbrennungsmotoren, dann hören wir vielleicht bald endlich von holz- oder solarbetriebenen Motoren mit einem Wirkungsgrad von 60-70%. Und lassen sie größenmäßig nicht mit dem Verbrennungsmotor konkurrieren, sondern sie können die Erzeugung von billigem Strom liefern. Und dies kann wiederum dazu beitragen, die Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Nun, in Kombination mit den weit verbreiteten Pyrolysekesseln kann dies zu einer vollständigen Autonomie bei der Energieversorgung von Wohnungen führen (insbesondere neue Häuser, die einen erheblichen Geldbetrag für den Anschluss an das Stromnetz und die Gaspipeline benötigen).

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

Das Grundprinzip des Betriebs des Stirlingmotors besteht darin, das Arbeitsmedium in einem geschlossenen Zylinder ständig abwechselnd zu erwärmen und zu kühlen. Als Arbeitsmedium dient in der Regel Luft, aber auch Wasserstoff und Helium werden eingesetzt.

Der Zyklus des Stirlingmotors besteht aus vier Phasen und ist in zwei Übergangsphasen unterteilt: Erwärmung, Expansion, Übergang zu einer Kältequelle, Abkühlung, Kompression und Übergang zu einer Wärmequelle. Somit dehnt sich das Gas im Zylinder beim Übergang von einer warmen Quelle zu einer kalten Quelle aus und zieht sich zusammen. Gleichzeitig ändert sich der Druck, wodurch Nutzarbeit gewonnen werden kann. Da theoretische Erklärungen viele Experten sind, ist es manchmal mühsam, ihnen zuzuhören, also gehen wir zu einer visuellen Demonstration der Sterling-Engine über.

So funktioniert der Stirling-Motor
1. Eine externe Wärmequelle erwärmt das Gas am Boden des Wärmetauscherzylinders. Der erzeugte Druck drückt den Arbeitskolben nach oben.
2. Das Schwungrad drückt den Verdrängerkolben nach unten und befördert dadurch die erwärmte Luft von unten in die Kühlkammer.
3. Die Luft kühlt ab und zieht sich zusammen, der Arbeitskolben geht nach unten.
4. Der Verdrängerkolben bewegt sich nach oben, wodurch die gekühlte Luft nach unten bewegt wird. Und der Zyklus wiederholt sich.

Bei einer Stirlingmaschine ist die Bewegung des Arbeitskolbens um 90 Grad gegenüber der Bewegung des Verdrängerkolbens verschoben. Je nach Vorzeichen dieser Verschiebung kann die Maschine ein Motor oder eine Wärmepumpe sein. Bei 0 Grad Verschiebung verrichtet die Maschine keine Arbeit (außer Reibungsverlusten) und erzeugt diese auch nicht.

Eine weitere Erfindung von Stirling, die die Effizienz des Motors erhöhte, war ein Regenerator, eine Kammer, die mit Draht, Granulat und Wellfolie gefüllt ist, um die Wärmeübertragung des vorbeiströmenden Gases zu verbessern (in der Abbildung wird der Regenerator durch Kühlrippen ersetzt). .

1843 verwendete James Stirling diesen Motor in einer Fabrik, in der er damals als Ingenieur arbeitete. 1938 investierte Philips in einen Stirling-Motor mit einer Kapazität von mehr als zweihundert Pferdestärke und eine Rendite von mehr als 30%.

Vorteile des Stirlingmotors:

1. Allesfresser. Sie können jeden Brennstoff verwenden, die Hauptsache ist, einen Temperaturunterschied zu erzeugen.
2. Niedriger Geräuschpegel. Weil die Arbeit auf Differenzdruck basiert Arbeitsflüssigkeit, und nicht beim Anzünden des Gemisches, dann das Geräusch im Vergleich zum Motor Verbrennungs deutlich niedriger.
3. Einfachheit des Designs, daher eine hohe Sicherheitsmarge.

All diese Vorteile werden jedoch in den meisten Fällen von zwei großen Nachteilen durchkreuzt:

1. Große Abmessungen. Das Arbeitsmedium muss gekühlt werden, was aufgrund der vergrößerten Kühler zu einer deutlichen Zunahme an Masse und Größe führt.
2. Geringe Effizienz. Wärme wird dem Arbeitsmedium nicht direkt, sondern nur durch die Wände der Wärmetauscher zugeführt, bzw. die Wirkungsgradverluste sind groß.

Mit der Entwicklung des Verbrennungsmotors ist der Stirling-Motor gegangen ... nein, nicht in die Vergangenheit, sondern in den Schatten. Es wird erfolgreich eingesetzt als Hilfskraftwerke auf U-Booten, in Wärmepumpen in thermischen Kraftwerken, als Wandler von Sonnen- und Geothermie in Strom, damit verbunden Weltraumprojekte zur Schaffung von Kraftwerken, die mit Radioisotopen-Brennstoff betrieben werden (radioaktiver Zerfall tritt mit der Freisetzung auf) der Temperatur, wer wusste es nicht) Wer weiß, vielleicht hat der Stirling-Motor eines Tages eine große Zukunft!

Heute über den Stirling-Motor.
(viele interessante Videos)
Teil 1.
Für sehr viele ist dies nicht bekannt, daher wird es viel Theorie geben.
Diese wunderbare Erfindung wird auch als externer Verbrennungsmotor bezeichnet.
Der Arbeitskolben ist mit Luft oder Gas gefüllt und wird von außen Wärme ausgesetzt.
Für einen solchen Motor wird also kein Benzin benötigt, er kann mit allem arbeiten, was Wärme, Sonne, Brennholz, Kohle, Gas, Öl, Kernbrennstoff erzeugt. Wo immer Sie den Temperaturunterschied abbekommen, gibt es Modelle, die schon ab Handwärme arbeiten.

Motorbetrieb bei Tassenhitze:

Es genügt zu sagen, dass Kühlschränke, Wärmepumpen und Klimaanlagen tatsächlich auch Stirling-Motoren sind, die nur in umgekehrte Richtung.

Industrielle Solaranlagen, bei denen das Sonnenlicht auf das Arbeitsfluid des Motors konzentriert wird, wodurch ein großer Temperaturunterschied entsteht.
Die Leistung solcher Anlagen erreicht 50-70 kW.

Der Wirkungsgrad solcher Motoren kann zwischen 5 bei herkömmlichen Modellen und 70 % bei Industrieversionen liegen, die unter einem Druck von 300 Atmosphären betrieben werden, was 50-70 % höher ist als bei Verbrennungsmotoren. Es genügt zu sagen, dass Stirling-Motoren in Raumfahrzeugen und den neuesten U-Booten verwendet werden.

Dies ist ein von der NASA für die Arbeit im Weltraum entwickeltes Triebwerk mit einer Leistung von 2500 kW.
Arbeitsflüssigkeit in Wasserstoff unter einem Druck von 300 Atmosphären.

Dann stellt sich die Frage, warum sich diese Wundererfindung nicht in jedem Haus und Hof lohnt,
Wann reicht es, die Arbeitsflüssigkeit in ein normales Feuer zu legen und die Anwesenheit von Elektrizität zu genießen? Ich denke, die Antwort liegt auf der Hand, solange es Öl gibt und diejenigen, die es im normalen Gebrauch besitzen, werden wir es nicht sehen.
Um die Ölreserven zu kontrollieren, werden Kriege entfesselt und ganze Staaten ausgelöscht.
Ich denke, es wundert niemanden, dass die Vereinigten Staaten die Demokratie nur in die Länder bringen, in denen Öl gefördert wird, Syrien, Kuwait, Irak, Libyen, Iran, Sudan, Pakistan usw.
Und aus irgendeinem Grund besteht kein Interesse an anderen diktatorischen Regimen.

Es waren die Texte.
Verkauft wird ein industriell gefertigter Stirlingmotor für den Hausgebrauch, aber sein Preis ist im Bereich von 20-25 Tausend Dollar absolut unangemessen mit einer Leistung von 5-7 kW.
Es gibt wahrscheinlich nicht viele, die es wünschen.

Erst kürzlich hat ein deutsches Unternehmen, das Haushaltsheizkessel herstellt, eine Lizenz zum Einbau von Motoren mit linearem Stromgenerator in seinen Produkten erhalten.
Mit einer thermischen Leistung von 16-20 kW. (hier geht es um das Heizen eines Hauses mit einer Fläche von 120-150 Metern)
die gesamte überschüssige wärme geht nicht in die leitung, sondern wird mit ca. 2 kW in strom umgewandelt.
Die Größe eines solchen Konverters ist wie eine 3-Liter-Thermoskanne.
Es ist schwer zu sagen, wie viel solche Kessel kosten werden, aber mit einem solchen Konverter
das Netzteilproblem wäre gelöst. Geben Sie das Arbeitsfluid in ein Feuer oder einen Ofen und das war's!
Man kann sich vorstellen, wie sich die Volatilität auf den Kopf stellen würde, wenn in jedem Heizraum, der Wärme zum Heizen ganzer Bereiche liefert, riesige Stirlings in den Öfen stünden hoher Druck... Vielleicht war es während der gesamten Heizperiode möglich, nicht auf Kraftwerke angewiesen zu sein.
Und wer bringt dann Megaprofite für generierende Unternehmen?

Im Angebot finden Sie schöne, funktionierende Stirling-Modelle,
aber die Modelle sind auch sehr teuer, zum Beispiel kostet das auf dem Foto 32.000 Rubel.

Video ihrer Arbeit:

Fotos von selbstgebauten Modellen

Video von selbstgebauten Motoren:

Sie arbeiten sogar von der Sonne aus:

Fortschrittlichere und leistungsstärkere wassergekühlte Maschine:

Ein interessantes Video von der Arbeit eines Schulmodells:

Wir werden nicht mit Industriedesign verwöhnt.
Aber niemand kann verbieten, einen solchen Motor alleine zu bauen, obwohl er viel weniger zuverlässig und produktiv sein wird als Industriemodell, aber es wird ein Allesfresser sein, und das ist genau das, was wir brauchen.
Für diejenigen, die in ihrem Garten gebohrt und Öl gefunden haben, ist dies kein Thema für Sie,
Suchen Sie nach Diagrammen von Destillierapparaten.)))

Geschichte.
Der Stirling-Motor wurde erstmals am 27. September 1816 vom schottischen Priester Robert Stirling patentiert. Das Grundprinzip des Betriebs des Stirlingmotors besteht darin, das Arbeitsmedium in einem geschlossenen Zylinder ständig abwechselnd zu erwärmen und zu kühlen.
Es ist erwähnenswert, dass der erste industrielle Stirling in einer mechanischen Fabrik arbeitete und 80 Jahre lang einen mechanischen Hammer trieb.
1843 verwendete James Stirling diesen Motor in einer Fabrik, in der er damals als Ingenieur arbeitete. 1938 investierte Philips in einen Stirling-Motor mit einer Leistung von mehr als zweihundert PS und einer Rendite von über 30 %. Der Stirlingmotor hat viele Vorteile und war im Zeitalter der Dampfmaschinen weit verbreitet.
Grundsätzlich gibt es drei Arten von Stirlingmotoren.

Alpha Stirling - enthält zwei separate Kraftkolben in separaten Zylindern. Ein Kolben ist heiß, der andere kalt. Der heiße Kolbenzylinder befindet sich im Wärmetauscher mit höherer Temperatur, während sich der kalte Kolbenzylinder im kälteren Wärmetauscher befindet. Dieser Motortyp hat ein ziemlich hohes Leistungs-Volumen-Verhältnis, aber leider verursacht die hohe Temperatur des "heißen" Kolbens gewisse technische Probleme.

Der Regenerator befindet sich zwischen dem heißen und dem kalten Teil des Verbindungsrohres.

Beta Stirling - Es gibt nur einen Zylinder, heiß an einem Ende und kalt am anderen. Ein Kolben (von dem die Leistung abgenommen wird) und ein "Verdränger" bewegen sich im Zylinder und verändern das Volumen des heißen Hohlraums. Das Gas wird vom kalten zum heißen Ende des Zylinders durch den Regenerator gepumpt. Der Regenerator kann als Teil des Wärmetauschers extern sein oder mit einem Verdrängerkolben kombiniert werden.

Gamma Stirling hat auch einen Kolben und einen "Verdränger", aber gleichzeitig gibt es zwei Zylinder - einen kalt (der Kolben bewegt sich dorthin, von dem die Leistung entfernt wird), und der zweite ist an einem Ende heiß und am anderen kalt (dort bewegt sich ein "Verdränger"). Der Regenerator kann extern sein, in diesem Fall verbindet er den heißen Teil des zweiten Zylinders mit dem kalten und gleichzeitig mit dem ersten (kalten) Zylinder. Der interne Regenerator ist Teil des Verdrängers.

Nachteile von Stirling:
Der Materialverbrauch ist der Hauptnachteil des Motors. Bei Verbrennungsmotoren im Allgemeinen und dem Stirling-Motor im Besonderen muss das Arbeitsmedium gekühlt werden, was aufgrund der vergrößerten Kühler zu einer deutlichen Zunahme der Masse und Abmessungen des Kraftwerks führt.
Für Leistung vergleichbar mit ICE-Eigenschaften, ist es notwendig, hohe Drücke (über 100 atm) und spezielle Arten von Arbeitsflüssigkeiten zu verwenden - Wasserstoff, Helium.
(hier ja, ein U-Boot oder Raumschiff sie lassen uns nicht raskurochit)
Die Wärme wird dem Arbeitsmedium nicht direkt, sondern nur durch die Wände der Wärmetauscher zugeführt. Die Wände haben eine begrenzte Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Effizienz geringer ist als erwartet. Ein heißer Austauscher arbeitet unter sehr belastenden Wärmeübertragungsbedingungen und bei sehr hohen Drücken, was die Verwendung hochwertiger und teurer Materialien erfordert. Einen Wärmetauscher zu konstruieren, der widersprüchliche Anforderungen erfüllt, ist schwierig. Je höher die Wärmeaustauschfläche, desto weniger Wärmeverlust. Gleichzeitig nehmen die Größe des Wärmetauschers und das Volumen des nicht an der Arbeit beteiligten Arbeitsfluids zu. Da sich die Wärmequelle außerhalb befindet, reagiert der Motor nur langsam auf Änderungen des Wärmeflusses zum Zylinder und liefert möglicherweise nicht sofort die erforderliche Leistung beim Starten.
Um die Motorleistung schnell zu ändern, werden andere Methoden verwendet als bei Verbrennungsmotoren: eine Pufferkapazität eines veränderlichen Volumens, eine Änderung des mittleren Drucks des Arbeitsfluids in den Kammern, eine Änderung des Phasenwinkels zwischen Arbeitskolben und Verdränger. (Trägheit, und genau das brauchen wir für den Generator.)

Vorteile:
Dennoch hat der Stirling-Motor Vorteile, die seine Entwicklung notwendig machen.
Die Effizienz des Stirling-Motors kann 65-70% Effizienz aus dem Carnot-Zyklus bei . erreichen modernes Niveau Konstruktion und Fertigungstechnik. Außerdem ist das Motordrehmoment nahezu unabhängig von der Kurbelwellendrehzahl. Bei Verbrennungsmotoren hingegen wird das maximale Drehmoment in einem engen Drehzahlbereich erreicht.
«Всеядность» двигателя - как все двигатели внешнего сгорания (вернее - внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от почти любого перепада температур: например, между разными слоями воды в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печи usw.
Der Motor wird nicht aufgrund von Funkenverlust, verstopftem Vergaser oder niedriger Batterieladung "launisch", da er nicht über diese Einheiten verfügt. Der Begriff "Motor abgewürgt" ist für die Stirlings bedeutungslos. Stirling kann stoppen, wenn die Last die Auslegung überschreitet. Der Neustart erfolgt durch einmaliges Drehen des Kurbelwellenschwungrads.
Einfachheit des Designs - Das Design des Motors ist sehr einfach und erfordert keine zusätzlichen Systeme wie einen Gasverteilungsmechanismus. Es startet von selbst und benötigt keinen Anlasser. Seine Eigenschaften ermöglichen es, das Getriebe loszuwerden. Es hat jedoch, wie oben erwähnt, einen höheren Materialverbrauch.
Die erhöhte Ressource - die Einfachheit des Designs, das Fehlen vieler "empfindlicher" Einheiten ermöglicht es dem Stirling, in Zehn- und Hunderttausenden von Stunden Dauerbetrieb eine beispiellose Ressource für andere Motoren bereitzustellen.
Effizienz - Bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Strom bieten Stirlings manchmal eine höhere Effizienz (bis zu 31,25 %) als Wärmemaschinen für ein paar.
Die Verbrennung des Kraftstoffs erfolgt außerhalb des Motorinnenvolumens (im Gegensatz zum Verbrennungsmotor), was eine gleichmäßige Verbrennung des Kraftstoffs und seine vollständige Nachverbrennung ermöglicht (dh die Wahl der maximalen im Kraftstoff enthaltenen Energie und die Minimierung der Emission von giftige Bestandteile).
Es gibt kein System im Motordesign Hochspannungszündung, Ventilsystem und dementsprechend die Nockenwelle. Ein gut konstruierter und technologisch fortschrittlicher Stirlingmotor erfordert während seiner gesamten Lebensdauer keine Einstellung und Abstimmung.
Leiser Motor - das Styling hat keinen Auspuff, was bedeutet, dass es keine Geräusche macht. Der Beta Stirling mit Rautenmechanik ist ein perfekt ausbalanciertes Gerät und mit ausreichend hohe Qualität Herstellung, hat nicht einmal Vibrationen (Schwingungsamplitude ist kleiner als 0,0038 mm).
Umweltfreundlich - das Styling selbst enthält keine Teile oder Prozesse, die zur Umweltverschmutzung beitragen können. Es verbraucht keine Arbeitsflüssigkeit. Die Umweltfreundlichkeit des Motors ist in erster Linie auf die Umweltfreundlichkeit der Wärmequelle zurückzuführen. Es ist auch erwähnenswert, dass es einfacher ist, die Vollständigkeit der Kraftstoffverbrennung in einem Verbrennungsmotor als in einem Verbrennungsmotor sicherzustellen.

U-Boote
Die Vorteile des "Stirling" führten dazu, dass in der ersten Hälfte der 1960er Jahre Marine-Nachschlagewerke die Möglichkeit aufzeigten, luftunabhängige Stirling-Motoren in U-Booten des Typs "Schöurmen" aus schwedischer Produktion zu installieren. Allerdings weder die Sheurmen noch die Nakken- und Westerjotlands, die ihnen folgten Kraftwerke habe es nie bekommen. Erst 1988 wurde das Kopf-U-Boot vom Typ "Nakken" auf Stirling-Motoren umgerüstet. Mit ihnen ging sie mehr als 10.000 Stunden unter Wasser. Mit anderen Worten, es waren die Schweden, die die Ära der anaeroben Hilfsantriebe im U-Boot-Schiffbau eröffneten. Und wenn "Nakken" das erste Versuchsschiff dieser Unterklasse ist, dann wurden U-Boote vom Typ "Gotland" die ersten Serienboote mit Stirling-Motoren, die es ihnen ermöglichen, bis zu 20 Tage ununterbrochen unter Wasser zu bleiben. Derzeit sind alle U-Boote der schwedischen Marine mit Stirling-Motoren ausgestattet, und schwedische Schiffbauer haben die Technologie der Ausrüstung von U-Booten mit diesen Motoren bereits gut bearbeitet, indem sie ein zusätzliches Fach eingeschnitten haben, in dem sich das neue Antriebssystem befindet. Ähnliche Motoren sind auch in den neuesten japanischen U-Booten verbaut.

Eines der unkonventionellen Anwendungsgebiete des Stirlingmotors ist die Medizin. Es wird in künstlichen Herzsystemen verwendet. Die Energiequelle in solchen Systemen sind in der Regel Radioisotope.

Ein Beispiel für die Verwendung eines Motors zum Kühlen eines Prozessors

Für uns sind die Vorteile all dieser Technologien, dass eine kompetente Person in der Lage ist, ein Design aus den verfügbaren Materialien zu reproduzieren, aber für ein hochwertiges und langlebiges Design müssen Sie bereits im Voraus darüber nachdenken heute.
Für jeden Menschen kann ein solcher Motor eine Energiequelle sein.
Wenn die Siedlung mehr als 30-50 Personen umfasst, können Sie sich rund um die Uhr einen Heizer ausdenken
Strom bekommen. Und Strom ist ALLES.
Pumpen, Wasserentnahme, Beleuchtung, Perimetersicherheit, Elektrowerkzeuge, Haushaltsgeräte, ein Computer mit gesammelten Daten, im Allgemeinen eine Hochburg der Zivilisation.
Interessantes Video von Enthusiasten, die Stirlingmotoren umbauen
erfolgreich zu Beginn des letzten Jahrhunderts tätig.

Was ich abschließend sagen möchte.
Höchstwahrscheinlich ist der Stirlingmotor während der BP-Periode ein Allheilmittel zur Energieerzeugung,
sowohl elektrisch als auch mechanisch.
Weil es nicht an der Sonne befestigt ist, die tagsüber scheint, und nachts Strom benötigt wird,
Außerdem hängen im Winter, wenn Licht am meisten gebraucht wird, tückische Wolken monatelang am Himmel.
Nicht an den Wind gebunden, der weht, wann er will und wie er will, ich weiß nicht, wie es dir geht, ich habe genug Wind, der 20 Tage im Jahr weht.
Nicht an Benzin und Öl gebunden, vielleicht in Tjumen und Sie können dem Öl auf den Grund gehen, wenn Sie möchten,
bei uns nur, wenn Sie sich bis zu den Vorkommen Venezuelas durchgraben.
Nicht an Druck und Strömung gebunden, jemand fühlt sich wohl in den Ausläufern zwischen Flüssen und Bächen, das nächste große Wasser ist für mich streng nördlich am Horizont 12 km oder streng 40 Meter tiefer.

Stirling hat uns seine einzigartige Erfindung gegeben, die umgesetzt werden kann und sollte.
Bequemlichkeit, Zuverlässigkeit, Allesfresser wie gewöhnlicher Herd oder Feuerraum.
Die Hauptsache ist, Brennholz in den Ofen zu werfen oder Kohle, wer auch immer es hat.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, Fortsetzung folgt...

Eine wichtige neue mechanische Energiequelle für den Autoantrieb ist der Stirling-Motor. Es ist fast unbekannt, es existieren nur seine Prototypen, daher kann man seine Funktionsweise und seinen Aufbau nur kursorisch beschreiben. In seiner ursprünglichen Form existierte es als Wärmeexpansionsmaschine, in deren Zylinder das Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, vor der Kompression gekühlt und vor der Expansion erwärmt wurde. Das Diagramm und das Funktionsprinzip eines solchen Motors sind in Abb. 1.

Im oberen Teil des Zylinders 1 befindet sich ein Wasserkühlmantel 2, und der Boden des Zylinders wird ständig durch die Flamme erhitzt. Der Zylinder enthält einen Arbeitskolben 3 abgedichtet Kolbenringe und verbunden durch eine Pleuelstange mit Kurbelwelle(Die Kurbelwelle ist in der Abbildung nicht dargestellt). Zwischen Zylinderboden und Arbeitskolben befindet sich ein Verdrängerkolben 4, der sich im Zylinder mit große Lücke... Durch diesen Spalt wird die im Zylinder eingeschlossene Luft vom Verdränger 4 entweder zum Boden des Arbeitskolbens oder zum beheizten Boden des Zylinders gepumpt. Der Verdränger wird von der Stange 5 angetrieben, die die Dichtung im Kolben durchsetzt und von einem Exzentergetriebe angetrieben wird, das sich mit einem Nacheilwinkel von etwa 90° gegenüber dem Antriebsmechanismus des Arbeitskolbens dreht.

In Position a befindet sich der Kolben im UT (unterer Totpunkt) und die von den Zylinderwänden gekühlte Luft ist zwischen ihm und dem Verdränger eingeschlossen. In der nächsten Phase b bewegt sich der Verdränger nach oben und der Kolben bleibt am UT. Die Luft dazwischen wird durch den Spalt zwischen Verdränger und Zylinder zum Boden des Zylinders gedrückt und von den Zylinderwänden gekühlt. Phase b arbeitet, in der die Luft durch den heißen Zylinderboden erwärmt wird, sich ausdehnt und beide Kolben bis zum OT (oberer Totpunkt) drückt.

Nach Beendigung des Arbeitshubes kehrt der Verdränger in die untere Position zum Boden des Zylinders zurück und drückt Luft durch den Spalt zwischen den Zylinderwänden in die Kammer unter dem Kolben, während die Luft durch die Wände gekühlt wird. In Position d wird Kaltluft für die Kompression vorbereitet und der Arbeitskolben bewegt sich von OT nach UT. Da beim Verdichten kalter Luft weniger Arbeit aufgewendet wird als beim Ausdehnen heißer Luft, entsteht Nutzarbeit. Das Schwungrad dient als Energiespeicher für die Luftkompression.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel hatte der Stirlingmotor den niedrigsten Wirkungsgrad, da die in der Luft enthaltene Wärme nach dem Arbeitstakt über die Zylinderwände in das Kühlmittel abgeführt werden musste. Die Luft hatte während eines Kolbenhubs keine Zeit, sich ausreichend abzukühlen, und es musste die Kühlzeit erhöht werden, wodurch auch die Motordrehzahl niedrig war. , die, wie bereits erwähnt, von der Differenz zwischen der maximalen und minimalen Temperatur des Betriebszyklus abhängt, war ebenfalls gering. Die Wärme der Abluft wurde an das Kühlwasser abgegeben und ging vollständig verloren.

Der Stirling-Motor wurde von Philips (Niederlande) deutlich verbessert. Zunächst wurde ein externer Wärmeregenerator verwendet, durch den Luft unter der Wirkung eines Verdrängers vom oberen Teil des Zylinders in den unteren gepumpt wurde. Im externen Kreislauf war ein Radiator mit dem Regenerator in Reihe geschaltet. Der Regenerator speichert die Wärme der Luft, die nach der Expansion in die Kältekammer eindringt. Wenn die Luft in die entgegengesetzte Richtung strömt, gibt der Akkumulator Wärme an sie zurück. Dadurch vergrößert sich die Differenz zwischen maximaler und minimaler Zyklustemperatur und die Wärme muss vom Kühlsystem abgeführt werden. Der hinter dem Regenerator befindliche Heizkörper führt nur einen Teil dieser Wärme ab, der Rest wird im Speicher gespeichert und wieder verwendet. Dadurch verbessert sich nicht nur der Wirkungsgrad des Motors, sondern auch seine maximale Drehzahl, was sich auf die Leistung und das spezifische Gewicht des Motors auswirkt. Die Wärme der Abgase des Vorwärmers wird genutzt, um die Temperatur der seiner Brennkammer zugeführten Frischluft zu erhöhen. Der beschriebene Aufbau des Motors ist in Abb. 2.

In Stellung a wird die Luft komprimiert und beim Übergang in den oberen Teil des Zylinders zuerst im Regenerator und dann im Erhitzer erwärmt. In Position b wird die gesamte Luft aus dem Raum zwischen den beiden Kolben verdrängt und verrichtet die Arbeit, indem beide Kolben in die untere Position bewegt werden. In Position B bleibt der Arbeitskolben nach getaner Arbeit in der unteren Position und der Verdränger 1 beginnt, Luft aus dem oberen Teil des Zylinders durch den Regenerator in den Raum zwischen den Kolben zu drücken, in dem die Luft austritt einen erheblichen Teil seiner Wärme und den Kühler, wo die Luft noch tiefer gekühlt wird. In der letzten Phase des Zyklus d wird die Luft abgekühlt und von der Oberseite des Zylinders in den Raum zwischen den Kolben gedrückt, wo sie komprimiert wird.

Die Kompression der kalten Luft, ihr Eintritt durch den Regenerator und den Kühler in den oberen Teil des Zylinders, die anschließende Expansion und Abkühlung der Luft stellen den Arbeitszyklus dar. Der Zylinder behält eine konstante Luftmasse bei, sodass der Zylinder ohne Auspuff läuft. Zum Heizen kann jede beliebige Wärmequelle verwendet werden. Im betrachteten Schema wird ein Flüssigbrennstoffkessel verwendet; Inhalt Schadstoffe hängt von der Vollständigkeit der Brennstoffverbrennung in der Kesselbrennkammer ab. Da hierdurch ein kontinuierlicher Verbrennungsbetrieb mit relativ niedriger Temperatur und großem Luftüberschuss entsteht, ist es möglich, eine vollständige und wenig Verbrennung zu erreichen.

Der Stirlingmotor hat auch den Vorteil, dass er nicht nur mit einer Vielzahl von Kraftstoffen betrieben werden kann, sondern auch die Nutzung unterschiedlicher Wärmequellen ermöglicht. Dies bedeutet, dass der Motor nicht von der Anwesenheit der Atmosphäre abhängig ist. Es kann auf engstem Raum sowohl auf U-Booten als auch auf Satelliten gleichermaßen gut funktionieren. Bei Verwendung eines Wärmespeichers mit LiF wird dem Motor Wärme über ein Wärmerohr zugeführt, wie in Abb. 3.

Unten in Abb. 2 zeigt einen rhombischen Antriebsmechanismus, der die Bewegung beider Kolben steuert. Für den Antrieb werden zwei Kurbelwellen verwendet, die durch ein Zahnradpaar verbunden sind und sich gegenläufig drehen. Die Enden der Verdrängerstange 1 und der hohlen Kolbenstange 2 sind über separate Pleuel mit beiden Kurbelwellen verbunden. Sind die Kurbeln beider Kurbelwellen in Spitzenposition und von Position a in Position b bewegen, dann befinden sich die Pleuel des Arbeitskolbens 2 in der Nähe des OT und er bewegt sich geringfügig in die Nähe des OT. Die Pleuel des sich in dieser Zyklusphase bewegenden Verdrängers bewegen sich nach unten und auch der Kolben bewegt sich mit höchster Geschwindigkeit von Position a nach Position b.

Die entgegengesetzte Drehrichtung der beiden Kurbelwellen ermöglicht es, auf ihnen Gegengewichte anzubringen, die zum Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung und ihrer Momente aus den bei Einzylinder- und Reihenmotoren vorhandenen Hubmassen erforderlich sind.

Der Rautenmechanismus hat zudem den Vorteil, dass die Pleuel die Kräfte von den Kolbenstangen symmetrisch auf die Kurbelwellen übertragen und keine Querkräfte in den Lagern und Kolbendichtungen auftreten. Letzteres ist sehr wichtig, da für einen guten Wirkungsgrad des Motors ein hoher Betriebsdruck erforderlich ist.

Normal Kurbelmechanismen Bei hohem Kolbendruck und großen Pleuelauslenkungswinkeln werden große Seitenkräfte erzeugt, die auf den Kolben wirken und hohe Reibungsverluste und hohen Verschleiß verursachen. Durch die Verwendung eines Kreuzkopf- oder Rhombenmechanismus wird dieses negative Phänomen beseitigt und eine gute Abdichtung der Kolben erreicht.

Um zu verhindern, dass die Stangen große Kräfte auf die Haupt- und Pleuellager der Kurbelwellen übertragen, wird unter dem Arbeitskolben ein Gegendruck aufrechterhalten, der dem durchschnittlichen Arbeitsdruck im Zylinder entspricht, er beträgt etwa 20 MPa.

Bei der Leistungsregelung des Stirlingmotors treten erhebliche Schwierigkeiten auf. Die Leistungsänderung, die sich aus einer Änderung der dem Heizgerät zugeführten Kraftstoffmenge ergibt, ist unbedeutend. Ein auffälligeres Ergebnis kann durch Änderung des Drucks oder der Menge des Arbeitsfluids erzielt werden. Dieses Leistungssteuerungsverfahren wird in einem Stirling-Automotor verwendet. Um die Leistung zu reduzieren, wird ein Teil des Gases aus den Flaschen in den Vorratsbehälter umgeleitet niedriger Druck; Zur Leistungssteigerung wird den Zylindern Gas aus einem Hochdruckspeicher zugeführt und dort von einem speziellen Kompressor aus einem Niederdruckspeicher vorgepumpt. Für Motoren mit Kolben doppeltwirkend Um die Leistung zu reduzieren, wird das Gas von der Oberseite des Kolbens nach unten durch einen speziellen Kanal umgeleitet. Übergang von voller Leistung auf Leerlauf dauert 0,2 s; der umgekehrte Vorgang dauert etwa 0,6 s.

Um die Reibungsverluste des Gases beim Durchströmen der engen Kanäle von Regenerator und Kühler gering zu halten, wird Helium verwendet, und man versucht auch, Wasserstoff zu verwenden. Um Größe und Gewicht zu reduzieren, sind beim Motor der zweiten Generation vier doppeltwirkende Kolbenzylinder wie in Abb. 9. Anstelle einer Kurbelwelle wird ein Taumelscheibenantrieb verwendet. Der hohe Gasdruck auf beiden Seiten des Kolbens sorgt dafür, dass nur eine geringe Druckdifferenz auf die Antriebsscheibe übertragen wird. Da bei einem Stirling-Motor die gesamte abgeführte Wärme auf das Kühlmittel übertragen wird, muss der Kühler dieses Motors 2 mal größer sein als der von konventionelle Motoren Verbrennungs.

Betrachten Sie als Beispiel zwei Stirling-Automotoren. Der Vierzylinder-Rhombusmotor der ersten Generation, dargestellt in Abb. 10, hat einen Zylinderdurchmesser von 77,5 mm, einen Kolbenhub von 49,8 mm (Arbeitsvolumen 940 cm 3), entwickelt eine Leistung von 147 kW bei 3000 min -1 und einem mittleren Zylinderdruck von ca. 22 MPa. Die Zylinderkopftemperatur wird bei ca. 700°C und die Kühlmitteltemperatur bei 60°C gehalten. Das Trockengewicht des Motors beträgt 760 kg. Kaltstart und Warmlaufen des Motors bis die Zylinderkopftemperatur 700°C erreicht dauert ca. 20 Sekunden. Bei einer Wassertemperatur von 55 ° C erreichte der Indikatorwirkungsgrad des Motors auf dem Prüfstand 35 %. Die spezifische Leistung beträgt 156 kW / dm 3 und das spezifische Gewicht pro Leistungseinheit beträgt 5,2 kg / kW.

Abb. 9. Der Motor hat ungefähr die gleiche Größe und das gleiche Gewicht wie ein herkömmlicher Benzinmotor und hat eine Leistung von 127 kW. Um die Achse der Taumelscheibenantriebswelle sind vier Zylinder mit doppeltwirkenden Kolben angeordnet. Der allen vier Zylindern gemeinsame Vorwärmer hat eine Düse. Bei einem Ford Torino (USA) war der Kraftstoffverbrauch mit diesem Motor 25 % niedriger als bei einem V-förmigen 8-Zylinder-Benzinmotor. Der NOx-Gehalt in den Abgasen des Vorwärmsystems war aufgrund der Verwendung ihrer Rückführung viel niedriger als die etablierte Norm.

Der Zylinderdurchmesser des Philips 4-215 DA Motors beträgt 73 mm, der Kolbenhub 52 mm. Motorleistung 127 kW bei einer Drehzahl von 4000 min -1. Die Heizungstemperatur (Zylinderkopftemperatur) beträgt 700 °C und die Kühlmitteltemperatur beträgt 64 °C.

Das schwedische Unternehmen United Sterling hat seinen Stirling-Motor so konstruiert, dass er Teile aus der Automobilindustrie optimal nutzt. Es wird eine konventionelle Kurbelwelle und Pleuelstange verwendet, die zusammen mit dem Kreuzkopf die translatorische Bewegung des doppeltwirkenden Kolbens in eine Drehwellenbewegung umwandelt. Eine Schnittansicht dieses Vierzylinder-V-Motors ist in Abb. 1 gezeigt. 11. Die Zylinderreihen sind leicht schräg angeordnet, die Zylinderköpfe bilden eine gemeinsame Gruppe, die von einem Brenner beheizt wird.

Das geschätzte spezifische Gewicht dieses Motors beträgt 2,4 kg / kW, was mit der Leistung eines sehr guten Low-Size-Hochgeschwindigkeitsdiesels verglichen werden kann. Das spezifische Gewicht von Stirling-Motoren ist von 6,1-7,3 kg/kW auf 4,3 kg/kW gesunken und nimmt stetig ab.

Die Herstellung eines Stirlingmotors erfordert eine völlig andere Technologie als die Herstellungstechnologie von Verbrennungsmotoren, was die Einführung in die Produktion verlangsamen wird. Die Entwicklung solcher Motoren geht jedoch weiter, da herkömmliche Otto- und Dieselmotoren die zukünftigen Anforderungen an die notwendige Abgasreinheit nicht erfüllen werden und die geschaffenen Stirling-Motoren auf eine Lösung dieses Problems hoffen lassen. Da die Druckänderung der Gase im Zylinder eines Stirling-Motors glatt ist, arbeitet er stabil und leise, erinnert Dampfmaschine... Eine große Menge an Abwärme erfordert jedoch neue Lösungen im Bereich der Kühlsysteme.

Große Fortschritte bei Stirling-Motoren wurden mit der Entwicklung des Philips 4-215 DA-Motors erzielt. Der Motor ist für den Einsatz in Personenkraftwagen und nimmt darin so viel Platz ein wie ein normales Benzin V-förmiger Motor gleiche Macht. Die Masse des Philips 4-215 DA-Motors beträgt 448 kg und bei einer maximalen Leistung von 127 kW beträgt sein spezifisches Gewicht 3,5 kg / kW. Der Indikatorwirkungsgrad dieses Motors bei Verwendung von Wasserstoff als Arbeitsflüssigkeit unter einem Druck von 20 MPa beträgt 35%.

Ein Kaltstart des Motors dauert 15 Sekunden, der Kraftstoffverbrauch eines Autos im Stadtverkehr ist 25 % geringer als bei einem herkömmlichen Benzinmotor. Die Motorleistung wird durch Änderung der Menge und des Drucks des Arbeitsfluids reguliert.

Die Dichte von Wasserstoff ist 14-mal geringer als die von Luft und auch seine Wärmekapazität ist 14-mal höher als die von Luft. Dies wirkt sich positiv auf die hydraulischen Verluste insbesondere im Regenerator aus und führt in der Regel zu einer Steigerung des Motorwirkungsgrades (siehe Abb. 4).

Veröffentlicht auf der Website 12.03.2009.

5 VORWORT DER PROGNOSEABTEILUNG

Guten Tag, liebe Leser.

Unsere Autoserie wäre nicht vollständig, wenn wir uns nicht Autos mit Motor angesehen hätten. 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 Industrien der industriellen Revolution in England erlitten.

Die Technikgeschichte berichtet nur über eine Erfahrung im Autobau

basierend auf der Verwendung dieses Motors. Dies geschah 1972. Ich habe kein Bild von diesem Auto gefunden, aber einen sehr interessanten Artikel aus dem russischen Innovationszentrum, den ich heute gerne präsentieren möchte.

Für eine qualifizierte 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 senkt sich ab, drückt die Pleuelstange und dreht das Schwungrad. Gleichzeitig bewegt sich der Verdrängerkolben nach rechts. Es verdrängt Gas vom beheizten Teil des Wärmetauscherzylinders zu seinem kalten Teil, der Kühlrippen aufweist. Der Wärmetauscherkolben ist mit wärmeisolierendem Material gefüllt. Das Gas kühlt ab und erzeugt eine Gegenkraft auf den Arbeitskolben, der Kolben hebt sich und der Zyklus wiederholt sich von vorne.

Stirlingmotor, externer Verbrennungsmotor, Motor mit externer Versorgung und Rückgewinnung von in nutzbarer Wärme umgewandelter Wärme mechanische Arbeit... S. d. ist nach dem englischen Erfinder R. Stirling (R. Stirling; 1790-1878) benannt, der 1816-40 einen offenen Motor entwickelte, der mit erhitzter Luft betrieben wurde. Der Motor hatte einen unvollkommenen Regenerator (Wärmetauscher), war sperrig und schwer, weshalb er nicht verwendet wurde. Modern S. d. arbeitet nach einem geschlossenen regenerativen Kreislauf (Stirling-Kreislauf), bestehend aus zwei aufeinanderfolgenden isothermen und zwei isochoren Prozessen. Das Arbeitsmedium des S. d. ist Helium oder Wasserstoff unter einem Druck von 10-14 Mn / m2 (100—140 kgf / cm2) — befindet sich auf engstem Raum und wird während des Betriebs nicht ausgetauscht, sondern verändert nur beim Aufheizen und Abkühlen das Volumen. Der Regenerator teilt diesen Raum in einen oberen (heißen) und einen unteren (kalten) Hohlraum (Abb. 1). Die Wärme wird dem oberen Hohlraum von der Heizung zugeführt, aus dem unteren wird sie durch einen Kühler abgeführt, in dem Wasser zirkuliert. Im Zylinder S. d. Es gibt 2 Kolben - einen Arbeits- und einen Verdränger. Warme und kalte Hohlräume sind durch Kanäle verbunden, die durch den Erhitzer, den Regenerator und den Kühler verlaufen. Der Arbeitszyklus des S. d. erfolgt in 4 Zyklen (Abb. 2).

Das Leistungsgewicht eines Stirlingmotors ist mit dem eines Turbodieselmotors vergleichbar. Die Ausgangsleistungsdichte entspricht der eines Dieselmotors. Das Drehmoment ist praktisch drehzahlunabhängig. Der Stirlingmotor reagiert auf Laständerungen wie ein Dieselmotor, erfordert jedoch eine komplexere Steuerung, er ist komplexer als herkömmliche. Wärmekraftmaschinen... Die Herstellungskosten sind höher als die Herstellungskosten eines Verbrennungsmotors, jedoch sind die Betriebskosten viel geringer.

Die 1816 vom Schotten Robert Stirling entwickelten Technologien funktionieren noch heute! Der Stirling-Zyklus verwendet eine externe Wärmequelle, die alles sein kann - Verbrennung von Benzin, Sonnenenergie oder sogar die von Kompostbakterien erzeugte Wärme. Es befindet sich kein Kraftstoff in den Zylindern !!! Die Haupteigenschaften des Stirlingmotors sind Effizienz, geringe Geräusch- und Vibrationspegel während des Betriebs, die Möglichkeit, verschiedene Kraftstoffarten zu verwenden, und geringe Toxizität der Abgase. Stirling-Motoren werden heute nur noch in einigen sehr speziellen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in U-Booten oder als Hilfsgeneratoren auf Yachten, bei denen es auf Stille ankommt.

Stirlingmaschinen sind Maschinen, die in einem geschlossenen thermodynamischen Kreislauf arbeiten, bei denen die zyklischen Prozesse der Kompression und Expansion auf unterschiedlichen Temperaturniveaus ablaufen und der Durchfluss des Arbeitsmediums durch Änderung seines Volumens gesteuert wird. Als Arbeitsmedium werden gasförmige Naturstoffe (Helium, Stickstoff, trockene Luft etc.) verwendet. Der thermodynamische Kreislauf der betrachteten Maschinen wurde 1816 von dem Schotten Robert Stirling vorgeschlagen. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts ist der Begriff „Stirlingmaschine“ sowohl in der klassischen Thermodynamik als auch im Alltag weit verbreitet. Der Stirling-Zyklus besteht aus zwei Isothermen und zwei Isochoren. Das Vorhandensein von zwei Isothermen bestimmt die Gleichheit der thermodynamischen Effizienz des idealen Stirling-Zyklus und des Carnot-Zyklus. Deshalb gehören die Stirling-Zyklus-Maschinen zu den effizientesten Maschinen der Welt. Zu den Vorteilen von Maschinen, die nach dem Stirling-Kreis betrieben werden, zählen eine hohe Umweltreinheit sowohl der Arbeitskörper von Stirling-Maschinen als auch der bei ihrem Betrieb anfallenden Abfallmedien sowie die Energieeffizienz.

STIRLING-Maschinen sind eine neue vielversprechende Richtung in der Entwicklung des heimischen Maschinenbaus.

Bis vor kurzem genügten autonome Stromversorgungssysteme mit traditionellen thermomechanischen Einheiten dem aktuellen Stand der Gesellschaft und Technik. Die Verschärfung der bundesweiten globale Probleme dringend benötigt (Erschöpfung der natürlichen Ressourcen; drohende Energiekrise; Umweltverschmutzung; Reduzierung der Ozonschicht der Erde; die Verstärkung des "Treibhauseffekts" usw.) führte dazu, dass Ende des 20. Jahrhunderts eine Reihe wichtiger internationaler und russischer Rechtsakte in den Bereichen Ökologie, Naturmanagement und Energieeinsparung verabschiedet werden mussten. Die wesentlichen Anforderungen dieser Gesetze zielen auf die Reduzierung der CO2-Emissionen, die Einstellung der Produktion ozonabbauender Stoffe und R-12 Freon als Kältemittel für Dampfkompressions-Kältemaschinen (PKHM), die Ressourcen- und Energieeinsparung, die Umstellung von Fahrzeugen auf umweltfreundliche Kraftstoffe , etc.

Der enorme Umfang, die steigenden Kosten für die Produktion von Kraftstoffen und Energieressourcen und die zunehmende Umweltverschmutzung haben die Suche nach neuen Technologien zur Energieumwandlung, die Entwicklung neuer Technologien auf der Grundlage hocheffizienter thermodynamischer Kreisläufe unter Verwendung neuer Kraftstoffarten deutlich gemacht , neue Arbeitsflüssigkeiten etc., d. h. solche umweltfreundlichen Energiesysteme zu schaffen, die den Bedürfnissen von Industrie und Bevölkerung gerecht werden minimale Kosten Materielle Ressourcen. Neben anderen Ansätzen zur Lösung der Umwelt- und Energieprobleme der Russischen Föderation ist der vielversprechendste Weg die Entwicklung und weit verbreitete Implementierung von Energieumwandlungssystemen auf der Grundlage von Maschinen, die in Vorwärts- und Rückwärts-Stirling-Zyklen (Stirling-Maschinen) arbeiten.

Gegenwärtig wurde eine große Anzahl von Layoutdiagrammen und strukturellen Eigenschaften einzelner Einheiten von Stirling-Maschinen entwickelt. So sind nur einige Laufwerke für mehr als 18 Typen bekannt. Am weitesten verbreitet sind jedoch Stirlingmaschinen, die nach a, b, g - Schemata hergestellt werden. Stirlingmaschinen sind strukturell eine gelungene Kombination aus Kompressor, Expander und Wärmetauscher in einer Einheit: Ladewärmetauscher (Heizung oder Kondensator), Regenerator und Kühler.

In den neuesten europäischen und weltweiten Foren auf aktuellen Zustand und die Aussichten für die Entwicklung von Maschinen, die nach dem Stirling-Zyklus arbeiten, wurde festgestellt, dass die Technologie der Herstellung von Stirling-Maschinen im Ausland vollständig beherrscht wird. Gelöste Probleme bei Dichtungen für bewegliche Teile, Materialauswahl, Löten von Wärmetauschern usw. Vor diesem Hintergrund ist neben dem traditionellen Einsatz von Motoren und kryogenen Stirling-Maschinen für militärische Zwecke (Rückkondensation niedrigsiedender Flüssigkeiten, Kühlung von Infrarotdetektoren, anaerobe autonome Stromversorgungssysteme etc.) Kaltstufe für die Lagerung Lebensmittel und Klimaanlagen, der Einsatz von Stirlingmotoren in Blockheizkraftwerken, Wärmepumpen in dezentralen Wärmeversorgungssystemen etc.

Das wachsende Interesse an Stirlingmaschinen bestätigt die Tatsache, dass seit 1982 alle zwei Jahre eine internationale Konferenz zu Stirlingmotoren und alle zwei Jahre das Europäische Forum für Stirlingmotoren in Osnabrück (Deutschland) stattfindet. Darüber hinaus findet in den USA jährlich eine Konferenz zur Umwandlung verschiedener Energiearten statt, bei der eine Sektion über Stirlingmotoren tätig ist. In Großbritannien wurde die Society for the Study of Stirling Engines gegründet, der mehr als 300 Wissenschaftler aus aller Welt angehören. Seit 1996 veröffentlicht die Gesellschaft vierteljährlich das britische Magazin Stirling News. Stirling Machine World erscheint seit 1978 vierteljährlich in den USA. Jährlich werden ein oder zwei Bücher über Stirlingmaschinen veröffentlicht.

Die Hauptmerkmale des Stirling-Zyklus sind:

Der Zyklus ist durch zeitlich nicht stationäre Parameter der Arbeitsfluidströme an jedem Punkt des Systems gekennzeichnet. In der Praxis bedeutet dies, dass eine Stirling-Maschine, deren Arbeitshohlräume in einem Volumen enthalten sind, zwangsläufig eine Maschine mit periodischen Änderungen des Kompressions- und Expansionsvolumens sein muss, d. Kolbenmaschine. Vor diesem Hintergrund sind die vorherrschenden Einsatzgebiete solcher Maschinen kleine und mittlere Leistungen;
-der Kreislauf ist nur für die Arbeit mit einem gasförmigen Arbeitsmedium bestimmt. Damit die Größe der Maschinen bei einer gegebenen Leistung akzeptabel ist und der externe und interne Wärmeaustausch des Arbeitsfluids unter diesen Bedingungen effizient genug ist, muss der Druck in der Maschine deutlich höher als der Atmosphärendruck sein. Aus den gleichen Gründen muss das Arbeitsfluid eine niedrige Viskosität, möglicherweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität aufweisen, die wenig vom Druck abhängt (andernfalls treten im Regenerator aufgrund verschiedener thermischer Äquivalente der Wärmeaustauschströme große Eigenverluste auf);
-im Zyklus ermöglicht die Wärmerückgewinnung das Arbeiten in einem weiten Temperaturbereich (obere und untere Temperatur des Zyklus) bei relativ kleinen Verhältnissen von Kompressions- und Expansionsdruck;
- Zur Durchführung des Kreislaufs können als Arbeitsorgane Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Luft und andere gasförmige Stoffe verwendet werden. Die Verwendung von Gasen mit einem hohen Wert der Gaskonstante (R), wie Wasserstoff oder Helium, als Arbeitsmedium ermöglicht die Erzielung von Exergie * Effizienz in Stirling-Maschinen. über 50%;
- die Vielseitigkeit des Zyklus, auf dessen Grundlage es möglich ist, sowohl Wandler des Vorwärtszyklus als auch des Rückwärtszyklus zu erstellen.

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

Der Stirling-Zyklus in einem Direktkreislauf-Konverter besteht aus vier Prozessen: - dem Prozess der isothermen Kompression, bei dem Wärme vom Arbeitsmedium mit einer Temperatur T comp an die Umgebung abgegeben wird; - 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; - ein Prozess mit konstantem Volumen, die Wärme des Arbeitsmediums wird auf die Regeneratordüse übertragen.

Der Stirling-Zyklus im Reverse-Cycle-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 Arbeitsfluids, das während des Kompressionsprozesses Wärme abführt. Bei einem Chiller wird dem kalten Hohlraum während des 3 '-4' Expansionsprozesses Wärme entzogen. Die Kompressionsarbeit (Bereich 1-2-5-6) ist für Motor und Kältemaschine gleich. Die Expansionsarbeit (Fläche 4'-3'-5-6) in der Kältemaschine ist geringer als die Kompressionsarbeit, und für die Durchführung dieses Zyklus ist Energie von einer externen Quelle erforderlich, die der Fläche von ​ . entspricht 1-2-3'-4'. Beim Übergang vom Kompressionshohlraum in den Expansionshohlraum im Prozess 2-3' sinkt die Temperatur des Arbeitsmediums, und im Prozess 4'-1 steigt sie entsprechend an.

Direkt-Stirling-Zyklus-Maschinen - Stirling-Motor

In weltweiten Umfragen zur Energieumwandlungstechnologie gilt der Stirlingmotor als der Motor mit dem größten Potenzial für weitere Entwicklung. Niedriges Niveau Geräuschentwicklung, geringe Toxizität der Abgase, die Fähigkeit, mit verschiedenen Kraftstoffen zu arbeiten, eine lange Ressource, vergleichbare Abmessungen und Gewichte, gute Drehmomenteigenschaften - all diese Parameter ermöglichen es Stirling-Maschinen, bald Verbrennungsmotoren (ICE) stark verdrängen. Der Stirlingmotor gehört zur Klasse der Motoren mit externer Wärmeversorgung (DVPT). In dieser Hinsicht wird bei Stirling-Motoren im Vergleich zu Verbrennungsmotoren der Verbrennungsprozess außerhalb der Arbeitszylinder durchgeführt und verläuft ausgeglichener, der Arbeitszyklus wird in einem geschlossenen internen Kreislauf bei relativ geringen Druckanstiegsraten in den Motorzylindern realisiert , die reibungslose Natur der thermohydraulischen Prozesse des Arbeitsfluids des internen Kreislaufs, wenn kein Ventilsteuermechanismus vorhanden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Reihe ausländischer Unternehmen mit der Produktion von Motoren begonnen haben, deren technische Eigenschaften denen von Verbrennungsmotoren bereits überlegen sind und Gasturbineneinheiten(Staatliche Technische Universität).

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

Der Stirlingmotor ist eine einzigartige Wärmekraftmaschine, da sein theoretischer Wirkungsgrad maximale Effizienz Wärmekraftmaschinen (Wirkungsgrad des Carnot-Zyklus). Es funktioniert durch thermische Expansion des Gases, gefolgt von Kompression des Gases, nachdem es abgekühlt ist. Ein 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 anderen Wärmequellen erhitzt wird. Die Beheizung erfolgt extern, daher wird der Stirlingmotor als externer Verbrennungsmotor bezeichnet. Zu Beginn der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts wurden die Arbeiten zur Schaffung von Stirling-Motoren wie folgt durchgeführt bekannte Firmen 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). Während des letzten Jahrzehnts haben auch Daimler Benz und Cummins Power Generation (CPG) sowie eine Reihe anderer großer Firmen mit der Entwicklung von Stirling-Motoren begonnen.

Reverse-Stirling-Zyklus-Maschinen - Stirling-Kühler.

Eine der vielversprechendsten Richtungen in der Entwicklung der Kältetechnik im XXI Jahrhundert ist die Entwicklung und Verwendung von Stirling-Kältemaschinen mit mäßiger Kälte (HMS UH). Theoretisch entspricht der Wirkungsgrad von mäßig kalten Stirling-Kühlern dem Wirkungsgrad eines idealen Carnot-Kühlers. Als Arbeitsflüssigkeiten für Reverse-Cycle-Stirlingmaschinen können Stoffe verwendet werden, die die Anforderungen der Wiener Konvention zum Schutz der Ozonschicht und des Montrealer Protokolls über ozonabbauende Stoffe vollständig erfüllen. Die flächendeckende Einführung von Stirling-Kältemaschinen mittlerer Kälte in naher Zukunft würde es daher ermöglichen, im Komplex "Wirksamkeit + Umweltsauberkeit" das Problem zu lösen, Kälteversorgungssysteme zu schaffen, die den modernen Anforderungen entsprechen. Das moderne Fertigungsspektrum dieser Maschinen reicht von 1 bis 100 kW, was den Einsatz in Kälteanlagen in vielen Bereichen von Industrie und Handwerk sicherstellt. Die Vorteile von HMS UX sind: ein hoher Wert der Leistungszahl, ein breites Einsatzspektrum im Bereich mäßiger Kälte (von 0 bis -80 ° C) und ökologische Sauberkeit der Arbeitsflüssigkeiten (Helium, Wasserstoff, Stickstoff) , Luft). Im Ausland hat die Serienproduktion von Stirling-Kältemaschinen mit mittlerer Kälte bereits begonnen, die hinsichtlich ihrer Effizienz und Umweltfreundlichkeit bestehenden Kältemaschinen, die in anderen Kreisläufen arbeiten, einschließlich Dampfkompressionskältemaschinen, überlegen sind.

Die 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 Serienproduktion von Stirling-Kühlschränken vorzubereiten. Schon an Überseemärkte neue Kühlgeräte kamen mit Maschinen dieses Zyklus auf den Markt. Ein markantes Beispiel für die Perspektiven von Stirling-Kühlschränken ist der Start der Massenproduktion von Haushaltskühlschränken auf Basis von Stirling-Kühlschränken mit Linearantrieb durch einen Giganten wie den südkoreanischen Konzern "LG Electronic Inc" im Jahr 2004.

Probleme bei der Herstellung hocheffizienter Stirling-Maschinen.

Ausländische Erfahrungen in der Entwicklung moderner hocheffizienter Stirlingmaschinen zeigen, dass ohne genaue mathematische Modellierung der Arbeitsabläufe und optimale Auslegung der Hauptaggregate die Weiterentwicklung der konstruierten Maschinen zu einer langwierigen experimentellen Forschung wird. Derzeit stützen sich westliche Firmen, die in diesem Bereich führende Entwicklungen führen, hauptsächlich auf theoretische und experimentelle Studien ihrer wissenschaftlichen Fakultäten, technischen Universitäten oder schaffen Technologieparks für die Entwicklung bestimmter Typen von Stirling-Maschinen. Hinzu kommen die Komplexität der Konstruktion einzelner Aggregate, Probleme im Bereich Dichtungen, Leistungsregelung usw. Die Konstruktionsmerkmale werden durch die verwendeten Arbeitskörper bestimmt. So hat beispielsweise Helium Suprafluidität, was erhöhte Anforderungen an die Dichtelemente der Arbeitskolben, der Kolbenstange etc. Die Entstehung des Erscheinungsbildes vielversprechender Stirling-Maschinen für die Produktion ist ohne die Entwicklung neuer technischer Lösungen für die Haupteinheiten unmöglich. Das dritte Problem ist der hohe Stand der Produktionstechnik. 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 dessen Packung, um einerseits eine hohe Wärmekapazität und andererseits einen geringen hydraulischen Widerstand zu gewährleisten. All dies erfordert hochqualifiziertes Personal und eine moderne technologische Ausstattung.

Wenn man über die Probleme bei der Herstellung von Stirling-Maschinen spricht, müssen abschließend zwei Schlussfolgerungen gezogen werden:
- die hohe wissenschaftliche Intensität dieses Technologiebereichs ist das Haupthindernis für die weit verbreitete Verwendung von Maschinen, die mit dem Stirling-Zyklus arbeiten;
- Der Erfolg bei der Schaffung konkurrenzfähiger Stirling-Maschinen auf dem Weltmarkt kann nur als Ergebnis einer Synthese aus wissenschaftlicher Forschung auf hohem Niveau, sorgfältiger Designstudie der Haupteinheiten der Stirling-Maschinen und fortschrittlicher Produktionstechnologie erreicht werden.

Analyse der heimischen Entwicklungen im Bereich der Stirlingmaschinen.

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

In Russland gab es mehrere Versuche, heimische Motoren und Stirling-Kühlschränke hatten jedoch mangels geeigneter Berechnungsmethoden und finanzieller Schwierigkeiten keinen ernsthaften Erfolg. So wurde bei AOZT "ARSMASH" von 1991 bis 1994 an der Untersuchung vielversprechender Kühlaggregate für Kühlfahrzeuge gearbeitet. Die Analyse ergab, dass nur eine Stirling-Kältemaschine die vielversprechendste Kältemaschine sein kann. Vor diesem Hintergrund entstanden Prototypen von Kältemaschinen mit einer Leistung von bis zu 5 kW im Bereich von 285 K bis 230 K, die in Wirkungsgrad und Gewichts- und Größeneigenschaften modernen PKHM für Kühlfahrzeuge entsprachen. Es wurden Konstruktionsschätzungen und Konstruktionsunterlagen für die Serienproduktion erstellt. Aufgrund des allgemeinen Konjunktureinbruchs und finanzieller Schwierigkeiten des Kunden wurde die Arbeit an diesem Projekt jedoch eingestellt.

Im Jahr 1996 begann im OJSC „Maschinenbauwerk“ ARSENAL , im Rahmen einer Vereinbarung mit SE GOKB „Prozhektor“, die Arbeit zum Thema „Forschung und Entwicklung von Elektroaggregaten auf Basis von Multi-Fuel-Stirling-Motoren“. Dieses Thema wurde unter dem Code "Stirling" in die komplexe Forschungsarbeit "Peredvizhka" aufgenommen, die durch das Dekret der Regierung der Russischen Föderation vom 03.02.96 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 wurde im OJSC „MZ“ ARSENAL „ein Paket von Dokumenten für einen Antrag auf Aufnahme in das Bundesprogramm zur Umstrukturierung und Umstellung von Verteidigungsunternehmen zum Thema „Entwicklung und Herstellung der Produktion von umweltfreundlichen Motoren mit externen“ entwickelt Wärmeversorgung, Kühlschränke, Wärmepumpen und Anaerobkraftwerke nach dem Stirling-Zyklus“. Zusätzliche Baumaßnahmen sah das Projekt nicht vor, da die Freigabe neuer Produkte durch Belastung der nach der Umstellung freiwerdenden Produktionskapazitäten des Werkes erfolgen sollte. Bei erfolgreiche Umsetzung des oben genannten Projekts war geplant, bis 2004 eine Kleinserienfertigung von Stirling-Motoren und Kühlschränken mit einer Leistung von bis zu 100 kW aufzubauen. Diese Arbeiten wurden jedoch aus Geldmangel noch nicht realisiert.

Derzeit hat sich eine eher paradoxe Situation entwickelt, die darin besteht, dass Russland über langjährige Erfahrung und Technologie für die Herstellung von Stirling-Maschinen verfügt, jedoch keine Erfahrung hat eigene Entwicklungen, massenproduzierte Stirling-Maschinen. Diese Situation ist vor allem darauf zurückzuführen, dass sich in den letzten 15 Jahren in Russland aufgrund der Wirtschaftskrise eine äußerst ungünstige Innovationsatmosphäre in vielen russischen Wissenschaftsorganisationen entwickelt hat, in denen zuvor am Thema Stirlingmaschinen, zum Beispiel MVTU im. Bauman, VNIIGT, OMPI (TU), St. Petersburg State Technical University (Polytechnic University), TsNIDI usw. wurde die Forschung aufgrund finanzieller Schwierigkeiten vollständig eingestellt. Gleichzeitig wurden in den letzten 15 Jahren im Ausland die bedeutendsten Ergebnisse bei der Entwicklung hocheffizienter Stirlingmaschinen erzielt.

"Innovations- und Forschungszentrum" Stirling Technologies ".

Unter Berücksichtigung des vielversprechenden Potenzials von Stirling-Maschinen haben die Spezialisten des Innovations- und Forschungszentrums Stirling - Technologies LLC in letzten Jahren Es wurden eine Reihe von theoretischen und experimentellen Studien durchgeführt, in deren Folge eine neue Methodik für die Konstruktion und Berechnung von Maschinen dieses Zyklus entwickelt wurde. Diese Methodik umfasst verschiedenes "Know-how", einschließlich: ein einzigartiges Verfahren der zweistufigen Multiparameter-Optimierung von Stirling-Maschinen; Struktursynthese von Stirling-Maschinen basierend auf der Methode der funktionellen Exergieanalyse komplexer thermomechanischer Geräte; optimales Design basierend auf TRIZ (hervorgehobener KP)... Die entwickelte Methodik für das Design und die Berechnung von Stirling-Maschinen ermöglicht es, die Zeit für die Entwicklung neuer Arten von Stirling-Maschinen auf 1,5-2 Jahre zu reduzieren, mit einer Effizienz, die den besten Analoga der Welt entspricht.

Auf der Grundlage der vorgeschlagenen technischen Lösungen haben die Spezialisten des LLC „Innovation and Research Center“ Stirling - Technologies“ in den Jahren 1994-2003 mehr als 150 Anmeldungen für angebliche Erfindungen eingereicht. Besonderes Augenmerk wurde auf die Entwicklung einzelner Aggregate von Stirling-Maschinen und deren Konstruktion sowie die Schaffung neuer schematische Diagramme Installationen von verschiedenen funktionaler Zweck... Die Praxis hat gezeigt, dass eine optimale Auslegung die Gesamtstückkosten von Maschinen während der Vorserien- und Serienproduktion deutlich senkt. Die vorgeschlagenen technischen Lösungen unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Stirling-Maschinen kostengünstiger zu betreiben sind, ermöglichen es, ihre wirtschaftliche Rentabilität im Vergleich zu herkömmlichen Energiewandlern zu erhöhen. Die weitere Verbreitung von Stirling-Maschinen wird mit der Entwicklung der Theorie der Konstruktion von Mehrzylindermaschinen dieses Zyklus verbunden sein, die es ermöglichen, Motoren und Kühlschränke mit einer Leistung von bis zu 1000 kW zu bauen.

Blockheizkraftwerke mit Multi-Fuel-Stirling-Motoren.

Stirling-Kraft-Wärme-Kopplung ist eine neue Technologie zur kombinierten Erzeugung von Strom und Wärme auf Basis von Stirling-Motoren, bei der die Energie von Kühlwasser und Abgasen zur Wärmeversorgung der Verbraucher genutzt wird. Die Effizienz des Einsatzes eines Stirlingmotors in Blockheizkraftwerken im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor liegt in der Besonderheit seines Wärmehaushalts begründet. Der Wärmeverlust mit den Abgasen und in das Kühlwasser für den Stirlingmotor beträgt 10 % bzw. 40 %, was unter Berücksichtigung des höheren Wirkungsgrades. der Motor selbst, ermöglicht es Ihnen, kompakte und hocheffiziente Blockheizkraftwerke zu bauen.

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

Vorteile des Einsatzes von Blockheizkraftwerken mit Stirling-Motoren mit lokalem Brennstoff in den Regionen der Russischen Föderation:

Unabhängigkeit von der Konjunktur des Öl- und Erdgasmarktes.
--- Möglichkeit der Beladung lokaler Unternehmen zur Herstellung von Ausrüstungen für die Beschaffung und Verarbeitung von lokalem Brennstoff.
--- Keine Notwendigkeit, Lagereinrichtungen für Kohlenwasserstoff-Brennstoffreserven und deren Transport zu schaffen.
--- Keine Verlegung und Wartung von Stromnetzen bei der Elektrifizierung entlegener Gebiete.
--- Deutliche Reduzierung der Ausgaben der regionalen Haushalte für den Kauf von importiertem Brennstoff.
--- Deutliche Reduzierung der Kosten der Öl- und Gasunternehmen für den Einkauf von importiertem Kraftstoff durch die Verwendung von Erdölbegleitgas als Kraftstoff.

1..Die Kosten für 1 kW / h Strom, der vom Blockheizkraftwerk erzeugt wird, betragen 30 bis 50 Kopeken, was 2-3 mal günstiger ist als die bestehenden Tarife. (KP hervorgehoben)
2. Die Ressourcen des Konverters des direkten Kreislaufs eines Blockheizkraftwerks werden im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor um das 2-fache erhöht.
3 .. Bei der Brennstoffverbrennung ist der CO-Gehalt in den behandelten Gasen dreimal niedriger und der Gehalt an NO und CH deutlich niedriger, was den strengsten globalen Umweltstandards entspricht.
4. Die Amortisationszeit von Blockheizkraftwerken beträgt 2,5 Jahre.

Modernisierung von Kesselanlagen in Mini - BHKWs auf Basis des Stirlingmotors.

LLC "Forschungs- und Entwicklungszentrum" 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, beispiellose Technologie zur Übertragung bestehender Kesselanlagen von Wärme entwickelt Versorgung von Mini-BHKWs mit Stirling-Motoren.

Ein Beispiel für die Anlagenauslegung zur Modernisierung einer Kesselanlage in einem Mini-BHKW anhand des Einsatzes einer Recyclinganlage mit Stirlingmotor.

Durch den Einbau einer Stirling-Motorheizung in den Schornstein der Kesselanlage ist es möglich, die Wärme der Abgase in mechanische und elektrische Nutzenergie umzuwandeln, ohne die bestehende Konstruktion des Kesselhauses der Heizzentrale zu verändern. Die Nutzung der Abgaswärme mit einem Stirlingmotor ist die vielversprechendste Richtung zur Steigerung des Wirkungsgrades der Kesselanlage. 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 Recyclinganlagen mit Stirling-Motoren bei der Modernisierung von Kesselhausheizwerken:
1. Die Kosten für 1 kWh Strom, der in einer Recyclinganlage mit Stirlingmotor erzeugt wird, sind 8-mal günstiger als die bestehenden Tarife für die zentrale Stromversorgung.
2. Die Amortisationszeit für die Modernisierung von Kesselhäusern in Mini-KWK-Anlagen durch den Einsatz von Verwertungsanlagen mit Stirlingmotor beträgt in Abhängigkeit von den technischen und wirtschaftlichen Ausgangsdaten nicht mehr als 3 Jahre.

Die Verwendung von Biomasse bei Verwendung des Stirlingmotors.

Ein Beispiel für das Layout einer Festbrennstoffanlage mit einem Stirling-Motor, LLC "IIC" Stirling-Technologies ".

Das deutsche Unternehmen "SOLO Stirling Engine" entwickelt Stirling-KWK-Systeme mit direkter Nutzung von Festbrennstoffen, hauptsächlich Holz, hat jedoch einige Schwierigkeiten, wie das Entfernen von Schlacke aus dem Brennraum oder das Verhindern des Sinterns von Brennstoffpartikeln. Untersuchungen mit dem Gasgenerator im Sommer 1998 zeigten, dass das dort erzeugte Holzgas die Verbrennung von Festbrennstoffen und Harzen verbessert. Die Kombination eines Vergasers mit Stirling - Kraft-Wärme-Kopplung ist hoch effektives Gerät da das vom Vergaser erzeugte Heißgas für den Einsatz in der Stirling-KWK nicht gekühlt werden muss.
Spezialisten des LLC „Innovations- und Forschungszentrum“ Stirling - Technologies „in Russland sind auch aktiv an der Entwicklung ähnlicher Systeme beteiligt, beispielsweise an der Gestaltung der Stromversorgung für eine Cottage-Stadt mit Stirling-Motoren, die mit Generatorgas aus Torf betrieben werden. Gleichzeitig wurde die Entwicklung von Festbrennstoffanlagen mit Stirlingmotor, die mit Hackschnitzeln, Kohle und Kohlenstaub, Torf, Schiefer, landwirtschaftlichen Abfällen und Dung, Hausmüll usw.

Solarstromanlagen.

Solar-Version des Stirling 161-Motors der deutschen Firma SOLO-System (EURODISH).

Die Solarversion des Stirling 161 Motors wird von mehreren Herstellern in unterschiedlichen Ausführungen eingesetzt. Auf dem spanischen Solarplateau de Almeria sind seit 1997 6 Anlagen in Betrieb. Im Rahmen eines EU-geförderten Projektes in Kooperation mit Schlaich Bergermann und Partner und MERO Raumsysteme GmbH wird unter anderem eine neue Generation der 10 kW Dish Stirling Anlage gebaut. Ziel des Projekts ist es, die Investitionskosten auf 5.000 EUR/kW zu senken. Gleichzeitig tritt der Stirling 161 mit Modifikationen in Receiver, Cavity und Rumpf wieder in Kraft. Eigenschaften des neuen Dish / Stirling-Systems (EURODISH): Nennleistung des Stirling 161 SOLO 10,0 kW brutto, Sonnenspiegeldurchmesser 8,5 m. In Alanya hat das türkische Solarenergie-Forschungszentrum die Kombassan Holding gegründet, ein Unternehmen, das auf den Vorarbeiten von Cummins aufbaut. Die Arbeit ist sehr intensiv und zeigt gute Ergebnisse.

NACHWORT DER PROGNOSEABTEILUNG

Die Fragen, die ich habe, sind für den ausgewählten Kontext des Rückblicks auf die Geschichte der Automobilindustrie selbstverständlich.

Kann diese technische Lösung unter den Bedingungen der aktuellen Realität der Wirtschaftskrise wiederholt werden, wenn alle versuchen, „Geld zu sparen“?

Betrachten Sie die Optionen:

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

Meine Antwort ist nein. Es gibt immer noch genug Öl und Gas auf der Welt. In der Produktion und Wartung von Benzin-Diesel-Verbrennungsmotoren sind so viele Menschen und Kapital beschäftigt, dass ich keinen ernsthaften Grund sehe, vom Phänomen der „Untergrabung“ zu sprechen.

2. Kann ein Hybrid nach dem Schema „JEDER Kraftstoff – Motor – Stirling – Elektromotor“ gebaut werden?

Ein ganz ähnliches Szenario wurde 1965 in der Luftfahrt versucht.

Das Flugzeug IL-18P selbst ist ein Rätsel. Ich gehe davon aus, dass es sich um eine Art Scherz oder speziell erfundene Fehlinformationen handelte, deren Durchsickern die finanziellen Ressourcen der Wettbewerber in eine unwirksame Richtung lenken könnte.

Solche Beispiele gibt es in der Geschichte der Technik. In den frühen 70er Jahren wurde beispielsweise beschlossen, die Computertechnologie in der UdSSR auf dem Weg großer virtuelle Maschinen EC-Reihe. Ich erinnere mich noch an den großen Aphorismus meines Lehrers in Assembler-Programmierung: "Die Maschinen der EU-Serie sind das beste Beispiel für die wissenschaftlich-technische Sabotage der USA gegen die UdSSR."

Es war eine Sackgasse für die Entwicklung der Computertechnologie, die durch Westliche Medien und geschickte Aktionen der Spezialdienste wurden für uns die wichtigsten und trugen zu unserem Rückstand in der Entwicklung der Computerproduktion bei. Riesiges Geld wurde "am falschen Ort" ausgegeben.

Vielleicht ist die Situation mit dem Dampfflugzeug ähnlich.

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

3. Kann ein Hybrid nach dem Schema „ICE + Wärmerückgewinnung mit Stirlingmotor“ gebaut werden? Benzin-Diesel-Verbrennungsmotoren haben 70-75%

Die Energie des Kraftstoffs geht in Wärme und Reibung über.

Es entsteht sofort eine Gabel Unteroption A: zwei Arten von mechanischer Energie an Bord holen: vom Verbrennungsmotor und vom Stirling? Unteroption B: Steigen Sie an Bord eines Mechanikers aus einem Verbrennungsmotor und Strom für einen Elektromotor.

Passt Option B in das allgemeine Gestaltungskonzept vieler moderner Hybridautos, wo Erholungsprozesse als zielsetzungsorientiert gelten, dann kann Option A nicht viele Beispiele für nachhaltigen Erfolg nennen.

In diesen Luftschiffen von 1958 und 1966 wurden ZWEI Typen verwendet Hubkraft: Archimedes und vom Magnus-Effekt. Wie wir sehen, entstanden diese technischen Lösungen nach dem Niedergang 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 Schiff mit Propellerantrieb oder ein Dampfer mit Schaufelrädern und Segeln gleichzeitig solche Beispiele sind, aber sie sind immer noch nicht ganz richtig, denn die Windenergie in diesen Systemen befindet sich noch im Super-System und kann unabhängig genutzt werden, und Option A beinhaltet jedoch die Nutzung der thermischen Energie, die während des Betriebs im Fahrzeuginneren erzeugt wird.

Apropos Stirling-Motoren: Man kann hoffen, dass sie als Allesfresser-Kleinkraftwerke aus der Krise einen Entwicklungsimpuls bekommen, aber ins Auto "durchdringen" sie wohl kaum. Der Einschluss von Wasserstoff und Helium, das Eindringen dieser Stoffe durch Metallwände, ihre Auflösung im Metall ist kein akademisches, sondern ein ganz technisches Phänomen. Die enormen Betriebsdrücke, kombiniert mit Transportvibrationen, legen ebenfalls einen großen Workaround nahe: „dicke Wände sind erforderlich, um die Haltbarkeit zu erhöhen, aber dies verringert die Wärmeübertragungsfähigkeit der Wände und erhöht das Gewicht des Motors.“

Eine andere Eigenschaft von diesen haben wir überhaupt nicht diskutiert tolle Autos... Die Möglichkeit, sie als Wärmepumpen zu verwenden. Dies sind auffallende Manifestationen des Inversionsprinzips, das in der Geschichte aller Maschinen mit Erwärmung im Überfluss vorhanden ist, aber darüber kann man stundenlang sprechen. Lassen Sie uns dazu irgendwie ein separates Thema machen.