Duże próbki silników Stirlinga. Silnik Stirlinga – jak to działa

Podstawową zasadą działania silnika Stirlinga jest ciągłe naprzemienne podgrzewanie i chłodzenie płynu roboczego w zamkniętym cylindrze. Zwykle jako czynnik roboczy działa powietrze, ale stosuje się również wodór i hel.

Cykl silnika Stirlinga składa się z czterech faz i jest podzielony na dwie fazy przejściowe: nagrzewanie, rozprężanie, przejście na zimne źródło, chłodzenie, sprężanie i przejście na źródło ciepła. Tak więc podczas przechodzenia ze źródła ciepłego do źródła zimnego gaz w butli rozszerza się i kurczy. Jednocześnie zmienia się ciśnienie, dzięki czemu można uzyskać użyteczną pracę. Ponieważ wyjaśnienia teoretyczne to mnóstwo ekspertów, słuchanie ich czasami jest nużące, więc przejdźmy do wizualnej demonstracji silnika Sterlinga.

Jak działa silnik Stirlinga
1. Zewnętrzne źródło ciepła podgrzewa gaz w dolnej części cylindra wymiennika ciepła. Wytworzone ciśnienie wypycha tłok roboczy do góry.
2. Koło zamachowe popycha tłok wyporowy w dół, przesuwając w ten sposób ogrzane powietrze z dna do komory chłodzącej.
3. Powietrze ochładza się i kurczy, tłok roboczy opada.
4. Tłok wyporowy porusza się w górę, przesuwając w ten sposób schłodzone powietrze w dół. I cykl się powtarza.

W maszynie Stirlinga ruch tłoka roboczego jest przesunięty o 90 stopni w stosunku do ruchu tłoka wyporowego. W zależności od znaku tego przesunięcia maszyną może być silnik lub pompa ciepła. Przy 0 stopniach przesunięcia maszyna nie wykonuje żadnej pracy (poza stratami tarcia) i jej nie generuje.

Kolejny wynalazek Stirlinga, który wzrósł Sprawność silnika stał się regeneratorem, czyli komorą wypełnioną drutem, granulatem, folią falistą w celu usprawnienia wymiany ciepła przepływającego gazu (na rysunku regenerator jest zastąpiony żebrami chłodnicy).

W 1843 roku James Stirling użył tego silnika w fabryce, w której pracował wówczas jako inżynier. W 1938 roku Philips zainwestował w silnik Stirlinga o mocy ponad dwustu koni mechanicznych i sprawności ponad 30%.

Zalety silnika Stirlinga:

1. Wszystkożerny. Możesz użyć dowolnego paliwa, najważniejsze jest stworzenie różnicy temperatur.
2. Niski poziom hałasu. Ponieważ praca opiera się na spadku ciśnienia płynu roboczego, a nie na zapłonie mieszanki, hałas jest znacznie niższy w porównaniu do silnika spalinowego.
3. Prostota konstrukcji, stąd wysoki margines bezpieczeństwa.

Jednak wszystkie te zalety w większości przypadków przecinają dwie duże wady:

1. Duże wymiary... Płyn roboczy musi być schłodzony, a to prowadzi do znacznego wzrostu masy i wielkości ze względu na zwiększone grzejniki.
2. Niska wydajność. Ciepło dostarczane jest nie bezpośrednio do płynu roboczego, ale tylko przez odpowiednio ścianki wymienników ciepła, straty wydajności są duże.

Wraz z rozwojem silnika spalinowego silnik Stirlinga odszedł… nie, nie w przeszłość, ale w cień. Z powodzeniem wykorzystywany jest jako elektrownie pomocnicze na okrętach podwodnych, w pompach ciepła w elektrowniach cieplnych, jako konwertery energii słonecznej i geotermalnej na energię elektryczną, związane są z nim projekty kosmiczne do tworzenia elektrowni na paliwo radioizotopowe (rozpad promieniotwórczy zachodzi wraz z zwolnienie temperatury, kto nie wiedział) Kto wie, może kiedyś silnik Stirlinga będzie miał wspaniałą przyszłość!

Słynny niegdyś silnik Stirlinga przez długi czas został zapomniany ze względu na powszechne stosowanie innego silnika (spalinowego). Ale dziś coraz więcej o nim słyszymy. Może ma szansę stać się bardziej popularnym i odnaleźć swoje miejsce w nowej modyfikacji we współczesnym świecie?

Historia

Silnik Stirlinga to silnik cieplny wynaleziony na początku XIX wieku. Autorem, jak wiecie, był niejaki Stirling o imieniu Robert, ksiądz ze Szkocji. Urządzenie to silnik spalinowy, w którym ciało porusza się w zamkniętym pojemniku, stale zmieniając jego temperaturę.

Ze względu na rozpowszechnienie się innego typu silnika prawie o nim zapomniano. Mimo to, dzięki swoim zaletom, dzisiaj silnik Stirlinga (wielu amatorów buduje go w domu własnymi rękami) powraca.

Główną różnicą w stosunku do silnika spalinowego jest to, że energia cieplna pochodzi z zewnątrz i nie jest wytwarzana w samym silniku, jak w silniku spalinowym.

Zasada działania

Można sobie wyobrazić zamkniętą objętość powietrza zamkniętą w obudowie z membraną, czyli tłokiem. Kiedy ciało się nagrzewa, powietrze rozszerza się i wykonuje pracę, wyginając w ten sposób tłok. Potem stygnie i ponownie się zagina. To jest cykl mechanizmu.

Nic dziwnego, że wiele silników termoakustycznych Stirlinga do samodzielnego wykonania jest tworzonych w domu. Narzędzia i materiały do ​​tego wymagają minimum, które można znaleźć w każdym domu. Rozważ dwa różne sposoby jak łatwo go stworzyć.

Materiały do ​​pracy

Aby zrobić silnik Stirlinga własnymi rękami, będziesz potrzebować następujących materiałów:

• cyna;
• stalowa szprycha;
• mosiężna rurka;
• brzeszczot;
• plik;
• drewniany stojak;
• nożyczki do metalu;
• szczegóły elementów złącznych;
• lutownica;
• lutowanie;
• lutować;
• maszyna.

To wszystko. Reszta to kwestia prostej techniki.

Jak zrobić

Palenisko i dwa cylindry podstawy są przygotowane z cyny, z której będzie składał się ręcznie wykonany silnik Stirlinga. Wymiary są wybierane niezależnie, biorąc pod uwagę cele, do których przeznaczone jest to urządzenie. Załóżmy, że silnik jest wykonywany w celach demonstracyjnych. Wtedy przeciągnięcie cylindra głównego będzie wynosić od dwudziestu do dwudziestu pięciu centymetrów, nie więcej. Reszta części powinna się do tego dostosować.

W górnej części cylindra do ruchu tłoka wykonane są dwa występy i otwory o średnicy od czterech do pięciu milimetrów. Elementy będą działać jak łożyska do lokalizacji zespołu korbowego.

Następnie powstaje płyn roboczy silnika (staje się nim zwykła woda). Cyny są przylutowane do cylindra, który jest zwinięty w rurę. Wykonuje się w nich otwory i wkłada mosiężne rurki o długości od dwudziestu pięciu do trzydziestu pięciu centymetrów i średnicy od czterech do pięciu milimetrów. Na koniec sprawdzają szczelność komory poprzez zalanie jej wodą.

Dalej jest wypieracz. Do produkcji weź puste miejsce z drzewa. Na maszynie starają się, aby przybrał kształt zwykłego cylindra. Wypornik powinien być nieco mniejszy niż średnica cylindra. Optymalną wysokość wybiera się po wykonaniu silnika Stirlinga „zrób to sam”. Dlatego na tym etapie długość powinna mieć pewien margines.

Szprycha zamienia się w pręt cylindryczny. W środku drewnianego pojemnika wykonuje się otwór, odpowiedni dla łodygi, włóż go. W górnej części pręta konieczne jest zapewnienie miejsca na urządzenie korbowodu.

Następnie biorą miedziane rurki o długości czterech i pół centymetra i średnicy dwóch i pół centymetra. Do cylindra przylutowany jest blaszany kubek. Po bokach ścianek wykonany jest otwór do komunikacji pojemnika z cylindrem.

Tłok jest również dopasowany do tokarka pod średnicą dużego cylindra od wewnątrz. U góry łodyga jest połączona zawiasowo.

Montaż jest zakończony, a mechanizm ustawiony. W tym celu tłok wkłada się do większego cylindra i łączy z innym, mniejszym cylindrem.

Mechanizm korbowy zbudowany jest na dużym cylindrze. Część silnika jest mocowana lutownicą. Główne części są zamocowane na drewnianej podstawie.

Cylinder jest wypełniony wodą, a pod dnem umieszcza się świecę. Silnik Stirlinga, wykonany ręcznie od początku do końca, jest testowany pod kątem działania.

Metoda druga: materiały

Silnik można wykonać w inny sposób. Aby to zrobić, będziesz potrzebować następujących materiałów:

• cyna;
• guma piankowa;
• spinacze;
• dyski;
• dwie śruby.

Jak zrobić

Guma piankowa jest bardzo często używana do samodzielnego wykonania prostego, niezbyt mocnego silnika Stirlinga w domu. Przygotowuje się z niego wypieracz silnika. Wytnij kółko z pianki. Średnica powinna być nieco mniejsza niż puszki, a wysokość powinna wynosić nieco ponad połowę.

W środku pokrywy wykonany jest otwór na przyszły korbowód. Aby sprawnie szedł, spinacz do papieru zwija się w spiralę i przylutowuje do wieczka.

Koło z gumy piankowej pośrodku jest przebite cienkim drutem za pomocą śruby i przymocowane na górze podkładką. Następnie kawałek spinacza do papieru łączy się przez lutowanie.

Wypornik jest wciskany w otwór w pokrywce, a słoik i pokrywka są lutowane razem w celu uszczelnienia. Na spinaczu robi się małą pętelkę, a w pokrywce kolejny, większy otwór.

Blacha jest zwijana w cylinder i lutowana, a następnie mocowana do słoika tak, aby w ogóle nie pozostały żadne szczeliny.

Spinacz do papieru zamienia się w wał korbowy. Odstęp powinien wynosić dokładnie dziewięćdziesiąt stopni. Kolano nad cylindrem jest nieco większe niż drugie.

Reszta zszywek jest przetwarzana na regały szybowe. Membrana jest wykonana w następujący sposób: cylinder jest owinięty folią polietylenową, przeciśnięty i przymocowany nitką.

Korbowód jest wykonany ze spinacza do papieru, który wkłada się do kawałka gumy, a wykończoną część mocuje się do membrany. Długość pręta łączącego jest tak dobrana, że ​​membrana jest wciągana do cylindra w dolnym punkcie brutto i rozciągana w najwyższym punkcie. Druga część korbowodu jest wykonana w ten sam sposób.

Następnie jeden jest przyklejany do membrany, a drugi do wypieracza.

Nogi słoika mogą być również wykonane ze spinaczy i przylutowane. Do korby używana jest płyta CD.

Cały mechanizm jest więc gotowy. Pozostaje tylko zastąpić i zapalić pod nim świecę, a następnie popchnąć koło zamachowe.

Wniosek

Taki jest niskotemperaturowy silnik Stirlinga (samodzielnie zbudowany). Oczywiście na skalę przemysłową takie urządzenia są produkowane w zupełnie inny sposób. Jednak zasada pozostaje niezmieniona: objętość powietrza jest podgrzewana, a następnie chłodzona. I to się ciągle powtarza.

Na koniec spójrz na te rysunki silnika Stirlinga (możesz to zrobić sam bez specjalnych umiejętności). Może już rozpalił Cię pomysł i chciałbyś zrobić coś podobnego?

Dzisiaj o silniku Stirlinga.
(wiele ciekawych filmów)
Część 1.
Dla bardzo wielu nie wiadomo, co to jest, więc będzie dużo teorii.
Ten wspaniały wynalazek nazywany jest również silnikiem spalinowym.
Tłok roboczy jest wypełniony powietrzem lub gazem i jest wystawiony na działanie ciepła z zewnątrz.
Więc do takiego silnika benzyna nie jest potrzebna, może pracować na wszystkim, co emituje ciepło, słońce, drewno opałowe, węgiel, gaz, olej, paliwo jądrowe. Wszędzie tam, gdzie można uzyskać różnicę temperatur, są modele, które działają nawet z ciepła dłoni.

Praca silnika z ciepła kubka:

Dość powiedzieć, że lodówki, pompy ciepła i klimatyzatory to w rzeczywistości także silniki Stirlinga, pracujące tylko w odwrotny kierunek.

Przemysłowe instalacje solarne, w których światło słoneczne koncentruje się na płynie roboczym silnika, tworząc ogromną różnicę temperatur.
Moc takich instalacji sięga 50-70 kW.

Sprawność takich silników może wynosić od 5 dla modeli konwencjonalnych do 70% dla wersji przemysłowych pracujących pod ciśnieniem 300 atmosfer, czyli o 50-70% więcej niż silniki spalinowe. Dość powiedzieć, że silniki Stirlinga są używane w statkach kosmicznych i najnowszych okrętach podwodnych.

To silnik opracowany przez NASA do pracy w kosmosie o mocy 2500 kW.
płyn roboczy w wodorze pod ciśnieniem 300 atmosfer.

Powstaje wtedy pytanie, dlaczego ten cudowny wynalazek nie jest tego wart w każdym domu i podwórku,
kiedy wystarczy włożyć płyn roboczy do zwykłego ognia i cieszyć się obecnością prądu? Myślę, że odpowiedź jest oczywista, dopóki będzie olej i ci, którzy go posiadają w normalnym użytkowaniu, nie zobaczymy.
Aby kontrolować rezerwy ropy, rozpętuje się wojny i wymazuje całe stany.
Myślę, że nikogo nie dziwi, że Stany Zjednoczone wprowadzają demokrację tylko do tych krajów, w których jest wydobycie ropy, Syrii, Kuwejtu, Iraku, Libii, Iranu, Sudanu, Pakistanu itd.
I z jakiegoś powodu nie ma zainteresowania innymi reżimami dyktatorskimi.

To były teksty.
Sprzedawany jest przemysłowo produkowany silnik Stirlinga do celów domowych, ale jego cena jest absolutnie nierozsądna w okolicach 20-25 tysięcy dolarów o mocy 5-7 kW.
Prawdopodobnie niewielu ma takie życzenie.

Dopiero niedawno niemiecka firma produkująca domowe kotły grzewcze uzyskała licencję na instalowanie w swoich produktach silników z liniowym generatorem prądu.
O mocy cieplnej 16-20 kW. (chodzi o ogrzewanie domu o powierzchni 120-150 metrów)
cały nadmiar ciepła nie wychodzi do rury, ale jest zamieniany na energię elektryczną o około 2 kW.
Wielkość takiego konwertera jest jak termos o pojemności 3 litrów.
Trudno powiedzieć, ile będą kosztować takie kotły, ale mając taki konwerter,
problem z zasilaniem zostanie rozwiązany. Włóż płyn roboczy do ognia lub pieca i gotowe!
Można sobie wyobrazić, jak zmienność wywróciłaby się do góry nogami, gdyby w każdej kotłowni, która dostarcza ciepło do ogrzewania całych dzielnic, w piecach były ogromne Stirlingi wysokie ciśnienie... Być może przez cały sezon grzewczy można było nie polegać na elektrowniach.
A kto w takim razie przyniesie mega zyski firmom generującym?

W sprzedaży można znaleźć piękne, działające modele Stirling,
ale modele są też bardzo drogie, np. ten na zdjęciu kosztuje 32 000 rubli.

Film z ich pracy:

Zdjęcia domowych modeli

Wideo z pracy domowych silników:

Działają nawet od słońca:

Bardziej zaawansowana i wydajna maszyna chłodzona wodą:

Ciekawe wideo z pracy modelki szkolnej:

Nie rozpieszczamy się wzorami przemysłowymi.
Ale nikt nie może zabronić samodzielnego wykonania takiego silnika, chociaż będzie on znacznie mniej niezawodny i produktywny niż model przemysłowy, ale będzie wszystkożerny, a tego właśnie potrzebujemy.
Dla tych, którzy wiercili i znaleźli olej w swoim ogrodzie, to nie jest temat dla Ciebie,
poszukaj schematów destylatorów.)))

Historia.
Silnik Stirlinga został po raz pierwszy opatentowany przez szkockiego księdza Roberta Stirlinga 27 września 1816 roku. Podstawową zasadą działania silnika Stirlinga jest ciągłe naprzemienne podgrzewanie i chłodzenie płynu roboczego w zamkniętym cylindrze.
Warto wspomnieć, że pierwszy przemysłowy Stirling pracował w zakładzie mechanicznym, napędzając młot mechaniczny przez 80 lat.
W 1843 roku James Stirling użył tego silnika w fabryce, w której pracował wówczas jako inżynier. W 1938 roku Philips zainwestował w silnik Stirlinga o mocy ponad dwustu koni mechanicznych i zwrocie ponad 30%. Silnik Stirlinga ma wiele zalet i był szeroko rozpowszechniony w erze silników parowych.
Istnieją zasadniczo trzy rodzaje silnika Stirlinga.

Alpha Stirling - zawiera dwa oddzielne tłoki mocy w osobnych cylindrach. Jeden tłok jest gorący, drugi zimny. Gorący cylinder tłokowy znajduje się w wymienniku ciepła z większą ilością wysoka temperatura, natomiast cylinder z zimnym tłokiem znajduje się w zimniejszym wymienniku ciepła. Posiadać tego typu Stosunek mocy silnika do objętości jest dość wysoki, ale niestety wysoka temperatura „gorącego” tłoka stwarza pewne problemy techniczne.

Regenerator znajduje się pomiędzy gorącą częścią rurki łączącej a zimną.

Beta Stirling - Jest tylko jeden cylinder, gorący na jednym końcu i zimny na drugim. Tłok (z którego usuwana jest moc) i „wypieracz” poruszają się wewnątrz cylindra, zmieniając objętość gorącej wnęki. Gaz jest pompowany od zimnego do gorącego końca butli przez regenerator. Regenerator może być zewnętrzny, jako część wymiennika ciepła lub może być połączony z tłokiem wyporowym.

Gamma Stirling również ma tłok i „wypieracz”, ale jednocześnie są dwa cylindry - jeden jest zimny (tam porusza się tłok, z którego pobierana jest moc), a drugi jest gorący z jednego końca i zimny z inne (tam przemieszcza się „wypieracz”). Regenerator może być zewnętrzny, w tym przypadku łączy gorącą część drugiego cylindra z zimną i jednocześnie z pierwszym (zimnym) cylindrem. Wewnętrzny regenerator jest częścią wypieracza.

Wady Stirlinga:
Główną wadą silnika jest zużycie materiału. Ogólnie rzecz biorąc, w silnikach spalinowych zewnętrznego spalania, a w szczególności w silniku Stirlinga, płyn roboczy musi być chłodzony, co prowadzi do znacznego wzrostu masy i wymiarów elektrowni ze względu na zwiększone grzejniki.
Aby uzyskać charakterystyki porównywalne z silnikami spalinowymi, konieczne jest zastosowanie wysokich ciśnień (powyżej 100 atm) oraz specjalne typy płyn roboczy - wodór, hel.
(tu tak, łódź podwodna lub statek kosmiczny nie pozwolą nam raskurochit)
Ciepło nie jest dostarczane bezpośrednio do płynu roboczego, a jedynie przez ścianki wymienników ciepła. Ściany mają ograniczoną przewodność cieplną, co sprawia, że ​​sprawność jest niższa od oczekiwanej. Gorący wymiennik pracuje w bardzo stresujących warunkach wymiany ciepła i przy bardzo wysokich ciśnieniach, co wymaga stosowania wysokiej jakości i drogie materiały... Zaprojektowanie wymiennika ciepła spełniającego sprzeczne wymagania jest trudne. Im większa powierzchnia wymiany ciepła, tym mniejsze straty ciepła. Jednocześnie zwiększa się wielkość wymiennika ciepła i objętość płynu roboczego, nie uczestniczącego w pracy. Ponieważ źródło ciepła znajduje się na zewnątrz, silnik wolno reaguje na zmiany przepływu ciepła do cylindra i może nie dostarczać natychmiast wymaganej mocy podczas rozruchu.
Do szybkiej zmiany mocy silnika stosuje się metody odmienne od stosowanych w silnikach spalinowych: pojemność buforowa o zmiennej objętości, zmiana średniego ciśnienia płynu roboczego w komorach, zmiana kąta fazowego między tłok roboczy i wypornik. (bezwładność, a dokładnie tego potrzebujemy do generatora.)

Zalety:
Niemniej jednak silnik Stirlinga ma zalety, które sprawiają, że konieczne jest jego opracowanie.
Sprawność silnika Stirlinga może osiągnąć 65-70% sprawności z cyklu Carnota przy obecnym poziomie projektowania i technologii produkcji. Ponadto moment obrotowy silnika jest prawie niezależny od prędkości wału korbowego. Z kolei w silnikach spalinowych maksymalny moment obrotowy osiągany jest w wąskim zakresie prędkości.
Silnik "wszystkożerny" - jak wszystkie silniki spalinowe (a raczej zewnętrzne źródło ciepła), silnik Stirlinga może działać przy niemal każdej różnicy temperatur: na przykład między różnymi warstwami wody w oceanie, ze słońca, z atomu lub piec izotopowy, piec na węgiel lub drewno itp.
Silnik nie będzie „kapryśny” z powodu utraty iskry, zatkanego gaźnika lub niskiego poziomu naładowania akumulatora, ponieważ nie ma tych jednostek. Termin „utknięty silnik” nie ma sensu dla Stirlingów. Stirling może się zatrzymać, jeśli obciążenie przekroczy projekt. Ponowne uruchomienie odbywa się poprzez jednokrotne obrócenie koła zamachowego wału korbowego.
Prostota konstrukcji – konstrukcja silnika jest bardzo prosta, nie wymaga dodatkowych systemów takich jak mechanizm dystrybucji gazu. Zaczyna się samoczynnie i nie wymaga startera. Jego właściwości pozwalają pozbyć się gearboxa. Jednak, jak wspomniano powyżej, ma większe zużycie materiału.
Zwiększony zasób - prostota konstrukcji, brak wielu „delikatnych” jednostek pozwala stirlingowi zapewnić niespotykany zasób dla innych silników w dziesiątki i setki tysięcy godzin ciągłej pracy.
Sprawność - w przypadku zamiany energii słonecznej na energię elektryczną Stirlingi czasami dają większą sprawność (do 31,25%) niż maszyny cieplne dla pary.
Spalanie paliwa odbywa się poza wewnętrzną objętością silnika (w przeciwieństwie do silnika spalinowego), co pozwala na równomierne spalanie paliwa i jego całkowite dopalanie (tj. wybór maksymalnej energii zawartej w paliwie i minimalizację emisji składniki toksyczne).
W konstrukcji silnika nie ma systemu zapłon wysokiego napięcia, układ zaworów i odpowiednio wałek rozrządu. Dobrze zaprojektowany i zaawansowany technologicznie silnik Stirlinga nie wymaga regulacji i tuningu przez cały okres eksploatacji.
Cichy silnik - stylizacja nie posiada wydechu, co oznacza, że ​​nie hałasuje. Stylizacja Beta z mechanizmem rombowym jest urządzeniem doskonale wyważonym i przy wystarczająco wysokiej jakości wykonania, nie ma nawet wibracji (amplituda drgań jest mniejsza niż 0,0038 mm).
Przyjazna dla środowiska – sama stylizacja nie zawiera żadnych elementów ani procesów, które mogą przyczynić się do zanieczyszczenia środowiska. Nie zużywa płynu roboczego. Przyjazność silnika dla środowiska wynika przede wszystkim z przyjazności dla środowiska źródła ciepła. Warto również zauważyć, że łatwiej jest zapewnić kompletność spalania paliwa w silniku spalinowym niż w silniku spalinowym.

Okręty podwodne
Zalety „stirlinga” doprowadziły do ​​tego, że w pierwszej połowie lat sześćdziesiątych w podręcznikach marynarki wskazywano możliwość zainstalowania niezależnych od powietrza silników Stirlinga na okrętach podwodnych typu „Schöurmen” produkowanych w Szwecji. Jednak ani Sheurmen, ani Nakken i Westerjotland, które za nimi podążały, nie otrzymały tych elektrowni. Dopiero w 1988 roku czołowy okręt podwodny typu „Nakken” został przerobiony na silniki Stirlinga. Z nimi przebywała pod wodą na ponad 10 000 godzin. Innymi słowy, to Szwedzi otworzyli erę beztlenowych pomocniczych systemów napędowych w budowie okrętów podwodnych. A jeśli „Nakken” jest pierwszym eksperymentalnym okrętem tej podklasy, to okręty podwodne typu „Gotland” stały się pierwszymi seryjnymi łodziami z silnikami Stirlinga, które pozwalają im nieprzerwanie przebywać pod wodą do 20 dni. Obecnie wszystkie okręty podwodne Szwedzkiej Marynarki Wojennej są wyposażone w silniki Stirlinga, a szwedzcy stoczniowcy już dobrze wypracowali technologię wyposażenia okrętów podwodnych w te silniki, wycinając dodatkowy przedział, w którym znajduje się nowy układ napędowy. Podobne silniki są również instalowane w najnowszych japońskich okrętach podwodnych.

Jednym z niekonwencjonalnych obszarów zastosowania silnika Stirlinga jest medycyna. Stosowany jest w układach sztucznego serca. Źródłem energii w takich układach są z reguły radioizotopy.

Przykład zastosowania silnika do chłodzenia procesora

Dla nas zaletą całej tej technologii jest to, że kompetentna osoba będzie w stanie odtworzyć projekt z tych materiałów, które będą pod ręką, ale aby uzyskać wysokiej jakości i trwały projekt, trzeba o tym pomyśleć z wyprzedzeniem, już dziś .
Dla każdej osoby taki silnik może być źródłem energii.
Jeśli osada ma więcej niż 30-50 osób, możesz wymyślić palacza na całą dobę
dostawanie energii elektrycznej. A elektryczność to WSZYSTKO.
Pompy, pobór wody, oświetlenie, ochrona obwodowa, elektronarzędzia, sprzęt AGD, komputer z zebranymi danymi, w ogóle twierdza cywilizacji.
Ciekawy film od entuzjastów, którzy przebudowują silniki Stirlinga
z powodzeniem działa na początku ubiegłego wieku.

Co chciałbym powiedzieć na zakończenie.
Najprawdopodobniej silnik Stirlinga jest panaceum w okresie BP na wytwarzanie energii,
zarówno elektryczne, jak i mechaniczne.
Ponieważ nie jest przywiązany do słońca, które świeci w dzień, a w nocy potrzebny jest prąd,
Co więcej, gdy zimą światło jest najbardziej potrzebne, zdradzieckie chmury wiszą na niebie miesiącami.
Nie przywiązany do wiatru, który wieje kiedy chce i jak chce, nie wiem jak wy, mam dość wiatru, który wieje 20 dni w roku.
Nie związany z benzyną i olejem, może w Tiumeniu i możesz dostać się na dno oleju, jeśli chcesz,
z nami tylko wtedy, gdy przekopiesz się do złóż Wenezueli.
Nie przywiązany do ciśnienia i przepływu wody, ktoś czuje się dobrze u podnóża wśród rzek i strumieni, najbliższa duża woda ode mnie jest ściśle na północ wzdłuż horyzontu 12 km lub ściśle w dół 40 metrów.

Stirling dał nam swój wyjątkowy wynalazek, który można i należy wdrożyć.
Wygoda, niezawodność, wszystkożerność, taka jak zwykły piec lub palenisko.
Najważniejsze jest wrzucenie drewna opałowego do pieca lub węgla, kto go ma.

Dziękuję za uwagę, ciąg dalszy...

Opublikowano na stronie 12.03.2009.

5 PRZEDMOWA DZIAŁU PROGNOZ

Dzień dobry, drodzy czytelnicy.

Nasza seria samochodów nie byłaby kompletna, gdybyśmy nie przyjrzeli się samochodom z silnikiem. zewnętrzny spalania, które zostały wynalezione w 1816 roku przez szkockiego księdza Roberta Stirlinga.

Motywem wynalazcy była ogromna liczba obrażeń, które odnieśli robotnicy w przemyśle rewolucji przemysłowej w Anglii.

Historia technologii mówi tylko o jednym doświadczeniu w budowaniu samochodów

w oparciu o wykorzystanie tego silnika. Stało się to w 1972 roku. Nie znalazłem zdjęcia tego samochodu, ale znalazłem bardzo ciekawy artykuł z rosyjskiego centrum innowacji, który mam przyjemność dziś zaprezentować.

Dla kwalifikowanej lektury proponuję małą ogólną edukacyjną wycieczkę w tym obszarze, którą zaprojektowałem w formie skrótu kilku cytatów.

Źródło ciepła ogrzewa gaz po prawej stronie cylindra wymiennika ciepła. Gaz rozszerza się i poprzez rurkę wywiera nacisk na tłok roboczy. Tłok opada, popycha korbowód i obraca koło zamachowe. Jednocześnie tłok wyporowy przesuwa się w prawo. Wypiera gaz z nagrzanej części cylindra wymiany ciepła do jego zimnej części, która posiada żebra chłodzące. Tłok wymiennika ciepła wypełniony jest materiałem termoizolacyjnym. Gaz stygnie, wytwarzając odwrotną siłę na tłoku roboczym, tłok unosi się i cykl powtarza się od początku.

Silnik Stirlinga, silnik spalinowy, silnik z zewnętrznym zasilaniem i odzyskiem energii cieplnej przetworzonej na użyteczną pracę mechaniczną. S. d. Nazwane po imieniu angielski wynalazca R. Stirling (1790-1878), który w latach 1816-40 stworzył silnik o obiegu otwartym pracującym na ogrzanym powietrzu. Silnik miał niedoskonały regenerator (wymiennik ciepła), był nieporęczny i ciężki przez co nie był używany. Współczesny S. d. Działa zgodnie z zamkniętym cyklem regeneracyjnym (cykl Stirlinga), składającym się z dwóch następujących po sobie procesów izotermicznych i dwóch izochorycznych. Płyn roboczy S. d. to hel lub wodór pod ciśnieniem 10-14 mln / m2 (100—140 kgf / cm2) — znajduje się w ograniczonej przestrzeni i nie jest wymieniany podczas pracy, a jedynie zmienia objętość podczas ogrzewania i chłodzenia. Regenerator dzieli tę przestrzeń na wnękę górną (gorącą) i dolną (zimną) (rys. 1). Ciepło dostarczane jest do górnej wnęki z grzałki, z dolnej odprowadzane jest przez chłodnicę, w której krąży woda. W cylindrze S. d. Są 2 tłoki - roboczy i wypornik. Gorące i zimne wnęki są połączone kanałami przechodzącymi przez grzałkę, regenerator i chłodnicę. Cykl pracy S. d. odbywa się w 4 cyklach (ryc. 2).

Stosunek mocy do masy silnika Stirlinga jest porównywalny do silnika Stirlinga. silnik wysokoprężny turbodoładowany. Moc właściwa moc wyjściowa jest taka sama jak w przypadku silnika wysokoprężnego. Moment obrotowy jest praktycznie niezależny od prędkości. Silnik Stirlinga reaguje na zmiany obciążenia tak samo jak silnik wysokoprężny, jednak wymaga bardziej złożonego systemu sterowania, jest bardziej złożony niż konwencjonalne. silniki cieplne... Koszt jego wytworzenia jest wyższy niż koszt wytworzenia silnika spalinowego, jednak koszty eksploatacyjne są znacznie niższe.

Technologie opracowane w 1816 roku przez szkockiego Roberta Stirlinga działają do dziś! Cykl Stirlinga wykorzystuje zewnętrzne źródło ciepła, którym może być wszystko – spalanie benzyny, energia słoneczna, a nawet ciepło wytwarzane przez bakterie kompostowe. W cylindrach nie ma paliwa !!! Główne cechy silnika Stirlinga to wydajność, niski poziom hałasu i wibracji wytwarzanych podczas pracy, możliwość stosowania różnych rodzajów paliwa oraz niska toksyczność spalin. Obecnie silniki Stirlinga są używane tylko w niektórych bardzo wyspecjalizowanych dziedzinach, takich jak okręty podwodne lub jako generatory pomocnicze na jachtach, gdzie wymagana jest cisza.

Maszyny Stirlinga to maszyny pracujące w zamkniętym obiegu termodynamicznym, w których cykliczne procesy sprężania i rozprężania zachodzą na różnych poziomach temperatur, a przepływ płynu roboczego jest kontrolowany poprzez zmianę jego objętości. Jako płyn roboczy stosuje się gazowe substancje naturalne (hel, azot, suche powietrze itp.). Cykl termodynamiczny rozważanych maszyn został zaproponowany w 1816 roku przez Szkota Roberta Stirlinga. Od połowy XIX wieku wyrażenie „maszyna Stirlinga” stało się szeroko stosowane zarówno w klasycznej termodynamice, jak iw życiu codziennym. Cykl Stirlinga składa się z dwóch izoterm i dwóch izochorów. Obecność dwóch izoterm determinuje równość sprawności termodynamicznej idealnego cyklu Stirlinga i cyklu Carnota. Właśnie dlatego maszyny z cyklem Stirlinga należą do najbardziej wydajnych maszyn na świecie. Do zalet maszyn pracujących w cyklu Stirlinga należy zaliczyć wysoki stopień czystości środowiskowej zarówno korpusów roboczych maszyn Stirlinga, jak i powstających podczas ich eksploatacji mediów odpadowych, a także energooszczędność.

Maszyny STIRLING to nowy obiecujący kierunek rozwoju krajowej inżynierii mechanicznej.

Do niedawna autonomiczne systemy zasilania z wykorzystaniem tradycyjnych jednostek termomechanicznych zaspokajały obecny poziom rozwoju społeczeństwa i technologii. Jednak zaostrzenie ogólnopolskie globalne problemy pilnie potrzebne (wyczerpywanie się zasobów naturalnych; zbliżające się) kryzys energetyczny; zanieczyszczenie środowiska; spadek warstwy ozonowej Ziemi; wzmocnienie „efektu cieplarnianego” itp.) doprowadziło do konieczności przyjęcia pod koniec XX wieku szeregu ważnych międzynarodowych i rosyjskich aktów prawnych w dziedzinie ekologii, zarządzania przyrodą i oszczędzania energii. Główne wymagania tych przepisów mają na celu zmniejszenie emisji CO2, zatrzymanie produkcji substancji zubożających warstwę ozonową oraz freonu R-12 jako czynnika chłodniczego w maszynach chłodniczych sprężających pary (PKHM), oszczędność zasobów i energii, przestawienie pojazdów na przyjazne dla środowiska paliwa silnikowe itp.

Ogromna skala, wzrost kosztów produkcji surowców paliwowo-energetycznych oraz rosnące zanieczyszczenie środowiska uwidoczniły zadanie poszukiwania nowych technologii konwersji energii, opracowania nowej technologii opartej na wysokosprawnych cyklach termodynamicznych, wykorzystania nowych rodzajów paliw , nowe płyny robocze itp., czyli tworzenie takich przyjaznych środowisku systemów energetycznych, które odpowiadałyby potrzebom przemysłu i ludności na minimalne koszty zasoby materialne. Wraz z innymi podejściami, w rozwiązywaniu Federacja Rosyjska problemów środowiskowych i energetycznych, najbardziej obiecującym sposobem jest opracowanie i powszechne wprowadzenie systemów przetwarzania energii opartych na maszynach pracujących w cyklu Stirlinga do przodu i do tyłu (maszyny Stirlinga).

Obecnie opracowano dużą liczbę schematów rozmieszczenia i wydajności konstrukcyjnej poszczególnych zespołów maszyn Stirlinga. Tak więc tylko niektóre dyski są znane z ponad 18 typów. Jednak najbardziej rozpowszechnione są maszyny Stirlinga wykonane według schematów a, b, g. Strukturalnie maszyny Stirlinga są dobre połączenie w jednym zespole sprężarka, ekspander i wymienniki ciepła: obciążeniowy wymiennik ciepła (nagrzewnica lub skraplacz), regenerator i chłodnica.

Na najnowszych forach europejskich i światowych na stan obecny i perspektywy rozwoju maszyn pracujących w cyklu Stirlinga zauważono, że technologia wytwarzania maszyn Stirlinga została w pełni opanowana za granicą. Rozwiązane problemy z uszczelnieniami części ruchomych, doborem materiałów, lutowaniem wymienników ciepła itp. W związku z tym wraz z tradycyjnym wykorzystaniem silników i kriogenicznych maszyn Stirlinga do celów wojskowych (rekondensacja cieczy niskowrzących, chłodzenie detektorów podczerwieni, beztlenowe systemy autonomicznego zasilania itp.) zastosowanie lodówek Stirlinga na poziomie umiarkowanego chłodu do przechowywania produktów spożywczych i systemów klimatyzacji, zastosowanie silników Stirlinga w elektrociepłowniach, pomp ciepła w zdecentralizowanych systemach grzewczych itp.

Potwierdzeniem rosnącego zainteresowania maszynami Stirlinga jest fakt, że od 1982 roku co dwa lata odbywa się międzynarodowa konferencja poświęcona silnikom Stirlinga, a co dwa lata w Osnabrück (Niemcy) odbywa się Europejskie Forum Silników Stirlinga. Ponadto corocznie w Stanach Zjednoczonych odbywa się konferencja na temat konwersji różnych rodzajów energii, na której działa sekcja dotycząca silników Stirlinga. W Wielkiej Brytanii powstało Towarzystwo Badań nad Silnikami Stirlinga, którego członkami jest ponad 300 naukowców z całego świata. Od 1996 roku Towarzystwo wydaje kwartalnie magazyn UK ​​Stirling News. Stirling Machine World ukazuje się kwartalnie w Stanach Zjednoczonych od 1978 roku. Rocznie publikowana jest jedna lub dwie książki o maszynach Stirlinga.

Główne cechy cyklu Stirlinga to:

Cykl charakteryzuje się niestacjonarnymi w czasie parametrami przepływu płynu roboczego w każdym punkcie układu. W praktyce oznacza to, że maszyna Stirlinga, której wnęki robocze zawarte są w jednej objętości, musi być nieuchronnie maszyną z okresowymi zmianami objętości ściskania i rozprężania, tj. maszyna tłokowa. W związku z tym dominującymi obszarami zastosowania takich maszyn są małe i średnie moce;
- cykl przeznaczony jest wyłącznie do pracy z gazowym płynem roboczym. Aby wymiary maszyn przy danej mocy były akceptowalne, a zewnętrzna i wewnętrzna wymiana ciepła płynu roboczego w tych warunkach była wystarczająco wydajna, ciśnienie w maszynie musi być znacznie wyższe niż ciśnienie atmosferyczne. Z tych samych powodów płyn roboczy musi mieć niską lepkość, możliwie wysoką przewodność cieplną i pojemność cieplną, która w niewielkim stopniu zależy od ciśnienia (w przeciwnym razie wystąpią duże straty wewnętrzne w regeneratorze z powodu różnych równoważników termicznych przepływów wymiany ciepła);
-w cyklu odzysk ciepła pozwala na pracę w szerokim zakresie temperatur (temperatura górna i dolna cyklu) przy stosunkowo niewielkich stosunkach ciśnień sprężania i rozprężania;
- do realizacji cyklu można wykorzystać wodór, hel, azot, powietrze i inne substancje gazowe jako ciała robocze. Zastosowanie jako czynnika roboczego gazów o wysokiej wartości stałej gazowej (R), takich jak wodór czy hel, umożliwia uzyskanie wydajności egzergii* w maszynach Stirlinga. ponad 50%;
- uniwersalność cyklu, na jego podstawie można tworzyć zarówno konwertery cyklu do przodu jak i cyklu odwrotnego.

· (Przypis KP. O „egzergii metodach analizy”: jest to podejście oparte na wykorzystaniu potencjałów termodynamicznych w analizie procesów konwersji energii w systemie, patrz,.)

Cykl Stirlinga w konwerterze cyklu bezpośredniego składa się z czterech procesów: - procesu sprężania izotermicznego, ciepło z cieczy roboczej o temperaturze T comp jest oddawane do otoczenia; - proces przy stałej objętości, ciepło z dyszy regeneratora jest przekazywane do płynu roboczego; - proces rozszerzania izotermicznego, ciepło z zewnętrznego źródła o temperaturze T max jest przekazywane do płynu roboczego; - proces odbywa się w stałej objętości, ciepło z płynu roboczego przekazywane jest do dyszy regeneratora.

Cykl Stirlinga w konwerterze cyklu odwróconego również składa się z czterech procesów. Różnica w stosunku do silnika polega na tym, że temperatura zewnętrznego źródła, z którego dostarczane jest ciepło podczas procesu rozprężania, jest niższa od temperatury płynu roboczego, który odprowadza ciepło podczas procesu sprężania. W przypadku chillera ciepło jest usuwane z zimnej wnęki podczas procesu rozprężania 3'-4'. Praca sprężania (obszar 1-2-5-6) jest taka sama dla silnika i agregatu chłodniczego. Praca rozprężania (powierzchnia 4'-3'-5-6) w agregacie chłodniczym jest mniejsza niż praca sprężania, a do realizacji tego cyklu potrzebna jest energia dostarczana ze źródła zewnętrznego, równoważna powierzchni ​​1-2-3'-4 '. Przy przejściu z wnęki ściskanej do wnęki rozprężnej w procesie 2-3' temperatura płynu roboczego spada, aw procesie 4'-1 odpowiednio wzrasta.

Maszyny z bezpośrednim cyklem Stirlinga — silnik Stirlinga

W światowych badaniach technologii konwersji energii silnik Stirlinga jest uważany za silnik o największym potencjale dalszy rozwój. Niski poziom hałas, niska toksyczność spalin, możliwość pracy na różnych paliwach, świetny zasób, porównywalne wymiary i waga, dobra charakterystyka momentu obrotowego - wszystkie te parametry sprawiają, że maszyny Stirlinga w niedalekiej przyszłości będą mogły znacznie wycisnąć silniki spalinowe (ICE). Silnik Stirlinga należy do klasy silników z zewnętrznym doprowadzeniem ciepła (DVPT). W związku z tym, w porównaniu z silnikami spalinowymi, w silnikach Stirlinga proces spalania przebiega poza cylindrami roboczymi i przebiega bardziej równowagowo, cykl pracy realizowany jest w zamkniętym obiegu wewnętrznym przy stosunkowo niskich szybkościach wzrostu ciśnienia w cylindrach silnika , gładka natura procesów cieplno-hydraulicznych płynu roboczego obwodu wewnętrznego, przy braku mechanizmu zaworu dystrybucji gazu. Należy zauważyć, że wiele zagranicznych firm rozpoczęło produkcję silników, których parametry techniczne są już lepsze od silników spalinowych i turbozespoły gazowe(Państwowy Uniwersytet Techniczny).

90 ° V dwucylindrowy silnik Stirlinga niemieckiej firmy SOLO „SOLO Stirling 161”

Silnik Stirlinga jest unikalnym silnikiem cieplnym, ponieważ jego teoretyczna sprawność jest równa maksymalnej sprawności silników cieplnych (sprawność cyklu Carnota). Działa na zasadzie rozszerzalności cieplnej gazu, a następnie sprężania gazu po jego ochłodzeniu. Silnik Stirlinga zawiera pewną stałą objętość gazu roboczego, który przemieszcza się między „zimną” częścią (zwykle w temperaturze otoczenia) a „gorącą” częścią, która jest zwykle ogrzewana przez spalanie dowolnego rodzaju paliwa lub innego źródła ciepła. Ogrzewanie odbywa się zewnętrznie, dlatego silnik Stirlinga określany jest jako silniki spalinowe. Na początku lat 90. ubiegłego wieku prace nad stworzeniem silników Stirlinga prowadziły tak znane firmy jak „Philips” (Holandia), „General Motors Co”, „ Silnik Forda Co ”,„ NASA Lewis Research Center ”, „Los Alamos National Laboratory ”(USA),„ MAN-MBW ”(Niemcy),„ Mitsubishi Electric Corp. ”,„ Toshiba Corp. ” (Japonia). W ciągu ostatniej dekady prace nad stworzeniem silników Stirlinga rozpoczęły się również w „ Daimler benz”I„ Cummins Power Generation ”(СPG) oraz szereg innych dużych firm.

Maszyny z odwróconym cyklem Stirlinga - Chillery Stirlinga.

Jeden z najbardziej obiecujące kierunki Rozwój technologii chłodniczej w XXI wieku to stworzenie i zastosowanie maszyn chłodniczych Stirlinga o umiarkowanym mrozie (HMS UH). Teoretycznie wydajność średnio zimnych agregatów Stirlinga jest równa wydajności idealnego agregatu Carnot. Substancje, które w pełni spełniają wymagania Konwencji wiedeńskiej o ochronie warstwy ozonowej oraz Protokołu montrealskiego w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową, mogą być stosowane jako płyny robocze do maszyn Stirlinga z odwróconym cyklem. Dlatego powszechne wprowadzenie w niedalekiej przyszłości chłodni Stirlinga o umiarkowanym mrozie pozwoliłoby rozwiązać problem tworzenia odpowiednich nowoczesne wymagania systemy chłodnicze. Nowoczesny zakres produkcyjny tych maszyn waha się od 1 do 100 kW, co zapewnia ich zastosowanie w układach chłodniczych w wielu dziedzinach przemysłu i handlu. Zaletami HMS UX są: wysoka wartość współczynnika wydajności, szeroki zasięg stosować w obszarze umiarkowanego zimna (od 0 do -80 0С) i czystości środowiskowej ciał roboczych (hel, wodór, azot, powietrze). Za granicą rozpoczęto seryjną produkcję chłodni Stirlinga o umiarkowanym mrozie, która pod względem wydajności i przyjazności dla środowiska przewyższa istniejące urządzenia chłodnicze pracujące w innych cyklach, w tym chłodnie sprężarkowe.

Analiza nowoczesnych zagranicznych informacji naukowo-technicznych pozwala stwierdzić, że w krajach uprzemysłowionych w ciągu ostatnich 10 lat rozpoczęto intensywne prace badawczo-rozwojowe przygotowujące do seryjnej produkcji lodówek Stirling. Już teraz nowe urządzenia chłodnicze wykorzystujące maszyny tego cyklu zaczęły wchodzić na rynki zagraniczne. Uderzającym przykładem perspektyw lodówek Stirlinga jest rozpoczęcie masowej produkcji w 2004 roku przez takiego giganta jak południowokoreańska korporacja „LG Electronic Inc” domowych lodówek opartych na lodówkach Stirlinga z napędem liniowym.

Problemy tworzenia wysokowydajnych maszyn Stirlinga.

Doświadczenia zagraniczne w tworzeniu nowoczesnych wysokowydajnych maszyn Stirlinga pokazują, że bez dokładnego matematycznego modelowania procesów pracy i optymalnego projektowania głównych zespołów udoskonalenie projektowanych maszyn przeradza się w długotrwałe, wyczerpujące badania eksperymentalne. Obecnie zachodnie firmy prowadzące rozwój w tym obszarze opierają się głównie na badaniach teoretycznych i eksperymentalnych swoich wydziałów naukowych, uczelni technicznych lub tworzą parki technologiczne dla rozwoju niektórych typów maszyn Stirlinga. Dalej jest to złożoność konstrukcji poszczególnych jednostek, problemy z zakresu uszczelnień, sterowania mocą itp. Cechy konstrukcyjne są określane przez zastosowane ciała robocze. Na przykład hel ma nadciekłość, co determinuje zwiększone wymagania dotyczące elementów uszczelniających tłoków roboczych, tłoczyska wyporowego itp. Stworzenie wyglądu obiecujących maszyn Stirlinga przeznaczonych do produkcji jest niemożliwe bez opracowania nowych rozwiązań technicznych dla głównych jednostek. Trzecim problemem jest wysoki poziom technologii produkcji. Problem ten związany jest z koniecznością stosowania w maszynach Stirlinga stopów żaroodpornych i metali kolorowych, ich spawania i lutowania. Odrębną kwestią jest wykonanie regeneratora i uszczelnienia do niego, aby zapewnić z jednej strony dużą pojemność cieplną, az drugiej niski opór hydrauliczny. Wszystko to wymaga wysoko wykwalifikowanej kadry oraz nowoczesnego sprzętu technologicznego.

Podsumowując, mówiąc o problemach tworzenia maszyn Stirlinga, należy wyciągnąć dwa wnioski:
- wysoka intensywność naukowa tego obszaru technologii jest głównym czynnikiem zniechęcającym do powszechnego stosowania maszyn pracujących w cyklu Stirlinga;
- sukces w tworzeniu konkurencyjnych maszyn Stirlinga na rynku światowym można osiągnąć jedynie w wyniku syntezy wysokiego poziomu badań naukowych, starannego opracowania projektowego głównych zespołów maszyn Stirlinga oraz Zaawansowana technologia produkcja.

Analiza rozwoju krajowego w dziedzinie maszyn Stirlinga.

Perspektywy produkcji i powszechnego wykorzystania maszyn Stirlinga w różnych obszarach gospodarki krajowej wynikają z obecności w Rosji ponad 30-letniego doświadczenia technologicznego zgromadzonego w produkcji kriogenicznych maszyny gazowe Stirling. Firmy produkcyjne sprzęt chłodniczy z kriogenicznymi maszynami Stirlinga są OJSC Zakład budowy maszyn Arsenal, NPO Geliymash itp. Należy jednak zauważyć, że KGM Stirling produkowane przez te przedsiębiorstwa nie są rozwiązaniami krajowymi, ale są kopiami maszyn kriogenicznych produkowanych wcześniej przez holenderskie firmy NV Philips Gloeilampenfabrieken (Philips) i „Werkspoor”.

W Rosji podjęto kilka prób stworzenia krajowych silników Stirlinga i lodówek, jednak ze względu na brak odpowiednich metod obliczeniowych i trudności finansowe nie odniosły one poważnego sukcesu. Tak więc w JSC „ARSMASH” w latach 1991–1994 prowadzono prace nad badaniem obiecujących agregatów chłodniczych do pojazdów chłodni. Analiza wykazała, że ​​tylko agregat chłodniczy Stirlinga może działać jako najbardziej obiecująca jednostka chłodnicza. W związku z tym powstały prototypy maszyn chłodniczych o mocy do 5 kW, pracujących w zakresie od 285 K do 230 K, co pod względem wydajności oraz charakterystyk masowo-gabarytowych odpowiadało współczesnemu PKHM do pojazdów chłodniczych. Opracowano kosztorysy projektowe i dokumentację projektową do jego produkcji seryjnej. Jednak ze względu na ogólne spowolnienie gospodarcze i trudności finansowe klienta prace nad tym projektem zostały wstrzymane.

W 1996 roku w OJSC „Zakład budowy maszyn„ ARSENAL ”, w ramach umowy z SE GOKB„ Prozhektor ”, rozpoczęto prace na temat„ Badania i rozwój jednostek elektrycznych opartych na wielopaliwowych silnikach Stirlinga ”. Temat ten został ujęty pod kodem „Stirling” w złożonej pracy badawczej „Pieredwiżka”, włączonej do porządku państwowego dekretem rządu Federacji Rosyjskiej z 03.02.96 N 227-15. Ze względu na brak realnych środków z budżetu federalnego prace te nie zostały ukończone w całości.

W latach 1997-1998 opracowano pakiet dokumentów w OJSC „MZ” ARSENAL ”do wniosku o włączenie do Federalnego Programu Restrukturyzacji i Konwersji Przedsiębiorstw Obronnych na temat:„ Opracowanie i stworzenie produkcji przyjaznych dla środowiska silników z zewnętrznymi zaopatrzenie w ciepło, lodówki, pompy ciepła i elektrownie beztlenowe oparte na cyklu Stirlinga”. Projekt nie przewidywał dodatkowych Roboty budowlane, ponieważ wypuszczenie na rynek nowych produktów miało się odbyć kosztem obciążenia mocy produkcyjnych uwolnionych po konwersji mocy zakładu. Po pomyślnym wdrożeniu powyższego projektu do 2004 roku zaplanowano rozpoczęcie produkcji na małą skalę silników Stirlinga i lodówek o mocy do 100 kW. Prace te nie zostały jednak jeszcze zrealizowane z powodu braku środków finansowych.

Obecnie rozwinęła się dość paradoksalna sytuacja, która polega na tym, że Rosja ma wieloletnie doświadczenie i technologię do produkcji maszyn Stirlinga, ale nie ma doświadczenia własne opracowania, masowo produkowane maszyny Stirlinga. Sytuacja ta wynika głównie z faktu, że w ciągu ostatnich 15 lat w Rosji z powodu Kryzys ekonomiczny niezwykle niekorzystna innowacyjna atmosfera rozwinęła się w wielu rosyjskich organizacjach naukowych, w których wcześniej prowadzono prace nad stworzeniem maszyn Stirlinga, na przykład M.V. Bauman, VNIIGT, OMPI (TU), Państwowy Uniwersytet Techniczny w Petersburgu (Politechnika), TsNIDI itp. Badania zostały całkowicie wstrzymane z powodu trudności finansowych. Jednocześnie najbardziej znaczące wyniki w tworzeniu wysokowydajnych maszyn Stirlinga osiągnięto za granicą w ciągu ostatnich 15 lat.

„Centrum Innowacji i Badań „Technologie Stirlinga”.

Biorąc pod uwagę obiecujący potencjał maszyn Stirlinga, specjaliści Centrum Innowacji i Badań Stirling – Technologies LLC w ostatnich latach przeprowadzili szereg badań teoretycznych i eksperymentalnych, w wyniku których powstała nowa metodologia projektowania i obliczeń maszyn tego cyklu został opracowany. Metodologia ta obejmuje kilka „know-how”, w tym: unikalną metodę dwupoziomowej wieloparametrowej optymalizacji maszyn Stirlinga; synteza strukturalna maszyn Stirlinga w oparciu o metodę funkcjonalnej analizy egzergii złożonych urządzeń cieplno-mechanicznych; optymalny projekt oparty na TRIZ (podświetlona KP)... Opracowana metodologia projektowania i obliczania maszyn Stirlinga pozwala skrócić czas tworzenia nowych typów maszyn Stirlinga do 1,5-2 lat, z wydajnością odpowiadającą najlepszym analogom na świecie.

Na podstawie proponowanych rozwiązań technicznych specjaliści z LLC „Centrum innowacji i badań„ Stirling - Technologie ”w latach 1994-2003 złożyli ponad 150 wniosków dotyczących rzekomych wynalazków. Szczególną uwagę zwrócono na rozwój poszczególnych jednostek maszyn Stirlinga i ich konstrukcję, a także tworzenie nowych schematy ideowe instalacje różnych cel funkcjonalny... Praktyka pokazała, że ​​optymalny projekt znacznie obniży całkowity koszt jednostkowy maszyn podczas ich produkcji pilotażowej i produkcji seryjnej. Zaproponowany rozwiązania techniczne, biorąc pod uwagę fakt, że maszyny Stirlinga są tańsze w eksploatacji, pozwalają na zwiększenie ich opłacalności ekonomicznej w porównaniu z tradycyjnymi konwerterami energii. Dalsze powszechne stosowanie maszyn Stirlinga będzie wiązało się z rozwojem teorii projektowania maszyn wielocylindrowych tego cyklu, co umożliwi tworzenie silników i lodówek o mocy do 1000 kW.

Instalacje kogeneracyjne z wielopaliwowymi silnikami Stirlinga.

Kogeneracja Stirlinga - Nowa technologia do skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła w oparciu o silniki Stirlinga, w których energia wody chłodzącej i gazów odlotowych wykorzystywana jest na potrzeby zaopatrzenia odbiorców w ciepło. Efektywność wykorzystania silnika Stirlinga w elektrociepłowniach, w porównaniu z silnikiem spalinowym, wynika ze specyfiki jego bilansu cieplnego. Straty ciepła ze spalinami i do wody chłodzącej dla silnika Stirlinga wynoszą odpowiednio 10% i 40%, co przy uwzględnieniu wyższej sprawności. sam silnik, pozwala na tworzenie kompaktowych i wysokosprawnych jednostek kogeneracyjnych.

Elektrociepłownia o mocy 9,5 kW energii elektrycznej i 30 kW energii cieplnej.

Zalety stosowania jednostek kogeneracyjnych z silnikami Stirlinga na paliwie lokalnym w regionach Federacji Rosyjskiej:

Niezależność od koniunktury na rynku ropy i gazu ziemnego.
--- Możliwość załadunku lokalnych przedsiębiorstw do produkcji sprzętu do pozyskiwania i przetwarzania lokalnego paliwa.
--- Brak konieczności tworzenia magazynów zapasów paliwa węglowodorowego i jego transportu.
--- Nie ma potrzeby układania i konserwacji sieci energetycznych podczas elektryzowania odległych obszarów.
--- Znaczące ograniczenie wydatków budżetów regionalnych na zakup paliwa z importu.
--- Znaczące obniżenie kosztów spółek naftowych i gazowych na zakup paliwa z importu dzięki wykorzystaniu paliwo silnikowe powiązany gaz naftowy.

1..Koszt 1 kW/h energii elektrycznej wytworzonej przez jednostkę kogeneracyjną wyniesie od 30 do 50 kopiejek, czyli 2-3 razy taniej niż obowiązujące taryfy. (KP wyróżniony)
2. Zasoby konwertera obiegu bezpośredniego elektrociepłowni zwiększają się około 2 razy w porównaniu z silnikiem spalinowym.
3 .. Podczas spalania paliw zawartość CO w oczyszczonych gazach jest 3 razy niższa, a zawartość NO i CH jest znacznie niższa, co spełnia najbardziej rygorystyczne światowe normy środowiskowe.
4. Okres zwrotu elektrociepłowni wynosi 2,5 roku.

Modernizacja zespołów kotłowych w mini - elektrociepłowniach w oparciu o wykorzystanie silnika Stirlinga.

LLC "Centrum Badawczo-Rozwojowe" Stirling-technologie "jest firmą działającą w dziedzinie tworzenia wysoce efektywnych innowacji dla kompleksu ciepłowniczego i energetycznego Federacji Rosyjskiej. Specjaliści firmy opracowali nową, niezrównaną technologię przenoszenia istniejących kotłowni dostarczanie ciepła do mini-CHP za pomocą silników Stirlinga.

Przykładowy układ urządzeń do modernizacji bloku kotłowego w mini-elektrociepłowni w oparciu o wykorzystanie zakładu recyklingu z silnikiem Stirlinga.

Instalacja podgrzewacza silnika Stirlinga w kominie bloku kotłowego bez zmiany dotychczasowego projektu kotłowni węzła cieplnego umożliwia zamianę ciepła spalin na użyteczną energię mechaniczną i elektryczną. Wykorzystywanie ciepła spalin za pomocą silnika Stirlinga jest najbardziej obiecującym kierunkiem zwiększenia sprawności zespołu kotłowego. Zaproponowana technologia może być z powodzeniem wykorzystana w modernizacji kotłowni o różnej mocy. Otrzymaną energię elektryczną można wykorzystać zarówno do pokrycia zapotrzebowania na energię elektryczną na potrzeby własne kotłowni, jak i do produkcji energii elektrycznej dla zewnętrznej sieci energetycznej. Efektywność ekonomiczna wykorzystania instalacji recyklingu z silnikami Stirlinga w modernizacji kotłowni:
1. Koszt 1 kWh energii elektrycznej wytworzonej w instalacji recyklingu z silnikiem Stirlinga jest 8 razy tańszy niż obowiązujące taryfy dla centralnego zasilania.
2. Okres zwrotu kosztów modernizacji kotłowni w minielektrowniach w oparciu o wykorzystanie instalacji utylizacyjnych z silnikiem Stirlinga nie przekracza 3 lat, w zależności od wstępnych danych techniczno-ekonomicznych.

Wykorzystanie biomasy przy zastosowaniu silnika Stirlinga.

Przykład układu instalacji na paliwo stałe z silnikiem Stirlinga, LLC „IIC” Stirling-technologies ”.

Niemiecka firma „SOLO Stirling Engine” opracowuje układy kogeneracyjne Stirlinga z bezpośrednim wykorzystaniem paliwa stałego, głównie drewna, ale napotyka pewne trudności, takie jak usuwanie żużla z komory spalania czy zapobieganie spiekaniu cząstek paliwa. Badania z Generatorem Gazu latem 1998 roku wykazały, że wytwarzany tam gaz drzewny poprawia spalanie paliw stałych i żywic. Połączenie gazyfikatora z Stirlingiem - kogeneracja jest wysoce skuteczne urządzenie ponieważ gorący gaz wytwarzany z gazyfikatora nie musi być chłodzony do wykorzystania w kogeneracji Stirlinga.
Specjaliści LLC „Centrum innowacji i badań„ Stirling - Technologie ”w Rosji są również aktywnie zaangażowani w rozwój podobnych systemów, na przykład projektowanie zasilania dla wiejskiego miasteczka za pomocą silników Stirlinga pracujących na gazie generatorowym z torfu. Jednocześnie rozwój instalacji na paliwo stałe z silnikiem Stirlinga, działających na zrębki drzewne, węgiel i pył węglowy, torf, łupek, odpady rolnicze i obornik, odpady z gospodarstw domowych itp.

Systemy energii słonecznej.

Solarna wersja silnika Stirling 161 wyprodukowana przez niemiecką firmę SOLO system (EURODISH).

Solarna wersja silnika Stirling 161 jest używana przez kilku producentów w różne wzory... Od 1997 roku na hiszpańskim płaskowyżu słonecznym de Almeria działa 6 systemów. W ramach projektu wspieranego przez UE we współpracy z firmą Schlaich Bergermann und Partner und MERO Raumsysteme GmbH budowana jest między innymi nowa generacja systemu Dish Stirling o mocy 10 kW. Celem projektu jest obniżenie kosztów inwestycji do 5 000 EUR/kW. W tym samym czasie ponownie wchodzi w życie Stirling 161 z modyfikacjami odbiornika, komory i kadłuba. Cechy nowego systemu Dish/Stirling (EURODISH): moc nominalna Stirling 161 SOLO 10,0 kW brutto, średnica lustra słonecznego 8,5 m. W Alanyi tureckie Centrum Badań nad Energią Słoneczną utworzyło Kombassan Holding, firmę, która opiera się na Praca przygotowawcza Kminki. Praca jest bardzo intensywna i przynosi dobre efekty.

Posłowie WYDZIAŁU PROGNOZ

Pytania, które mam, są naturalne dla wybranego kontekstu przeglądu historii motoryzacji.

Czy to techniczne rozwiązanie można powtórzyć w warunkach obecnych realiów kryzysu gospodarczego, kiedy wszyscy starają się „oszczędzić”?

Rozważ opcje:

1. Silnik Stirlinga jako jedyny silnik do samochodu. Rozwój scenariusza - "wszystkożerny samochód".

Moja odpowiedź brzmi nie. Na świecie wciąż jest wystarczająco dużo ropy i gazu. Przy produkcji i konserwacji silników benzynowo-dieslowych zaangażowanych jest tak wiele osób i kapitału, że nie widzę poważnego powodu, aby mówić o zjawisku „podważania”.

2. Czy można zbudować hybrydę według schematu „KAŻDE paliwo – silnik – Stirling – silnik elektryczny”?

Bardzo podobny scenariusz wypróbowano w 1965 roku w lotnictwie.

Sam samolot IL-18P to tajemnica. Wychodzę z założenia, że ​​był to jakiś żart lub specjalnie stworzona dezinformacja, której wyciek mógłby skierować zasoby finansowe konkurentów w nieefektywnym kierunku.

Takie przykłady były w historii techniki. Na przykład na początku lat 70. postanowiono rozwijać technologię komputerową w ZSRR na ścieżce dużej wirtualne maszyny Seria WE. Wciąż pamiętam wielki aforyzm mojego nauczyciela programowania w asemblerze: „Są maszyny z serii EC najlepszy przykład sabotaż naukowo-techniczny USA przeciwko ZSRR”.

Była to ślepa droga dla rozwoju technologii komputerowej, która za pomocą zachodnich mediów i umiejętnych działań służb specjalnych stała się dla nas główną i przyczyniła się do naszego opóźnienia w rozwoju produkcji komputerowej. Ogromne pieniądze wydano „w niewłaściwym miejscu”.

Może sytuacja z samolotem parowym jest podobna.

Odpowiedź KP na wariant 2 brzmi „prawie”. Uzasadnienie jest takie samo jak w Opcji 1.

3. Czy można zbudować hybrydę według schematu „ICE + odzysk ciepła przy użyciu silnika Stirlinga”? Silniki spalinowe benzynowo-dieslowskie mają 70-75%

energia paliwa zamienia się w ciepło i tarcie.

Widelec natychmiast powstaje podwariant A: weź na pokład dwa rodzaje energii mechanicznej: z silnika spalinowego i od Stirlinga? podwariant B: Wejdź na pokład mechanika z silnika spalinowego i prądu dla silnika elektrycznego.

Jeśli opcja B pasuje do ogólnej koncepcji projektowej wielu nowoczesnych samochody hybrydowe, gdzie procesy rekonwalescencji uważa się za wyznaczanie celów, opcja A nie może podać wielu przykładów trwałego sukcesu.

W tych sterowcach z 1958 i 1966 roku zastosowano DWA typy wind: Archimedesa oraz z efektem Magnusa. Jak widać, te rozwiązania techniczne pojawiły się po schyłku ery aeronautyki. A o ich prawdziwych właściwościach nic nie wiemy. Tylko fakty dotyczące prowadzonych prac B+R.

Można oczywiście powiedzieć, że statek o napędzie śmigłowym żaglowym lub parowiec z kołami łopatkowymi i żaglami są jednocześnie takimi przykładami, ale nadal nie są do końca poprawne, ponieważ energia wiatru w tych systemach nadal znajduje się w supersystemie i może być wykorzystywana niezależnie, a opcja A oznacza jednak wykorzystanie energii cieplnej, która powstaje wewnątrz pojazdu podczas pracy.

Mówiąc o silnikach Stirlinga, można mieć nadzieję, że z kryzysu dostaną impuls do rozwoju jako wszystkożerne małe elektrownie, ale raczej nie „przenikną” do auta. Okluzja wodoru i helu, przenikanie tych substancji przez metalowe ścianki, ich rozpuszczanie w metalu nie jest zjawiskiem akademickim, ale całkowicie technicznym. Ogromne ciśnienia robocze w połączeniu z drganiami transportowymi sugerują również duże problemy z obejściem sprzeczności: „grube ścianki są potrzebne do zwiększenia trwałości, ale to zmniejsza możliwości wymiany ciepła ścian i zwiększa wagę silnika”.

W ogóle nie omawialiśmy innej właściwości tych niesamowite samochody... Możliwość wykorzystania ich jako pomp ciepła. To uderzające przejawy zasady inwersji, która obfituje w historię wszystkich maszyn, w których jest ogrzewanie, ale można o tym mówić godzinami. Zróbmy jakoś osobny problem.

Niespełna sto lat temu silniki spalinowe starały się wywalczyć należne im miejsce w konkurencji wśród innych dostępnych maszyn i mechanizmów jezdnych. Jednocześnie w tamtych czasach wyższość silnika benzynowego nie była tak oczywista. Istniejące maszyny na silnikach parowych wyróżniały się ciszą, doskonałymi jak na tamte czasy charakterystykami mocy, łatwością konserwacji, możliwością użytkowania różnego rodzaju paliwo. W dalszej walce o rynek zwyciężyły silniki spalinowe ze względu na swoją sprawność, niezawodność i prostotę.

Kolejny wyścig o ulepszanie agregatów i mechanizmów jezdnych, w który weszli w połowie XX wieku Turbiny gazowe i rotacyjne, doprowadziły do ​​tego, że pomimo wyższości silnika benzynowego podjęto próby wprowadzenia całkowitego nowy rodzaj silniki - termiczne, wynalezione po raz pierwszy w 1861 roku przez szkockiego księdza Roberta Stirlinga. Silnik został nazwany na cześć jego twórcy.

Silnik Stirlinga: fizyczna strona problemu

Aby zrozumieć, jak to działa Elektrownia stołowa na Stirling, należy to rozumieć informacje ogólne o zasadach działania silników cieplnych. Fizycznie zasadą działania jest wykorzystanie energii mechanicznej, którą uzyskuje się podczas rozprężania gazu podczas ogrzewania i jego późniejszego sprężania podczas chłodzenia. Aby zademonstrować zasadę działania, można podać przykład oparty na zwykłej plastikowej butelce i dwóch garnkach, z których jeden zawiera zimną wodę, a drugi gorącą.

Podczas opuszczania butelki do zimna woda, którego temperatura jest zbliżona do temperatury tworzenia się lodu przy wystarczającym schłodzeniu powietrza wewnątrz plastikowego pojemnika, należy go zamknąć korkiem. Ponadto, gdy butelka zostanie umieszczona we wrzącej wodzie, po chwili korek „wystrzeliwuje” mocno, ponieważ w ta sprawa ogrzane powietrze wykonało wielokrotnie większą pracę niż podczas chłodzenia. Przy wielokrotnym powtarzaniu eksperymentu wynik się nie zmienia.

Pierwsze maszyny, które zbudowano przy użyciu silnika Stirlinga, wiernie odtworzyły proces zademonstrowany w eksperymencie. Oczywiście mechanizm wymagał poprawy wykorzystania części ciepła, które gaz tracił podczas procesu chłodzenia, do dalszego ogrzewania, co pozwalało na powrót ciepła do gazu w celu przyspieszenia nagrzewania.

Ale nawet użycie tej innowacji nie mogło uratować stanu rzeczy, ponieważ pierwsze Stirlingi wyróżniały się dużymi rozmiarami i niską mocą wyjściową. W przyszłości niejednokrotnie podejmowano próby unowocześnienia konstrukcji do mocy 250 KM. doprowadziło do tego, że w obecności cylindra o średnicy 4,2 metra realna wydana moc wyjściowa elektrownia Stirling o mocy 183 kW miała w rzeczywistości tylko 73 kW.

Nowoczesne konfiguracje Stirling

Współczesna inżynieria rozróżnia trzy główne typy takich silników:

• stylizacja alfa, której różnica polega na dwóch aktywnych tłokach umieszczonych w osobnych cylindrach. Spośród wszystkich trzech opcji ten model jest najbardziej duża moc mając najwyższą temperaturę tłoka grzewczego;
• stylizacja beta, oparta na jednym cylindrze, którego jedna część jest gorąca, a druga zimna;
• stylizacja gamma, która oprócz tłoka ma również wypychacz.

Produkcja elektrowni Stirling będzie zależeć od wyboru modelu silnika, który uwzględni wszystkie pozytywne i negatywne strony podobny projekt.

Zalety i wady

Ze względu na swoje cechy konstrukcyjne silniki te mają szereg zalet, ale nie są pozbawione wad.

Elektrownia biurkowa Stirlinga, która jest niemożliwa w sklepie, ale tylko od amatorów, którzy samodzielnie zbierają takie urządzenia, to:

• duże gabaryty, które spowodowane są koniecznością ciągłego chłodzenia tłoka roboczego;
• zastosowanie wysokiego ciśnienia, które jest wymagane do poprawy osiągów i mocy silnika;
• strata ciepła, która występuje z uwagi na fakt, że uwolnione ciepło jest przekazywane nie do samego płynu roboczego, ale poprzez układ wymienników ciepła, których ogrzewanie prowadzi do utraty wydajności;
• drastyczne zmniejszenie mocy wymaga zastosowania specjalnych zasad, które różnią się od tradycyjnych dla silników benzynowych.

Wraz z wadami elektrownie działające na jednostkach Stirlinga mają niezaprzeczalne zalety:

• każdy rodzaj paliwa, bo jak każdy silnik wykorzystujący energię cieplną, ten silnik zdolny do funkcjonowania przy różnicy temperatur w dowolnym środowisku;
• rentowność. Urządzenia te mogą być doskonałym zamiennikiem jednostek parowych w przypadku konieczności przetwarzania energii słonecznej, dając sprawność wyższą o 30%;
• Bezpieczeństwo środowiska... Ponieważ elektrownia stołowa kW nie wytwarza momentu spalin, nie wytwarza hałasu i nie emituje szkodliwych substancji do atmosfery. Zwykłe ciepło działa jak źródło energii, a paliwo wypala się prawie całkowicie;
• konstruktywna prostota. Do swojej pracy Stirling nie będzie wymagał dodatkowych części ani osprzętu. Jest w stanie uruchomić się samodzielnie bez użycia rozrusznika;
• zwiększona żywotność. Dzięki swojej prostocie silnik może zapewnić ponad sto godzin ciągłej pracy.

Zastosowania silników Stirlinga

Silnik Stirlinga jest najczęściej używany w sytuacjach, gdy wymagane jest urządzenie do przetwarzania energii cieplnej, co jest proste, podczas gdy sprawność innych typów jednostek termicznych jest znacznie niższa w podobnych warunkach. Bardzo często takie jednostki są wykorzystywane do zasilania urządzeń pompujących, chłodni, łodzi podwodnych, akumulatorów magazynujących energię.

Materiał wideo: YouTube.com/watch?v=fRY6rkuw3LA

Jednym z obiecujących obszarów zastosowania silników Stirlinga są elektrownie słoneczne, ponieważ jednostka ta może być z powodzeniem wykorzystywana do przetwarzania energii promieni słonecznych na energię elektryczną. Aby zrealizować ten proces, silnik umieszczony jest w centrum lustra, które akumuluje promienie słoneczne, co zapewnia stałe oświetlenie obszaru wymagającego ogrzewania. To pozwala Ci się skoncentrować energia słoneczna na małym obszarze. W tym przypadku paliwem do silnika jest hel lub wodór.