Mostre mari de motoare Stirling. Motor Stirling - cum funcționează

Principiul de bază de funcționare al motorului Stirling este alternarea continuă a încălzirii și răcirii fluidului de lucru într-un cilindru închis. De obicei aerul acționează ca un fluid de lucru, dar se folosesc și hidrogenul și heliul.

Ciclul motorului Stirling este format din patru faze și este împărțit în două faze de tranziție: încălzire, expansiune, trecere la o sursă rece, răcire, compresie și trecere la o sursă de căldură. Astfel, la trecerea de la o sursă caldă la o sursă rece, gazul din cilindru se dilată și se contractă. În același timp, presiunea se modifică, datorită cărora se poate obține muncă utilă. Întrucât explicațiile teoretice sunt o mulțime de experti, a le asculta uneori este obositor, așa că să trecem la o demonstrație vizuală a motorului Sterling.

Cum funcționează motorul Stirling
1. O sursă de căldură externă încălzește gazul din partea inferioară a cilindrului schimbătorului de căldură. Presiunea generată împinge pistonul de lucru în sus.
2. Volanul împinge pistonul de deplasare în jos, deplasând astfel aerul încălzit de jos în camera de răcire.
3. Aerul se răcește și se contractă, pistonul de lucru coboară.
4. Pistonul de deplasare se deplasează în sus, deplasând astfel aerul răcit în jos. Și ciclul se repetă.

Într-o mașină Stirling, mișcarea pistonului de lucru este deplasată cu 90 de grade în raport cu mișcarea pistonului de deplasare. În funcție de semnul acestei schimbări, mașina poate fi un motor sau o pompă de căldură. La 0 grade de schimbare, mașina nu efectuează nicio lucrare (altul decât pierderile prin frecare) și nu o generează.

O altă invenție a lui Stirling, care a crescut Eficiența motorului a devenit un regenerator, care este o cameră umplută cu sârmă, granule, folie ondulată pentru a îmbunătăți transferul de căldură al gazului care trece (în figură, regeneratorul este înlocuit de aripioarele radiatorului de răcire).

În 1843, James Stirling a folosit acest motor într-o fabrică unde lucra ca inginer la acea vreme. În 1938, Philips a investit într-un motor Stirling cu peste două sute de cai putere și o eficiență de peste 30%.

Avantajele motorului Stirling:

1. Omnivor. Puteți folosi orice combustibil, principalul lucru este să creați o diferență de temperatură.
2. Nivel scăzut de zgomot. Deoarece lucrul se bazează pe căderea de presiune a fluidului de lucru și nu pe aprinderea amestecului, zgomotul este semnificativ mai mic în comparație cu motorul cu ardere internă.
3. Simplitatea designului, deci o marjă mare de siguranță.

Cu toate acestea, toate aceste avantaje în majoritatea cazurilor sunt eliminate de două mari dezavantaje:

1. Dimensiuni mari... Lichidul de lucru trebuie răcit, iar acest lucru duce la o creștere semnificativă a masei și dimensiunii datorită radiatoarelor crescute.
2. Eficiență scăzută. Căldura este furnizată nu direct fluidului de lucru, ci numai prin pereții schimbătoarelor de căldură, respectiv, pierderile de eficiență sunt mari.

Odată cu dezvoltarea motorului cu ardere internă, motorul Stirling a intrat... nu, nu în trecut, ci în umbră. Este folosit cu succes ca centrale electrice auxiliare pe submarine, în pompele de căldură la centralele termice, ca convertoare de energie solară și geotermală în energie electrică, proiectele spațiale sunt asociate cu aceasta pentru a crea centrale electrice care funcționează cu combustibil radioizotop (desintegrarea radioactivă are loc odată cu eliberare de temperatură, cine nu știa) Cine știe, poate într-o zi motorul Stirling va avea un viitor grozav!

Motorul Stirling, cândva celebru, a fost uitat multă vreme din cauza utilizării pe scară largă a unui alt motor (combustie internă). Dar astăzi auzim din ce în ce mai multe despre el. Poate că are șansa să devină mai popular și să-și găsească locul într-o nouă modificare în lumea modernă?

Istorie

Motorul Stirling este un motor termic care a fost inventat la începutul secolului al XIX-lea. Autorul, după cum știți, a fost un anume Stirling pe nume Robert, un preot din Scoția. Dispozitivul este un motor cu ardere externă, în care corpul se mișcă într-un recipient închis, schimbându-și constant temperatura.

Din cauza proliferării unui alt tip de motor, acesta a fost aproape uitat. Cu toate acestea, datorită avantajelor sale, astăzi motorul Stirling (mulți amatori îl construiesc acasă cu propriile mâini) revine din nou.

Principala diferență față de un motor cu ardere internă este că energia termică vine din exterior și nu este generată în motorul în sine, ca într-un motor cu ardere internă.

Principiul de funcționare

Vă puteți imagina un volum de aer închis, închis într-o carcasă cu o membrană, adică un piston. Când corpul se încălzește, aerul se extinde și efectuează lucru, îndoind astfel pistonul. Apoi se răcește și se pliază din nou. Acesta este ciclul mecanismului.

Nu este de mirare că multe motoare termoacustice Stirling sunt făcute acasă. Uneltele și materialele pentru aceasta necesită minimul care poate fi găsit în casa fiecăruia. Luați în considerare două căi diferite cât de ușor este să-l creezi.

Materiale pentru lucru

Pentru a face un motor Stirling cu propriile mâini, veți avea nevoie de următoarele materiale:

• staniu;
• spiță de oțel;
• tub de alama;
• ferăstrău;
• fişier;
• suport din lemn;
• foarfece pentru metal;
• detalii elemente de fixare;
• ciocan de lipit;
• lipire;
• lipire;
• mașinărie.

E tot. Restul este o chestiune de tehnică simplă.

Modul de a face

Din tablă se prepară un focar și doi cilindri pentru bază, din care va consta motorul Stirling, realizat manual. Dimensiunile sunt selectate independent, ținând cont de scopurile pentru care este destinat acest dispozitiv. Să presupunem că motorul este realizat în scopuri demonstrative. Apoi, măturarea cilindrului principal va fi de la douăzeci la douăzeci și cinci de centimetri, nu mai mult. Restul pieselor ar trebui să se adapteze la el.

În partea de sus a cilindrului, sunt făcute două proeminențe și găuri cu un diametru de patru până la cinci milimetri pentru a deplasa pistonul. Elementele vor acționa ca lagăre pentru localizarea ansamblului manivelă.

Apoi, ei fac fluidul de lucru al motorului (apa obișnuită va deveni el). Cercurile de tablă sunt lipite de cilindru, care este rulat într-o țeavă. În ele se fac găuri și se introduc tuburi de alamă de la douăzeci și cinci până la treizeci și cinci de centimetri în lungime și patru până la cinci milimetri în diametru. La final, ei verifică cât de strânsă a devenit camera prin inundarea cu apă.

Urmează deplasatorul. Pentru fabricație, luați un semifabricat dintr-un copac. Pe mașină, aceștia se asigură că ia forma unui cilindru obișnuit. Deplasatorul trebuie să fie puțin mai mic decât diametrul cilindrului. Înălțimea optimă este selectată după ce este fabricat motorul Stirling de tip „do-it-yourself”. Prin urmare, în această etapă, lungimea ar trebui să preia o anumită marjă.

Spița este transformată într-o tijă de cilindru. Se face o gaură în centrul recipientului de lemn, potrivită pentru tulpină, introduceți-o. În partea superioară a tijei, este necesar să se prevadă un loc pentru dispozitivul de biela.

Apoi iau tuburi de cupru lungi de patru centimetri și jumătate și diametru de doi centimetri și jumătate. O cană de tablă este lipită de cilindru. Pe lateralele pereților se face o gaură pentru comunicarea recipientului cu cilindrul.

Pistonul este de asemenea montat strung sub diametrul unui cilindru mare din interior. În partea de sus, tija este conectată într-un mod articulat.

Asamblarea este finalizată și mecanismul este configurat. Pentru a face acest lucru, pistonul este introdus într-un cilindru mai mare, iar acesta din urmă este conectat la un alt cilindru mai mic.

Un mecanism de manivelă este construit pe un cilindru mare. O parte a motorului este fixată cu un fier de lipit. Părțile principale sunt fixate pe o bază de lemn.

Cilindrul este umplut cu apă și o lumânare este plasată sub fund. Motorul Stirling, realizat manual de la început până la sfârșit, este testat pentru funcționare.

Metoda a doua: materiale

Motorul se poate face si in alt mod. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de următoarele materiale:

• staniu;
• cauciuc spumă;
• agrafe;
• discuri;
• două șuruburi.

Modul de a face

Cauciucul spongios este foarte des folosit pentru a face acasă un motor Stirling simplu, nu puternic, cu propriile mâini. Din el este pregătit un deplasator pentru motor. Tăiați cercul de spumă. Diametrul trebuie să fie puțin mai mic decât cel al unei conserve, iar înălțimea să fie puțin peste jumătate.

Se face o gaură în centrul capacului pentru viitoarea biela. Pentru a o face să meargă fără probleme, agrafa este pliată într-o spirală și lipită de capac.

Cercul de cauciuc spumos din mijloc este străpuns cu un fir subțire cu un șurub și fixat deasupra cu o șaibă. Apoi o bucată de agrafă este conectată prin lipire.

Dislocatorul este împins în orificiul capacului, iar borcanul și capacul sunt lipite împreună pentru a etanșa. Pe o agrafă se face o buclă mică și o altă gaură mai mare în capac.

Foaia de tablă este rulată într-un cilindru și lipită, apoi atașată la borcan, astfel încât să nu rămână deloc goluri.

Agrafa este transformată într-un arbore cotit. Distanța ar trebui să fie exact nouăzeci de grade. Genunchiul de deasupra cilindrului este ușor mai mare decât celălalt.

Restul capselor sunt transformate în suporturi cu arbore. Membrana este realizată după cum urmează: cilindrul este învelit într-o peliculă de polietilenă, presat și fixat cu un fir.

Biela este realizată dintr-o agrafă care se introduce într-o bucată de cauciuc, iar piesa finită este atașată de membrană. Lungimea bielei este făcută astfel încât membrana să fie trasă în cilindru în punctul brut inferior și întinsă în punctul cel mai înalt. A doua parte a bielei este realizată în același mod.

Apoi, unul este lipit de membrană, iar celălalt de displacer.

Picioarele borcanelor pot fi, de asemenea, făcute din agrafe și lipite. Pentru manivelă se folosește un CD.

Deci întregul mecanism este gata. Rămâne doar să înlocuiți și să aprindeți o lumânare sub ea, apoi să dați o împingere prin volant.

Concluzie

Acesta este motorul Stirling cu temperatură joasă (auto-construit). Desigur, la scară industrială, astfel de dispozitive sunt fabricate într-un mod complet diferit. Cu toate acestea, principiul rămâne neschimbat: volumul de aer este încălzit și apoi răcit. Și acest lucru se repetă în mod constant.

În cele din urmă, uită-te la aceste desene ale motorului Stirling (o poți face singur fără abilități speciale). Poate ești deja în flăcări cu ideea și ai vrea să faci ceva asemănător?

Azi despre motorul Stirling.
(multe videoclipuri interesante)
Partea 1.
Pentru foarte mulți, nu se știe despre ce este vorba, așa că va exista multă teorie.
Această minunată invenție se mai numește și motor cu ardere externă.
Pistonul de lucru este umplut cu aer sau gaz și este expus căldurii din exterior.
Deci, pentru un astfel de motor, benzina nu este necesară, poate funcționa pe orice emite căldură, soare, lemn, cărbune, gaz, petrol, combustibil nuclear. Oriunde poți obține diferența de temperatură, există modele care funcționează chiar și din căldura mâinii.

Funcționarea motorului de la căldura cupei:

Este suficient să spunem că frigiderele, pompele de căldură și aparatele de aer condiționat sunt, de fapt, și motoare Stirling, care funcționează doar în direcție inversă.

Instalații solare industriale în care lumina soarelui este concentrată pe fluidul de lucru al motorului, creând o diferență uriașă de temperatură.
Puterea unor astfel de instalații ajunge la 50-70 kW.

Eficiența unor astfel de motoare poate fi de la 5 pentru modelele convenționale până la 70% pentru versiunile industriale care funcționează sub o presiune de 300 de atmosfere, ceea ce este cu 50-70% mai mare decât motoarele cu ardere internă. Este suficient să spunem că motoarele Stirling sunt folosite pe nave spațiale și pe cele mai recente submarine.

Acesta este un motor dezvoltat de NASA pentru lucrul în spațiu, cu o putere de 2500 kW.
fluid de lucru în hidrogen sub o presiune de 300 atmosfere.

Atunci apare întrebarea, de ce această invenție minune nu valorează în fiecare casă și curte,
când este suficient să pui fluidul de lucru într-un foc obișnuit și să te bucuri de prezența electricității? Cred că răspunsul este evident, atâta timp cât există ulei și cei care îl dețin în uz normal, nu îl vom vedea.
Pentru a controla rezervele de petrol, sunt declanșate războaie și state întregi sunt șterse.
Cred că nimeni nu se miră că Statele Unite aduc democrație doar în acele țări în care există producție de petrol, Siria, Kuweit, Irak, Libia, Iran, Sudan, Pakistan etc.
Și din anumite motive nu există niciun interes pentru alte regimuri dictatoriale.

Erau versurile.
Se vinde un motor Stirling fabricat industrial pentru uz casnic, dar prețul său este absolut nerezonabil în regiunea de 20-25 mii de dolari, cu o putere de 5-7 kW.
Probabil că nu sunt foarte mulți care doresc.

Abia recent o companie germană care produce cazane de încălzire casnică a obținut o licență pentru a instala motoare cu un generator de curent liniar în produsele sale.
Cu o putere termică de 16-20 kW. (este vorba despre incalzirea unei case cu o suprafata de 120-150 de metri)
toată căldura în exces nu iese în conductă, ci este transformată în energie electrică cu aproximativ 2 kW.
Dimensiunea unui astfel de convertor este ca un termos de 3 litri.
Este greu de spus cât vor costa astfel de cazane, dar având un astfel de convertor,
problema alimentării va fi rezolvată. Pune fluidul de lucru într-un foc sau cuptor și gata!
Ne putem imagina cum volatilitatea s-ar întoarce cu susul în jos dacă în fiecare boiler care furnizează căldură pentru încălzirea unor zone întregi ar exista Stirling uriașe în cuptoare. presiune ridicata... Poate că pentru întregul sezon de încălzire a fost posibil să nu depindem de centralele electrice.
Și cine, atunci, va aduce mega profituri companiilor generatoare?

La vânzare puteți găsi modele Stirling frumoase și funcționale,
dar modelele sunt și foarte scumpe, de exemplu cel din fotografie costă 32.000 de ruble.

Video cu munca lor:

Fotografii cu modele de casă

Video cu motoare de casă:

Ei chiar lucrează de la soare:

Mașină mai avansată și mai puternică răcită cu apă:

Un videoclip interesant despre munca unui model de școală:

Nu suntem răsfățați cu desene industriale.
Dar nimeni nu poate interzice realizarea unui astfel de motor pe cont propriu, deși va fi mult mai puțin fiabil și productiv decât model industrial, dar va fi omnivor, care este exact ceea ce avem nevoie.
Pentru cei care au forat și au găsit ulei în grădina lor, acesta nu este un subiect pentru tine,
căutați diagrame ale alambicurilor de distilare.)))

Istorie.
Motorul Stirling a fost brevetat pentru prima dată de preotul scoțian Robert Stirling la 27 septembrie 1816. Principiul de bază de funcționare al motorului Stirling este alternarea continuă a încălzirii și răcirii fluidului de lucru într-un cilindru închis.
Merită spus că primul Stirling industrial a lucrat într-o fabrică mecanică, conducând un ciocan mecanic timp de 80 de ani.
În 1843, James Stirling a folosit acest motor într-o fabrică unde lucra ca inginer la acea vreme. În 1938, Philips a investit într-un motor Stirling cu o capacitate de peste două sute de cai putere și o rentabilitate de peste 30%. Motorul Stirling are multe avantaje și a fost răspândit în epoca motoarelor cu abur.
Există în principiu trei soiuri de motor Stirling.

Alpha Stirling - conține două pistoane de putere separate în cilindri separați. Un piston este fierbinte, celălalt este rece. Cilindrul piston fierbinte este situat în schimbătorul de căldură cu mai mult temperatura ridicata, în timp ce cilindrul cu pistonul rece se află în schimbătorul de căldură mai rece. Avea de acest tip Raportul putere-volum al motorului este destul de mare, dar, din păcate, temperatura ridicată a pistonului „fierbinte” creează anumite probleme tehnice.

Regeneratorul este situat între partea fierbinte a tubului de legătură și cea rece.

Beta Stirling - Există un singur cilindru, fierbinte la un capăt și rece la celălalt. Un piston (de la care se scoate puterea) și un „deplasator” se deplasează în interiorul cilindrului, modificând volumul cavității fierbinți. Gazul este pompat din partea rece în partea fierbinte a cilindrului prin regenerator. Regeneratorul poate fi extern, ca parte a unui schimbător de căldură, sau poate fi combinat cu un piston de deplasare.

Gamma Stirling are, de asemenea, un piston și un „deplasator”, dar în același timp există doi cilindri - unul rece (pistonul se mișcă acolo, de la care este îndepărtată puterea), iar al doilea este fierbinte de la un capăt și rece de la altele (există un „deplasator” care se deplasează acolo). Regeneratorul poate fi extern, în acest caz conectează partea fierbinte a celui de-al doilea cilindru cu cea rece și simultan cu primul cilindru (rece). Regeneratorul intern face parte din displacer.

Dezavantajele lui Stirling:
Consumul de material este principalul dezavantaj al motorului. La motoarele cu ardere externă în general, și la motorul Stirling în special, fluidul de lucru trebuie răcit, iar acest lucru duce la o creștere semnificativă a masei și dimensiunilor centralei datorită radiatoarelor mărite.
Pentru a obține caracteristici comparabile cu cele ale unui motor cu ardere internă, este necesar să se aplice presiuni mari (peste 100 atm) și tipuri speciale fluid de lucru - hidrogen, heliu.
(aici da, un submarin sau nava spatiala ei nu ne vor lăsa raskurochit)
Căldura nu este furnizată direct fluidului de lucru, ci doar prin pereții schimbătoarelor de căldură. Pereții au o conductivitate termică limitată, ceea ce face ca eficiența să fie mai mică decât se aștepta. Un schimbător de căldură funcționează în condiții de transfer de căldură foarte stresante și la presiuni foarte mari, ceea ce necesită utilizarea de înaltă calitate și materiale scumpe... Proiectarea unui schimbător de căldură care îndeplinește cerințe contradictorii este dificilă. Cu cât aria de schimb de căldură este mai mare, cu atât pierderile de căldură sunt mai mici. În același timp, crește dimensiunea schimbătorului de căldură și volumul fluidului de lucru, care nu participă la lucru. Deoarece sursa de căldură este situată în exterior, motorul răspunde lent la modificările fluxului de căldură către cilindru și este posibil să nu furnizeze imediat puterea necesară la pornire.
Pentru a schimba rapid puterea motorului, se folosesc metode care sunt diferite de cele utilizate la motoarele cu ardere internă: o capacitate tampon de volum variabil, o modificare a presiunii medii a fluidului de lucru în camere, o modificare a unghiului de fază între pistonul de lucru și deplasantul. (inerția și exact asta avem nevoie pentru generator.)

Avantaje:
Cu toate acestea, motorul Stirling are avantaje care fac necesară dezvoltarea acestuia.
Eficiența unui motor Stirling poate ajunge la 65-70% din randamentul ciclului Carnot cu nivelul actual de tehnologie de proiectare și fabricație. În plus, cuplul motorului este aproape independent de viteza de rotație a arborelui cotit. La motoarele cu ardere internă, pe de altă parte, cuplul maxim este atins într-un interval de viteze îngust.
Motor „omnivor” - la fel ca toate motoarele cu ardere externă (sau mai degrabă, alimentarea externă cu căldură), un motor Stirling poate funcționa pe aproape orice diferență de temperatură: de exemplu, între diferitele straturi de apă din ocean, de la soare, de la un nuclear sau încălzitor cu izotopi, sobă pe cărbune sau lemne etc.
Motorul nu va fi „capricios” din cauza pierderii scânteii, a carburatorului înfundat sau a încărcării scăzute a bateriei, deoarece nu are aceste unități. Termenul „motor blocat” nu are sens pentru familia Stirling. Stirling se poate opri dacă sarcina depășește proiectul. Repornirea se efectuează rotind o dată volantul arborelui cotit.
Simplitatea designului - designul motorului este foarte simplu, nu necesită sisteme suplimentare, cum ar fi un mecanism de distribuție a gazului. Pornește de la sine și nu are nevoie de starter. Caracteristicile sale fac posibilă eliminarea cutiei de viteze. Cu toate acestea, după cum s-a menționat mai sus, are un consum mai mare de material.
Resursa crescută - simplitatea designului, absența multor unități „delicate” permite Stirling-ului să ofere o resursă fără precedent pentru alte motoare în zeci și sute de mii de ore de funcționare continuă.
Eficiență - în cazul conversiei energiei solare în energie electrică, stirling-urile oferă uneori o eficiență mai mare (până la 31,25%) decât mașini de încălzire pentru un cuplu.
Arderea combustibilului are loc în afara volumului intern al motorului (spre deosebire de motorul cu ardere internă), ceea ce permite arderea uniformă a combustibilului și arderea completă a acestuia (adică, selectarea energiei maxime conținute în combustibil și reducerea la minimum a emisiilor de combustibil). componente toxice).
Nu există niciun sistem în designul motorului aprindere de înaltă tensiune, sistemul de supape și, în consecință, arborele cu came. Un motor Stirling bine proiectat și avansat din punct de vedere tehnologic nu necesită ajustare și reglare pe toată durata de viață.
Silențialitatea motorului - stilul nu are evacuare, ceea ce înseamnă că nu face zgomot. Beta-styling-ul cu mecanism rombic este un dispozitiv perfect echilibrat și, cu o calitate suficient de mare a manoperei, nici măcar nu are vibrații (amplitudinea vibrațiilor este mai mică de 0,0038 mm).
Ecologic - stilul în sine nu are componente sau procese care pot contribui la poluarea mediului. Nu consumă fluidul de lucru. Protecția mediului a motorului se datorează în primul rând respectării mediului înconjurător a sursei de căldură. De asemenea, este de remarcat faptul că este mai ușor să se asigure completitatea arderii combustibilului într-un motor cu ardere externă decât într-un motor cu ardere internă.

Submarine
Avantajele „stirling-ului” au dus la faptul că, în prima jumătate a anilor ’60, cărțile de referință navale indicau posibilitatea instalării motoarelor Stirling independente de aer pe submarinele de tip „Shöurmen” fabricate în Suedia. Cu toate acestea, nici Sheurmen, nici Nakken și Westerjotlands, care i-au urmat, nu au primit aceste centrale electrice. Și abia în 1988, submarinul de cap de tip „Nakken” a fost reechipat pentru motoarele Stirling. Cu ei, a intrat sub apă mai mult de 10.000 de ore. Cu alte cuvinte, suedezii au fost cei care au deschis era sistemelor de propulsie auxiliare anaerobe în construcția de nave submarine. Și dacă Nakken este prima navă experimentală a acestei subclase, atunci submarinele din clasa Gotland au devenit primele bărci în serie cu motoare Stirling, care le permit să rămână sub apă continuu până la 20 de zile. În prezent, toate submarinele Marinei Suedeze sunt echipate cu motoare Stirling, iar constructorii naval suedezi au lucrat deja bine tehnologia de dotare a submarinelor cu aceste motoare, prin decuparea unui compartiment suplimentar în care se află noul sistem de propulsie. Motoare similare sunt instalate și în cele mai recente submarine japoneze.

Unul dintre domeniile neconvenționale de aplicare ale motorului Stirling este medicina. Este folosit în sistemele cardiace artificiale. Sursa de energie în astfel de sisteme, de regulă, sunt radioizotopii.

Un exemplu de utilizare a unui motor pentru răcirea unui procesor

Pentru noi, avantajele acestei tehnologii sunt că o persoană competentă va putea reproduce un design din acele materiale care vor fi la îndemână, dar pentru un design de înaltă calitate și durabil, trebuie să vă gândiți la asta în avans, astăzi. .
Pentru fiecare persoană, un astfel de motor poate fi o sursă de energie.
Dacă așezarea are mai mult de 30-50 de persoane, atunci puteți veni cu un stoker pentru non-stop.
obținerea de energie electrică. Iar electricitatea este TOTUL.
Pompe, extracție apă, iluminat, securitate perimetrală, scule electrice, aparate electrocasnice, un computer cu date culese, în general, un bastion al civilizației.
Videoclip interesant de la entuziaști care reconstruiesc motoarele Stirling
lucrând cu succes la începutul secolului trecut.

Ce vreau sa spun in concluzie.
Cel mai probabil, motorul Stirling este un panaceu în perioada BP pentru generarea de energie,
atât electrice cât și mecanice.
Pentru că nu este legat de soare, care strălucește ziua, iar noaptea este nevoie de electricitate,
Mai mult decât atât, când este nevoie de lumină mai ales iarna, norii perfidă atârnă pe cer luni de zile.
Nelegat de vântul care bate când vrea și cum vrea, nu știu despre tine, am destul vânt care bate 20 de zile pe an.
Nu este legat de benzină și petrol, poate în Tyumen și poți ajunge la fundul petrolului dacă vrei,
cu noi doar dacă săpați până la zăcămintele din Venezuela.
Nelegat de presiunea și debitul apei, cineva se simte bine la poalele dealurilor printre râuri și pâraie, cea mai apropiată apă mare de mine este strict spre nord de-a lungul orizontului 12 km sau strict în jos 40 de metri.

Stirling ne-a oferit invenția sa unică care poate și ar trebui implementată.
Comoditate, fiabilitate, omnivor, cum ar fi o sobă obișnuită sau o cutie de foc.
Principalul lucru este să aruncați lemne de foc în focar, sau cărbune, ca altcineva.

Vă mulțumim pentru atenție, de continuat...

Postat pe site 12.03.2009.

5 PREFAȚĂ DE LA DEPARTAMENTUL DE PROGNOZĂ

Bună ziua, dragi cititori.

Seria noastră de mașini nu ar fi completă dacă nu ne-am fi uitat la mașini cu motor. extern combustie, care au fost inventate în 1816 de preotul scoțian Robert Stirling.

Motivul inventatorului a fost numărul mare de răni pe care le-au primit muncitorii în industriile revoluției industriale din Anglia.

Istoria tehnologiei raportează o singură experiență de construire a mașinilor

bazat pe utilizarea acestui motor. Acest lucru s-a întâmplat în 1972. Nu am găsit o imagine a acestei mașini, dar am găsit un articol foarte interesant de la centrul rus de inovare, pe care am plăcerea să-l prezint astăzi.

Pentru lectură calificată, vă propun o mică excursie educațională generală în acest domeniu, pe care am conceput-o sub forma unui rezumat al mai multor citate.

Sursa de căldură încălzește gazul din partea dreaptă a cilindrului schimbătorului de căldură. Gazul se dilată și prin tub exercită presiune asupra pistonului de lucru. Pistonul coboară, împinge biela și rotește volantul. În același timp, pistonul de deplasare se deplasează spre dreapta. Deplasează gazul din partea încălzită a cilindrului de schimb de căldură în partea sa rece, care are aripioare de răcire. Pistonul schimbătorului de căldură este umplut cu material termoizolant. Gazul se răcește, creând o forță inversă asupra pistonului de lucru, pistonul se ridică și ciclul se repetă de la început.

motor Stirling, motor cu ardere externă, motor cu alimentare externă și recuperare de energie termică transformată în lucru mecanic util. S. d. Numit pe nume inventator englez R. Stirling (1790-1878), care în 1816-40 a creat un motor cu ciclu deschis care funcționează cu aer încălzit. Motorul avea un regenerator imperfect (schimbător de căldură), era voluminos și greu, drept urmare nu a fost folosit. Modern S. d. Funcționează după un ciclu regenerativ închis (ciclul Stirling), format din două procese izoterme succesive și două procese izocorice. Fluidul de lucru al S. d. Este heliu sau hidrogen la o presiune de 10-14 Mn/m2 (100—140 kgf / cm2) — este situat într-un spațiu restrâns și nu este înlocuit în timpul funcționării, ci modifică volumul doar atunci când este încălzit și răcit. Regeneratorul, parcă, împarte acest spațiu într-o cavitate superioară (fierbinte) și inferioară (rece) (Fig. 1). Căldura este furnizată în cavitatea superioară de la încălzitor, din cea inferioară este îndepărtată de un răcitor în care circulă apa. În cilindrul S. d. Există 2 pistoane - un de lucru și un deplasator. Cavitățile calde și reci sunt interconectate prin canale care trec prin încălzitor, regenerator și răcitor. Ciclul de lucru al S. d. Se realizează în 4 cicluri (Fig. 2).

Raportul putere-greutate al unui motor Stirling este comparabil cu cel al unui motor Stirling. motor diesel turboalimentat. Densitatea de putere puterea este aceeași cu cea a unui motor diesel. Cuplul este practic independent de viteza. Un motor Stirling reacționează la schimbările de sarcină în același mod ca un motor diesel, totuși necesită un sistem de control mai complex, este mai complex decât cele convenționale. motoare termice... Costul de fabricație a acestuia este mai mare decât costul de fabricație a unui motor cu ardere internă, cu toate acestea, costurile de operare sunt mult mai mici.

Tehnologiile dezvoltate în 1816 de scoțianul Robert Stirling funcționează și astăzi! Ciclul Stirling folosește o sursă externă de căldură, care poate fi orice - arderea benzinei, energie solară sau chiar căldura produsă de bacteriile compost. Nu există combustibil în interiorul cilindrilor !!! Principalele calități ale motorului Stirling sunt eficiența, nivelurile scăzute de zgomot și vibrații produse în timpul funcționării, capacitatea de a utiliza diferite tipuri de combustibil și toxicitatea scăzută a gazelor de eșapament. Astăzi, motoarele Stirling sunt folosite doar în unele domenii foarte specializate, precum în submarine sau ca generatoare auxiliare pe iahturile unde se cere tăcere.

Mașinile Stirling sunt mașini care funcționează într-un ciclu termodinamic închis, în care procesele ciclice de compresie și dilatare au loc la diferite niveluri de temperatură, iar debitul fluidului de lucru este controlat prin modificarea volumului acestuia. Substantele naturale gazoase (heliu, azot, aer uscat etc.) sunt folosite ca fluid de lucru. Ciclul termodinamic al mașinilor în cauză a fost propus în 1816 de către scoțianul Robert Stirling. De la mijlocul secolului al XIX-lea, expresia „Mașină Stirling” a devenit utilizată pe scară largă atât în ​​termodinamica clasică, cât și în viața de zi cu zi. Ciclul Stirling este format din două izoterme și două izocore. Prezența a două izoterme determină egalitatea eficienței termodinamice a ciclului Stirling ideal și a ciclului Carnot. Acesta este motivul pentru care mașinile cu ciclu Stirling sunt printre cele mai eficiente mașini din lume. Avantajele mașinilor care funcționează conform ciclului Stirling includ un grad ridicat de curățenie a mediului atât al corpurilor de lucru ale mașinilor Stirling, cât și al deșeurilor care apar în timpul funcționării acestora, precum și eficiența energetică.

Mașinile STIRLING reprezintă o nouă direcție promițătoare în dezvoltarea ingineriei mecanice autohtone.

Până de curând, sistemele autonome de alimentare care foloseau unități termo-mecanice tradiționale satisfaceau nivelul actual de dezvoltare a societății și tehnologiei. Cu toate acestea, agravarea la nivel național probleme globale nevoie urgentă (epuizarea resurselor naturale; iminentă criză de energie; poluarea mediului; reducerea stratului de ozon al Pământului; întărirea „efectului de seră” etc.) a condus la necesitatea adoptării la sfârșitul secolului al XX-lea a unui număr de acte legislative majore internaționale și rusești în domeniul ecologiei, managementului naturii și conservarii energiei. Principalele cerințe ale acestor legi vizează reducerea emisiilor de CO2, oprirea producției de substanțe care epuizează stratul de ozon și freon R-12 ca agent frigorific pentru mașinile frigorifice cu compresie de vapori (PKHM), economisirea resurselor și a energiei, trecerea vehiculelor la combustibili ecologici. , etc.

Amploarea uriașă, creșterea costului de producție a combustibilului și a resurselor energetice și poluarea în creștere a mediului au evidențiat sarcina de a căuta noi tehnologii de conversie a energiei, de a dezvolta noi tehnologii bazate pe cicluri termodinamice de înaltă eficiență, folosind noi tipuri de combustibili, noi organisme de lucru etc., adică crearea unor astfel de sisteme energetice prietenoase cu mediul, care să răspundă nevoilor industriei și ale populației la costuri minime resurse materiale. Alături de alte abordări, în rezolvarea Federația Rusă probleme de mediu și energie, cea mai promițătoare cale este dezvoltarea și introducerea pe scară largă a sistemelor de conversie a energiei bazate pe mașini care funcționează în cicluri Stirling înainte și invers (mașini Stirling).

În prezent, au fost dezvoltate un număr mare de diagrame de aspect și performanțe structurale ale unităților individuale ale mașinilor Stirling. Deci, doar unele unități sunt cunoscute pentru mai mult de 18 tipuri. Cu toate acestea, cele mai răspândite sunt mașinile Stirling realizate după schemele a, b, g. Din punct de vedere structural, mașinile Stirling sunt o combinatie bunaîntr-o singură unitate de compresor, expansor și schimbătoare de căldură: schimbător de căldură de sarcină (încălzitor sau condensator), regenerator și răcitor.

La cele mai recente forumuri europene și mondiale pe starea curentași perspectivele de dezvoltare a mașinilor care funcționează pe ciclul Stirling, s-a remarcat că tehnologia de fabricație a mașinilor Stirling a fost pe deplin stăpânită în străinătate. S-au rezolvat probleme de etanșare pentru piesele mobile, selecția materialelor, lipirea schimbătoarelor de căldură etc. Având în vedere acest lucru, alături de utilizarea tradițională a motoarelor Stirling și a mașinilor criogenice în scopuri militare (recondensarea lichidelor cu punct de fierbere scăzut, răcirea detectorilor cu infraroșu, sistemele de alimentare autonome anaerobe etc.), utilizarea frigiderelor Stirling la o temperatură moderată. nivel rece pentru depozitarea produselor alimentare si a sistemelor de climatizare, utilizarea motoarelor Stirling in centralele de cogenerare, a pompelor de caldura in sistemele de incalzire descentralizata etc.

Confirmarea interesului din ce în ce mai mare pentru motoarele Stirling este faptul că din 1982 se ține o conferință internațională despre motoarele Stirling o dată la doi ani, iar Forumul European despre motoarele Stirling a avut loc o dată la doi ani la Osnabrück (Germania). În plus, în Statele Unite se ține anual o conferință privind conversia diferitelor tipuri de energie, la care funcționează o secție despre motoarele Stirling. În Marea Britanie, a fost creată o Societate pentru Studiul Motoarelor Stirling, din care sunt membri peste 300 de oameni de știință din întreaga lume. Din 1996, Societatea publică trimestrial revista Stirling News din Marea Britanie. Stirling Machine World este publicată trimestrial în Statele Unite din 1978. Una sau două cărți despre mașinile Stirling sunt publicate anual.

Principalele caracteristici ale ciclului Stirling sunt:

Ciclul este caracterizat de parametrii nestaționari în timp ai curgerii fluidului de lucru în fiecare punct al sistemului. În practică, aceasta înseamnă că o mașină Stirling, ale cărei cavități de lucru sunt incluse într-un singur volum, trebuie să fie inevitabil o mașină cu modificări periodice ale volumelor de compresie și expansiune, adică. mașină cu piston. Având în vedere acest lucru, domeniile predominante de aplicare ale unor astfel de mașini sunt de putere mică și medie;
-ciclul este destinat numai lucrului cu un fluid de lucru gazos. Pentru ca dimensiunea mașinilor la o putere dată să fie acceptabilă, iar schimbul de căldură extern și intern al fluidului de lucru în aceste condiții să fie suficient de eficient, presiunea din mașină trebuie să fie semnificativ mai mare decât presiunea atmosferică. Din aceleași motive, fluidul de lucru trebuie să aibă o vâscozitate scăzută, eventual o conductivitate termică și o capacitate termică ridicată, care depinde puțin de presiune (în caz contrar, vor exista pierderi intrinseci mari în regenerator datorită diferitelor echivalente termice ale fluxurilor schimbătoare de căldură);
-în ciclu, recuperarea căldurii vă permite să lucrați într-o gamă largă de temperaturi (temperaturi superioare și inferioare ale ciclului) la rapoarte relativ mici ale presiunilor de compresie și expansiune;
- pentru implementarea ciclului, hidrogenul, heliul, azotul, aerul și alte substanțe gazoase pot fi folosite ca corpuri de lucru. Utilizarea gazelor cu o valoare mare a constantei de gaz (R), de exemplu, hidrogen sau heliu, ca mediu de lucru, face posibilă obținerea eficienței exergie * la mașinile Stirling. peste 50%;
- versatilitatea ciclului, pe baza acestuia este posibil să se creeze atât convertoare ale ciclului înainte, cât și ale ciclului invers.

· (Notă KP. Despre „metodele exergie de analiză”: aceasta este o abordare bazată pe utilizarea potențialelor termodinamice în analiza proceselor de conversie a energiei într-un sistem, vezi,,.)

Ciclul Stirling într-un convertor cu ciclu direct constă din patru procese: - procesul de compresie izotermă, căldura din fluidul de lucru cu o temperatură T comp este transferată în mediu; - procesul este la un volum constant, căldura de la duza regeneratorului este transferată în fluidul de lucru; - procesul de dilatare izotermă, căldura dintr-o sursă externă cu o temperatură T max este transferată în fluidul de lucru; - procesul este la un volum constant, căldura din fluidul de lucru este transferată la duza de regenerare.

Ciclul Stirling din convertorul de ciclu invers constă, de asemenea, din patru procese. Diferența cu motorul este că temperatura sursei externe de la care este furnizată căldură în timpul procesului de expansiune este mai mică decât temperatura fluidului de lucru, care elimină căldura în timpul procesului de compresie. În cazul unui răcitor, căldura este îndepărtată din cavitatea rece în timpul procesului de expansiune de 3 '-4'. Lucrarea de compresie (zona 1-2-5-6) este aceeași atât pentru motor, cât și pentru mașina frigorifică. Lucrul de dilatare (zona 4’-3’-5-6) în mașina frigorifică este mai mic decât munca de comprimare, iar pentru implementarea acestui ciclu este necesară energie furnizată dintr-o sursă externă, echivalentă cu suprafața de 1-2-3'-4'. La trecerea din cavitatea de compresie în cavitatea de expansiune în procesul de 2-3 ', temperatura fluidului de lucru scade, iar în procesul 4'-1, aceasta crește în mod corespunzător.

Mașini cu ciclu direct Stirling - Motor Stirling

În studiile mondiale privind tehnologia de conversie a energiei, motorul Stirling este considerat motorul cu cel mai mare potențial pentru dezvoltare ulterioară. Nivel scăzut zgomot, toxicitate scăzută a gazelor de eșapament, capacitatea de a funcționa cu diverși combustibili, mare resursă, dimensiuni și greutate comparabile, caracteristici bune de cuplu - toți acești parametri fac posibil ca mașinile Stirling în viitorul apropiat să stoarce în mod semnificativ motoarele cu ardere internă (ICE). Motorul Stirling aparține clasei de motoare cu alimentare externă de căldură (DVPT). În acest sens, în comparație cu motorul cu ardere internă, la motoarele Stirling procesul de ardere se desfășoară în afara cilindrilor de lucru și decurge mai mult echilibrat, ciclul de lucru se realizează într-un circuit intern închis la rate relativ mici de creștere a presiunii în motor. cilindri, natura netedă a proceselor termo-hidraulice ale fluidului de lucru al circuitului intern, în absența unui mecanism de supapă de distribuție a gazelor. Trebuie remarcat faptul că o serie de companii străine au început producția de motoare, ale căror caracteristici tehnice sunt deja superioare motoarelor cu ardere internă și unități cu turbine cu gaz(Universitatea Tehnică de Stat).

Motor Stirling cu doi cilindri în V de 90 ° al companiei germane SOLO "SOLO Stirling 161"

Motorul Stirling este un motor termic unic deoarece randamentul său teoretic este egal cu randamentul maxim al motoarelor termice (eficiența ciclului Carnot). Funcționează prin dilatarea termică a gazului, urmată de comprimarea gazului după ce acesta s-a răcit. Un motor Stirling conține un volum constant de gaz de lucru care se deplasează între partea „rece” (de obicei la temperatura ambiantă) și partea „fierbintă”, care este de obicei încălzită prin arderea oricărui tip de combustibil sau altă sursă de căldură. Încălzirea se realizează extern, de aceea motorul Stirling este denumit motoare cu ardere externă. La începutul anilor 90 ai secolului trecut, lucrările la crearea motoarelor Stirling au fost realizate de companii cunoscute precum „Philips” (Olanda), „General Motors Co”, „ motor Ford Co”,„ NASA Lewis Research Center”, “Laboratorul Național Los Alamos” (SUA),” MAN-MBW ”(Germania),” Mitsubishi Electric Corp.”, “Toshiba Corp. ” (Japonia). În ultimul deceniu, lucrările la crearea motoarelor Stirling au început și în „ Daimler Benz”Și” Cummins Power Generation ”(СPG) și o serie de alte firme mari.

Mașini cu ciclu invers Stirling - Frigidere Stirling.

Una dintre cele mai direcții promițătoare dezvoltarea tehnologiei frigorifice în secolul XXI este crearea și utilizarea mașinilor frigorifice Stirling de frig moderat (HMS UH). În teorie, eficiența răcitoarelor Stirling la rece moderată este egală cu cea a unui răcitor Carnot ideal. Substanțele care îndeplinesc pe deplin cerințele Convenției de la Viena pentru protecția stratului de ozon și ale Protocolului de la Montreal privind substanțele care diminuează stratul de ozon pot fi utilizate ca fluide de lucru pentru mașinile Stirling cu ciclu invers. Prin urmare, introducerea pe scară largă a mașinilor de refrigerare Stirling cu frig moderat în viitorul apropiat ar face posibilă rezolvarea problemei creării adecvate. cerințe moderne sisteme de refrigerare. Gama modernă de producție a acestor mașini variază de la 1 la 100 kW, ceea ce asigură utilizarea lor în sistemele frigorifice din multe domenii ale industriei și comerțului. Avantajele HMS UX sunt: ​​valoarea ridicată a coeficientului de performanță, gamă largă utilizarea în zona de frig moderat (de la 0 la -80 0С) și curățenia mediului înconjurător a corpurilor de lucru (heliu, hidrogen, azot, aer). În străinătate, producția în serie a mașinilor frigorifice Stirling cu frig moderat a început deja, din punct de vedere al eficienței și al respectării mediului, superioară mașinilor frigorifice existente care funcționează în alte cicluri, inclusiv mașinile frigorifice cu compresie de vapori.

Analiza informațiilor științifice și tehnice moderne străine ne permite să afirmăm că în țările industrializate, în ultimii 10 ani, au început lucrări intense de cercetare și dezvoltare pentru a pregăti producția de serie a frigiderelor Stirling. Deja acum, pe piețele externe au început să intre noi echipamente frigorifice care folosesc mașini din acest ciclu. Un exemplu izbitor al perspectivelor frigiderelor Stirling este începerea producției de masă în 2004 de către un astfel de gigant precum corporația sud-coreeană „LG Electronic Inc” a frigiderelor de casă bazate pe frigidere Stirling cu o unitate liniară.

Probleme ale creării de mașini Stirling extrem de eficiente.

Experiența străină în crearea de mașini Stirling moderne de mare eficiență arată că, fără modelarea matematică precisă a proceselor de lucru și proiectarea optimă a unităților principale, rafinamentul mașinilor proiectate se transformă în cercetare experimentală obositoare pe termen lung. În prezent, firmele occidentale care conduc dezvoltările în acest domeniu se bazează în principal pe studiile teoretice și experimentale ale departamentelor lor științifice, universităților tehnice sau creează parcuri tehnologice pentru dezvoltarea anumitor tipuri de mașini Stirling. În plus, este complexitatea proiectării unităților individuale, problemele în domeniul etanșărilor, controlul puterii etc. Caracteristicile de proiectare sunt determinate de corpurile de lucru utilizate. Deci, de exemplu, heliul are superfluiditate, ceea ce determină cerințe crescute pentru elementele de etanșare ale pistoanelor de lucru, tija deplasării etc. Formarea aspectului mașinilor Stirling promițătoare destinate producției este imposibilă fără dezvoltarea de noi soluții tehnice pentru unitățile principale. A treia problemă este nivelul înalt al tehnologiei de producție. Această problemă este asociată cu necesitatea de a utiliza aliaje rezistente la căldură și metale neferoase în mașinile Stirling, sudarea și lipirea acestora. O problemă aparte este fabricarea unui regenerator și a unui ambalaj pentru acesta, pentru a asigura, pe de o parte, o capacitate termică mare, iar pe de altă parte, o rezistență hidraulică scăzută. Toate acestea necesită personal înalt calificat și echipamente tehnologice moderne.

În concluzie, vorbind despre problemele creării mașinilor Stirling, este necesar să tragem două concluzii:
- intensitatea științifică ridicată a acestui domeniu de tehnologie este principalul factor de descurajare pentru utilizarea pe scară largă a mașinilor care funcționează pe ciclul Stirling;
- succesul în crearea de mașini Stirling competitive pe piața mondială poate fi obținut doar ca urmare a sintezei unui nivel înalt de cercetare științifică, a studiului atent al proiectării principalelor unități de mașini Stirling și tehnologie avansata producție.

Analiza evoluțiilor interne în domeniul mașinilor Stirling.

Perspectivele pentru producția și utilizarea pe scară largă a mașinilor Stirling în diferite domenii ale economiei interne se datorează prezenței în Rusia a peste 30 de ani de experiență tehnologică acumulată în producția de criogenici. mașini cu gaz Stirling. Firme producătoare echipamente frigorifice cu mașini criogenice Stirling sunt OJSC Uzina de constructii de masini Arsenal, NPO Geliymash etc. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că Stirling KGM produse de aceste întreprinderi nu sunt dezvoltări interne, ci sunt copii ale mașinilor criogenice produse anterior de companiile olandeze NV Philips Gloeilampenfabrieken (Philips) și „Werkspoor”.

În Rusia, s-au făcut încercări de a crea motoare și frigidere Stirling interne, cu toate acestea, din cauza lipsei unor metode de calcul adecvate și a dificultăților financiare, acestea nu au avut un succes serios. Deci, la AOZT „ARSMASH” din 1991 până în 1994, s-a lucrat la studiul unităților frigorifice promițătoare pentru vehicule frigorifice. Analiza a arătat că doar o mașină frigorifică Stirling poate acționa ca cea mai promițătoare unitate frigorifică. În acest sens, au fost create prototipuri de mașini frigorifice cu o capacitate de până la 5 kW, care funcționează în intervalul de la 285 K la 230 K, care, din punct de vedere al eficienței și caracteristicilor de greutate și dimensiune, corespundeau PKHM moderne pentru vehicule frigorifice. . Au fost elaborate estimări de proiectare și documentație de proiectare pentru producția sa în serie. Cu toate acestea, din cauza scăderii generale a economiei și a dificultăților financiare ale clientului, lucrările la acest proiect au fost oprite.

În 1996, la OJSC „Uzina de construcție de mașini „ARSENAL”, în cadrul unui acord cu SE GOKB „Prozhektor”, au început lucrările pe tema „Cercetarea și dezvoltarea unităților electrice bazate pe motoare Stirling multicombustibil”. Acest subiect a fost inclus sub codul „Stirling” în complexul de cercetare și dezvoltare „Peredvizhka”, care a fost inclus în ordinul de stat prin decretul Guvernului Federației Ruse din 03/02/96 N 227-15. Din cauza lipsei de finanțare reală de la bugetul federal, aceste lucrări nu au fost finalizate în totalitate.

În 1997-1998, la OJSC MZ ARSENAL, a fost elaborat un pachet de documente pentru o cerere de includere în Programul Federal de Restructurare și Conversie a Întreprinderilor de Apărare a subiectului: „Dezvoltarea și crearea producției de motoare ecologice cu alimentare externă de căldură. , frigidere, pompe de căldură și centrale anaerobe bazate pe ciclul Stirling”. Proiectul nu prevedea suplimentare lucrari de constructie, deoarece lansarea de noi produse era planificată să fie efectuată pe cheltuiala încărcării capacităților de producție ale fabricii eliberate după conversie. Odată cu implementarea cu succes a proiectului de mai sus, a fost planificat până în 2004 să se stabilească producția la scară mică de motoare și frigidere Stirling cu o capacitate de până la 100 kW. Cu toate acestea, aceste lucrări nu au fost încă implementate din cauza lipsei de finanțare.

În prezent, s-a dezvoltat o situație destul de paradoxală, care constă în faptul că Rusia are mulți ani de experiență și tehnologie pentru producția de mașini Stirling, dar nu are experiență. propriile dezvoltări, mașini Stirling produse în serie. Această situație se datorează în principal faptului că în ultimii 15 ani în Rusia din cauza criză economică o atmosferă inovatoare extrem de nefavorabilă s-a dezvoltat în multe organizații științifice rusești, în care anterior s-a lucrat pe tema creării de mașini Stirling, de exemplu, M.V. Bauman, VNIIGT, OMPI (TU), Universitatea Tehnică de Stat din Sankt Petersburg (Universitatea Politehnică), TsNIDI etc., cercetările au fost complet oprite din cauza dificultăților financiare. În același timp, cele mai semnificative rezultate în crearea de mașini Stirling de înaltă eficiență au fost obținute în străinătate în ultimii 15 ani.

„Centrul de inovare și cercetare” Stirling Technologies”.

Ținând cont de caracterul promițător al mașinilor Stirling, specialiștii Centrului de Inovare și Cercetare Stirling - Technologies LLC au efectuat în ultimii ani o serie de studii teoretice și experimentale, în urma cărora o nouă metodologie pentru proiectarea și calculul mașinilor a acestui ciclu a fost dezvoltat. Această metodologie include mai multe „know-how”, inclusiv: o metodă unică de optimizare multi-parametrică pe două niveluri a mașinilor Stirling; sinteza structurală a mașinilor Stirling pe baza metodei de analiză exergie funcțională a dispozitivelor termomecanice complexe; design optim bazat pe TRIZ (KP evidențiat)... Metodologia dezvoltată pentru proiectarea și calculul mașinilor Stirling face posibilă reducerea timpului pentru crearea de noi tipuri de mașini Stirling la 1,5-2 ani, cu o eficiență corespunzătoare celor mai buni analogi din lume.

Pe baza soluțiilor tehnice propuse, specialiștii SRL „Centrul de Inovare și Cercetare“ Stirling - Technologies ”în 1994-2003 au depus peste 150 de cereri pentru presupuse invenții. O atenție deosebită a fost acordată dezvoltării unităților individuale de mașini Stirling și proiectării acestora, precum și creării de noi diagrame schematice instalatii de diverse scop functional... Practica a arătat că proiectarea optimă va reduce semnificativ costul unitar total al mașinilor în timpul producției pilot și al producției în serie. Propusul solutii tehnice, ținând cont de faptul că mașinile Stirling sunt mai puțin costisitoare de exploatat, fac posibilă creșterea rentabilității lor economice în comparație cu convertoarele tradiționale de energie. Utilizarea pe scară largă a mașinilor Stirling va fi asociată cu dezvoltarea teoriei de proiectare a mașinilor cu mai mulți cilindri din acest ciclu, care va face posibilă crearea de motoare și frigidere cu o capacitate de până la 1000 kW.

Centrale de cogenerare cu motoare Stirling multicombustibil.

cogenerare Stirling - tehnologie nouă pentru producerea combinată de energie electrică și căldură, pe bază de motoare Stirling, în care energia apei de răcire și a gazelor reziduale este utilizată pentru nevoile de alimentare cu căldură a consumatorilor. Eficiența utilizării unui motor Stirling în instalațiile de cogenerare, în comparație cu un motor cu ardere internă, se datorează particularității echilibrului său termic. Pierderea de căldură cu gazele de eșapament și în apa de răcire pentru motorul Stirling este, respectiv, de 10% și respectiv 40%, ceea ce, ținând cont de randamentul mai mare. motorul în sine, vă permite să creați unități de cogenerare compacte și foarte eficiente.

Centrală de cogenerare cu o capacitate de 9,5 kW energie electrică și 30 kW energie termică.

Avantajele utilizării unităților de cogenerare cu motoare Stirling pe combustibil local în regiunile Federației Ruse:

Independență față de conjunctura pieței petrolului și gazelor naturale.
--- Posibilitatea de încărcare a întreprinderilor locale pentru producția de echipamente pentru procurarea și prelucrarea combustibilului local.
--- Nu este nevoie să se creeze instalații de stocare pentru rezervele de combustibil de hidrocarburi și transportul acestuia.
--- Nu este nevoie de așezarea și întreținerea rețelelor electrice atunci când electrizarea zonelor îndepărtate.
--- Reducerea semnificativă a cheltuielilor bugetelor regionale pentru achiziționarea de combustibil importat.
--- Reducerea semnificativă a costurilor companiilor de petrol și gaze pentru achiziționarea de combustibil importat datorită utilizării combustibil pentru motor gaz petrolier asociat.

1..Costul a 1 kW/h de energie electrică generată de unitatea de cogenerare va fi de la 30 la 50 de copeici, ceea ce este de 2-3 ori mai ieftin decât tarifele existente. (KP evidențiat)
2. Resursa convertorului ciclului direct al unei centrale de cogenerare este crescută de aproximativ 2 ori în comparație cu un motor cu ardere internă.
3 .. În timpul arderii combustibilului, conținutul de CO din gazele tratate este de 3 ori mai mic, iar conținutul de NO și CH este semnificativ mai scăzut, ceea ce îndeplinește cele mai stricte standarde globale de mediu.
4. Perioada de rambursare a unităților de cogenerare este de 2,5 ani.

Modernizarea centralelor din mini-centrale de cogenerare pe baza folosirii motorului Stirling.

SRL „Centrul de Cercetare și Dezvoltare” Stirling Technologies „este o companie care activează în domeniul creării de inovații extrem de eficiente pentru complexul de energie termică și energetică al Federației Ruse. Specialiștii companiei au dezvoltat o tehnologie nouă, de neegalat, pentru transferul centralelor termice existente. alimentarea mini-CHP-urilor care utilizează motoare Stirling.

Un exemplu de amenajare a echipamentelor pentru modernizarea unui cazan într-o mini-centrală de cogenerare bazată pe utilizarea unei instalații de reciclare cu motor Stirling.

Fără a modifica designul existent al cazanului stației de alimentare cu căldură, instalarea unui încălzitor de motor Stirling în coșul unității cazanului face posibilă transformarea căldurii gazelor arse de evacuare în energie mecanică și electrică utilă. Utilizarea căldurii gazelor de eșapament folosind un motor Stirling este cea mai promițătoare direcție pentru creșterea eficienței unității cazanului. Tehnologia propusă poate fi utilizată eficient în modernizarea cazanelor de diferite capacități. Energia electrică rezultată poate fi folosită atât pentru acoperirea necesarului de energie electrică pentru nevoile proprii ale cazanului, cât și pentru a genera energie electrică către rețeaua electrică externă. Eficiența economică a utilizării instalațiilor de reciclare cu motoare Stirling în modernizarea stațiilor de alimentare cu căldură a cazanelor:
1. Costul a 1 kWh de energie electrică produsă folosind o instalație de reciclare cu motor Stirling este de 8 ori mai ieftin decât tarifele existente pentru alimentarea centrală.
2. Perioada de rambursare pentru modernizarea cazanelor din minicentrale de cogenerare pe baza utilizarii instalatiilor de utilizare cu motor Stirling nu depaseste 3 ani, in functie de datele tehnice si economice initiale.

Utilizarea biomasei la utilizarea motorului Stirling.

Un exemplu de amenajare a unei fabrici de combustibil solid cu un motor Stirling, LLC „Centrul de cercetare și dezvoltare” Stirling Technologies „.

Compania germană „SOLO Stirling Engine” dezvoltă sisteme Stirling-Cogeneration cu utilizare directă a combustibililor solizi, în principal lemn, dar se confruntă cu unele dificultăți, precum îndepărtarea zgurii din camera de ardere sau prevenirea sinterizării particulelor de combustibil. Cercetările efectuate cu Generatorul de Gaz în vara anului 1998 au arătat că gazul de lemn produs acolo îmbunătățește arderea combustibililor solizi și a rășinilor. Combinația dintre un gazificator cu Stirling - Cogenerare este foarte bună dispozitiv eficient deoarece gazul fierbinte produs din gazificator nu are nevoie de răcire pentru utilizare în Stirling-Cogeneration.
Specialiștii LLC „Centrul de inovare și cercetare“ Stirling - Technologies ”din Rusia sunt, de asemenea, implicați activ în dezvoltarea unor sisteme similare, de exemplu, proiectarea sursei de alimentare a unui oraș de cabane folosind motoare Stirling care funcționează cu gaz generator din turbă. Totodată, dezvoltarea unor centrale cu combustibil solid cu motor Stirling, care funcționează pe așchii de lemn, cărbune și praf de cărbune, turbă, șist, deșeuri agricole și gunoi de grajd, deșeuri menajere etc.

Sisteme de energie solară.

Versiunea solară a motorului Stirling 161 produs de compania germană SOLO system (EURODISH).

Versiunea solară a motorului Stirling 161 este folosită între timp de mai mulți producători în modele diferite... Pe platoul solar spaniol de la Almeria, 6 sisteme funcționează din 1997. Ca parte a unui proiect sprijinit de UE în cooperare cu Schlaich Bergermann und Partner und MERO Raumsysteme GmbH, printre altele, se construiește o nouă generație a sistemului Dish Stirling de 10 kW. Scopul proiectului este reducerea costurilor de investiție la 5.000 EUR/kW. În același timp, Stirling 161 intră din nou în vigoare cu modificări în receptor, cavitate și carenă. Caracteristicile noului sistem Dish / Stirling (EURODISH): capacitate nominală Stirling 161 SOLO 10,0 kW brut, diametru oglindă solară 8,5 m. În Alanya, Centrul de Cercetare a Energiei Solare din Turcia a creat Kombassan Holding, o companie care se bazează pe munca pregatitoare Cummins. Munca este foarte intensă și dă rezultate bune.

DUPA CURSUL DEPARTAMENTULUI DE PROGNOZA

Întrebările pe care le am sunt firești pentru contextul selectat al trecerii în revistă a istoriei industriei auto.

Se poate repeta această soluție tehnică în condițiile realităților actuale ale crizei economice, când toată lumea încearcă să „economisească bani”?

Luați în considerare opțiunile:

1. Motor Stirling ca singur motor pentru o mașină. Dezvoltarea scenariului - „mașină omnivoră”.

Raspunsul meu este nu. Există încă suficient petrol și gaze în lume. Sunt atât de mulți oameni și capital angajați în producția și întreținerea ICE-urilor pe benzină-diesel încât nu văd niciun motiv serios să vorbim despre fenomenul „subminarii”.

2. Se poate construi un hibrid după schema „ORICE combustibil-Motor-Stirling-motor electric”?

Un scenariu foarte asemănător a fost încercat în 1965 în aviație.

Aeronava IL-18P în sine este un mister. Presupun că a fost un fel de glumă sau dezinformare special creată, a cărei scurgere ar putea devia resursele financiare ale concurenților într-o direcție ineficientă.

Astfel de exemple au fost în istoria tehnologiei. De exemplu, la începutul anilor '70, s-a decis să se dezvolte tehnologia informatică în URSS pe calea marilor mașini virtuale Seria EC. Îmi amintesc încă marele aforism al profesorului meu în programarea Assembler: „Există mașini din seria EC cel mai bun exemplu sabotajul științific și tehnic al SUA împotriva URSS”.

A fost o cale fără sfârșit pentru dezvoltarea tehnologiei informatice, care, prin intermediul mass-media occidentale și acțiunilor pricepute ale serviciilor speciale, a devenit principala pentru noi și sa adăugat la decalajul nostru în dezvoltarea producției de calculatoare. Bani uriași au fost cheltuiți „în locul nepotrivit”.

Poate situația cu avionul cu abur este ceva asemănător.

Răspunsul KP la opțiunea 2 este „cu greu”. Motivul este același ca și în Opțiunea 1.

3. Se poate construi un hibrid conform schemei „ICE + recuperare de căldură folosind un motor Stirling”? Motoarele cu combustie internă pe benzină-diesel au 70-75%

energia combustibilului trece în căldură și frecare.

O furculiță apare imediat, subopțiunea A: urcă la bord două tipuri de energie mecanică: de la motorul cu ardere internă și de la Stirling? subopțiunea B: Urcă-te la bordul unui mecanic ICE și electricitate pentru un motor electric.

Dacă opțiunea B se încadrează în conceptul general de design al multor moderne mașini hibride, unde procesele de recuperare sunt considerate stabilirea de obiective, atunci opțiunea A nu poate oferi un număr mare de exemple de succes durabil.

În aceste aeronave din 1958 și 1966 s-au folosit DOUĂ tipuri de ascensoare: Arhimede și din efectul Magnus. După cum putem vedea, aceste soluții tehnice au apărut după declinul erei aeronauticii. Și nu știm nimic despre adevăratele lor proprietăți. Doar faptele despre cercetarea și dezvoltarea efectuată.

Este posibil, desigur, să spunem că o navă cu elice sau un vapor cu roți cu zbaturi și vele sunt în același timp astfel de exemple, dar încă nu sunt în întregime corecte, deoarece energia eoliană din aceste sisteme este încă situată în Super-sistem și poate fi utilizată independent, iar opțiunea A, totuși, implică utilizarea energiei termice care este creată în interiorul vehiculului în timpul funcționării.

Vorbind despre motoarele Stirling, se poate spera că pot obține un impuls de dezvoltare din criză ca mici centrale electrice omnivore, dar este puțin probabil să „pătrundă” mașina. Ocluzia hidrogenului și heliului, pătrunderea acestor substanțe prin pereții metalici, dizolvarea lor în metal nu este un fenomen academic, ci unul complet tehnic. Presiunile uriașe de funcționare, combinate cu vibrațiile de transport, sugerează, de asemenea, o soluție mare: „sunt necesari pereți groși pentru a crește durabilitatea, dar acest lucru reduce capacitățile de transfer de căldură ale pereților și crește greutatea motorului”.

Nu am discutat deloc o altă proprietate a acestora mașini uimitoare... Capacitatea de a le folosi ca pompe de căldură. Acestea sunt manifestări izbitoare ale principiului inversării, care abundă în istoria tuturor mașinilor unde există încălzire, dar puteți vorbi despre asta ore în șir. Să facem o problemă separată despre asta cumva.

Cu mai puțin de o sută de ani în urmă, motoarele cu ardere internă încercau să-și câștige locul de drept în competiția dintre alte mașini și mecanisme de mișcare disponibile. În același timp, în acele vremuri, superioritatea motorului pe benzină nu era atât de evidentă. Mașini existente pe motoarele cu abur s-au distins prin liniște, caracteristici excelente de putere pentru acea perioadă, ușurință de întreținere, capacitatea de utilizare de diverse feluri combustibil. În continuarea luptei pentru piață, motoarele cu ardere internă au predominat datorită eficienței, fiabilității și simplității lor.

Cursa ulterioară pentru îmbunătățirea unităților și mecanismelor de conducere, în care au intrat la mijlocul secolului al XX-lea turbine cu gazși tipurile de motoare rotative, au condus la faptul că, în ciuda supremației motorului pe benzină, s-au încercat introducerea completă a noul fel motoare - termice, inventate pentru prima dată în 1861 de un preot scoțian pe nume Robert Stirling. Motorul a fost numit după creatorul său.

Motor Stirling: partea fizică a problemei

Pentru a înțelege cum funcționează centrală electrică de masă din Stirling, trebuie inteles Informații generale pe principiile de funcționare a motoarelor termice. Din punct de vedere fizic, principiul de funcționare este utilizarea energiei mecanice, care se obține atunci când un gaz se dilată când este încălzit și apoi se comprimă când se răcește. Pentru a demonstra principiul de funcționare, puteți da un exemplu bazat pe o sticlă obișnuită de plastic și două oale, dintre care unul conține apă rece, celălalt fierbinte.

La coborarea sticlei în apă rece, a cărui temperatură este apropiată de temperatura de formare a gheții cu o răcire suficientă a aerului din interiorul recipientului de plastic, ar trebui să fie închis cu un dop. În plus, atunci când sticla este pusă în apă clocotită, după un timp dopul „ișoară” cu forță, deoarece în în acest caz aerul încălzit a efectuat o muncă de multe ori mai mare decât cea efectuată în timpul răcirii. Cu repetarea repetată a experimentului, rezultatul nu se schimbă.

Primele mașini, care au fost construite folosind motorul Stirling, au reprodus fidel procesul demonstrat în experiment. Desigur, mecanismul a necesitat o îmbunătățire a utilizării unei părți din căldura pe care gazul a pierdut-o în timpul procesului de răcire pentru încălzire ulterioară, permițând căldurii să fie returnată gazului pentru a accelera încălzirea.

Dar nici aplicarea acestei inovații nu a putut salva starea de lucruri, deoarece primele Stirling se distingeau prin dimensiunile mari și puterea redusă. În viitor, de mai multe ori s-au încercat modernizarea designului pentru a atinge o putere de 250 CP. a condus la faptul că, în prezența unui cilindru cu un diametru de 4,2 metri, puterea reală de ieșire care a fost dată centrala Stirling de 183 kW avea de fapt doar 73 kW.

Configurații moderne Stirling

Ingineria modernă distinge între trei tipuri principale de astfel de motoare:

• alfa-styling, a cărui diferență este în două pistoane active situate în cilindri separați. Dintre toate cele trei opțiuni, acest model este cel mai de mare putere având cea mai mare temperatură a pistonului de încălzire;
• beta-styling, bazat pe un cilindru, din care o parte este fierbinte, iar cealaltă este rece;
• gama-styling, care, pe lângă piston, are și un deplasator.

Producția centralei Stirling va depinde de alegerea modelului de motor, care va ține cont de toate aspectele pozitive și laturi negative proiect similar.

Avantaje și dezavantaje

Datorită caracteristicilor lor de design, aceste motoare au o serie de avantaje, dar nu sunt lipsite de dezavantaje.

Centrala electrică desktop Stirling, care este imposibilă într-un magazin, dar numai de la amatori care colectează în mod independent astfel de dispozitive, includ:

• dimensiuni mari, care sunt cauzate de nevoia de răcire constantă a pistonului de lucru;
• utilizarea presiunii înalte, care este necesară pentru a îmbunătăți performanța și puterea motorului;
• pierderea de căldură, care are loc datorită faptului că căldura degajată este transferată nu către fluidul de lucru în sine, ci printr-un sistem de schimbătoare de căldură, a căror încălzire duce la o pierdere de eficiență;
• o reducere drastică a puterii necesită aplicarea unor principii speciale care diferă de motoarele tradiționale pe benzină.

Alături de dezavantaje, centralele care funcționează pe unități Stirling au avantaje incontestabile:

• orice tip de combustibil, pentru că, ca orice motoare care utilizează energie termică, acest motor capabil să funcționeze la o diferență de temperatură în orice mediu;
• rentabilitatea. Aceste dispozitive pot fi un înlocuitor excelent pentru unitățile de abur în cazurile de necesitate a procesării energiei solare, oferind o eficiență cu 30% mai mare;
• Siguranța mediului... Deoarece centrala electrică de masă kW nu creează un moment de evacuare, nu generează zgomot și nu emite substanțe nocive în atmosferă. Căldura obișnuită acționează ca o sursă de energie, iar combustibilul se arde aproape complet;
• simplitate constructivă. Pentru funcționarea sa, Stirling nu necesită piese sau accesorii suplimentare. Este capabil să pornească independent, fără a utiliza un starter;
• durata de viata crescuta. Datorită simplității sale, motorul poate oferi mai mult de o sută de ore de funcționare continuă.

Aplicații ale motoarelor Stirling

Motorul Stirling este cel mai des folosit în situațiile în care este necesar un dispozitiv de conversie a energiei termice, ceea ce este simplu, în timp ce eficiența altor tipuri de unități termice este semnificativ mai scăzută în condiții similare. Foarte des, astfel de unități sunt folosite pentru alimentarea echipamentelor de pompare, a camerelor frigorifice, a submarinelor, a bateriilor care stochează energie.

Material video: YouTube.com/watch?v=fRY6rkuw3LA

Una dintre domeniile promițătoare de utilizare a motoarelor Stirling sunt centralele solare, deoarece această unitate poate fi folosită cu succes pentru a converti energia razelor solare în energie electrică. Pentru a realiza acest proces, motorul este plasat în focarul unei oglinzi care acumulează razele solare, ceea ce asigură iluminarea permanentă a zonei care necesită încălzire. Acest lucru vă permite să vă concentrați energie solaraîntr-o zonă restrânsă. În acest caz, combustibilul pentru motor este heliu sau hidrogen.