Deci, care este problema cu fabricarea unui motor Stirling de înaltă eficiență? Motorul termoacustic este un motor Stirling fără pistoane.

Pentru o lungă perioadă de timp, astfel de dezavantaje ale motoarelor cu ardere internă (ICE), precum cerințele stricte pentru combustibil și uleiuri, poluarea atmosferică, zgomotul evacuat, o deteriorare accentuată a eficienței și alte caracteristici atunci când se abat de la modul de funcționare optim și, în cele din urmă, incapacitatea de a utiliza surse de căldură care nu sunt conectate cu combustie, nu au fost semnificative. Cu toate acestea, odată cu creșterea numărului și puterii ICE-urilor în funcțiune, problemele de poluare toxică și fonică a mediului au devenit de o importanță vitală.

Epuizarea rapidă a rezervelor mondiale de petrol dovedite a dus la trecerea de la era petrolului ieftin la era prețurilor ridicate la energie în general în ultimul deceniu. Pe de altă parte, în noile ramuri ale tehnologiei există o nevoie urgentă de motoare termice speciale (de exemplu, pentru lucru în spațiu, condiții subacvatice), care nu au nevoie de oxigen atmosferic, dar sunt capabile să funcționeze din orice sursă de căldură la temperaturi ridicate.

Aceste probleme au sporit interesul specialiștilor pentru un motor alternativ cu o sursă de căldură externă, propus în 1816 de inventatorul scoțian Robert Stirling. Au fost publicate principiul de funcționare al motorului Stirling (DS), o scurtă istorie istorică asupra dezvoltării sale și o descriere a unor modele de astfel de motoare (a se vedea articolul de GB Liebefort „Motor cu combustie externă”).

Conform previziunilor experților de frunte ai marilor firme din SUA, Japonia, Suedia, Olanda, DS ar putea deveni motorul dominant în secolul următor.

De ce DS prezice astfel de perspective strălucitoare? Pentru a răspunde la această întrebare, este necesar să reamintim istoria motoarelor termice.

Până la limita economiei

Chiar înainte de publicarea lucrării lui S. Carnot, R. Stirling a ocolit cu succes această dificultate introducând regenerarea căldurii în ciclul unui motor termic. Cu toate acestea, nivelul scăzut al tehnologiei de la începutul secolului al XIX-lea. nu a permis crearea unor modele suficient de perfecte pentru motoarele de acest tip și au fost uitate mult timp.

Calculele efectuate în 1938 de specialiștii firmei Philips au arătat că atât ciclurile Stirling, cât și ciclurile Carnot sunt la fel de valoroase din punct de vedere termodinamic. Ciclul Stirling, format din două izoterme și doi izocori. poate servi ca același standard termodinamic ca și ciclul Carnot. Mai mult, regenerarea căldurii în acest ciclu face posibilă funcționarea într-un interval larg de temperatură și, în consecință, cu o eficiență ridicată la rapoarte scăzute ale presiunilor de compresie și expansiune ale fluidului de lucru. Această caracteristică a ciclului Stirling face ca implementarea sa practică să fie reală în motoarele cu o eficiență aproape de maxim posibil pentru o diferență de temperatură dată între încălzitor și frigider.

Luați în considerare un flux de lucru oarecum idealizat pentru un motor Stirling cu deplasare într-o schemă de aspect vizual cu un aranjament cilindru la 90 ° și un mecanism convențional cu manivelă (Fig. 3).

Eficiența termică a unui ciclu Stirling ideal, precum cel al unui ciclu Carnot, este determinată de formulă

Cu toate acestea, în practică, eficiența termică a acestor motoare este semnificativ mai mică.

În motoarele Stirling reale, energia este cheltuită pe fricțiune și conductivitate termică și se lasă și cu produse de ardere etc. Cu toate acestea, datorită avantajelor termodinamice fundamentale ale ciclului Stirling în DS deja create, cele mai mari valori ale eficienței efective au fost atinse în comparație cu alte motoare termice de aceeași putere (fig. 2).

Orice combustibil ieftin poate fi folosit într-un motor Stirling: gaz, cărbune, lemn și chiar turbă. În același timp, spre deosebire de un motor cu ardere internă, combustibilul este ars continuu la presiune scăzută și un exces optim de aer în camera de ardere situată în afara volumului de lucru. Pe lângă combustibilii tradiționali, alte surse de căldură, săruri topite, radioizotopi, precum și energie nucleară și solară, căldura din interiorul Pământului etc. sunt potrivite pentru DS.

Volumul intern al motorului Stirling este etanșat ermetic, astfel încât praful abraziv nu pătrunde în el, uleiul nu intră în contact cu produsele de ardere și nu se oxidează (prin urmare, aproape că nu se consumă). Datorită procesului de lucru lin, vibrațiile și stresul pe toate elementele de frecare ale motorului sunt reduse.

Aceste caracteristici fac ca DS să fie mai fiabil și mai durabil în comparație cu motorul cu ardere internă, permițându-l să fie folosit mult timp fără întreținere. Principiul de alimentare cu căldură extern asigură pornirea rapidă și fără probleme la temperaturi scăzute.

În plus față de acest set unic de calități, motorul Stirling este practic silențios, deoarece funcționează fără supape și nu are evacuare pulsatorie dură.

Perspectivele motoarelor Stirling au fost mult timp confirmate de practică. De exemplu, Philips a demonstrat odată un autobuz de 16 tone cu un motor diesel de 100 de litri. cu., firma "United Stirling", camionetă de 7 tone, și americanii - un autoturism "Ford-Toronto".

În prezent, aproximativ 60 de companii din străinătate lucrează la îmbunătățirea ulterioară a motoarelor Stirling. Motoarele de acest tip de putere mare au fost deja dezvoltate pentru locomotive diesel și centrale electrice care funcționează pe cărbune. DS sunt utilizate pentru a acționa pompe de căldură, generatoare de energie mobile. Au fost create probe pentru lucrul pe sateliții Pământului. Un număr mare de lucrări sunt dedicate unei probleme interesante - utilizarea DS miniatural cu o sursă de căldură radioizotopică pentru a conduce o inimă artificială.

Utilizarea hidrogenului ca fluid de lucru sub o presiune de până la 200 kg / cm2 (în locul aerului pe care au lucrat primele DS) a făcut posibilă reducerea greutății specifice a ultimelor probe DS la 2,6-3,4 kg / kW și a structurilor individuale la 1,2 kg / kW.

Eficiența efectivă a unui motor diesel de nouă generație produs de „Mechanic-Technology” (SUA) ajunge la 43,5% (în loc de 32 ÷ 35% pentru cele mai bune modele de motoare diesel auto). Progresele în tehnologia de producere a ceramicii rezistente la căldură vor crește și mai mult temperatura maximă a ciclului și vor crea un DS cu o eficiență de până la 60%.

Ca parte a programului de economisire a energiei din Japonia, se implementează un plan pe șase ani pentru dezvoltarea DC. Încă din 1987, motoarele multi-combustibil cu eficiență ridicată a combustibilului și performanțe ecologice ar trebui dezvoltate în diverse scopuri. Unele tipuri de motoare în curs de dezvoltare vor folosi gaze naturale. Recent, echipamentul solar cu motor Stirling, care convertește energia solară în energie electrică, a fost testat cu succes în deșertul Mokhov din Statele Unite. Eficiența sa globală a fost de 29%. Energia solară, concentrată prin intermediul unei oglinzi parabolice, alimentează un dispozitiv care funcționează conform ideii lui Stirling.

Principalii indicatori de performanță - motoarele cu ardere internă - eficiența, durata de viață și fiabilitatea funcționării - cu o scădere a puterii, scad într-o măsură mult mai mare decât cea a DS. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece cu dimensiunea redusă a cilindrului motorului cu ardere internă este dificil să se asigure arderea completă a amestecului de lucru, dar arzătorul motorului Stirling chiar și la putere redusă asigură o combustie aproape completă a combustibilului.

După cum se vede din Fig. 2. Eficiența efectivă a unui motor diesel într-o gamă largă de puteri este mai mult decât dublul eficienței unui motor cu combustie internă pe benzină. În același timp, cu o putere a arborelui mai mică de 1 kW, eficiența unui motor Stirling depășește eficiența unui motor cu combustie internă pe benzină de 3-4 ori.

Așa cum arată rezultatele testelor comparative efectuate în Statele Unite, aria vitezei economice și a caracteristicilor de sarcină ale motoarelor diesel este de aproximativ șapte ori mai largă decât cea a motoarelor moderne cu ardere internă. Datorită acestui fapt, atunci când funcționează la sarcini parțiale și moduri instabile (de exemplu, când conduceți o mașină în condiții urbane), curentul continuu oferă economii de până la 50% în comparație cu un motor cu ardere internă care are aceeași eficiență efectivă în modul de economie maximă. Acest efect va fi, fără îndoială, observat pentru bărci și motoare marine.

Există oportunități mari de economisire a combustibilului și a lubrifianților în timpul funcționării motoarelor diesel în viitor. Într-adevăr, dacă luăm în considerare eficiența mai mare a motorului diesel, de două ori costul combustibilului (gazului) și eficiența atunci când funcționează la sarcini parțiale, se dovedește că pentru acest tip de motor, costurile de combustibil într-o gamă largă de capacități sunt reduse de aproximativ 4-5 ori, și cu o putere mai mică de 1 kW - de 6 până la 8 ori.

Unul dintre motoarele Stirling răcite cu aer de 0,1 kW pe care le-am proiectat și fabricat este prezentat în Fig. 1. Funcționează aproape silențios, toxicitatea gazelor de eșapament este sub limita de sensibilitate a dispozitivului Infpalit-8. combustibilul este propan lichefiat.

Puterea de curent continuu de până la 1 kW ar trebui utilizată pe scară largă pe mini-autoturisme, karturi, cultivatoare, mașini de tuns iarba și mașini de tuns iarba, tractoare cu spate, pentru acționarea pompelor de apă în diferite scopuri etc. scopuri. Astăzi DS este, în esență, singurul motor termic care poate fi utilizat fără a afecta sănătatea umană în depozite închise, sere, tuneluri etc.

Capacitatea DS de a funcționa mult timp fără întreținere permite utilizarea sa eficientă ca sursă de alimentare pentru balize, radio-balize, stații meteo automate etc.

Motorul navei

Această dificultate semnificativă dispare complet atunci când se utilizează DS în transportul pe apă, unde mediul de răcire - apa de mare - este nelimitat. Temperatura sa relativ scăzută (4-15 ° pentru latitudinile medii) mărește diferența de temperatură între încălzitor și frigider, prin urmare, eficiența motorului este mai mare. De exemplu, motoarele diesel marine de turație mică din noua generație cu o capacitate de aproximativ 1000-9000 kW au o eficiență eficientă de până la 50%.

Utilizarea unui DS, în care va fi ars cărbune, va crește semnificativ eficiența funcționării navelor. Argumentul decisiv pentru această decizie este că costul cărbunelui este de 6-10 ori mai mic decât costul motorinei. În același timp, datorită caracteristicilor noului motor, fiabilitatea centralei și disponibilitatea navei pentru operare vor crește, iar cantitatea de lucru la întreținerea acesteia va scădea. Oamenii de știință canadieni au apreciat în mod corespunzător aceste avantaje și efectuează cercetări privind transformarea motorinelor marine convenționale de până la 1.700 kW în motoare pe cărbune Stirling. Cărbunele pudră ar trebui să fie introdus în camera de ardere a DS folosind duze și ars în stare pulverizată.

Recent, chiar și unele firme specializate în producția de motoare diesel marine s-au arătat interesate de motorul Stirling. De exemplu, firma japoneză Mitsubishi a efectuat recent un test de succes al unei centrale electrice la bordul navei de 66 kW. În perioada 1980 - 1983. la Institutul de Cercetare al Dieselului Maritim din Shanghai a fost dezvoltat un motor diesel cu doi cilindri cu o capacitate de 7,5 kW.

Un mare interes este posibilitatea utilizării acumulatorilor termici în locul combustibilului pentru nava DS. Stocul de energie termică din topiturile unor săruri, de exemplu, fluorura de litiu, este de aproximativ 0,5 kWh / l (500 kWh / m 3). Astfel, intensitatea energetică a acumulatorilor de căldură este proporțională cu puterea calorică a combustibililor convenționali și este suficientă pentru multe nave care nu zboruri prea lungi. Institutul de construcții navale Nikolaev a dezvoltat un proiect pentru o centrală navală cu o capacitate de 100 kW cu un acumulator termic, al cărui material este grafit obișnuit.

Încărcarea acumulatorilor de căldură pentru nave se poate face prin arderea cărbunelui, folosind surplusul de energie electrică pe timp de noapte, precum și din reactoarele nucleare de temperatură înaltă situate în porturi.

Motorul Stirling este foarte eficient pentru ambarcațiunile mici. Astfel, compania „United Stirling” a instalat un DS monocilindric cu o capacitate de 10 litri. din. pe o barcă produsă în serie de tip "Albin" cu o lungime de 10 m, asigurând viteza ambarcațiunii de 7 noduri. Motorul a fost instalat în pupa și echipat cu o treaptă de mers înapoi. Nivelul de zgomot, care a fost măsurat la o distanță de 1 m de motorul care funcționează la sarcină maximă, fără nici o toba de eșapament, a fost de numai 68 dB, adică cu 20 dB mai puțin decât cel al unui motor cu ardere internă.

Testele similare au fost efectuate pe barca Stirling Silens construită în Danemarca. Barca a atins o viteză de 13 noduri, motorul s-a dovedit a fi fiabil, vibrațiile nu au fost resimțite. Se poate presupune că odată cu producția în serie a DC-urilor, ICE-urile de pe nave mici vor fi înlocuite.

Una dintre calitățile specifice ale motorului Stirling - capacitatea de a funcționa cu un acumulator de căldură fără aer atmosferic poate fi implementată cu succes pe vehiculele subacvatice. Absența completă a poluării mediului acvatic, posibilitatea încălzirii repetate și rapide a materialului acumulatorului de căldură pe vasul de alimentare, fac posibilă utilizarea eficientă a unui astfel de aparat în orice tip de cercetare și lucru subacvatic.

Rezerva de putere a unei centrale electrice cu DC și acumulator de căldură (cu fluorură de litiu topită) este de 8-10 ori mai mare decât cea a unui sistem convențional cu acumulatori de plumb-acid și un motor electric DC.

Un motor Stirling, spre deosebire de un motor electric, emite multă căldură în mediu chiar și la cea mai mare eficiență. Prin urmare, vehiculul de remorcare subacvatic cu DS poate fi ușor adaptat pentru încălzirea simultană a scafandrului.

Conform datelor experimentale obținute de autor, un cilindru standard de cinci litri de propan este suficient pentru funcționarea continuă a unui DC de casă cu o putere de 0,1 kW timp de 40 de ore. Un astfel de motor de barcă este convenabil și fiabil în funcționare, elimină poluarea corpurilor de apă.

Deci, există toate premisele tehnice și economice pentru motoarele Stirling cu o putere de până la 1 kW pentru a fi utilizate la vehiculele de remorcare subacvatice și ca motor exterior de masă. Faptul este că, în producția de serie, costul unor astfel de motoare cu un design simplificat, conform calculelor mele preliminare, deja în prezent nu poate depăși costul motoarelor convenționale pentru bărci de bord cu motoare cu ardere internă.

Astăzi despre motorul Stirling.
(multe videoclipuri interesante)
Partea 1.
Pentru mulți, nu se știe ce este, 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 la căldură din exterior.
Deci, pentru un astfel de motor, benzina nu este necesară, ea poate funcționa la orice generează căldură, soare, lemne de foc, cărbune, gaz, petrol, combustibil nuclear. Oriunde puteți 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 direcția opusă.

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

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

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

Apoi apare întrebarea, de ce nu merită această invenție miraculoasă în fiecare casă și curte,
când este suficient să puneți fluidul de lucru într-un foc obișnuit și să vă bucurați de prezența energiei electrice? Cred că răspunsul este evident, atâta timp cât există petrol și cei care îl dețin în uz normal, nu îl vom vedea.
Pentru a controla rezervele de petrol, războaiele sunt declanșate și state întregi sunt șterse.
Cred că nimeni nu se miră că Statele Unite aduc democrația doar în acele țări în care există producție de petrol, Siria, Kuweit, Irak, Libia, Iran, Sudan, Pakistan etc.
Și, dintr-un anumit motiv, nu există 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 își doresc.

Abia recent, o companie germană producătoare de cazane de încălzire casnică a obținut o licență pentru instalarea motoarelor cu un generator de curent liniar în produsele sale.
Cu o putere termică de 16-20 kW. (este vorba despre încălzirea unei case cu o suprafață de 120-150 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 dificil de spus cât vor costa aceste cazane, dar având un astfel de convertor,
problema alimentării cu energie electrică ar fi rezolvată. Puneți fluidul de lucru într-un foc sau cuptor și gata!
Ne putem imagina cum volatilitatea s-ar răsturna dacă în fiecare cameră de încălzire care furnizează căldură pentru încălzirea unor zone întregi ar exista imense Stirlings de înaltă presiune în cuptoare. Poate pentru întregul sezon de încălzire a fost posibil să nu depindem de centralele electrice.
Și cine va aduce atunci mega profituri companiilor generatoare?

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

Video despre munca lor:

Fotografii de modele de casă

Video cu motoare de casă:

Lucrează chiar 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 modele industriale.
Dar nimeni nu poate interzice fabricarea unui astfel de motor pe cont propriu, deși va fi mult mai puțin fiabil și mai productiv decât un design industrial, dar va fi omnivor și exact de asta avem nevoie.
Pentru cei care au forat și au găsit ulei în grădina lor, acesta nu este un subiect pentru dvs.,
căutați diagrame de fotografii.)))

Istorie.
Motorul Stirling a fost brevetat pentru prima dată de preotul scoțian Robert Stirling la 27 septembrie 1816. Principiul de bază al funcționării unui motor 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 peste două sute de cai putere și cu o eficiență de peste 30%. Motorul Stirling are multe avantaje și a fost răspândit în epoca motoarelor cu aburi.
În principiu, există trei varietăți ale motorului stirling.

Alpha Stirling - conține două pistoane de putere separate în cilindri separați. Un piston este fierbinte, celălalt este rece. Cilindrul cu piston fierbinte se află în schimbătorul de căldură cu o temperatură mai mare, în timp ce cilindrul cu piston rece se află în schimbătorul de căldură mai rece. Acest tip de motor are un raport putere-volum destul de ridicat, 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 (din care se scoate puterea) și un „deplasator” se mișcă în interiorul cilindrului, schimbând volumul cavității fierbinți. Gazul este pompat de la frig la capătul fierbinte al buteliei prin regenerator. Regeneratorul poate fi extern, ca parte a schimbătorului de căldură, sau poate fi combinat cu un piston cu deplasare.

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

Dezavantaje ale 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, ceea ce duce la o creștere semnificativă a masei și a dimensiunilor centralei, datorită radiatoarelor crescute.
Pentru a obține caracteristici comparabile cu cele ale unui motor cu ardere internă, este necesar să se utilizeze presiuni ridicate (peste 100 atm) și tipuri speciale de fluid de lucru - hidrogen, heliu.
(aici, da, nu ne vor lăsa să scăpăm de un submarin sau de o navă spațială)
Căldura nu este furnizată direct fluidului de lucru, ci doar prin pereții schimbătorilor 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 unor materiale de înaltă calitate și costisitoare. Proiectarea unui schimbător de căldură care îndeplinește cerințe contradictorii este dificilă. Cu cât zona de schimb de căldură este mai mare, cu atât pierderile de căldură sunt mai mici. În același timp, mărimea schimbătorului de căldură și volumul fluidului de lucru, care nu participă la lucru, cresc. Deoarece sursa de căldură este localizată în exterior, motorul răspunde lent la modificările fluxului de căldură în cilindru și este posibil să nu furnizeze imediat puterea necesară la pornire.
Pentru a schimba rapid puterea motorului, se folosesc metode diferite de cele utilizate la motoarele cu ardere internă: o capacitate tampon de volum variabil, o modificare a presiunii medii a fluidului de lucru din camere, o modificare a unghiului de fază dintre pistonul de lucru și deplasator. (inerție și exact asta avem nevoie pentru generator.)

Beneficii:
Cu toate acestea, motorul Stirling are avantaje care ne obligă să-l dezvoltăm.
Eficiența unui motor Stirling poate atinge 65-70% din eficiența din ciclul Carnot cu nivelul actual de proiectare și tehnologie de fabricație. În plus, cuplul motorului este aproape independent de turația arborelui cotit. Pe de altă parte, la motoarele cu ardere internă, cuplul maxim este atins într-un interval de viteză restrâns.
Motor "omnivor" - la fel ca toate motoarele cu ardere externă (sau mai bine zis, sursa de căldură externă), motorul Stirling poate funcționa de la aproape orice diferență de temperatură: de exemplu, între diferite straturi de apă din ocean, de la soare, de la un încălzitor nuclear sau izotop, cărbune sau sobă pe lemne etc.
Motorul nu va fi „capricios” din cauza pierderii scânteii, a carburatorului înfundat sau a încărcării reduse a bateriei, deoarece nu are aceste unități. Termenul „motor oprit” nu are sens pentru Stirlings. Stirling se poate opri dacă sarcina depășește designul. Repornirea se efectuează prin rotirea o dată a volantului arborelui cotit.
Simplitatea proiectării - proiectarea motorului este foarte simplă; nu necesită sisteme suplimentare, cum ar fi un mecanism de distribuție a gazului. Începe de la sine și nu are nevoie de un starter. Caracteristicile sale fac posibilă scăderea cutiei de viteze. Cu toate acestea, după cum sa menționat mai sus, are un consum de material mai mare.
Resursa crescută - simplitatea designului, absența multor unități „delicate” permite ca stirling-ul să ofere o resursă fără precedent pentru alte motoare în zeci și sute de mii de ore de funcționare continuă.
Eficiență - în cazul transformării energiei solare în electricitate, stirlingurile oferă uneori o eficiență mai mare (până la 31,25%) decât motoarele cu abur.
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 minimizarea emisiilor de componente toxice).
Proiectarea motorului nu are un sistem de aprindere de înaltă tensiune, un sistem de supape și, în consecință, un arbore cu came. Un motor Stirling bine proiectat și avansat tehnologic nu necesită reglare și reglare pe toată durata de viață.
Motor silențios - stilul nu are evacuare, ceea ce înseamnă că nu face zgomot. Beta-stylingul cu un mecanism rombic este un dispozitiv perfect echilibrat și, cu o manoperă de calitate suficient de înaltă, nici măcar nu are vibrații (amplitudinea vibrațiilor este mai mică de 0,0038 mm).
Ecologic - stilul în sine nu are părți sau procese care pot contribui la poluarea mediului. Nu consumă fluidul de lucru. Respectarea ecologică a motorului se datorează în primul rând respectării ecologice a sursei de căldură. De asemenea, trebuie remarcat faptul că este mai ușor să se asigure integralitatea 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 1960 cărțile de referință navale au indicat posibilitatea instalării motoarelor Stirling independente de aer pe submarinele de tip „Schöurmen” fabricate în Suedia. Cu toate acestea, nici Sheurmenii, nici Nakken și Westerjotlands care le-au urmat, nu au primit aceste centrale electrice. Abia în 1988 submarinul principal al clasei „Nakken” a fost transformat în motoare Stirling. Cu ei, a trecut sub apă timp de 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 navală submarină. Și dacă Nakken este prima navă experimentală din această subclasă, atunci submarinele din clasa Gotland au devenit primele bărci de serie cu motoare Stirling, care le permit să rămână sub apă continuu timp de până la 20 de zile. În prezent, toate submarinele marinei suedeze sunt echipate cu motoare Stirling, iar constructorii de nave suedeze au funcționat deja bine tehnologia echipării submarinelor cu aceste motoare, prin tăierea într-un 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 a motorului Stirling este medicina. Este utilizat în sistemele cardiace artificiale. De regulă, sursa de energie în astfel de sisteme sunt radioizotopii.

Un exemplu de utilizare a unui motor pentru răcirea unui procesor

Pentru noi, avantajele tuturor 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 el în avans, astăzi.
Pentru fiecare persoană, un astfel de motor poate fi o sursă de energie.
Dacă așezarea este mai mare de 30-50 de persoane, atunci puteți veni cu un stoker pentru 24 de ore
obținerea de electricitate. Iar electricitatea este TOTUL.
Pompele, extragerea apei, iluminatul, securitatea perimetrului, uneltele electrice, aparatele electrocasnice, un computer cu date colectate, în general, o cetate a civilizației.
Videoclip interesant de la pasionații care reconstruiesc motoarele Stirling
lucrând cu succes la începutul secolului trecut.

Ce vreau să spun în 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 electricitatea este necesară noaptea,
Mai mult, când lumina este cea mai mare nevoie în timpul iernii, nori perfizi atârnă pe cer luni întregi.
Nu legat de vânt, care bate când vrea și cum vrea, nu știu despre tine, am suficient vânt care bate 20 de zile pe an.
Nu este legat de benzină și petrol, poate în Tyumen și puteți ajunge la fundul petrolului dacă doriți,
cu noi numai dacă săpați direct în depozitele din Venezuela.
Fără legătură cu presiunea și debitul apei, cineva se simte bine la poalele râurilor și pârâurilor, cea mai apropiată apă mare de mine este strict spre nord de-a lungul orizontului de 12 km sau strict în jos de 40 de metri.

Stirling ne-a oferit invenția sa unică care poate și ar trebui implementată.
Comoditate, fiabilitate, omnivoritate, cum ar fi o sobă obișnuită sau un focar.
Principalul lucru este să arunci lemne de foc în cuptor sau cărbune, oricine o are.

Vă mulțumim pentru atenție, pentru a continua ...

Motorul Stirling, al cărui principiu de funcționare este calitativ diferit de cel obișnuit pentru toate motoarele cu ardere internă, a compus odată ultima competiție demnă. Cu toate acestea, au uitat de el o vreme. Cum este utilizat acest motor astăzi, care este principiul funcționării sale (în articol puteți găsi, de asemenea, desene ale motorului Stirling, care demonstrează clar funcționarea acestuia) și care sunt perspectivele de utilizare în viitor, citiți mai jos.

Istorie

În 1816, în Scoția, Robert Stirling a brevetat astăzi numele după inventatorul său. Primele motoare cu aer cald au fost inventate înaintea lui. Dar Stirling a adăugat un dispozitiv de purificare, care în literatura tehnică se numește regenerator sau schimbător de căldură. Datorită lui, performanța motorului a crescut, menținând unitatea caldă.

Motorul a fost recunoscut ca fiind cel mai durabil motor cu aburi disponibil la acea vreme, deoarece nu a explodat niciodată. Înaintea lui, această problemă a apărut deseori pe alte motoare. În ciuda succesului său rapid, la începutul secolului al XX-lea, dezvoltarea sa a fost abandonată, deoarece a devenit mai puțin economică decât alte motoare cu ardere internă și motoare electrice care au apărut atunci. Cu toate acestea, Stirling a continuat să fie utilizat în unele industrii.

Motor cu ardere externă

Principiul de funcționare al tuturor motoarelor termice este că pentru a obține un gaz într-o stare extinsă, sunt necesare forțe mecanice mai mari decât atunci când se comprimă unul rece. Pentru a demonstra acest lucru, se poate efectua un experiment cu două oale umplute cu apă rece și fierbinte, precum și cu o sticlă. Acesta din urmă este scufundat în apă rece, acoperit, apoi transferat în apă fierbinte. Acest lucru va face ca gazul din sticlă să lucreze mecanic și să împingă dopul afară. Primul motor cu ardere externă s-a bazat în totalitate pe acest proces. Este adevărat, mai târziu inventatorul și-a dat seama că o parte din căldură ar putea fi folosită pentru încălzire. Astfel, productivitatea a crescut semnificativ. Dar chiar și asta nu a ajutat la extinderea motorului.

Mai târziu, Erickson, inginer din Suedia, a îmbunătățit designul propunând să răcească și să încălzească gazul la presiune constantă în loc de volum. Drept urmare, multe exemplare au început să fie folosite pentru munca în mine, pe nave și în tipografii. Dar pentru echipaje erau prea grele.

Motoare cu ardere externă de la Philips

Astfel de motoare sunt de următoarele tipuri:

• aburi;
• turbină cu abur;
• Stirling.

Ultimul tip nu a fost dezvoltat din cauza fiabilității reduse, iar restul nu sunt cei mai înalți indicatori în comparație cu celelalte tipuri de unități care au apărut. Cu toate acestea, Philips a reluat operațiunile în 1938. Motoarele au început să servească la acționarea generatoarelor în zone neelectrificate. În 1945, inginerii companiei au găsit utilizarea opusă pentru ei: dacă arborele este rotit de un motor electric, atunci răcirea chiulasei atinge minus o sută nouăzeci de grade Celsius. Apoi s-a decis folosirea motorului Stirling îmbunătățit în unitățile frigorifice.

Principiul de funcționare

Acțiunea motorului este de a lucra pe cicluri termodinamice, în care compresia și expansiunea au loc la temperaturi diferite. În acest caz, reglarea debitului fluidului de lucru se realizează datorită schimbării volumului (sau a presiunii - în funcție de model). Acesta este principiul de funcționare al majorității acestor mașini, care pot avea diferite funcții și scheme de proiectare. Motoarele pot fi cu piston sau rotative. Mașinile cu instalațiile lor funcționează ca pompe de căldură, frigidere, generatoare de presiune și așa mai departe.

În plus, există motoare cu ciclu deschis în care controlul debitului se realizează prin intermediul supapelor. Se numesc motoare Erickson, cu excepția denumirii comune a numelui Stirling. Într-un motor cu ardere internă, se efectuează lucrări utile după comprimarea preliminară a aerului, injecția de combustibil, încălzirea amestecului rezultat amestecat cu combustie și expansiune.

Motorul Stirling are același principiu de funcționare: la temperaturi scăzute, se produce compresie, iar la temperaturi ridicate, expansiune. Dar încălzirea se realizează în moduri diferite: căldura este furnizată prin peretele cilindrului din exterior. Prin urmare, a primit numele unui motor cu ardere externă. Stirling a folosit o schimbare periodică a temperaturii cu un piston cu deplasare. Acesta din urmă mută gazul dintr-o cavitate a cilindrului în alta. Pe de o parte, temperatura este constant scăzută, pe de altă parte, este ridicată. Când pistonul se deplasează în sus, gazul se deplasează de la cavitatea fierbinte la cea rece și în jos revine la cea fierbinte. În primul rând, gazul dă multă căldură frigiderului și apoi primește tot atât de mult de la încălzitor cât a dat. Un regenerator este plasat între încălzitor și frigider - o cavitate umplută cu material la care gazul degajă căldură. În caz de flux invers, regeneratorul îl returnează.

Sistemul de deplasare este conectat la un piston de lucru care comprimă gazul la rece și îi permite să se extindă la căldură. Munca utilă se face prin compresie la o temperatură mai scăzută. Întregul sistem parcurge patru cicluri cu mișcări intermitente. Mecanismul manivelei asigură astfel continuitatea. Prin urmare, granițele ascuțite dintre etapele ciclului nu sunt respectate, iar Stirling nu scade.

Având în vedere toate cele de mai sus, concluzia sugerează că acest motor este o mașină cu piston cu o sursă de căldură externă, în care fluidul de lucru nu părăsește spațiul închis și nu este înlocuit. Desenele motorului Stirling ilustrează bine structura și principiul funcționării sale.

Detalii de lucru

Soarele, electricitatea, energia nucleară sau orice altă sursă de căldură pot furniza energie unui motor Stirling. Principiul corpului său este să folosească heliu, hidrogen sau aer. Ciclul ideal are o eficiență termică maximă posibilă de treizeci până la patruzeci la sută. Dar cu un regenerator eficient, poate funcționa cu o eficiență mai mare. Regenerarea, încălzirea și răcirea sunt asigurate de schimbătoarele de căldură încorporate fără ulei. Trebuie remarcat faptul că motorul are nevoie de ungere foarte mică. Presiunea medie a cilindrului este de obicei de la 10 la 20 MPa. Prin urmare, aici este necesar un sistem de etanșare excelent și capacitatea de a introduce ulei în camerele de lucru.

Caracteristici comparative

Majoritatea motoarelor de acest tip care funcționează astăzi folosesc combustibili lichizi. Presiunea continuă este ușor de controlat, ceea ce ajută la reducerea emisiilor. Absența supapelor asigură o funcționare silențioasă. Puterea în greutate este comparabilă cu motoarele turbo, iar raportul putere-greutate este egal cu cel al unei unități diesel. Viteza și cuplul sunt independente una de cealaltă.

Costul producerii unui motor este mult mai mare decât cel al unui motor cu ardere internă. Dar în timpul funcționării, se obține indicatorul opus.

Beneficii

Orice model de motor Stirling are multe avantaje:

• Eficiența în designul modern poate ajunge până la șaptezeci la sută.
• Motorul nu are niciun sistem de aprindere de înaltă tensiune, nici un arbore cu came și nici o supapă. Nu va trebui ajustat pe toată durata de viață.
• La Stirlings, nu există o astfel de explozie ca la motorul cu ardere internă, care încarcă puternic arborele cotit, rulmenții și bielele.
• Nu au acest efect atunci când spun că „motorul s-a oprit”.
• Datorită simplității dispozitivului, acesta poate fi acționat mult timp.
• Poate funcționa atât pe lemn, cât și cu combustibil nuclear și orice alt tip de combustibil.
• Arderea are loc în afara motorului.

dezavantaje

Cerere

În prezent, un motor Stirling cu generator este utilizat în multe zone. Este o sursă versatilă de energie electrică în frigidere, pompe, submarine și centrale solare. Datorită utilizării diferitelor tipuri de combustibil este posibil să-l utilizați pe scară largă.

Renaştere

Datorită Philips, aceste motoare au fost dezvoltate din nou. La mijlocul secolului al XX-lea, General Motors a încheiat un acord cu ea. Ea a condus dezvoltarea pentru aplicarea Stirlings în spațiu și dispozitive subacvatice, pe nave și mașini. În urma lor, o altă companie din Suedia, United Stirling, a început să le dezvolte, inclusiv posibila utilizare în

Astăzi, motorul liniar Stirling este utilizat în instalațiile de vehicule subacvatice, spațiale și solare. Un mare interes pentru acesta este cauzat de relevanța problemelor de degradare a mediului, precum și de lupta împotriva zgomotului. În Canada și SUA, Germania și Franța, precum și Japonia, există o căutare activă pentru dezvoltarea și îmbunătățirea utilizării sale.

Viitor

Avantajele clare pe care le au pistonul și Stirling, care constau într-o durată lungă de viață, utilizarea diferiților combustibili, zgomotul și toxicitatea redusă, îl fac foarte promițător pe fundalul unui motor cu ardere internă. Cu toate acestea, având în vedere că motorul cu ardere internă a fost îmbunătățit de-a lungul întregului timp, nu poate fi deplasat cu ușurință. Într-un fel sau altul, tocmai un astfel de motor ocupă astăzi o poziție de lider și nu intenționează să-l predea în viitorul apropiat.

Să enumerăm principalele caracteristici ale motorului:

1. Într-un motor Stirling, energia termică este convertită în energie mecanică prin comprimarea unei cantități constante de fluid de lucru la o temperatură scăzută și expansiunea ulterioară (după o perioadă de încălzire) la o temperatură ridicată. Deoarece munca cheltuită de piston pentru comprimarea mediului de lucru este mai mică decât munca pe care o face pistonul la extinderea mediului de lucru, motorul generează energie mecanică utilă.

2. În principiu, în prezența regenerării, este necesar să se furnizeze căldură doar pentru a preveni răcirea fluidului de lucru în timpul expansiunii sale și pentru a elimina căldura eliberată în timpul comprimării sale.

3. Modificarea necesară a temperaturii fluidului de lucru este asigurată de prezența unor cavități reci și fierbinți separate, prin canalele de legătură între care fluidul de lucru se deplasează sub acțiunea pistoanelor.

4. Modificările de volum din aceste două cavități nu ar trebui să fie în fază, iar modificările ciclice rezultate în volumul total, la rândul lor, nu ar trebui să fie în fază cu modificările ciclice ale presiunii. Aceasta este o condiție pentru obținerea energiei mecanice pe arborele motorului.

Astfel, principiul Stirling este încălzirea și răcirea alternativă a fluidului de lucru conținut într-un spațiu izolat. Pentru a vizualiza modul în care acest principiu simplu este implementat în practică, să luăm în considerare mai întâi sistemul elementar piston-cilindru, în care fluidul de lucru este izolat de mediul extern printr-un piston rigid conectat mecanic la manivelă (Fig. 1.4).

Pe măsură ce căldura este furnizată chiulasei, presiunea fluidului de lucru crește, iar pistonul începe să se deplaseze spre dreapta sub acțiunea fluidului de lucru în expansiune (Fig. 1.5).

Când fluidul de lucru se extinde, presiunea din cilindru scade. Pentru a compensa răcirea fluidului de lucru în timpul expansiunii sale, alimentarea cu căldură continuă, datorită căreia procesul

Curge la o temperatură constantă. Când pistonul atinge poziția cea mai dreaptă (punctul mort inferior), alimentarea cu căldură se oprește și răcirea chiulasei începe cu ajutorul unei surse externe (Fig. 1.6).

Presiunea continuă să scadă în timpul procesului de răcire. Pistonul începe apoi să se deplaseze spre stânga, comprimând gazul. Proces

Figura: 1.8. Finalizarea ciclului de lucru.

Răcirea continuă în acest caz pentru a compensa încălzirea în timpul comprimării, astfel încât compresia să continue și la o temperatură constantă (Fig. 1.7).

Când pistonul atinge poziția cea mai stângă (punctul mort superior), dispozitivul de răcire este înlocuit de o sursă de căldură (Fig. 1.8).

Această secvență poate fi descrisă în diagramele de stare termodinamice (Fig. 1.9).

Deoarece procesul de extindere cu încălzire se desfășoară la o presiune medie mai mare decât procesul de compresie cu răcire, motorul face o lucrare utilă. Totuși, această metodă de furnizare și eliminare a căldurii este greoaie și impracticabilă, deoarece capacitatea termică a materialelor din care este fabricată chiulasa este prea mare pentru a atinge nivelul necesar
schimbări rapide de temperatură. Cu toate acestea, conceptul de bază de încălzire și răcire alternativă a unui fluid de lucru izolat la diferite presiuni pentru a obține lucrări mecanice este prezentat aici destul de precis.

Volum ȘI

Apare problema transpunerii acestui concept în practică. Soluția evidentă ar fi menținerea unei temperaturi ridicate constante la un capăt al cilindrului și o temperatură constantă scăzută la celălalt. Cu toate acestea, în acest caz, ar fi imposibil să se utilizeze sistemul piston-cilindru menționat în descrierea ciclului de lucru, deoarece fluidul de lucru a primit simultan și ar degaja căldură în fazele alternative ale procesului. Robert Sterling a depășit această dificultate introducând un piston cu deplasare, sau un deplasator, situat în serie cu pistonul original, care a primit

Acum numele este „piston de lucru”. Pistonul de deplasare este proiectat pentru a deplasa fluidul de lucru între cavitățile calde și reci situate local (Fig. 1.10).

Pistonul de deplasare este plasat liber în cilindru, astfel încât fluidul de lucru să poată circula în jurul său din toate părțile, așa cum se arată în Fig. 1.11, unde acțiunea pistonului cu deplasare este ilustrată fără referire la pistonul de lucru.

Când deplasatorul se deplasează în sus, spre capătul fierbinte al cilindrului, fluidul de lucru încălzit intră în cavitatea rece prin spațiul inelar de la pereții laterali ai deplasării
piston. În acest caz, presiunea fluidului de lucru scade datorită răcirii. Nu există supape în cilindru, deci dacă nu luați în considerare scăderea de presiune mică, aproape neglijabilă, în spațiul inelar din jurul pistonului de deplasare, presiunea în toate zonele cilindrului va fi aceeași. Când se deplasează la punctul mort inferior, pistonul de deplasare forțează fluidul de lucru să se deplaseze prin cavitatea rece și spațiul inelar din jurul suprafeței laterale a pistonului în cavitatea fierbinte pentru încălzire. De când la

Când pistonul cu deplasare se mișcă, presiunea la ambele capete este întotdeauna aceeași; nu se lucrează la această mișcare.

Mișcarea pistonului de deplasare și a pistonului de lucru este defazată. O explicație a acestui fapt din punctul de vedere al termodinamicii va fi dată mai jos. Cu toate acestea, este deja ușor de înțeles că dacă întregul fluid de lucru într-o anumită fază a ciclului trebuie să se afle într-o cavitate fierbinte și într-o altă fază a ciclului - într-una rece, atunci ambii pistoane nu pot fi în aceeași fază. Pentru a obține o astfel de mișcare a pistonului defazat este necesară. un mecanism de acționare diferit de cel convențional. Un exemplu de mecanism folosit de însuși Stirling este prezentat în Fig. 1.12.

Un alt element este necesar pentru a obține motorul Stirling așa cum este cunoscut astăzi. Este un regenerator, sau „economizor”, așa cum îl numea inițial Stirling. Când pistonul cu deplasare deplasează fluidul de lucru în expansiune în cavitatea rece (Fig. 1.11), acesta trebuie să treacă prin cavitatea fierbinte unde, datorită
încălzirea primește exces de căldură, care trebuie îndepărtat în frigider. După comprimarea fluidului de lucru, acesta se deplasează în cavitatea fierbinte prin cea rece, răcindu-se suplimentar. În consecință, fluidul de lucru intră în cavitatea fierbinte mai rece decât este necesar și în cea rece - mai fierbinte.

Dacă o plasă de sârmă de oțel este instalată în spațiul inelar din jurul pistonului de deplasare, prin care curge fluidul de lucru, atunci fluidul de lucru, trecând prin acest spațiu de la cavitatea fierbinte la cavitatea rece, va avea o temperatură mai mare decât ochiul de plasă și, prin urmare, va degaja căldură această grilă. În acest caz, rețeaua acționează ca un pre-răcitor, reducând sarcina termică a răcitorului principal. După procesul de comprimare, fluidul de lucru va curge în cavitatea fierbinte, încălzindu-se pe măsură ce trece prin plasă, adică va primi din nou căldura dată anterior plaselor. Regeneratorul acționează acum ca un preîncălzitor, reducând puterea necesară de energie. Sistemul descris ca întreg este prezentat în Fig. 1.13.

Deși circuitul prezentat în Fig. 1.13, găsește o aplicație practică în multe motoare, problema transferului rapid de energie rămâne nerezolvată, deoarece este încă necesară depășirea inerției termice a pereților cilindrilor. Când Philips a modernizat motorul Stirling, au fost utilizate schimbătoare de căldură tubulare pentru încălzitor și răcitor și, deși acest lucru a necesitat etanșarea pistonului de deplasare, obiectivul principal a fost atins. Ciclul complet de lucru poate fi acum descris folosind Fig. 1.14. În fig. 1.14, componentele proceselor ciclului de lucru descrise în diagrama presiune-volum (Fig. 1.9, a) se disting cu ușurință.

În fig. 1 14, iar pistonul de lucru este în poziția extremă inferioară, deplasatorul este în poziția extremă superioară și întregul fluid de lucru este închis într-o cavitate rece. Apoi, sub acțiunea forțelor externe, pistonul de lucru începe să se deplaseze în sus, comprimând fluidul de lucru în cavitatea rece, iar temperatura fluidului de lucru este menținută la un nivel minim. La punctul 2 (Fig. 1.15), pistonul de deplasare este încă în poziția sa superioară, funcționând
pistonul își termină mișcarea în sus și procesul de compresie se termină (Fig. 1.14.6). Pistonul de lucru rămâne în punctul mort superior, iar pistonul de deplasare începe să se deplaseze în jos, mutând fluidul de lucru în sistemul frigider - regenerator - încălzitor și apoi în cavitatea fierbinte. Volumul fluidului de lucru în acest proces rămâne constant, în timp ce presiunea crește. În procesul dintre punctele 2 și 3, căldura este transferată la fluidul de lucru de la regenerator. Punctul 3 corespunde șederii întregului fluid de lucru în cavitatea fierbinte, la

Acest lucru lasă în continuare pistonul de lucru în punctul mort superior. Trebuie remarcat faptul că pistonul cu deplasare de la punctul 3 nu a atins încă poziția sa cea mai joasă.

Acum, fluidul de lucru, aflându-se în cavitatea fierbinte, primește căldură de la încălzitorul tubular și se extinde. Acționând asupra pistoanelor de deplasare și de lucru, fluidul de lucru în expansiune îi obligă să se deplaseze în jos împreună până când ajung la poziția cea mai joasă. În procesul dintre punctele 3 și 4, se lucrează pozitiv. Punctul 4 corespunde stării ambelor pistoane în punctele moarte inferioare. Pistonul de lucru continuă să rămână în această poziție, iar pistonul de deplasare se deplasează în sus, deplasând fluidul de lucru expandat prin sistemul de încălzire - regenerator - frigider în cavitatea rece. În acest caz, fluidul de lucru cedează restul căldurii sale regeneratorului. În procesul 4 - 1, volumul rămâne neschimbat și presiunea scade. Așa se desfășoară ciclul Stirling în forma prezentată în două diagrame de stare (Fig. 1.15).

Comparând mișcarea pistoanelor unul față de celălalt în procese succesive (Fig. 1.14), este ușor de văzut că mișcarea lor pe tot parcursul ciclului nu coincide în fază.

Mișcarea intermitentă a pistoanelor este necesară pentru a asigura fluxul unui astfel de ciclu așa cum este descris mai sus. Această concluzie poate fi clar ilustrată prin diagrama mișcărilor pistonului (Fig. 1.16).

Figura: 1.15. Diagrame de stare termodinamice ale unui ciclu ideal Stirling.

Cavitatea de expansiune la cald este definită de un volum variabil VE între chiulasă și capătul superior al pistonului cu deplasare. Este format exclusiv prin mișcarea pistonului cu deplasare. Cavitatea de compresie rece este determinată de volumul variabil Vc dintre capătul inferior al pistonului cu deplasare și capătul superior al pistonului de lucru. Volumul încălzitorului, frigiderului, regeneratorului și conductelor adiacente este un volum care nu funcționează și se numește volumul spațiului mort (volum mort) VD. Orice volum mort reduce puterea generată de motor și trebuie menținută la minimul permis de proiectarea motorului. Cu toate acestea, în anumite condiții, creșterea volumului mort poate crește eficiența motorului.

Acum ar fi necesar să se ia în considerare problemele termodinamicii, dinamicii gazelor și transferului de căldură, care trebuie rezolvate pentru a pune în aplicare principiul Stirling. De asemenea, nu este cucerit
dificultăți asociate cu complexitatea ridicată a mecanismului de acționare și necesitatea de a asigura o echilibrare suficientă a motorului.

În fig. 1.16 arată dependența modificării volumului de unghiul de rotație al manivelei, în timpul căruia se realizează ciclul ideal Stirling. Funcția principală a mecanismului de acționare este cea mai precisă reproducere a acestei relații. Cu toate acestea, satisfacția completă a cerințelor termodinamicii este posibilă numai cu mișcarea intermitentă a pistoanelor, iar un dispozitiv mecanic nu este capabil să reproducă cu exactitate o astfel de mișcare. Deși, în principiu, este posibil să se creeze un mecanism care să reproducă legea schimbării volumului, aproape de ideal, trebuie luați în considerare și alți factori la proiectarea acestuia și anume: simplitatea proiectării, compactitatea, factorii dinamici și posibilitatea instalării unui sistem de etanșare.

Cu cât sunt mai multe piese în mișcare în mecanismul de acționare, cu atât este mai mică, de regulă, eficiența mecanică; în acest caz, avantajele datorate reproducerii legii variației volumului aproape de ideal pot fi compensate de eficiența generală scăzută a motorului. În plus, numărul mare de piese are ca rezultat creșterea costurilor de fabricație pentru mecanismul de acționare, costul unitar global și costurile de operare și fiabilitatea redusă în comparație cu mecanismele de acționare pentru motoarele convenționale cu ardere internă. Spațiul în care ar trebui să „se potrivească” motorul Stirling poate fi, de asemenea, un factor determinant, iar acest lucru îi va oferi proiectantului posibilitatea de a alege ce preferă: un mecanism de antrenare voluminoasă care oferă o lege aproape ideală a variației volumului sau un mecanism mai compact, dar care reproduce legea variației volumului cu mai puțin precizie.

Factorii dinamici care trebuie luați în considerare la proiectare pot fi împărțiți în două grupe: legat de încărcarea dinamică și legat de echilibrarea dinamică a părților în mișcare ale motorului. Sarcinile dinamice joacă un rol decisiv în determinarea dimensiunilor de bază ale unui motor Stirling. Analiza termodinamică a funcționării motorului impune anumite cerințe asupra volumului de lucru, a lungimii bielei etc., însă aceste cerințe sunt exprimate cantitativ prin parametri fără dimensiuni și, prin urmare, nu stabilesc dimensiuni reale. Dimensionarea acestor componente se bazează pe calcule dinamice ulterioare, inclusiv determinarea sarcinilor lagărești, a momentului de încovoiere pe bielă etc. Motorul Stirling, datorită ciclului său închis, prin natura sa
de este fără zgomot și, dacă oferă un mecanism de acționare fără vibrații (și, prin urmare, echilibrat dinamic), atunci potențialul aplicației sale practice se va extinde semnificativ. Mai multe mecanisme de acționare proiectate pentru motoarele Stirling îndeplinesc aceste cerințe.

În cele din urmă, la motoarele Stirling cu deplasare mare, apare problema sigiliilor care separă cilindrii motorului de carter și izolează carterul de presiunea excesivă. Astfel, am enumerat principalii factori care influențează alegerea unui mecanism de acționare a motorului Stirling.

La motoarele Stirling, cele mai des sunt utilizate următoarele: mecanism de echilibrare a vârfurilor, acționare rombică, șaibă oblică și mecanism cu manivelă.

Primul din motorul Stirling a fost un mecanism de acționare încovoiat-vârf-balapsirp (Fig. 1.17), în care bara de echilibrare este articulată prin intermediul a două pârghii cu pistoanele de lucru și de deplasare, iar pistonul de lucru este condus direct de la arborele cotit. Cu acest tip de unitate, o suprapresiune în carter este inevitabilă și, prin urmare, este potrivită numai pentru motoarele mici. O astfel de acționare nu asigură, de asemenea, echilibrarea dinamică a motorului cu un singur cilindru.

Creșterea puterii motorului Stirling în procesul de îmbunătățire a acestuia a dus la necesitatea izolării cilindrilor de carter pentru a evita suprapresiunea în carter. Această problemă este rezolvată prin instalarea unei unități rombice (Fig. 1.18), dezvoltată de Philips în anii '50. Avantajul unei astfel de acțiuni este, de asemenea, posibilitatea echilibrării dinamice, chiar și în cazul unui motor cu un singur cilindru. Principalele sale dezavantaje sunt complexitatea mecanismului, deoarece acesta constă dintr-un număr mare de piese în mișcare, suprafețe de frecare etc. și prezența a două roți dințate cuplate în mecanism.

Șaibă oblică (Fig. 1.19) este utilizată în principal la motoarele destinate instalării pe mașini, unde compactitatea unității de putere este un factor decisiv. Un astfel de mecanism este echilibrat dinamic la un anumit unghi de înclinare a șaibei. De asemenea, facilitează izolarea cilindrilor de carter. Cu toate acestea, în cazul instalării motorului pe o mașină, problema fiabilității garniturilor apare în condițiile unei schimbări rapide a unui număr mare de cicluri. Șaibă oblică vă permite, de asemenea, să controlați puterea motorului prin schimbarea unghiului de înclinare a șaibei, ceea ce duce la schimbarea cursei pistoanelor motorului. În acest caz, motorul este echilibrat dinamic, cu o singură valoare a unghiului de spălare.

Mecanismul cu manivelă (Fig. 1.20) a fost utilizat în motoarele cu ardere internă de mai mulți ani. Este extrem de fiabil și acum s-a acumulat multă experiență în funcționarea sa. Acest mecanism este utilizat pe scară largă în motoarele Stirling cu acțiune dublă cu și fără capăt transversal. Avantajele mecanismului sunt fiabilitatea și ușurința de fabricare, cu toate acestea, echilibrarea dinamică a motorului cu un astfel de mecanism de acționare este practic de neatins.

Mecanismul manivelei, așa cum am putut vedea, nu este o soluție simplă la problema antrenării atunci când pistoanele de lucru și de deplasare sunt amplasate secvențial într-un singur cilindru. Cu toate acestea, un astfel de mecanism este pe scară largă

Se folosește la modificarea aspectului motorului Stirling cu doi cilindri. Inițial, această modificare a folosit pistoanele de lucru și de deplasare, situate în doi cilindri conectați printr-o conductă scurtă (Fig. 1.21).

În secolul al XIX-lea. un astfel de motor a fost construit de Henrich și Robinson. În literatura cu privire la motoarele Stirling, începând cu (\u003e 0s din secolul nostru și dincolo de aceasta, această variantă este adesea numită configurație gamma.

Motoarele cu două cilindri au fost propuse de Ryder, ceea ce a dus la o creștere semnificativă a densității puterii în comparație cu alte modificări ale motorului Stirling create până atunci. De atunci, motoarele bicilindrice au câștigat o largă acceptare. În modificarea lui Ryder, în locul sistemului piston-deplasator se utilizează doi pistoane complet sigilate în cilindri. Schimbătoarele de căldură de tip "încălzitor - regenerator - frigider" sunt încorporate între doi cilindri, formând un canal de legătură (Fig. 1.22).

Acest aranjament a extins posibilitățile pentru crearea diverselor configurații ale motorului care implementează principiul Stirling; de exemplu, cilindrii pot fi localizați unul împotriva celuilalt orizontal sau vertical, paralel unul cu celălalt, sub forma literei V (Fig. 1.23) și în alte scheme.

Toate motoarele menționate mai sus sunt motoare cu acțiune simplă prin principiul lor general de funcționare. Trebuie subliniat faptul că acest nume se referă la motor și nu la piston, deoarece, în ciuda faptului că
Pistonul cu deplasare poate produce o acțiune dublă, cu suprafețele sale superioare și inferioare care controlează mișcarea gazului, în timp ce motorul în ansamblu poate fi în continuare definit ca un motor cu acțiune simplă. Termenii „motor”

Motorizarea cu acțiune simplă „” și „cu acțiune dublă” în raport cu motoarele Stirling sunt utilizate pentru a caracteriza motorul în ansamblu. De exemplu, așa cum se arată mai jos, nu

Câte unități cu acțiune simplă pot fi combinate într-un motor cu acțiune dublă. Vom ilustra această metodă folosind exemplul de aranjare a cilindrilor propus de Ryder și numit și modificarea aspectului alfa (Fig. 1.24).

Un ciclu cu acțiune simplă este asigurat de acțiunea combinată a suprafeței superioare a unui piston și a suprafeței inferioare

Nasul unui alt piston în cilindrii adiacenți. Fluidul de lucru circulă între acești doi cilindri. Nu se deplasează prin întregul sistem - de la primul cilindru la al patrulea. Astfel, pistonul din fiecare cilindru servește atât ca piston de lucru, cât și ca cilindru de deplasare și, în același timp

Fiecare piston este implicat simultan în două cicluri de lucru. Prin urmare, într-un aranjament cu patru cilindri (Fig.1.24), patru cicluri separate au loc simultan:

Acest tip de motor Stirling a fost propus inițial de inginerul englez Siemens și independent de inginerii olandezi Reeny și Van Veen în timpul mandatului lor la Philips, unde a fost îmbunătățit. Motorul cu acțiune dublă este deosebit de eficient în dispozitivele de generare a puterii mecanice ■ datorită raportului său mare putere-greutate datorită pistonului care face o cursă completă pentru fiecare rotație a arborelui cotit din fiecare cilindru.

Aceasta înseamnă că într-un motor cu acțiune dublă, pistonul are două funcții (sau are o funcție duală):

1) umplerea a două cavități cu volum variabil cu fluidul de lucru și deplasarea fluidului de lucru din aceste cavități;

2) transferul forței pe arborele de ieșire.

Motoarele Stirling cu acțiune dublă trebuie să fie, în mod inevitabil, multicilindric, deoarece sunt necesare cel puțin trei pistoane pentru a obține procesele de expansiune și compresie schimbate de fază (necesitatea unei astfel de schimbări a fost observată mai devreme). În practică, totuși, se folosesc de obicei cel puțin patru pistoane, conectate la un arbore cotit, cu pistoane adiacente acționând împreună într-o pereche, ceea ce se realizează dubla acțiune. Mecanismele de acționare a motorului cu acțiune dublă trebuie. îndepliniți cele două funcții de mai sus. Cel mai potrivit pentru aceasta pare să fie un arborele cotit convențional cu mai multe suporturi ale unui motor în linie.

Figura: 1.26. Configurare coaxială] RIS "L25) - Acest tip de mecanism este un motor special cu acțiune dublă, care este potrivit în special pentru grupurile de propulsie mari.

Cea mai bună compactitate este asigurată de dispunerea cilindrilor într-un pătrat, așa-numitul aranjament coaxial (Fig. 1.26), care permite nu numai utilizarea unui sistem comun de ardere, ci și utilizarea diferitelor tipuri de mecanisme de acționare. Majoritatea tipurilor de mecanisme de acționare adecvate pentru astfel de motoare sunt modificări ale mecanismului cu tijă cu bielă, cu toate acestea, companiile „Philips”, „General Motors” și „Ford” au depus eforturi semnificative pentru îmbunătățirea mecanismului cu o șaibă oblică. Designul optim al acestui tip de unitate asigură eficiența mecanică. depășind 90%.

Configurațiile motorului Stirling combinate cu diverse mecanisme de acționare sunt prezentate în fig. 1.27. Desigur, motivul alegerii unuia sau altui mecanism de acționare nu este doar compactitatea acestuia, ci și alți factori. Acești factori sunt discutați în detaliu în Sec. 2.5.

În toate motoarele luate în considerare până în prezent s-au folosit mecanisme de acționare în care pistoanele sunt conectate rigid între ele folosind diferite legături cinematice, iar aceste legături, la rândul lor, sunt conectate rigid la arborele de ieșire, care servește la transferul energiei mecanice de la motor. Motorul Stirling poate funcționa fără mecanic
. ui Bună între pistoane. În acest caz, lucrătorul și deplasatorul sunt iii. pistoanele iii se numesc pistoane libere. Acest concept Tsii poate fi folosit nu numai în motoarele Starinna, ci numai în legătură cu astfel de motoare, p. cot. implementează cu succes. Pentru prima dată a întruchipat-o în realitate

Sunt". 1,38. Opțiuni ale motorului cu fluidă cu diferite metode de transfer de energie.

Ra. șoc de presiune; b o tijă oscilantă; c - jet stream; 1 - mătușă fierbinte; 2 - cavitate rece; 3-balama; 4- restabilirea arcului.

„■ subiect. Sistemul face mișcări unghiulare și, din moment ce structura „temp” este rigidă, aceste mișcări unghiulare sunt transferate în coloanele fluidului de deplasare, unde neutralizează pierderile vâscoase și mențin oscilații stabile.

Motorul cu jet de fluidă, precum și motorul cu presiune diferențială și ii, au o cavitate rece integrală.Tevile de rece și de ieșire se conectează la conducta fierbinte de la baza sa. Această conexiune oferă un efect de jet.
Meniscul din partea cavității fierbinți a lichidului este deviat către cavitatea rece, ceea ce forțează coloana de lichid din conducta rece să se deplaseze în sus, iar în timpul cursei de întoarcere, lichidul care intră în conducta fierbinte forțează fluxul din conducta rece să se deplaseze în deplasator cu accelerație. Aceasta realizează atât cursa ascendentă, cât și cursa descendentă.

Figura: 1,39. Etape consecutive de „auto-pornire” a motorului „Fluidină”.

A - poziția inițială înainte de lansare; b - faza de expansiune; c - depășire primară: g - depășire secundară; e - faza de autoexcitație.

Reactive s effect, trui. Cu toate acestea, procesele reale care au loc în această conexiune hidraulică nu au fost încă suficient studiate. În ciuda acestui fapt, versiunea cu jet este cea mai comună printre motoarele cu fluidă. Ciclul de funcționare al unui motor cu reacție va fi discutat mai jos.

Acum, să aruncăm o privire mai atentă asupra proceselor care au loc secvențial la pornirea motorului Fluidine, deoarece una dintre cele mai importante caracteristici ale sale este capacitatea de „auto-pornire”.

Secvența proceselor în timpul auto-pornirii este prezentată în Fig. 1,39. În poziția de pornire, nivelurile de lichid hu h2 și h3 sunt determinate de valorile presiunii statice din conducte. Dacă presiunea din cavitățile de lucru depășește
Dacă volumul este egal cu cel atmosferic, atunci toate nivelurile sunt aceleași (rețineți că nivelurile hi și h2 în acest moment sunt întotdeauna aceleași). Când energia termică este furnizată la conducta dreaptă 1, temperatura fluidului de lucru crește și se extinde. Presiunea din cavitățile de lucru crește, de asemenea, și din această cauză, nivelurile lichidului din conductele calde și reci încep să scadă. În același timp, nivelul lichidului din conducta de ieșire crește. Trebuie remarcat faptul că toate modificările nivelului lichidului sunt foarte mici. Expansiunea primară duce la pornirea automată a dispozitivului numai după atingerea unei oscilații critice a parametrului Tss , în funcție de valorile de bază ale parametrilor care determină condițiile de funcționare ale motorului:

Această formulă se bazează pe o analiză a fenomenului discutat în detaliu în Sec. 1.6. Pentru majoritatea motoarelor "Flui - 1ain" Tss ~ 0.1.

La sfârșitul fazei de expansiune primară, nivelul lichidului din conducta de ieșire continuă să crească datorită inerției lichidului în mișcare. Nivelul lichidului pe partea fierbinte continuă să scadă până când se ajunge la echilibru între lichid și mediul de lucru. În acest moment, nivelul lichidului în conducta laterală rece este mai mare decât în \u200b\u200bconducta laterală fierbinte. Această condiție, constând într-o succesiune de faze care se înlocuiesc reciproc la pornirea motorului, se numește „depășire primară”.

De îndată ce gravitația oprește mișcarea ascendentă a lichidului în conducta de ieșire, nivelul lichidului pe partea fierbinte se stabilizează, de asemenea; în același timp, există tendința de a egaliza nivelurile de lichid pe părțile calde și reci. În consecință, nivelul lichidului din conducta fierbinte crește, în timp ce la ieșire scade. În același timp, volumul gazului încălzit și presiunea acestuia în cavitatea de lucru scad datorită scăderii temperaturii din această cavitate datorită creșterii nivelului de lichid din conducta fierbinte și a scăderii corespunzătoare a cantității de gaz de lucru încălzit. Aceste procese sunt facilitate de mișcarea continuă în jos a nivelului lichidului în conducta de ieșire, ceea ce determină un cap dinamic semnificativ în conexiunea hidraulică și o creștere suplimentară a nivelului în conducta pe partea fierbinte. Împreună, aceste procese determină ca nivelul lichidului din conducta laterală fierbinte să crească la un nivel mai mare decât nivelurile din celelalte două conducte. Această condiție se numește depășire secundară. Aceasta duce la o creștere suplimentară a potențialului gravitațional între menisci.

În acest moment, sistemul se află într-o stare de echilibru instabil, iar nivelurile lichidului încep să se deplaseze către o stare de echilibru stabil. Nivelul lichidului pe partea fierbinte este redus, ceea ce permite mai multor fluide de lucru să primească energie din sursa de energie. Corpul de lucru se extinde și procesul începe din nou,

Cu toate acestea, oscilațiile devin acum auto-excitate și stabile.

Ciclul de funcționare descris mai sus are aceeași bază fizică ca și ciclul pentru un sistem dublu cu conducte U

Fluidina poate funcționa în ambele moduri „umed” și „uscat”. În primul caz, există contact între fluidul deplasat și fluidul de lucru. În al doilea, suprafețele lichidului și gazului de lucru sunt separate fie de un strat de gaz „inert”, fie de un plutitor mecanic. Energia din fluid este generată sub formă de vibrații ale fluidului în conducta de ieșire și acest lucru este convenabil în special pentru utilizarea motorului ca suflantă. (Istoria tehnologiei cunoaște un dispozitiv foarte similar - o pompă Humphrey cu buclă deschisă.) Efectul de pompare se realizează în două moduri principale, cunoscute sub numele de injecție directă și indirectă. În primul caz, conducta de ieșire sau rezonantă este complet transformată în partea de refulare a pompei, în timp ce, cu injecție indirectă, conducta rezonantă rămâne în forma sa originală, iar efectul de descărcare se realizează utilizând un canal separat conectat la cavitatea rece (Fig. 1.40, 1.41) ...

În cazul pompării indirecte, este dificil de realizat „auto-tanycK” și sunt necesare dispozitive suplimentare speciale, cum ar fi o linie de scurgere construită paralel cu ieșirea grosieră și care acționează ca un dispozitiv de pompare primar.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că este imposibil să se instaleze regeneratoare cu garnituri în „fluidul” „umed”, deoarece acestea nu sunt foarte eficiente în atmosfera de ceață formată

În vapori de lichid. Absența unui regenerator în „umed” „Fluy-1ain” poate explica probabil de ce astfel de motoare au o eficiență foarte mică. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că „fluidul” „umed” poate funcționa numai la temperaturi de 350 K (77 ° C) și diferența de temperatură la furnizarea și îndepărtarea căldurii nu este mai mare de 25 ° C. În aceste condiții, eficiența ciclului Carnot este mai mică de 10%.

Cele 15 motoare Stirling discutate mai sus foloseau un fluid de lucru gazos; chiar și în „Fluidina” „umedă”, fluidul de lucru este gazos în majoritatea covârșitoare a cazurilor. În prezent, sunt prezentate propuneri pentru utilizarea fluidelor de lucru cu o fază în schimbare, de exemplu, cele utilizate la motoarele cu aburi și turbinele cu abur, dar nu există informații că astfel de dispozitive funcționează cu succes sau cel puțin sunt dezvoltate. În anii 30, inginerul englez Malone a construit un piston alternativ cu un nichel închis, folosind un lichid ca fluid de lucru. Walker sugerează că motorul Malone este de fapt un motor Stirling, iar publicația unică a lui Malone pare să ofere dovezi suplimentare.

4 Zak. 839 pentru această presupunere. Cu toate acestea, o analiză mai atentă și o discuție detaliată ulterioară a acestei probleme într-o echipă de cercetători care lucrează în acest domeniu sub îndrumarea prof. Univ. Wheatley de la Universitatea din California (San Diego, SUA) a condus la concluzia că cel mai probabil motorul Malone funcționează pe un ciclu similar ciclului motorului Stirling, dar cu diferențe semnificative. În același timp, motorul Malone, după o ușoară modificare, se poate potrivi exact cu motorul Stirling. Cu toate acestea, o serie de întrebări rămân neclare cu privire la principiile de funcționare ale motorului Malone, chiar și în forma sa originală, prin urmare, considerăm prematur să încercăm să descriem ciclul său de funcționare.

Am descris deja ciclurile de funcționare ale diferitelor forme ale unui motor Stirling care transformă energia termică în energie mecanică. Toate aceste motoare au aceleași principii de bază ale funcționării, cu toate acestea, există unele diferențe în ceea ce privește proiectarea, mai ales atunci când vine vorba de modalitățile de utilizare a energiei generate. Diagramele schematice și descrierile detaliate, deși sunt foarte utile pentru a facilita înțelegerea principiilor de bază pe care se bazează aceste motoare, nu ușurează întotdeauna lucrurile atunci când vine vorba de a stabili dacă dispozitivul în cauză este un motor Stirling. Următoarea secțiune oferă fotografii și descrieri ale motoarelor Stirling deja construite de diferite tipuri, ceea ce va elimina aceste dificultăți.

Industria automobilelor moderne a atins un nivel atât de mare încât este imposibil să se realizeze o modernizare radicală în proiectarea motoarelor cu ardere internă fără cercetări serioase. Acest lucru a contribuit la faptul că proiectanții au început să acorde atenție proiectelor alternative de centrale electrice, cum ar fi motorul Stirling.

Unii producători auto și-au concentrat eforturile pe dezvoltarea și pregătirea pentru producția de vehicule electrice și hibride, în timp ce alte centre de inginerie cheltuiesc resurse financiare pentru proiectarea motoarelor pe combustibili alternativi din surse regenerabile. Există diverse alte modele de motoare care ar putea deveni un motor nou pentru diferite vehicule în viitor.

Un motor cu ardere externă inventat în secolul al XIX-lea de omul de știință Stirling poate deveni o astfel de posibilă sursă de energie pentru mișcarea mecanică pentru transportul rutier al viitorului.

Dispozitivul și principiul de funcționare

Motorul Stirling convertește energia termică primită de la o sursă externă în mișcare mecanică datorită unei modificări a temperaturii fluidului care circulă în volumul închis.

În primele zile de după invenție, un astfel de motor exista sub forma unei mașini care funcționa pe principiul expansiunii termice.

În cilindrul motorului termic, aerul a fost încălzit înainte de expansiune și răcit înainte de comprimare. În partea superioară a cilindrului 1 se află o manta de apă 3, partea inferioară a cilindrului este încălzită continuu prin foc. Cilindrul conține un piston de lucru 4 cu inele O. Un deplasator 2 este situat între piston și partea inferioară a cilindrului, deplasându-se în cilindru cu un joc semnificativ.

Aerul din cilindru este pompat de către dispozitivul de deplasare 2 către fundul pistonului sau cilindrului. Dispozitivul de deplasare se mișcă sub acțiunea tijei 5 care trece prin etanșarea pistonului. La rândul său, tija este acționată de un dispozitiv excentric care se rotește cu 90 de grade în spatele acționării pistonului.

În poziția „a” pistonul este situat în punctul cel mai de jos, iar aerul este între piston și deplasator, răcit de pereții cilindrului.

În următoarea poziție „b”, deplasatorul se deplasează în sus, iar pistonul rămâne în poziție. Aerul dintre ele este împins în partea de jos a cilindrului, răcindu-se.

Poziția „în” - funcțională. În el, aerul este încălzit de partea inferioară a cilindrului, se extinde și ridică cei doi pistoane până la punctul mort superior. După finalizarea cursei de lucru, deplasatorul coboară în partea de jos a cilindrului, împingând aerul sub piston și răcind.

În poziția „g”, aerul răcit este pregătit pentru comprimare, iar pistonul se deplasează de sus în jos. Deoarece activitatea de comprimare a aerului răcit este mai mică decât activitatea de extindere a aerului încălzit, se generează lucrări utile. Volanta servește ca un fel de acumulator de energie.

În versiunea luată în considerare, motorul Stirling are o eficiență redusă, deoarece căldura aerului după cursa de lucru trebuie îndepărtată prin pereții cilindrilor în lichidul de răcire. Aerul dintr-o singură cursă nu are timp să reducă temperatura cu cantitatea necesară, deci a fost necesar să prelungim timpul de răcire. Din această cauză, turația motorului a fost scăzută. Eficiența termică a fost, de asemenea, neglijabilă. Căldura aerului evacuat a intrat în apa de răcire și s-a pierdut.

Diferite modele

Există diverse opțiuni pentru dispozitivul unităților de putere care funcționează conform principiului Stirling.

Design alfa

Acest motor include două pistoane de lucru separate. Fiecare piston este situat într-un cilindru separat. Cilindrul rece se află în schimbătorul de căldură, iar cel fierbinte se încălzește.

Design beta

Cilindrul cu pistonul este răcit pe o parte și încălzit pe partea opusă. Un piston electric și un deplasator se mișcă în cilindru, ceea ce servește la reducerea și creșterea volumului gazului de lucru. Regeneratorul efectuează o mișcare inversă a gazului răcit în spațiul încălzit al motorului.

Design Gamma

Întregul sistem este format din doi cilindri. Primul cilindru este rece. Pistonul de lucru se mișcă în el, al doilea cilindru este încălzit pe o parte și rece pe cealaltă și este conceput pentru a deplasa deplasatorul. Un regenerator pentru pomparea gazului răcit poate fi împărțit între doi cilindri sau poate fi inclus într-un dispozitiv de deplasare.

Beneficii

• La fel ca multe motoare cu ardere externă, motorul Stirling este capabil să funcționeze pe combustibili diferiți, deoarece este important ca acesta să aibă o diferență de temperatură. Nu contează de ce tip de combustibil este cauzat.
• Motorul are un dispozitiv simplu și nu are nevoie de sisteme și accesorii auxiliare (cutie de viteze, curea de distribuție, demaror etc.).
• Caracteristicile de proiectare asigură funcționarea pe termen lung: peste 100 de mii de ore de funcționare continuă.
• Funcționarea motorului Stirling nu creează mult zgomot, deoarece nu există detonare de combustibil în interiorul motorului și nu există eliberare de gaze de eșapament.
• Versiunea Beta, echipată cu un dispozitiv cu manivelă în formă de romb, este cel mai echilibrat mecanism care nu generează vibrații în timpul funcționării.

• În cilindrii motorului nu apar procese care au un efect dăunător asupra mediului natural. Prin alegerea sursei optime de căldură, motorul Stirling poate deveni un dispozitiv ecologic.

dezavantaje

• Cu caracteristici pozitive semnificative, producția rapidă în serie a motoarelor Stirling este nerealistă din anumite motive. Problema principală este consumul de material al dispozitivului. Pentru a răci fluidul de lucru, este necesar un radiator mare, care crește semnificativ dimensiunea și greutatea echipamentului.
• Nivelul actual al tehnologiei face posibil ca motorul Stirling să concureze în proprietăți cu motoarele noi pe benzină prin utilizarea unor tipuri complexe de fluide de lucru (hidrogen sau heliu) sub presiune foarte mare. Acest lucru mărește foarte mult riscul utilizării unor astfel de motoare.
• O problemă operațională gravă este asociată cu problemele de rezistență la temperatură ale aliajelor de oțel și conductivitatea termică a acestora. Căldura este furnizată spațiului de lucru folosind schimbătoare de căldură. Acest lucru duce la pierderi semnificative de căldură. De asemenea, schimbătorul de căldură trebuie să fie realizat din aliaje rezistente la căldură, care trebuie să fie și rezistente la presiune crescută. Materialele care îndeplinesc aceste condiții sunt foarte dificil de prelucrat și au un cost ridicat.
• Principiile tranziției motorului Stirling la alte moduri de funcționare sunt, de asemenea, semnificativ diferite de principiile obișnuite. Acest lucru necesită crearea unor dispozitive speciale de control. De exemplu, pentru a schimba puterea, trebuie să modificați unghiul de fază dintre pistonul de putere și deplasator, presiunea din cilindri sau să modificați capacitatea volumului de lucru.

Motorul Stirling și utilizarea acestuia

Dacă este necesar să creați un convertor de căldură de dimensiuni compacte, un motor Stirling poate fi utilizat pe deplin. În același timp, eficiența altor motoare similare este mult mai mică.

• Surse universale electricitate. Motoarele Stirling pot transforma căldura în electricitate. Există proiecte pentru instalații electrice solare care utilizează astfel de motoare. Sunt folosite ca centrale electrice autonome pentru turiști. Unii producători produc generatoare alimentate de un arzător pe gaz. Există, de asemenea, proiecte de generatoare care funcționează din surse de căldură radioizotopice.
• Pompe ... Dacă o pompă este instalată în circuitul de încălzire, eficiența încălzirii crește semnificativ. De asemenea, pompele sunt instalate în sistemele de răcire. Pompa electrică poate fi deteriorată și consumă energie electrică. Pompa Stirling rezolvă această problemă. Un motor Stirling pentru pomparea lichidelor va fi mai simplu decât schema obișnuită, întrucât în \u200b\u200bloc de piston poate fi utilizat lichidul pompat în sine, care servește și pentru răcire.
• Echipamente frigorifice ... Toate frigiderele folosesc principiul pompei de căldură. Unii producători de frigidere intenționează să instaleze un motor Stirling pe produsele lor, ceea ce va fi foarte economic. Mediul de lucru va fi aer.
• Temperaturi ultra-scăzute. Aceste motoare sunt foarte eficiente pentru lichefierea gazelor. Utilizarea lor este mai profitabilă decât dispozitivele cu turbină. De asemenea, motorul Stirling este utilizat în dispozitive pentru răcirea senzorilor de instrumente de precizie.
• . Energia electrică poate fi obținută prin conversia energiei din soare. Pentru aceasta, pot fi folosite motoare Stirling, care pun în evidență oglinzile astfel încât locul de încălzire să fie iluminat continuu de razele soarelui. Reflectorul este controlat pe măsură ce soarele se mișcă, a cărui energie este concentrată într-o zonă mică. În acest caz, reflectarea radiației de către oglinzi este de aproximativ 92%. Cel mai adesea heliul sau hidrogenul servesc drept fluid de lucru al motorului.
• Acumulatoare de căldură. Cu ajutorul unui dispozitiv Stirling, este posibilă rezervarea energiei termice folosind acumulatori de căldură pe bază de săruri topite. Astfel de dispozitive au o rezervă de energie care le depășește pe cele chimice și sunt mai puțin costisitoare. Aplicând pentru a regla puterea pentru a crește și micșora unghiul de fază dintre cele două pistoane, puteți acumula energie mecanică, frânând motorul. În acest caz, motorul servește ca pompă de căldură.
• Automobile. În ciuda dificultăților, există modele de lucru ale motorului Stirling folosit pentru mașini. Interesul pentru un astfel de motor potrivit pentru o mașină datează din secolul trecut. Dezvoltările în această direcție au fost realizate de producătorii auto britanici și germani. În Suedia, a fost dezvoltat și motorul Stirling, în care au fost utilizate unități seriale și ansambluri unificate. Rezultatul este un motor cu 4 cilindri cu performanțe comparabile cu un motor diesel mic. Acest motor a fost testat cu succes ca unitate de putere pentru un camion de mai multe tone.

Astăzi cercetările instalațiilor Stirling pentru instalații subacvatice, spațiale și alte, precum și proiectarea principalelor motoare sunt efectuate în multe țări străine. Acest interes ridicat pentru motoarele Stirling este rezultatul interesului public în lupta împotriva poluării aerului, zgomotului și conservării surselor naturale de energie.