Parimi i funksionimit të gjeneratorit të përzierjes. Pra cilat janë problemet e krijimit të një motori Stirling me efikasitet të lartë

Një burim i ri i rëndësishëm i energjisë mekanike për drejtimin e një makine është motori Stirling. Almostshtë pothuajse e panjohur, ekzistojnë vetëm prototipet e tij, kështu që ju mund të jepni vetëm një përshkrim të përciptë të parimit të tij të funksionimit dhe dizajnit. Në formën e tij origjinale, ajo ekzistonte si një makinë zgjerimi termike, në cilindrin e së cilës trupi punues për shembull, ajri ishte ftohur para ngjeshjes dhe nxehej para zgjerimit. Diagrami dhe parimi i funksionimit të një motori të tillë janë treguar në Fig. 1

Në pjesën e sipërme të cilindrit 1 ka një xhaketë ftohëse me ujë 2, dhe pjesa e poshtme e cilindrit nxehet vazhdimisht nga flaka. Cilindri përmban një pistoni pune 3 të mbyllur unaza pistoni dhe të lidhur me një shufër lidhës me boshtin e gungës (në figurë bosht me gunga nuk tregohet). Midis pjesës së poshtme të cilindrit dhe pistonit të punës ekziston një pistoni zhvendosje 4, i cili lëviz në cilindër me hendek i madh... Ajri i bllokuar në cilindër pompohet përmes këtij hendeku nga zhvendosësi 4 ose në fund të pistonit të punës ose në pjesën e poshtme të nxehtë të cilindrit. Zhvendosësi drejtohet nga shufra 5 që kalon përmes vulës në piston dhe drejtohet nga një mekanizëm ekscentrik që rrotullohet me një kënd vonesë prej rreth 90 ° në krahasim me mekanizmin e drejtimit të pistonit të punës.

Në pozicionin a, pistoni është në BDC (qendra e vdekur në fund) dhe ajri i ftohur nga muret e cilindrit është bllokuar midis tij dhe zhvendosësit. Në fazën tjetër b, zhvendosësi lëviz lart, dhe pistoni mbetet në BDC. Ajri midis tyre shtyhet përmes hendekut midis zhvendosësit dhe cilindrit në fund të cilindrit dhe ftohet nga muret e cilindrit. Faza b po funksionon, gjatë së cilës ajri nxehet nga fundi i nxehtë i cilindrit, zgjerohet dhe shtyn të dy pistonët deri në TDC (qendra e vdekur në krye).

Pas përfundimit të goditjes së punës, zhvendosësi kthehet në pozicionin e poshtëm në fund të cilindrit dhe shtyn ajrin përmes hendekut midis mureve të cilindrit në dhomën nën piston, ndërsa ajri ftohet nga muret. Në pozicionin r ajër të ftohtë përgatitur për kompresim dhe pistoni i punës lëviz nga TDC në BDC. Meqenëse puna e shpenzuar në kompresimin e ajrit të ftohtë është më pak se puna e bërë në zgjerimin e ajrit të nxehtë, lind punë e dobishme. Volanti shërben si akumulues i energjisë së kërkuar për kompresimin e ajrit.

Në versionin e përshkruar, motori Stirling kishte efikasitetin më të ulët, pasi nxehtësia e përmbajtur në ajër pas goditjes së punës duhej të hiqet në ftohës përmes mureve të cilindrit. Ajri gjatë një goditje pistoni nuk kishte kohë të ftohej sa duhet, dhe ishte e nevojshme të rritej koha e ftohjes, si rezultat i së cilës shpejtësia e motorit ishte gjithashtu e ulët. , e cila varet, siç u përmend më herët, nga ndryshimi midis temperaturave maksimale dhe minimale të ciklit të funksionimit, ishte gjithashtu i vogël. Nxehtësia e ajrit të shkarkimit u shkarkua në ujin ftohës dhe humbi plotësisht.

Motori Stirling u përmirësua ndjeshëm nga Philips (Hollandë). Para së gjithash, u përdor një rigjenerues i jashtëm i nxehtësisë, përmes të cilit ajri pompohej nga pjesa e sipërme e cilindrit në pjesën e poshtme nën veprimin e një zhvendosësi. Një radiator u lidh në seri me rigjeneruesin në qarkun e jashtëm. Rigjeneruesi grumbullon nxehtësinë e ajrit që hyn në dhomën e ftohtë pas zgjerimit. Kur ajri rrjedh në drejtim të kundërt, akumulatori i kthen nxehtësinë atij. Kjo rrit diferencën midis temperaturave maksimale dhe minimale të ciklit dhe nxehtësia duhet të hiqet nga sistemi i ftohjes. Radiatori i vendosur pas rigjeneruesit heq vetëm një pjesë të kësaj nxehtësie, pjesa tjetër ruhet në akumulator dhe përdoret përsëri. Si rezultat, jo vetëm që përmirësohet Efikasiteti i motorit, por shpejtësia e saj maksimale e rrotullimit gjithashtu rritet, gjë që ndikon në fuqinë dhe gravitetin specifik të motorit. Nxehtësia nga gazrat e shkarkimit nga ngrohësi paraprak përdoret për të rritur temperaturën e ajrit të freskët të furnizuar në dhomën e tij të djegies. Dizajni i përshkruar i motorit është treguar në Fig. 2

Në pozicionin a, ajri është i ngjeshur dhe, kur lëviz në pjesën e sipërme të cilindrit, nxehet së pari në rigjenerues dhe më pas në ngrohës. Në pozicionin b, i gjithë ajri zhvendoset nga hapësira midis dy pistoneve dhe e bën punën duke i zhvendosur të dy pistonët në pozicionin më të ulët. Në pozicionin B, pasi të ketë përfunduar puna, pistoni i punës mbetet në pozicionin më të ulët, dhe zhvendosësi 1 fillon të shtyjë ajrin nga pjesa e sipërme e cilindrit në hapësirën midis pistoneve përmes rigjeneruesit, në të cilin ajri lëshon një pjesë e rëndësishme e nxehtësisë së tij, dhe radiatorit, ku ajri ftohet edhe më thellë. Në fazën e fundit të ciklit d, ajri ftohet dhe detyrohet nga maja e cilindrit në hapësirën midis pistoneve, ku është ngjeshur.

Kompresimi i ajrit të ftohtë, hyrja e tij përmes rigjeneruesit dhe radiatorit në pjesën e sipërme të cilindrit, zgjerimi dhe ftohja pasuese e ajrit përfaqësojnë ciklin e punës. Cilindri mban një masë konstante të ajrit, kështu që cilindri funksionon pa shter. Çdo burim nxehtësie mund të përdoret për ngrohje. Në skemën e konsideruar, përdoret një kazan i karburantit të lëngshëm; përmbajtje substanca të dëmshme varet nga plotësia e djegies së karburantit në dhomën e djegies së bojlerit. Meqenëse kjo krijon një mënyrë djegie të vazhdueshme në një temperaturë relativisht të ulët dhe një tepricë të madhe të ajrit, është e mundur të arrihet djegie të plotë dhe te vogla.

Avantazhi i motorit Stirling është gjithashtu se ai mund të funksionojë jo vetëm në një sërë karburantesh, por bën të mundur përdorimin e llojeve të ndryshme të burimeve të nxehtësisë. Kjo do të thotë që motori nuk varet nga prania e atmosferës. Mund të funksionojë njësoj mirë në hapësira të mbyllura si nëndetëse ashtu edhe satelitë. Kur përdorni një akumulator të nxehtësisë me LiF, nxehtësia furnizohet në motor përmes një tubi nxehtësie, siç tregohet në Fig. 3

Në fund të Fig. 2 tregon një mekanizëm lëvizës rombik që kontrollon lëvizjen e të dy pistonëve. Për makinën, përdoren dy bosht me gunga, të lidhura me një palë ingranazhe dhe rrotullohen në drejtime të kundërta. Skajet e shufrës zhvendosëse 1 dhe shufra e pistonit të uritur 2 janë të lidhura përmes shufrave lidhës të veçantë me të dy boshtet e gungave. Nëse boshtet e të dy boshteve janë në pozita e lartë dhe lëvizni nga pozicioni a në pozicionin b, atëherë shufrat lidhës të pistonit të punës 2 janë pranë TDC dhe ai lëviz pak pranë TDC. Shufrat lidhës të zhvendosësit që lëvizin në këtë fazë të ciklit lëvizin poshtë dhe pistoni gjithashtu lëviz me shpejtësinë më të lartë nga pozicioni a në pozicionin b.

Drejtimi i kundërt i rrotullimit të dy boshteve të gungave bën të mundur vendosjen mbi to të kundërpeshëve të nevojshme për të balancuar forcat inerciale të rendit të parë dhe momentet e tyre nga masat reciproke që ekzistojnë në motorët me një cilindër dhe në linjë.

Mekanizmi romb gjithashtu ka avantazhin që shufrat lidhës transferojnë forcat në mënyrë simetrike nga shufrat e pistonit në boshtet e gungave, dhe forcat anësore nuk lindin në kushinetat dhe vulat e pistonit. Kjo e fundit është shumë e rëndësishme, pasi për funksionimin e motorit me efikasitet i mirë kërkohet presion i lartë pune.

Me boshtet e gungave konvencionale, me presione të larta të pistonit dhe kënde të mëdha të devijimit të shufrës lidhëse, forca të mëdha anësore veprojnë në pistoni dhe shkaktojnë humbje të larta të fërkimit dhe konsum të lartë. Duke përdorur një kryq ose një mekanizëm rombik, ky fenomen negativ eliminohet dhe mund të arrihet një vulosje e mirë e pistoneve.

Për të parandaluar që shufrat të transferojnë forca të mëdha në kushinetat kryesore dhe lidhëse të boshtit të gungave, një presion mbrapa i barabartë me presionin mesatar të punës në cilindër mbahet nën pistonin e punës, është rreth 20 MPa.

Vështirësi të konsiderueshme lindin kur rregulloni fuqinë e motorit Stirling. Ndryshimi i fuqisë që rezulton nga një ndryshim në sasinë e karburantit të furnizuar me ngrohësin është i parëndësishëm. Një rezultat më i dukshëm mund të arrihet duke ndryshuar presionin ose sasinë e lëngut të punës. Kjo metodë e kontrollit të energjisë përdoret në motorin e makinës Stirling. Për të zvogëluar fuqinë, një pjesë e gazit nga cilindrat anashkalohet në rezervuar. presion i ulët; për të rritur fuqinë, gazi furnizohet me cilindra nga rezervuari shtypje e lartë, ku pompohet paraprakisht nga një kompresor special nga një rezervuar me presion të ulët. Për motorët me pistoni me veprim të dyfishtë për të zvogëluar fuqinë, gazi anashkalohet nga maja e pistonit në fund përmes një kanali të veçantë. Transferimi nga fuqi e plote Te i papunë zgjat 0,2 s; procesi i kundërt zgjat rreth 0.6 s.

Për të mbajtur të vogla humbjet e fërkimit të gazit kur kalojnë nëpër kanalet e ngushta të rigjeneruesit dhe radiatorit, përdoret heliumi, dhe ata gjithashtu përpiqen të përdorin hidrogjen. Për të zvogëluar madhësinë dhe peshën, katër cilindra pistoni me veprim të dyfishtë në motorin e gjeneratës së dytë janë të pozicionuar siç tregohet në fig. 9. Në vend të bosht me gunga aplikuar makinë pjatë swash. Prania e presionit të lartë të gazit në të dy anët e pistonit siguron që vetëm një diferencë e vogël presioni të transmetohet në lavatriçe. Meqenëse në një motor Stirling e gjithë nxehtësia e hequr transferohet në ftohës, radiatori i këtij motori duhet të jetë 2 herë më i madh se ai i motorëve konvencional. djegia e brendshme.

Si shembull, merrni parasysh dy motorë të makinave Stirling. Motori me katër cilindra brezi i parë me një mekanizëm rombik, i treguar në fig. 10, ka një diametër cilindri prej 77.5 mm, një goditje pistoni prej 49.8 mm (vëllimi i punës 940 cm 3), zhvillon një fuqi prej 147 kW në 3000 min -1 dhe një presion mesatar të cilindrit prej rreth 22 MPa. Temperatura e kokës së cilindrit mbahet në rreth 700 ° C dhe temperatura e ftohësit në 60 ° C. Pesha e thatë e motorit është 760 kg. Fillimi i ftohtë dhe ngrohja e motorit derisa temperatura e kokës së cilindrit të arrijë në 700 ° C zgjat rreth 20 sekonda. Në një temperaturë uji prej 55 ° C, efikasiteti tregues i motorit në stolin e provës arriti në 35%. Fuqia specifike është 156 kW / dm 3, dhe graviteti specifik për njësi fuqie është 5.2 kg / kW.

Një seksion skematik i motorit të gjeneratës së dytë Stirling të modelit Philips 4-215 DA, i destinuar për një makinë pasagjerësh, është treguar në Fig. 9. Motori ka të njëjtat dimensione dhe peshë si benzina e zakonshme motor i ri, dhe fuqia e tij është 127 kW. Katër cilindra me pistona me veprim të dyfishtë janë të vendosur rreth boshtit të boshtit të lëvizjes së pllakës. Kaldaja e nxehësit, e zakonshme për të katër cilindrat, ka një hundë. Në një makinë Ford Torino (SHBA), konsumi i karburantit me këtë motor ishte 25% më i ulët se me një motor 8-cilindrash me benzinë ​​në formë V. Përmbajtja e NOx në gazrat e shkarkimit të sistemit të ngrohjes paraprake, për shkak të përdorimit të qarkullimit të tyre, ishte shumë më e ulët se norma e vendosur.

Diametri i cilindrit të motorit Philips 4-215 DA është 73 mm, goditja e pistonit është 52 mm. Fuqia e motorit 127 kW me një shpejtësi prej 4000 min -1. Temperatura e ngrohësit (temperatura e kokës së cilindrit) është 700 ° C dhe temperatura e ftohësit është 64 ° C.

Firma suedeze United Sterling ka projektuar motorin e saj Stirling për të përfituar sa më shumë nga pjesët komerciale. industrinë e automobilave... Përdoret një bosht me gunga konvencionale dhe një shufër lidhëse, e cila, së bashku me kryqëzimin, shndërron boshtin në lëvizje rrotulluese lëvizje përkthimore pistoni me veprim të dyfishtë. Një pamje seksionale e këtij motori V me katër cilindra është treguar në fig. 11. Rreshtat e cilindrave janë të vendosur në një kënd të vogël, kokat e cilindrave formojnë një grup të përbashkët, të nxehtë nga një djegës.

Graviteti specifik i vlerësuar i këtij motori është 2.4 kg / kW, i cili mund të krahasohet me performancën e një naftë shumë të mirë me madhësi të ulët me shpejtësi të lartë. Graviteti specifik i motorëve Stirling është ulur nga 6.1-7.3 kg / kW në 4.3 kg / kW dhe është vazhdimisht në rënie.

Prodhimi i një motori Stirling kërkon një teknologji që është krejtësisht e ndryshme nga teknologjia e prodhimit të motorëve me djegie të brendshme, e cila do të ngadalësojë futjen e tij në prodhim. Sidoqoftë, zhvillimi i motorëve të tillë vazhdon, pasi motorët tradicionalë me benzinë ​​dhe naftë nuk do të plotësojnë kërkesat e ardhshme të pastërtisë së kërkuar të gazit të shkarkimit, dhe motorët e krijuar Stirling japin arsye për të shpresuar se ky problem mund të zgjidhet. Meqenëse ndryshimi i presionit të gazrave në cilindrin e një motori Stirling është i qetë, ai punon në mënyrë të qëndrueshme dhe të qetë, i ngjan një motori me avull. Sidoqoftë, një sasi e madhe e nxehtësisë së mbeturinave kërkon zgjidhje të reja në fushën e sistemeve të ftohjes.

Përparim i madh në motorët Stirling u arrit me krijimin e motorit Philips 4-215 DA. Motori është projektuar për përdorim në makinat e pasagjerëve dhe zë aq hapësirë ​​në to sa një motor konvencional benzinë ​​në formë V. fuqi e barabartë... Masa e motorit Philips 4-215 DA është 448 kg dhe me një fuqi maksimale prej 127 kW graviteti i tij specifik është 3.5 kg / kW. Efikasiteti tregues i këtij motori kur përdorni hidrogjenin si një lëng pune nën një presion prej 20 MPa është 35%.

Fillimi i ftohtë i motorit zgjat 15 sekonda, konsumi i karburantit të një makine në trafikun e qytetit është 25% më pak se në rastin e një motori konvencional me benzinë. Fuqia e motorit rregullohet duke ndryshuar sasinë dhe presionin e lëngut të punës.

Dendësia e hidrogjenit është 14 herë më e ulët se ajo e ajrit, dhe kapaciteti i tij i nxehtësisë është gjithashtu 14 herë më i lartë se ai i ajrit. Kjo ka një efekt pozitiv në humbjet hidraulike, veçanërisht në rigjenerues, dhe në përgjithësi çon në një rritje të efikasitetit të motorit (shih Fig. 4).

Vetëm rreth njëqind vjet më parë, motorët me djegie të brendshme duhej të pushtonin vendin ku ata zinin industria moderne e automobilave... Atëherë epërsia e tyre nuk ishte aspak aq e qartë sa është sot. Me të vërtetë, Motorr me avull- rivali kryesor i motorit të benzinës - kishte avantazhe të mëdha në krahasim me të: zhurmë, thjeshtësi e rregullimit të fuqisë, karakteristika të shkëlqyera tërheqëse dhe "omnivorousness" të mahnitshëm, duke e lejuar atë të punojë në çdo lloj karburanti nga druri në benzinë. Por në fund, efikasiteti, butësia dhe besueshmëria e motorëve me djegie të brendshme mbizotëruan dhe u detyruan të pajtohen me mangësitë e tyre, si të pashmangshme.
Në vitet 1950, me ardhjen e turbinat me gaz dhe motorët rrotullues, filloi sulmi në pozicionin monopol të zënë nga motorët me djegie të brendshme në industrinë e automobilave, një sulm që ende nuk është kurorëzuar me sukses. Rreth të njëjtave vite, u bënë përpjekje për të sjellë në skenë një motor të ri, i cili kombinon në mënyrë të mrekullueshme efikasitetin dhe besueshmërinë e një motori me benzinë ​​me zhurmën dhe "gjithëpranueshmërinë" e një fabrike avulli. Ky është motori i famshëm djegia e jashtme, të cilën prifti skocez Robert Stirling e patentoi më 27 shtator 1816 (patenta angleze nr. 4081).

Fizika e procesit

Parimi i funksionimit të të gjithë motorëve të nxehtësisë, pa përjashtim, bazohet në faktin se kur një gaz i nxehtë zgjerohet, kryhet më shumë punë mekanike sesa kërkohet për të kompresuar një të ftohtë. Një shishe dhe dy tenxhere me ujë të nxehtë dhe të ftohtë janë të mjaftueshëm për ta demonstruar këtë. Së pari, shishja zhytet në ujë akulli, dhe kur ajri në të ftohet, qafa mbyllet me një tapë dhe transferohet shpejt në ujë i nxehtë... Pas disa sekondash, pambuku dëgjohet dhe gazi i nxehtë në shishe e shtyn tapën jashtë, duke kryer punë mekanike. Shishja mund të kthehet në ujin e akullit - cikli do të përsëritet.
në cilindrat, pistonët dhe levat e ndërlikuara të makinës së parë Stirling, ky proces u riprodhua pothuajse saktësisht, derisa shpikësi kuptoi se një pjesë e nxehtësisë e marrë nga gazi gjatë ftohjes mund të përdoret për ngrohje të pjesshme. Gjithçka që nevojitet është një lloj enë në të cilën do të ishte e mundur të ruani nxehtësinë e marrë nga gazi gjatë ftohjes dhe t'i jepni përsëri kur nxehet.
Por mjerisht, as ky përmirësim shumë i rëndësishëm nuk e shpëtoi motorin Stirling. Deri në vitin 1885, rezultatet e arritura këtu ishin shumë mediokre: efikasitet 5-7 përqind, 2 litra. me fuqi, 4 ton peshë dhe 21 metra kub hapësirë ​​të zënë.
Motorët me djegie të jashtme nuk u shpëtuan as nga suksesi i një modeli tjetër të zhvilluar nga inxhinieri suedez Erickson. Ndryshe nga Stirling, ai propozoi të ngrohte dhe ftoh gazin jo në një vëllim konstant, por në një presion konstant. 8 Në 1887, disa mijëra motorë të vegjël Erickson punuan në mënyrë të përsosur në shtypshkronja, në shtëpi, në miniera, në anije. Ata mbushën rezervuarët e ujit dhe operuan me ashensorë. Erickson madje u përpoq t'i përshtatte ato për ekuipazhet e drejtimit, por ata dolën të ishin shumë të rëndë. Në Rusi, para revolucionit, një numër i madh i motorëve të tillë u prodhuan nën emrin "Nxehtësia dhe Fuqia".
Sidoqoftë, përpjekjet për të rritur fuqinë në 250 kf. me përfundoi dështim i plotë... Makina me një cilindër me një diametër prej 4.2 metra u zhvillua më pak se 100 litra. Kjo do të thotë, dhomat e zjarrit u dogjën dhe anija në të cilën ishin instaluar motorët humbi.
Inxhinierët pa keqardhje u thanë lamtumirë këtyre mastodonëve të dobët sapo u shfaqën motorë të fuqishëm, kompakt dhe të lehtë me benzinë ​​dhe naftë. Dhe papritmas, në vitet 1960, pothuajse 80 vjet më vonë, "Stirlings" dhe "Ericksons" (ne do t'i quajmë ato në mënyrë konvencionale në analogji me një motor nafte) filluan të flasin për si rivalë të frikshëm të motorëve me djegie të brendshme. Këto biseda nuk shuhen deri më sot. Çfarë e shpjegon këtë kthesë e mprehtë ne pamje?

Kosto metodike

Kur mësoni për një ide të vjetër teknike të ringjallur në teknologjinë moderne, menjëherë lind pyetja: çfarë e pengoi zbatimin e saj më herët? Cili ishte ai problem, ai "çelës", pa zgjidhjen e të cilit ajo nuk mund të hapte rrugën e saj në jetë? Dhe pothuajse gjithmonë rezulton se ideja e vjetër i detyrohet ringjalljes së saj ose një metode të re teknologjike, ose Dizajn i ri, të cilën paraardhësit nuk e kishin menduar, ose material të ri. Një motor me djegie të jashtme mund të konsiderohet përjashtimi më i rrallë.
Llogaritjet teorike tregojnë se efikasiteti është "Stirlings" dhe "Ericksons" mund të arrijnë 70 përqind - më shumë se çdo motor tjetër. Kjo do të thotë që dështimet e paraardhësve të tyre u shpjeguan me faktorë dytësorë, në parim të lëvizshëm. Zgjedhja e duhur parametrat dhe fushat e aplikimit, një studim skrupuloz i punës së secilës njësi, përpunimi i kujdesshëm dhe rregullimi i hollësishëm i çdo detaji lejuan të kuptojnë përparësitë e ciklit. Mostrat e para eksperimentale dhanë një efikasitet prej 39 përqind! (Efikasiteti i motorëve me benzinë ​​dhe naftë, të cilët janë përpunuar gjatë viteve, është përkatësisht 28-30 dhe 32-35 përqind.) Cilat mundësi "i kanë anashkaluar" Stirling dhe Erickson në kohën e tyre?
ena në të cilën nxehtësia ruhet në mënyrë alternative dhe më pas lëshohet. Llogaritja e rigjeneruesit në ato ditë ishte thjesht e pamundur: shkenca e transferimit të nxehtësisë nuk ekzistonte. Dimensionet e tij u morën me sy, dhe siç tregojnë llogaritjet, efikasiteti i motorëve me djegie të jashtme varet shumë nga cilësia e rigjeneruesit. Vërtetë, performanca e tij e dobët mund të kompensohet në një masë të caktuar nga një rritje e presionit.
Arsyeja e dytë e dështimit ishte se instalimet e para funksiononin në ajër nën presionin atmosferik: dimensionet e tyre ishin të mëdha dhe kapacitetet e tyre ishin të vogla.
Duke sjellë efikasitet rigjenerues deri në 98 përqind dhe duke mbushur lakin e mbyllur me hidrogjen ose helium të ngjeshur në 100 atmosfera, inxhinierët e ditëve tona rritën efikasitetin dhe fuqinë e "stilimit", i cili edhe në këtë formë tregoi efikasitet. më e lartë se ajo e motorëve me djegie të brendshme.
Vetëm kjo do të ishte e mjaftueshme për të folur për instalimin e motorëve me djegie të jashtme në makina. Por avantazhet e këtyre makinave, të ringjallura nga harresa, nuk shterren aspak vetëm me efikasitet të lartë.

Si funksionon Stirling

Diagrami skematik i një motori me djegie të jashtme:
1 - injeksion karburanti;
2 - tub i degës së daljes;
3 - elemente të ngrohësit të ajrit;
4 - ngrohës ajri;
5 - gazra të nxehtë;
6 - hapësira e nxehtë e cilindrit;
7 - rigjenerues;
8 - cilindër;
9 - brinjë më të ftohta;
10 - hapësirë ​​e ftohtë;
11 - pistoni i punës;
12 - makinë rombike;
13 - shufra lidhëse e pistonit të punës;
14 - sinkronizimi i ingranazheve;
15 - dhoma e djegies;
16 - tuba ngrohës;
17 - ajër i nxehtë;
18 - pistoni i zhvendosjes;
19 - marrja e ajrit;
20 - furnizimi me ujë ftohës;
21 - vula;
22 - vëllimi tampon;
23 - vula;
24 - shtytës i pistonit të zhvendosjes;
25 - shtytës i pistonit të punës;
26 - zgjedha e pistonit të punës;
27 - gishti i zgjedhës së pistonit të punës;
28 - shufra lidhëse e pistonit të zhvendosjes;
29 - zgjedha e pistonit të zhvendosjes;
30 - bosht me gunga.
Sfond i kuq - qark ngrohje;
sfond me pika - qark ftohës

Në modelin modern të "trazimit" të karburantit të lëngshëm, ekzistojnë tre qarqe që kanë vetëm kontakt termik me njëri -tjetrin. Ky është një qark lëngu pune (zakonisht hidrogjen ose helium), një qark ngrohje dhe një qark ftohës. Qëllimi kryesor i qarkut të ngrohjes është mirëmbajtja temperaturë të lartë në krye të rrugës së punës. Qarku i ftohjes mban temperaturë të ulët në fund të rrugës së punës. Vetë kontura e lëngut të punës është e mbyllur.
Kontura e trupit të punës... Dy pistona lëvizin në cilindrin 8 - pistoni i punës 11 dhe pistoni zhvendosës 18. Lëvizja lart e pistonit të punës çon në ngjeshjen e lëngut të punës, lëvizja e tij poshtë është shkaktuar nga zgjerimi i gazit dhe shoqërohet me kryerja e punës së dobishme. Lëvizja lart e pistonit të zhvendosjes shtrydh gazin në zgavrën e poshtme të ftohur të cilindrit. Lëvizja e tij poshtë përputhet me ngrohjen e gazit. Makina rombike 12 jep një lëvizje në pistona që korrespondon me katër goditje të ciklit ((këto goditje tregohen në diagram).
Masa I- ftohja e lëngut të punës. Pistoni i zhvendosjes 18 lëviz lart, duke shtypur lëngun e punës përmes rigjeneruesit 7, në të cilin ruhet nxehtësia e gazit të nxehtë, në pjesën e poshtme të ftohur të cilindrit. Pistoni i punës 11 është në BDC.
Masa II- ngjeshja e lëngut të punës. Energjia e ruajtur në gazin e ngjeshur të vëllimit tampon 22 jep lëvizje lart në pistonin e punës 11, i shoqëruar me ngjeshjen e lëngut të ftohtë të punës.
Shiriti III- ngrohja e lëngut të punës. Pistoni shtytës 18, pothuajse ngjitur me pistonin e punës 11, zhvendos gazin në hapësirën e nxehtë përmes rigjeneruesit 7, në të cilin nxehtësia e grumbulluar gjatë ftohjes kthehet në gaz.
Bar IV- zgjerimi i lëngut të punës - cikli i punës. Kur nxehet në një hapësirë ​​të nxehtë, gazi zgjerohet dhe funksionon punë e dobishme... Një pjesë e tij ruhet në gazin e ngjeshur të vëllimit tampon 22 për ngjeshjen pasuese të lëngut të ftohtë të punës. Pjesa tjetër hiqet nga boshtet e motorit.
Qarku i ngrohjes... Ajri fryhet në hyrjen e ajrit 19 nga ventilatori, kalon nëpër elementët 3 të ngrohësit, nxehet dhe futet në injektorët e karburantit. Gazrat e nxehtë që rezultojnë ngrohin tubat 16 të ngrohësit të lëngut të punës, rrjedhin rreth elementeve 3 të ngrohësit dhe, pasi i kanë dhënë nxehtësinë e tyre ajrit që shkon për djegie të karburantit, hidhen jashtë përmes tubit të daljes 2 në atmosferë.
Qarku i ftohjes... Uji përmes tubave 20 furnizohet në pjesën e poshtme të cilindrit dhe, duke rrjedhur rreth pendëve 9 të ftohësit, i ftoh ato vazhdimisht.

"Stirlings" në vend të ICE

Testet e para, të kryera gjysmë shekulli më parë, treguan se "stilimi" është pothuajse plotësisht i heshtur. Nuk ka një karburator, injektues me presion të lartë, sistem ndezës, valvola, priza ndezëse. Presioni në cilindër, megjithëse rritet në pothuajse 200 atm, por jo nga një shpërthim, si në një motor me djegie të brendshme, por pa probleme. Motori nuk ka nevojë për silenciatorë. Pistoni kinematik në formë diamanti është plotësisht i balancuar. Pa dridhje, pa tronditje.
Ata thonë se edhe me një dorë në motor, nuk është gjithmonë e mundur të përcaktohet nëse po punon apo jo. Këto cilësi të një motori automobilistik janë veçanërisht të rëndësishme, pasi problemi i zvogëlimit të zhurmës është akut në qytetet e mëdha.
Por një cilësi tjetër është "e gjithëpranishme". Në fakt, nuk ka asnjë burim nxehtësie që nuk është i përshtatshëm për një makinë lëvizëse. Një makinë me një motor të tillë mund të funksionojë në dru, në kashtë, në qymyr, në vajguri, në karburant bërthamor, madje edhe në rrezet e diellit. Mund të funksionojë në nxehtësinë e ruajtur në shkrirjen e kripës ose oksidit. Për shembull, një shkrirje prej 7 litrash oksid alumini zëvendëson 1 litër benzinë. Një shkathtësi e tillë jo vetëm që do të jetë në gjendje të ndihmojë gjithmonë një shofer në telashe. Ajo do të zgjidhet ashpër problemi në fjalë ndotja e tymit të qyteteve. Duke iu afruar qytetit, shoferi ndez furrën dhe shkrin kripën në rezervuar. Karburanti nuk digjet brenda kufijve të qytetit: motori punon në shkrirje.
Po rregullimi? Për të zvogëluar fuqinë, mjafton të lëshoni sasinë e kërkuar të gazit nga laku i mbyllur i motorit në një cilindër çeliku. Automatizimi menjëherë zvogëlon furnizimin me karburant në mënyrë që temperatura të mbetet konstante pavarësisht nga sasia e gazit. Për të rritur fuqinë, gazi pompohet nga cilindri përsëri në qark.
Sidoqoftë, për sa i përket kostos dhe peshës, Stirlings janë ende inferiorë ndaj motorëve me djegie të brendshme. Për 1 litër. me ata kanë 5 kg, që është shumë më tepër se benzina dhe motorët me naftë... Por ne nuk duhet të harrojmë se këto janë akoma të parat, të paarritura shkallë e lartë përsosja e modelit.
Llogaritjet teorike tregojnë se, të gjitha gjërat e tjera janë të barabarta, "përzierjet" kërkojnë presione më të ulëta. Ky është një avantazh i rëndësishëm. Dhe nëse ata gjithashtu kanë avantazhe të projektimit, atëherë është e mundur që ata të dalin rivalët më të frikshëm të motorëve me djegie të brendshme në industrinë e automobilave. Dhe aspak turbina.

Stirling nga GM

Puna serioze në përmirësimin e motorit me djegie të jashtme, e cila filloi 150 vjet pas shpikjes së tij, tashmë ka dhënë fryte. Variantet e ndryshme të projektimit të motorit që funksionojnë sipas ciklit Stirling janë propozuar. Ekzistojnë modele për motorët e pllakës për rregullimin e goditjes së pistoneve, të patentuar motor rrotullues, në njërën nga pjesët e rotorit të së cilës ndodh ngjeshja, në tjetrën - zgjerimi, dhe furnizimi dhe heqja e nxehtësisë kryhet në kanalet që lidhin zgavrat. Presioni maksimal në cilindrat e mostrave individuale arrin 220 kg / cm 2, dhe presioni mesatar efektiv - deri në 22 dhe 27 kg / cm 2 dhe më shumë. Efikasiteti është rritur në 150 g / hp / orë.
Kompania ka bërë përparimin më të madh Motorë të përgjithshëm, e cila në vitet 1970 ndërtoi një "stil" në formë V me një konvencionale mekanizmi i fiksimit... Një cilindër është duke punuar, tjetri është kompresimi. Pistoni i punës përmban vetëm pistonin e punës, dhe pistoni i zhvendosjes është në cilindrin e ngjeshjes. Një ngrohës, një rigjenerues dhe një ftohës janë të vendosura midis cilindrave. Këndi i zhvendosjes së fazës, me fjalë të tjera, këndi i vonesës së një cilindri nga tjetri, për këtë "përzierje" është 90 °. Shpejtësia e një pistoni duhet të jetë maksimale në momentin kur shpejtësia e tjetrit është zero (në pjesën e sipërme dhe të poshtme të qendrës së vdekur). Zhvendosja e fazës në lëvizjen e pistoneve arrihet duke vendosur cilindrat në një kënd prej 90 °. Strukturisht, ky është "stilimi" më i thjeshtë. Por është inferior ndaj një motori me një romb mekanizmi i fiksimit në gatishmëri. Për të balancuar plotësisht forcat inerciale në Motor në formë V. numri i cilindrave të tij duhet të rritet nga dy në tetë.

Diagrami skematik i "trazimit" në formë V:
1 - cilindër pune;
2 - pistoni i punës;
3 - ngrohës;
4 - rigjenerues;
5 - mëngë izoluese të nxehtësisë;
6 - më e ftohtë;
7 - cilindri i ngjeshjes.

Cikli i punës në një motor të tillë vazhdon si më poshtë.
Në cilindrin e punës 1, gazi (hidrogjeni ose heliumi) nxehet, në tjetrin, në cilindrin e ngjeshjes 7, ai ftohet. Kur pistoni lëviz në cilindrin 7, gazi është i ngjeshur - goditja e ngjeshjes. Në këtë kohë, pistoni 2 në cilindrin 1 fillon të lëvizë poshtë. Gazi nga cilindri i ftohtë 7 derdhet në të nxehtë 1, duke kaluar në mënyrë radhazi përmes ftohësit 6, rigjeneruesit 4 dhe ngrohësit 3 - cikli i ngrohjes. Gazi i nxehtë zgjerohet në cilindrin 1, duke bërë punë - goditje zgjerimi. Kur pistoni 2 lëviz në cilindrin 1 lart, gazi pompohet përmes rigjeneruesit 4 dhe ftohësit 6 në cilindrin 7 - cikli i ftohjes.
Kjo skemë "stilimi" është më e përshtatshme për përmbysje. Në strehimin e kombinuar të ngrohësit, rigjeneruesit dhe ftohësit (do të flasim për modelin e tyre më vonë), prishësit janë bërë për këtë. Nëse i transferojmë ato nga një pozicion ekstrem në tjetrin, atëherë cilindër i ftohtë do të bëhet e nxehtë dhe e nxehtë do të bëhet e ftohtë, dhe motori do të rrotullohet në drejtim të kundërt.
Ngrohësi është një grup tubash çeliku inox rezistent ndaj nxehtësisë nëpër të cilët rrjedh gazi i punës. Tubat nxehen nga flaka e një djegësi të përshtatur për djegie të ndryshme lëndë djegëse të lëngshme... Nxehtësia nga gazi i ndezur ruhet në rigjenerues. Kjo nyjë ka një rëndësi të madhe për marrjen efikasitet të lartë... Ai do të përmbushë qëllimin e tij nëse transferon rreth tre herë më shumë nxehtësi sesa në ngrohës, dhe procesi zgjat më pak se 0.001 sekonda. Me pak fjalë, është një akumulator i nxehtësisë me veprim të shpejtë dhe shkalla e transferimit të nxehtësisë midis rigjeneruesit dhe gazit është 30,000 gradë në sekondë. Rigjeneruesi, efikasiteti i të cilit është 0.98 njësi, përbëhet nga një trup cilindrik, në të cilin disa rondele janë rregulluar në seri, të bëra nga fije teli (diametri i telit 0.2 mm). Për të parandaluar transferimin e nxehtësisë në frigorifer, një mëngë izoluese e nxehtësisë është instaluar midis këtyre njësive. Së fundi, ka një pije freskuese. Isshtë projektuar si një xhaketë uji në tubacion.
Fuqia e përzier rregullohet duke ndryshuar presionin e gazit të punës. Për këtë qëllim, motori është i pajisur me cilindri i gazit dhe një kompresor special.

Avantazhet dhe disavantazhet

Për të vlerësuar perspektivat për aplikimin e "stilimit" në makina, le të analizojmë avantazhet dhe disavantazhet e tij. Le të fillojmë me një nga më të rëndësishmet për motor ngrohje parametrat, e ashtuquajtura efikasitet teorik Për "përzierjen", përcaktohet nga formula e mëposhtme:

η = 1 - Tx / Tg

Aty ku η është efikasiteti, Tx është temperatura e vëllimit "të ftohtë" dhe Tg është temperatura e vëllimit "të nxehtë". Në mënyrë sasiore, ky parametër për "trazimin" është 0.50. Kjo është dukshëm më shumë se turbinat më të mira të gazit, motorët me benzinë ​​dhe naftë, të cilët kanë një efikasitet teorik prej 0.28, respektivisht; 0.30; 0.40.
Si një motor me djegie të jashtme. Stirling ”mund të veprojë në lëndë djegëse të ndryshme: benzinë, vajguri, naftë, të gaztë dhe madje edhe të ngurtë. Karakteristikat e karburantit të tilla si cetani dhe numri i oktanit, përmbajtja e hirit, pika e vlimit gjatë djegies jashtë cilindrit të motorit, nuk kanë rëndësi për "trazimin". Për ta bërë atë të funksionojë në lëndë djegëse të ndryshme, nuk kërkohen ndryshime të mëdha - thjesht zëvendësoni ndezësin.
Një motor me djegie të jashtme në të cilin djegia është e qëndrueshme me një raport konstant të ajrit të tepërt prej 1.3. lëshon dukshëm më pak se një motor me djegie të brendshme, monoksid karboni, hidrokarbure dhe oksidet e azotit.
Zhurma e ulët e "trazimit" shpjegohet me raportin e ulët të ngjeshjes (nga 1.3 në 1.5). Presioni në cilindër rritet pa probleme, dhe jo nga një shpërthim, si në një benzinë ​​ose motor nafte... Mungesa e lëkundjeve të kolonës së gazit në traktin e shkarkimit përcakton zhurmën e shkarkimit, e cila konfirmohet nga testet e motorit të zhvilluar nga Phillips në lidhje me nga Ford për autobusin.
"Stirling" dallohet nga konsumi i ulët i vajit dhe rezistenca e lartë ndaj konsumit për shkak të mungesës së substancave aktive në cilindër dhe një temperaturë relativisht të ulët të gazit të punës, dhe besueshmëria e tij është më e lartë se ajo e motorëve me djegie të brendshme të njohur për ne, pasi nuk ka një mekanizëm kompleks të shpërndarjes së gazit.
Një avantazh i rëndësishëm i Stirling si një motor automobilësh është përshtatshmëria e tij e shtuar për të ngarkuar ndryshimet. Për shembull, është 50 përqind më e lartë se ajo e motor karburator, për shkak të së cilës është e mundur të zvogëlohet numri i fazave në kutinë e shpejtësisë. Sidoqoftë, braktisni plotësisht tufën dhe kutinë e shpejtësisë, si në makinë me avull, është e ndaluar.
Por pse nuk është gjetur ende një motor me avantazhe të tilla të dukshme? aplikim praktik? Arsyeja është e thjeshtë - ajo ende ka shumë mangësi të pazgjidhura. Kryesorja prej tyre është kompleksiteti i madh i kontrollit dhe rregullimit. Ekzistojnë "shkëmbinj nënujorë" të tjerë që nuk janë aq të lehtë për t'u marrë si për projektuesit ashtu edhe për punëtorët e prodhimit. Në veçanti, pistonët kanë nevojë për vula shumë efektive që duhet të përballojnë presione të larta (deri në 200 kg / cm2) dhe të parandalojnë hyrjen e vajit në zgavrën e punës Me Në çdo rast, puna 25-vjeçare e Phillips në rregullimin e motorit të tij ende nuk ka qenë në gjendje ta bëjë atë të përshtatshëm për përdorim masiv në automobila. Nuk ka rëndësi të vogël tipar karakteristik"Stirling" - nevoja për të hequr një sasi të madhe të nxehtësisë me ujin ftohës. Në motorët me djegie të brendshme, një pjesë e konsiderueshme e nxehtësisë lëshohet në atmosferë së bashku me gazrat e shkarkimit. Në "sterlinë", vetëm 9 përqind e nxehtësisë së krijuar nga djegia e karburantit shkon në shkarkim. Nëse në motor benzine djegia e brendshme me ujë ftohës heq nga 20 në 25 përqind të nxehtësisë, pastaj në "përzierjen" - deri në 50 përqind. Kjo do të thotë që një makinë me një motor të tillë duhet të ketë një radiator rreth 2-2.5 herë më të madh se ai i një motori të ngjashëm me benzinë. Disavantazhi i "trazimit" është graviteti i tij i lartë specifik në krahasim me motorin e zakonshëm me djegie të brendshme. Një tjetër minus mjaft domethënës është vështirësia e rritjes së shpejtësisë: tashmë në 3600 rpm, humbjet hidraulike rriten ndjeshëm dhe transferimi i nxehtësisë përkeqësohet. Dhe së fundi. "Stirling" është inferior ndaj një motori konvencional me djegie të brendshme në përgjigjen e mbytjes.
Vazhdon puna për krijimin dhe përsosjen e "stilimit" të automobilave, përfshirë makinat e pasagjerëve. Mund të konsiderohet se aktualisht çështjet themelore janë zgjidhur. Megjithatë, ka ende shumë punë për të bërë. Përdorimi i lidhjeve të lehta mund të zvogëlojë gravitetin specifik të motorit, por ai do të jetë akoma më i lartë. se ai i një motori me djegie të brendshme, për shkak të presionit më të lartë të gazit të punës. Ndoshta, motori me djegie të jashtme do të gjejë zbatim kryesisht në kamionë, veçanërisht ushtria - për shkak të kërkesës së saj të ulët për karburant.

Rigjeneruesi dhe efikasiteti i motorit Stirling. Shumë shpesh, kur përpiqen të krijojnë një Stirling në kushte "garazhi", krijuesit e tyre vendosin të bëjnë pa një rigjenerues. Dhe madje edhe më shpesh rigjeneruesi bëhet "rastësisht" dhe nuk është në gjendje të përmbushë plotësisht qëllimin e tij. Pra, një rigjenerues - pse është i nevojshëm? Për ta bërë këtë, ne do të kuptojmë pak në teorinë dhe parimet e funksionimit të motorit. Në artikullin kryesor, unë tashmë kam përshkruar shkurtimisht parimin e funksionimit, tani ne do ta analizojmë atë pikë për pikë. Pa rigjenerues. 1. Ngrohja me gaz ndodh kur pistoni i punës është brenda krye i vdekur pikë Në këtë rast, vëllimi është minimal, dhe zhvendosësi lëviz të gjithë gazin në zonën e ngrohjes. Gjatë këtij ngrohja, vëllimi nuk ndryshon - presioni rritet në proporcion me rritjen e temperaturës në Kelvin (ngrohje izokorike). Kjo do të thotë, nëse gazi ynë ishte në një temperaturë prej 300 K (27 gradë Celsius) dhe nxehej në 900 K (627 gradë Celsius), atëherë presioni u rrit 3 herë, siç u rrit edhe temperatura. Pistoni i punës nuk lëviz, nuk bëhet punë. 2. Pistoni i punës vihet në lëvizje nën presionin e gazit. Gazi zgjerohet dhe vazhdon të marrë nxehtësi nga ngrohësi, por temperatura nuk rritet dhe mbetet konstante, pasi vetë gazi ftohet me zgjerim (ngrohje izotermike). Në këtë cikël (dhe vetëm në të), gazi bën punën. 3. Gazi ftohet në temperaturën e frigoriferit (ambientit) me një vëllim konstant (pistoni i punës nuk lëviz) - ftohje izokorike. Në këtë rast, e gjithë nxehtësia e shpenzuar më parë për të ngrohur gazin nga temperatura e frigoriferit në temperaturën e ngrohësit transferohet në mjedis. 4. Pistoni i punës kthehet në qendrën e sipërme të vdekur, duke ngjeshur gazin në cilindër. Në këtë rast, gazi ftohet dhe nxehtësia që formohet në të gjatë ngjeshjes lëshohet mjedisit(kompresimi izotermik). Ky cikël konsumon punën mekanike të kryer nga volanti. Meqenëse kompresimi i gazit në presion të ulët kërkon më pak punë sesa gazi në shtypje e lartë kur është e nxehtë, ndryshimi midis punës së bërë nga gazi dhe punës së bërë në gaz është puna e dobishme që mund të bëjë motori. Kjo do të thotë, rezulton se ngrohja që kryen punën bëhet vetëm gjatë zgjerimit, në temperaturën e ngrohësit, dhe ngrohja në këtë temperaturë nuk kryen punë, kërkohet të rritet presioni dhe e gjithë energjia e shpenzuar për këtë ngrohja pastaj "hidhet" në të mërkurën përreth. Për të shmangur këto humbje (dhe ato, si rregull, janë disa herë më shumë se puna e kryer), përdoret një rigjenerues. Ajo ruan nxehtësinë kur gazi ftohet, "duke e marrë atë në vetvete", në vend që ta japë atë në mjedis, dhe pastaj e kthen atë përsëri në gaz kur nxehet. Kjo do të thotë, nxehtësia e jashtme nuk kërkohet për të ngrohur gazin dhe transmetohet në motor nga ngrohësi, nxehtësia shpenzohet vetëm për kryerjen e punës. Prandaj, efikasiteti i motorit varet nga efikasiteti i rigjeneruesit dhe pa të do të jetë disa herë më i ulët. Dhe në artikullin tjetër do të flas për atë që duhet të jetë një rigjenerues efektiv -

Le të rendisim karakteristikat kryesore të motorit:

1. Në një motor Stirling, energjia termike shndërrohet në energji mekanike duke ngjeshur një sasi konstante të një lëngu pune në një temperaturë të ulët dhe zgjerimin e tij të mëvonshëm (pas një periudhe ngrohjeje) në një temperaturë të lartë. Meqenëse puna e shpenzuar nga pistoni për të ngjeshur mediumin e punës është më pak se puna që bën pistoni kur zgjeron mediumin e punës, motori gjeneron energji të dobishme mekanike.

2. Në parim, në prani të rigjenerimit, është e nevojshme vetëm furnizimi i nxehtësisë në mënyrë që të parandalohet ftohja e lëngut të punës gjatë zgjerimit të tij dhe të hiqet nxehtësia e lëshuar gjatë ngjeshjes së tij.

3. Ndryshimi i nevojshëm në temperaturën e lëngut të punës sigurohet nga prania e zgavrave të ndara të ftohta dhe të nxehta, përmes kanaleve lidhëse midis të cilave lëngu i punës lëviz nën veprimin e pistoneve.

4. Ndryshimet në vëllim në këto dy zgavra nuk duhet të jenë në fazë dhe ndryshimet ciklike që rezultojnë në vëllimin e përgjithshëm, nga ana tjetër, nuk duhet të jenë në fazë me ndryshimet ciklike të presionit. Ky është një kusht për marrjen e energjisë mekanike në boshtin e motorit.

Kështu, parimi Stirling është ngrohja dhe ftohja alternative e lëngut të punës të përmbajtur në një hapësirë ​​të izoluar. Për të përfytyruar sesi ky parim i thjeshtë zbatohet në praktikë, le të shqyrtojmë së pari sistemin elementar të cilindrit pistoni, në të cilin lëngu i punës është i izoluar nga mjedisi i jashtëm nga një pistoni i ngurtë i lidhur mekanikisht me fiksimin (Fig. 1.4).

Ndërsa nxehtësia furnizohet në kokën e cilindrit, presioni i lëngut të punës rritet dhe pistoni fillon të lëvizë në të djathtë nën veprimin e lëngut të punës në zgjerim (Fig. 1.5).

Me zgjerimin e lëngut të punës, presioni në cilindër bie. Për të kompensuar ftohjen e lëngut të punës gjatë zgjerimit të tij, furnizimi me nxehtësi vazhdon, për shkak të të cilit procesi

Ajo rrjedh në një temperaturë konstante. Kur pistoni arrin pozicionin e tij më të duhur ( fund i vdekur pikë), furnizimi me nxehtësi ndalet dhe koka e cilindrit fillon të ftohet me ndihmën e ndonjë burimi të jashtëm (Fig. 1.6).

Gjatë procesit të ftohjes, presioni vazhdon të bjerë. Pastaj pistoni fillon të lëvizë në të majtë, duke ngjeshur gazin. Procesi

Oriz. 1.8 Përfundimi i ciklit të punës.

Në këtë rast, ftohja vazhdon të kompensojë ngrohjen gjatë ngjeshjes, në mënyrë që kompresimi gjithashtu të vazhdojë në një temperaturë konstante (Fig. 1.7).

Kur pistoni arrin pozicionin e tij ekstrem majtas (qendra e vdekur lart), pajisja ftohëse zëvendësohet nga një burim nxehtësie (Fig. 1.8).

Kjo sekuencë mund të përshkruhet në diagramet e gjendjes termodinamike (Fig. 1.9).

Meqenëse zgjerimi me procesin e ngrohjes vazhdon me një presion mesatar më të lartë sesa kompresimi me procesin e ftohjes, motori bën punë të dobishme. Megjithatë, kjo metodë e furnizimit dhe heqjes së nxehtësisë është e rëndë dhe jopraktike, pasi kapaciteti i nxehtësisë së materialeve nga të cilat cilindri koka është bërë është shumë e lartë për të arritur atë që kërkohet
ndryshime të shpejta të temperaturës. Sidoqoftë, koncepti themelor i ngrohjes dhe ftohjes në mënyrë alternative të një lëngu pune të izoluar në presione të ndryshme për të marrë punë mekanike është paraqitur këtu me shumë saktësi.

Vëllimi A

Problemi lind me përkthimin e këtij koncepti në praktikë. Zgjidhja e qartë do të ishte mbajtja e një temperature konstante të lartë në njërin skaj të cilindrit dhe një temperaturë konstante të ulët në tjetrën. Sidoqoftë, në këtë rast, do të ishte e pamundur të përdorni sistemin me cilindra pistoni të përmendur në përshkrimin e ciklit të punës, pasi lëngu i punës do të merrte dhe lëshonte njëkohësisht nxehtësi në fazat e alternuara të procesit. Robert Sterling e kapërceu këtë vështirësi duke futur një pistoni zhvendosës, ose zhvendosës, i vendosur në seri me pistonin origjinal, i cili mori

Tani emri është "pistoni i punës". Pistoni i zhvendosjes është krijuar për të lëvizur lëngun e punës midis zgavrave të nxehta dhe të ftohta të vendosura në vend (Fig. 1.10).

Pistoni i zhvendosjes vendoset lirshëm në cilindër, në mënyrë që lëngu i punës të rrjedhë rreth tij nga të gjitha anët, siç tregohet në Fig. 1.11, ku veprimi i pistonit të zhvendosjes ilustrohet pa iu referuar pistonit të punës.

Kur zhvendosësi lëviz lart drejt fundit të nxehtë të cilindrit, lëngu i nxehtë i punës hyn në zgavrën e ftohtë përmes hendekut unazor në muret anësore të zhvendosjes
pistoni Në këtë rast, presioni i lëngut të punës zvogëlohet për shkak të ftohjes. Nuk ka valvula në cilindër, kështu që nëse nuk merrni parasysh rënien e vogël, pothuajse të papërfillshme të presionit në hendekun unazor rreth pistonit të zhvendosjes, presioni në të gjitha zonat e cilindrit do të jetë i njëjtë. Kur lëvizni në qendrën e vdekur të poshtme, pistoni i zhvendosjes detyron lëngun e punës të lëvizë nëpër zgavrën e ftohtë dhe hendekun unazor rreth sipërfaqes anësore të pistonit në zgavrën e nxehtë për ngrohje. Që në

Kur pistoni i zhvendosjes lëviz, presioni në të dy skajet është gjithmonë i njëjtë; nuk punohet për këtë lëvizje.

Lëvizja e pistonëve të zhvendosjes dhe punës është jashtë fazës. Një shpjegim i kësaj nga pikëpamja e termodinamikës do të jepet më poshtë. Sidoqoftë, tashmë është e lehtë të kuptohet se nëse i gjithë lëngu i punës në një fazë të ciklit duhet të jetë në një zgavër të nxehtë, dhe në një fazë tjetër të ciklit - në një të ftohtë, atëherë të dy pistonët nuk mund të jenë në të njëjtën fazë. Për të marrë një lëvizje të tillë pistoni jashtë fazës është e nevojshme. një mekanizëm lëvizës i ndryshëm nga ai konvencional. Një shembull i një mekanizmi të përdorur nga vetë Stirling është treguar në Fig. 1.12.

Një element tjetër nevojitet për të marrë motorin Stirling siç njihet sot. Shtë një rigjenerues, ose "ekonomizues", siç e quajti Stirling fillimisht. Kur pistoni i zhvendosjes lëviz lëngun e punës zgjerues në zgavrën e ftohtë (Fig. 1.11), ai duhet të kalojë nëpër zgavrën e nxehtë ku, për shkak të
ngrohja merr nxehtësi të tepërt, e cila duhet të hiqet në frigorifer. Pasi lëngu i punës të jetë i ngjeshur, ai lëviz në zgavrën e nxehtë përmes atij të ftohtë, duke u ftohur shtesë. Si pasojë, lëngu i punës hyn në zgavrën e nxehtë më të ftohtë sesa kërkohet, dhe në atë të ftohtë - më të nxehtë.

Nëse një rrjetë teli çeliku është instaluar në hendekun unazor rreth pistonit të zhvendosjes, përmes të cilit rrjedh lëngu i punës, atëherë lëngu i punës, duke kaluar nëpër këtë hendek nga zgavra e nxehtë në zgavrën e ftohtë, do të ketë një temperaturë më të lartë se rrjeta dhe , prandaj, do të lëshojë nxehtësi këtë rrjet. Në këtë rast, rrjeti vepron si një ftohës paraprak, duke zvogëluar ngarkesën termike të ftohësit kryesor. Pas procesit të ngjeshjes, lëngu i punës do të rrjedhë në zgavrën e nxehtë, duke u ngrohur kur kalon nëpër rrjetë, domethënë, ai përsëri do të marrë nxehtësinë e dhënë më parë në rrjetë. Rigjeneruesi tani vepron si një ngrohës paraprak, duke zvogëluar hyrjen e kërkuar të energjisë. Sistemi i përshkruar në tërësi është treguar në Fig. 1.13

Edhe pse qarku i treguar në Fig. 1.13, gjen zbatim praktik në shumë motorë, problemi transferim i shpejtë energjia mbetet e pazgjidhur, pasi është ende e nevojshme të kapërcehet inercia termike e mureve të cilindrit. Kur Philips përditësoi motorin Stirling, shkëmbyesit e nxehtësisë me tuba u përdorën për ngrohësin dhe ftohësin, dhe megjithëse kjo kërkoi që pistoni i zhvendosjes të vulosej, qëllimi kryesor u arrit. Cikli i plotë i punës tani mund të përshkruhet duke përdorur Fig. 1.14. Ne fig 1.14, përbërësit e proceseve të ciklit të punës të përshkruar në diagramin e presionit-vëllimit (Fig. 1.9, a) dallohen lehtësisht.

Ne fig 1 14, dhe pistoni i punës është në pozicionin ekstrem të poshtëm, zhvendosësi është në pozicionin ekstrem të sipërm dhe i gjithë lëngu i punës është i mbyllur në një zgavër të ftohtë. Pastaj, nën veprimin e forcave të jashtme, pistoni i punës fillon të lëvizë lart, duke ngjeshur lëngun e punës në zgavrën e ftohtë dhe temperatura e lëngut të punës mbahet në një nivel minimal. Në pikën 2 (Fig. 1.15), pistoni i zhvendosjes është ende në pozicionin e tij më të lartë, duke punuar
pistoni përfundon lëvizjen e tij lart dhe përfundon procesi i ngjeshjes (Fig. 1.14.6). Pistoni i punës mbetet në qendrën e tij të sipërme të vdekur, dhe pistoni i zhvendosjes fillon të lëvizë poshtë, duke e lëvizur lëngun e punës në sistemin e ngrohësit të frigoriferit - rigjenerues dhe më tej në zgavrën e nxehtë. Vëllimi i lëngut të punës në këtë proces mbetet konstant, ndërsa presioni rritet. Në procesin midis pikave 2 dhe 3, nxehtësia transferohet në lëngun e punës nga rigjeneruesi. Pika 3 korrespondon me qëndrimin e të gjithë lëngut të punës në zgavrën e nxehtë, në

Me këtë, pistoni i punës mbetet ende në qendrën e tij të lartë të vdekur. Duhet të theksohet se pistoni i zhvendosjes në pikën 3 nuk ka arritur ende pozicionin e tij më të ulët.

Tani lëngu i punës, duke qenë në zgavrën e nxehtë, merr nxehtësi nga ngrohësi tubular dhe zgjerohet. Duke vepruar në zhvendosjen dhe pistonët e punës, lëngu i zgjeruar i punës i detyron ata të lëvizin poshtë së bashku derisa të arrijnë pozicionin e tyre më të ulët. Në procesin midis pikave 3 dhe 4, bëhet punë pozitive. Pika 4 korrespondon me qëndrimin e të dy pistoneve në qendrat e tyre të poshtme të vdekura. Pistoni i punës vazhdon të mbetet në këtë pozicion, dhe pistoni i zhvendosjes lëviz lart, duke zhvendosur lëngun e zgjeruar të punës përmes sistemit të ngrohësit - rigjenerues - frigorifer në zgavrën e ftohtë. Në këtë rast, lëngu i punës i jep pjesën tjetër të nxehtësisë së tij rigjeneruesit. Në procesin 4 - 1, vëllimi mbetet i pandryshuar dhe presioni bie. Kështu kryhet cikli Stirling siç tregohet në dy diagrame të gjendjes (Fig. 1.15).

Duke krahasuar lëvizjen e pistoneve në lidhje me njëri -tjetrin në procese të njëpasnjëshme (Fig. 1.14), është e lehtë të shihet se lëvizja e tyre gjatë gjithë ciklit nuk përkon në fazë.

Lëvizja me ndërprerje e pistoneve është e nevojshme për të siguruar që një cikël i tillë të vazhdojë siç përshkruhet më sipër. Ky përfundim mund të ilustrohet qartë nga diagrami i lëvizjeve të pistonit (Fig. 1.16).

Oriz. 1.15. Diagramet e gjendjes termodinamike të një cikli ideal Stirling.

Zgavra e zgjerimit të nxehtë përcaktohet nga një vëllim i ndryshueshëm VE midis kokës së cilindrit dhe skajit të sipërm të pistonit të zhvendosjes. Ajo formohet vetëm nga lëvizja e pistonit të zhvendosjes. Zgavra e ngjeshjes së ftohtë përcaktohet nga vëllimi i ndryshueshëm Vc midis skajit të poshtëm të pistonit të zhvendosjes dhe skajit të sipërm të pistonit të punës. Vëllimi i ngrohësit, frigoriferit, rigjeneruesit dhe tubave ngjitur është një vëllim që nuk punon dhe quhet vëllimi i hapësirës së vdekur (vëllimi i vdekur) VD. Çdo vëllim i vdekur zvogëlon fuqinë e gjeneruar nga motori dhe duhet të mbahet në minimumin e lejuar tiparet e projektimit motorri. Sidoqoftë, në kushte të caktuara, rritja e vëllimit të vdekur mund të rrisë efikasitetin e motorit.

Tani do të ishte e nevojshme të merren parasysh problemet e termodinamikës, dinamikës së gazit dhe transferimit të nxehtësisë, të cilat duhet të zgjidhen për zbatimin e parimit Stirling. Gjithashtu nuk u pushtua
vështirësitë që lidhen me kompleksitetin e lartë të mekanizmit të vozitjes dhe nevojën për të siguruar balancimin e mjaftueshëm të motorit.

Ne fig 1.16 tregon varësinë e ndryshimit të vëllimit në këndin e rrotullimit të fiksimit, gjatë të cilit realizohet cikli ideal Stirling. Funksioni kryesor i mekanizmit lëvizës është riprodhimi më i saktë i kësaj marrëdhënie. Sidoqoftë, kënaqësia e plotë e kërkesave të termodinamikës është e mundur vetëm me lëvizjen e përhershme të pistoneve, dhe pajisje mekanike i paaftë për të riprodhuar me saktësi një lëvizje të tillë. Edhe pse, në parim, është e mundur të krijohet një mekanizëm që riprodhon ligjin e ndryshimit të vëllimit, afër idealit, faktorë të tjerë duhet të merren parasysh gjatë hartimit të tij, domethënë: thjeshtësia e dizajnit, kompaktësia, faktorët dinamikë dhe mundësia e instalimi i një sistemi nënshkrimi.

Sa më shumë pjesë të lëvizshme në mekanizmin e drejtimit, aq më pak, si rregull, efikasiteti mekanik; në këtë rast, avantazhet për shkak të riprodhimit të ligjit të ndryshimit të vëllimit afër idealit mund të kompensohen nga efikasiteti i ulët i përgjithshëm i motorit. Për më tepër, numri i madh i pjesëve rrit koston e prodhimit të mekanizmit të lëvizjes, kosto totale njësitë dhe kostot e funksionimit, si dhe një rënie në besueshmërinë në krahasim me mekanizmat e drejtimit të motorëve konvencionalë me djegie të brendshme. Hapësira në të cilën motori Stirling duhet të "përshtatet" mund të jetë gjithashtu një faktor përcaktues, dhe kjo do t'i lërë projektuesit një zgjedhje të cilës të preferojë: një mekanizëm të rëndë të lëvizjes që siguron pothuajse ligj perfekt ndryshimi i vëllimit, ose një mekanizëm më kompakt, por riprodhon ligjin e ndryshimit të vëllimit me më pak saktësi.

Faktorët dinamikë që duhet të merren parasysh gjatë projektimit mund të ndahen në dy grupe: të lidhura me ngarkimin dinamik dhe të lidhura me balancimin dinamik të pjesëve lëvizëse të motorit. Ngarkesa dinamike kanë një ndikim vendimtar në përcaktimin e dimensioneve bazë të motorit Stirling. Analiza termodinamike e funksionimit të motorit imponon kërkesa të caktuara për vëllimin e punës, gjatësinë e shufrës lidhëse, etj., Megjithatë, në mënyrë sasiore, këto kërkesa shprehen me parametra pa dimension dhe, për këtë arsye, nuk përcaktojnë ndonjë dimension real. Madhësia e këtyre përbërësve bazohet në llogaritjet dinamike pasuese, duke përfshirë përcaktimin e ngarkesave mbajtëse, madhësinë e momentit të përkuljes në shufrën lidhëse, etj.
de është pa zhurmë, dhe nëse në të sigurohet një mekanizëm lëvizës pa dridhje (dhe, prandaj, i balancuar në mënyrë dinamike), atëherë mundësitë e mundshme të zbatimit të tij praktik do të zgjerohen ndjeshëm. Disa mekanizma drejtues të krijuar për motorët Stirling i plotësojnë këto kërkesa.

Së fundi, në motorët Stirling me zhvendosje të madhe, lind problemi i vulave që ndajnë cilindrat e motorit nga kavilja dhe izolojnë kavanozin nga presioni i tepërt. Kështu, ne kemi renditur faktorët kryesorë që ndikojnë në zgjedhjen e një mekanizmi lëvizës për një motor Stirling.

Në motorët Stirling, më së shpeshti përdoren këto: shtrembër - mekanizmi i balancimit të thumbit, ngasja rombike, rondele e zhdrejtë dhe mekanizmi i fiksimit.

E para në motorin Stirling ishte një mekanizëm i shtrembër-spike-balapsirp (Fig. 1.17), në të cilin shiriti i ekuilibrit artikulohet me anë të dy levave me pistonët e punës dhe zhvendosjes, dhe pistoni i punës drejtohet direkt nga boshti i gungës Me Me këtë lloj ngarje, një presion i tepërt në kthesë është i pashmangshëm dhe për këtë arsye është i përshtatshëm vetëm për motorët e vegjël. Një makinë e tillë gjithashtu nuk siguron balancimin dinamik të motorit me një cilindër.

Rritja e fuqisë së motorit Stirling në procesin e përmirësimit të tij çoi në nevojën për të izoluar cilindrat nga kavilja për të shmangur presionin e tepërt në kaviljen e kartës. Ky problem zgjidhet me instalimin e një makine rombike (Fig. 1.18), e zhvilluar nga Philips në vitet '50. Avantazhi i një makine të tillë është gjithashtu mundësia e balancimit dinamik, madje edhe në rastin e një motori me një cilindër. Disavantazhet kryesore të tij janë kompleksiteti i mekanizmit, pasi ai përbëhet nga një numër i madh i pjesëve lëvizëse, sipërfaqet e fërkimit, etj., Dhe prania e dy ingranazheve në përfshirje në mekanizëm.

Rondele e zhdrejtë (Fig. 1.19) përdoret kryesisht në motorët e destinuar për instalim në vetura, ku kompaktësia është një faktor vendimtar njësi energjie... Një mekanizëm i tillë është i balancuar në mënyrë dinamike në një kënd të caktuar të prirjes së rondele. Gjithashtu e bën të lehtë izolimin e cilindrave nga kavilja. Sidoqoftë, në rastin e instalimit të motorit në një makinë, problemi i besueshmërisë së vulave lind në kushtet e një ndryshimi të shpejtë të një numri të madh të cikleve. Rondele e zhdrejtë gjithashtu ju lejon të kontrolloni fuqinë e motorit duke ndryshuar këndin e pjerrësisë së rondele, e cila nga ana tjetër çon në një ndryshim në goditjen e pistonëve të motorit. Në këtë rast, motori është i balancuar në mënyrë dinamike në vetëm një vlerë të këndit të rondele.

Mekanizmi i fiksimit (Fig. 1.20) është përdorur në motorët me djegie të brendshme për shumë vite. Extremelyshtë jashtëzakonisht i besueshëm, dhe deri tani është grumbulluar shumë përvojë në funksionimin e tij. Ky mekanizëm përdoret gjerësisht në motorët Stirling me veprim të dyfishtë me dhe pa një kryq. Përparësitë e mekanizmit janë besueshmëria dhe lehtësia e prodhimit, megjithatë, balancimi dinamik i motorit me një mekanizëm të tillë lëvizës është praktikisht i paarritshëm.

Mekanizmi i fiksimit, siç mund ta shihnim, nuk është një zgjidhje e thjeshtë për problemin e drejtimit në rastin kur pistonët e punës dhe zhvendosjes janë të vendosura në mënyrë sekuenciale në një cilindër. Sidoqoftë, një mekanizëm i tillë është i përhapur

Përdoret në modifikimin e paraqitjes së motorit Stirling me cilindra binjakë. Fillimisht, ky modifikim përdori pistonët e punës dhe zhvendosjen të vendosura në dy cilindra të lidhur me një tub të shkurtër (Fig. 1.21).

Në shekullin XIX. një motor i tillë u ndërtua nga Henrich dhe Robinson. Në literaturën për motorët Stirling, duke filluar nga (> 0 të shekullit tonë dhe më vonë, ky variant shpesh quhet konfigurim gama.

Motorët me dy cilindra u propozuan nga Ryder, gjë që çoi në një rritje të konsiderueshme të fuqi specifike në krahasim me modifikimet e tjera të motorit Stirling të krijuar në atë kohë. Që nga ajo kohë, motorët me dy cilindra kanë fituar pranim të gjerë. Në modifikimin e Ryder, dy pistona të mbyllur plotësisht në cilindra përdoren në vend të sistemit të zhvendosjes së pistonit. Shkëmbyesit e nxehtësisë të tipit "ngrohës - rigjenerues - frigorifer" janë ndërtuar në mes të dy cilindrave, duke formuar një kanal lidhës (Fig. 1.22).

Ky rregullim ka zgjeruar mundësitë për krijimin e konfigurimeve të ndryshme të motorit që zbatojnë parimin Stirling; për shembull, cilindrat mund të vendosen njëri kundër tjetrit horizontalisht ose vertikalisht, paralelisht me njëri -tjetrin, në formën e shkronjës V (Fig. 1.23) dhe në skema të tjera.

Të gjithë motorët e përmendur më lart janë, në parimin e tyre të përgjithshëm të funksionimit, motorë me një veprim. Duhet theksuar se ky emër i referohet motorit dhe jo pistonit, megjithëse edhe pse
pistoni i zhvendosjes mund të prodhojë një veprim të dyfishtë, me sipërfaqet e tij të sipërme dhe të poshtme që kontrollojnë lëvizjen e gazit, ndërsa motori në tërësi ende mund të përkufizohet si një motor veprim i thjeshtë... Termat "motor

Motori me veprim të vetëm "" dhe "me veprim të dyfishtë" në lidhje me motorët Stirling përdoren për të karakterizuar motorin në tërësi. Për shembull, siç tregohet më poshtë, jo-

Sa njësi me një veprim të vetëm mund të kombinohen në një motor me veprim të dyfishtë. Ne do ta ilustrojmë këtë metodë duke përdorur shembullin e rregullimit të cilindrave të propozuar nga Ryder dhe i quajtur gjithashtu modifikimi i paraqitjes alfa (Fig. 1.24).

Cikli me një veprim të vetëm sigurohet nga veprimi i kombinuar i sipërfaqes së sipërme të një pistoni dhe sipërfaqes së poshtme

Hunda e një pistoni tjetër në cilindrat ngjitur. Lëngu i punës qarkullon midis këtyre dy cilindrave. Nuk lëviz nëpër të gjithë sistemin - nga cilindri i parë në të katërtin. Kështu, pistoni në secilin cilindër vepron si një pistoni pune dhe një zhvendosje, dhe në të njëjtën kohë

Çdo pistoni përfshihet njëkohësisht në dy cikle pune. Rrjedhimisht, në një aranzhim me katër cilindra (Fig.1.24), katër cikle të veçanta ndodhin njëkohësisht:

Ky lloj motori Stirling u propozua fillimisht nga inxhinieri anglez Siemens dhe në mënyrë të pavarur nga inxhinierët holandezë Reeny dhe Van Veen gjatë qëndrimit të tyre në Philips, ku u përmirësua. Motori me veprim të dyfishtë është veçanërisht efikas në pajisjet mekanike të gjenerimit të energjisë-për shkak të raportit të lartë të fuqisë ndaj peshës për shkak të pistonit që bën një goditje të plotë për çdo rrotullim të boshtit të gungës në secilin cilindër.

Kjo do të thotë që në një motor me veprim të dyfishtë, pistoni ka dy funksione (ose ka një funksion të dyfishtë):

1) mbushja me lëngun e punës të dy zgavrave me vëllim të ndryshueshëm dhe zhvendosja e lëngut të punës nga këto zgavra;

2) transferimi i forcës në boshtin dalës.

Motorët Stirling me veprim të dyfishtë duhet të jenë në mënyrë të pashmangshme me shumë cilindra, pasi të paktën tre pistona kërkohen për të marrë procese zgjerimi dhe kompresimi të zhvendosur në fazë (nevoja për një ndryshim të tillë u vu re më herët). Në praktikë, megjithatë, zakonisht përdoren të paktën katër pistona, të lidhur me një bosht me gunga, dhe pistonët ngjitur veprojnë së bashku në një çift, gjë që arrin një veprim të dyfishtë. Mekanizmat e drejtimit të motorit me veprim të dyfishtë duhet. kryejnë dy funksionet e mësipërme. Më e përshtatshme për këtë duket të jetë një bosht me gunga konvencional me shumë mbajtës të një motori në linjë.

Oriz. 1.26. Konfigurimi koaksial] RIS "L25) - Ky lloj mekanizmi është një motor i veçantë me veprim të dyfishtë, i cili është veçanërisht i përshtatshëm për fuqitë e mëdha.

Kompaktësia më e mirë sigurohet nga rregullimi i cilindrave në një shesh, i ashtuquajturi aranzhim koaksial (Fig. 1.26), i cili lejon jo vetëm përdorimin sistem të përbashkët djegie, por gjithashtu zbatohen Lloje të ndryshme mekanizmat lëvizës. Shumica e llojeve të mekanizmave të drejtimit të përshtatshëm për motorë të tillë janë modifikime të mekanizmit të shtrembër të shufrës, megjithatë, kompanitë "Philips", "General Motors" dhe "Ford" shpenzuan përpjekje të konsiderueshme në përmirësimin e mekanizmit me një rondele të zhdrejtë Me Dizajni optimal i këtij lloji të makinës siguron efikasitet mekanik. tejkalon 90%.

Konfigurimet e motorit Stirling në kombinim me mekanizma të ndryshëm të drejtimit janë treguar në fig. 1.27. Sigurisht, arsyeja e zgjedhjes së një ose një mekanizmi tjetër të lëvizjes nuk është vetëm kompaktësia e tij, por edhe faktorë të tjerë. Këta faktorë diskutohen në detaje në Sek. 2.5

Në të gjithë motorët e konsideruar deri më tani, mekanizmat e drejtimit u përdorën në të cilët pistonët janë të lidhur ngushtë me njëri -tjetrin duke përdorur lidhje të ndryshme kinematike, dhe këto lidhje, nga ana tjetër, janë të lidhura ngurtësisht me boshtin dalës, i cili shërben për të transferuar energji mekanike nga motorri. Motori Stirling mund të funksionojë pa një mekanik
. ui Pershendetje midis pistoneve. Në këtë rast, punëtori dhe shpërngulësi janë iii. iii pistonët quhen pistona të lirë. Ky koncept Tsii mund të përdoret jo vetëm në motorët Starinna, por vetëm në lidhje me motorë të tillë. zbatohet me sukses. Për herë të parë ai e mishëroi atë në realitet

Une jam". 1.38. Opsionet e motorit Fluidine me mënyra të ndryshme të transferimit të energjisë.

Ra. goditje presioni; b shufër lëkundëse; c - lumë jet; 1 - tezja e nxehtë; 2 - zgavra e ftohtë; 3-menteshë; 4- restaurimi i pranverës.

“■ temë. Sistemi bën lëvizje këndore, dhe meqenëse struktura "temp" është e ngurtë, këto lëvizje këndore transferohen në kolonat e lëngut zhvendosës, ku neutralizojnë humbjet viskoze dhe mbajnë luhatje të qëndrueshme.

Motori jet Fluidine, si dhe motori ii dhe presioni diferencial, kanë një zgavër integrale të ftohtë. Tubat e ftohtë dhe dalës lidhen me tubin e nxehtë në bazën e tij. Kjo lidhje siguron një efekt jet.
Menisk në zgavrën e nxehtë, një pjesë e lëngut devijohet drejt zgavrës së ftohtë, gjë që e bën kolonën e lëngshme në tubin e ftohtë të lëvizë lart, dhe gjatë goditjes së kthimit, lëngu që hyn në tubin e nxehtë shkakton rrjedhjen nga tubi i ftohtë në lëviz në zhvendosës me nxitim. Kjo arrin si goditjen përpjetë ashtu edhe rënien poshtë.

Oriz. 1.39. Fazat vijuese të "vetë-fillimit" të motorit "Fluidine".

A - pozicioni fillestar para nisjes; b - faza e zgjerimit; c - tejkalimi parësor: g - tejkalimi dytësor; e - faza e vetë -ngacmimit.

Efekti i s reaktive, trui. Sidoqoftë, proceset e vërteta që ndodhin në këtë lidhje hidraulike ende nuk janë hetuar mjaftueshëm. Përkundër kësaj, versioni jet është më i zakonshmi në mesin e motorëve Fluidine. Cikli i punës i një motori jet do të diskutohet më poshtë.

Tani le të hedhim një vështrim më të afërt në proceset që ndodhin radhazi kur filloni motorin Fluidine, pasi një nga karakteristikat e tij më të rëndësishme është mundësia e "vetë-fillimit".

Sekuenca e proceseve gjatë vetë-fillimit është treguar në Fig. 1.39. Në pozicionin e parafillimit, nivelet e lëngjeve huh2 dhe h3 përcaktohen nga vlerat e presionit statik në tuba. Nëse presioni në zgavrat e punës tejkalon
Nëse vëllimi është i barabartë me atë atmosferik, atëherë të gjitha nivelet janë të njëjta (vini re se nivelet hi dhe h2 në këtë moment janë gjithmonë të njëjta). Kur energjia e nxehtësisë furnizohet në tubin e duhur 1, temperatura e lëngut të punës rritet dhe zgjerohet. Presioni në zgavrat e punës gjithashtu rritet, dhe për shkak të kësaj, nivelet e lëngut në tubat e nxehtë dhe të ftohtë gjithashtu fillojnë të ulen. Në të njëjtën kohë, niveli i lëngut në tubin e daljes rritet. Duhet të theksohet se të gjitha ndryshimet në niveli i lëngut është shumë i vogël. Zgjerimi parësor çon në vetë-ndezjen e pajisjes vetëm pasi të keni arritur një ndryshim kritik të parametrit Tss , në varësi të vlerave kryesore të parametrave që përcaktojnë kushtet e funksionimit të motorit:

Kjo formulë bazohet në një analizë të fenomenit të diskutuar në detaje në Sek. 1.6 Për shumicën e motorëve "Flui - 1ain" Tss ~ 0.1.

Në fund të fazës parësore të zgjerimit, niveli i lëngut në tubin e daljes vazhdon të rritet për shkak të inercisë së lëngut lëvizës. Niveli i lëngut në anën e nxehtë vazhdon të bjerë derisa të arrihet një ekuilibër midis lëngut dhe mediumit të punës. Në këtë pikë, niveli i lëngut në tubin anësor të ftohtë është më i lartë se në tubin anësor të nxehtë. Kjo gjendje, e përbërë nga një sekuencë fazash që zëvendësojnë njëra -tjetrën kur motori është ndezur, quhet "tejkalimi parësor".

Sapo graviteti ndalon lëvizjen lart të lëngut në tubin e daljes, niveli i lëngut në anën e nxehtë gjithashtu stabilizohet; në të njëjtën kohë, ekziston një tendencë që nivelet e lëngjeve të barazohen në anët e nxehta dhe të ftohta. Rrjedhimisht, niveli i lëngut në tubin e nxehtë rritet, ndërsa në dalje zvogëlohet. Në të njëjtën kohë, vëllimi i gazit të nxehtë dhe presioni i tij në zgavrën e punës zvogëlohen për shkak të një rënie të temperaturës në këtë zgavër për shkak të një rritje të nivelit të lëngut në tubin e nxehtë dhe një rënie korresponduese në sasinë e punës gazi që nxehet. Këto procese lehtësohen nga lëvizja e vazhdueshme në rënie e nivelit të lëngut në tubin e daljes, gjë që shkakton një kokë dinamike të rëndësishme në lidhjen hidraulike dhe një rritje shtesë të nivelit të tubit në anën e nxehtë. Së bashku, këto procese bëjnë që niveli i lëngut në tub në anën e nxehtë të rritet në një nivel më të lartë se nivelet në dy tubat e tjerë. Kjo gjendje quhet tejkalim dytësor. Kjo çon në një rritje të mëtejshme të potencialit gravitacional midis meniskëve.

Në këtë moment, sistemi është në një gjendje të ekuilibrit të paqëndrueshëm dhe nivelet e lëngut fillojnë të lëvizin drejt një gjendje të ekuilibrit të qëndrueshëm. Niveli i lëngut në anën e nxehtë është ulur, gjë që lejon që më shumë lëng pune të marrë energji nga burimi i energjisë. Trupi i punës zgjerohet dhe procesi fillon përsëri,

Sidoqoftë, lëkundjet tani po bëhen të emocionuara dhe të qëndrueshme.

Cikli i punës i përshkruar më sipër ka të njëjtën bazë fizike si cikli për një sistem të dyfishtë tubash U.

Fluidina mund të veprojë në të dyja mënyrat e lagura dhe të thata. Në rastin e parë, ekziston një kontakt midis lëngut të zhvendosur dhe lëngut të punës. Në të dytën, sipërfaqet e lëngut dhe gazit të punës ndahen ose nga një shtresë e gazit "inert" ose nga një noton mekanik. Energjia në Fluidine gjenerohet në formën e dridhjeve të lëngut në tubin e daljes, dhe kjo është veçanërisht e përshtatshme për përdorimin e motorit si ventilator. (Historia e teknologjisë njeh një pajisje shumë të ngjashme - një pompë Humphrey me qark të hapur.) Efekti i pompimit arrihet në dy mënyra kryesore, të njohura si pompime direkte dhe indirekte. Në rastin e parë, tubi dalës ose rezonant transformohet plotësisht në pjesën e furnizimit të pompës, ndërsa me injeksion indirekt, tubi rezonant mbetet në formën e tij origjinale, dhe efekti i injektimit arrihet duke përdorur një kanal të veçantë të lidhur me zgavër e ftohtë (Fig. 1.40, 1.41) ...

Në rastin e pompimit indirekt, është e vështirë të kryhet "vetë-tanycK" dhe kërkohen pajisje speciale shtesë, të tilla si një linjë kullimi e ndërtuar paralelisht me daljen e trashë dhe që vepron si një pajisje kryesore pompimi.

Duhet gjithashtu të theksohet se në "Fluidin" "të lagësht" është e pamundur të instaloni rigjenerues me hundë, pasi ato nuk janë shumë efektive në atmosferën e mjegullës së formuar

Në avujt e lëngut. Mungesa e një rigjeneruesi në "Flui-1ain" të "lagësht" ndoshta mund të shpjegojë pse motorë të tillë kanë efikasitet shumë të ulët. Sidoqoftë, duhet të merret parasysh se "Fluidina" e "lagësht" mund të funksionojë vetëm në temperatura të rendit 350 K (77 ° C) dhe diferenca e temperaturës gjatë furnizimit dhe heqjes së nxehtësisë jo më shumë se 25 ° C. Në këto kushte, efikasiteti i ciklit Carnot është më pak se 10%.

15 motorët Stirling të diskutuar më sipër përdorën një lëng pune të gaztë; edhe në "Fluidin" e "lagësht" lëngu i punës është i gaztë në shumicën dërrmuese të rasteve. Aktualisht, propozimet janë duke u paraqitur për përdorimin e lëngjeve të punës me një gjendje faze në ndryshim, për shembull, ato të përdorura në motorët me avull dhe turbinat me avull, por ende nuk ka informacion se pajisje të tilla funksionojnë me sukses ose të paktën janë zhvilluar. Në vitet 30, inxhinieri anglez Malone ndërtoi një pistoni reciprok me një nikel të mbyllur, duke përdorur një lëng si një lëng pune. Walker sugjeron që motori Malone është në fakt një motor Stirling, dhe botimi i vetëm i Malone duket se siguron dëshmi të tjera.

4 Zak. 839 për këtë supozim. Sidoqoftë, një analizë më e kujdesshme dhe diskutim i mëtejshëm i detajuar i kësaj çështjeje në një ekip studiuesish që punojnë në këtë fushë nën drejtimin e prof. Wheatley në Universitetin e Kalifornisë (San Diego, SHBA), çoi në përfundimin se ka shumë të ngjarë që motori Malone funksionon në një cikël të ngjashëm me atë të një motori Stirling, por me dallime të rëndësishme. Në të njëjtën kohë, motori Malone, pas një modifikimi të vogël, mund të përputhet saktësisht me motorin Stirling. Sidoqoftë, një numër pyetjesh mbeten të paqarta në lidhje me parimet e funksionimit të motorit Malone, edhe në formën e tij origjinale, prandaj, ne e konsiderojmë të parakohshme përpjekjen për të përshkruar ciklin e tij të funksionimit.

Ne kemi përshkruar tashmë ciklet e funksionimit të formave të ndryshme të një motori Stirling që konvertojnë energjinë termike në energji mekanike. Të gjithë këta motorë kanë të njëjtat parime themelore të funksionimit, megjithatë, ka disa dallime në dizajn, veçanërisht kur bëhet fjalë për mënyrat e përdorimit të energjisë së gjeneruar. Diagramet skematike dhe përshkrimet e hollësishme, edhe pse janë shumë të dobishme për të lehtësuar kuptimin e parimeve bazë mbi të cilat bazohen këta motorë, jo gjithmonë i bëjnë gjërat më të lehta kur është e nevojshme të përcaktohet nëse pajisja në fjalë është një motor Stirling. Në pjesën tjetër, jepen fotografi dhe përshkrime të motorëve tashmë të ndërtuar Stirling të llojeve të ndryshme, të cilat do të eliminojnë këto vështirësi.

1. Hyrje …………………………………………………………………………… 3

2. Historia ………………………………………………………………………………… 4

3. Përshkrimi …………………………………………………………………………… 4

4. Konfigurimi ………………………………………………………………………. 6

5. Disavantazhet ……………………………………………………………………… .. 7

6. Avantazhet ………………………………………………………………… 7

7. Aplikimi ……………………………………………………………………………. tetë

8. Përfundim ……………………………………………………………………………. njëmbëdhjetë

9. Referencat ……………………………………………………… .. 12

Prezantimi

Në fillim të shekullit 21, njerëzimi shikon të ardhmen me optimizëm. Ka arsyet më bindëse për këtë. Mendimi shkencor nuk qëndron ende. Sot na ofrohen gjithnjë e më shumë zhvillime të reja. Gjithnjë e më shumë teknologji ekonomike, miqësore me mjedisin dhe premtuese po futen në jetën tonë

Kjo vlen, para së gjithash, për ndërtimin alternativ të motorit dhe përdorimin e të ashtuquajturve lëndë djegëse alternative "të reja": era, dielli, uji dhe burime të tjera të energjisë.

Falë motorëve të të gjitha llojeve, një person merr energji, dritë, nxehtësi dhe informacion. Motorët janë zemra që rreh në kohë me zhvillimin e qytetërimit modern. Ato sigurojnë rritjen e prodhimit, shkurtojnë distancën. Motorët aktualisht të përhapur me djegie të brendshme kanë një numër disavantazhesh: funksionimi i tyre shoqërohet me zhurmë, dridhje, ato lëshojnë gazra të dëmshme të shkarkimit, duke ndotur kështu natyrën tonë dhe konsumojnë shumë karburant. Por sot tashmë ekziston një alternativë ndaj tyre. Klasa e motorëve, dëmi nga i cili është minimal, janë motorët Stirling. Ata punojnë në një cikël të mbyllur, pa mikro-shpërthime të vazhdueshme në cilindrat e punës, praktikisht pa lëshimin e gazrave të dëmshëm, dhe gjithashtu kanë nevojë për shumë më pak karburant.

Shpikur shumë përpara motorit me djegie të brendshme dhe naftë, motori Stirling u harrua në mënyrë të pamerituar.

Ringjallja e interesit për motorët Stirling zakonisht shoqërohet me aktivitetet e Philips. Puna në hartimin e motorëve Stirling me fuqi të ulët filloi në kompani në mesin e viteve 30 të shekullit XX. Qëllimi i punës ishte krijimi i një gjeneratori të vogël elektrik me një nivel të ulët zhurme dhe një nxitje termike për fuqizimin e pajisjeve radio në zona të botës pa burime të rregullta të furnizimit me energji elektrike. Në 1958, General Motors hyri në një marrëveshje licencimi me Philips, dhe marrëdhënia e tyre vazhdoi deri në 1970. Zhvillimet lidheshin me përdorimin e motorëve Stirling për hapësirën dhe termocentralet nënujore, makinat dhe anijet, si dhe për sistemet e furnizimit me energji stacionare. Kompania suedeze United Stirling, e cila ka përqendruar përpjekjet e saj kryesisht në motorët për automjete të rënda, ka zgjeruar interesat e saj në fushën e motorëve për makina pasagjerësh. Interesi i vërtetë për motorin Stirling u ringjall vetëm gjatë të ashtuquajturës "krizë energjetike". Ishte atëherë që potenciali i këtij motori në lidhje me konsumin ekonomik të karburantit të lëngshëm konvencional dukej të ishte veçanërisht tërheqës, i cili dukej shumë i rëndësishëm në lidhje me rritjen e çmimeve të karburantit.

Histori

Motori Stirling u patentua për herë të parë nga prifti skocez Robert Stirling më 27 shtator 1816 (patenta angleze nr. 4081). Sidoqoftë, "motorët e parë elementarë të ajrit të nxehtë" ishin të njohur në fund të shekullit të 17 -të, shumë para Stirling. Arritja e Stirling është shtimi i një pastruesi, të cilin ai e quan "ekonomi". Në literaturën moderne shkencore, ky pastrues quhet "rigjenerues" (shkëmbyes nxehtësie). Ajo rrit performancën e motorit duke bllokuar nxehtësinë në pjesën e ngrohtë të motorit ndërsa lëngu i punës ftohet. Ky proces përmirëson shumë efikasitetin e sistemit. Në 1843, James Stirling e përdori këtë motor në një fabrikë ku ai punonte si inxhinier në atë kohë. Në vitin 1938, Philips investoi në një motor Stirling me një kapacitet më shumë se dyqind kuaj fuqi dhe një kthim prej më shumë se 30%. Motori Stirling ka shumë përparësi dhe ishte i përhapur në epokën e motorëve me avull.

Përshkrim

Motori i Stirling- një motor nxehtësie, në të cilin një lëng pune i lëngshëm ose i gaztë lëviz në një vëllim të mbyllur, një lloj motori me djegie të jashtme. Bazohet në ngrohjen dhe ftohjen periodike të lëngut të punës me nxjerrjen e energjisë nga ndryshimi që rezulton në vëllimin e lëngut të punës. Mund të funksionojë jo vetëm nga djegia e karburantit, por edhe nga çdo burim nxehtësie.

Në shekullin XIX, inxhinierët donin të krijonin një alternativë të sigurt për motorët me avull të kohës, kaldaja e të cilëve shpërthente shpesh për shkak të presioneve të larta të avullit dhe materialeve të papërshtatshme për ndërtimin e tyre. Një alternativë e mirë për motorët me avull u shfaq me krijimin e motorëve Stirling, të cilët mund të konvertonin çdo ndryshim të temperaturës në punë. Parimi themelor i funksionimit të motorit Stirling është alternimi i vazhdueshëm i ngrohjes dhe ftohjes së lëngut të punës në një cilindër të mbyllur. Zakonisht ajri vepron si një lëng pune, por hidrogjeni dhe heliumi përdoren gjithashtu. Në një numër mostrash eksperimentale, u testuan freonet, dioksidi i nitrogjenit, propan-butani i lëngëzuar dhe uji. Në rastin e fundit, uji mbetet në gjendje të lëngshme në të gjitha pjesët e ciklit termodinamik. Veçantia e përzierjes me një lëng të lëngët pune është madhësia e tij e vogël, dendësia e lartë e fuqisë dhe presionet e larta të punës. Ekziston edhe një lëng nxitjeje dyfazor. Karakterizohet gjithashtu nga densiteti i lartë i fuqisë dhe presioni i lartë i punës.

Nga termodinamika dihet se presioni, temperatura dhe vëllimi i gazit janë të ndërlidhura dhe ndjekin ligjin e gazeve ideale

• P është presioni i gazit;
• V është vëllimi i gazit;
• n është numri i moleve të gazit;
• R është konstante universale e gazit;
• T është temperatura e gazit në Kelvin.

Kjo do të thotë që kur gazi nxehet, vëllimi i tij rritet, dhe kur ftohet, zvogëlohet. Thisshtë kjo veti e gazeve që qëndron në funksionimin e motorit Stirling.

Motori Stirling përdor ciklin Stirling, i cili nuk është inferior ndaj ciklit Carnot për sa i përket efikasitetit termodinamik, dhe madje ka një avantazh. Çështja është se cikli Carnot përbëhet nga izoterma dhe adiabate pak të ndryshme. Zbatimi praktik i këtij cikli nuk është shumë premtues. Cikli Stirling bëri të mundur marrjen e një motori që funksionon praktikisht në dimensione të pranueshme.

Cikli Stirling përbëhet nga katër faza dhe ndahet në dy faza kalimtare: ngrohja, zgjerimi, kalimi në një burim të ftohtë, ftohja, ngjeshja dhe kalimi në një burim nxehtësie. Kështu, kur kalon nga një burim i ngrohtë në një burim të ftohtë, gazi në cilindër zgjerohet dhe tkurret. Dallimi në vëllimet e gazit mund të shndërrohet në punë, gjë që bën motori Stirling. Cikli i punës i një motori Stirling të tipit beta është:

1

2

3

4

ku: a - pistoni i zhvendosjes; b - pistoni i punës; c - volant; d - zjarri (zona e ngrohjes); e - fins ftohës (zona e ftohjes).

1. Një burim i jashtëm i nxehtësisë ngroh gazin në fund të cilindrit të shkëmbyesit të nxehtësisë. Presioni i gjeneruar e shtyn pistonin e punës lart (vini re se pistoni i zhvendosjes nuk përshtatet fort kundër mureve).
2. Volanti shtyn pistonin e zhvendosjes poshtë, duke lëvizur kështu ajrin e nxehtë nga poshtë në dhomën e ftohjes.
3. Ajri ftohet dhe kontraktohet, pistoni zbret.
4. Pistoni i zhvendosjes lëviz lart, duke lëvizur kështu ajrin e ftohur në fund. Dhe cikli përsëritet.

Në një makinë Stirling, lëvizja e pistonit të punës zhvendoset me 90 ° në lidhje me lëvizjen e pistonit të zhvendosjes. Në varësi të shenjës së këtij ndërrimi, makina mund të jetë një motor ose një pompë nxehtësie. Në një zhvendosje prej 0, makina nuk kryen asnjë punë (përveç humbjeve të fërkimit) dhe nuk e gjeneron atë.

Beta Stirling- ka vetëm një cilindër, i nxehtë nga njëri skaj dhe i ftohtë nga tjetri. Një pistoni (nga i cili hiqet fuqia) dhe një "zhvendosës" lëvizin brenda cilindrit, duke ndryshuar vëllimin e zgavrës së nxehtë. Gazi pompohet nga i ftohti në skajin e nxehtë të cilindrit përmes rigjeneruesit. Rigjeneruesi mund të jetë i jashtëm, pjesë e një shkëmbyesi të nxehtësisë, ose i kombinuar me një pistoni zhvendosjeje.

Gama Stirling- ka edhe një pistoni dhe një "zhvendosës", por në të njëjtën kohë ka dy cilindra - një i ftohtë (pistoni lëviz atje, nga i cili hiqet fuqia), dhe i dyti është i nxehtë nga një skaj dhe i ftohtë nga tjetri (ka një "zhvendosës" që lëviz atje). Rigjeneruesi lidh pjesën e nxehtë të cilindrit të dytë me atë të ftohtë dhe njëkohësisht me cilindrin e parë (të ftohtë).