Pra, cili është problemi me krijimin e një motori Stirling me efikasitet të lartë? Motori termoakustik është një motor Stirling pa pistona.

Kohe e gjate defekte të tilla të motorit djegia e brendshme(ICE), si kërkesa të rrepta për karburant dhe vajra, ndotja atmosferike, zhurma e shkarkimit, një përkeqësim i mprehtë i efikasitetit dhe karakteristika të tjera kur devijoni nga mënyra optimale e funksionimit dhe, më në fund, pamundësia për të përdorur burimet e nxehtësisë që nuk lidhen me djegien, nuk kanë një vlerë të madhe ... Megjithatë, me një rritje në numrin dhe kapacitetin e të operuarve Problemet e ICE ndotja toksike dhe zhurma e mjedisit janë bërë jetike.

Shterimi i shpejtë i rezervave të naftës të provuara në botë ka çuar në kalimin nga epoka e naftës së lirë në epokën e çmimeve të larta të energjisë në përgjithësi gjatë dekadës së fundit. Nga ana tjetër, në degët e reja të teknologjisë, ekziston një nevojë urgjente për motorë të veçantë të nxehtësisë (për shembull, për punë në hapësirë, kushte nënujore), të cilët nuk kanë nevojë për oksigjen atmosferik, por janë të aftë të veprojnë nga çdo temperaturë e lartë burim nxehtësie.

Këto probleme rritën interesin e specialistëve për një motor alternativ me një furnizim të jashtëm të nxehtësisë të propozuar që në vitin 1816 nga shpikësi skocez Robert Stirling. Parimi i funksionimit të motorit Stirling (DS), i shkurtër referencë historike mbi zhvillimin e tij dhe një përshkrim i disa modeleve të motorëve të tillë janë botuar (shih artikullin nga G. B. Liebefort "Engine djegia e jashtme»).

Sipas parashikimeve të ekspertëve kryesorë firma të mëdha SHBA, Japonia, Suedia, Hollanda DC mund të bëhen motori dominues në shekullin e ardhshëm.

Pse DS parashikon perspektiva kaq të shkëlqyera? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, është e nevojshme të kujtojmë historinë e motorëve të nxehtësisë.

Deri në kufirin e ekonomisë

Edhe para publikimit të veprës së S. Carnot, R. Stirling e anashkaloi me sukses këtë vështirësi duke futur rigjenerimin e nxehtësisë në ciklin e një motori të nxehtësisë. Sidoqoftë, niveli i ulët i teknologjisë në fillim të shekullit XIX. nuk lejuan krijimin e modeleve mjaft të përsosura të motorëve të këtij lloji, dhe ato u harruan për një kohë të gjatë.

Llogaritjet e kryera në vitin 1938 nga specialistët e Philips treguan se të dy ciklet Stirling dhe Carnot janë termodinamikisht njësoj të vlefshëm. Cikli Stirling, i përbërë nga dy izoterma dhe dy izokore. mund të shërbejë si i njëjti standard termodinamik me ciklin Carnot. Për më tepër, rigjenerimi i nxehtësisë në këtë cikël bën të mundur funksionimin në një gamë të gjerë të temperaturës, dhe, rrjedhimisht, me efikasitet të lartë në raporte të ulëta të presioneve të ngjeshjes dhe zgjerimit të lëngut të punës. Kjo veçori e ciklit Stirling e bën zbatimin e tij praktik të vërtetë në motorët me një efikasitet afër maksimumit të mundshëm për një ndryshim të caktuar të temperaturës midis ngrohësit dhe frigoriferit.

Konsideroni një rrjedhë pune disi të idealizuar për një motor Stirling me zhvendosje në një diagram të paraqitjes vizuale me cilindra në 90 ° dhe një mekanizëm konvencional të fiksimit (Fig. 3).

Efikasiteti termik i një cikli ideal Stirling, si ai i një cikli Carnot, përcaktohet nga formula

Sidoqoftë, në praktikë, efikasiteti termik i këtyre motorëve është dukshëm më i ulët.

Në motorët e vërtetë Stirling, energjia shpenzohet në fërkime dhe përçueshmëri termike, dhe gjithashtu lë me produkte të djegies, etj. Megjithatë, për shkak të avantazheve themelore termodinamike të ciklit Stirling, vlerat më të larta të efikasitetit efektiv janë arritur në tashmë të krijuara DS në krahasim me motorët e tjerë të nxehtësisë me të njëjtën fuqi. (fig. 2).

Çdo karburant i lirë mund të përdoret në një motor Stirling: gaz, qymyr, dru dhe madje edhe torfe. Në të njëjtën kohë, ndryshe nga një motor me djegie të brendshme, karburanti digjet vazhdimisht në presion të ulët dhe një tepricë optimale të ajrit në dhomën e djegies të vendosur jashtë vëllimit të punës. Përmbajtja e substancave toksike në produktet e djegies në kushte të tilla zvogëlohet në minimum, dhe sasia e energjisë së lëshuar rritet. Përveç lëndëve djegëse tradicionale, burime të tjera të nxehtësisë, kripëra të shkrira, radioizotope, si dhe energji bërthamore dhe diellore, nxehtësia e brendshme të Tokës, etj. Janë të përshtatshme për DS.

Vëllimi i brendshëm i motorit Stirling është i mbyllur hermetikisht, kështu që pluhuri gërryes nuk futet në të, vaji nuk vjen në kontakt me produktet e djegies dhe nuk oksidohet (prandaj, pothuajse nuk konsumohet). Falë qetësisë së procesit të punës, dridhjet dhe stresi në të gjithë elementët e fërkimit të motorit zvogëlohen.

Këto karakteristika e bëjnë DS më të besueshme dhe të qëndrueshme në krahasim me motorin me djegie të brendshme, lejojnë që të përdoret për një kohë të gjatë pa mirëmbajtje. Parimi i furnizimit me nxehtësi të jashtme siguron fillimin e shpejtë dhe pa probleme në temperatura të ulëta.

Përveç këtij grupi unik të cilësive, motori Stirling është praktikisht i heshtur pasi funksionon pa valvola dhe nuk ka shkarkim të fortë pulsues.

Perspektivat e motorëve Stirling janë konfirmuar prej kohësh nga praktika. Për shembull, kompania Philips dikur demonstroi një autobus 16-tonësh me një DS me një kapacitet 100 litra. me., Firma "United Stirling" furgon ngarkese 7 -ton, dhe amerikanët - një makinë Ford Toronto.

Aktualisht, rreth 60 kompani jashtë vendit po punojnë në përmirësimin e mëtejshëm të motorëve Stirling. Motorët e këtij lloji tashmë janë zhvilluar fuqi e lartë për lokomotivat me naftë dhe termocentralet me qymyr. DS përdoren për të drejtuar pompat e nxehtësisë, gjeneratorët e energjisë celulare. Janë krijuar mostra për punë në satelitët tokësorë. Një numër i madh veprash i kushtohen problemi më interesant- përdorimi i DS miniaturë me një burim nxehtësie radioizotopi për të drejtuar një zemër artificiale.

Përdorimi i hidrogjenit si një lëng pune nën një presion deri në 200 kg / cm 2 (në vend të ajrit në të cilin punuan DS-të e para) bëri të mundur uljen e gravitetit specifik të mostrave të fundit të DS në 2.6-3.4 kg / kW, dhe të strukturave individuale deri në 1.2 kg / kW.

Efikasiteti efektiv i një motori dizel të gjeneratës së re të prodhuar nga "Mechanic-Technology" (SHBA) arrin 43.5% (në vend të 32 ÷ 35% për modelet më të mira të motorëve me naftë të automobilave). Përparimet në teknologjinë e prodhimit të qeramikës rezistente ndaj nxehtësisë do të rrisin më tej temperaturën maksimale të ciklit dhe do të krijojnë një DS me një efikasitet deri në 60%.

Si pjesë e programit të kursimit të energjisë në Japoni, po zbatohet një plan gjashtëvjeçar për zhvillimin e DC. Tashmë në 1987, motorët me shumë karburant me efikasitet të lartë të karburantit dhe performanca mjedisore për qëllime të ndryshme. Disa lloje të motorëve në zhvillim do të përdorin gaz natyror. Kohët e fundit, pajisjet diellore me një motor Stirling, i cili konverton energjinë diellore në energji elektrike, u testuan me sukses në shkretëtirën Mokhov në Shtetet e Bashkuara. Efikasiteti i tij i përgjithshëm ishte 29%. Energjia diellore, e përqendruar me anë të një pasqyre parabolike, fuqizon uzinën Stirling.

Treguesit kryesorë të performancës - motorët me djegie të brendshme - efikasiteti, jeta e shërbimit dhe besueshmëria e funksionimit - me një rënie të fuqisë, ulen në një masë shumë më të madhe sesa ajo e DS. Kjo nuk është për t'u habitur, pasi me një madhësi të vogël cilindri i motoritështë e vështirë të sigurohet djegie e plotë e përzierjes së punës, por djegësi i motorit Stirling edhe me fuqi e ulët siguron djegie pothuajse të plotë të karburantit.

Siç mund të shihet nga Fig. 2. efikasiteti efektiv i DC në gamë të gjerë kapaciteti është më shumë se dyfishi i efikasitetit të një motori me djegie të brendshme benzine. Në të njëjtën kohë, me një fuqi boshti më të vogël se 1 kW, efikasiteti i një motori Stirling tejkalon efikasitetin e një motori me djegie të brendshme të benzinës me 3-4 herë.

Siç tregohet nga rezultatet e testeve krahasuese të kryera në SHBA, zona e karakteristikave të shpejtësisë dhe ngarkesës ekonomike të motorëve me naftë është rreth shtatë herë më e gjerë se ajo e motorëve modernë me djegie të brendshme. Për shkak të kësaj, kur punoni me ngarkesa të pjesshme dhe mënyra të paqëndrueshme (për shembull, kur drejtoni një makinë në kushte urbane), DS siguron deri në 50% kursim të karburantit në krahasim me një motor me djegie të brendshme, i cili ka të njëjtën efikasitet efektiv në modalitetin të ekonomisë maksimale. Efekt i ngjashëm pa dyshim do të vërehet për motorët e anijeve dhe detare.

Kursimet e mundshme të karburantit dhe lubrifikantë gjatë funksionimit të DS në të ardhmen. Në të vërtetë, nëse marrim parasysh efikasitetin më të lartë të DS, dy herë më shumë çmim i ulët karburant (gaz) dhe efikasitet kur punoni me ngarkesa të pjesshme, rezulton se për këtë lloj motori, kostot e karburantit në një gamë të gjerë të kapaciteteve zvogëlohen me rreth 4-5 herë, dhe me një fuqi më të vogël se 1 kW - 6-8 herë.

Një nga motorët e zhvilluar dhe prodhuar nga unë Stirling me ftohur me ajër me fuqi 0.1 kW është treguar në Fig. 1. Punon pothuajse në heshtje, toksicitet gazrat e shkarkimit nën kufirin e ndjeshmërisë së pajisjes "Infpalit-8". karburanti është propan i lëngëzuar.

Fuqia DC deri në 1 kW duhet të përdoret gjerësisht në mini-makina, karta, kultivues, kositëse dhe kositëse lëndinë, traktorë që ecin pas, për të drejtuar pompa uji për qëllime të ndryshme, etj. E paparë efikasiteti i karburantit u vërtetua praktikisht nga autori kur përdorni DC me fuqi të ulët në një kositës lëndinë dhe për qëllime të tjera. Sot, DS është, në fakt, motori i vetëm i nxehtësisë që mund të përdoret pa dëmtuar shëndetin e njeriut në magazina të mbyllura, serra, tunele, etj.

Aftësia e DS për të funksionuar për një kohë të gjatë pa mirëmbajtje lejon që ajo të përdoret në mënyrë efektive si një burim energjie për fenerë, radio fenerë, stacione automatike të motit, etj.

Motori i anijes

Kjo vështirësi domethënëse zhduket plotësisht kur përdorni DS në transportin ujor, ku mediumi ftohës - uji i detit - është i pakufizuar. Temperatura e tij relativisht e ulët (4-15 ° për gjerësinë e mesme) rrit diferencën e temperaturës midis ngrohësit dhe frigoriferit, prandaj, efikasiteti i motorit është më i lartë. Për shembull, motorët me naftë detare me shpejtësi të ulët të gjeneratës së re me një kapacitet rreth 1000-9000 kW kanë një efikasitet efektiv deri në 50%.

Përdorimi i një motori dizel, në të cilin do të digjet qymyri, do të rrisë ndjeshëm efikasitetin e funksionimit të anijeve. Argumenti vendimtar për këtë vendim është se kostoja e qymyrit është 6-10 herë më e ulët se kostoja e naftës. Në të njëjtën kohë, për shkak të veçorive të motorit të ri, besueshmëria e termocentralit dhe gatishmëria e anijes për operim do të rritet, dhe sasia e punës në mirëmbajtjen e tij do të ulet. Shkencëtarët kanadezë i kanë vlerësuar siç duhet këto avantazhe dhe po kryejnë kërkime mbi ripërpunimin e konvencionale naftë detare fuqi deri në 1700 kW në motorët Stirling me qymyr. Qymyri pluhur supozohet të futet në dhomën e djegies të DS duke përdorur grykë dhe të digjet në një gjendje të spërkatur.

Kohët e fundit, edhe disa kompani të specializuara në prodhimin e motorëve me naftë detare kanë treguar interes për motorin Stirling. Për shembull, Firmë japoneze Mitsubishi kohët e fundit testoi me sukses një motor nafte detar 66 kW. Në periudhën nga 1980 në 1983. në Institutin Kërkimor të Shangait për Motorët Diesel Detare, u zhvillua një motor nafte me dy cilindra me një kapacitet prej 7.5 kW.

Me interes të madh është mundësia e përdorimit të akumulatorëve termikë në vend të karburantit për anijen DS. Stoku i energjisë termike në shkrirjet e disa kripërave, për shembull, fluori i litiumit, është afërsisht 0.5 kWh / l (500 kWh / m fluturime shumë të gjata. Instituti i Ndërtimit të Anijeve Nikolaev ka zhvilluar një projekt për një termocentral anije me një kapacitet prej 100 kW me një akumulator të nxehtësisë, materiali për të cilin është grafit i zakonshëm.

Ngarkimi i akumulatorëve të nxehtësisë për anijet mund të bëhet duke djegur qymyr, duke përdorur energji elektrike të tepërt gjatë natës, si dhe nga reaktorët bërthamorë me temperaturë të lartë të vendosur në porte.

Motori Stirling është shumë efikas për anijet e vogla. Kështu që kompania "United Stirling" instaloi një DS me një cilindër me një kapacitet prej 10 litrash. me në një varkë të prodhuar në mënyrë serike të tipit "Albin" me një gjatësi prej 10 m, duke siguruar që shpejtësia e varkës të jetë 7 nyje. Motori u instalua në pjesën e ashpër dhe ishte i pajisur me një ingranazh të kundërt. Niveli i zhurmës, i cili u mat në një distancë prej 1 m nga motori që funksiononte me ngarkesë të plotë pa asnjë silenciator, ishte vetëm 68 dB, që është 20 dB më pak se ai i një motori me djegie të brendshme.

Teste të ngjashme u kryen në një varkë Stirling Silens të ndërtuar në Danimarkë. Varka arriti një shpejtësi prej 13 nyje, motori doli të ishte i besueshëm, dridhjet nuk u ndjenë. Mund të supozohet se për prodhim serik DS do të zëvendësojë ICE në anijet e vogla.

Një nga cilësitë specifike të motorit Stirling - aftësia për të punuar me një akumulator të nxehtësisë pa ajër atmosferik mund të zbatohet me sukses në automjetet nënujore. Mungesa e plotë e ndotjes së mjedisit ujor, mundësia e ngrohjes së përsëritur dhe të shpejtë të materialit të akumulatorit të nxehtësisë në enën e furnizimit, bëjnë të mundur përdorimin efektiv të një aparati të tillë në çdo lloj kërkimi dhe pune nënujore.

Rezerva e energjisë e një termocentrali me një DC dhe një akumulator të nxehtësisë (me fluorid litiumi të shkrirë) është 8-10 herë më i madh se ai i sistem konvencional me bateri acidi plumbi dhe motor DC.

Motori Stirling, ndryshe nga motor elektrik, edhe në efikasitetin më të lartë, lëshon shumë nxehtësi në mjedis. Prandaj, një mjet tërheqës nënujor me një DS mund të përshtatet lehtësisht për ngrohjen e njëkohshme të një zhytësi.

Sipas të dhënave eksperimentale të marra nga autori, një cilindër standard prej pesë litrash propan është i mjaftueshëm për funksionimin e vazhdueshëm të një DC të bërë në shtëpi me një fuqi prej 0.1 kW për 40 orë. Një motor i tillë varkë është i përshtatshëm dhe i besueshëm në punë, përjashton ndotjen e trupave të ujit.

Pra, ekzistojnë të gjitha parakushtet teknike dhe ekonomike për motorët Stirling me fuqi deri në 1 kW që do të përdoren në mjetet tërheqëse nënujore dhe si një motor masiv jashtë bordit. Çështja është se për prodhim serik kostoja e motorëve të tillë të një modeli të thjeshtuar, sipas llogaritjeve të mia paraprake, tashmë në kohën e tanishme nuk mund të tejkalojë koston e motorëve konvencionalë të anijeve të jashtme me motorë me djegie të brendshme.

Sot në lidhje me motorin Stirling.
(shumë video interesante)
Pjesa 1.
Për shumë njerëz, kjo është e panjohur se çfarë është, kështu që do të ketë shumë teori.
Kjo shpikje e mrekullueshme quhet edhe një motor me djegie të jashtme.
Pistoni i punës është i mbushur me ajër ose gaz dhe është i ekspozuar ndaj nxehtësisë nga jashtë.
Pra, për një motor të tillë, benzina nuk është e nevojshme, mund të funksionojë në çdo gjë që gjeneron nxehtësi, diell, dru zjarri, qymyr, gaz, naftë, karburant bërthamor. Kudo që mund të merrni ndryshimin e temperaturës, ka modele që funksionojnë edhe nga nxehtësia e dorës.

Funksionimi i motorit nga nxehtësia e filxhanit:

Mjafton të thuhet se frigoriferët, pompat e nxehtësisë dhe kondicionerët janë në fakt edhe motorë Stirling, që punojnë vetëm në drejtim të kundërt.

Instalimet diellore industriale ku rrezet e diellit janë të përqendruara në lëngun e punës të motorit, duke krijuar një ndryshim të madh të temperaturës.
Fuqia e instalimeve të tilla arrin 50-70 kW.

Efikasiteti i motorëve të tillë mund të jetë nga 5 për modelet konvencionale në 70% për versionet industriale që veprojnë nën një presion prej 300 atmosferash, që është 50-70% më e lartë se motorët me djegie të brendshme. Mjafton të thuhet se motorët Stirling përdoren në anijet kozmike dhe nëndetëset më të fundit.

Ky është një motor i zhvilluar nga NASA për punë në hapësirë, me një fuqi prej 2500 kW.
trupi punues në hidrogjen në një presion prej 300 atmosferash.

Atëherë lind pyetja, pse kjo shpikje mrekulli nuk vlen në çdo shtëpi dhe oborr,
kur është e mjaftueshme për të vënë lëngun e punës në një zjarr të rregullt dhe për të shijuar praninë e energjisë elektrike? Unë mendoj se përgjigja është e qartë, për sa kohë që ka vaj dhe ata që e zotërojnë atë në përdorim normal, ne nuk do ta shohim.
Për të kontrolluar rezervat e naftës, luftërat fillojnë dhe shtete të tëra fshihen.
Unë mendoj se askush nuk është i befasuar që Shtetet e Bashkuara sjellin demokraci vetëm në ato vende ku ka prodhim nafte, Siri, Kuvajt, Irak, Libi, Iran, Sudan, Pakistan, etj.
Dhe për disa arsye nuk ka interes për regjimet e tjera diktatoriale.

Ishte teksti i këngës.
Shitet një motor Stirling i prodhuar në mënyrë industriale për qëllime shtëpiake, por çmimi i tij është absolutisht i paarsyeshëm në rajonin prej 20-25 mijë dollarë. Me një fuqi prej 5-7 kW.
Ndoshta nuk janë shumë ata që dëshirojnë.

Vetëm kohët e fundit një kompani gjermane që prodhon kaldaja për ngrohje shtëpiake ka marrë një licencë për të instaluar motorë me një gjenerator linear të rrymës në produktet e saj.
Me fuqi termike 16-20 kW. (kjo ka të bëjë me ngrohjen e një shtëpie me një sipërfaqe prej 120-150 metra)
e gjithë nxehtësia e tepërt nuk del në tub, por shndërrohet në energji elektrike me rreth 2 kW.
Madhësia e një konvertuesi të tillë është si një termos 3 litra.
Difficultshtë e vështirë të thuhet se sa do të kushtojnë kaldaja të tilla, por të kesh një konvertues të tillë,
çështja e furnizimit me energji elektrike do të zgjidhej. Vendoseni lëngun e punës në një zjarr ose furrë dhe kaq!
Dikush mund të imagjinojë se si paqëndrueshmëria do të kthehej përmbys nëse në secilën kazan që furnizon me ngrohje për ngrohjen e të gjithë lagjeve do të kishte Stirlings të mëdha me presion të lartë në furrat. Ndoshta për të gjithë sezonin e ngrohjes ishte e mundur të mos varej nga termocentralet.
Dhe kush, atëherë, do të sjellë mega fitime për kompanitë gjeneruese?

Në shitje mund të gjeni modele të bukura, funksionale Stirling,
por modelet janë gjithashtu shumë të shtrenjta, për shembull ai në foto kushton 32,000 rubla.

Video nga puna e tyre:

Fotografitë e modeleve të bëra në shtëpi

Video e motorëve të bërë në shtëpi:

Ata madje punojnë nga dielli:

Makinë më e avancuar dhe e fuqishme e ftohur me ujë:

Një video interesante e punës së një modeli shkollor:

Ne nuk jemi të përkëdhelur me modele industriale.
Por askush nuk mund të ndalojë bërjen e një motori të tillë vetë, edhe pse do të jetë shumë më pak i besueshëm dhe produktiv sesa model industrial, por do të jetë gjithëpjekëse, e cila është pikërisht ajo që na nevojitet.
Për ata që kanë shpuar dhe gjetur vaj në kopshtin e tyre, kjo nuk është një temë për ju,
shikoni për diagramet e fotove të distilimit.)))

Histori.
Motori Stirling u patentua për herë të parë nga prifti skocez Robert Stirling më 27 shtator 1816. Parimi themelor i funksionimit të motorit Stirling është alternimi i vazhdueshëm i ngrohjes dhe ftohjes së lëngut të punës në një cilindër të mbyllur.
Vlen të thuhet se Stirling i parë industrial punoi në një fabrikë mekanike, duke drejtuar një çekiç mekanik për 80 vjet.
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 prej më shumë se dyqind Fuqia e kalit dhe një kthim prej më shumë se 30%. Motori Stirling ka shumë përparësi dhe ishte i përhapur në epokën e motorëve me avull.
Ekzistojnë në thelb tre lloje të motorëve të përzierjes.

Alpha Stirling - përmban dy pistona të veçantë të fuqisë në cilindra të veçantë. Një pistoni është i nxehtë, tjetri është i ftohtë. Cilindri i pistonit të nxehtë është në shkëmbyesin e nxehtësisë me temperaturë më të lartë, ndërsa cilindri i pistonit të ftohtë është në shkëmbyesin më të ftohtë të nxehtësisë. Ky lloj motori ka një raport mjaft të lartë të fuqisë ndaj vëllimit, por, për fat të keq, temperatura e lartë e pistonit "të nxehtë" krijon probleme të caktuara teknike.

Rigjeneruesi ndodhet midis pjesës së nxehtë të tubit lidhës dhe atij të ftohtë.

Beta Stirling - Ekziston vetëm një cilindër, i nxehtë në njërin skaj dhe i ftohtë në tjetrin. 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, si pjesë e shkëmbyesit të nxehtësisë, ose mund të kombinohet me një pistoni zhvendosjeje.

Gamma Stirling gjithashtu ka një pistoni dhe një "zhvendosës", por në të njëjtën kohë ka dy cilindra - njëri është i ftohtë (pistoni lëviz atje, nga i cili fuqia hiqet), dhe e dyta është e nxehtë nga një skaj dhe e ftohtë nga tjetër (ka një "zhvendosës" që lëviz atje). Rigjeneruesi mund të jetë i jashtëm, në këtë rast lidh pjesën e nxehtë të cilindrit të dytë me atë të ftohtë dhe njëkohësisht me cilindrin e parë (të ftohtë). Rigjeneruesi i brendshëm është pjesë e zhvendosësit.

Disavantazhet e Stirling:
Konsumi i materialit është pengesa kryesore e motorit. Në motorët me djegie të jashtme në përgjithësi, dhe një motor Stirling në veçanti, lëngu i punës duhet të ftohet, dhe kjo çon në një rritje të konsiderueshme të masës dhe dimensioneve të termocentralit për shkak të rritjes së radiatorëve.
Për performancë të krahasueshme me Karakteristikat e ICE, është e nevojshme të aplikoni presione të larta (mbi 100 atm) dhe lloje të veçanta lëngu i punës - hidrogjen, helium.
(këtu po, një nëndetëse ose anije kozmike ata nuk do të na lejojnë raskurochit)
Nxehtësia nuk furnizohet drejtpërdrejt me lëngun e punës, por vetëm përmes mureve të shkëmbyesve të nxehtësisë. Muret kanë përçueshmëri termike të kufizuar, gjë që e bën efikasitetin më të ulët se sa pritej. Një shkëmbyes nxehtësie funksionon në kushte shumë stresuese të transferimit të nxehtësisë dhe në presione shumë të larta, gjë që kërkon përdorimin e cilësisë së lartë dhe materiale të shtrenjta... Projektimi i një shkëmbyesi të nxehtësisë që plotëson kërkesat konfliktuale është i vështirë. Sa më e lartë zona e shkëmbimit të nxehtësisë, aq më pak humbje të nxehtësisë. Në të njëjtën kohë, madhësia e shkëmbyesit të nxehtësisë dhe vëllimi i lëngut të punës, duke mos marrë pjesë në punë, rriten. Meqenëse burimi i nxehtësisë ndodhet jashtë, motori i përgjigjet ngadalë ndryshimeve në rrjedhën e nxehtësisë të furnizuar në cilindër dhe mund të mos prodhojë menjëherë fuqia e kërkuar në fillimin
Për të ndryshuar shpejt fuqinë e motorit, përdoren metoda të ndryshme nga ato të përdorura në motorët me djegie të brendshme: një kapacitet tampon me një vëllim të ndryshueshëm, një ndryshim në presionin mesatar të lëngut të punës në dhomat, një ndryshim në këndin e fazës midis pistoni i punës dhe zhvendosësi. (inercia, dhe kjo është pikërisht ajo që na nevojitet për gjeneratorin.)

Përparësitë:
Sidoqoftë, motori Stirling ka avantazhe që e bëjnë të nevojshme zhvillimin e tij.
Efikasiteti i motorit Stirling mund të arrijë 65-70% efikasitet nga cikli Carnot në nivel modern dizajni dhe teknologjia e prodhimit. Për më tepër, çift rrotullimi i motorit është pothuajse i pavarur nga shpejtësia e boshtit të gungës. Në motorët me djegie të brendshme, nga ana tjetër, çift rrotullues maksimal arrihet në një interval të ngushtë shpejtësie.
Motori "omnivor" - si të gjithë motorët me djegie të jashtme (ose më mirë, furnizimi me nxehtësi të jashtme), motori Stirling mund të funksionojë nga pothuajse çdo ndryshim i temperaturës: për shembull, midis shtresave të ndryshme të ujit në oqean, nga dielli, nga një bërthamor ose ngrohës izotopi, sobë me qymyr ose dru etj.
Motori nuk do të jetë "kapriçioz" për shkak të humbjes së shkëndijës, karburatorit të bllokuar ose ngarkimit të ulët të baterisë, pasi nuk i ka këto njësi. Termi "motori u ndal" nuk ka kuptim për Stirlings. Stirling mund të ndalet nëse ngarkesa tejkalon modelin. Rinisja kryhet duke e kthyer një herë volantin e boshtit të gungës.
Thjeshtësia e dizajnit - dizajni i motorit është shumë i thjeshtë, nuk kërkon sisteme shtesë siç është mekanizmi i shpërndarjes së gazit. Fillon vetë dhe nuk ka nevojë për një starter. Karakteristikat e tij bëjnë të mundur heqjen e kutisë së shpejtësisë. Sidoqoftë, siç u përmend më lart, ai ka një konsum më të lartë material.
Burimi i shtuar - thjeshtësia e modelit, mungesa e shumë njësive "delikate" lejon që përzierja të sigurojë një burim të paparë për motorët e tjerë në dhjetëra dhe qindra mijëra orë punë të vazhdueshme.
Ekonomike - në rast të shndërrimit në energji elektrike energji diellore Stirlings ndonjëherë japin efikasitet më të lartë (deri në 31.25%) sesa motorët me avull.
Djegia e karburantit ndodh jashtë vëllimit të brendshëm të motorit (në kontrast me motorin me djegie të brendshme), e cila lejon djegien uniforme të karburantit dhe djegien e tij të plotë (dmth., Zgjedhja e energjisë maksimale të përmbajtur në karburant dhe minimizimi i emetimit të përbërësit toksikë).
Nuk ka asnjë sistem ndezjeje të tensionit të lartë në modelin e motorit, sistemi i valvulave dhe, në përputhje me rrethanat, bosht me gumga. Një motor Stirling i projektuar mirë dhe teknologjikisht i avancuar nuk kërkon rregullim dhe akordim gjatë gjithë jetës së tij të shërbimit.
Motori i heshtur - stilimi nuk ka shter, që do të thotë se nuk bën zhurmë. Beta Stirling me mekanizëm rombik është një pajisje e balancuar në mënyrë të përkryer dhe, me mjaft cilesi e larte prodhim, madje nuk ka dridhje (amplituda e dridhjeve është më pak se 0.0038 mm).
Ekologjikisht miqësore - stilimi në vetvete nuk ka pjesë ose procese që mund të kontribuojnë në ndotjen e mjedisit. Nuk konsumon lëngun e punës. Miqësia mjedisore e motorit është kryesisht për shkak të miqësisë mjedisore të burimit të nxehtësisë. Gjithashtu vlen të përmendet se është më e lehtë të sigurosh plotësinë e djegies së karburantit në një motor me djegie të jashtme sesa në një motor me djegie të brendshme.

Nëndetëse
Përparësitë e "trazimit" çuan në faktin se në gjysmën e parë të viteve 1960, librat e referencës detare treguan mundësinë e instalimit të motorëve Stirling të pavarur nga ajri në nëndetëset e tipit "Schöurmen" të prodhuara në Suedi. Sidoqoftë, as Sheurmen, as Nakken dhe Westerjotlands që i ndoqën termocentraleve nuk e mora kurrë Vetëm në vitin 1988 nëndetësja e tipit "Nakken" u ripajis për motorët Stirling. Me ta, ajo kaloi nën ujë për më shumë se 10.000 orë. Me fjalë të tjera, ishin suedezët ata që hapën epokën e sistemeve ndihmëse anaerobe ndihmëse në ndërtimin e anijeve nëndetëse. Dhe nëse "Nakken" është anija e parë eksperimentale e kësaj nënklasë, atëherë nëndetëset e tipit "Gotland" u bënë anijet e para serike me motorë Stirling, të cilat i lejojnë ata të qëndrojnë nën ujë vazhdimisht deri në 20 ditë. Aktualisht, të gjitha nëndetëset e Marinës Suedeze janë të pajisura me motorë Stirling, dhe ndërtuesit suedezë të anijeve tashmë kanë punuar mirë teknologjinë e pajisjes së nëndetëseve me këto motorë, duke prerë në një ndarje shtesë në të cilën ndodhet sistemi i ri i shtytjes. Motorë të ngjashëm janë instaluar edhe në nëndetëset më të fundit japoneze.

Një nga fushat jokonvencionale të aplikimit të motorit Stirling është mjekësia. Përdoret në sistemet artificiale të zemrës. Burimi i energjisë në sisteme të tilla, si rregull, janë radioizotopet.

Një shembull i përdorimit të një motori për ftohjen e një procesori

Për ne, përparësitë e gjithë kësaj teknologjie janë se një person kompetent do të jetë në gjendje të riprodhojë një model nga ato materiale që do të jenë në dispozicion, por për një dizajn me cilësi të lartë dhe të qëndrueshme, duhet të mendoni paraprakisht për të, sot Me
Për secilin person, një motor i tillë mund të jetë një burim energjie.
Nëse vendbanimi është më shumë se 30-50 njerëz, atëherë mund të dalësh me një stok për 24 orë
marrja e energjisë elektrike. Dhe energjia elektrike është gjithçka.
Pompat, nxjerrja e ujit, ndriçimi, siguria e perimetrit, veglat e energjisë, pajisjet shtëpiake, një kompjuter me të dhëna të mbledhura, në përgjithësi, një fortesë e qytetërimit.
Video interesante nga entuziastët që rindërtojnë motorët Stirling
duke punuar me sukses në fillim të shekullit të kaluar.

Ajo që do të doja të them në përfundim.
Me shumë mundësi motori Stirling është një ilaç gjatë periudhës së PB për gjenerimin e energjisë,
si elektrike ashtu edhe mekanike.
Për shkak se nuk është i lidhur me diellin, i cili shkëlqen gjatë ditës, dhe energjia elektrike është e nevojshme gjatë natës,
për më tepër, kur drita është më e nevojshme në dimër, retë e pabesë varen në qiell për muaj.
Jo i lidhur me erën, e cila fryn kur të dojë dhe si do, nuk e di për ty, kam mjaft erë që fryn 20 ditë në vit.
Jo i lidhur me benzinë ​​dhe naftë, ndoshta në Tyumen dhe mund të arrini në fund të naftës nëse dëshironi,
me ne vetëm nëse gërmoni drejt depozitave të Venezuelës.
Jo i lidhur me presionin dhe rrjedhën e ujit, dikush ndihet mirë në ultësirë ​​midis lumenjve dhe përrenjve, uji më i afërt i madh nga unë është rreptësisht në veri përgjatë horizontit 12 km ose rreptësisht poshtë 40 metra.

Stirling na dha shpikjen e tij unike që mund dhe duhet të zbatohet.
Përshtatshmëria, besueshmëria, gjithëprania si një sobë e zakonshme ose kuti zjarri.
Gjëja kryesore është të hidhni dru zjarri në kutinë e zjarrit, ose qymyr, si dikush tjetër.

Faleminderit për vëmendjen tuaj, për të vazhduar ...

Motori Stirling, parimi i funksionimit të të cilit është cilësisht i ndryshëm nga i zakonshmi për të gjithë motorët me djegie të brendshme, dikur përbënte konkurrencën e fundit të denjë. Sidoqoftë, ata e harruan atë për një kohë. Si përdoret ky motor sot, cili është parimi i funksionimit të tij (në artikull mund të gjeni vizatime të motorit Stirling, duke demonstruar qartë funksionimin e tij), dhe cilat janë perspektivat për përdorimin e tij në të ardhmen, lexoni më poshtë.

Histori

Në 1816 në Skoci, Robert Stirling patentoi emrin sot në nder të shpikësit të tij. Motorët e parë të ajrit të nxehtë u shpikën para tij. Por Stirling shtoi një pastrues në pajisje, e cila në literaturën teknike quhet rigjenerues, ose shkëmbyes nxehtësie. Falë tij, performanca e motorit u rrit duke e mbajtur njësinë të ngrohtë.

Motori u njoh si më i qëndrueshëm motorr me avull nga ato në dispozicion në atë kohë, pasi nuk shpërtheu kurrë. Para tij, ky problem u shfaq shpesh në motorët e tjerë. Megjithë suksesin e tij të shpejtë, në fillim të shekullit XX, zhvillimi i tij u braktis, pasi u bë më pak ekonomik se motorët e tjerë me djegie të brendshme dhe motorët elektrikë që u shfaqën atëherë. Sidoqoftë, Stirling vazhdoi të përdoret në disa industri.

Motori me djegie të jashtme

Parimi i funksionimit të të gjithë motorëve të nxehtësisë është që për të marrë gaz në një gjendje të zgjeruar, kërkohen forca më të mëdha mekanike sesa kur shtypni një të ftohtë. Për ta ilustruar këtë, një eksperiment mund të kryhet me dy tenxhere të mbushura me ujë të nxehtë dhe të ftohtë, si dhe një shishe. Kjo e fundit është ulur në ujë të ftohtë, lidhet me një tapë, pastaj transferohet në nxehtë. Kjo do të bëjë që gazi në shishe të bëjë punë mekanike dhe të shtyjë tapën jashtë. Motori i parë me djegie të jashtme u mbështet plotësisht në këtë proces. Vërtetë, më vonë shpikësi kuptoi se një pjesë e nxehtësisë mund të përdoret për ngrohje. Kështu, produktiviteti është rritur ndjeshëm. Por edhe kjo nuk e ndihmoi motorin të bëhej i përhapur.

Më vonë, Erickson, një inxhinier nga Suedia, përmirësoi modelin duke propozuar ftohjen dhe ngrohjen e gazit në presion të vazhdueshëm në vend të vëllimit. Si rezultat, shumë kopje filluan të përdoren për punë në miniera, anije dhe shtypshkronja. Por për ekuipazhet, ata dolën të ishin shumë të rëndë.

Motorë me djegie të jashtme nga Philips

Motorë të tillë janë të llojeve të mëposhtëm:

• avull;
• turbinë me avull;
• Stirling.

Lloji i fundit nuk është zhvilluar për shkak të besueshmërisë së ulët dhe pjesa tjetër nuk janë treguesit më të lartë në krahasim me llojet e tjera të njësive që janë shfaqur. Sidoqoftë, në 1938, Philips rifilloi operacionet. Motorët filluan të shërbejnë për të drejtuar gjeneratorët në zona jo të elektrizuara. Në 1945, inxhinierët e kompanisë gjetën përdorimin e kundërt për ta: nëse boshti rrotullohet nga një motor elektrik, atëherë ftohja e kokës së cilindrit arrin minus njëqind e nëntëdhjetë gradë Celsius. Pastaj u vendos që të përdoret motori i përmirësuar Stirling në njësitë e ftohjes.

Parimi i funksionimit

Veprimi i motorit është të punojë në cikle termodinamike, në të cilat ngjeshja dhe zgjerimi ndodhin në temperatura të ndryshme. Në këtë rast, rregullimi i rrjedhës së lëngut të punës realizohet për shkak të vëllimit të ndryshëm (ose presionit - në varësi të modelit). Ky është parimi i funksionimit të shumicës së këtyre makinave, të cilat mund të kenë funksione të ndryshme dhe skema konstruktive. Motorët mund të jenë reciprok ose rrotullues. Makinat me instalimet e tyre punojnë si pompa nxehtësie, frigoriferë, gjeneratorë presioni etj.

Përveç kësaj, ka motorë me lak të hapur ku kontrolli i rrjedhës realizohet me anë të valvulave. Ata quhen motorë Erickson, përveç emrit të zakonshëm të emrit Stirling. Në një motor me djegie të brendshme, puna e dobishme kryhet pas kompresimit paraprak të ajrit, injektimit të karburantit, ngrohjes së përzierjes që rezulton e përzier me djegie dhe zgjerim.

Motori Stirling ka të njëjtin parim të funksionimit: në temperatura të ulëta ndodh ngjeshja, dhe në temperatura të larta, zgjerimi. Por ngrohja kryhet në mënyra të ndryshme: nxehtësia furnizohet përmes murit të cilindrit nga jashtë. Prandaj, ai mori emrin e një motori me djegie të jashtme. Stirling përdori një ndryshim periodik të temperaturës me një pistoni zhvendosjeje. Ky i fundit lëviz gazin nga një zgavër e cilindrit në tjetrin. Nga njëra anë, temperatura është vazhdimisht e ulët, dhe nga ana tjetër, është e lartë. Kur pistoni lëviz lart, gazi lëviz nga zgavra e nxehtë në atë të ftohtë, dhe poshtë kthehet në atë të nxehtë. Së pari, gazi lëshon shumë nxehtësi në frigorifer, dhe pastaj merr aq sa nga ngrohësi sa dha. Një rigjenerues vendoset midis ngrohësit dhe frigoriferit - një zgavër e mbushur me material, të cilit gazi i jep nxehtësi. Në rast të rrjedhës së kundërt, rigjeneruesi e kthen atë.

Sistemi i zhvendosjes është i lidhur me një pistoni pune që ngjesh gazin në të ftohtë dhe e lejon atë të zgjerohet në nxehtësi. Puna e dobishme bëhet me ngjeshje në një temperaturë më të ulët. I gjithë sistemi kalon nëpër katër cikle me lëvizje të përhershme. mekanizmi i fiksimit duke siguruar vazhdimësinë. Prandaj, kufijtë e mprehtë midis fazave të ciklit nuk respektohen, dhe Stirling nuk ulet.

Duke pasur parasysh të gjitha sa më sipër, përfundimi sugjeron vetë se ky motor është një makinë pistoni me një furnizim të jashtëm të nxehtësisë, ku lëngu i punës nuk largohet hapësirë ​​e mbyllur dhe nuk zëvendësohet. Vizatimet e motorit Stirling ilustrojnë mirë pajisjen dhe parimin e funksionimit të tij.

Detajet e punës

Dielli, energjia elektrike, energjia bërthamore ose ndonjë burim tjetër nxehtësie mund të furnizojnë energji me një motor Stirling. Parimi i trupit të tij është të përdorë helium, hidrogjen ose ajër. Një cikël ideal ka një efikasitet maksimal termik të mundshëm prej tridhjetë deri në dyzet për qind. Por me një rigjenerues efikas, do të jetë në gjendje të punojë me një efikasitet më të lartë. Rigjenerimi, ngrohja dhe ftohja sigurohen nga shkëmbyes të nxehtësisë të integruar pa vaj. Duhet të theksohet se motori ka nevojë për shumë pak lubrifikim. Presioni mesatar i cilindrit është zakonisht 10 deri në 20 MPa. Prandaj, këtu kërkohet një sistem i shkëlqyeshëm i vulosjes dhe aftësia për të futur vaj në dhomat e punës.

Karakteristikat krahasuese

Shumica e motorëve të këtij lloji në punë sot përdorin karburant i lëngshëm... Presioni i vazhdueshëm është i lehtë për tu kontrolluar, gjë që ndihmon në zvogëlimin e emetimeve. Mungesa e valvulave siguron funksionim të qetë. Fuqia me peshën është e krahasueshme me motorët me turbocharged, dhe raporti fuqi-peshë është njësi nafte... Shpejtësia dhe çift rrotullues janë të pavarur nga njëri -tjetri.

Kostoja e prodhimit të një motori është shumë më e lartë se ajo e një motori me djegie të brendshme. Por gjatë funksionimit, merret treguesi i kundërt.

Përparësitë

Çdo model i motorit Stirling ka shumë përparësi:

• Efikasiteti në dizajnin modern mund të arrijë deri në shtatëdhjetë për qind.
• Motori nuk ka një sistem ndezjeje të tensionit të lartë, bosht me gumga dhe valvulat. Nuk do të ketë nevojë të rregullohet gjatë gjithë jetës së shërbimit.
• Në Stirlings, nuk ka një shpërthim të tillë si në motorin me djegie të brendshme, i cili ngarkon shumë boshtin e gungës, kushinetat dhe shufrat lidhës.
• Ata nuk e kanë atë efekt kur thonë se "motori është ngecur".
• Për shkak të thjeshtësisë së pajisjes, mund të përdoret për një kohë të gjatë.
• Mund të funksionojë si në dru, ashtu edhe me lëndë djegëse bërthamore dhe çdo lloj tjetër.
• Djegia ndodh jashtë motorit.

disavantazhet

Aplikacion

Aktualisht, një motor Stirling me një gjenerator përdoret në shumë zona. Shtë një burim i gjithanshëm i energjisë elektrike në frigoriferë, pompa, nëndetëse dhe termocentrale diellore. Thanksshtë falë aplikacionit të llojeve të ndryshme karburant ekziston mundësia e përdorimit të tij të gjerë.

Ringjallje

Falë Philips, këta motorë janë zhvilluar përsëri. Në mesin e shekullit të njëzetë, General Motors hyri në një marrëveshje me të. Ajo drejtoi zhvillimin për aplikimin e Stirlings në hapësirë ​​dhe pajisje nënujore, anije dhe makina. Pas tyre, një kompani tjetër nga Suedia, United Stirling, filloi zhvillimin e tyre, duke përfshirë dhe përdorimi i mundshëm më

Sot motori linear Stirling përdoret në instalimet e automjeteve nënujore, hapësinore dhe diellore. Interesi i madh për të është shkaktuar për shkak të rëndësisë së çështjeve të degradimit të mjedisit, si dhe luftës kundër zhurmës. Në Kanada dhe SHBA, Gjermani dhe Francë, si dhe Japoni, ekziston një kërkim aktiv për zhvillimin dhe përmirësimin e përdorimit të tij.

E ardhmja

Përparësitë e qarta që kanë pistoni dhe Stirling, të cilat janë burim i madh puna, përdorimi i lëndëve djegëse të ndryshme, zhurma dhe toksiciteti i ulët, e bëjnë atë shumë premtuese në sfondin e një motori me djegie të brendshme. Sidoqoftë, duke pasur parasysh faktin se motori me djegie të brendshme është përmirësuar gjatë gjithë kohës, ai nuk mund të zhvendoset lehtë. Në një mënyrë apo tjetër, është pikërisht një motor i tillë që sot zë një pozicion drejtues, dhe shpejt nuk ka ndërmend.

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. Në mënyrë që të përfytyrojmë se si ky parim i thjeshtë zbatohet në praktikë, le të shqyrtojmë së pari sistemin elementar pistoni-cilindër, 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 djathtë (qendra e vdekur e poshtme), furnizimi me nxehtësi ndalet dhe ftohja e kokës së cilindrit fillon me ndihmën e ndonjë burimi të jashtëm (Fig. 1.6).

Gjatë procesit të ftohjes, presioni vazhdon të bjerë. Pistoni pastaj 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 procesi i zgjerimit të nxehtë zhvillohet në një presion mesatar më të lartë sesa procesi i kompresimit të ftohur, motori funksionon punë e dobishme Sidoqoftë, kjo metodë e furnizimit dhe heqjes së nxehtësisë është e rëndë dhe jopraktike, pasi kapaciteti i nxehtësisë i materialeve nga të cilat është bërë koka e cilindrit është shumë e lartë për të realizuar kërkesën e kërkuar
ndryshime të shpejta të temperaturës. Sidoqoftë, koncepti bazë i ngrohjes dhe ftohjes në mënyrë alternative të një lëngu pune të izoluar në presione të ndryshme për të marrë punë mekanike është përshkruar këtu me shumë saktësi.

Vëllimi A

Problemi lind me përkthimin e këtij koncepti në praktikë. Një zgjidhje e qartë do të ishte mbajtja e një konstante në një skaj të cilindrit temperaturë të lartë, dhe nga ana tjetër - një nivel i ulët konstant. 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 fund qendër e vdekur 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 quante fillimisht Stirling. Kur pistoni i zhvendosjes lëviz lëngun zgjerues të punës 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. Rrjedhimisht, 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 tubave të nxehtësisë 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 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 mbi 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 pistonëve në pjesën e poshtme të tyre pika të verbër... 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 një pajisje mekanike nuk është në gjendje të riprodhojë 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 do të preferonte: një mekanizëm të rëndë lëvizës që siguron pothuajse ligj perfekt ndryshimet në vëllim, 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 lidhur me balancimin dinamik të pjesëve lëvizëse të motorit. Ngarkesat dinamike kanë një ndikim vendimtar në përcaktimin e dimensioneve bazë të një motori 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, prandaj, nuk përcaktojnë asnjë madhësive reale... Madhësia e këtyre përbërësve bazohet në llogaritjet dinamike pasuese, duke përfshirë përcaktimin e ngarkesave mbajtëse, momentin e përkuljes në shufrën lidhëse, etj.
de është pa zhurmë, dhe nëse në të ofrohet një mekanizëm lëvizës pa dridhje (dhe, prandaj, i balancuar në mënyrë dinamike), atëherë potenciali i tij aplikim praktik do të zgjerohet ndjeshëm. Disa mekanizma drejtues të krijuar për motorët Stirling i plotësojnë këto kërkesa.

Dhe 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 pikave, 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 drejtpërdrejt 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 në mënyrë që të shmangni presioni i tepërt në kavilje. 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 e njësisë së fuqisë është një faktor vendimtar. 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 ose pa kryqëzim. 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 gjerë, 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 të quajtur edhe modifikimi i paraqitjes alfa (Fig. 1.24).

Një cikël 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, veçanërisht i përshtatshëm për motorët e mëdhenj.

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 e një sistemi të përbashkët të djegies, por edhe përdorimin e Lloje të ndryshme mekanizmat lëvizës. Shumica e llojeve të mekanizmave të drejtimit të përshtatshëm për motorë të tillë janë modifikime të mekanizmit të shtrembër - shufrës, megjithatë, firmat "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 i avionit Fluidine, si dhe motori ii dhe presioni diferencial, kanë një zgavër integrale të ftohtë. Tubat e ftohtë dhe dalës janë të lidhur 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 aktuale 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 paraprak të ekuilibrit, 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 rënëse 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 lëngjeve 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 i daljes ose rezonancës shndërrohet 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 "të lagësht" "Fluy-1ain" ndoshta mund të shpjegojë pse motorë të tillë kanë një 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 ndryshimi i temperaturës kur furnizohet dhe hiqet nxehtësia nuk është 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 1930, inxhinieri anglez Malone ndërtoi një makinë veprimi reciproke 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 motori Malone ka shumë të ngjarë të funksionojë 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.

Ciklet e funksionimit të formave të ndryshme të motorit Stirling, të cilat shndërrojnë energjinë termike në energji mekanike, tashmë janë përshkruar nga ne. Të gjithë këta motorë kanë të njëjtat parime themelore të funksionimit, megjithatë, ka disa dallime në dizajn, veçanërisht kur bëhet fjalë për mënyrën e përdorimit të energjisë së gjeneruar. Diagramet skematike dhe përshkrimet e hollësishme, megjithëse janë shumë të dobishme për të ndihmuar në kuptimin e parimeve bazë mbi të cilat bazohen këta motorë, jo gjithmonë i bëjnë gjërat më të lehta kur bëhet fjalë për të përcaktuar 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.

Industria moderne e automobilave ka arritur një nivel të tillë që është e pamundur të arrihet një modernizim rrënjësor në hartimin e motorëve me djegie të brendshme pa kërkime serioze. Kjo kontribuoi në faktin se projektuesit filluan t'i kushtojnë vëmendje modeleve alternative të termocentraleve, siç është motori Stirling.

Disa prodhues të makinave i kanë përqendruar përpjekjet e tyre në zhvillimin dhe përgatitjen për prodhimin e automjeteve elektrike dhe hibride, ndërsa qendrat e tjera inxhinierike shpenzojnë burime financiare për projektimin e motorëve në lëndë djegëse alternative të prodhuara nga burime të rinovueshme. Ekzistojnë modele të ndryshme të motorëve të tjerë që mund të bëhen një motor i ri për automjete të ndryshme në të ardhmen.

Motori i djegies së jashtme i shpikur në shekullin XIX nga shkencëtari Stirling mund të bëhet një burim i tillë i mundshëm energjie për lëvizjen mekanike për transportin rrugor të së ardhmes.

Pajisja dhe parimi i funksionimit

Motori Stirling konverton energjinë termike të marrë nga një burim i jashtëm në lëvizje mekanike për shkak të një ndryshimi në temperaturën e lëngut që qarkullon në vëllimin e mbyllur.

Për herë të parë pas shpikjes, një motor i tillë ekzistonte në formën e një makine që funksiononte në parimin e zgjerimit termik.

Në cilindrin e një motori të nxehtësisë, ajri u ngroh para zgjerimit dhe u ftoh para kompresimit. Në krye të cilindrit 1 ka një xhaketë uji 3, pjesa e poshtme e cilindrit nxehet vazhdimisht nga zjarri. Një pistoni i punës 4 me unaza vulosëse është i vendosur në cilindër. Një zhvendosës 2 ndodhet midis pistonit dhe pjesës së poshtme të cilindrit, duke lëvizur në cilindër me një hapësirë ​​të konsiderueshme.

Ajri në cilindër pompohet nga zhvendosësi 2 në fund të pistonit ose cilindrit. Zhvendosësi lëviz nën veprimin e shufrës 5 duke kaluar nëpër vulën e pistonit. Shufra, nga ana tjetër, drejtohet nga një pajisje ekscentrike që rrotullohet me një vonesë 90 gradë nga ngasja e pistonit.

Në pozicionin "a" pistoni ndodhet në pikën më të ulët, dhe ajri është midis pistonit dhe zhvendosësit, i ftohur nga muret e cilindrit.

Në pozicionin tjetër "b", zhvendosësi lëviz lart, dhe pistoni mbetet në vend. Ajri midis tyre shtyhet në fund të cilindrit, duke u ftohur.

Pozicioni "in" - duke punuar. Në të, ajri nxehet nga pjesa e poshtme e cilindrit, zgjerohet dhe ngre dy pistonët në krye të qendrës së vdekur. Pas përfundimit të goditjes së punës, zhvendosësi zbret në fund të cilindrit, duke shtyrë ajrin nën piston dhe duke ftohur.

Në pozicionin "g", ajri i ftohur është gati për t'u ngjeshur, dhe pistoni lëviz nga lart poshtë. Meqenëse puna e kompresimit të ajrit të ftohur është më pak se puna e zgjerimit të ajrit të nxehtë, formohet punë e dobishme. Në këtë rast, volanti shërben si një lloj akumuluesi energjie.

Në versionin e konsideruar, motori Stirling ka efikasitet të ulët, pasi nxehtësia e ajrit pas goditjes së punës duhet të hiqet përmes mureve të cilindrit në ftohës. Ajri në një goditje nuk ka kohë për të zvogëluar temperaturën me sasinë e kërkuar, kështu që ishte e nevojshme të zgjaste kohën e ftohjes. Për shkak të kësaj, shpejtësia e motorit ishte e ulët. Efikasiteti termik ishte gjithashtu i papërfillshëm. Nxehtësia e ajrit të shkarkimit hyri në ujin ftohës dhe humbi.

Dizajne të ndryshme

Ekzistojnë mundësi të ndryshme për pajisjen e njësive të energjisë që funksionojnë në parimin Stirling.

Dizajni alfa

Ky motor përfshin dy pistona të veçantë pune. Çdo pistoni ndodhet në një cilindër të veçantë. Cilindri i ftohtë është në shkëmbyesin e nxehtësisë, dhe i nxehti nxehet.

Dizajni beta

Cilindri me pistonin ftohet në njërën anë dhe nxehet në anën e kundërt. Një pistoni fuqie dhe një zhvendosës lëvizin në cilindër, i cili shërben për të zvogëluar dhe rritur volumin e gazit të punës. Rigjeneruesi kryen lëvizjen e kundërt të gazit të ftohur në hapësirën e ndezur të motorit.

Dizajn gama

I gjithë sistemi përbëhet nga dy cilindra. Cilindri i parë është i ftohtë. Pistoni i punës lëviz në të, cilindri i dytë nxehet nga njëra anë dhe ftohet nga ana tjetër, dhe është krijuar për të lëvizur zhvendosësin. Një rigjenerues për pompimin e gazit të ftohur mund të ndahet midis dy cilindrave, ose mund të përfshihet në një pajisje zhvendosëse.

Përparësitë

• Ashtu si shumë motorë me djegie të jashtme, motori Stirling është i aftë të funksionojë në lëndë djegëse të ndryshme, pasi është e rëndësishme që ai të ketë një ndryshim të temperaturës. Nuk ka rëndësi se nga çfarë lloj karburanti është shkaktuar.
• Motori ka një pajisje të thjeshtë dhe nuk ka nevojë për sisteme dhe pajisje shtesë (kuti ingranazhi, rrip kohor, motor, etj.).
• Karakteristikat e projektimit sigurojnë funksionim afatgjatë: më shumë se 100 mijë orë funksionim të vazhdueshëm.
• Funksionimi i motorit Stirling nuk krijon shumë zhurmë, pasi nuk ka shpërthim të karburantit brenda motorit dhe nuk ka lëshim të gazit të shkarkimit.
• Versioni Beta, i pajisur me një pajisje fiksuese në formë rombi, është mekanizmi më i balancuar që nuk gjeneron dridhje gjatë operimit.

• Në cilindrat e motorit, proceset që kanë një efekt të dëmshëm në mjedisin natyror nuk ndodhin. Me zgjedhjen e burimit optimal të nxehtësisë, motori Stirling mund të bëhet një pajisje miqësore me mjedisin.

disavantazhet

• Me karakteristika të rëndësishme pozitive, prodhimi i shpejtë serik i motorëve Stirling është jorealist për disa arsye. Çështja kryesore është konsumi material i pajisjes. Për të ftohur lëngun e punës, nevojitet një radiator i madh, i cili rrit ndjeshëm madhësinë dhe peshën e pajisjeve.
• Niveli aktual i teknologjisë bën të mundur që motori Stirling të konkurrojë në vetitë me motorët e rinj të benzinës për shkak të përdorimit të llojeve komplekse të lëngut të punës (hidrogjen ose helium) nën presion shumë të lartë. Kjo rrit shumë rrezikun e përdorimit të motorëve të tillë.
• Një problem serioz operacional shoqërohet me problemet e rezistencës ndaj temperaturës së lidhjeve të çelikut dhe përçueshmërisë së tyre termike. Nxehtësia furnizohet në hapësirën e punës me anë të shkëmbyesve të nxehtësisë. Kjo çon në humbje të konsiderueshme të nxehtësisë. Gjithashtu, shkëmbyesi i nxehtësisë duhet të jetë prej lidhjeve rezistente ndaj nxehtësisë, të cilat gjithashtu duhet të jenë rezistente ndaj presionit të shtuar. Materialet që plotësojnë këto kushte janë shumë të vështira për tu përpunuar dhe kanë një kosto të lartë.
• Parimet e kalimit të motorit Stirling në mënyra të tjera të funksionimit janë gjithashtu dukshëm të ndryshme nga parimet e zakonshme. Kjo kërkon krijimin e pajisjeve speciale të kontrollit. Për shembull, për të ndryshuar fuqinë, duhet të ndryshoni këndin e fazës midis pistonit të fuqisë dhe zhvendosësit, presionin në cilindra ose të ndryshoni kapacitetin e vëllimit të punës.

Motori Stirling dhe përdorimi i tij

Nëse është e nevojshme të krijoni një konvertues të nxehtësisë me dimensione kompakte, është mjaft e mundur të përdorni një motor Stirling. Në të njëjtën kohë, efikasiteti i motorëve të tjerë të ngjashëm është shumë më i ulët.

• Burimet universale elektricitet. Motorët Stirling mund të konvertojnë nxehtësinë në energji elektrike. Ka projekte për instalimet elektrike diellore duke përdorur motorë të tillë. Ato përdoren si termocentrale autonome për turistët. Disa prodhues prodhojnë gjeneratorë të mundësuar nga një djegës gazi. Ekzistojnë gjithashtu projekte të gjeneratorëve që punojnë nga burimet e nxehtësisë radioizotopike.
• Pompat... Nëse një pompë është instaluar në qarkun e ngrohjes, efikasiteti i ngrohjes rritet ndjeshëm. Pompat janë instaluar edhe në sistemet e ftohjes. Pompë elektrike mund të dëmtohet dhe konsumon energji elektrike. Pompa Stirling e zgjidh këtë çështje. Një motor Stirling për pompimin e lëngjeve do të jetë më i thjeshtë se skema e zakonshme, pasi në vend të një pistoni, vetë lëngu i pompuar mund të përdoret, i cili shërben gjithashtu për ftohje.
• Pajisje ftohëse ... Dizajni i të gjithë frigoriferëve bazohet në parimin e pompave të nxehtësisë. Disa prodhues të frigoriferëve po planifikojnë të instalojnë një motor Stirling në produktet e tyre, i cili do të jetë shumë ekonomik. Trupi i punës do të jetë ajër.
• Temperatura ultra të ulëta. Motorë të tillë janë shumë efikasë për lëngëzimin e gazrave. Përdorimi i tyre është më fitimprurës sesa pajisjet me turbina. Gjithashtu, motori Stirling përdoret në pajisjet për ftohjen e sensorëve të instrumenteve me saktësi.
• . Energjia elektrike mund të merret duke shndërruar energjinë nga dielli. Për këtë, mund të përdoren motorët Stirling, të cilët vendosin pasqyrat në fokus në mënyrë që vendi i ngrohjes të ndriçohet vazhdimisht nga rrezet e diellit. Reflektori kontrollohet ndërsa dielli lëviz, energjia e të cilit përqendrohet në një zonë të vogël. Në këtë rast, reflektimi i rrezatimit nga pasqyrat është rreth 92%. Më shpesh, heliumi ose hidrogjeni shërben si lëngu i punës i motorit.
• Akumulatorët e nxehtësisë. Me ndihmën e pajisjes Stirling, është e mundur të rezervoni energji termike duke përdorur akumulatorët e nxehtësisë bazuar në kripërat e shkrira. Pajisjet e tilla kanë një rezervë energjie që tejkalon ato kimike dhe janë më pak të shtrenjta. Duke aplikuar një rritje dhe ulje të këndit të fazës midis dy pistonëve për të rregulluar fuqinë, është e mundur të grumbullohet energji mekanike, duke frenuar motorin. Në këtë rast, motori shërben si një pompë nxehtësie.
• Automobilistik. Përkundër vështirësive, ekzistojnë modele pune të motorit Stirling të përdorur për makina. Interesimi për një motor të tillë të përshtatshëm për një makinë daton në shekullin e kaluar. Zhvillimet në këtë drejtim u kryen nga prodhuesit e makinave britanike dhe gjermane. Në Suedi, u zhvillua gjithashtu motori Stirling, në të cilin u përdorën njësi serike dhe kuvende të unifikuara. Rezultati është një motor me 4 cilindra me performancë të krahasueshme me atë të një motori të vogël me naftë. Ky motor është testuar me sukses si njësi energjie për një kamion me shumë ton.

Sot hulumtimi i instalimeve Stirling për instalimet nënujore, hapësinore dhe të tjera, si dhe dizajni i motorëve kryesorë janë kryer në shumë vende të huaja. Ky interes i lartë për motorët Stirling është rezultat i interesit publik në luftën kundër ndotjes së ajrit, zhurmës dhe ruajtjes së burimeve natyrore të energjisë.