Cili motor Stirling ka dizajnin më të mirë me efikasitet maksimal? Termocentralet e motorit Stirling - një nga mënyrat për të përdorur një njësi interesante

Një motor Stirling është një njësi që konverton nxehtësinë në energji mekanike. Mund të lidhet me një gjenerator dhe të marrë energji elektrike. Ose për një pompë, rrethore, me pak fjalë, për çdo konsumator të energjisë mekanike. Në të ardhmen, është shumë i përshtatshëm për furnizimin me energji të palëvizshme autonome. Pse?

1. Mund të punojë në çdo karburant. Përfshirë, në dru, tallash, etj. Stirling mund ta bëjë këtë, duke punuar në nxehtësinë diellore ose në ndryshimin e temperaturave të ajrit dhe ujit (megjithëse nuk e konsideroj seriozisht opsionin e fundit, do të ketë një pikë të veçantë për këtë).

2. Funksionim i qetë dhe një burim i madh motorik. Konsumi i ulët i naftës.

3. Lehtësia e mirëmbajtjes (veçanërisht në krahasim me analogun më të afërt - një motor me avull).

4. Efikasitet relativisht i lartë. Shumë më e lartë se ajo e një motori me avull, por më e ulët se ajo e një motori me djegie të brendshme. Për të marrë 1 kWh energji elektrike nga një Stirling amator i fuqishëm dhe i prodhuar mirë, do të konsumohen rreth 3-4 kg dru zjarri. Ju mund ta krahasoni këtë me koston e së njëjtës energji të marrë nga një gjenerator gazi.

5. Megjithëse efikasiteti është më i ulët se ai i një motori me djegie të brendshme, është e mundur të përdoret nxehtësia e mbeturinave për të ngrohur ujin. Kjo rrit përfitimin total që rrjedh nga një motor i caktuar - rezulton të jetë shumë më tepër se ai i një motori me djegie të brendshme. Me drejtësi, duhet thënë se një përdorim i tillë është gjithashtu i mundur në një motor me djegie të brendshme, por kjo kërkon një shkëmbyes shtesë të nxehtësisë.

Sot, nuk ka motorë të tillë në prodhim serik me një çmim të përballueshëm. I vura vetes detyrën për të zhvilluar një motor të tillë që do të ishte i disponueshëm për prodhimin e hobiistëve.

Për çfarë flet kjo faqe

Disa mite rreth motorëve Stirling

Efikasiteti i motorit Stirling është i barabartë me efikasitetin e ciklit Carnot? Kjo nuk eshte e vertete. Efikasiteti i ciklit Stirling është i barabartë me efikasitetin e ciklit Carnot. Por cikli Stirling nuk mund të realizohet në një makinë pistoni. Cikli që zbatohet në motorët Stirling është mjaft i ndryshëm nga cikli Stirling. Përveç kësaj, ka humbje të pashmangshme.

Keni nevojë për hidrogjen ose helium nën presion të tmerrshëm? Jo, nuk është e nevojshme. Hidrogjeni ose heliumi nën presion të lartë nevojitet për një motor që ka të njëjtën peshë dhe dimensione si makinë ICE... Nëse zvogëloni kërkesat për peshën dhe dimensionet, atëherë mund të ulni presionin dhe të përdorni trupa të tjerë të punës. Ka raste të njohura të përdorimit të ajrit, argonit, dioksidit të karbonit, madje kam dëgjuar edhe për propanin, megjithëse kjo është e diskutueshme.

A janë pjesët lëvizëse dhe vulat e ekspozuara ndaj temperaturave të larta? Vetëm një pjesë lëvizëse është e ekspozuar ndaj temperaturës së lartë - pjesa e sipërme e pistonit "të nxehtë". Unazat e pistonit vendosen në një zgavër të ftohtë dhe të ftohur. Prandaj, kushtet e punës së vulave në një motor Stirling janë shumë më të lehta sesa në një motor me djegie të brendshme. Këtu, megjithatë, ekziston një problem i heqjes së nxehtësisë nga pistoni "i nxehtë", për të cilin nuk kam lexuar askund, gjë që ende nuk është mjaft e qartë për mua. Por në çdo rast, dihet se vulat për Stirlings ishin prej fluoroplastike dhe vula të tilla treguan burim i mirë... Grumbullimet e zakonshme mund të funksionojnë gjithashtu, me unaza pistoni prej gize dhe lubrifikimin e vajit.

A krijon lubrifikimi vështirësi të pakapërcyeshme? Nr. Nevojitet vetëm përzgjedhja e vajit. Phillips prodhoi motorë të lubrifikuar me vaj të serisë së vogël 102C. Meqenëse vaji dhe ajri mund të formojnë përzierje shpërthyese, kjo ende imponon kufizime të caktuara në presionin e arritur brenda makinës - me sa di unë, ata kanë frikë ta rrisin atë më shumë se 6 atmosfera. Ka pasur një rast në historinë e Phillips kur motor i madh Stirling shpërtheu në ajër dhe vrau një burrë. Sidoqoftë, nëse nuk ka ajër brenda, por një gaz që nuk mbështet djegien, për shembull, azot, atëherë vaji nuk duhet të duket se shpërthen (është më mirë të kontrolloni me kimistët). Po tentohet të përdoren materiale të tjera të ndryshme për plumba pistoni - fluoroplastikë, materiale të quajtura "Roll", "Viton", grafit, grafit dhe kompozime xhami. Në të njëjtën kohë, kartera është bërë e thatë. Duket se e gjithë kjo mund të funksionojë për një kohë të gjatë, të paktën nja dy mijë orë. U diskutua edhe për lubrifikimin me ujë dhe madje u bë një makinë me një lubrifikant të tillë, por nuk ka të dhëna për rezultatet e provave të saj.

Motorët efikasë u shpikën vetëm në shekullin e 20-të? Nr. Vëllezërit Stirling krijuan gjithashtu një motor 42 kf. dhe një rendiment prej rreth 18%, i cili ka punuar në një kovaç (mund të supozohet se çdo ditë për shumë orë) për rreth 3 vjet. Në atë kohë nuk kishte çeliqe të mira, nuk kishte shkencë termodinamike, vetëm përvojë dhe intuitë. Në fund të shekullit të 19-të, motorët me fuqi të ulët (deri në 1 kf) u prodhuan në masë, të cilët nuk ndryshonin në efikasitet të lartë, por ata punonin shumë në heshtje, ishin shumë të besueshëm, të qëndrueshëm, të pakërkueshëm për karburant dhe të lehtë për t'u mirëmbajtur. , gjë që i lejoi ata të mbanin një vend të caktuar në treg deri në Luftën e Dytë Botërore.

Çfarë nuk është në librin e Walker

Libri i Walker është shkruar shumë kohë më parë, që atëherë tema ka evoluar. Këtu - rishikim i shkurtërçfarë është arritur.

Ringbom Driven Motors

Siç e dini, në një motor Stirling ka të paktën dy pistona të lëvizshëm (ose një piston dhe një zhvendosës). Kjo jep një mekanizëm mjaft kompleks të drejtimit. Motorët Ringbom janë motorë (llojet gama ose beta) në të cilët zhvendosësi drejtohet në mënyrë pneumatike. Në të njëjtën kohë, vetë aktivizuesi pneumatik vepron nga presioni diferencial në rrugën e gazit të makinës. Shih patentën amerikane nr. 856102 Një teori e makinave të tilla u zhvillua që lejoi krijimin e të paktën prototipeve të punës. Shpesh këto prototipa janë bërë duke ripërpunuar motorët me djegie të brendshme me një cilindër. Vendas pistoni i motorit me djegie të brendshme i përdorur si rrëshqitës, i shtohet një shufër dhe një piston i dytë, i cili tashmë është pistoni i punës i motorit Stirling. Dhe lëvizja e zhvendosësit është pneumatike, kështu që nuk nevojiten më ndryshime në modelin ICE. Prototipe të këtij lloji janë ndërtuar. Megjithatë, me sa di unë, nuk erdhi në zbatim praktik. E gjithë kjo histori përshkruhet në librin "Ringbom Stirling Engines" të James R. Senft, i cili mund të blihet kudo në Amerikë. E bleva duke përdorur një kartë plastike, mendoj se quhet Visa Electron dhe libri më është dorëzuar me postë. E gjitha funksionon, kështu që unë e rekomandoj atë.

Nga këndvështrimi im, motorët me makinë Ringbom nuk janë aq të thjeshtë sa duken. Përparësia e tyre, unë shoh një ligj më të përshtatshëm se sinusoidet e pastër, të lëvizjes së pistonëve. Kjo është veçanërisht e rëndësishme në rastin e ndryshimeve të ulëta të temperaturës. Një avantazh tjetër është thjeshtësia e mekanizmit kinematik, megjithatë, kjo kompensohet pjesërisht nga detajet shtesë të nevojshme për të drejtuar zhvendosjen. Disavantazhi për mua është se zhvendosësi i kontrolluar në mënyrë pneumatike lëviz me përshpejtim të madh - ai qëllon në çdo cikël si një tapë nga një shishe. Megjithatë, ngarkesat e goditjeve amortizohen nga amortizuesit pneumatikë dhe në vend që të shqetësohen për forcën, por për ekuilibrin dhe dridhjet. Meqenëse ligji i lëvizjes së zhvendosësit të kontrolluar në mënyrë pneumatike është i panjohur paraprakisht dhe varet nga kushtet specifike në çdo moment (nga temperatura e ngrohësit, shpejtësia, ngarkesa), është e pamundur të sigurohet edhe ndonjë pajisje shtesë balancuese. Kjo do të thotë, mund të jeni i sigurt që motori i drejtuar nga Ringbom nuk po balancon fare.

Në përgjithësi, tema e motorëve me fuqi Ringbom është një temë për kërkime. Kur përqendroheni në fundin, duhet të ndiqni modelet tashmë të testuara. Prandaj, kjo temë nuk më intereson shumë.

E vetmja gjë që dua të vërej është se motorët Ringbom janë disi të lidhur me motorët me piston të lirë, por ato janë shumë më të thjeshtë për sa i përket zbatimit. Rezulton se motorët me piston të lirë janë jashtëzakonisht komplekse për faktin se ligji i lëvizjes së tyre lejon shumë shkallë lirie. Në të njëjtën kohë, bërja e tyre të funksionojnë në mënyrë të qëndrueshme, duke marrë parasysh ndryshueshmërinë e ngrohjes, ngarkesës dhe degradimit të vulave, është një detyrë jashtëzakonisht e vështirë. Motorët Ringbom nuk kanë këtë pengesë - pistoni i tyre lëviz për shkak të mekanizmit, dhe lëvizja pneumatike e zhvendosësit funksionon në mënyrë të qëndrueshme në një mënyrë të caktuar.

Motorë me temperaturë të ulët

Këta janë motorë që funksionojnë me një ndryshim të temperaturës prej disa gradësh. Motorë të tillë janë bërë ekskluzivisht të llojit gama, ata kanë një cilindër me zhvendosje të sheshtë, një zhvendosës me një goditje shumë të shkurtër dhe vëllimi i cilindrit të punës është shumë herë më i vogël se vëllimi i cilindrit të zhvendosjes. Ata kanë shumë pak fuqi. Për shembull, një makinë me një cilindër zhvendosjeje 25 cm në diametër, me një makinë Ringbom, në një ndryshim temperature prej 90 gradë, prodhoi vetëm 1 vat. Shumë modele interesante ky lloj u shpik dhe u zbatua nga Hubert Stierhof, për shembull http://www.geocities.com/hustierhof/MC_SOLAR.html

Në thelb, ato janë duke u studiuar për përdorimin e energjisë diellore. Një pikë e rëndësishme që duhet theksuar këtu është se çdo motor Stirling mund të përmirësohet në një masë të caktuar duke rritur presionin e gazit. Nëse i njëjti motor mund të pompohej me gaz në 100 atmosfera, atëherë do të kishte prodhuar tashmë 100 vat. Kjo nuk mund të bëhet drejtpërdrejt, pasi forca e materialeve është e kufizuar, dhe përçueshmëria termike e sipërfaqeve për furnizimin dhe heqjen e nxehtësisë është gjithashtu e kufizuar. Sidoqoftë, kjo tregon disa premtime për krijimin e motorëve me temperaturë të ulët me fuqi të konsiderueshme. Nëse fantazoni pak për këtë temë, atëherë mund ta imagjinoni motor me temperaturë të ulët bërë me një fund konkave ose konveks, për shembull, bazuar në cilindra LPG. Për shembull, një cilindër propan 5 litra ka një diametër prej rreth 25 centimetra dhe mund të pompohet deri në 10-15 atmosfera. Kjo do të thotë, mund të imagjinoni që do të rezultojë të jetë një motor prej rreth 10 vat me një ndryshim të temperaturës prej 90 gradë.

Motorë me një pjesë lëvizëse

Makina të tilla u shpikën gjithashtu. Ata kanë një piston të vërtetë pune, por zhvendosësi në to është një "virtual". Së pari, është makinë me ngrohje të ngadaltë ose motori i vonesës termike. Cili është kuptimi i tij? Pistoni i punës dhe muret e cilindrit të punës janë të ftohta, por ka një kalim nga cilindri në dhomën e nxehtë - ngrohës. Së pari, ajri është i ngjeshur nga pistoni i punës dhe ai futet me forcë në dhomën e nxehtë. Ndërsa pistoni është brenda krye të vdekur pikë, gazi ka kohë të nxehet dhe presioni i tij rritet. Pastaj ka një goditje pune - gazi zgjerohet dhe shtyn pistonin. Në të njëjtën kohë, ai futet në cilindrin e punës dhe ftohet. Ky ftohje ndodh kur pistoni është brenda fund i vdekur pikë. Unë nuk do të vizatoj një pikturë dhe as nuk do të pyes, por ekziston patenta amerikane e Tyler-it Nr. 5414997, ku gjithçka është e shkruar dhe e vizatuar, megjithatë, në anglisht. Për më tepër, patenta përfshin pothuajse Përshkrimi i plotë si të bëni një makinë, me të gjitha dimensionet kryesore, dhe treguesit e performancës së saj.

Kjo makinë thjesht magjeps me thjeshtësinë e saj. Pjesa më e mirë është se nuk ka kërkesa të veçanta për prodhimin e saktë të pjesëve të nxehta. Dhe këto pjesë të nxehta janë bërë shpesh prej çeliku inox, duhet të kombinojnë formën e saktë, rezistencën ndaj korrozionit, përçueshmërinë e lartë termike në disa vende dhe të ulëta në disa vende, kanë një formë komplekse dhe duhet të mbajnë presion. Uff, sa kërkesa.

Por...në fakt, rrjedha e punës së saj nuk po shkon ashtu siç do të donim. Ngrohja dhe ftohja me gaz ndodh më intensivisht në momentin kur gazi lëviz. Kjo do të thotë, duhet të pritet që gazi të fillojë të nxehet tashmë gjatë fazës së kompresimit, dhe do të fillojë të ftohet tashmë gjatë fazës së zgjerimit. Gjithashtu, në mungesë të një rigjeneruesi, ka një kontakt të vazhdueshëm të gazit të nxehtë dhe të ftohur me njëri-tjetrin dhe kjo çon në humbje të mëdha termodinamike.

Nuk mendoj se mund të pritet ndonjë efikasitet domethënës nga kjo makinë. Me sa duket, autori i patentës u përball me këtë problem në praktikë, prandaj, patenta përmban jo vetëm më së shumti qark i thjeshtë por edhe më komplekse. Njerëzit bënë edhe një makinë pune të këtij lloji me rigjenerator. http://www.stirlingengines.org.uk/thermo/lamina.html Me sa mund ta imagjinoj, një proces i ngjashëm "ngrohje e ngadaltë" dhe "ftohje e ngadaltë" ndodh jo vetëm në ngrohës dhe frigorifer, por edhe në çdo pika e rigjeneruesit. Meqenëse në këtë rast gradientët e temperaturës midis gazit dhe murit janë më të vogla, atëherë efikasiteti i një makine të tillë duhet të jetë gjithashtu më i lartë (janë këto gradientë që çojnë në humbje të efikasitetit). Ndoshta mund të jetë një makinë serioze, por duhet provuar.

Nëse dikush dëshiron ndonjëherë të ndërtojë një makinë të tillë, atëherë shkruaj - ne do të diskutojmë se çfarë mund të bëhet. Unë kam disa ide të tjera (më tepër të papërpunuara) se si të bëj një makinë të këtij lloji, por të ofroj një ndryshim fazor në një mënyrë tjetër. Për shembull, duke përdorur një dy cilindra motor motoçiklete me një kënd të vogël fazor midis cilindrave. Ideja kryesore është që në zonën e qendrës së vdekur të sipërme, gazi (tashmë i ngjeshur) pompohet me shpejtësi përmes ngrohësit, i cili ka një rezistencë të madhe hidraulike. Ky proces është disi i ngjashëm me procesin e djegies në një motor me djegie të brendshme, por djegia është e jashtme. Por unë ende nuk e kam kuptuar se si ta ftoh gazin në një makinë të tillë.

Makina tjetër me një pjesë lëvizëse është termoakustike makinë. Ajo, në thelb, është e strukturuar pothuajse në të njëjtën mënyrë si një makinë me ngrohje të ngadaltë me një rigjenerues, por aty pistoni vibron me një frekuencë tingulli dhe një zhvendosje fazore midis presionit dhe lëvizjes në një valë zanore hyn në lojë. Si piston në një makinë të tillë, thjesht mund të përdorni një mikrofon me fuqi të përshtatshme, frekuenca rezonante e të cilit përkon me frekuencën e dridhjeve të zërit në cilindër.

Shembuj të motorëve që mund të shërbejnë si prototipe

Burimet e informacionit këtu:

1. Motori Phillips Stirling, C.M. Hargreaves, Elseiver, 1991

Disa fjalë për shkallëzimin

Problemet e projektimit

Astar i cilindrit të nxehtë - a është i nevojshëm

Alfa, beta apo gama?

A është hapësira e dëmshme kaq e dëmshme?

Disa modele, marrëdhënie dhe shkëmbime

Materialet e ngrohësve

Ngrohës - ku është pengesa?

Përforcues ngrohës

Rigjeneruesit

Vumë pistoni, lubrifikant, rrezik shpërthimi

Opsionet e drejtimit

Karter me presion, pa presion, ose pa karter fare

Keni nevojë për një kapak të nxehtë në piston dhe cilindër?

Programi im i llogaritjes

E meta në metodën Schmidt, modelin adiabatik dhe llogaritjen e numrit Beale

Pikat e forta të thjeshtës

Dobësitë e Simple

Llogaritja e ngrohësit dhe ftohësit është vështirë se është e kënaqshme - përdoret metoda e analogjisë Reynolds, e cila është e përshtatshme për një rrjedhë të zhvilluar turbulente. Numrat e Reynolds në ngrohës mund të jenë mjaft të ulëta, veçanërisht për makinat me presion të ulët, dhe korrespondojnë me kushte kalimtare ose laminare.

Të tillë specie të rëndësishme humbjet si humbje të anijes. Madhësia e humbjeve të anijes është e madhe dhe ato mund të ulin ndjeshëm efikasitetin.

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

Në pjesën e sipërme të cilindrit 1 ka një xhaketë ftohëse uji 2, dhe pjesa e poshtme e cilindrit nxehet vazhdimisht nga flaka. Cilindri përmban një piston pune 3 të mbyllur unaza pistoni dhe lidhet me një shufër lidhëse me bosht me gunga(boshti me gunga nuk është paraqitur në figurë). Midis pjesës së poshtme të cilindrit dhe pistonit të punës ka një piston zhvendosjeje 4, i cili lëviz në cilindër me hendek i madh... Ajri i bllokuar në cilindër pompohet përmes këtij boshllëku nga zhvendosësi 4 ose në fund të pistonit të punës ose në fundin e nxehtë të cilindrit. Zhvendosësi drejtohet nga një shufër 5 që kalon nëpër një vulë në piston dhe drejtohet nga një mekanizëm i çuditshëm që rrotullohet me një kënd vonesë prej rreth 90 ° në krahasim me mekanizmin e lëvizjes së pistonit të punës.

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

Pas përfundimit të goditjes së punës, zhvendosësi kthehet në pozicionin e poshtëm në fund të cilindrit dhe e shtyn ajrin përmes hendekut midis mureve të cilindrit në dhomën nën piston, ndërsa ajri ftohet nga muret. Në pozicionin r ajri i ftohtë përgatitet për kompresim, dhe pistoni i punës lëviz nga TDC në BDC. Meqenëse puna e shpenzuar në ngjeshjen e ajrit të ftohtë është më e vogël se puna e bërë në zgjerimin e ajrit të nxehtë, lind punë e dobishme. Volanti shërben si akumulues i energjisë së nevojshme 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 hiqej në ftohës përmes mureve të cilindrit. Ajri gjatë një goditjeje pistoni nuk kishte kohë të ftohej mjaftueshëm, 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 diferenca midis temperaturave maksimale dhe minimale të ciklit të funksionimit, ishte gjithashtu e vogël. Nxehtësia e ajrit të shkarkimit u hoq në ujin e ftohjes dhe u humb plotësisht.

Motori Stirling u përmirësua ndjeshëm nga Philips (Holandë). Para së gjithash, u përdor një rigjenerues i jashtëm i nxehtësisë, përmes të cilit ajri pompohej nga pjesa e sipërme e cilindrit në atë të poshtme nën veprimin e një zhvendosësi. Një radiator u lidh në seri me rigjeneratorin në qarkun e jashtëm. Rigjeneruesi akumulon nxehtësinë e ajrit që hyn në dhomën e ftohtë pas zgjerimit. Me fluksin e ajrit brenda drejtim i kundërt bateria i kthen nxehtësinë. Kjo rrit diferencën midis temperaturave maksimale dhe minimale të ciklit dhe nxehtësia duhet të hiqet nga sistemi i ftohjes. Radiatori i vendosur pas rigjeneratorit 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 rritet edhe shpejtësia maksimale e rrotullimit të tij, gjë që ndikon në fuqinë dhe peshën specifike të motorit. Nxehtësia nga gazrat e shkarkimit nga ngrohësi paraprak përdoret për të rritur temperaturën e ajrit të pastër që furnizohet në dhomën e tij të djegies. Dizajni i përshkruar i motorit është paraqitur në Fig. 2.

Në pozicionin a, ajri është i ngjeshur dhe, kur lëviz në pjesën e sipërme të cilindrit, nxehet fillimisht në rigjenerator dhe më pas në ngrohës. Në pozicionin b, i gjithë ajri zhvendoset nga hapësira ndërmjet dy pistonëve dhe e kryen punën duke lëvizur të dy pistonët në pozicionin e poshtëm. Në pozicionin B, pasi të ketë përfunduar puna, pistoni i punës mbetet në pozicionin e poshtëm, dhe zhvendosësi 1 fillon të shtyjë ajrin nga pjesa e sipërme e cilindrit në hapësirën midis pistonëve përmes rigjeneratorit, në të cilin ajri jep jashtë një pjesë të konsiderueshme të nxehtësisë së tij dhe radiatorit, ku ajri ftohet edhe më thellë. Në fazën e fundit të ciklit d, ajri ftohet dhe futet me forcë nga maja e cilindrit në hapësirën midis pistonëve, ku ngjeshet.

Kompresimi i ajrit të ftohtë, hyrja e tij përmes rigjeneratorit dhe radiatorit në pjesën e sipërme të cilindrit, zgjerimi dhe ftohja e mëvonshme e ajrit përfaqësojnë ciklin e punës. Një masë konstante ajri mbahet në cilindër, kështu që cilindri funksionon pa shter. Çdo burim nxehtësie mund të përdoret për ngrohje. Në skemën e konsideruar, përdoret një kazan me karburant të lëngshëm; përmbajtja e substancave të dëmshme varet nga plotësia e djegies së karburantit në dhomën e djegies së bojlerit. Meqenëse kjo krijon një mënyrë djegieje të vazhdueshme në një temperaturë relativisht të ulët dhe një tepricë të madhe ajri, është e mundur të arrihet djegie e plotë dhe të vogla.

Avantazhi i motorit Stirling është gjithashtu se ai mund të funksionojë jo vetëm me një shumëllojshmëri 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 po aq mirë në hapësira të mbyllura si në nëndetëse ashtu edhe në satelitë. Kur përdorni një akumulator nxehtësie me LiF, nxehtësia furnizohet në motor përmes një tubi ngrohjeje, siç tregohet në Fig. 3.

Në fund të Fig. 2 tregon një mekanizëm rrotullues rombik që kontrollon lëvizjen e të dy pistonëve. Për ngasjen, përdoren dy bosht me gunga, të lidhur me një palë ingranazhe dhe që rrotullohen në drejtime të kundërta. Skajet e shufrës zhvendosëse 1 dhe shufra e zbrazët e pistonit 2 janë të lidhura nëpërmjet shufrave të veçanta lidhëse në të dy boshtet e gungës. Nëse fiksimet e të dyve bosht me gunga janë të vendosura në pozicioni i lartë dhe lëvizni nga pozicioni a në pozicionin b, atëherë shufrat lidhës të pistonit të punës 2 ndodhen pranë TDC dhe ai lëviz pak pranë TDC. Shufrat lidhëse të zhvendosësit që lëvizin në këtë fazë të ciklit lëvizin poshtë dhe pistoni gjithashtu lëviz me shpejtësinë më të madhe nga pozicioni a në pozicionin b.

Drejtimi i kundërt i rrotullimit të dy boshteve me gunga bën të mundur vendosjen mbi to të kundërpeshave 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 rombik ka gjithashtu avantazhin që shufrat lidhës i transferojnë forcat nga shufrat e pistonit në boshtet me gunga në mënyrë simetrike, dhe forcat anësore nuk lindin në kushineta dhe vulat e pistonit. Kjo e fundit është shumë e rëndësishme, pasi kërkohet një presion i lartë operimi që motori të funksionojë me efikasitet të mirë.

E zakonshme mekanizmat e fiksimit në presion të lartë në piston dhe kënde të mëdha të devijimit të shufrës lidhëse, lindin forca të mëdha anësore që veprojnë në piston dhe shkaktojnë humbje të larta të fërkimit dhe konsum të lartë... Duke përdorur një mekanizëm të kryqëzuar ose rombik, eliminohet ky fenomen negativ dhe mund të arrihet një mbyllje e mirë e pistonëve.

Për të parandaluar që shufrat të transmetojnë forca të mëdha në kushinetat kryesore dhe shufra lidhëse të boshteve me gunga, nën pistonin e punës mbahet një presion prapa i barabartë me presionin mesatar të punës në cilindër, është rreth 20 MPa.

Vështirësi të konsiderueshme lindin kur rregulloni fuqinë e një motori Stirling. Ndryshimi i fuqisë që rezulton nga një ndryshim në sasinë e karburantit të furnizuar në ngrohës 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 fuqisë përdoret në një motor makine Stirling. Për të zvogëluar fuqinë, një pjesë e gazit nga cilindrat anashkalohet në rezervuarin me presion të ulët; Për të rritur fuqinë, gazi furnizohet në cilindra nga një rezervuar me presion të lartë, ku parapompohet nga një kompresor i veçantë nga një rezervuar me presion të ulët. Për motorët me pistoni aktrim i dyfishtë për të zvogëluar fuqinë, gazi anashkalohet nga maja e pistonit në fund përmes një kanali të veçantë. Transferimi nga fuqi e plote botaci zgjat 0,2 s; procesi i kundërt zgjat rreth 0,6 s.

Për të mbajtur të vogla humbjet e fërkimit të gazit teksa ai kalon nëpër kanalet e ngushta të rigjeneruesit dhe radiatorit, përdoret helium 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 pozicionuar siç tregohet në fig. 9. Në vend të një bosht me gunga, përdoret një makinë me pllakë swash. Prania e presionit të lartë të gazit në të dy anët e pistonit siguron që vetëm një ndryshim i vogël presioni të transmetohet në rondele me makinë. 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 me djegie të brendshme konvencionale.

Si shembull, merrni parasysh dy motori i automobilit Stirling. Motori rombik me katër cilindra të gjeneratës së parë i paraqitur në fig. 10, ka një diametër cilindri prej 77,5 mm, një goditje pistoni prej 49,8 mm (zhvendosja 940 cm 3), zhvillon një fuqi prej 147 kW në 3000 min -1 dhe një presion mesatar cilindri prej rreth 22 MPa. Temperatura e kokës së cilindrit mbahet në rreth 700 ° C dhe temperatura e ftohësit është 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 700 ° C kërkon rreth 20 sekonda. Në një temperaturë uji prej 55 ° C, efikasiteti i treguesit të motorit në stolin e provës arriti në 35%. Fuqia specifike është 156 kW / dm 3, dhe graviteti specifik për njësi të fuqisë është 5.2 kg / kW.

Një seksion skematik i motorit Stirling të gjeneratës së dytë të modelit Philips 4-215 DA, i destinuar për një makinë pasagjerësh, është paraqitur në Fig. 9. Motori ka përafërsisht të njëjtën madhësi dhe peshë si një motor konvencional me benzinë ​​dhe ka një fuqi dalëse prej 127 kW. Katër cilindra me pistona me veprim të dyfishtë janë të vendosur rreth boshtit të boshtit të lëvizjes së pllakës swashplate. Kaldaja e parangrohësit, e përbashkët 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 me 8 cilindra në formë V me benzinë. Përmbajtja e NOx në gazrat e shkarkimit të sistemit të parangrohjes, për shkak të përdorimit të riqarkullimit 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 shpejtësi 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 shfrytëzuar sa më shumë pjesët e tij të prodhuara në masë. industrinë e automobilave... Përdoret një bosht me gunga konvencionale dhe një shufër lidhëse, e cila së bashku me kokën e tërthortë konverton lëvizjen përkthimore të pistonit me veprim të dyfishtë në lëvizje të boshtit rrotullues. Një pamje seksionale e këtij motori V me katër cilindra është paraqitur në fig. 11. Rreshtat e cilindrave janë të vendosura në një kënd të lehtë, kokat e cilindrave formojnë një grup të përbashkët, të ngrohur nga një djegës.

Pesha specifike e vlerësuar e këtij motori është 2.4 kg / kW, e cila mund të krahasohet me performancën e një nafte shumë të mirë me madhësi të ulët me shpejtësi të lartë. Pesha specifike e 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 krejtësisht të 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 si benzinë ​​tradicionale dhe motorët me naftë nuk do të përmbushë kërkesat e ardhshme të pastërtisë së kërkuar të gazrave 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 funksionon në mënyrë të qëndrueshme dhe të qetë, si një motor me avull. Megjithatë, një sasi e madhe e mbetjeve të nxehtësisë 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 benzinë ​​e zakonshme Motori në formë V fuqi të barabartë. Masa e motorit Philips 4-215 DA është 448 kg dhe me një fuqi maksimale prej 127 kW, pesha specifike e tij është 3,5 kg / kW. Efikasiteti tregues i këtij motori kur përdoret hidrogjeni si lëng pune nën një presion prej 20 MPa është 35%.

Fillimi i ftohtë i motorit zgjat 15 sekonda, konsumi i karburantit të makinës në trafikun e qytetit është 25% më pak se në rastin e një normali motor benzine... 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 përgjithësisht çon në një rritje të efikasitetit të motorit (shih Fig. 4).

Nga e kaluara në të ardhmen! Në 1817, prifti skocez Robert Stirling mori ... një patentë për një lloj të ri motori, të quajtur më pas, si motorët me naftë, sipas emrit të shpikësit - Stirling. Famullitarët e një qyteti të vogël skocez e kanë parë prej kohësh pastorin e tyre shpirtëror me dyshim të dukshëm. Ende do! Fëshpëritjet dhe gjëmimet që depërtonin në muret e hambarit, ku babai Stirling zhdukej shpesh, mund të ngatërronin jo vetëm mendjet e tyre me frikë Perëndie. Kishte thashetheme të vazhdueshme se në hambar mbahej një dragua i tmerrshëm, të cilin babai i shenjtë e kishte zbutur dhe ushqyer me shkopinj e vajguri.

Por Robert Stirling, një nga njerëzit më të ndritur të Skocisë, nuk u turpërua nga armiqësia e kopesë. Punët dhe shqetësimet e kësaj bote e pushtonin gjithnjë e më shumë, në dëm të shërbimit të Zotit: ata morën pastorin ... makinat.

Ishujt Britanikë po kalonin një revolucion industrial në atë kohë: fabrikat po zhvilloheshin me shpejtësi. Dhe klerikët nuk qëndrojnë indiferentë ndaj të ardhurave të mëdha që premton mënyra e re e prodhimit.

Me bekimin e kishës dhe jo pa ndihmën e pronarëve të fabrikës u ndërtuan disa makineri Stirling dhe më e mira prej tyre 45 kf. S., punoi për tre vjet në minierën në Dundi.

Zhvillimi i mëtejshëm i Stirlings u vonua: në vitet '60 të shekullit të kaluar, një motor i ri Erickson hyri në arenë.

Të dy dizajnet kishin shumë të përbashkëta. Këta ishin motorët djegia e jashtme... Në të dyja makinat, lëngu i punës ishte ajri, dhe në të dy makinat, rigjeneruesi ishte baza e motorit, përmes të cilit ajri i nxehtë i shkarkimit lëshonte të gjithë nxehtësinë. Një pjesë e freskët e ajrit, duke depërtuar nëpër një rrjetë të dendur metalike, e largoi këtë nxehtësi përpara se të hynte në cilindrin e punës.

Sipas diagramit në figurën 1, është e mundur të gjurmohet se si ajri përmes tubit thithës 10 dhe valvulës 4 hyn në kompresorin 3, kompresohet dhe përmes valvulës 5 hyn në rezervuarin e ndërmjetëm. Në këtë kohë, bobina 8 mbyll tubin e shkarkimit 9, dhe ajri përmes rigjeneratorit hyn në cilindrin e punës 1, të ngrohur nga furra 11. Këtu ajri zgjerohet, duke bërë që punë e dobishme, i cili drejtohet pjesërisht te pistoni i rëndë i ngritur, pjesërisht për të ngjeshur ajrin e ftohtë në kompresorin 3. Ndërsa zbret, pistoni e shtyn ajrin e shkarkimit përmes rigjeneratorit 7 dhe bobinës 8 në tubin e shkarkimit. Kur pistoni ulet, një pjesë e freskët e ajrit thithet në kompresor.

1 - cilindër pune, 2 - pistoni; 3 - kompresor; 4 - valvul thithëse; 5 - valvula e shkarkimit; 6 - rezervuar i ndërmjetëm; 7 - rigjenerues; 8 - valvul anashkalimi; 9 - tub shkarkimi; 10 - tub thithjeje; 11 -zjarr.

Të dy modelet nuk ishin ekonomike. Por për disa arsye, kishte më shumë probleme me motorin e Scotsman, dhe ishte më pak i besueshëm se motori i Erickson. Ndoshta kjo është arsyeja pse ata anashkaluan një detaj shumë të rëndësishëm: me fuqi të barabartë, motori Stirling ishte më kompakt. Për më tepër, ai kishte një avantazh të rëndësishëm në termodinamikë ...

Kompresimi, ngrohja, zgjerimi, ftohja - këto janë katër proceset kryesore që kërkohen për funksionimin e çdo motori me ngrohje. Secila prej tyre mund të kryhet në mënyra të ndryshme. Për shembull, ngrohja dhe ftohja e gazit mund të kryhet në një zgavër të mbyllur me vëllim konstant (procesi izokorik) ose nën një pistoni lëvizës me presion konstant (procesi izobarik). Ngjeshja ose zgjerimi i gazit mund të ndodhë kur temperaturë konstante(proces izotermik) ose pa shkëmbim nxehtësie me mjedisin (procesi adiabatik). Duke kompozuar zinxhirë të mbyllur nga kombinime të ndryshme të proceseve të tilla, është e lehtë të përftohen cikle teorike përgjatë të cilave të gjitha moderne motorët me ngrohje... Le të themi se një kombinim i dy adiabateve dhe dy izokoreve formon ciklin teorik të një motori me benzinë. Nëse e zëvendësojmë në të izokorin, përgjatë së cilës nxehet gazi, me izobar, marrim një cikël nafte. Dy adiabat dhe dy izobare do të japin ciklin teorik të një turbine me gaz. Ndër të gjitha ciklet e imagjinueshme, kombinimi i dy adiabateve dhe dy izotermave luan një rol të veçantë. rol i rendesishem në termodinamikë, pasi sipas një cikli të tillë - ciklit Carnot - motori me efikasitetin më të lartë duhet të funksionojë.

Nëse në motorin Stirling nxehtësia furnizohej përgjatë izokoreve, atëherë në Erickson ky proces u zhvillua përgjatë izobarit, dhe proceset e ngjeshjes dhe zgjerimit vazhduan përgjatë izotermave.

Në fillim të këtij shekulli, motorët e Erickson me fuqi të ulët (rreth 10-20 kf) u përdorën në vende të ndryshme. Mijëra instalime të tilla punuan në fabrika, në shtypshkronja, miniera dhe miniera, shtrembëruan boshtet e makinerive, pompuan ujë, ngritën ashensorët. Ata njiheshin edhe në Rusi me emrin "ngrohtësi dhe forcë".

U bënë përpjekje për të bërë një motor të madh detar, por rezultatet e provës dekurajuan jo vetëm skeptikët, por edhe vetë Erickson. Ndryshe nga profecitë e të parit, anija "u zhvendos nga vendi i saj" dhe madje kaloi Oqeanin Atlantik. Por edhe pritshmëritë e shpikësit u mashtruan: katër motorë gjigantë në vend të 1000 kf. Me. zhvilluar vetëm 300 litra. Me. Konsumi i qymyrit ishte i njëjtë me atë të motorëve me avull. Për më tepër, deri në fund të udhëtimit, fundet e cilindrave të punës ishin djegur e përtej, dhe në Angli motorët duhej të hiqeshin dhe të zëvendësoheshin fshehurazi me një konvencional. motorr me avull... Mbi të gjitha fatkeqësitë në rrugën e kthimit në Amerikë, anija u rrëzua dhe vdiq me gjithë ekuipazhin.

1 - pistoni i punës 2 - pistoni i zhvendosjes; 3 - ftohës; 4 - ngrohës; 5 - rigjenerues; 6 - hapësirë ​​e ftohtë; 7 - hapësirë ​​e nxehtë.

Pasi braktisi idenë e ndërtimit të "makinave kalorike" me fuqi të lartë, Erickson nisi një prodhim masiv motorë të vegjël... Fakti është se niveli i shkencës dhe teknologjisë së asaj kohe nuk lejonte projektimin dhe ndërtimin e një makinerie ekonomike dhe të fuqishme.

Por goditja kryesore për Erickson erdhi nga shpikësit e motorit me djegie të brendshme. Zhvillimi i shpejtë i motorëve me naftë dhe karburatori detyroi një ide të mirë të harrohet.

... Ka kaluar një shekull. Në vitet 1930, një nga departamentet ushtarake udhëzoi kompaninë Philips të zhvillonte një termocentral me një kapacitet 200-400 vat për një stacion radio marshues. Për më tepër, motori duhet të jetë gjithëpërfshirës, ​​domethënë të funksionojë me çdo lloj karburanti.

Specialistët e firmës u vunë në punë me gjithë përpikëri. Ne filluam duke hulumtuar cikle të ndryshme termodinamike dhe, për habinë tonë, zbuluam se teorikisht më ekonomike ishte motori Stirling i harruar prej kohësh.

Lufta pezulloi kërkimet, por në fund të viteve 40 puna vazhdoi. Dhe më pas, si rezultat i eksperimenteve dhe llogaritjeve të shumta, u bë një zbulim i ri - një qark i mbyllur, në të cilin një presion prej rreth 200 atm. qarkulloi lëngun e punës (hidrogjen ose helium, pasi kishin viskozitetin më të ulët dhe kapacitetin më të lartë të nxehtësisë). Vërtetë, pasi mbyllën ciklin, inxhinierët u detyruan të kujdeseshin për ftohjen artificiale të lëngut të punës. Kështu u shfaq një ftohës, të cilin motorët e parë me djegie të jashtme nuk e kishin. Dhe megjithëse ngrohësi dhe ftohësi, sado kompakt të jenë, e bëjnë stilimin më të rëndë, ato i japin një cilësi shumë të rëndësishme.

Të izoluar nga mjedisi i jashtëm, ata praktikisht nuk varen prej tij. Stirling mund të punojë nga çdo burim nxehtësie kudo: nën ujë, nën tokë, në hapësirë ​​- domethënë, ku motorët me djegie të brendshme që kanë nevojë për ajër nuk mund të punojnë. Në kushte të tilla, në parim, është e pamundur të bëhet pa ngrohës dhe ftohës që transferojnë nxehtësinë përmes murit. Dhe më pas Stirling mundën rivalët e tyre edhe në peshë. Prototipet e para kishin një peshë specifike për njësi fuqie të rendit prej 6-7 kg për litër. me.si ti naftë detare... Stirlings moderne kanë një raport edhe më të ulët - 1,5-2 kg për litër. Me. Ato janë edhe më kompakte dhe të lehta.

Pra, skema u bë me dy qark: një qark me një agjent pune dhe i dyti - furnizimi me ngrohje; kjo bëri të mundur që prodhimi i energjisë të çohej deri në 200 litra. Me. për litër vëllim pune, dhe efikasitet - deri në 38-40 për qind. Për krahasim: moderne

nye naftë kanë efikasitet. 34-38 për qind, dhe motorët me karburator- 25-28. Për më tepër, procesi i djegies së karburantit në Stirling është i vazhdueshëm, dhe kjo zvogëlon ndjeshëm toksicitetin - për sa i përket prodhimit të monoksidit të karbonit me 200 herë, dhe për oksidin e azotit - me 1-2 renditje të madhësisë. Këtu është ndoshta një nga zgjidhjet radikale të problemit të ndotjes së ajrit urban.

Pjesa e punës e Stirling-ut modern është një vëllim i mbyllur i mbushur me gaz pune (Fig. 2). Pjesa e sipërme e volumit është e nxehtë, nxehet vazhdimisht. Pjesa e poshtme është e ftohtë, gjatë gjithë kohës ftohet nga uji. Në të njëjtin vëllim - një cilindër me dy pistona: një zhvendosës dhe një funksionues. Kur pistoni ngrihet lart, gazi është i ngjeshur në vëllim; poshtë - zgjerohet. Një lëvizje lart e poshtë e pistonit të zhvendosjes prodhon një shpërndarje të alternuar të gazit të nxehtë dhe të ftohur. Kur pistoni i zhvendosjes është në pozicionin lart (në hapësirën e nxehtë), shumica e gazit nxirret jashtë në zonën e ftohtë. Në këtë kohë, pistoni i punës fillon të lëvizë lart dhe ngjesh gazin e ftohtë. Tani pistoni i zhvendosjes nxiton poshtë derisa të prekë pistonin e punës dhe gazi i ftohtë i ngjeshur pompohet në hapësirën e nxehtë. Zgjerimi i gazit të nxehtë - goditje pune. Një pjesë e energjisë së goditjes së punës ruhet për ngjeshjen e mëvonshme të gazit të ftohtë, dhe teprica shkon në boshtin e motorit.

Rigjeneruesi ndodhet midis hapësirave të ftohta dhe të nxehta. Kur gazi i nxehtë i zgjeruar pompohet në pjesën e ftohtë nga lëvizja e pistonit të zhvendosjes, ai kalon nëpër një tufë të dendur telash të hollë bakri dhe lëshon nxehtësinë që përmbahet në të. Gjatë goditjes së kthimit, ajri i ftohtë i ngjeshur, para se të hyjë në pjesën e nxehtë, e merr përsëri këtë nxehtësi.

1 - injektor karburanti; 2 - shkarkimi i gazrave të ftohur, 3 - ngrohës ajri; 4 - dalje e gazrave të nxehtë; 5 - hapësirë ​​e nxehtë; 6 - rigjenerues; 7 - cilindër; 8 - tuba ftohës; 9 - hapësirë ​​e ftohtë; 10 - pistoni i punës; 11 - makinë rombike; 12 - dhoma e djegies; 13 - tuba ngrohës; 14 - pistoni i zhvendosjes; 15 - hyrja e ajrit për djegien e karburantit; 16 - zgavër tampon.

Sigurisht në makinë e vërtetë gjithçka duket jo aq e thjeshtë (fig. 3). Nuk është e mundur të ngrohni shpejt gazin përmes një muri të trashë cilindri; kjo kërkon një sipërfaqe shumë më të madhe ngrohëse. Kjo është arsyeja pse pjesa e sipërme e vëllimit të mbyllur shndërrohet në një sistem tubash të hollë të ngrohur nga flaka e grykës. Për të përdorur sa më plotësisht nxehtësinë e produkteve të djegies, ajri i ftohtë i furnizuar në hundë nxehet paraprakisht nga gazrat e shkarkimit - kështu shfaqet një qark mjaft kompleks i djegies.

Pjesa e ftohtë e vëllimit të punës është gjithashtu një sistem tubash në të cilët pompohet uji ftohës.

Nën pistonin e punës ka një zgavër të mbyllur tampon të mbushur me gaz të ngjeshur. Gjatë goditjes së punës, presioni në këtë zgavër rritet. Energjia e ruajtur në këtë rast është e mjaftueshme për të ngjeshur gazin e ftohtë në vëllimin e punës.

Temperatura dhe presioni u rritën në mënyrë të pakontrolluar ndërsa unë u përmirësova. 800 ° Celsius dhe 250 atm. - kjo është një detyrë shumë e vështirë për projektuesit, është një kërkim për materiale veçanërisht të forta dhe rezistente ndaj nxehtësisë, një problem i vështirë ftohjeje, pasi lëshimi i nxehtësisë në krahasim me motorët klasikë këtu një e gjysmë deri në dy herë më shumë.

Rezultatet e këtyre eksperimenteve ndonjëherë çojnë në gjetjet më të papritura. Për shembull, specialistët e kompanisë "Philips", duke punuar në motorin e tyre në boshe (pa ngrohje), vunë re se koka e cilindrit është shumë e ftohur. Një efekt i zbuluar plotësisht aksidentalisht çoi në një sërë zhvillimesh, dhe si rezultat, lindjen e një makinerie të re ftohëse. Tani njësi të tilla ftohjeje me performancë të lartë dhe me përmasa të vogla përdoren gjerësisht në të gjithë botën. Por përsëri te motorët me ngrohje.

Ngjarjet e mëvonshme ndërtohen si një top bore. Në vitin 1958, me marrjen e licencave nga firma të tjera, Stirling doli jashtë shtetit. Ata filluan ta testojnë atë në fusha të ndryshme të teknologjisë. Një projekt është duke u zhvilluar për përdorimin e një motori për fuqizimin e pajisjeve anije kozmike dhe satelitët. Për radiostacionet në terren po krijohen termocentrale që funksionojnë me çdo lloj karburanti (me kapacitet rreth 10 kf), të cilët kanë një nivel zhurme aq të ulët sa nuk dëgjohet për 20 hapa.

Një impiant demonstrimi që punon me njëzet lloje karburantesh shkaktoi një ndjesi të madhe. Pa fikur motorin, thjesht duke e kthyer vinçin, benzina, karburanti dizel, vaji i papërpunuar, vaji i ullirit, gazi i djegshëm futeshin në mënyrë alternative në dhomën e djegies dhe makina "hëngri" në mënyrë të përsosur çdo "ushqim". Në shtypin e huaj u raportua për një projekt motori 2.5 mijë litra. Me. me një reaktor bërthamor. Efikasiteti i vlerësuar 48-50%. Të gjitha dimensionet e njësisë së fuqisë janë reduktuar ndjeshëm, gjë që lejon që pesha dhe sipërfaqja e liruar të jepet për mbrojtjen biologjike të reaktorit.

Nje me shume zhvillim interesant- makinë për një zemër artificiale me peshë 600 g dhe një fuqi prej 13 W. Një izotop i dobët radioaktiv i siguron atij një burim pothuajse të pashtershëm energjie.

Motori Stirling është testuar në disa makina. Për sa i përket parametrave të tij të funksionimit, ai nuk ishte inferior ndaj atij të karburatorit, dhe nivelit të zhurmës dhe toksicitetit gazrat e shkarkimit u ul ndjeshëm.

Një makinë e stiluar mund të funksionojë me çdo lloj karburanti dhe, nëse është e nevojshme, me shkrirje. Imagjinoni: para se të hyjë në një qytet, një shofer ndez një djegës dhe shkrin disa kilogramë oksid alumini ose hidridi litium. Ai ecën nëpër rrugët e qytetit "pa tym": motori fuqizohet nga nxehtësia e ruajtur në shkrirje. Njëra prej firmave ka prodhuar një skuter, në rezervuarin e të cilit janë derdhur rreth 10 litra fluor litiumi i shkrirë. Ky karikim është i mjaftueshëm për 5 orë funksionim me fuqi motori prej 3 litrash. Me.

Puna për Stirlings vazhdon. Në vitin 1967, u prodhua një mostër e një impianti pilot me një kapacitet prej 400 litrash. Me. një cilindër. Është duke u zhvilluar një program gjithëpërfshirës, ​​sipas të cilit deri në vitin 1977 është planifikuar prodhim ne mase motorët me një gamë fuqie nga 20 në 380 litra. Me. Në 1971, Philips prodhoi një katër cilindra motor industrial në 200 litra. Me. me një peshë totale prej 800 kg. Bilanci i saj është aq i lartë sa që një monedhë (me madhësinë e një qindarke), e vendosur në buzë të kutisë, qëndron pa lëvizur.

Përparësitë e llojit të ri të motorit përfshijnë një jetë të madhe shërbimi prej rreth 10 mijë orë. (ka të dhëna të veçanta për 27 mijë), dhe funksionim i qetë, pasi presioni në cilindra rritet pa probleme (sinusoidalisht), dhe jo shpërthime, si një motor nafte.

Zhvillimi i mundshëm i modeleve të reja po kryhet gjithashtu këtu. Shkencëtarët dhe inxhinierët po punojnë në kinematikën e opsioneve të ndryshme, në kompjuterët elektronikë ata llogaritin lloje të ndryshme të "zemrës", një rigjenerues stirling. Ekziston një kërkim për zgjidhje të reja inxhinierike që do të formojnë bazën e motorëve ekonomikë dhe të fuqishëm që mund të zëvendësojnë motorët e zakonshëm me naftë dhe benzinë, duke korrigjuar kështu një gabim të padrejtë të historisë.

A. ALEXEEV

Keni vënë re një gabim? Theksoni atë dhe shtypni Ctrl + Enter për të na njoftuar.

Ekologjia e konsumit Shkenca dhe teknologjia: Motori Stirling përdoret më shpesh në situatat kur kërkohet një pajisje për konvertimin e energjisë termike, e cila është e thjeshtë dhe efikase.

Më pak se njëqind vjet më parë, motorët me djegie të brendshme po përpiqeshin të fitonin vendin e tyre të merituar në konkurrencë midis makinave të tjera të disponueshme dhe mekanizmave lëvizës. Në të njëjtën kohë, në ato ditë, epërsia e motorit të benzinës nuk ishte aq e dukshme. Makinat ekzistuese në motorët me avull karakterizohet nga zhurma, karakteristika të shkëlqyera të fuqisë për atë kohë, lehtësia e mirëmbajtjes, aftësia për t'u përdorur të llojeve të ndryshme karburant. Në luftën e mëtejshme për tregun, motorët me djegie të brendshme mbizotëruan për shkak të efikasitetit, besueshmërisë dhe thjeshtësisë së tyre.

Gara e mëtejshme për përmirësimin e njësive dhe mekanizmave të shtytjes, në të cilat hynë turbinat me gaz dhe llojet rrotulluese të motorëve në mesin e shekullit të 20-të, çoi në faktin se, megjithë epërsinë e motorit të benzinës, u bënë përpjekje për të futur plotësisht lloji i ri motorët - termikë, të shpikur për herë të parë në 1861 nga një prift skocez i quajtur Robert Stirling. Motori mori emrin e krijuesit të tij.

MOTORI STIRLING: ANA FIZIKE E ÇËSHTJES

Për të kuptuar se si funksionon një termocentral në tavolinë Stirling, duhet kuptuar informacion i pergjithshem mbi parimet e funksionimit të motorëve me nxehtësi. Fizikisht, parimi i funksionimit është përdorimi i energjisë mekanike, e cila fitohet kur një gaz zgjerohet kur nxehet dhe më pas ngjesh kur ftohet. Për të demonstruar parimin e funksionimit, mund të jepni një shembull të bazuar në një shishe plastike të zakonshme dhe dy tenxhere, njëra prej të cilave përmban ujë të ftohtë, tjetra e nxehtë.

Kur zhytni një shishe në ujë të ftohtë, temperatura e së cilës është afër temperaturës së formimit të akullit, me ftohje të mjaftueshme të ajrit brenda enës plastike, ajo duhet të mbyllet me tapë. Më tej, kur shishja vendoset në ujë të vluar, pas një kohe tapa "shpirë" me forcë, pasi në këtë rast ajri i nxehtë ka bërë një punë shumë herë më të madhe se ajo që bëhet gjatë ftohjes. Me përsëritjen e përsëritur të eksperimentit, rezultati nuk ndryshon.

Makineritë e para, të cilat u ndërtuan duke përdorur motorin Stirling, riprodhuan me besnikëri procesin e demonstruar në eksperiment. Natyrisht, mekanizmi kërkonte një përmirësim në përdorimin e një pjese të nxehtësisë që gazi humbi gjatë procesit të ftohjes për ngrohje të mëtejshme, duke lejuar që nxehtësia të kthehej në gaz për të përshpejtuar ngrohjen.

Por edhe aplikimi i kësaj risie nuk mund të shpëtonte gjendjen, pasi Stirlingët e parë u dalluan nga madhësia e tyre e madhe dhe prodhimi i ulët i energjisë. Në të ardhmen, më shumë se një herë u bënë përpjekje për të modernizuar modelin për të arritur një fuqi prej 250 kf. çoi në faktin se me një cilindër me një diametër prej 4.2 metrash, fuqia reale që ishte termocentrali Stirling prej 183 kW ishte në fakt vetëm 73 kW.

Të gjithë motorët Stirling funksionojnë sipas parimit të ciklit Stirling, i cili përfshin katër faza kryesore dhe dy faza të ndërmjetme. Ato kryesore janë ngrohja, zgjerimi, ftohja dhe tkurrja. Kalimi në gjeneratorin e ftohtë dhe kalimi në elementin e ngrohjes konsiderohen si faza e tranzicionit. Puna e dobishme e kryer nga motori bazohet vetëm në ndryshimin e temperaturës midis pjesëve të ngrohjes dhe ftohjes.

KONFIGURIMET MODERNE STIRLING

Inxhinieria moderne bën dallimin midis tre llojeve kryesore të motorëve të tillë:

• stilimi alfa, ndryshimi i të cilit është në dy pistona aktivë të vendosur në cilindra të veçantë. Nga të tre opsionet këtë model ka fuqinë më të lartë, duke pasur temperaturën më të lartë të pistonit të ngrohjes;
• beta-styling, i bazuar në një cilindër, një pjesë e të cilit është e nxehtë dhe tjetra është e ftohtë;
• gama-styling, i cili, përveç pistonit, ka edhe një zhvendosës.

Prodhimi i termocentralit Stirling do të varet nga zgjedhja e modelit të motorit, i cili do të marrë parasysh të gjitha pozitivet dhe anët negative projekt i ngjashëm.

AVANTAZHET DHE DISAVANTAZHET

Për shkak të karakteristikave të tyre të projektimit, këta motorë kanë një sërë avantazhesh, por ato nuk janë pa disavantazhe.

Stacioni i energjisë desktop i Stirling, i cili nuk mund të blihet në një dyqan, por vetëm nga amatorë që mbledhin në mënyrë të pavarur pajisje të tilla, përfshijnë:

• dimensione të mëdha, të cilat shkaktohen nga nevoja për ftohje të vazhdueshme të pistonit të punës;
• përdorimi i presionit të lartë, i cili kërkohet për të përmirësuar performancën dhe fuqinë e motorit;
• humbja e nxehtësisë, e cila ndodh për shkak të faktit se nxehtësia e lëshuar nuk transferohet në vetë lëngun e punës, por përmes një sistemi të shkëmbyesve të nxehtësisë, ngrohja e të cilëve çon në një humbje të efikasitetit;
• një reduktim drastik i fuqisë kërkon zbatimin e parimeve të veçanta që ndryshojnë nga motorët tradicionalë me benzinë.

Së bashku me disavantazhet, termocentralet që operojnë në njësitë Stirling kanë avantazhe të pamohueshme:

• çdo lloj karburanti, pasi, si çdo motor që përdor energji termike, ky motor është i aftë të funksionojë me një ndryshim të temperaturës në çdo mjedis;
• rentabiliteti. Këto pajisje mund të jenë një zëvendësues i shkëlqyer i njësive me avull në rastet e nevojës për përpunimin e energjisë diellore, duke dhënë një efikasitet 30% më të lartë;
• Siguria mjedisore. Meqenëse termocentrali i tavolinës kW nuk krijon një moment shkarkimi, ai nuk gjeneron zhurmë dhe nuk lëshon substanca të dëmshme në atmosferë. Nxehtësia e zakonshme vepron si burim energjie dhe karburanti digjet pothuajse plotësisht;
• thjeshtësi konstruktive. Për punën e tij, Stirling nuk kërkon pjesë ose pajisje shtesë. Është në gjendje të fillojë në mënyrë të pavarur pa përdorur një startues;
• jetëgjatësia e rritur e shërbimit. Për shkak të thjeshtësisë së tij, motori mund të sigurojë më shumë se njëqind orë funksionim të vazhdueshëm.

APLIKACIONET E MOTORIT STIRLING

Motori Stirling përdoret më shpesh në situata kur kërkohet një pajisje për konvertimin e energjisë termike, e cila është e thjeshtë, ndërsa efikasiteti i llojeve të tjera të njësive termike është dukshëm më i ulët në kushte të ngjashme. Shumë shpesh, njësi të tilla përdoren për të fuqizuar pajisjet e pompimit, dhomat e ftohjes, nëndetëset, bateritë që ruajnë energji.

Një nga fushat premtuese të përdorimit të motorëve Stirling janë termocentralet diellore, pasi kjo njësi mund të përdoret me sukses për të kthyer energjinë e rrezeve të diellit në energji elektrike. Për të realizuar këtë proces, motori vendoset në fokusin e një pasqyre që grumbullon rrezet e diellit, e cila siguron ndriçim të përhershëm të zonës që kërkon ngrohje. Kjo lejon që energjia diellore të fokusohet në një zonë të vogël. Në këtë rast, karburanti për motorin është helium ose hidrogjen. publikuar nga

Cikli Stirling konsiderohet një aksesor i domosdoshëm i motorit Stirling. Ne te njejten kohe, studim i detajuar Parimet e funksionimit të shumë modeleve të krijuara deri më sot, tregojnë se një pjesë e konsiderueshme e tyre kanë një cikël funksionimi që është i ndryshëm nga cikli Stirling. Për shembull, stilimi alfa me diametra të ndryshëm pistoni ka një cikël që është më i ngjashëm me atë të Ericsson. Konfigurimet beta dhe gama, të cilat kanë një diametër mjaft të madh të shufrës në pistonin e zhvendosjes, gjithashtu zënë një pozicion të caktuar ndërmjetës midis cikleve Stirling dhe Ericsson.

Kur zhvendosësi lëviz në konfigurimin beta, ndryshimi në gjendjen e lëngut të punës nuk ndodh përgjatë izokorës, por përgjatë një linje të pjerrët të ndërmjetme midis izokorës dhe izobarit. Me një raport të caktuar të diametrit të shufrës me diametrin total të zhvendosësit, mund të merret një izobar (ky raport varet nga temperaturat e funksionimit). Në këtë rast, pistoni, i cili më parë ishte një piston pune, luan vetëm një rol ndihmës, dhe shufra zhvendosëse bëhet një piston i vërtetë pune. Fuqia specifike e një motori të tillë rezulton të jetë rreth 2 herë më e lartë se në stilin e zakonshëm, humbje më të ulëta të fërkimit, pasi presioni në piston është më uniform. Një pamje e ngjashme në stilin alfa me diametra të ndryshëm të pistonit. Një motor me një diagram të ndërmjetëm mund të ketë një ngarkesë të shpërndarë në mënyrë të barabartë midis pistonëve, domethënë midis pistonit të punës dhe shufrës së zhvendosjes.

Një avantazh i rëndësishëm funksionimi i motorit sipas ciklit Ericsson ose afër tij është që izokora zëvendësohet nga një izobar ose një proces afër tij. Kur lëngu i punës zgjerohet përgjatë izobarit, nuk ka ndryshime në presion, nuk ka shkëmbim nxehtësie, përveç transferimit të nxehtësisë nga rekuperatori në lëngun e punës. Dhe kjo ngrohje bën menjëherë punë të dobishme.Me komprimim izobarik nxehtësia kalon në rekuperator.
Në ciklin Stirling, kur lëngu i punës nxehet ose ftohet përgjatë izokorit, ndodhin humbje të nxehtësisë të shoqëruara me procese izotermike në ngrohës dhe ftohës.

Konfigurimi

Inxhinierët i klasifikojnë motorët Stirling në tre tipe te ndryshme:

• Alfa Stirling- përmban dy pistona të veçantë të fuqisë në cilindra të veçantë. Një piston është i nxehtë, tjetri është i ftohtë. Cilindri i pistonit të nxehtë është në shkëmbyesin e nxehtësisë me një temperaturë më të lartë, ndërsa cilindri i pistonit të ftohtë është në shkëmbyesin e nxehtësisë më të ftohtë. Ky lloj motori ka një raport mjaft të lartë fuqie-volumi, 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- ka vetëm një cilindër, i nxehtë nga njëri skaj dhe i ftohtë nga tjetri. Një piston (nga i cili hiqet fuqia) dhe një "zhvendësues" lëvizin brenda cilindrit, duke ndryshuar vëllimin e zgavrës së nxehtë. Gazi pompohet nga pjesa e ftohtë në pjesën e nxehtë të cilindrit përmes rigjeneruesit. Rigjeneruesi mund të jetë i jashtëm, si pjesë e një shkëmbyesi nxehtësie, ose mund të kombinohet me një pistoni me zhvendosje.

• Gama Stirling- ka gjithashtu një piston dhe një "zhvendësues", 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 njëri skaj dhe i ftohtë nga tjetri (ka një "zhvendësues" 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.

Ekzistojnë gjithashtu lloje të motorit Stirling që nuk përfshihen në tre llojet e mësipërme klasike:

• Motor rrotullues Stirling- problemet e ngushtësisë u zgjidhën (patenta e Mukhin për një hyrje të mbyllur të rrotullimit (GVV), një medalje argjendi për ekspozitë ndërkombëtare në Bruksel "Eureka-96") dhe vëllimi (nuk ka mekanizëm fiksimi, pasi motori është rrotullues).

Të metat

• Konsumi i materialit- pengesa kryesore e motorit. Në motorët me djegie të jashtme në përgjithësi dhe në motorin 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, duhet aplikuar presione të larta (mbi 100 atm) dhe lloje të veçanta të lëngut punues- hidrogjen, helium.

• Nxehtësia nuk furnizohet drejtpërdrejt në lëngun e punës, por vetëm përmes mureve të shkëmbyesve të nxehtësisë. Muret kanë përçueshmëri të kufizuar termike, gjë që e bën efikasitetin më të ulët se sa pritej. Një shkëmbyes i nxehtë funksionon në kushte shumë stresuese të transferimit të nxehtësisë dhe në kushte shumë të vështira presione të larta, e cila kërkon përdorimin e cilësisë së lartë dhe materiale të shtrenjta... Projektimi i një shkëmbyesi nxehtësie që plotëson kërkesat kontradiktore është i vështirë. Sa më e lartë të jetë zona e shkëmbimit të nxehtësisë, aq më pak humbje nxehtësie. 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 është i ngadalshëm për t'iu përgjigjur ndryshimeve në rrjedhën e nxehtësisë në cilindër dhe mund të mos japë menjëherë fuqinë e kërkuar kur nis.

• Metodat përdoren për të ndryshuar shpejt fuqinë e motorit nga ato të përdorura në motorët me djegie të brendshme: rezervuari tampon me volum të ndryshueshëm, ndryshimi i presionit mesatar të lëngut të punës në dhoma, ndryshimi i këndit të fazës midis pistonit të punës dhe zhvendosësit. Në rastin e fundit, reagimi i motorit ndaj veprimit të kontrollit të shoferit është pothuajse i menjëhershëm.

Përparësitë

Sidoqoftë, motori Stirling ka avantazhe që e bëjnë të nevojshme zhvillimin e tij.

• Motori "i gjithëngrënës".- si të gjithë motorët me djegie të jashtme (ose më mirë, furnizimi me nxehtësi të jashtme), një motor Stirling mund të funksionojë nga pothuajse çdo ndryshim i temperaturës: për shembull, midis shtresave të ndryshme të ujit në oqean, nga dielli, nga një ngrohës bërthamor ose izotop, qymyri ose sobë druri, etj.
• 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 starter. Karakteristikat e tij bëjnë të mundur heqjen e kutisë së marsheve. Megjithatë, siç u përmend më lart, ai ka një konsum më të lartë të materialit.
• Rritja e burimeve- thjeshtësia e dizajnit, mungesa e shumë njësive "delikate" lejon që stirling të sigurojë një burim të paparë për motorët e tjerë në dhjetëra e qindra mijëra orë funksionim të vazhdueshëm.
• Rentabiliteti- në rastin e shndërrimit të energjisë diellore në energji elektrike, stirlingët ndonjëherë japin efikasitet më të lartë (deri në 31,25%) se motorët me avull.
• Motorri i heshtur- Stilimi nuk ka shter, që do të thotë se nuk bën zhurmë. Beta-stili me një mekanizëm rombik është një pajisje e ekuilibruar në mënyrë të përkryer dhe, me një cilësi mjaftueshëm të lartë pune, nuk ka as dridhje (amplituda e dridhjeve është më e vogël se 0,0038 mm).
• Miqësia ndaj mjedisit- Vetë Stirling nuk ka asnjë pjesë apo proces që mund të kontribuojë në ndotjen e mjedisit. Nuk e konsumon lëngun e punës. Mirëdashësi mjedisore e motorit është kryesisht për shkak të mirëdashësisë mjedisore të burimit të nxehtësisë. Vlen gjithashtu të përmendet se është më e lehtë të sigurohet plotësia e djegies së karburantit në një motor me djegie të jashtme sesa në një motor me djegie të brendshme.

Aplikacion

Motor stirling me alternator linear

Motori Stirling është i aplikueshëm në rastet kur kërkohet një konvertues kompakt i energjisë termike, i thjeshtë në dizajn, ose kur efikasiteti i motorëve të tjerë të nxehtësisë është më i ulët: për shembull, nëse diferenca e temperaturës nuk është e mjaftueshme për të funksionuar një turbinë me avull ose gaz.

Termoakustika është një degë e fizikës për transformimin e ndërsjellë të energjisë termike dhe akustike. Ajo u formua në kryqëzimin e termodinamikës dhe akustikës. Prandaj emri. Kjo shkencë është shumë e re. Ajo u shfaq si një disiplinë e pavarur në fund të viteve 70 të shekullit të kaluar, kur zvicerani Nikalaus Rott përfundoi punën mbi bazat matematikore të termoakustikës lineare. E megjithatë nuk u shfaq nga hiçi. Shfaqja e tij u parapri nga zbulimi i efekteve interesante që thjesht duhet t'i konsiderojmë.

KU FILLOI
Termoakustika ka një histori të gjatë që daton më shumë se dy shekuj.

Regjistrimet e para zyrtare të dridhjeve të gjeneruara nga nxehtësia u bënë nga Higgins në 1777. Ai eksperimentoi me një tub qelqi të hapur në të cilin vibrimet akustike ngacmoheshin nga një djegës hidrogjeni i vendosur në një mënyrë specifike. Kjo përvojë hyri në histori si Flaka e Këndimit të Higgins.

Figura 1. Flaka e Këndimit të Higgins

Megjithatë, fizikantët modernë janë më të njohur për një tjetër eksperiment, të quajtur "tubi Rijke". Gjatë eksperimenteve të tij, Rijke krijoi një të re instrument muzikor nga tubi i organit. Ai zëvendësoi flakën e hidrogjenit të Higgins me një ekran teli të ndezur dhe eksperimentalisht tregoi se tingulli më i fortë prodhohet kur ekrani ndodhet një e katërta e tubit nga skaji i poshtëm i tij. Lëkundjet u ndalën kur fundi i sipërm i tubit u mbulua. Kjo vërtetoi se një shtytje gjatësore konvektive kërkohej për të gjeneruar tingull. Puna e Higgins dhe Rijke më vonë shërbeu si bazë për lindjen e shkencës së djegies, e cila sot përdoret kudo që përdoret ky fenomen.

Figura 2. Tubi Rijke.

djegia e faturave të pluhurit për të motorët e raketave... Mijëra disertacione në të gjithë botën i kushtohen fenomeneve që ndodhin në tubin Rijke, por interesi për këtë pajisje nuk është zbehur deri më sot.

Në vitin 1850 Sondhauss trajtoi një fenomen të çuditshëm që fryrësit e xhamit vëzhgojnë në punën e tyre. Kur fryrja sferike e qelqit e nxehtë detyron ajrin në skajin e ftohtë të tubit të ventilatorit, gjenerohet tingull i pastër. Duke analizuar fenomenin, Sondhauss zbuloi se zëri gjenerohet kur nxehet një fryrje në formë topi në fund të një tubi. Në këtë rast, tingulli ndryshon me ndryshimin e gjatësisë së tubit. Ndryshe nga tubi Rijke, tubi Sondhauss nuk varej nga shtytja konvektive.

Figura 3. Tubi Sondhauss.

Një eksperiment i ngjashëm u krye më vonë nga Takonis. Ndryshe nga Sondhauss, ai nuk e ngrohi fundin e tubit, por e ftohte me një lëng kriogjenik. Kjo vërtetoi se nuk është ngrohja ajo që është e rëndësishme për gjenerimin e zërit, por ndryshimi i temperaturës.
Analiza e parë cilësore e luhatjeve të shkaktuara nga nxehtësia u dha në 1887 nga Lord Rayleigh. Shpjegimi i fenomeneve të mësipërme i formuluar nga Rayleigh tani njihet për termoakustikën si parimi i Rayleigh. Tingëllon diçka si kjo: “Nëse nxehtësia transferohet në gaz në momentin e ngjeshjes më të madhe ose nxehtësia largohet në momentin e vakumit më të lartë, atëherë kjo stimulon lëkundjet. »Megjithë thjeshtësinë e tij, ky formulim përshkruan plotësisht efektin e drejtpërdrejtë termoakustik, domethënë shndërrimin e energjisë termike në energji të zërit.

Efekti i vorbullës

Efekti i vorbullës(efekti Rank-Hilsch, eng. Efekti Ranque-Hilsch) - efekti i ndarjes së një gazi ose lëngu kur rrotullohet në një dhomë cilindrike ose konike në dy fraksione. Në periferi, formohet një rrjedhë rrotulluese me një temperaturë më të lartë, dhe në qendër - një rrjedhë e ftohur rrotulluese, dhe rrotullimi në qendër ndodh në drejtim të kundërt sesa në periferi. Efekti u zbulua për herë të parë nga inxhinieri francez Joseph Rank në fund të viteve 1920 kur mati temperaturën në një ciklon industrial. Në fund të vitit 1931 J. Rank aplikoi për një pajisje të shpikur, të cilën ai e quajti "Tuba Vortex" (në literaturë gjendet si një tub Ranke). Patenta u bë e mundur vetëm në vitin 1934 në Amerikë (US Patent Nr. 1952281). Aktualisht, janë implementuar një sërë pajisjesh që përdorin efektin e vorbullës, pajisjet vorbull. Bëhet fjalë për "dhomat e vorbullës" për ndarjen kimike të substancave nën veprimin e forcave centrifugale dhe "tubat e vorbullës" që përdoren si burim ftohjeje.

Lëvizja e vorbullës ka qenë objekt i shumë studimeve shkencore që nga vitet 1960. Konferenca të specializuara mbi efektin e vorbullës mbahen rregullisht, për shembull, në Universitetin e Hapësirës Ajrore Samara.

Gjeneruesit e nxehtësisë Vortex dhe mikrokondicionerët ekzistojnë dhe përdoren.

Në këtë botë ka gjëra që janë të zgjuara, të pakuptueshme dhe krejtësisht joreale. Aq joreale sa duken se janë artefakte nga ndonjë univers paralel. Së bashku me motorin Stirling, tubin e radios me vakum dhe katrorin e zi të Malevich-it, këto objekte përfshijnë të ashtuquajturat. "Turbina Tesla".
Në përgjithësi tipar dallues të gjitha këto gjëra - thjeshtësi absolute. Jo mbithjeshtim, por thjeshtësi. Kjo do të thotë, si në krijimet e Mikelanxhelos - nuk ka asnjë "propozim" të tepërt, teknik ose semantik, vetëdije të pastër të mishëruar "në hekur" ose të spërkatur në kanavacë. Dhe me gjithë këtë, mosqarkullimi absolut. Sheshi i Zi është një lloj "ort" arti. Nuk mund të ketë të dytë të tillë të shkruar nga një artist tjetër.

E gjithë kjo vlen plotësisht për turbinën Tesla. Strukturisht, ai përbëhet nga disa (10-15) disqe të hollë të montuar në boshtin e turbinës në një distancë të shkurtër nga njëri-tjetri dhe të vendosur në një këllëf që i ngjan një bilbil policie.

Nuk ka nevojë të shpjegohet se rotori i diskut është shumë më i avancuar teknologjik dhe më i besueshëm se edhe "rrota Laval", unë tashmë hesht për rotorët e turbinave konvencionale. Ky është avantazhi i parë i sistemit. E dyta është se, ndryshe nga llojet e tjera të turbinave, ku duhen marrë masa të veçanta për laminarizimin e rrjedhës së lëngut punues. Në një turbinë Tesla, lëngu i punës (i cili mund të jetë ajri, avulli apo edhe lëng) rrjedh rreptësisht në mënyrë laminare. Prandaj, humbjet për shkak të fërkimit dinamik të gazit në të reduktohen në zero: efikasiteti i turbinës është 95%.

Sidoqoftë, duhet të kihet parasysh se efikasiteti i një turbine dhe efikasiteti i një cikli termodinamik janë gjëra disi të ndryshme. Efikasiteti i një turbine mund të karakterizohet si raporti i energjisë së konvertuar në energji mekanike në boshtin e rotorit të turbinës me energjinë e ciklit të punës (d.m.th., ndryshimi midis energjive fillestare dhe përfundimtare të lëngut të punës). Pra, efikasiteti i turbinave moderne me avull është gjithashtu shumë i lartë - 95-98%, megjithatë, efikasiteti i ciklit termodinamik, për shkak të një numri kufizimesh, nuk kalon 40-50%.

Parimi i funksionimit të turbinës bazohet në faktin se lëngu i punës (le të themi - gaz), duke u përdredhur në zorrë, për shkak të fërkimit, "tërheq" rotorin së bashku me të. Në të njëjtën kohë, duke i dhënë një pjesë të energjisë rotorit, gazi ngadalësohet dhe për shkak të forcës Coriolis që lind nga ndërveprimi me rotorin, si gjethet e çajit në çaj, ai "rrotullohet" në boshtin e rotorit, ku ka vrima të posaçme nëpër të cilat hiqet lëngu punues i “shpenzuar”.
Turbina Tesla, si turbina Laval, konverton energjinë kinetike të lëngut të punës. Kjo është, transformimi i energjisë potenciale (për shembull ajri i kompresuar ose avulli i mbinxehur) në atë kinetik duhet të prodhohet përpara se të ushqehet rotori i turbinës duke përdorur një grykë. Sidoqoftë, turbina Laval, me një efikasitet mjaft të lartë në tërësi, doli të ishte jashtëzakonisht joefektive në rrotullime të ulëta, gjë që bëri të domosdoshëm projektimin e kutive të shpejtësisë, përmasat dhe masa e të cilave ishin shumë herë më të mëdha se përmasat dhe masa e vetë turbinës. Dallimi themelor midis turbinës Tesla është fakti se ajo funksionon me mjaft efikasitet në një gamë të gjerë shpejtësish rrotulluese, gjë që bën të mundur lidhjen e drejtpërdrejtë të boshtit të saj me gjeneratorin. Për më tepër, turbina Tesla është lehtësisht e kthyeshme.

Është interesante se vetë Nikola Tesla e pozicionoi shpikjen e tij si një mënyrë për përdorimin shumë efikas të energjisë gjeotermale, të cilën ai e konsideroi energjinë e së ardhmes. Përveç kësaj, një turbinë pa asnjë ndryshim mund të shndërrohet në një pompë vakumi shumë efikase - thjesht rrotulloni boshtin e saj nga një turbinë tjetër ose motor elektrik.

Efektiviteti teknologjik i turbinës Tesla bën të mundur prodhimin e varianteve të saj fjalë për fjalë nga çdo gjë: një rotor disku mund të bëhet nga CD të vjetra ose "petulla" nga një "hard drive" i dështuar kompjuterik. Në të njëjtën kohë, fuqia e një motori të tillë, pavarësisht materialeve dhe dimensioneve "lodër", rezulton të jetë shumë mbresëlënëse. Duke folur për dimensionet: motor 110 kf. nuk ishte më shumë se njësia e sistemit të kompjuterit aktual personal.

Renditja e pajisjeve me efekt

Efekti Rank tërhoqi shpikësit që në fillim me thjeshtësinë e tij në dukje zbatimi teknik- në fakt, zbatimi më i thjeshtë tub vorbullështë një copë tubi, më i zakonshmi, ku rryma fillestare ushqehet në mënyrë tangjenciale nga njëra anë, dhe një diafragmë unazore është instaluar në skajin e kundërt, dhe pjesa e ftohur e rrjedhës del nga vrima e saj e brendshme, dhe nga hendeku midis buzë e jashtme diafragma dhe sipërfaqja e brendshme e tubit - pjesa e tij e nxehtë. Sidoqoftë, në realitet, jo gjithçka është aq e thjeshtë - nuk është gjithmonë e mundur të arrihet një ndarje efektive, dhe efikasiteti i instalimeve të tilla zakonisht është dukshëm inferior ndaj pompave të nxehtësisë së kompresorit të përhapur. Përveç kësaj, parametrat e një njësie të efektit Ranque zakonisht llogariten për një fuqi specifike, të përcaktuar nga shpejtësia dhe shpejtësia e rrjedhës së materialit të rrjedhës fillestare, dhe kur parametrat e rrjedhës së hyrjes devijojnë nga vlerat optimale, efikasiteti i tubi i vorbullës përkeqësohet ndjeshëm. Sidoqoftë, duhet të theksohet se aftësitë e disa instalimeve të bazuara në efektin Rank frymëzojnë respekt - për shembull, ftohja rekord e arritur në një fazë është më shumë se 200 ° C!

Sidoqoftë, duke marrë parasysh klimën tonë, përdorimi i efektit Ranque për ngrohje është me interes shumë më të madh, dhe në të njëjtën kohë do të doja gjithashtu të mos shkoja përtej "mjetet e improvizuara".

Thelbi i efektit Rank

Kur rrjedha e gazit ose e lëngut lëviz përgjatë sipërfaqes së rrotullimit pa probleme të tubit, afër murit të saj të jashtëm formohet një zonë me presion dhe temperaturë të rritur, dhe afër pjesës së brendshme (ose në qendër të zgavrës, nëse gazi rrotullohet mbi sipërfaqen e një ene cilindrike). Ky fenomen i njohur quhet efekti Rank me emrin e inxhinierit francez Joseph Rank, i cili e zbuloi atë në 1931 (G.J. Ranque, ndonjëherë ata shkruajnë "Ranke"), ose efekti Rank-Hilsch(Gjermani Robert Hilsh vazhdoi studimin e tij për këtë efekt në gjysmën e dytë të viteve 1940 dhe përmirësoi efikasitetin e tubit të vorbullës Rank). Strukturat që përdorin efektin Ranque janë një lloj pompe nxehtësie, energjia për funksionimin e së cilës merret nga ventilatori, i cili krijon një rrjedhje të lëngut të punës në hyrjen e tubit.

Paradoksi i efektit Rank është se forcat centrifugale në një rrjedhë rrotulluese janë të drejtuara nga jashtë. Siç e dini, shtresat më të ngrohta të gazit ose lëngut kanë një densitet më të ulët dhe duhet të ngrihen lart, dhe në rastin e forcave centrifugale - priren në qendër, ato më të ftohta kanë një densitet më të lartë dhe, në përputhje me rrethanat, duhet të priren në periferi. Ndërkohë, në shpejtësi e lartë një rrjedhë rrotulluese, gjithçka ndodh pikërisht e kundërta!

Efekti Ranque manifestohet si për një rrjedhje gazi ashtu edhe për një rrjedhje të lëngshme, e cila, siç dihet, është praktikisht e pakompresueshme dhe për këtë arsye faktori adiabatik i ngjeshjes / zgjerimit është i pazbatueshëm për të. Sidoqoftë, në rastin e një lëngu, efekti Ranque zakonisht është shumë më pak i theksuar - ndoshta për këtë arsye, dhe rruga shumë e vogël mesatare e lirë e grimcave e bën të vështirë manifestimin. Por kjo është e vërtetë nëse mbetemi brenda kornizës së teorisë kinetike molekulare tradicionale dhe efekti mund të ketë arsye krejtësisht të ndryshme.

Sipas mendimit tim, në ky moment përshkrimi më i plotë dhe më i besueshëm shkencor i efektit Rank është paraqitur në artikullin e A.F. Gutsol (në format pdf). Çuditërisht, në thelb, përfundimet e tij për thelbin e fenomenit përkojnë me ato të marra nga ne "në gishta". Fatkeqësisht, ai injoron faktorin e parë (ngjeshja adiabatike e gazit në rrezen e jashtme dhe zgjerimi në rrezen e brendshme), i cili, për mendimin tim, është shumë domethënës kur përdorni gazra të ngjeshshëm, megjithëse vepron vetëm brenda pajisjes. Dhe faktori i dytë quhet nga AF Gutsol "ndarja e mikrovolumeve të shpejta dhe të ngadalta".