Stirling-motoren er prinsippet om drift. Lav temperatur Stirling motor (foto)

Stirling-motoren, operasjonsprinsippet som er kvalitativt forskjellig fra den vanlige motoren for alle ICE, var en gang den siste verdige konkurransen. Men de glemte det for en stund. Hvordan er denne motoren brukt i dag, hva er prinsippet for operasjonen (i artikkelen finner du også tegninger av Stirling-motoren, som tydelig viser sitt arbeid), og hva er utsiktene til fremtidig bruk, les nedenfor.

historien

I 1816 i Skottland ble Robert Stirling, en termisk maskin patentert , oppkalt i dag til ære for sin oppfinner. De første motorer av varmluft ble oppfunnet selv før den. Men Stirling la til en renere på enheten, som i teknisk litteratur kalles en regenerator, eller en varmeveksler. Takket være det økte motorens ytelse når enheten ble holdt varm.

Motoren ble anerkjent som den mest holdbare dampmotor tilgjengelig på den tiden, siden den aldri eksploderte. Før det på andre motorer oppsto et slikt problem ofte. Til tross for sin hurtige suksess ble utviklingen i begynnelsen av det tjuende århundre forlatt, da den ble mindre økonomisk, sammenlignet med de da viste andre forbrenningsmotorer og elektriske motorer. Stirling ble imidlertid fortsatt brukt i enkelte bransjer.

Ekstern forbrenningsmotor

Prinsippet for drift av alle termiske motorer er at større mekaniske krefter kreves for å produsere gass i ekspandert tilstand enn ved komprimering av den kalde. For en visuell demonstrasjon av dette kan du gjennomføre et eksperiment med to potter fylt med kaldt og varmt vann, samt en flaske. Sistnevnte senkes ned i kaldt vann, plugges med en stopper, og overføres deretter til et varmt vann. Samtidig begynner gassen i flasken å utføre mekanisk arbeid og skyver ut korken. Den første eksterne forbrenningsmotoren var helt basert på denne prosessen. Imidlertid skjønte oppfinneren senere at noe av varmen kan brukes til oppvarming. Dermed har produktiviteten økt betydelig. Men selv dette bidro ikke til at motoren ble vanlig.

Senere forbedret Ericson, en ingeniør fra Sverige, designet ved å foreslå å avkjøle og varme gassen ved konstant trykk i stedet for volum. Som et resultat ble mange eksemplarer brukt til å jobbe i gruver, på skip og i trykkerier. Men for mannskapene var de for tunge.

Eksterne forbrenningsmotorer fra Philips

Slike motorer er av følgende typer:

• damp;
• Damp turbin;
• Stirling.

Sistnevnte utviklet seg ikke på grunn av lav pålitelighet og de resterende ikke den høyeste ytelsen i forhold til andre typer aggregater som har oppstått. Men i 1938 gjenopptok Philips sitt arbeid. Motoren begynte å tjene til stasjoner av generatorer i ikke-elektrifiserte områder. I 1945 fant ingeniører fra firmaet dem motsatt søknad: Hvis akselen er avviklet av en elektrisk motor, kommer kjøling av sylinderhodet til minus hundre og nitti grader Celsius. Da ble det bestemt å bruke i kjøleenhetene en forbedret Stirling-motor.

Operasjonsprinsipp

Virkningen av motoren er å arbeide med termodynamiske sykluser der kompresjon og ekspansjon finner sted ved forskjellige temperaturer. I dette tilfellet blir strømningsreguleringen av arbeidsfluidet realisert på grunn av endringsvolumet (eller trykket - avhengig av modellen). Dette er prinsippet om drift av de fleste slike maskiner, som kan ha forskjellige funksjoner og konstruktive ordninger. Motorene kan være stempel eller roterende. Maskiner med sine anlegg fungerer som varmepumper, kjøleskap, trykkgeneratorer og så videre.

I tillegg er det åpne syklusmotorer der strømningsregulering utføres ved hjelp av ventiler. De kalles Ericksons motorer, bortsett fra det vanlige navnet på Stirlings navn. I ICE utføres nyttig arbeid etter forutgående komprimering av luft, injeksjon av drivstoff, oppvarming av den resulterende blanding spredt med forbrenning og ekspansjon.

Stirling-motoren har samme driftsprinsipp: Ved lav temperatur skjer kompresjon, og ved høy temperatur - ekspansjon. Men på annen måte utføres oppvarming: varme leveres via sylinderens vegg fra utsiden. Derfor ble det kalt den eksterne forbrenningsmotoren. Stirling brukte en periodisk temperaturendring med et forskyvningsstempel. Den sistnevnte flytter gassen fra en sylinderhule til en annen. På den ene siden er temperaturen konstant lav, og på den annen side - høy. Når stempelet beveger seg oppover, beveger gassen fra det varme til det kalde hulrommet, og nedover - det vender tilbake til det varme. For det første gir gassen mye varme til kjøleskapet, og så fra ovnen blir så mye som det ga. Mellom varmeapparatet og kjøleskapet er det en regenerator - et hulrom fylt med materiale som gassen gir av varme. Med omvendt strøm, returnerer regeneratoren den.

Drivsystemet er koblet til et arbeidstempel som komprimerer gassen i kulde og gjør det mulig å ekspandere i varmen. På grunn av kompresjon i lavere temperatur utføres det nyttig arbeid. Hele systemet går gjennom fire sykluser med intermitterende bevegelser. Vevmekanismen sikrer kontinuitet. Derfor er det ikke observert skarpe grenser mellom stadier av syklusen, og effektiviteten til Stirling-motoren reduseres ikke.

Gitt alle de ovennevnte konkluderer konklusjonen at denne motoren er en stempelmaskin med ekstern varmeforsyning, hvor arbeidsfluidet ikke forlater det innelukket rom og ikke erstattes. Tegningene på Stirling-motoren illustrerer godt utstyret og prinsippet om dets drift.

Arbeidsdetaljer

Solen, elektrisitet, kjernekraft eller annen varmekilde kan levere energi til Stirling-motoren. Prinsippet om kroppens arbeid er bruken av helium, hydrogen eller luft. Den ideelle syklusen har en termisk maksimal effektivitet, som er 30-30 prosent. Men med en effektiv regenerator vil den kunne arbeide med høyere effektivitet. Regenerering, oppvarming og kjøling leveres av de innebygde varmevekslerne som opererer uten oljer. Det skal bemerkes at motoren trenger svært lite smøring. Det gjennomsnittlige trykket i sylinderen er vanligvis 10 til 20 MPa. Derfor krever det et utmerket tetningssystem og muligheten for at olje kommer inn i arbeidshulene.

Sammenligningsegenskaper

I de fleste av dagens motorer av denne typen benyttes flytende brensel. Samtidig er kontinuerlig trykk lett å kontrollere, noe som bidrar til å redusere utslippene. Fraværet av ventiler sikrer stille drift. Kraft med en masse som er sammenlignbar med motorer med turbo, og den spesifikke effekten som mottas på utgangen, er lik indikatoren på dieselenheten. Hastighet og dreiemoment er ikke avhengig av hverandre.

Kostnaden for å produsere motoren er mye høyere enn på ICE. Men i drift oppnås det motsatte.

fordeler

Enhver Stirling motormodell har mange fordeler:

• Effektivitet i moderne design kan nå opptil sytti prosent.
• Motoren har ikke et høyspent-tenningssystem, en kamaksel og ventiler. Det trenger ikke å justeres i løpet av hele levetiden.
• I Stirling er det ingen eksplosjon, som i ICE, som tungt laster veivaksel, lagre og tilkoblingsstenger.
• De har ikke den effekten når de sier at motoren er dødd.
• På grunn av enkelheten til enheten kan den brukes i lang tid.
• Det kan fungere både på brensel, og med kjernekraft og andre typer brensel.
• Forbrenningen foregår utenfor motoren.

mangler

• Den største ulempen med designen er dens materielle forbruk.
• Arbeidsorganet må avkjøles, på grunn av hvilket dimensjonene øker betydelig.
• For å oppnå like egenskaper med ICE, er det nødvendig å bruke høyt trykk.
• Til arbeidsmiljøet leveres varme gjennom veggene til varmevekslere, der en begrenset varmeledningsevne.
• For å endre motoreffekten må du endre volumet av bufferkapasiteten, gjennomsnittstrykket til arbeidsfluidet, fasevinkelen mellom forskyvningen og stempelet.

søknad

For tiden brukes Stirling-motoren med generatoren i mange områder. Dette er en universell kilde til elektrisk energi i kjøleskap, pumper, ubåter og solkraftverk. Det er takket være bruken av ulike typer drivstoff at det er mulig å bruke det i stor grad.

gjenfødelse

Disse motorene begynte å utvikle seg igjen takket være Philips. I midten av det tjuende århundre inngikk hun en kontrakt med General Motors. Hun ledet utviklingen for anvendelse av Stirling i rom- og undervannsutstyr, på skip og biler. Etter dette begynte et annet selskap fra Sverige, United Stirling, å utvikle dem, inkludert mulig bruk på personbiler.

I dag brukes den lineære Stirling-motoren i installasjoner av undervanns-, rom- og solenheter. Stor interesse for det skyldes at det haster med problemer med forverring av miljøsituasjonen, samt kampen mot støy. I Canada og USA, Tyskland og Frankrike, så vel som Japan, er det aktive søk på utvikling og forbedring av bruken.

fremtiden

De åpenbare fordelene med Stirling stempel og roterende motor , som består av et stort levetid, bruk av forskjellige brensel, støy og lav giftighet, gjør det veldig lovende mot bakgrunnen av en forbrenningsmotor. Men med tanke på at ICE har blitt forbedret over hele tiden, kan det ikke lett skiftes. På en eller annen måte er det denne motoren som for tiden har en ledende stilling, og det er ikke ment å overta dem i nær fremtid.