Секрет изобретения двигателя Стирлинга.

Роберт Стирлинг, священнослужитель из Шотландии, запатентовал двигатель c одноименным названием в 1816 году. За два столетия с момента его создания двигатель практически не использовался, несмотря на многочисленные преимущества. Двигатель имеет четыре основных компонента: камера нагрева, камера охлаждения, теплообменник и кривошипно-поршневой механизм. Роберт Стирлинг создал свой первый функциональный двигатель в 1818 году, который использовался для откачки воды из карьера. Первоначально он назывался двигателем на горячем воздухом, но теперь его называют изобретатели.

Чертеж Роберта Стирлинга для патента двигателя

Двигатели Стирлинга могут быть разработаны во многих простых формах и вариациях. Есть два основных преимущества двигателя Стирлинга, которые отличают его от других двигателей. Во-первых, двигатели Стирлинга имеют закрытую систему, поэтому им не нужно потребление воздуха извне и выхлопа, соответственно — никакого нет. Это свойство идеально подходит в условиях ограниченного пространства, такого как, например, подводная лодка, где количество воздуха ограничено. Во-вторых, нагревательная часть двигателя должна быть отделена от охлаждающей секции, что означает, что двигатель может быть спроектирован с исключительной изменчивостью конструкции. Кроме того, сгорание вообще не происходит внутри двигателя Стирлинга, поэтому блок может быть изготовлено из различных материалов. Однако, двигатель требует особенных теплопроводящих материалов для холодной и горячей секции

Более модифицированная и улучшенная версия двигателя Стирлинга появилась в 1846 году, патенты на которую были поданы на имя Роберта и его брата Джеймса Стерлинга. По сравнению с паровыми двигателями двигатель Стирлинга может достигать КПД более 50%. Эффективность двигателя Стирлинга увеличивается с увеличением разницы температур между горячим и холодным источником.

Двигатель Стирлинга не требует сгорания внутри двигателя. Высококачественные виды топлива, такие как бензин и дизельное топливо, разработаны таким образом, что они оставляют наименьшее количество частиц в двигателе. Преимущество двигателя Стирлинга заключается в том, что даже низкокачественное топливо может сжигаться снаружи, а тепло поступать в двигатель. Таким образом, можно использовать низкосортный уголь, древесину, солому и биомассу. Все, что горит, может быть использовано в качестве источника тепла.

Двигатель Стирлинга на протяжении более столетия был практически забыт лдьми совершенно напрасно. Однако с ростом востребованности возобновляемой энергии и заинтересованностью в достижении нулевого уровня выбросов углерода двигатель Стирлинга снова в центре внимания


Двигатели Стирлинга — чрезвычайно простые устройства и поэтому могут быть легко изгоовлены. В Интернете доступны модели двигателей Стирлинга различных размеров, которые можно приобрести всего за 1 тыс. руб.. Простота конструкции позволяет собрать ее даже непрофессионалу. Некоторые из двигателей настолько чувствительны, что могут работать от тепла от ладони или тепла от чайной чашки. Эти двигатели отлично подходят для демонстрации в учебном классе. Обратите внимание, что были разработаны двигатели Стирлинга с высокой чувствительностью, которые могут работать при разнице температур горячей и холодной секции — 0,5 ° C. На YouTube можно найти несколько видеороликов, в которых доступно пошаговое руководство по изготовлению двигателя из обычных деталей, встречающихся в домашнем хозяйстве.

Термодинамический цикл.

Изотермическое расширение
Изо-хорический отвод тепла
Изотермическое сжатие
Постоянное добавление тепла
Площадь под кривой «1» минус площадь под кривой «2» соответствует проделанной работе.

Существуют три различные конфигурации двигателей Стирлинга в зависимости от того, как воздух перемещается между горячей и холодной областями. Эти конфигурации называются альфа (два цилиндра), бета (один цилиндр) и гамма (два цилиндра). Были проверены различные рабочие жидкости, включая материалы с фазовым переходом. Воздух, однако, чаще всего используется из-за его обилия. Гелий, водород, азот, метан и аммиак также пробовались на роль наполнителя. Однако все газы легче воздуха. Жидкостные поршневые двигатели Стирлинга также имеют свои определенные преимущества и изучаются. Водород из-за его низкой вязкости и высокой теплопроводности идеально подходит для термодинамического процесса, однако предотвращение утечки водорода затруднительно, и герметизация может увеличить стоимость. Из-за его низкой плотности мощности двигатели Стирлинга в основном используются в статических приложениях.

Интересные применения двигателей Стирлинга
Программа НАСА (Automotive Stirling Engine Program) привела к разработке автомобилей Stirling Engine в 1970-х годах. AMC Spirit использовался для экспериментального двигателя Стирлинга вместе с Dodge D-150, Chevrolet Celebrity и кубическим фургоном GM G-Chassis. Все автомобили были тщательно протестированы на 50 000 миль. Однако из-за отсутствия коммерческого интереса и сокращения финансирования программа была отменена. Были две основные причины подавленного энтузиазма автопроизводителей. Во-первых, двигателю потребовалось время для прогрева, а для изменения скорости также требуется слишком много времени.

Двигатель под капотом AMC Spirit

В 1980-х годах шведская компания Kockums установила двигатель Stirling на подводной лодке Королевского военно-морского флота Näcken. С тех пор три другие подводные лодки в ВМС Швеции установили этот двигатель. Для подводных движений двигатель Sterling помогает сжигать жидкий кислород, хранящийся в криогенных резервуарах, с дизельным топливом. В результате сгорания создается более высокое давление внутри камеры сгорания по сравнению с давлением окружающей воды, в которой газ выпускается. Таким образом, разница в давлении обеспечивает движение. Двигатель Стирлинга также использовался ВМС Австралии для перемещения 3000-тонной подводной лодки. После Второй мировой войны Philips Electronics также разработала 90-сильный двигатель Стирлинга для морского использования.

Phillips MP1002CA Generator (на основе двигателя Стирлинга)

За последнее десятилетие системы зеркальных тарелок Solar Stirling стали чрезвычайно популярным вариантом для источника работы двигателей Стирлинга в засушливых районах с достаточным количеством солнечного.

Двигатели Стирлинга являются гибкими и могут использоваться как для отопления, так и для охлаждения. Поэтому его применение в качестве теплового насоса является естественным.

Чрезвычайно интересным применением двигателя Стирлинга являются криоохладители. Двигатели Стирлинга могут использоваться для получения чрезвычайно низких температур (ниже -150 ° C). Низкая температура позволяет использовать его во многих других областях, например, для сжижения газов, для изготовления металлических сверхпроводников.

Двигатели Стирлинга также полезны для микро-ТЭЦ (комбинированного производства тепла и энергии). Небольшие мусоросжигательные заводы могут использоваться в сочетании с двигателями Стирлинга для производства электроэнергии на сжигаемых отходах.

В космосе температура спутников сильно варьируется в зависимости от положения. Спутниковая часть, обращенная к солнцу, имеет гораздо более высокую температуру по сравнению с частью, смотрящей в дальний космос. По этой причине двигатели Стирлинга считаются достаточно перспективным источником энергии на спутниках в космосе наряду с солнечными батареями.

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Оставить комментарий