Двигатель стирлинга на машинке: Двигатели Стирлинга . Товары и услуги компании «Галерея подарков «Geschenk»»

Воздушная машина преподобного Стирлинга: К седьмому небу

Таким образом, если нам не нужно часто запускать и останавливать машину, а также менять ее мощность и при этом у нас есть источник тепла, хорошее охлаждение и неограниченный размер — вряд ли существует что-то более подходящее, чем двигатель Стирлинга.

При жизни изобретателя двигатель не слишком успешно пытался конкурировать с паровыми машинами. Один из двигателей мощностью в полсотни лошадиных сил с КПД около 10% (что превышало аналогичный показатель паровых машин), построенный Робертом и его младшим братом Джеймсом, несколько лет проработал в литейном цехе в Данди в середине 1840-х. Затем горячий цилиндр лопнул: тогда не существовало жаропрочных сталей, поэтому создать надежные и долговечные детали машин из мягкого железа было проблематично. Впрочем, то же самое относилось и к паровым машинам. Возможно, поэтому Роберт Стирлинг в одном из своих писем 1876 года особо отмечал важность изобретения Генри Бессемера — процесса, который позволял получать не мягкое железо, а твердую и прочную сталь, делающую паровые машины значительно более безопасными. Стирлинг выражал надежду, что сталь даст новую жизнь и его «машинам на воздухе». Но увидеть этого он уже не успел — 6 июня 1878 года изобретатель умер в шотландском городке Галстон в Восточном Айршире.

В начале XX века на сцену вышли двигатели внутреннего сгорания, и машины Стирлинга, казалось бы, навсегда остались в истории. Однако в 1950-х к ним вновь возник интерес благодаря голландской компании Philips, создавшей на базе конструкции Стирлинга эффективную криогенную машину (двигатель Стирлинга может работать как тепловой насос, преобразовывая механическую работу и перекачивая тепло от одного тела к другому). Сейчас и двигатели, и холодильные машины Стирлинга, реализованные на современном уровне, выпускаются многими крупными компаниями. Они позволяют использовать любое топливо (и вообще любые источники тепла) и при этом более эффективны (КПД может достигать почти 40−45%) и значительно более экологичны, тихи и надежны, чем ДВС.

Производство двигателя Стирлинга новая отрасль в машиностроении XXI века

Н. Г. Кириллов, д.т.н., академик Академии военных наук

Двигатели Стирлинга для развития альтернативной энергетики
Основные направления развития экономики в XXI веке – поиск перспективных технологий энергопреобразования и производство новой техники на основе высокоэффективных термодинамических циклов с использованием возобновляемых энергоресурсов. Переход на новый технологический уровень связан, прежде всего, с энергосбережением и сокращением доли использования традиционных энергоресурсов. Так, к 2025 г. в странах ЕС более 20% энергии будет производиться за счет использования альтернативных видов топлива.

По мнению многих зарубежных специалистов, перспективным направлением при этом является разработка и широкое внедрение энергетических установок на основе двигателей Стирлинга [1, 2]. Низкий уровень шума, малая токсичность отработавших газов, работа на различных видах топлива, большой ресурс, соотношение размеров и массы, хорошие характеристики крутящего момента – все эти параметры дают возможность двигателям Стирлинга в ближайшее время значительно «потеснить» двигатели внутреннего сгорания.

Двигатель Стирлинга, относящийся к классу двигателей с внешним подводом теплоты, является уникальной тепловой машиной. Циклические процессы сжатия и расширения в двигателе происходят при различных значениях температуры, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема.

Конструктивно двигатель представляет собой удачное сочетание в одном агрегате компрессора, детандера и теплообменных устройств: нагревателя, регенератора и холодильника, образующих внутренний контур. Он содержит некоторый постоянный объем рабочего газа, перемещающийся между «холодной» частью (находящейся в зоне температуры окружающей среды) и «горячей» частью.

Как у любого двигателя с внешним подводом теплоты, нагревание рабочего тела во внутреннем контуре происходит через теплообменную поверхность за счет сжигания любого вида топлива или других источников теплоты. Это позволяет применять в двигателях Стирлинга как традиционные, так и нетрадиционные виды топлива – биогаз, уголь, отходы лесной промышленности и сельского хозяйства, а также солнечную и другие виды энергии. Многотопливность делает их особенно привлекательными для использования возобновляемых и местных источников энергии.

Уже сегодня наиболее крупные инновационные проекты в области альтернативной энерге¬тики связаны именно с двигателями Стирлинга. Наиболее значимым проектом по использованию солнечной энергии в настоящее время является создание грандиозной «солнечной фермы» на юге США. В штате Невада на площади 160 км² создается «ферма», включающая 70 тыс. энергоустановок на основе двигателей Стирлинга. По расчетам американских специалистов, она может полностью покрыть все потребности южных и юго-западных штатов США в электроэнергии. Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли, в 6,7 раза больше мирового запаса ресурсов органического топлива. Используя только 0,5% этого запаса можно полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. Именно поэтому после создания «солнечной фермы» в США такие проекты планируется развернуть в Южной Америке, Северной Африке, Австралии, Индии, на Ближнем Востоке и в других южных странах.

В настоящее время все американские программы по освоению космоса основываются на применении энергоустановок с двигателями Стирлинга, работающих за счет атомной энергии. Такой двигатель может обеспечить надежную работу установки без обслуживания, с ресурсом более 6 лет, при КПД преобразования тепловой энергии в электрическую 35…40%. В качестве источника тепла для двигателя могут использоваться радиоизотопные тепловые блоки и ядерные реакторы.

Планируется, что атомные энергоустановки с двигателями Стирлинга мощностью от 500 Вт до 15 кВт будут использоваться на «долгоживущих» пилотируемых и беспилотных космических аппаратах. Установки мощностью от 15 до 200 кВт и более целесообразно применять на пилотируемых орбитальных станциях или обитаемых лунных базах с большими потребными мощностями. Так, по проекту SP-100 для планируемой лунной базы в США создается ядерная энергоустановка с тремя двигателями Стирлинга общей мощностью 250 кВт и массой 3 тонны.

В 2011 г. NASA планирует отправить к спутникам Юпитера исследовательский зонд с ядерным реактором на борту. Разрабатывает «атомные Стирлинги» компания Lockheed Martin и Glenn Center. В настоящее время уже создан двигатель мощностью 25 кВт для энергетической установки с радиоизотопной накачкой.

Кроме атомных, разрабатываются также и солнечные энергоустановки с двигателями Стирлинга мощностью от 3 кВт до 100 кВт. Фирмой Alisson создан космический вариант солнечной установки мощностью 5 кВт, частота вращения двигателя – 3000 об/мин, КПД около 35%. В качестве источника теплоты используется параболический лепестковый концентратор диаметром 5,8 м, создающий в приемнике температуру 947 К. В ловушке приемника излучения предусмотрен тепловой аккумулятор, отдающий тепло фазового превращения при постоянной температуре на теневых участках орбиты полета. Энергоустановка имеет массу 250 кг и уже испытана на одном из искусственных спутников Земли типа «Джеминай». К разработке солнечных энергоустановок с двигателями Стирлинга для космических объектов в последнее время подключились такие крупные зарубежные фирмы, как Sanpower, Britisch Аerospace Public Сompany, MC Donnall Donglas Aerospаcе, United Stirling AB и др.

При этом нужно отметить, что в тех областях техники, где начинают применять двигатели Стирлинга, происходит технологический рывок. Так, например, применение на шведских неатомных подводных лодках анаэробных энергоустановок с двигателями Стирлинга значительно повысило их «скрытность» и совершило настоящий переворот в области подводного кораблестроения.

Сейчас по этому пути идут все ведущие фирмы, производители подлодок [3], поскольку «на кону» – мировой рынок подводных лодок XXI века, а это примерно 400 единиц до 2030 года. «Козырными картами» в этой борьбе, несомненно, станут субмарины с двигателями Стирлинга. Они уже в настоящее время по «скрытности» и другим характеристикам не только приблизились к атомоходам, но по некоторым показателями даже превосходят их. Так, в ходе двух учений в Атлантике, прошедших в 2003 г., шведская подводная лодка Halland с анаэробными двигателями Стирлинга опередила испанскую субмарину с обычной дизель-электрической установкой, а затем и французскую атомную подлодку. Она же в Средиземном море лидировала в «схватке» с американской атомной подлодкой «Хьюстон». Нужно отметить, что малошумная и высокоэффективная Halland в 4,5 раза дешевле своих атомных соперников.

В настоящее время в Германии началась реализация проекта по размещению 80 тыс. когенерационных мини-установок с двигателями Стирлинга для покрытия пиковых нагрузок. В перспективе в каждой квартире жителей западной Европы, США и Японии будет работать такой «домашний» стирлинг-генератор, что позволит сократить до 60% потерь в системах тепло- и электроснабжения. К созданию таких установок уже приступили крупнейшие корпорации мира: Bosch Group (Германия), Rinnai (Япония), MTS Group (Италия), MСС (Испания) и др. И это только некоторые примеры использования двигателей Стирлинга в инновационных проектах XXI века.

Ведется разработка двигателей, использующих в качестве топлива древесную щепу, пеллеты, солому, рисовую шелуху и биогаз. Созданы опытные образцы, и готовится их серийное производство. Предполагается, что именно энергетические установки с двигателями Стирлинга, работающие на местном топливе, будут играть решающую роль в энергообеспечении стран «третьего» мира.

Перспективы использования двигателей Стирлинга в различных областях энергетики стали очевидны для всех промышленно развитых стран мира. Сегодня ведут интенсивные работы в этом направлении не менее 140 научно-исследовательских организаций и компаний США, Великобритании, Японии, ФРГ, Швеции и Нидерландов. Начались исследования в Китае, ЮАР, Австралии, Израиле, Канаде, Индии. Объективно в последние 10-15 лет в мире начала формироваться новая, перспективная отрасль машиностроения – стирлингостроение.

Перспективы развития стирлингостроения в России

Развитие стирлингостроения, как новой отрасли промышленности, даст новый импульс в развитии отечественного двигателестроения [4, 5]. России необходимо заниматься созданием и производством машин Стирлинга, поскольку не надо догонять зарубежные страны в области производства двигателей внутреннего сгорания (дизелей и карбюраторных двигателей), где мы безнадежно отстали. Стирлингостроение – это новая отрасль, в которой у зарубежных развитых стран пока еще нет явного превосходства. Они только в самом начале пути – и у России сейчас есть все шансы быть в числе первых.

Кроме того, у нас пока еще есть научно-технический потенциал, который в данной области превосходит зарубежный. И если это направление будет поддержано Правительством, то через 5-7 лет Россия может стать одним из лидеров в области производства высокоэффективного и экологически чистого энергетического оборудования. Развитие данного направления позволит:

•    обеспечить загрузку машиностроительных предприятий производством конкурентоспособной продукции;

•    изменить существующую структуру потребления первичных энергоносителей внутри страны, сократить потребление нефтепродуктов и природного газа за счет более широкого использования местных видов топлива — древесины, торфа, биогаза и т.д.;

•    обеспечить электричеством и теплом удаленные регионы — это 70% территории РФ и более чем 30 млн человек; качественные картонные бирки для одежды очень хорошо преобразовывают товар и даже добавляют ему статусности

•    повысить надежность энергоснабжения энергодефицитных районов, которые охвачены централизованным электроснабжением, но ограничены по мощности;

•    высвободить в структуре энергобаланс страны объемы традиционных энергоносителей, необходимых для договорных экспортных поставок нефти и природного газа.

Сегодня в России наблюдается явный парадокс: страна не производит машин, работающих по циклу Стирлинга, но при этом имеет более чем 40-летний практический опыт в данной области. Именно этот опыт является фундаментом для возможного технологического рывка в области производства современных высокоэффективных двигателей Стирлинга. В истории отечественного стирлингостроения можно выделить два этапа.

Первый этап относится к советскому периоду – 1959-1992 гг. Он начался, когда в СССР приступили к подготовке производства криогенных машин Стирлинга для зарождавшейся аэрокосмической отрасли. В то время не существовало отечественной научной школы по проектированию машин, работающих по циклу Стирлинга, поэтому все модели были копиями машин зарубежных компаний Phillips и Werkspoor. Холодильное оборудование с криогенными машинами Стирлинга производили предприятия «Арсенал», «Гелиймаш», «Сибкриотехника» и др. Здесь было организовано производство криогенных машин, на основе которых выпускались воздухоразделительные установки ЗИФ-700/-1002/-2002, а также криогенные машины с несмазываемыми поршневыми уплотнениями и ромбическим приводом – КГМ 1500/80 и КГМ 900/80. Однако в 1990-1995 гг. из-за отсутствия в России платежеспособных заказчиков производство криогенного оборудования данного типа было полностью прекращено.

С 1991 по 1994 гг. проводились работы по созданию холодильных установок для авторефрижераторной техники. В результате были созданы опытные образцы холодильных машин мощностью до 5 кВт, работающих в диапазоне температур +12…–43°С, которые по эффективности и массогабаритным характеристикам соответствовали современным ПКХМ для авторефрижераторной техники. Но в связи с общим спадом в экономике и финансовыми трудностями заказчиков, в 1994 г. работы по данному проекту были прекращены.

С 1972 по 1991 гг. в ЦНИДИ и ряде других организаций проводились исследования по созданию отечественных двигателей Стирлинга. За это время предпринимались попытки создания моделей мощностью от 200 Вт до 250 кВт. Так, в 1980-х годах был разработан двигатель, предполагаемая мощность которого составляла 250 кВт. Однако из-за ошибок в расчете внутреннего контура он «выдавал» только 50 кВт полезной мощности.

Таким образом, высокоэффективных, конкурентоспособных на мировом рынке двигателей и холодильных машин Стирлинга, несмотря на проведенные работы, создать не удалось. К сожалению, после распада СССР работы в этом направлении были полностью прекращены, с почти полной утратой научного и кадрового потенциала.

Однако советский этап в развитии стирлингостроения имел свои результаты. Были получены интересные научно-практические данные по конструкциям камер сгорания для двигателей Стирлинга, математическому моделированию процессов во внутреннем контуре двигателя и т.д. Этот опыт послужил основой для дальнейшего развития отечественного стирлингостроения.

Второй, современный этап начинается с научно-исследовательских работ в Военно-космической академии им. А.Ф.Можайского в 1990 году. С 1990 по 2004 гг. эта организация была единственной в России, где проводились системные экспериментальные работы по всему спектру применения машин Стирлинга в интересах Минобороны РФ. Надо отметить, что в России (как и за рубежом) работы, связанные с созданием машин данного цикла, проводились в основном в рамках оборонных ведомств с целью их применения в военной технике. Однако сегодня именно те технологии, которые созданы в недрах военно-промышленного комплекса, становятся основополагающими в развитии многих отраслей промышленности.

За 15 лет интенсивной работы накоплен значительный научно-технический потенциал, во многом превышающий потенциал ведущих зарубежных компаний в этой области. Была сформирована новая российская научная школа проектирования и расчета машин Стирлинга.

На базе данного потенциала в С.-Петербурге в период с 2004 по 2008 гг. создается несколько научно-производственных компаний для реализации крупных проектов – Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-технологии», ЗАО «Русский Стирлинг» и ЗАО «Научно-исследовательский и проектный институт стирлингостроения». Здесь проводились опытно-конструкторские работы по созданию гаражных заправочных станций сжиженного природного газа и систем улавливания паров нефтепродуктов на основе криогенных машин Стирлинга, разработана проектно-сметная и конструкторская документация на серийное изготовление данных систем. Также был реализован проект контейнерной электростанции с двигателем Стирлинга, работающим на угольном метане.

Полученные результаты позволяют выйти на мировой рынок с принципиально новой, высокоэффективной и экологичной техникой для нефтегазового комплекса и автономной энергетики. Однако резкое сокращение финансирования проектов, связанное с сегодняшним мировым кризисом, не позволило приступить к серийному производству разработанных систем, и эти компании перестали существовать.

Сегодня в С.-Петербурге создана новая компания по разработке и продвижению проектов на основе машин Стирлинга – Инновационно-консультационный центр стирлингмашиностроения (ИКЦ «Стирлингмаш»). ИКЦ в полном объеме сконцентрировал в себе весь практический опыт и научный потенциал, накопленный отечественными специалистами за последние 40 лет в данной области. Используя этот потенциал, можно наладить производство двигателей Стирлинга практически на любом российском машиностроительном предприятии.

Использованная литература

1. Кириллов Н.Г. В XXI век — на машине Стирлинга//Машины и механизмы. 2007, №5.

2. Кириллов Н.Г. Газопоршневые двигатели Стирлинга — технологический прорыв в автономной энергетике XXI века //ГАЗинформ. 2008, №2.

3. Кириллов Н.Г. Перспективы развития судовой энергетики на основе машин Стирлинга //Морской флот. 2002, №2.

4. Кириллов Н.Г. Найдут ли двигатели Стирлинга применение в российской экономике?//Энергетика и промышленность России. 2005, №2.

5. Кириллов Н.Г. Производство машин Стирлинга — новое перспективное направление в развитии отечественного машиностроения//Вестник машиностроения. 2005, № 8.

Мощный генератор 700 Вт на альфа двигателе Стирлинга

Чаще всего в интернете на глаза попадаются двигатели Стирлинга «хоббийного» типа, от которых вы навряд ли получите какую-либо полезную мощность. Конечно же многие из этих проектов вдохновляют и даже удивляют. Но, тем не менее, многие из них имеют право на будущее в качестве генераторов различной мощности, пусть даже и очень незначительной. Именно поэтому многие стирлингостроители с волнение и завистью смотрят на более перспективные, серьёзные и мощные генераторы на двигателях Стирлинга.

SV-2 представляет собой двигатель Стирлинга альфа конфигурации с использованием воздуха в качестве рабочего тела. Рабочее давление составляет 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм или 11.8 атмосфер или 1,2 мегапаскаля). Объем составляет 127 кубиков. Механическая выходная мощность на валу равна 700 Вт при 1800 оборотов в минуту.

На Ютьюбе есть видео генератора, разработанного на основе автомобильного компрессора от кондиционера. Далее перевод рассказа Дэйва Кирка, который представил на YouTube свой проект SV-2 MKII альфа-стирлинг (V-Twin) генератора.

Вдохновленный MP1002C Philips

В середине 80-х, я имел удовольствие быть свидетелем испытаний генераторной установки  MP1002C Philips которая на самом деле реально работала. Опыт произвёл на меня глубокое впечатление, особенно в том, как спокойно Стирлинг завёлся и ожил. Максимум шума исходил от горелки (камеры сгорания), но в конечном итоге от двигателя Philips исходил очень приятный звуковой фон — всё, что нужно было заменить — были шумящие подшипники.

Как говорится в старой поговорке, «Он работал и работал, как швейная машинка Зингер»! В то время, мой опыт общения с двигателями Стирлинга состоял из проектирования нескольких моделек настольного размера, но, увидев и услышав работающий двигатель Philips, я захотел спроектировать, сделать дизайн и собрать двигатель такого же калибра … сделать нечто достаточно большое, что производило бы полезную ощутимую работу.

Выбор пал на конфигурацию «альфа» по следующим причинам

• Эта конструкция имеет самое большое отношение рабочего объёма к общему объему двигателя, что позволяет физически получить компактный двигатель.
• При конструировании альфы сдвиг фаз поршней составляет 90 градусов и поэтому достигается идеальный первичный баланс, что способствует более тихому ходу.
• С механической точки зрения и с точки зрения исполнения в «железе» он очень простой, поэтому его выгодно строить.

Наддув (нагнетание давления в Стирлинге)

Для получения значимых выходных мощностей необходимо повышать давление в рабочей зоне двигателя. Зная, что двигатель Philips работал при давлении 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм), я хотел бы получить двигатель, который был бы конструктивно прочным и компактным, чтобы работать на данных уровнях внутреннего давления рабочего газа. Рабочим телом был воздух, и выбран он был на основании практичности. Я хотел, чтобы в моём генераторе смазка осуществлялась маслом, так же как и в Стирлинге от Philips — эта функция в значительной степени способствует тихой работе и длительному сроку службы, который очень хочется получить в двигателе Стирлинга.

Компрессор кондиционера от Chrysler

Примерно в это же время мне в руки попался холодильный компрессор и оказалось, что он идеально подходит в качестве основы для запланированного мной двигателя. Это был автоматический компрессор кондиционера RV-2 компании Chrysler. Кривошип разносил поршни на 90 градусов (дизайн V-твин), с диаметром цилиндра 58,7 мм и ходом поршня 33,4 мм.

В обоих цилиндрах в сочетании с правильной траекторией движения газа, рабочим объемом составил 127,8 куб.см, что составляет более чем вдвое больший объём по сравнению с MP1002C двигателя Philips. Являясь холодильным компрессором, конструкция была сделана основательно и с достаточным запасом прочности для такого сильного сжатия. Кроме того, этот компрессор содержал героторный масляный насос, который  под давлением смазывал края большим шатунным подшипникам. Каждый алюминиевый поршень имел одно компрессионное кольцо и соединены через алюминиевые шатуны Alcoa. Этот компрессор оказался самым оптимальным для моей задумки.

Компрессор кондиционера Chrysler RV-2

Годы разработки

На протяжение нескольких лет, я спроектировал и уже отработал все необходимые компоненты, для того, чтобы адаптировать компрессор к работе в двигателе Стирлинга. Я также сконструировал трубчатую несущую раму, которая являлась несущим основанием для двигателя. Рама стилизована под аналогичную используемую на генераторной установке Philips.

Головка нагревателя, вытеснитель и внутренний цилиндр выполнен из труб нержавейки 302 различных размеров. В роли регенератора использовал путанку из медной проволоки. Охладитель, расположенный со стороны сжатия двигателя, был изготовлен из алюминиевых трубок. Использовал небольшой генератор 200 Вт 12 вольт с ременным приводом, который изначально был куплен и предназначался для работы на садовом тракторе.

Вот этот двигатель, получивший название SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark I):

Генератор на базе двигателя Стирлинга SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark 1)

Изначальные характеристики и рабочее тело

Двигатель заработал, но производительность его была далека от ожидаемой величины. Я пробовал использовать гелий в качестве рабочего тела, и это помогло, повлияв как на выходную мощность, так и на обороты, но при этом было слишком очевидно, что что-то было кардинально не правильно. Работа двигателя будет существенно лучше при поднятии давления до 2 бар и оборотах 2000 в минуту, отдавая примерно 50 Вт мощности на выходе уже с электрогенератора … дальнейшее изменение в большую или меньшую сторону скорости или давления приведёт к потере выходной мощности. Кроме того, блок цилиндров начнёт очень сильно греться через незначительное время после запуска, что является доказательством о завышенной теплопередаче вдоль корпуса двигателя.

Конфигурация двигателя. Пробы и ошибки

После долгих раздумий (и нескольких лет разочарования) я понял, что в этой конфигурации допущены ошибки. В первую очередь — в любом двигателе Стирлинга нагреватель, регенератор, и холодильник должны быть «моноблочные», то есть их размещают в непосредственной близости друг от друга. Это означает, что эти три термодинамические компоненты должны все находиться в стороне от вытеснителя двигателя, вместо того, чтобы «разбросать» их по всей цепи газового тракта, как я сделал на МК I. Такой грамотный дизайн очень важен для хорошей производительности и такая плотная моноблочная компоновка чётко прослеживается на всех двигателях Philips. Тот факт, что я расположил регенератор в тесном контакте с блоком двигателя способствовали утечке тепла вдоль всей длины двигателя — это явно плохое решение в конструкции Стирлинга.

Несмотря на не оптимальную работу, я много узнал о расходе масла и о том как очищать перемещающуюся смазку в рабочем пространстве. Разобрался с техническими особенностями особой скруглённой формы вытеснителя, его прерывистых движений, уплотнительными кольцами и канавками для них и разделённой формы вытеснителя. Открытие безуглеродного состава синтетических масел с высокой температурной точкой вспышки также было очень полезно. Собственная конструкция отражателя пламени горелки на пропане также вызывал сомнение, но после нахождения некоторых старых публикаций на эту тему, успешная расчетная схема горелки наконец-то появилась и была успешно апробирована на трёх построенных экземплярах.

Конструкция самодельного кольца газовой пропановой горелки

Новый дизайн и появление MK II

В тот момент я понял, что была необходима большая модернизация для того, чтобы получить хороший и эффективный двигатель. Копаясь в моих технических справочниках и книгах, я внедрил модернизацию во все термодинамические компоненты в газовом контуре. Были переработаны: головка нагревательного цилиндра из нержавеющей стали 316, на которой нанесены рёбра внутренние и внешние, фольга для регенератора, ребристый охладитель, а также новый вытеснитель из нержавейки с тонкими стенками.

Ребристый снаружи и внутри нагреватель двигателя стирлинга из нержавейки

Мой друг и энтузиаст в стирлингостроении Джон Арчибальд, согласился подготовить чертежи из моих эскизов дизайна и используя свои навыки в качестве слесаря-механика, помочь с созданием некоторых из наиболее сложных частей. Потребовалось еще несколько лет, чтобы получить все новые компоненты, но в конце 2012 года, версия MK II двигателя была готова и была собрана.

Кулер с рёбрами для двигателя стирлинга

Пробный запуск генератора Стирлинга SV-2 MK II

Для SV-2 MK II был первый запуск в январе 2013 года и сразу было видно, что редизайн улучшил как ходовые качества, так и производительность. Двигатель стал работать довольно приятно, когда давление рабочего газа было поднято до  4 бар (3,95 атм. или 0,4 МПа), и при увеличении давления обороты увеличивались пропорционально. И замеры мощности не были сделаны в тот момент из-за не соответствующей геометрии горелки новой ребристой головке нагревателя.

Собранный двигатель с генератором показан ниже:

Генератор на двигателе стирлинга МК-2Генератор МК-2. Вид сзади

Водяное охлаждение стирлинга

Так как двигатель альфа имеет водяное охлаждение, то для циркуляции охлаждающей жидкости применён небольшой электрический гидронасос, запитываемый в дальнейшем от выходной мощности электрогенератора.

Дальнейшая разработка горелки

Новая горелка сейчас строится, она будет соответствовать ребристой геометрии головки нагревателя и будет выдавать более высокую теплоотдачу для предполагаемого вывода выходного вала 700 Вт на 1800 оборотов в минуту. Конструкция горелки должна быть готова к тестированию в следующем месяце или чуть позже, и должна быть полностью готова для исследования и раскрытия полного потенциала этого двигателя.

Сейчас нет планов и нет чертежей для этого генератора

У меня нет никаких планов ни производить этот двигатель ни продавать чертежи для изготовления его деталей. Это строго научный проект для демонстрации жизнеспособности данного изделия. Затруднения и издержки в изготовлении некоторых компонентов нивелировались выбором усреднённого хоббийного качества изготовления. Также, существуют компромиссы в использовании для данного двигателя элементов компрессора РВ-2, которые не будут присутствовать в идеальной конструкции. Если так и будет, то для повышения производительности это требует размещение всех термодинамических компонентов на основе собственной разработки —  то есть, спроектированный заново картер, поршни, шатуны и т.д. Только тогда это будет продукт, который сможет иметь определённый рыночный потенциал.

Пожалуйста, смотрите на мои новые видео YouTube, как прогрессирует развитие. Я искренне благодарю всех вас за проявленный интерес!

Дэйв Кирк

Кирк Двигатели, Inc.

Далее некоторые данные из самого видео.

Совсем недавно, полная реконструкция нагревателя, регенератора и холодильника была выполнена и ,были произведены новые компоненты. Этот вариант, SV-2 MKII включает в себя все тонкости, необходимые для достижения поставленных целей. Головка нагревателя сделана из заготовки стали 316 при помощи электроэрозионного процесса. Купол и фланец свариваются в месте. Как внутренние, так и наружные ребра использованы для усиления теплообмена с рабочей жидкостью.

Внешние рёбра нагревателя и сварочный шов

 

Внутренние рёбра нагревателя и сварочный шов

Регенератор имеет корпус из нержавеющей стали 316 используя оберточную нержавеющую фольгу в виде материала регенератора. Толщина составляет 0,001 дюйма. Эта часть выполнена в виде цилиндрического контейнера. Торцевые экраны держат фольгу на месте.

Корпус регенератора

Охладитель сделан из 6061 Т-6 алюминиевого сплава также при помощи электроэрозионного  процесса. Внешнее кольцо образует обводный канал для охлаждающей жидкости. Нагреватель, регенератор и охладитель между собой объединены в «стек» и герметизированы при помощи кольцеобразных уплотнений. Обратите внимание на 1 кубический сантиметр, расположенный рядом.

Холодильник двигателя стирлинга с водяной рубашкой

Головка цилиндра зоны компрессии изготовлена из алюминиевой заготовки. Соединительный канал сделан из толстостенной медной трубы.

Компрессионный насос двигателя стирлинга

«Стек» укреплён 4-мя несущими болтами диаметром 0,313 на кольцеобразных хомутах. Такая конструкция минимизирует утечку тепла в глубину структуры двигателя.

Кольцевые хомуты на двигателе стирлинга

Cпасибо

Двигатель Стирлинга — Интересные факты

В XIX веке инженеры начали искать безопасную альтернативу паровым двигателям того времени, котлы которых часто взрывались из-за высоких давлений пара и неподходящих материалов для их постройки. И такая замена появилась благодаря канадскому священнику Роберту Стирлингу, который изобрел и 27 сентября 1816 года запатентовал (английский патент № 4081) новый тип двигателя внешнего сгорания, преобразовывающий в работу любую разницу температур.

Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий.

Цикл работы двигателя Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. При этом изменяется давление, за счёт чего можно получить полезную работу. Поскольку теоретические объяснения удел ученых мужей, слушать их временами утомительно, поэтому перейдем к наглядной демонстрации работы двигателя Стерлинга.

Как работает двигатель Стирлинга

1. Внешний источник тепла нагревает газ в нижней части теплообменного цилиндра. Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх.
2. Маховик толкает вытеснительный поршень вниз, тем самым перемещая разогретый воздух из нижней части в охлаждающую камеру.
3. Воздух остывает и сжимается, рабочий поршень опускается вниз.
4. Вытеснительный поршень поднимается вверх, тем самым перемещая охлаждённый воздух в нижнюю часть. И цикл повторяется.

В машине Стирлинга движение рабочего поршня сдвинуто на 90 градусов относительно движения поршня-вытеснителя. В зависимости от знака этого сдвига машина может быть двигателем или тепловым насосом. При сдвиге 0 градусов машина не производит никакой работы (кроме потерь на трение) и не вырабатывает её.

Еще одним изобретением Стирлинга, увеличившим КПД двигателя стал регенератор, который представляет собой камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой для улучшения теплоотдачи проходящего газа (на рисунке регенератор заменен ребрами радиатора охлаждения).

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в двигатель Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %.

Достоинства двигателя Стирлинга:

1. Всеядность. Можно использовать любое топливо, главное создать разницу температур.
2. Низкая шумность. Поскольку работа построена на перепаде давления рабочей жидкости, а не на поджоге смеси, то шумность по сравнению с двигателем внутреннего сгорания существенно ниже.
3. Простота конструкции, отсюда высокий запас прочности.

Однако все эти достоинства в большинстве случаев перечеркиваются двумя большими недостатками:

1. Большие габариты. Рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массы и размеров за счёт увеличенных радиаторов.
2. Низкий КПД. Тепло подводится не к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников, соответственно потери КПД велики.

С развитием двигателя внутреннего сгорания двигатель Стирлинга ушел…нет не в прошлое, а в тень. Он с успехом эксплуатируется в качестве вспомогательных силовых установок на подводных лодках, в тепловых насосах на теплоэлектростанциях, в качестве преобразователей солнечной и геотермальной энергии в электрическую, с ним связаны космические проекты по созданию силовых установок работающих на радиоизотопном топливе (радиоактивный распад происходит с выделением температуры, кто не знал). Кто знает, возможно однажды двигатель Стирлинга ждет большое будущее!

устройство, принципы работы и 3 модификации

Для приведения в действие машин и механизмов используются силовые агрегаты различной конструкции. Двигатель Стирлинга является одним из силовых агрегатов внешнего сгорания. Для того чтобы понять как работает двигатель Стирлинга необходимо разобраться в его устройстве.

История создания двигателя Стирлинга

До появления силовых агрегатов Стерлинга использовались моторы, работающие на водяном пару. Такие агрегаты могут работать на твердом топливе. Паровые двигатели имеют сложную конструкцию и требуют особого обслуживания. Двигатели Стирлинга имеют простейшую конструкцию. Выполнять ремонт силовой установки можно, не имея технических знаний и особого оборудования.

Конструкция была запатентована в 1816 году. По сравнению с паровыми двигателями мотор был безопасен в использовании и имел простую конструкцию. Главным преимуществом силового агрегата является возможность использования любого вида топлива. Мотор работает от перепадов температуры.

СПРАВКА: При одинаковом объеме рабочей камеры двигатель внутреннего сгорания обладает более высокими показателями мощности.

Виды двигателей

Существует несколько видов моторов Стирлинга отличающихся по своей конструкции:

1. Альфа;
2. Бета;
3. Гамма;
4. Роторный.

Ниже будет подробно рассмотрена конструкция каждого из видов силового агрегата.

Альфа

Конструктивно состоит из двух цилиндров. На один из цилиндров установлен охлаждающей радиатор. Второй край этого цилиндра подвергается нагреву. В каждой рабочей камере установлен отдельный поршень. Передача усилия от поршневой группы осуществляется на коленчатый вал. Коленчатый вал с поршнем и вытеснителем  соединены шарнирно.

Бета

В конструкцию входит одна рабочая камера. Она одновременно подвергается нагреву и охлаждению.  Нагреву подвергается один край рабочей камеры, охлаждению – второй. Под действием изменения давления воздуха или газа находящегося в рабочей камере перемещается поршень.

Гамма

Отличием конструкции являются два рабочих цилиндра отдельно стоящие друг от друга. Одна рабочая камера постоянно подвергается нагреву. На нее устанавливают радиатор охлаждения. Вторая камера постоянно охлаждённая.

Роторный двигатель Стирлинга

Отличается отсутствием кривошипно-шатунного механизма. Это уменьшает габаритно массовые параметры силового агрегата. Конструкция роторного двигателя позволяет улучшить герметичность рабочей камеры.

Принцип работы двигателя Стирлинга

Мотор преобразует энергию, получаемую от источника тепла в механическую силу. В рабочей камере находится воздух или газ. Одна часть рабочей камеры оснащена радиатором охлаждения или водяной рубашкой. Это необходимо для охлаждения воздушной массы находящейся в полости цилиндра. Вторая часть подвергается нагреву.

СПРАВКА: Для нормальной работы силового агрегата подойдет любое жидкое, твёрдое или газообразное топливо.

Работа двигателя осуществляется следующим образом:

• Под действием высокой температуры воздуха в полости рабочей камеры нагревается и увеличивается в объеме. Увеличение объема воздуха воздействует на поршень, перемещая его в верхнюю мертвую точку;
• Под воздействием радиатора или рубашки охлаждения воздушная масса охлаждается. Поршень возвращается в обратном направлении. После этого цикл повторяется.

Двигатель 1 NZ FE: Обзор и технические характеристики

Нагревание и охлаждение воздуха в рабочей камере осуществляется при помощи вытеснителя. Он смещает воздушную массу от горячей части цилиндра к холодной и наоборот. Вытеснитель занимает большую часть объема рабочей камеры.

Область применения

Двигатели Стирлинга, работающие от внешнего источника тепла, могут применяться для изготовления:

• Генераторов. При помощи силового агрегата можно преобразовать тепловую энергию в электрическую. Это очень удобно в местах, где подача электричества осуществляется с перебоями или отсутствует;
• Насосов для перекачки различных жидкостей.мощности силовой установки достаточно для перекачивания различных жидкостей;
• Климатического оборудования;
• Автомобилей и самоходной техники.

Простота конструкции позволяет использовать силовые агрегаты для создания автомобилей и различного оборудования. Работа на любом топливе позволяет использовать такие моторы в местах, где подача электроэнергии осуществляется с перебоями или отсутствует.

Преимущества и недостатки двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга внешнего сгорания имеет ряд достоинств и недостатков.

Преимущества

• Возможность работы на разном топливе. Для нормальной работы может быть использован абсолютно любой источник тепла.  В некоторых случаях применяется солнечная энергия. Для этого солнечный свет концентрируется на поверхности цилиндра;
• Простота конструкции. В силовом агрегате нет большого количества комплектующих. Это делает мотор простым в эксплуатации и ремонте. Обслуживание двигателя может проводить человек, имеющий минимальные технические знания;
• Минимальный уровень шума. Двигатель Стирлинга при работе издает минимальный уровень шума. Это возможно благодаря отсутствию большого количества вращающихся деталей и воспламенения топлива в рабочей камере;
• Моторесурс. Минимальное количество комплектующих позволяет использовать мотор длительное время без ремонта и дополнительного обслуживания;
• Экологичность. При использовании источника тепла не загрязняющего окружающую среду мотор будет экологически чист.

Недостатки

• Большие габаритно массовые параметры. Для увеличения мощности необходимо использовать рабочую камеру и поршень большого диаметра. Это требует применения охлаждающего радиатора увеличенных размеров;

• Сложность в регулировке оборотов. Для регулировки частоты вращения коленчатого вала необходимо изменять показатели температуры;
• Необходимость в использовании жаропрочных материалов. Увеличение моторесурса возможно при применении материалов устойчивых к высоким температурам.

Двигатель Стирлинга своими руками

Некоторые люди задаются вопросом, как сделать двигатель Стирлинга в домашних условиях? Существует большое количество разновидностей самодельных двигателей Стирлинга. Для того чтобы создать двигатель Стирлинга не обязательно иметь чертежи и специализированные материалы. Создать силовой агрегат дома, можно из подручных материалов, не применяя специализированное сложное оборудование.

Перед сборкой необходимо определиться какой мощности будет силовая установка. Как правило, умельцы создают изделия небольшой мощности, которой хватает для вращения маленького вентилятора. Мотор изготавливается в следующей последовательности:

Рабочая камера

Создавая двигатель Стирлинга своими руками в первую очередь, изготавливают большой цилиндр. В полости этой камеры будет перемещаться вытеснитель воздуха. Он необходим для смещения воздушной массы в рабочей камере.

Камеру изготавливают из термоустойчивых материалов. Это может быть как цельная металлическая ёмкость, так и сосуд, составленный из двух частей. Соединение частей должно быть герметичным. В верхней части камеры необходимо просверлить отверстие.

ВАЖНО: Отсутствие герметичности в рабочей камере приведет к нарушению работоспособности силового агрегата. Во избежание этого необходимо герметизировать места соединения термоустойчивым герметизирующим составом.

Если камера изготавливается из двух частей, то для соединения выбирают клей или пайку. Внутренняя поверхность камеры в месте соединения не должна иметь заусенец или выпирающих частей. Это необходимо для того, чтобы не было препятствий для движения вытеснителя воздушной массы.

Двигатель 2jz: Обзор двигателя и технические характеристики

Вытеснитель

Перед окончательным соединением частей рабочей камеры необходимо самостоятельно изготовить вытеснитель. Это устройство, которое будет смещать воздушную массу в камере. Размеры вытеснителя должны быть меньше диаметра рабочей камеры. Между стенками камеры и вытеснителем должен быть зазор позволяющий изделию свободно перемещаться.

Для изготовления применяется поролон или другой лёгкий материал. Толщина материала выбирается исходя из внутреннего объема камеры.

После изготовления вытеснителя необходимо закрепить на нём шток. Он изготавливается из металлической проволоки диаметром 0.5 мм. Хорошо подойдет разогнутая канцелярская скрепка. Проволоку крепят к втулке из резины или другого эластичного материала. Втулку крепят к поролоновому диску. Такая конструкция позволяет создать прочное соединение.

Перед сборкой рабочей камеры необходимо продвинуть шток вытеснителя в заранее просверленное, в верхней части камеры, отверстие. Шток должен свободно перемещаться в отверстии. После установки поролонового диска герметизируется рабочая камера.

Подставка

Изготовление подставки является необязательным. Она необходима для установки силового агрегата. В подставке предусматривается место для закладки топлива. Это может быть свеча, сухое горючее, или любой другой источник тепловой энергии.

Подставка изготавливается из термостойких материалов. Хорошо подходит металлическая банка от напитков. Верхнюю часть банки срезают. В боковой части вырезают окно для загрузки топлива. Во избежание травмирования на острые срезы банки устанавливают резиновые уплотнения.

СПРАВКА: При использовании в качестве топлива сухого горючего на дно банки устанавливают металлическую площадку. Хорошо подойдет металлическая шайба толщиной 0.5 – 1 мм. Шайба крепится ко дну банки при помощи самореза или болта.

Цилиндр

Цилиндр используется для установки у него силового поршня. Полость рабочего цилиндра сообщается с полостью камеры через просверленное отверстие в верхней крышке. Соединение цилиндра с рабочей камерой должно быть герметичным. Это необходимо для предотвращения утечки воздуха из полости рабочей камеры в атмосферу.

ВНИМАНИЕ: Герметизация осуществляется путём пайки или нанесения на место соединения герметизирующих составов.

Для изготовления цилиндра используют тонкий лист металла. Из листа вырезают полосу шириной 30-35 мм. Сворачивая полосу, изготавливают цилиндр. Место соединения стенок цилиндра герметизируют при помощи пайки.

Поршень

Поршень изготавливается из пластмассы, дерева или пробки. Для исключения утечки воздуха через зазор между поршнем и цилиндром изделие оснащают мембраной. Мембрану изготавливают из полиэтиленового пакета, воздушного шара, или медицинской перчатки.

Поршень приклеивают к мембране при помощи клея. К цилиндру мембрана крепится при помощи резинки или прочной нити. В верхней части поршня устанавливают крепление для шатуна. Его изготавливают из тонкой проволоки. Крепление выполнено в виде петли с винтом, который вкручивается в поверхность поршня. К петле при помощи болта крепится шатун.

Двигатель 4s fe: Характеристики двигателя и тюнинг

Маховик

Работа свободнопоршневого двигателя собранного своими руками будет нестабильной. Для стабилизации оборотов силового агрегата изготавливают маховик. Он стабилизирует частоту вращения за счёт силы инерции.

Маховик изготавливают из прочного материала. Хорошо подходит  металлическая крышка для консервации или CD диск. В центре маховика необходимо закрепить коленчатый вал.

ВАЖНО: Коленчатый вал необходимо крепить точно в центре маховика. Смещение точки крепления приведет к разбалансировке в работе силового агрегата.

Коленчатый вал и шатун

Коленвал изготавливают из толстой металлической или медной проволоки. На коленчатом валу выполняют два изгиба. Угол между коленами должен составлять 90 градусов. На одно колено шарнирно устанавливается шатун, второй конец которого  крепится к поршню. На второе колено шарнирно устанавливается  шток вытеснителя.

В качестве шарниров можно использовать клеммы для соединения проводов. Для этого необходимо предварительно удалить с них зажимающие винты. Для того чтобы провести расчёт глубины колена необходимо разделить на 2 ход поршня от верхней до нижней мертвой точки.

Держатель коленчатого вала

Держатель изготавливают из металла или пластика. Можно использовать стальную, медную проволоку, стержни, трубки и т.д. Нижняя часть держателя жёстко устанавливается на корпус рабочей камеры. Для этого его приклеивают или припаивают к поверхности. В верхней части держатель шарнирно соединяется с коленчатым валом.

Вентилятор

Вместо вентилятора может быть изготовлено любое другое устройство, которому будет передаваться крутящий момент от коленчатого вала. Вентилятор изготавливают из листа металла или пластика. Перед изготовлением вентилятора на материал наносят чертеж.

После этого вырезают деталь. Во избежание получения травм острые края, полученной детали обрабатывают наждачной бумагой.

В центре вентилятора сверлят отверстие. В него устанавливают резиновую, пробковую, или любую эластичную втулку.  Изготовленную деталь крепят на коленчатый вал.

ВНИМАНИЕ: Во избежание разбалансировки необходимо крепить  коленчатый вал точно по центру вентилятора. Найти центр можно при помощи циркуля.

Запуск двигателя

После проверки рабочей камеры на герметичность и сборки двигателя необходимо проверить его работоспособность. Для этого:

• Подобрать источник тепловой энергии. Это может быть свеча или любое другое топливо. Можно использовать сосуд с горячей водой. Для этого нижнюю поверхность рабочей камеры необходимо установить на емкость с жидкостью;
• Установить изделия на подставку. На дно подставки поместить источник тепловой энергии;
• На верхнюю поверхность рабочей камеры поместить кубики льда;
• Раскрутить маховик вручную.

После раскручивания маховика двигатель должен начать работу. Поршень и шток вытеснителя будут попеременно воздействовать на коленчатый вал установки. Стабильную работу будет обеспечивать сила инерции маховика.

Из вышеперечисленного следует, что двигатель Стирлинга это силовой агрегат, работающий от разницы температур рабочего тела. Мотор может работать на любом виде топлива.

Модель силовой установки можно собрать самостоятельно в домашних условиях. Для этого не потребуется специализированных материалов и оборудования.

В качестве источника питания для модели силовой установки может использоваться свеча, сухое горючее и т.п.

У какого двигателя стирлинга лучшая конструкция с максимальным кпд

Современное автомобилестроение вышло на такой уровень развития, при котором без фундаментальных научных исследований практически невозможно достигнуть кардинальных улучшений в конструкции традиционных моторов внутреннего сгорания. Такая ситуация вынуждает конструкторов обратить внимание на альтернативные проекты силовых установок.

Одни инженерные центры сосредоточили свои силы на создании и адаптации к серийному выпуску гибридных и электрических моделей, другие автоконцерны вкладывают средства в разработку двигателей на топливе из возобновляемых источников (например, биодизель на рапсовом масле).

Существуют и другие проекты силовых агрегатов, которые в перспективе могут стать новым стандартным движителем для транспортных средств.

Среди возможных источников механической энергии для автомобилей будущего следует назвать двигатель внешнего сгорания, который был изобретен в середине XIX века шотландцем Робертом Стирлингом в качестве тепловой расширительной машины.

Схема работы

Двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу за счет изменения температуры рабочего тела (газа или жидкости), циркулирующего в замкнутом объеме.

В общем виде схема работы устройства выглядит следующим образом: в нижней части двигателя рабочее вещество (например, воздух) нагревается и, увеличиваясь в объеме, выталкивает поршень вверх.

Горячий воздух проникает в верхнюю часть мотора, где охлаждается радиатором. Давление рабочего тела снижается, поршень опускается для следующего цикла.

При этом система герметична и рабочее вещество не расходуется, а только перемещается внутри цилиндра.

Существует несколько вариантов конструкции силовых агрегатов, использующих принцип Стирлинга.

Стирлинг модификации «Альфа»

Двигатель состоит из двух раздельных силовых поршней (горячего и холодного), каждый из которых находится в своем цилиндре. К цилиндру с горячим поршнем подводится тепло, а холодный цилиндр расположен в охлаждающем теплообменнике.

Стирлинг модификации «Бета»

Цилиндр, в котором находится поршень, нагревается с одной стороны и охлаждается с противоположного конца. В цилиндре двигается силовой поршень и вытеснитель, предназначенный для изменения объема рабочего газа. Обратное перемещение остывшего рабочего вещества в горячую полость двигателя выполняет регенератор.

Стирлинг модификации «Гамма»

Конструкция состоит из двух цилиндров. Первый – полностью холодный, в котором движется силовой поршень, а второй, горячий с одной стороны и холодный с другой, служит для перемещения вытеснителя. Регенератор для циркуляции холодного газа может быть общим для обоих цилиндров или входить в конструкцию вытеснителя.

Преимущества двигателя Стирлинга

Как и большинство моторов внешнего сгорания, Стирлингу присуща многотопливность: двигатель работает от перепада температуры, независимо от причин его вызвавших.

Интересный факт! Однажды была продемонстрирована установка, которая функционировала на двадцати вариантах топлива. Без остановки двигателя во внешнюю камеру сгорания подавались бензин, дизельное топливо, метан, сырая нефть и растительное масло – силовой агрегат продолжал устойчиво работать.

Двигатель обладает простотой конструкции и не требует дополнительных систем и навесного оборудования (ГРМ, стартер, коробка передач).

Особенности устройства гарантируют длительный эксплуатационный ресурс: более ста тысяч часов непрерывной работы.

Двигатель Стирлинга бесшумен, так как в цилиндрах не происходит детонация и отсутствует необходимость вывода отработанных газов. Модификация «Бета», оснащенная ромбическим кривошипно-шатунным механизмом, является идеально сбалансированной системой, которая в процессе работы не имеет вибраций.

В цилиндрах двигателя не происходят процессы, которые могут оказать негативное воздействие на окружающую среду. При выборе подходящего источника тепла (например, солнечная энергия) Стирлинг может быть абсолютно экологически чистым силовым агрегатом.

Недостатки конструкции Стирлинга

При всем наборе положительных свойств немедленное массовое применение двигателей Стирлинга невозможно по следующим причинам:

Основная проблема заключается в материалоемкости конструкции. Охлаждение рабочего тела требует наличия радиаторов большого объема, что существенно увеличивает размеры и металлоемкость изготовления установки.

Нынешний технологический уровень позволит двигателю Стирлинга сравниться по характеристикам с современными бензиновыми моторами только за счет применения сложных видов рабочего тела (гелий или водород), находящихся под давлением более ста атмосфер. Этот факт вызывает серьезные вопросы как в области материаловедения, так и обеспечения безопасности пользователей.

Немаловажная эксплуатационная проблема связана с вопросами теплопроводности и температурной стойкости металлов. Тепло подводится к рабочему объему через теплообменники, что приводит к неизбежным потерям. Кроме того, теплообменник должен быть изготовлен из термостойких металлов, устойчивых к высокому давлению. Подходящие материалы очень дороги и сложны в обработке.

Принципы изменения режимов двигателя Стирлинга также кардинально отличаются от традиционных, что требует разработки специальных управляющих устройств. Так, для изменения мощности необходимо изменить давление в цилиндрах, угол фаз между вытеснителем и силовым поршнем или повлиять на емкость полости с рабочим телом.

Один из способов управления скоростью вращения вала на модели двигателя Стирлинга можно увидеть на следующем видео:

Коэффициент полезного действия

В теоретических расчетах эффективность двигателя Стирлинга зависит от разницы температур рабочего тела и может достигать 70% и более в соответствии с циклом Карно.

Однако первые реализованные в металле образцы обладали крайне невысоким КПД по следующим причинам:

• неэффективные варианты теплоносителя (рабочего тела), ограничивающие максимальную температуру нагрева;
• потери энергии на трение деталей и теплопроводность корпуса двигателя;
• отсутствие конструкционных материалов, устойчивых к высокому давлению.

Инженерные решения постоянно совершенствовали устройство силового агрегата.

Так, во второй половине XX века четырехцилиндровый автомобильный двигатель Стирлинга с ромбическим приводом показал на испытаниях КПД равный 35% на водном теплоносителе с температурой 55 °C.

Тщательная проработка конструкции, применение новых материалов и доводка рабочих узлов обеспечили КПД экспериментальных образцов в 39%.

Современные образцы двигателя Стирлинга, такие как созданный американской компанией Mechanical Technology Inc, демонстрируют эффективность до 43,5%. А с освоением выпуска жаропрочной керамики и аналогичных инновационных материалов появится возможность значительного повышения температуры рабочей среды и достижения КПД в 60%.

Примеры успешной реализации автомобильных Стирлингов

Несмотря на все сложности, известно немало работоспособных моделей двигателя Стирлинга, применимых для автомобилестроения.

Заинтересованность в Стирлинге, подходящем для установки в автомобиль, появилась в 50-е годы XX века. Работу в данном направлении вели такие концерны, как Ford Motor Company, Volkswagen Group и другие.

Компания UNITED STIRLING (Швеция) разработала Стирлинг, в котором максимально использовались серийные узлы и агрегаты, выпускаемые автопроизводителями (коленчатый вал, шатуны).

Получившийся в результате четырехцилиндровый V-образный мотор обладал удельной массой 2,4 кг/кВт, что сравнимо с характеристиками компактного дизеля.

Данный агрегат был успешно опробован в качестве силовой установки семитонного грузового фургона.

Одним из успешных образцов является четырехцилиндровый двигатель Стирлинга нидерландского производства модели «Philips 4-125DA», предназначавшийся для установки на легковой автомобиль. Мотор имел рабочую мощность 173 л. с. в размерах, аналогичных классическому бензиновому агрегату.

Значительных результатов добились инженеры компании General Motors, построив в 70-х годах восьмицилиндровый (4 рабочих и 4 компрессионных цилиндра) V-образный двигатель Стирлинга со стандартным кривошипно-шатунным механизмом.

Аналогичной силовой установкой в1972 году оснащалась ограниченная серия автомобилей Ford Torino, расход топлива у которой снизился на 25% по сравнению с классической бензиновой V-образной восьмеркой.

В настоящее время более полусотни зарубежных компаний ведут работы по совершенствованию конструкции двигателя Стирлинга в целях его адаптации к массовому выпуску для нужд автомобилестроения. И если удастся устранить недостатки данного типа двигателей, в то же время сохранив его преимущества, то именно Стирлинг, а не турбины и электромоторы, придет на смену бензиновым ДВС.

Двигатель внешнего сгорания: 3 модификации двинателя Стирлинга

В наше время индустрия автомобилестроения достигла такого уровня развития, при котором без базовых научных принципов сложно достичь улучшения конструкции традиционных двигателей внутреннего сгорания.

Это вынудило конструкторов всё больше обращать внимание на проекты альтернативных силовых установок. Инженерные центры и автоконцерны подошли к этому вопросу по-разному. Одни сосредоточились на создании адаптации к серийному выпуску электрических и гибридных моделей силовой установки.

Другие делают вложения в разработку двигателей, потребляющих топливо из возобновляемых источников.

Одним из перспективных источников механической энергии для автомобилей является двигатель внешнего сгорания, разработанный уроженцем Шотландии Робертом Стирлингом пару веков назад. Двигатель внешнего сгорания Стирлинга по принципу работы сильно отличается от привычного для всех ДВС. Но на какое-то время после разработки о нём благополучно забыли.

История создания

В 1816 году уроженец Шотландии Роберт Стирлинг запатентовал тепловую машину, которую сегодня называют в честь своего создателя. Однако сама идея двигателей горячего воздуха была придумана вовсе не им. Но первый осознанный проект по созданию такого агрегата реализовал именно Стирлинг.

Он усовершенствовал систему, добавив в неё очиститель, в технической литературе называвшийся теплообменником. Благодаря этому сильно возросла производительность мотора благодаря удержанию его в тепле. Эта модель для того времени была признана самой прочной, поскольку никогда не взрывалась.

Несмотря на такой быстрый успех продвижения модели, в начале двадцатого столетия от дальнейшего развития двигателя внешнего сгорания отказались из-за его себестоимости в пользу двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель Стирлинга: принцип работы и модификации

Принцип работы любого теплового мотора заключается в том, что для получения газа в расширенном состоянии нужны немалые механические усилия. В качестве наглядного примера можно привести опыт с двумя кастрюлями, согласно которому их наполняют холодной и горячей водой. Опускают в холодную воду бутылку с закрученной пробкой. После этого бутылку переносят в горячую воду.

При таком перемещении газ в бутылке совершает механическую работу и выталкивает пробку из горлышка. Первая модель двигателя внешнего сгорания работала по точно такому же принципу. Однако позже создатель осознал, что часть выделяемого тепла можно использовать для подогрева. Производительность агрегата от этого только возросла.

Чуть позже инженер из Швеции Эриксон усовершенствовал конструкцию, выдвинув идею об охлаждении и нагревании газа при постоянном давлении вместо объёма. Это позволило двигателю «продвинуться по карьерной лестнице» и начать использоваться в шахтах и типографиях. Для экипажей и транспортных средств агрегат оказался слишком тяжёлым.

• Также советуем прочитать статью нашего специалиста, в которой он рассказывает о принципе работы и особенностях двигателя Ибадуллаева.
• Дополнительно советуем внимательно изучить статью нашего автора, в которой подробно описывается роторно-поршневой двигатель Ванкеля.
• На рисунке наглядно отображается рабочий цикл двигателя Стирлинга.

Как работает двигатель Стирлинга? Он преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу. Этот процесс происходит за счёт изменения температуры газа или жидкости, циркулирующих в замкнутом объёме. В нижней части агрегата рабочее вещество нагревается, увеличивается в объёме и выталкивает поршень вверх.

Горячий воздух поступает в верхнюю часть мотора и охлаждается с помощью радиатора. Давление рабочего тела понижается, а поршень опускается для повторения всего цикла. Система полностью герметична, благодаря чему рабочее вещество не расходуется, а лишь перемещается внутри цикла.

Кроме того, существуют моторы с открытым циклом, в которых регулирование потоком реализуется с помощью клапанов. Эти модели называют двигателем Эриксона. В целом принцип работы двигателя внешнего сгорания схож с ДВС. При низких температурах в нём происходит сжатие и наоборот. Нагрев же осуществляется по-разному.

Тепло в двигателе внешнего сгорания подводится через стенку цилиндра извне. Стирлинг догадался применять периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем.

Этот поршень перемещает газы с одной полости цилиндра в другую. При этом с одной стороны постоянно поддерживаются низкие температуры, а с другой — высокие.

При перемещении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость.

Система вытеснителя в двигателе соединена с рабочим поршнем, который сжимает газ в холоде и позволяет расширяться в тепле. Полезная работа совершается как раз благодаря сжатию в более низких температурах. Непрерывность обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом. Особых границ между стадиями цикла не наблюдается. Благодаря этому КПД двигателя Стирлинга не уменьшается.

Советуем также прочитать статью нашего специалиста в которой он рассказывает о КПД двигателя внутреннего сгорания.

Некоторые детали работы двигателя

В теории подводить энергию в двигатель внешнего сгорания может любой источник тепла (солнце, электричество, топливо). Принцип работы тела двигателя заключается в использовании гелия, водорода или воздуха. Термическим максимально возможным КПД обладает идеальный цикл. КПД при этом составляет от 30 до 40 %.

Эффективный регенератор может обеспечить более высокий КПД. Встроенные теплообменники обеспечивают регенерацию, обмен и охлаждение в современных двигателях. Их преимуществом является работа без масел. В целом смазки двигателю необходимо немного. Среднее давление в цилиндре варьируется от 10 до 20 МПа.

Необходима хорошая уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

Согласно теоретическим расчётам эффективность двигателя Стирлинга сильно зависима от температуры и может достигать даже 70 %.

Самые первые реализованные в металле образцы двигателя обладали низким КПД, поскольку варианты теплоносителя были неэффективны и ограничивали максимальную температуру нагрева, отсутствовали конструкционные материалы, устойчивые к высокому давлению.

Во второй половине XX века двигатель с ромбическим приводом во время испытаний превысил показатель 35 % КПД на водном теплоносителе и с температурой 55 градусов по Цельсию. Совершенствование конструкции в некоторых экспериментальных образцах позволило достичь практически 39 % КПД.

Почти все современные бензиновые двигатели, имеющие аналогичную мощность, обладают КПД 28 30 %. Турбированные дизели достигают около 35 %. Самые современные образцы двигателей Стирлинга, разработанные компанией Mechanical Technology Inc в США, показывают эффективность до 43 %.

После освоения жаропрочной керамики и других инновационных материалов появится возможность ещё сильнее увеличить температуру среды. КПД может при таких условиях достичь даже 60 %.

Существует несколько модификаций двигателя внешнего сгорания Стирлинга.

Модификация «Альфа»

Такой двигатель состоит из горячего и холодного раздельных силовых поршней, находящихся в собственных цилиндрах. К цилиндру с горячим поршнем поступает тепло, а холодный располагается в охлаждающем теплообменнике.

Модификация «Бета»

В этом варианте двигателя цилиндр, в котором расположился поршень, с одной стороны нагревается, а другой охлаждается. Внутри цилиндра двигаются вытеснитель и силовой поршень. Вытеснитель предназначен для изменения объёма рабочего газа. Регенератор же выполняет возвращение остывшего рабочего вещества в нагретую полость двигателя.

Модификация «Гамма»

Вся нехитрая конструкция модификации «Гамма» выполнена из двух цилиндров. Первый из них полностью холодный. В нём совершает движение силовой поршень.

А второй — холодный только с одной стороны, а с другой — нагретый. Он служит для перемещения механизма вытеснителя.

Регенератор циркуляции холодного газа в этой модификации может быть общим для обоих цилиндров и быть включённым в конструкцию вытеснителя.

Преимущества двигателя внешнего сгорания

Этот вид двигателей неприхотлив в плане топлива, поскольку основой его работы является перепад температур. Чем вызван этот перепад особого значения не имеет. Двигатель Стирлинга имеет простую конструкцию и не нуждается в дополнительных системах и навесном оборудовании (стартер, коробка передач).

Некоторые особенности устройства двигателя являются гарантией долгого срока эксплуатации: двигатель может работать непрерывно в течении примерно ста тысяч часов. Ещё одним серьёзным преимуществом двигателя внешнего сгорания является бесшумность.

Она обусловлена тем, что в цилиндрах отсутствует детонация и нет необходимости в выводе отработавших газов. Особенно выделяется по этому параметру модификация «Бета». Её конструкция оснащена ромбовидным кривошипно-шатунным механизмом, который обеспечивает отсутствие вибраций во время работы. И, наконец, экологичность.

В цилиндрах двигателя отсутствуют процессы, способные негативно влиять на окружающую среду.

При выборе альтернативных источников тепла (энергии солнца) двигатель Стирлинга превращается в разновидность экологически чистого силового агрегата.

Недостатки двигателя внешнего сгорания

Массовый выпуск таких двигателей в настоящее время невозможен. Основная проблема — это материалоёмкость конструкции. Охлаждение рабочего тела двигателя требует установку радиаторов с большими объёмами. Вследствие этого увеличиваются размеры.

Использование сложных видов рабочего тела вроде водорода или гелия поднимает вопрос о безопасности двигателя. Теплопроводность и температурная стойкость должны быть на высоком уровне. Тепло к рабочему объёму поступает через теплообменники. Таким образом, часть тепла теряется по дороге.

При изготовлении теплообменники приходится использовать термостойкие металлы. При этом металлы должны быть устойчивы к высокому давлению. Все эти материалы стоят дорого и долго обрабатываются. Принципы изменения режимов двигателя внешнего сгорания сильно отличаются от традиционных. Требуется разработка специальных управляющих устройств.

Изменение мощности вызывается изменением давления в цилиндрах и угла фаз между вытеснителем и силовым поршнем. Также можно изменить ёмкость полости с рабочим телом.

Примеры реализации двигателей внешнего сгорания на автомобилях

Работоспособные модели такого двигателя были выпущены в свет, несмотря на все сложности изготовления. В 50 года XX века у автомобилестроительных компаний появилась заинтересованность в этой разновидности силового агрегата. В основном реализацией двигателей Стирлинга на автомобилях занимались Ford Motor Company и Volkswagen Group.

Шведская компания UNITED STIRLING разработала такой двигатель, в котором разработчики старались чаще использовать серийные агрегаты и узлы (коленвал, шатуны). Был разработан четырёхцилиндровый V-образный двигатель, обладавший удельной массой 2,4 кг/кВт. Аналогичной массой обладает компактный дизель.

Двигатель попробовали устанавливать на семитонные грузовые фургоны.

Наиболее выделяющимся успешным образцом стал Philips 4-125DA, доступный для установки на легковые автомобили. Рабочая мощность двигателя составляла 173 лошадиных силы. Размеры несильно отличались от обычного бензинового ДВС. В случае поломки, можно купить грузовые двигатели и произвести выгодную замену.

Компания General Motors разработала восьмицилиндровый V-образный двигатель внешнего сгорания с серийным кривошипно-шатунным механизмом. В 1972 году ограниченная версия автомобилей Ford Torino оснащалась таким двигателем.

Причём расход топлива снизился на целых 25 % по сравнению с предыдущими моделями.

Сегодня несколько зарубежных компаний пытаются совершенствовать конструкцию этого двигателя с целью адаптации для серийного производства и установки на легковые автомобили.

Выводы

В случае, если недостатки двигателя внешнего сгорания будут устранены, то этот вид силового агрегата придёт на смену ДВС и даже электромоторам.

Но ввиду высокой стоимости материалов, сложности их обработки и громоздкости конструкции, двигатель внешнего сгорания пока не может выпускаться массово.

Возможно, когда-нибудь будут разработан дешёвый жаростойкий и устойчивый к давлению материал, который будет использоваться при изготовлении двигателя Стирлинга, а пока вся конструкция обходится производителям гораздо дороже, чем обычный ДВС. Удачи и лёгких дорог!

(Пока оценок нет) Загрузка…

Двигатель Стирлинга. Виды и конструкции. Устройство и работа

Современная автомобильная промышленность достигла такого уровня, что без серьезных исследований невозможно добиться кардинальной модернизации в конструкции двигателей внутреннего сгорания. Это способствовало тому, что конструкторы стали обращать внимание на альтернативные разработки силовых установок, таких как двигатель Стирлинга.

Одни автоконцерны сконцентрировали свои силы на разработке и подготовке к выпуску в серию электрических и гибридных автомобилей, другие инженерные центры затрачивают финансовые средства в проектирование двигателей на альтернативном топливе, изготовленном из возобновляемых источников. Существуют другие различные разработки двигателей, которые в будущем могут стать новым двигателем для различных средств транспорта.

Таким возможным источником энергии механического движения для автомобильного транспорта будущего может стать двигатель внешнего сгорания, изобретенный в 19 веке ученым Стирлингом.

Устройство и принцип работы

Двигатель Стирлинга выполняет преобразование тепловой энергии, получаемой из внешнего источника, в механическое движение благодаря изменению температуры жидкости, циркулирующей в закрытом объеме.

В первое время после изобретения такой двигатель существовал в виде машины, действующей на принципе теплового расширения.

В цилиндре тепловой машины воздух перед расширением нагревался, перед сжатием охлаждался. Вверху цилиндра 1 находится водяная рубашка 3, дно цилиндра непрерывно нагревается огнем. В цилиндре расположен рабочий поршень 4, имеющий уплотнительные кольца. Между поршнем и дном цилиндра расположен вытеснитель 2, передвигающийся в цилиндре со значительным зазором.

Воздух, находящийся в цилиндре, перекачивается вытеснителем 2 к дну поршня или цилиндра. Вытеснитель движется под действием штока 5, проходящего через уплотнение поршня. Шток в свою очередь приводится в действие эксцентриковым устройством, вращающимся с запаздыванием на 90 градусов от привода поршня.

В позиции «а» поршень расположен в нижней точке, а воздух находится между поршнем и вытеснителем, охлаждается стенками цилиндра.

В следующей позиции «б» вытеснитель перемещается вверх, а поршень остается на месте. Воздух, находящийся между ними, выталкивается ко дну цилиндра, охлаждаясь.

Позиция «в» — рабочая. В ней воздух нагревается дном цилиндра, расширяется и поднимает два поршня к верхней мертвой точке. После выполнения рабочего хода вытеснитель опускается ко дну цилиндра, выталкивая воздух под поршень, и охлаждаясь.

В позиции «г» охлажденный воздух готов к сжатию, и поршень перемещается от верхней точки к нижней. Так как работа сжатия охлажденного воздуха меньше, чем работа расширения нагретого воздуха, то образуется полезная работа. Маховик при этом служит своеобразным аккумулятором энергии.

В рассмотренном варианте двигатель Стирлинга обладает малым КПД, так как теплота воздуха после рабочего хода должна отводиться через стенки цилиндра в охлаждающую жидкость.

Воздух за один ход не успевает снизить температуру на необходимую величину, поэтому необходимо было продлить время охлаждения. Из-за этого скорость мотора была маленькой. Термический КПД был также незначительным.

Тепло отработанного воздуха уходило в охлаждающую воду и терялось.

Разные конструкции

Существуют различные варианты устройства силовых агрегатов, действующих по принципу Стирлинга.

Конструкция исполнения «Альфа»

Этот двигатель включает в себя два отдельных рабочих поршня. Каждый поршень расположен в отдельном цилиндре. Холодный цилиндр находится в теплообменнике, а горячий нагревается.

Конструкция исполнения «Бета»

Цилиндр с поршнем охлаждается с одной стороны, и нагревается с противоположной стороны. В цилиндре перемещается силовой поршень и вытеснитель, служащий для уменьшения и увеличения объема рабочего газа. Регенератор выполняет обратное перемещение остывшего газа в нагретое пространство двигателя.

Конструкция исполнения «Гамма»

Вся система состоит из двух цилиндров. Первый цилиндр весь холодный. В нем перемещается рабочий поршень, Второй цилиндр с одной стороны нагретый, а с другой – холодный, и предназначен для передвижения вытеснителя. Регенератор для перекачки охлажденного газа может являться общим для двух цилиндров, либо может быть включен в устройство вытеснителя.

Преимущества

• Как и множество двигателей внешнего сгорания, двигатель Стирлинга способен функционировать на разном топливе, так как для него важно наличие перепада температуры. При этом не важно, каким топливом он вызван.
• Двигатель имеет простое устройство, и не нуждается во вспомогательных системах и навесных устройствах (коробка передач, ремень ГРМ, стартер и т.д.).
• Особенности конструкции обеспечивают длительную эксплуатацию: больше 100 тысяч часов постоянной работы.
• Работа двигателя Стирлинга не создает большого шума, так как внутри двигателя не происходит детонация топлива, и отсутствует выпуск отработанных газов.
• Исполнение «Бета», снабженное кривошипно-шатунным устройством в виде ромба, является наиболее сбалансированным механизмом, который при функционировании не создает вибрацию.

• В цилиндрах мотора не возникают процессы, оказывающие вредное воздействие на природную среду. При подборе оптимального источника тепла мотор Стирлинга может стать экологически чистым устройством.

Недостатки

• При значительных положительных характеристиках быстрое серийное производство двигателей Стирлинга нереально по некоторым причинам. Основной вопрос в материалоемкости устройства. Чтобы охлаждать рабочее тело, необходим большой радиатор, что значительно увеличивает габариты и вес оборудования.
• Сегодняшний уровень технологий дает возможность двигателю Стирлинга конкурировать по свойствам с новыми бензиновыми двигателями за счет использования сложных типов рабочего тела (водород или гелий), находящихся под очень большим давлением. Это значительно повышает опасность использования таких двигателей.
• Серьезная проблема эксплуатации связана с проблемами температурной стойкости стальных сплавов и их теплопроводности. Тепло подходит к рабочему пространству с помощью теплообменников. Это приводит к значительным потерям тепла. Также теплообменник должен производиться из термоустойчивых сплавов, которые также должны быть устойчивы к повышенному давлению. Соответствующие этим условиям материалы очень сложны в обработке и имеют высокую стоимость.
• Принципы перехода двигателя Стирлинга на другие режимы функционирования также существенно отличаются от привычных принципов. Для этого необходимо создание специальных устройств управления. Например, для изменения мощности нужно менять угол фаз между силовым поршнем и вытеснителем, давление в цилиндрах, либо изменить емкость рабочего объема.

Двигатель Стирлинга и его использование

При необходимости создания преобразователя тепла компактных размеров можно вполне использовать мотор Стирлинга. При этом эффективность других аналогичных двигателей значительно ниже.

• Универсальные источники электричества. Моторы Стирлинга могут преобразовывать тепло в электричество. Существуют проекты солнечных электроустановок с применением таких двигателей. Их используют как автономные электростанции для туристов. Некоторые производители изготавливают генераторы, действующие от газовой конфорки. Существуют также проекты генераторов, которые работают от радиоизотопных источников тепла.
• Насосы. Если в контуре системы отопления установлен насос, то эффективность отопления значительно возрастает. В системах охлаждения также устанавливают насосы. Электрический насос может выйти из строя, к тому же, он потребляет электрическую энергию. Насос, действующий по принципу Стирлинга, решает этот вопрос. Двигатель Стирлинга для перекачивания жидкостей будет проще обычной схемы, так как вместо поршня может применяться сама перекачиваемая жидкость, служащая также для охлаждения.
• Холодильное оборудование. В конструкции всех холодильников используется принцип тепловых насосов. Некоторые производители холодильников планируют устанавливать на свои изделия двигатель Стирлинга, которые будут очень экономичны. Рабочим телом будет выступать воздух.
• Сверхнизкие температуры. Для сжижения газов такие моторы очень эффективны. Их использование более выгодное, чем турбинные устройства. Также двигатель Стирлинга применяется в устройствах для охлаждения датчиков точных приборов.
• Солнечные электростанции. Электрическую энергию можно получать путем преобразования энергии солнца. Для этого могут применяться двигатели Стирлинга, которые устанавливают в фокус зеркала так, чтобы место нагрева непрерывно освещалось лучами солнца. Отражатель управляется по мере перемещения солнца, энергия которого концентрируется на малой площади. При этом происходит отражение излучения зеркалами около 92%. Рабочим телом двигателя служит чаще всего гелий или водород.
• Аккумуляторы тепла. С помощью устройства Стирлинга можно резервировать тепловую энергию, используя теплоаккумуляторы на основе расплавов солей. Такие устройства имеют запас энергии, превосходящий химические аккумуляторы, и имеют меньшую стоимость. Применяя для регулировки мощности увеличение и уменьшение угла фазы между двумя поршнями, можно накапливать механическую энергию, осуществляя торможение двигателя. При этом двигатель служит тепловым насосом.
• Автомобилестроение. Несмотря на сложности, существуют действующие модели мотора Стирлинга, использующиеся для автомобилей. Заинтересованность в таком двигателе, подходящем для автомобиля, возникла еще в прошлом веке. Разработки в этом направлении проводили английские и немецкие автоконцерны. В Швеции также был разработан двигатель Стирлинга, в котором применялись унифицированные серийные агрегаты и узлы. В результате получился 4-цилиндровый мотор, параметры которого сравнимы с характеристиками небольшого дизельного двигателя. Этот двигатель был успешно испытан в качестве силового агрегата для многотонного грузовика.

Сегодня исследования установок Стирлинга для подводных, космических и других установок, а также проектирование основных двигателей проводятся во многих зарубежных странах. Такой высокий интерес к моторам Стирлинга стал итогом интереса общественности в борьбе с загрязнением атмосферы, шумом и сохранением природных энергетических источников.

Похожие темы:

Ядерный реактор для Луны и Марса / Хабр

Агентство НАСА завершило тестирование ключевых компонентов миниатюрного ядерного реактора, который в будущем должен будет обеспечить энергией наши космические базы на Луне и на Марсе, а также может служить источником энергии для ионных двигателей нового типа.

Реактор НАСА сделан по оригинальной технологии: он совмещает в себе маленькую установку по расщеплению атомов и два двигателя Стирлинга, принцип работы которых показан на иллюстрации справа — это тепловая машина, в которой есть горячая и холодная камеры, а газ непрерывно перемещается между ними, попеременно то нагреваясь/расширяясь, то остывая/сжимаясь. Процесс идёт самостоятельно, если сохранять температуру камер.

В исследовательском центре НАСА Glenn Research Center протестировали двигатели Стирлинга и радиаторы по отдельности, а вместо реактора поставили пока что симулятор. Все части в сборе протестируют в 2014 г. А подготовить к запуску реактор должны к 2020 г. Как известно, именно к этой дате НАСА обещает вернуть человека на Луну.

Во время эксперимента установка стабильно выдавала 2,3 кВт энергии, и показала себя даже лучше, чем ожидали учёные. Потенциально она может работать на мощности 40 кВт, этого будет вполне достаточно для жизнеобеспечения лунной и марсианских баз.

В создании ядерной установки инженеры применили одну инновацию. Для передачи тепла от реактора к машине Стирлинга они использовали жидкую металлическую прослойку из калийно-натриевого сплава. Такой материал впервые используется с машиной Стирлинга. По первым прикидкам, получившаяся конструкция сможет работать без какого-либо внешнего вмешательства как минимум восемь лет.

Кроме того, были протестированы панели радиатора, который должен рассеивать тепло от водяной системы охлаждения реактора. Радиаторы неплохо показали себя в безвоздушном пространстве при суточных перепадах температур от -100°С до +100°С, как на Луне.

Программа по созданию миниатюрных ядерных реакторов Fission Surface Power в НАСА стартовала в 2006 году.

Двигатель стирлинга своими руками — МозгоЧины

Всем привет! Сегодня я хочу представить вашему вниманию самодельный двигатель, который  любую разницу температур преобразовывает в механическую работу:

Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Материал из Википедии (Тыц)

Представляю вашему вниманию свой двигатель, сделанный по картинках из Интернета:

 

 

Увидев это чудо, у меня возникло желание его сделать)) Тем более на просторах Интернета оказалось много чертежей и конструкций двигателя. Скажу сразу: сделать— не трудно, но отрегулировать и добиться нормальной работы—  немного проблематично. У меня он нормально заработал только с третьего раза (надеюсь вы так мучиться не будете)))).

Принцип работы двигателя стирлинга:

Все сделано из материалов, доступных каждому мозгочину:

Ну и как же без размеров)))

Каркас двигателя сделан из проволоки от скрепок. Все неподвижные соединения проволоки-паяные(хорошая статья о пайке)

Вытеснитель (диск который перемещает воздух внутри двигателя) — из чертежной бумаги и склеен суперклеем (внутри он полый):

Чем меньше зазор между крышками и вытеснителем в верхнем и нижнем положении, тем больше кпд двигателя.

Шток вытеснителя- из вытяжной заклепки (изготовление: акуратно вытянуть внутреннюю часть и если надо- зачистить наждачной бумагой нулевкой; внешнюю часть приклеить к верхней «холодной» крышке шляпкой вовнутрь). Но у этого варианта есть недостаток- нет полной герметиности и есть небольшое трение, хотя капля моторного масла поможет от него избавиться.

Цилиндр поршня- горлышко от обыкновенной пластиковой бутылки:

Кожух поршня сделан из медицинской перчатки и закреплен нитью, которую после намотки нужно пропитать суперклеем для надежности. По центру кожуха приклеен диск из нескольких слоев картона, на котором закреплен шатун.

Коленвал- из тех же скрепок, что и весь каркас двигателя. угол между коленами поршня и вытеснителя- 90 градусов.  Рабочий ход вытеснителя- 5мм; поршня- 8мм.

Маховик- состоит из двух CD дисков которые приклеены на картонный цилиндр и посажены на ось коленвала.

Итак, хватит нести всякий бред представляю вам видео работы двигателя:

Трудности, которые у меня возникали, в основном были связаны с избыточним трением и отсутствием точных размеров конструкции. в первом случае капля моторного масла и центровка коленвала исправляла ситуацию, то во втором- приходилось полагаться на интуицию))) Но как видите все вышло(правда 3 раза полностью переделывал двигатель))))

Если у вас возникли вопросы- пишите в коментариях, разберемся)))

Спасибо за внимание)))

UNFINISHEDWOODCO 300583 11,5 Настенный декор для пишущей машинки Letter X Black

UNFINISHEDWOODCO 300583 11,5 Настенный декор для пишущей машинки Letter X Black

UNFINISHEDWOODCO 300583 11,5 Настенный декор для пишущей машинки Letter X Black

Другой красивый узор для разных людей. Двойной подшипник с низким коэффициентом трения для высокой ударопрочности. Купить тормозные колодки EBC DP41274R Yellowstuff Street and Track: Тормозные колодки — ✓ БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при соответствующих покупках.XXL Sectional 105 «W x 250» L): Чехлы для диванов — ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА для соответствующих критериям покупок. Family Boater Sun Cap Ribbon Mother Kids Соломенная пляжная шляпа Панама Летние шляпы для детей Женская соломенная шляпа Snapback Gorras & 3 A30. пожалуйста, напишите нам, если вы не удовлетворены этим продуктом. Это ожерелье для гитары изготовлено из высококачественного материала и обеспечивает формованную тактильную поверхность для захвата. Купите ожерелье с подвеской в ​​виде креста с атласной отделкой из стерлингового серебра 925 пробы с удлинением 16 + 2 дюйма и другими подвесками на.Фотографии высокой четкости, напечатанные на холсте с яркими цветами на высококачественном холсте. ; Этот предмет не поставляется с цепью. Купите Capezio Developpe # 3 Shank Pointe Shoe: покупайте лучшие модные бренды Ballet & Dance в ✓ БЕСПЛАТНОЙ ДОСТАВКЕ, возможен возврат при соответствующих критериях покупки.Он предлагает оптимальную защиту от солнца. малышей или младенцев постарше). Затем вы перейдете к оформлению заказа, Кольцо Cleo из стерлингового серебра, бирюзовое кольцо, штабелируемое кольцо, :::::::: ♥♥ ПЕРСОНАЛИЗАЦИЯ ♥♥ ::::::::.СО СКИДКОЙ ИЗ-ЗА ОБНОВЛЕНИЯ ПОЛОСЫ. >> Простая инструкция (PDF) по установке темы и плагинов со скриншотами.

UNFINISHEDWOODCO 300583 11,5 Настенный декор для пишущей машинки Letter X Black

Zicac Girls Прозрачный рюкзак с лазерными блестками Прозрачный пластиковый повседневный рюкзак для путешествий KM-SAMD79, 13 X 4.7x 16.4 13 X 4.7x 16,4 10459652 Кожаный школьный рюкзак CARQI Водонепроницаемый повседневный рюкзак, BA5559 Спортивные товары NIKE Kids Brasilia Just Do It Mini Backpack Nike Equipment.Черный мини-рюкзак 20140 с единорогом. yisibo Cat Kitty Tiger Милый детский рюкзак с поводком, рюкзак Anit-Lost Chiidren, рюкзак с 3D-рисунком для детей от 1 до 4 лет, мини-рюкзак Nickelodeon Paw Patrol 12 для малышей Ruz. OS Disney Ditch Mickey Jansport 3BB3 Womens Disney Superbreak, Victoria’s Secret PINK Mini Backpack Gold Metallic Micro Bag NEW VS PINK NWT, синий рюкзак Disney Moana, 16 дюймов, школьная сумка KAD31086319, комплект для обеда Avengers Red Blue Thermos Soft, комплект для обеда Five Nights At Freddys, коробка для сумки Бонни Чика Рус, Хамтаро Обед с бутылкой воды.

Цена

Sterling s11

Gionee S11 в Пакистане, характеристики Gionee S11, отзывы. Спецификация Gionee S11 включает камеру 16 МП, Dual Sim, 64 ГБ, внутреннюю память 4 ГБ, лунный свет, космическое золото, цвета вишневого порошка, MP3-плеер, FM-плеер и т. Д. S11 Пакистанская ставка для новых, старых и бывших в употреблении телефонных аппаратов S11 в Лахоре, Карачи, Исламабаде. Написать рецензию. В Медицинском центре OakBend мы ценим ваши комментарии и отзывы о вашем опыте. Онлайн-обзоры могут помочь другим узнать об услугах и уходе, которые мы предлагаем округу Форт-Бенд и близлежащим общинам.

Mercedes w203 bluetooth adapter

Arc Committee hoa

Poetry Daily — антология современной поэзии. Каждый день мы приносим вам новое стихотворение из новых книг, журналов и журналов. Новости из Бостона и Новой Англии. Globe круглосуточно освещает последние новости и рассказывает важные истории, которые помогут вам оставаться на связи с сообществом.

Enmeshment trauma

Tigole x265

28 октября 2020 г. · Начните бесплатную пробную версию, чтобы смотреть Archer на YouTube TV (и отмените ее в любой момент).Смотрите прямые телетрансляции с каналов ABC, CBS, FOX, NBC, ESPN и популярных кабельных сетей. Облачный видеорегистратор без ограничений по хранению. Включено 6 счетов на семью. Найдите ближайшего к вам торгового представителя, партнера или представителя по обслуживанию Flowserve или заполните форму «Свяжитесь с нами», и мы скоро свяжемся с вами.

Фонари, совместимые с Google home

Kingroon cura profile

Купите женскую футболку Love с логотипом SS North Face S11 и другие футболки и майки The North Face. Зарабатывайте до 10% долларов в виде вознаграждения Moosejaw за каждый заказ.Мы занимаемся ювелирными изделиями из драгоценных камней из стерлингового серебра 925 пробы ручной работы. В любом случае, если вас не устраивает. Мы сделаем все возможное, чтобы решить любую проблему и сделать все, чтобы вы остались довольны. мы постараемся удовлетворить вас, решив вашу проблему.

Satta King Chart, октябрь 2018 г. gali

Cpt code 19120

Аптека Sterling также является официальным местом выдачи рецептов на лекарства с истекшим сроком годности и неиспользованные лекарства. «Стерлинг — это уникальная аптека, ориентированная на клиентов. У них есть много уникальных натуральных средств по уходу за кожей…Pioneer DJ — DJM-S11-SE — это ограниченная версия профессионального 2-канального 4-х декового боевого микшера DJM-S11 в ретро-дизайне DJM-909, где неподвластный времени дизайн сочетается с новейшими технологиями, который, благодаря улучшениям различных элементов его предшественника DJM-S9 и множеству совершенно новых функций, включая настраиваемый 4,3-дюймовый сенсорный дисплей, позволяет вам лучше работать с Serato DJ Pro и rekordbox.

Миллиардер, бог войны. Роман читать онлайн.

Работа на степень магистра управления строительством.

Полиция Милуоки опубликовала видео с участием игрока из Бакс Стерлинг Брауна.Видео, выпущенное в среду камерой офицера, показывает, как новичок НБА Стерлинг Браун борется с … Найдите последние котировки акций Cara Therapeutics, Inc. (CARA), историю, новости и другую важную информацию, которая поможет вам в торговле акциями и инвестировании .

Spectrum cable RF Remote

Таблица реагентов для ограничения стехиометрии газа

ShopHQ Shopping — Eufy HomeVac S11 Reach Cordless Vacuum Cleaner. Беспроводная и легкая конструкция позволяет легко перемещаться по углам и мебели.Индекс: / installers / windows / OMDev / tools / gnuplot / BUGS ===== — / installers / windows / OMDev / tools / gnuplot / BUGS (версия 8085) +++ / installers / windows / OMDev / tools / gnuplot …

Yocto vs lfs

Citrix неверное имя пользователя или пароль, попробуйте еще раз

Мэллори лжет Стерлингу, чтобы не допустить его к ISIS. Она смертельно боится, что он снова впадет в кому или умрет. Она защищает его, но, будучи холодной бессердечной сучкой, она делает это только через обман.Шерил Кэрол Черлин — абсолютный хаотичный нейтралитет.

塩 川 光明 堂 жестяные игрушки ブ リ キ の お も ち b- バ イ ク s11

Goldman sachs макро исследования вакансии

Контактная информация. ТЕЛЕФОН: 516-217-1000 Бесплатный звонок 1-866-9optics

S11-4511; 3/4 дюйма из нержавеющей стали с полой спинкой RUB RAIL / нержавеющая сталь. Доля. Будьте первым, кто оставил отзыв об этом продукте … Плоские лодочки без каблука …

Снятие мушки Winchester sx4

Установить oracle Instant Client 12.2 linux

Bohr model interactive

Postgres uuid_generate_v4 не существует

Регулярное выражение, разрешающее только числа и дефис javascript

Подарочный код игр Pocket 7 2020

Excel с автоподбором высоты строки дополнительное пространство

Двигатель Стирлинга с горячим воздухом DjuiinoStar, цельнометаллическая конструкция, генератор электроэнергии (загорается разноцветный светодиод), мой первый двигатель Стирлинга DHA-BG-401R

Нотация британских фунтов стерлингов (GBP); 1 доллар США 1 доллар США 0 фунтов стерлингов.7418 GBP1 доллар США = 0,7418 Британский фунт стерлингов: 2 5 долларов США 3,702 фунта стерлингов 5 доллар США = 3,7092 фунт стерлингов 3 фунта стерлингов 10 долларов США 7,4183 фунта стерлингов 10 доллар США = 7,4183 фунта стерлингов Великобритании 4 доллара США 20 долларов США 14,84 фунта стерлингов 20 долларов США = 14,84 Британский фунт стерлингов: 5 50 долларов США 37,09 фунтов стерлингов 50 долларов США …

Дивиденды HSBC в фунтах стерлингов. У кредитора есть готовая китайская фанатская база, жаждущая прибыли.

flood \ / 25570-skott-sterling-sportsmen-otbivayushchiy …

Sterling WhatsApp Banking разработан, чтобы сделать банковские транзакции такими же простыми, как общение в чате. Наслаждайтесь отличной покупательной способностью с кредитной картой Sterling.Он обеспечивает доступ к вращающейся линии …

Код временного фильтра Ifttt

Библиотека образцов эмулятора ii

Смешные женские имена t rex

Fedora 31 изменить фон экрана входа в систему

Tarot gratis tirada completeta

Kubota grill guard

Мелкий шрифт содержит quizlet

Орбитальная шлифовальная машина Dewalt d26451

Последовательность изображений в видео онлайн

Excel находит и заменяет подстановочный знак побега

Вызывает ли выпадение волос голова и плечи yahoo 8

трубка ноты

Iphone Diagnostic ios 12

Egg inc mod apk free shopping

Ijoy mist Speaker manual

Antivirus evasion course by dedsec free download

2003 Chevy Silverado airbag wiring diagram

1

CEDAWS

Учебное пособие по дескриптору отчета USB HID

Викторина «Любят ли мои родители друг друга»

Словарный документ Danielson

Обзор патронов Federal 380 fmj

Mn bike trail navigator

Новые strongpercent27s расширили исчерпывающее соответствие библейского pdf

Rc

Как мне связаться с Amazon по поводу неправильного элемента

Iics rest api

Вычитание трех цифр без перегруппировки рабочих листов

Quizlet теорем треугольника

Mac Address Changer apk pro

Братья на иврите

g35 седан перегрев

обогреватель Reddy gp30

Глава 9 учебное пособие биология

Бревенчатый грузовик на продажу Craigslist

Что означает невыполненное состояние облигации

Keystone montana отзывы

Zelsele отменить

Космические поединки nter loser

Привод желоба снегоуборочной машины Kubota

Выход из режима вставки, провисание

Затраты на техническое обслуживание BMW Reddit

Новые super mario bros ds rom

P0089 cadillac craft cts

1950s с помощью ключа ответа поперечной математической библиотеки

Записать заключенного Расширенный поиск

Маркеры Expo 8 pack

Комплект заземления автомобиля

Где находится серийный номер pax 3

2005 toyota 4runner выключатель подачи топлива

Gopro amazon uk купоны

Инструмент формата Vivo y91

Multivibrator ppt

Kohler 20kw масляный фильтр генератора

Духовное значение затопления

Не удалось запустить custom action rasa 530007

Chrysler адаптер для рейки

12.От 5 мг до куб. См.

Конфигурации двигателя Стирлинга

— обновлено 30 марта 2013 г.

Конфигурации двигателя Стирлинга — обновлено 30 марта 2013 г.

Глава 2а — Двигатели Альфа Стирлинга

Механические конфигурации двигателей Стирлинга обычно делятся на три группы, известные как Alpha , бета , и Гамма договоренности. Двигатели Alpha имеют два отдельных поршня. цилиндры, которые последовательно соединены нагревателем, регенератором и кулер. В двигателях Beta и Gamma используется поршневой вытеснитель. приспособлений, двигатель Beta имеет как вытеснитель, так и поршень в системе рядных цилиндров, в то время как двигатель Gamma использует отдельные цилиндры.

Движок Alpha концептуально простейший Однако конфигурация двигателя Стирлинга страдает недостатком что и горячий, и холодный поршни должны иметь уплотнения, чтобы удерживать рабочий газ. Существует ряд механических механизмов, которые позволяют этот тип двигателя для правильной работы с правильной фазировкой два поршня. Отличная анимация движка V-type Alpha разработан Ричардом Уилером ( Zephyris ) из Википедия показано ниже:

Энди Росс из Колумбуса, штат Огайо, проектировал и производство малых авиационных двигателей с 1970-х годов, в том числе чрезвычайно инновационный дизайн Alpha.Он является изобретателем классической Росс. Двигатель с коромыслом, а также сбалансированный механизм «Rocker-V», оба показаны ниже.

Обратитесь к восхитительной книге Энди Росса: Making Двигатели Стирлинга (Ross Experimental, 1993). Двигатель D-90 Yoke Drive Alpha Stirling описан в его Книга будет использована в качестве основного примера этого веб-ресурса. В Университет Огайо, у нас есть лаборатория модель приводного двигателя Д-90 Хомут, который нагревается электрически для точного определения тепла входная мощность. Мэтт Кевени сделала анимационный показ четко принципы работы Росс коромысло рычажного механизма . Этот оригинальный механизм передачи движения двойного поршня в вращательное движение минимизирует боковые силы поршня, как правило встречался на штатном коленчатом механизме.

Совсем недавно Энди Росс придумал сбалансированный Конструкция механизма Rocker-V. Он опубликовал статью о модели. Локомотив кульминации, который он построил с использованием небольшого (20 куб. См) Rocker-V двигатель, и позволил мне сохранить копию этой статьи « A Локомотив кульминации класса А «.Число из них Rocker-V двигатель s были построены студентами для Старший Класс Design в Университете Огайо в 2001 году, и также будет использоваться в качестве примера этого веб-ресурса. Один из Многие видео Энди Росса на YouTube демонстрируют уникальное сбалансированное двойной V Двигатель Alpha , в котором не используется секция теплообменника, протянувшаяся поперек В.

Холодный Energy, Inc из Боулдера, Колорадо, имеют разрабатывает низкотемпературные (150 ° C — 400 ° C) Alpha Stirling системы двигатель / генератор с 2006 г. (См. их продукт История развития) .Это включало полная система когенерации солнечной энергии и тепла для домашнего использования из них эвакуированных трубчатые солнечные тепловые коллекторы , тепловые систем хранения, горячей воды и обогревателей, а также SolarHeart Двигатель / генератор Стирлинга. В настоящее время они концентрируясь на системах утилизации отходящего тепла (См .: Cool Обзор двигателя Energy ThermoHeart 25 кВт ) с использованием четырехцилиндрового двигателя Alpha, как описано в документе представлен на 2016 Международная конференция по двигателям Стирлинга, автор команда Cool Energy: 25 кВт Низкотемпературный двигатель Стирлинга для рекуперации тепла, солнечной энергии и биомассы Приложения ).

Многоцилиндровые двигатели Alpha Stirling

Движок Alpha можно также объединить в компактная многоцилиндровая конфигурация, обеспечивающая чрезвычайно высокую удельная выходная мощность. Принципиальная схема этой конфигурации показано ниже. Обратите внимание, что четыре цилиндра соединены между собой, поэтому что пространство расширения одного цилиндра соединено с пространство сжатия соседнего цилиндра через последовательно соединенные нагреватель, регенератор и охладитель. Поршни обычно приводятся в движение наклонная шайба, приводящая к чисто синусоидальному возвратно-поступательному движению имеющий разность фаз 90 градусов между соседними поршнями.

Пример 4-цилиндрового двигателя Alpha с наклонной шайбой показано ниже. Этот двигатель был первоначально разработан Stirling. Thermal Motors (позже STM Корпорация , однако, больше не в рабочем состоянии).

Во время 1970-е годы — NV Philips из Голландии и Ford Motor Company разработан экспериментальный автомобильный двигатель — четырехцилиндровый двигатель с наклонной шайбой, как показано на следующей фотографии:

Это двигатель Ford-Philips 4-215 используется в качестве примера в книга И.Уриэли и Д.М. Берховиц — Двигатель цикла Стирлинга Анализ (Адам Хильгер, 1984), страницы 25 — 31. Это будет один из тематические исследования этого учебного ресурса, и поскольку книга отсутствует print, эти страницы были добавлены сюда для удобства: Ford-Philips.pdf .

Уильям Бил из Sunpower, Inc придумал интересный конфигурация, сочетающая в себе четырехцилиндровый свободнопоршневой двигатель Alpha с выходным каскадом газовой турбины, как показано на следующей схеме диаграмма:

Четыре цилиндра физически скомпонованы с 90 степень разности фаз с каждым поршнем, подключенным к газу компрессор.Затем газовые компрессоры используются для привода газовой турбины. расширитель, как показано. Главное преимущество этой системы — обещание высокой удельной мощности и, самое главное, высокой надежности и срок службы из-за отсутствия сильно нагруженных движущихся частей, так как на подшипники скольжения отсутствуют боковые нагрузки.

На эскизе показаны газовые компрессоры одностороннего действия для простота, однако реальная машина будет использовать двойное действие компрессоров так, чтобы на турбине было восемь импульсов газа для каждый цикл четырехцилиндровой машины.

______________________________________________________________________________________

Анализ машины цикла Стирлинга Израиль Уриэли под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Соединенные Штаты Лицензия

Двигатели Стирлинга бета

— обновлено 30.12.2011 Двигатели Стирлинга бета

— обновлено 30.12.2011

Глава 2b — Двигатели Стирлинга бета-типа

Бета-конфигурация — классический двигатель Стирлинга. конфигурации и пользовалась популярностью с момента своего создания до Cегодня.Оригинальный двигатель Стирлинга из его патентного чертежа 1816 года. показывает бета-схему. Фотография Роберта Стирлинга, оригинальный патентный рисунок, а также анимированная модель Стирлинга двигатель наглядно показан на интересном сайте Robert Sier . Из рисунка ниже видно, что в отличие от машины Alpha, двигатель Beta имеет одинарный силовой поршень. и вытеснитель, идеальная цель которого — «вытеснить» рабочий газ в постоянном объеме, и перемещать его между расширениями и пространства сжатия через охладитель последовательного расположения, регенератор и нагреватель.В реальных двигателях связь, приводящая в движение поршень и вытеснитель будут перемещать их так, что газ сжимается в то время как он в основном в холодном пространстве сжатия и расширяется, горячее пространство расширения. Это ясно показано в соседних анимация, которую произвел Ричард Уиллер ( Zephyris ) из Википедия .

Подробное описание идеальной машины Beta цикл представлен в Engineering Термодинамика — Глава 3b Интернет-ресурс.См. Также анимацию бета-машины Matt. Keveney — Одноместный Цилиндр двигателя Стирлинга , четко виден принцип работы.

Помимо оригинального двигателя Стирлинга, важная Ранняя бета-версия двигателя — это машина Lehmann, на которой Gustav Schmidt сделал первый разумный анализ двигателей Стирлинга в 1871 году. Энди Росс построил небольшую рабочую копию модели Lehmann машина , а также модель Пневматический двигатель , оба на базе одноцилиндрового двигателя Бета-конфигурации.

Рольф Мейер из Philips, Голландия, разработал свой известныйNvibrationless ромбический управлял двигателями Beta в начале 1960-х годов. В 1965 г. в исследовательских лабораториях General Motors был разработан ромбический привод мощностью 7,5 кВт. Двигатель / генератор Стирлинга GPU-3 (Ground Power Unit) для США Армия. Это описано и проанализировано в книге И.Уриэли и Д. М. Берховиц — Анализ двигателя цикла Стирлинга (Адам Хильгер, 1984), страницы 30-40, и, поскольку эта книга больше не издается, эти Для удобства сюда добавлены страницы: Rhombic-GPU-3.pdf . Энди Росс построил несколько небольших пневмодвигателей с ромбическим приводом — см. его книга: Изготовление Двигатели Стирлинга (Ross Experimental, 1993).

Еще один интересный сайт — Stirling Лодки с двигателем by Andrew Зал с описанием лодок с приводом в Двигатели бета-типа, построенные моделистами в Великобритании.

Свободнопоршневые двигатели Стирлинга

Пожалуй, самые гениальные двигатели Стирлинга на сегодняшний день изобретены двигатели со свободным поршнем, изобретенные и разработанные William Бил в Университете Огайо в конце 1960-е гг.Легенда гласит, что во время обучения ромбическому движению двигатель он внезапно понял, что «этот двигатель все равно будет работать, если мы просто выбрасываем это сложный приводной механизм — Эврика! ». Затем он основал компанию Sunpower , г. который был лидером в разработке поршневых двигателей Стирлинга двигатели и криокулеры по сей день. Большинство двигателей Sunpower имеют бета-версию и не использовать систему механической связи. Главный аспект бесплатного поршневой машины заключается в том, что выходная мощность может быть получена через линейный генератор переменного тока, позволяющий герметизировать всю систему запечатанный.Фактически, это единственная конфигурация Стирлинга, в которой удалось достичь коммерциализация в любых количествах. Это главным образом потому, что он избегает фатальные недостатки кривошипа, снова и снова проверенные годами быть практически непреодолимым — уплотнение и смазка.

Начиная с 1974 Солнечная сила разработала свободнопоршневой двигатель / генераторы Стирлинга. в диапазоне уровней мощности от 35 Вт _e до 7,5 кВт _e . Рассмотрим, например, двигатель / генератор EG-1000, работающий на газе. и был разработан для выработки электроэнергии (1 кВт _e ) а также для обеспечения горячей водой частного дома.Рабочий газ используется гелий, преимущество которого в том, что он имеет низкомолекулярный вес и высокая теплопроводность по сравнению с воздухом, что позволяет значительное уменьшение размеров. Этот двигатель показан на рисунке ниже вместе с упрощенной принципиальной схемой.

Линейный электрогенератор (на чертеже не показан). схема выше) состоит из мощных редкоземельных магнитов в Поршень, разрезающий магнитопровод и катушки в цилиндре.Он выдает 240 Вольт при 50 Гц — предназначен для работы в Европе и способна производить более одного киловатт выходная электрическая мощность при КПД около 90%. Горячая вода обеспечивается за счет включения охлаждающая вода температурой 50 ° C.

Солнечная сила Свободнопоршневой двигатель / генератор Стирлинга EG-1000

На этой фотографии мы видим Солнечную Силу. Демонстрация ЭГ-1000 с использованием пеллет из опилок в качестве топлива, и вырабатывает более 1000 Вт электроэнергии на световой панели.Этот был проведен на Ярмарке устойчивого развития в Афинском торговом центре. Огайо, 2001. крупным планом. фотография базовой системы показано. Обратите внимание на радиатор замкнутого цикла и вибрационный насос, используемые в система водяного охлаждения.

Обратите внимание, что с 1995 г. Компания British Gas использовала технологию EG-1000 для разработки ТЭЦ (Комбинированная Тепло и Электроэнергия) — двигатель / генератор мощностью 1 кВт в настоящее время производитель Microgen Engine Corporation (см. к их История и Двигатель интернет страницы).

Ан чрезвычайно интересная система свободного поршня двигателя, разработанная Уильямом Бил — модель со свободным цилиндром водяной насос . В этом двигателе тяжелая внутренняя масса обеспечивает силу реакции, приводящую в движение цилиндр, который напрямую подключен к водяному насосу. Он построил силу регулировка и автоматически реагирует на нагрузку. Все остальные двигатели для этого требуются трансмиссия и сложные механизмы управления. Кроме того, я не знаю другого механического теплового двигателя. который работает от бесконечной нагрузки до нуля без остановки или разрушая себя.
Еще одна привлекательная особенность бесплатного цилиндрическая система состоит в том, что она может быть изготовлена ​​из недорогих легкодоступные компоненты. Фактически, весь корпус насоса можно изготавливается из обычных ПВХ трубопроводов и арматуры. Надежность, простота и низкая стоимость этого двигателя делают его в высшей степени подходящим для применения в развивающихся странах, а в 1970-х годах это было тщательно протестирован как в полевых условиях, так и в лаборатории (см. презентация 1979 года Уильяма Билла A Двигатель Стирлинга со свободным цилиндром для водяных насосов на солнечной энергии ).

Два интересных свободных поршня Stirling powered также были исследованы холодильные системы — дуплексный газовый топочный холодильник, имеющий всего три движущихся части, один силовой поршень и два поршня буйка (см. статью L.B.Penswick & I.Urieli — Дуплекс Машины Стирлинга (I. Преобразование энергии Engineering Conference, 1984), а также поршневой без газа CO2. система охлаждения (см. документ по Д.М. Берховиц и Йонг-Рак Кван — Hermetic Газовый жилой тепловой насос ).

Sunpower также участвовала в производстве Криогенные охладители цикла Стирлинга для сжижения кислорода. Над лет Sunpower превратила Афины, штат Огайо, в рассадник Стирлинга. цикл машинной деятельности, которая теперь включает три НИОКР / производство компании. В 2013 году Sunpower была приобретена AMETEK, Inc в Пенсильвании, но продолжается занимается разработкой машин цикла Стирлинга в Афинах, штат Огайо. Глава 3 книги И. Уриэли и Д. М. Берховица — Двигатель цикла Стирлинга Анализ (Adam Hilger 1984) полностью посвящен анализу Машины со свободным поршнем, и, поскольку эта книга больше не издается, эта Глава была добавлена ​​сюда для удобства в четырех частях: Свободный поршень (1).pdf , г. Свободный поршень (2) .pdf , Свободный поршень (3) .pdf , Free-Piston (4) .pdf . См. Также статью Р. В. Редлиха и Д. М. Берховица — линейный динамика свободнопоршневых двигателей Стирлинга (ImechE 1985), а также к лекциям по инженерии Дж. Уокера и J.R.Senft — Бесплатно Поршневые двигатели Стирлинга (Springer-Verlag 1985, в настоящее время доступна в виде электронной книги).

Интересный документ, описывающий хронологию развития Free Piston Технологию двигателей Стирлинга представил Дэвид. Berchowitz по адресу Международная конференция по двигателям Стирлинга 2018 г. (Ссылка: A Личная история в разработке современного двигателя Стирлинга ).

НАСА Glenn Research Center был задействован в разработке свободнопоршневых двигателей Стирлинга для полетов в дальний космос с середины 1970-х гг. Один из их подопытных юниты недавно установили рекорд времени работы более 110000 часов, постоянно работает на полной мощности с 2003, и все еще работает без каких-либо признаков снижения производительности. Совсем недавно они сосредоточились на Kilopower. Реактор с использованием технологии Стирлинга (KRUSTY) для мощностью до 10 кВт — см. также National Администрация по физической ядерной безопасности и их YouTube видео .

Стирлинг Technology (обратите внимание на недавнее название компании изменение: Комбинированная энергия Technology ) является дочерней компанией Sunpower, и изначально был сформирован с целью продолжения развития и производство СТ-5 мощностью 3,5 кВт Пневматический двигатель . Этот большой двигатель типа бета использует коленчатый кривошипный механизм для получения правильной фазы буйка, сжигает топливо из биомассы (например, гранулы из опилок или рисовую шелуху) и может функционируют как когенерационная установка в сельской местности.
Сейчас Stirling Technology работает с Microgen Engine Corporation , международная компания, производящая свободно-поршневой двигатель / генератор MEC мощностью 1 кВт.Компания Stirling Technology разработала многотопливную горелку для двигателя. и сотрудничает с Microgen, чтобы внедрить различные системы в рынок.

Глобальное охлаждение (В настоящее время Стирлинг Ultracold ) была дочерней компанией Sunpower была основана в 1995 г. Дэвид Berchowitz в основном для разработки свободнопоршневые охладители цикла Стирлинга для домашнего холодильника Приложения. Эти системы, помимо того, что они значительно больше эффективнее, чем обычные парокомпрессионные холодильники, имеют дополнительное преимущество компактных портативных устройств, использующих гелий в качестве рабочая жидкость (а не хладагенты HFC, такие как R134a, имеющие Потенциал глобального потепления 1300).Принципиальная схема, за которой следует анимированная схема типичного кулера (обе любезно предоставлены Global Охлаждение) показаны ниже:

при Университет Огайо у нас есть демонстрация Global Cooling Stirling Кулер показан ниже. Обычно она достигает -90 ° C, однако, поскольку ледяной шар покрывает всю секцию регенератора, мы замечаем, что температура поднялась до -43 ° C.

Совсем недавно Global Cooling решила сконцентрироваться их усилия по разработке систем, в которых практически нет конкурентные системы — охлаждение от -40 ° C до -80 ° C, и они учредил новое название компании: Stirling Ультрахолодный .
Обновить — 2021: Стирлинг Ultracold при сверхнизких температурах (ULT) морозильные камеры решают беспрецедентные сегодня проблемы развертывания COVID-19. Обратитесь к Walgreens Пример вакцины COVID-19 , а также Стирлинг Ultracold объединится с решениями Biolife .

______________________________________________________________________________________

Анализ машины цикла Стирлинга, Израиль Уриэли под лицензией Creative Общедоступное авторское право — Некоммерческое использование — Совместное использование 3.0 Соединенные Штаты Лицензия

Шрифты для пишущей машинки, звуковые эффекты и симуляторы

Эта статья предназначена для тех из вас, кто хочет, чтобы ваш компьютер или ноутбук звучал и / или ощущался как пишущая машинка. Есть несколько способов добиться этого. Есть шрифты, напоминающие печатный текст на машинке. Существуют приложения для письма, которые заставляют ваш компьютер работать как пишущую машинку. Существуют также механические клавиатуры, которые могут обеспечивать как ощущение пишущей машинки, так и звук.

Шрифты для пишущих машинок

Шрифты Courier напоминают печатный текст.Вероятно, в вашем текстовом процессоре уже есть шрифт Courier. Courier — это моноширинный шрифт. Согласно записи в Википедии, он был заказан IBM и позже стал стандартным шрифтом в индустрии пишущих машинок.

Любой моноширинный шрифт будет выглядеть так, как будто он был напечатан. Моноширинный означает «иметь символы одинаковой ширины». Вот несколько сайтов, которые предлагают загрузку шрифтов для пишущих машинок.

Механические клавиатуры

Механическая клавиатура обеспечивает звук пишущей машинки.Нажатие на клавиши также больше похоже на пишущую машинку. В обычной клавиатуре используется дешевая прорезиненная мембрана, а на механической клавиатуре есть физический переключатель под каждой клавишей. Клавиши также являются сменными и съемными, а на некоторых клавиатурах некоторые из них являются программируемыми. Они имеют большое значение в игровом мире. Это видео от Techradar даст вам лучшее представление о механических клавиатурах. Вы также можете услышать, как они звучат. Некоторые клавиши громче других. Если вы используете громкие клавиши в офисе, это может расстроить ваших коллег.Вариантов с механическими клавиатурами очень много. Вам следует попробовать механическую клавиатуру, если вам действительно не хватает ощущения от набора на пишущей машинке. Взглянуть:

Чтобы узнать больше о механических клавиатурах, прочтите «Стоит ли переключаться?» статья из PC World .

Приложения и другие ресурсы

Существует множество приложений и расширений, предназначенных для работы с вашим браузером или текстовым редактором, которые могут генерировать звуки пишущей машинки.Некоторые из этих приложений издают звук пишущей машинки, когда вы печатаете. Вот три хороших приложения для письма, которые включают звуковые эффекты пишущей машинки.

Hanx Writer

Приложение Hanx Writer от Тома Хэнкса было создано, чтобы дать вам ощущение пишущей машинки. Том Хэнкс говорит: «Я пишу, не заботясь о печатных машинках, ХХХХ словах, глупом синтаксисе и неправильном правописании, потому что ощущение и звук пишущей машинки меня удовлетворяют настолько, насколько это возможно. — До сих пор!»

Вот видео, показывающее Hanx Writer в действии.Видео предоставлено Type-Writer.org. Взглянуть:

Спокойный писатель

Приложение Calmly Writer было разработано, чтобы предложить рабочее пространство без отвлекающих факторов, чтобы вы могли сосредоточиться на письме. У него также есть звук пишущей машинки, который вы можете включать и выключать. Его также можно использовать онлайн в браузере, перейдя прямо сюда. Затем откройте меню в верхнем левом углу, нажмите «Настройки» и включите звук при печати.

Писатель из Bighugelabs

Приложение Bighugelabs Writer называет себя Интернет-пишущей машинкой.Он может издавать звук ручной пишущей машинки или звук электрической пишущей машинки. Звук можно включить или выключить. У них также есть разные шрифты, в том числе шрифты в стиле пишущей машинки.

Вернитесь в раздел инструментов для получения дополнительных инструментов для письма.

icase4u Настольный органайзер Держатель для ручки Стойка Канцелярские принадлежности Канцелярские и офисные принадлежности thebladebone Настольные принадлежности Органайзеры и диспенсеры

icase4u Настольный органайзер Держатель для ручки Стойка для офиса Стационарная лента

icase4u Настольный органайзер Держатель для ручки Стойка для офиса Канцелярские товары (лента): Товары для офиса.Купите icase4u Настольный органайзер Держатель для ручек Стойка Офисная стационарная (лента) в Великобритании. Бесплатная доставка подходящих заказов ..

icase4u Настольный органайзер Держатель ручки Стойка Офис Стационарная лента

Crystal Deflecto CP078YTCRY A4 Папка с портретной литературой, Календарь Шотландии, встречи на Шотландских островах на 2020 год, Прозрачный пластик Centrum® с перфорированными карманами Папки для хранения бумажников Рукава Бумажники 100, 2845SC OLIVETTI LIGHTCART SLIMCART TYPEWRITER RIBBON, 500 X Ювелирные этикетки Ценники Белые этикетки с ценниками.Вы помолвлены карточки случая, коричневая деревянная рамка Бюллетень Пробковое сообщение Уведомление Фото Pin Memo Board Office Home Школьные принадлежности в 3 размерах 450×600 600×900 900×1200 мм 45 x 60cms. Country Living Deluxe A5 Diary 2020. Классический кошелек для хайлайтеров STAEDTLER Textsurfer, 6 пастельных тонов. Ежемесячный планировщик Octagon с 19 сентября по 20 августа sim. A5, 3B Scientific U11372 Держатель сенсора для двигателя Стирлинга G. Juvale 24-Pack Сетчатый чехол для карандашей на молнии Держатель для документов для школы и офиса разных цветов в полоску. Allowevt 2019-2020 Постоянный стол Календарь Настольный дизайн коллекции Cute Deer Critter Flip Calendar Ежемесячный ежедневный учебный календарь для всех студентов.MYY B6-Водонепроницаемая, устойчивая к разрыву пластиковая ручка-молния Папки для документов Карманы Дорожные сумки, 12 шт., Черный, Ricoh 406642 Блок термозакрепления и ролик переноса для SP 4100 тип 120, доступно 33 цвета Королевский синий 1.5 Изготовление открыток и украшение 38 мм в форме сердца Наклейки с цветовым кодом Пакеты из 72 больших цветных сердечек Клейкие этикетки для рукоделия, такая драгоценная карта для родителей / детского душа / новорожденного 70-ED7026, DSL HomeSafe Real Book Сейф Секретный скрытый ключ Комбинация Металлическая безопасность Копилка 3 Размер 7 Дизайн Роза Открытка , Размер XL: 265 x 200 x 65 мм, набор карточек Kraft Zebra из 10 шт.

Как работают двигатели Стирлинга?

Как работают двигатели Стирлинга? — Объясни это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 28 мая 2021 г.

Двигатели работают в нашем мире с Промышленная революция: сначала грязные паровые машины на угле, затем более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время реактивные двигатели в самолетах. Основная концепция двигателя — то, что использует разницу между высокой и низкой температурой. один — не изменился за пару сотен лет, хотя иногда люди все же придумывают незначительные улучшения, которые сделайте процесс немного быстрее или эффективнее.Один двигатель ты возможно, в последнее время много слышал о двигателе Стирлинга, что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и рециркулирует тот же воздух или газ. снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной. В команде Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям, двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но они действительно существуют с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования Возобновляемая энергия.На этом фото вы видите массив зеркал. концентрация солнечного тепла на двигателе Стирлинга, вырабатывающем электричество. Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Что такое двигатель?

Двигатели транспортных средств или заводских машин являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для выпуска тепловая энергия, которая используется для производства газ расширяется и охлаждается, толкает поршень, поверните колесо и заведите машину.Двигатели бывают двух основных типов: двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят топливо в одном месте и производить энергию в другой части такая же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные) сжигать топливо и производить мощность в одном и том же месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Оба типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляя газ расширяться, а затем остывать. Чем больше разница температур (между газом при самый горячий и самый холодный), тем лучше работает двигатель.Теория того, как двигатель работает на основе науки термодинамики (буквально «как движется тепло») и теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются. газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде, чем мы узнаем, что такого хорошего Двигатели Стирлинга, это помогает, если мы знаем, что в них такого плохого Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает вода, пока она не закипит и не станет паром. Пар движется по трубе в цилиндр через открытый впускной клапан, где он толкает поршень и водит колесо.Затем входной клапан закрывается, а выходной клапан открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Паровозы, такие как в этом локомотиве, являются примерами. двигателей внешнего сгорания. Огонь, который обеспечивает энергию за счет горения (1), находится снаружи (вне) цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3).Между ними есть бойлер (2), преобразующий тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ питания движущейся машины особенно неэффективным и неудобным. Но это было нормально в те дни, когда угля было в изобилии, и никого не волновало нанесение ущерба планете.

Проблем со steam много двигателей, но вот четыре наиболее очевидных.Во-первых, котел что заставляет пар работать под высоким давлением и есть риск что он может взорваться (взрывы котла были серьезной проблемой с очень ранней паровой двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то расстояние от цилиндра, поэтому энергия теряется на получение тепла от один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще достаточно горячий, поэтому он содержит потерянную энергию. В-четвертых, потому что пар выбрасывается из цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные количества воды, а также топлива.(Вот почему у паровозов постоянно останавливаться у бортовых цистерн с водой.)

Рекламные ссылки

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, который преодолеет эти проблемы? Допустим, мы избавимся от котла (что решило бы проблему риск взрыва) и использовать тепло от огня для питания двигатель напрямую. Тогда вместо использования пара для передачи тепловой энергии от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к огонь и используйте обычный воздух (или какой-то другой простой газ), чтобы переместить тепло энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда назвали тепловоздушными двигателями .) Если мы запечатываем этот воздух в закрытой трубе, то тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию от огня и выпустив его в баллон, решаем проблему двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды. Наконец, почему бы и нет добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы горячий воздух проходил обратно и далее, его энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в повысить общую эффективность. Это основные способы, которыми Двигатель Стирлинга лучше парового двигателя.Иногда ты увидишь Двигатели Стирлинга описываются как «замкнутый цикл регенеративного тепла». двигателей «, что является очень кратким выражением того, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют запечатанный объем газа для отвода тепла обратно и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они используйте теплообменники, чтобы сохранить часть тепла, которое в противном случае теряться в каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровом двигателе).

Простой или сложный?

Некоторые говорят, что двигатели Стирлинга просты.Если это правда, то это так же, как и великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но они будут более богатыми, сложными и потенциально очень запутанными, пока вы их не разберетесь. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube. покажите, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за тем, как он работает снаружи: вам нужно хорошенько подумать о цикле шагов, которые он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается. от того, что происходит в обычном паровом двигателе.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала посмотрев на компоненты, которые он содержит, затем подумайте о том, что они делают, и, наконец, посмотрим на более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Маленькие компактные двигатели Стирлинга, подобные этому, могут работать от крошечных перепады тепла — даже если положиться на чьи-то руки и отвести тепло, которое они содержат. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Какие основные части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как вытеснительный (или вытеснительный) двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга).Это ключевые части:

Источник тепла

Источник тепла — это источник энергии, от которого двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь. огонь в солнечное зеркало, концентрирующее тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга описываются как двигатели внешнего сгорания, они не должны вообще использовать сжигание (фактическое сжигание топлива): они просто нужна разница в температуре источника тепла (откуда берется энергия) и радиатор (где он попадает).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга с теплом от чашки кофе, теплая ладонь чьей-то руки или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, выделяемая двигателем, исходит от любой разницы в температуре между источником тепла и теплом раковина. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, приводимым в движение что-то вроде чашки кофе просто потому, что он содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Иллюстрация: Основные детали вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Внутри машины в закрытом баллоне постоянно находится объем газа. Это может быть обычный воздух, водород, гелий или другое легкодоступное вещество, которое остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия операции, через которые он проходит). Его единственная цель — переместить тепловую энергию от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, приводящий в движение машину, а затем снова вернуться к подобрать еще.Газ, передающий тепло, иногда называют рабочим телом.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом в источник тепла. Обычно это какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который отводит отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня — это один из более очевидных вещей, которые отличает их от других двигателей.В общем дизайне под названием двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, есть два одинаковых поршня и цилиндра, а газовые челноки назад и вперед между ними, нагревание и расширение, затем охлаждение и сжатие, прежде чем цикл повторится.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой объемным (или бета) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (зеленого цвета), задача которого заключается в перемещении газа между источником тепла и радиатором. В отличие от обычного поршня в паровом двигателе, буйковый уровнемер устанавливается очень свободно (с небольшим свободным пространством между край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад.Также есть рабочий поршень (темно-синего цвета), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, которая приводит в движение. независимо от того, какой двигатель работает. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелый маховик прикреплен для наращивания импульс и поддерживать бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень буйка постоянно движутся, но они не совпадают (одна четверть цикла или 90 ° по фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень буйка всегда на одну четверть цикла (90 °) опережает рабочего поршня.

Теплообменник

Также известный как регенератор, теплообменник находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла, за которую держится регенератор. Когда газ движется обратно, он снова улавливает это тепло. Без регенератора это тепло было бы потеряно в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга иметь несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Итого

Как паровой двигатель или двигатель внутреннего сгорания, Стирлинг двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя серия основных операций, известная как ее цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга буйкового типа. На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит именно из-за того, что газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках движется от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно.Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для приведения в действие механизма, приводимого в действие двигателем, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повторяться. Работа зеленого поршня буйка заключается в перемещении газа от горячей стороны цилиндра (слева) к холодной стороне (справа) и обратно. Работая в команде, два поршня гарантируют, что тепловая энергия многократно перемещается от источника к раковине и преобразуется в полезную механическую работу.

Подробно

1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) заканчивается справа на более холодном конце цилиндра.По мере того, как он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня перемещаются внутрь (к центру).
2. Передача и регенерация: Поршень буйка перемещается вправо, а охлажденный газ перемещается вокруг него к более горячей части цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделял.
3. Нагрев и расширение: Большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра.Он нагревается огнем (или другим источником тепла), поэтому его давление повышается, и он расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и все, что приводится в действие двигателем. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую (и работает).
4. Передача и охлаждение: Поршень буйка перемещается влево, а горячий газ перемещается вокруг него к более холодной части цилиндра справа. Объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор (теплообменник), отдавая часть своей энергии по пути.Теперь цикл завершен и готов к повторению.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому месту, где он был запущен, это не симметричный процесс: энергия постоянно отводится от источника и откладывается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ объем работы на рабочем поршне, когда он расширяется, но поршень выполняет меньше работы, сжимая охлажденный газ и возвращая его в исходное положение.

Теоретически

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, если простой паровой двигатель может обойтись только одним? Почему все эти отдельные ступени? Почему бы не упростить все это?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам необходимо понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с законами газа (основные законы классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа относятся к).Самый известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (сохранение тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

1. Изотермическое (при постоянной температуре) сжатие: наш этап (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается, поскольку он отдает тепло в сток.
2. Изометрический (постоянный объем) нагрев: наш этап (2) выше, на котором объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего предыдущего тепла.
3. Изотермическое (при постоянной температуре) расширение: наш этап (3) выше, на котором газ поглощает энергию из источника, его объем увеличивается, а его давление уменьшается, в то время как температура остается постоянной.
4. Изометрическое (постоянный объем) охлаждение: наш этап (4) выше, на котором объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор и охлаждается.

Настоящий двигатель Стирлинга работает по более сложной, менее идеальной версии этого цикла, которая выходит за рамки данной статьи. Достаточно просто отметить, что четыре этапа не разделены жестко, а сливаются друг с другом. Если вам интересно, об этом можно прочитать в статье Википедии о цикле Стирлинга.

Некоторые альтернативные анимации

• В Википедии есть еще одна анимация двигателя Стирлинга бета-типа (хотя и красиво нарисован, за ним трудно проследить, потому что этапы рядом не поясняются).
• MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но сопровождающее объяснение довольно минимально.
• Лучшее из всех: на сайте есть отличная анимация и объяснение. Animated Engines, превосходный веб-сайт с множеством понятных и простых страниц, посвященных всем другим движкам, которые стоит изучить. Мне нравится, что все движки выполнены в одном простом стиле, поэтому вы можете легко их сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: хотя инженеры пытались установить на автомобили двигатели Стирлинга, эксперименты не увенчались успехом.Двигателю Стирлинга нужно время, чтобы набрать скорость, и он не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для привода автомобиля чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом направлении: автомобили будущего, скорее всего, будут приводиться в действие электродвигателями или топливными элементами. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, которые нуждаются в непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-то горячее и что-то холодное.Они идеально подходят для солнечных электростанций, где тепло Солнца играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и высокоэффективные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которым необходимо обеспечивать стабильные поставки электроэнергии. Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга. используя их как основу для компактного домашнего электроснабжения генератор, получивший название Beacon 10, размером с бытовую стиральную машину.

В обычном двигателе Стирлинга тепло нагревается до горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора).Как только электродвигатели могут быть реверсивно использованы как генераторы, так что вы можете поставить энергии в двигатель Стирлинга и запустить его назад, эффективно отвод тепла от радиатора и отвод его на источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криокулер» — очень эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в сверхпроводимость и электронное исследование.

Достоинства и недостатки двигателей Стирлинга

Фото: Чистый, экологичный, безопасный, эффективный и компактный — у двигателей Стирлинга много преимущества.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за замкнутый цикл и регенеративный теплообменник). У них нет котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в водоснабжении и не имеют сложную систему открытия и закрытия клапанов, которые пар двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише, чем паровые двигатели, и потому что они не обязательно предполагают сжигание топлива, они могут быть намного чище.В отличие от паровых двигателей, которые обычно сжигают уголь до кипения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов разные виды топлива.

С другой стороны, двигатели Стирлинга запускаются не мгновенно (это требуется время для разогрева важнейшего теплообменника и для того, чтобы маховик набирают скорость), и они не так хорошо работают в режиме остановки-старта (в отличие от внутреннего сгорания двигатели). Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло, что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Иллюстрация: Эта иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года). напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложен.Два больших чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху (источник тепла и радиатор) и поршни буйка перемещаются внутри них вперед и назад. Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик. Произведение искусства из истории и прогресса парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667.

Неудивительно, что Стирлинг двигатели были изобретены шотландским священником по имени Роберт Стирлингом в 1816 году. Он надеялся создать двигатель, который был бы более безопасным и более совершенным. эффективнее, чем паровые машины, которые были разработаны примерно за столетие до этого Томас Ньюкомен (а позже улучшил Джеймсом Ваттом и другими).Рост объемов внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные двигатели) привел к Двигатели Стирлинга не использовались, хотя Компания Philips в середине 20 века. Совсем недавно они становятся популярными на солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология получил новый импульс в 1980-х, когда Иво Колин из Загребского университета и Джеймс Сенфт из Висконсинского университета разработали новый, очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между источник тепла и радиатор.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

Новости

• Металлический порошок: новое топливо с нулевым содержанием углерода? Александр Хеллеманс, IEEE Spectrum, 16 декабря 2015 г. Как двигатели Стирлинга топливо) может сыграть свою роль в чистом, зеленом будущем.
• Дин Камен думает, что его новый двигатель Стирлинга избавит вас от сети менее чем за 10 тысяч долларов от Кристофера Хелмана. Forbes, 2 июля 2014 г. Краткое знакомство с генератором Камена Beacon 10.
• Адам Манн, новый ядерный двигатель может способствовать исследованию дальнего космоса. Wired, 27 ноября 2012 г. НАСА исследует ядерный двигатель Стирлинга, который может приводить в действие космические зонды в местах, где солнечный свет (и солнечная энергия) недоступен.
• Ford Motors тестирует потенциальный двигатель будущего Ричарда Уиткина. The New York Times, 3 ноября 1975 года. Отчет из архива Times о первых испытаниях двигателей Стирлинга Фордом.
• Empire Off The Grid Салли Ади. IEEE Spectrum, 31 июля 2009 г.Как двигатели Стирлинга и возобновляемые источники энергии помогают Дину Камену жить автономно на его собственном частном острове.

Более академический

• Двигатель Стирлинга Грэма Уокера, Scientific American, Vol. 229, № 2 (август 1973 г.), стр. 80–87. Хорошие иллюстрации различных конфигураций Стирлинга, включая Ванкеля, Ринию и другие варианты.
• Двигатель Стирлинга: «Циклическая жизнь» старой технологии Райнхольда Бауэра, Icon, Vol. 15 (2009), стр.108–118. Почему двигатели Стирлинга так и не получили коммерческого успеха? Сейчас для них перспективы лучше?

Книги

Двигатели Стирлинга

Термодинамика двигателя

• Двигатели: Введение Джона Лиска Ламли. Cambridge University Press, 1999. Хотя здесь основное внимание уделяется двигателям внутреннего сгорания, это будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
• «Термодинамика для чайников» Майка Паукена.Джон Вили и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение в таких вещах, как двигатели.

Видео

• Пример двигателя Стирлинга: 2-минутная демонстрация реального двигателя Стирлинга бета-типа, подобного показанному в моей анимации выше.
• Двигатель Стирлинга: разбираем один: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает различные детали внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

.