Stirling motor - načelo delovanja. Stirling motor z nizko temperaturo (fotografija)

Stirlingov motor, katerega princip delovanja je kvalitativno drugačen od običajnega motorja za vse ICE, ko je bil nazadnje vreden tekmovanje. Vendar so za nekaj časa pozabili na to. Kako se ta motor uporablja danes, kakšno je načelo njenega delovanja (v članku najdete tudi risbe Stirlingovega motorja, ki jasno prikazujejo svoje delo) in kakšne so možnosti za prihodnjo uporabo, preberite spodaj.

Zgodovina

Leta 1816 je bil na Škotskem Robert Stirling patentiran termalni stroj, imenovanega danes v čast njegovega izumitelja. Prvi motorji vročega zraka so izumili tudi pred njim. Toda Stirling je pripomočku dodal čistilo, ki se v tehnični literaturi imenuje regenerator ali toplotni izmenjevalec. Zahvaljujoč temu se je zmogljivost motorja povečala, ko je bila enota topla.

Motor je bil prepoznan kot najbolj trdni parni stroj, ki je bil takrat na voljo, saj ni nikoli eksplodiral. Pred tem na drugih motorjih se je tak problem pogosto pojavil. Kljub hitremu uspehu v začetku dvajsetega stoletja je bil njegov razvoj opuščen, saj je postal manj ekonomičen, v primerjavi z nastajajočimi motorji z notranjim zgorevanjem in elektromotorji. Vendar pa je Stirling še vedno uporabljal v nekaterih panogah.

Motor z zunanjim zgorevanjem

Načelo delovanja vseh termoelektrarn je, da so potrebne večje mehanske sile za proizvodnjo plina v ekspandiranem stanju kot pri stiskanju hladnega. Za vizualno predstavitev tega lahko izvedete poskus z dvema posodama, napolnjenim s hladno in vročo vodo, ter steklenico. Slednje spustimo v hladno vodo, priključimo na pluto in nato prenesemo v vročo. Istočasno plin v steklenički začne izvajati mehansko delo in potisne pluto. Prvi motor z zunanjim zgorevanjem je v celoti temeljil na tem procesu. Vendar pa je kasneje izumitelj ugotovil, da se lahko nekatere toplote uporabljajo za ogrevanje. Tako se je produktivnost znatno povečala. Toda tudi to ni pomagalo motorju postati pogost.

Kasneje je Ericson, inženir iz Švedske, izboljšal načrt, tako da je predlagal, da se hladi in segreva plin pri stalnem tlaku namesto prostornine. Kot rezultat, je bilo veliko kopij uporabljenih za delo v rudnikih, na ladjah in v tiskarskih hišah. Toda za posadke so bili pretežki.

Motorji z zunanjim zgorevanjem iz Philipsa

Takšni motorji so naslednje vrste:

• para;
• parne turbine;
• Stirling.

Zadnja vrsta se ni začela razvijati zaradi nizke zanesljivosti, preostali pa niso bili najvišji kazalniki v primerjavi z drugimi vrstami agregatov, ki so se pojavili. Vendar pa je leta 1938 Philips nadaljeval svoje delo. Motorji so začeli služiti za pogone generatorjev na neelektričnih območjih. Leta 1945 so jim inženirji v podjetju našli nasprotno aplikacijo: če je gred brez vijaka z električnim motorjem, hlajenje glave cilindra doseže minus sto devetdeset stopinj Celzija. Nato je bilo odločeno, da se v hladilnih enotah uporablja izboljšan motor Stirling.

Načelo delovanja

Delovanje motorja je delo na termodinamičnih ciklusih, pri katerih se stiskanje in ekspanzija odvijajo pri različnih temperaturah. V tem primeru je krmiljenje pretoka delovne tekočine izvedeno zaradi spreminjanja volumna (ali tlaka - odvisno od modela). To je načelo delovanja večine takih strojev, ki imajo lahko različne funkcije in konstruktivne sheme. Motorji so lahko bat ali vrtljivi. Stroji s svojimi rastlinami delujejo kot toplotne črpalke, hladilniki, generatorji tlaka in tako naprej.

Poleg tega obstajajo motorji odprtega cikla, kjer se regulacija pretoka izvaja s pomočjo ventilov. To so ti, ki se imenujejo Ericksonovi motorji, razen običajnega imena imena Stirlinga. V ICE se opravi koristno delo po predhodni stiskanju zraka, vbrizgavanju goriva, segrevanje nastale mešanice, ki se prepleta z zgorevanjem in ekspanzijo.

Motor Stirling ima enako načelo delovanja: pri nizkih temperaturah pride do stiskanja in pri visoki temperaturi - ekspanziji. Ampak drugače se izvaja ogrevanje: toplota se preko stene valja napaja od zunaj. Zato se je imenoval motor z zunanjim zgorevanjem. Stirling je uporabljal občasno temperaturno spremembo s premikajočim se batom. Slednji premika plin iz ene valjaste votline na drugo. Po eni strani je temperatura nenehno nizka, na drugi pa visoka. Ko se bat pomika navzgor, plin preide iz vroče v hladno votlino in navzdol - se vrne v vročo. Prvič, plin daje veliko vročine v hladilnik, nato pa grelnik dobi toliko, kot je dala. Med grelcem in hladilnikom je regenerator - votlina, napolnjena z materialom, na katerega plin oddaja toploto. S povratnim tokom se regenerator vrne.

Sistem pogonskega agregata je povezan z delujočim batom, ki stisne plin v mrazu in omogoča, da se širi v toploto. Zaradi stiskanja pri nižji temperaturi se opravi koristno delo. Celoten sistem gre skozi štiri cikle s prekinitvami gibanja. Gibljivi mehanizem zagotavlja kontinuiteto. Zato med stopnjami cikla ni ostrih meja in učinkovitost motorja Stirling se ne zmanjša.

Glede na vse zgoraj navedeno sklep kaže, da je ta motor batni stroj z zunanjo oskrbo s toploto, pri čemer delovna tekočina ne zapusti zaprtega prostora in se ne zamenja. Risbe Stirlingovega motorja dobro ilustrirajo napravo in načelo delovanja.

Delovni podatki

Sonce, električna energija, jedrska energija ali katerikoli drugi viri toplote lahko oskrbijo energijo s Stirlingovim motorjem. Načelo dela njegovega telesa je uporaba helija, vodika ali zraka. Idealen cikel ima toplotno maksimalno učinkovitost, enako trideset do štirideset odstotkov. Toda z učinkovitim regeneratorjem lahko deluje z večjo učinkovitostjo. Regeneracijo, ogrevanje in hlajenje zagotavljajo vgrajeni toplotni izmenjevalci, ki delujejo brez olj. Treba je opozoriti, da motor potrebuje zelo malo mazanja. Povprečni tlak v valju je običajno 10 do 20 MPa. Zato potrebuje odličen sistem tesnjenja in možnost olja, ki vstopa v delovne votline.

Primerjalne značilnosti

V večini današnjih motorjev te vrste se uporablja tekoče gorivo. Hkrati je neprekinjen pritisk enostaven za nadzor, kar pomaga zmanjšati emisije. Odsotnost ventilov zagotavlja tiho delovanje. Moč z maso, ki je primerljiva z motorji s turbo, in specifična moč, prejeta na izhodu, je enaka indikatorju dizelske enote. Hitrost in navor niso odvisni ena od druge.

Stroški proizvodnje motorja so veliko višji kot pri ICE. Toda v obratovanju, dobimo nasprotno.

Koristi

Vsak model motorja Stirling ima številne prednosti:

• Učinkovitost sodobnega oblikovanja lahko doseže do sedemdeset odstotkov.
• Motor nima visokonapetostnega sistema za vžig, odmične gredi in ventilov. Ni ga treba prilagajati v celotni življenjski dobi.
• V Stirlingu ni eksplozije, kot pri ICE, ki močno obremeni ročično gred, ležaje in priključne palice.
• Nimajo tega učinka, ko rečejo, da je motor izginil.
• Zaradi preprostosti naprave se lahko dolgo časa uporablja.
• Lahko deluje tako na drva, kot tudi na jedrsko in drugo vrsto goriva.
• Izgorevanje poteka zunaj motorja.

Slabosti

• Glavna pomanjkljivost zasnove je njena poraba materiala.
• Delovno telo je treba ohladiti, zaradi česar se dimenzije znatno povečajo.
• Za doseganje enakih karakteristik z ICE je potrebno uporabiti visok tlak.
• Na delovno telo se toplota prenese skozi stene toplotnih izmenjevalcev, v katerih je omejena toplotna prevodnost.
• Za spremembo moč motorja, spremenite glasnost puferska zmogljivost, povprečni tlak delovne tekočine, fazni kot med premikanjem in batom.

Uporaba

Trenutno se na številnih področjih uporablja motor Stirling z generatorjem. To je univerzalni vir električne energije v hladilnikih, črpalkah, podmornicah in sončnih elektrarnah. Zahvaljujoč uporabi različnih vrst goriv, ​​ki jih je mogoče uporabiti široko.

Revival

Ti motorji so se začeli razvijati s pomočjo Philipsa. Sredi dvajsetega stoletja je sklenila pogodbo z General Motorsom. Vodila je razvoj za uporabo Stirlinga v vesoljskih in podvodnih napravah, na ladjah in v avtomobilih. Po njih se je začelo razvijati še eno podjetje iz Švedske, United Stirling, vključno z morebitno uporabo na osebnih avtomobilih.

Danes se linearni motor Stirling uporablja pri instalacijah podvodnih, vesoljskih in sončnih naprav. Velik interes je zaradi nujnosti vprašanj poslabšanja okoljskih razmer in boja proti hrupu. V Kanadi in ZDA, Nemčiji in Franciji, pa tudi na Japonskem, obstajajo aktivna iskanja za razvoj in izboljšanje njegove uporabe.

Prihodnost

Eksplicitne prednosti, ki imajo bat in rotacijski motor Stirling, ki je sestavljen iz velikega vira dela, uporabe različnih goriv, ​​hrupnosti in nizke toksičnosti, zelo obetajo z ozadjem motorja z notranjim zgorevanjem. Vendar pa glede na dejstvo, da je ICE v celotnem času izboljšan, ga ni mogoče enostavno premakniti. Tako ali drugače je ta motor, ki trenutno zaseda vodilni položaj in ga v bližnji prihodnosti ne bo predal.