Менее ста лет назад двигатели внутреннего сгорания пытались завоевать свое законное место в конкурентной борьбе среди прочих имеющихся машин и движущихся механизмов. При этом в те времена превосходство бензинового двигателя не являлось столь очевидным. Существующие машины на паровых двигателях отличались бесшумностью, великолепными для того времени характеристиками мощности, простотой обслуживания, возможностью использования различного вида топлива. В дальнейшей борьбе за рынок двигатели внутреннего сгорания благодаря своей экономичности, надежности и простоте взяли верх.
Дальнейшая гонка за совершенствования агрегатов и движущих механизмов, в которую в середине 20 века вступили газовые турбины и роторные разновидности двигателей, привела к тому, что несмотря на верховенство бензинового двигателя были предприняты попытки ввести на «игровое поле» совершенно новый вид двигателей — тепловой, впервые изобретенный в далеком 1861 году шотландским священником по имени Роберт Стирлинг. Двигатель получил название своего создателя.
Для понимания, как работает настольная электростанция на Стирлинге, следует понимать общие сведения о принципах работы тепловых двигателей. Физически принцип действия заключается в использовании механической энергии, которая получается при расширении газа при нагревании и его последующем сжатии при охлаждении. Для демонстрации принципа работы можно привести пример на основе обычной пластиковой бутыли и двух кастрюль, в одной из которых находится холодная вода, в другой горячая.
При опускании бутылки в холодную воду, температура которой близка к температуре образования льда при достаточном охлаждении воздуха внутри пластиковой емкости ее следует закрыть пробкой. Далее, при помещении бутыли в кипяток, спустя некоторое время пробка с силой «выстреливает», поскольку в данном случае нагретым воздухом была совершена работа во много раз большая, чем совершается при охлаждении. При многократном повторении опыта результат не меняется.
Первые машины, которые были построены с использованием двигателя Стирлинга, с точностью воспроизводили процесс, демонстрирующийся в опыте. Естественно механизм требовал усовершенствования, заключающееся в применении части тепла, которое терял газ в процессе охлаждения для дальнейшего подогрева, позволяя возвращать тепло газу для ускорения нагревания.
Но даже применение этого новшества не могло спасти положение дел, поскольку первые «Стирлинги» отличались большими размерами при малой вырабатываемой мощности. В дальнейшем не раз предпринимались попытки модернизировать конструкцию для достижения мощности в 250 л.с. приводили к тому, что при наличии цилиндра диаметром 4,2 метра, реальная выходная мощность, которую выдавала электростанция на Стирлинге (Stirling) в 183 кВт на деле составляла всего 73 кВт.
Все двигатели Стирлинга работают по принципу цикла Стирлинга, включающего в себя четыре основные фазы и две промежуточные. Основными являются нагрев, расширение, охлаждение и сжатие. В качестве стадии перехода рассматриваются переход к генератору холода и переход к нагревательному элементу. Полезная работа, совершаемая двигателем, строится исключительно на разнице температур нагревающей и охлаждающей частей.Современная инженерия различает три основных вида подобных двигателей:
Производство электростанции на Стирлинге будет зависеть от выбора модели двигателя, что позволит учесть всю положительные и отрицательные стороны подобного проекта.
Благодаря своим конструктивным особенностям данные двигатели обладают рядом преимуществ, но при этом не лишены недостатков.
Наряду с недостатками, у электростанций, функционирующих на агрегатах Стирлинга, имеются неоспоримые плюсы:
Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой, при этом эффективность прочих видов тепловых агрегатов существенно ниже при аналогичных условиях. Очень часто подобные агрегаты применяются в питании насосного оборудования, холодильных камер, подводных лодок, батарей, аккумулирующих энергию.
Видео материал: YouTube.com/watch?v=fRY6rkuw3LA
Одним из перспективных направлений области использования двигателей Стирлинга являются солнечные электростанции, поскольку данный агрегат может удачно применяться для того, чтобы преобразовывать энергию солнечных лучей в электрическую. Для осуществления этого процесса двигатель помещается в фокус зеркала, аккумулирующего солнечные лучи, что обеспечивает перманентное освещение области, требующей нагрева. Это позволяет сфокусировать солнечную энергию на малой площади. Топливом для двигателя в данном случае служит гелии или водород.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
madenergy.ru
Принцип дествия:
Видео низкотемпературного двигателя Стирлинга:
Низкотемпературные двигатели могут работать от самой небольшой разницы температур, вплоть до нескольких градусов. Они бывают исключительно гамма-типа, и вытеснительный цилиндр у них имеет плоскую форму.
Они отличаются коротким ходом, малым объемом рабочего цилиндра и низкой уровнем мощности. Основное направление применения низкотемпературных стирлингов – использование солнечной энергии.
Ведь в нем, как и в каждом из типов стирлингов заложены мощные возможности, доказанные теоретиками, которые пока ограничиваются технологической невозможностью создать подходящие условия. Ученые видят большое будущее за этим типом двигателя, так как разница температур всего в 900 может давать при определенных условиях от 10 до 100 ватт на 25 см диаметра цилиндра.
Vitotwin 300-W воспринимается потребителем прежде всего как альтернативный источник электроэнергии. Когенерационные установки Vitotwin 300-W (маломощный аналог Мини ТЭС (ТЭЦ) ) это тепловые электростанции, которые позволяют получать одновременно электричество из газа и отопление газом. Из-за потерь в ЛЭП линиях электропередач схема автономного получения электроэнергии из газа оказалась эффективнее, а получаемое электричество дешевле стоимостью 7-10 коп. за 1 кВт, кроме того, самый лучший газовый генератор превращается в автономную систему энергоснабжения.
Тепло в электричество превращает свободно поршневой двигатель Стирлинга и плавный линейный генератор напряжения переменного тока, КПД #8212 15 %, то есть 6,6 кВт тепла дают 1 кВт электричества #8212 мощность электростанции. Пиковую нагрузку для подогрева горячей воды обеспечивает газовая горелка MatriX с конденсационным теплообменником Inox-Radial (КПД #8212 98 %) конденсационного котла Vitodens 200-W #8212 тепло генератора модулируемой мощностью 4,5-20 кВт. А, главное, в процессе генерации электричества двигатель Стирлинга нагревает воду в охлаждающем его контуре до 6 кВт, (этого хватит на отопление дома площадью 135 м 2 со средним утеплением для Одессы) КПД #8212 81 %. Суммарная производительность когенерационной установки 26 кВт тепловой и 1 кВт электрической энергии.
6 кВт тепла газа работают на отопление 135 м 2 дома и обеспечивают этот дом электроэнергией в 1 кВт себе стоимостью 7 коп. В случае потребления горячей воды, мощность модулируемой горелки конденсационного котла возрастает с 6 кВт до 26 кВт.
Самый экономичный режим работы Vitotwin 300-W с ежегодным потреблением газа около 26 000 кВт*ч в год (3174 м 3 /год) и получением электроэнергии около 3000 кВт*ч в год (8,2 кВт/сутки). Получение электроэнергии без аккумуляторов требует постоянной работы газовой горелки, поэтому к Vitotwin 300-W подключают бойлер косвенного нагрева. желательно Vitocell 340-M на 750 литров. Самостоятельная сетевая адаптация. Размеры когенерационной установки (Высота х Глубина х Ширина) 900 х 480 х 480 мм, лёгкий монтаж на стену, как настенный газовый котёл.
Возможно перспективным будет использование комбинации двигателя Стирлинга с тепловым насосом для дешевого отопления или с пиролизным котлом на дровах для полностью автономного энергоснабжения.
Создание генератора Стирлинга 5 кВт
Наша команда приняла решение в некотором ближайшем будущем наладить производство генераторов с мотором Стирлинга.
У нас собралась отличная команда, необходимое оборудование и технологии. У некоторых людей в команде более 30 летний опыт работы в механическом проектировании и производстве.
Мы нацелены на создание генератора со следующими необходимыми характеристиками:
- Генератор должен выдавать до 5 кВт, 220/380 Вольт, 1 или 3 фазы, 50 Гц.
- Работа на сжиженном или природном газе.
- КПД 30% при частичной нагрузке. Минимальное КПД 20%.
- 5 лет работы без перерыва и обслуживания (40 000 часов).
- Возможность работы в составе отопительной системы дома.
Проведёные оценочные рассчёты должны привести к созданию мотора Стирлинга со следующими физическими параметрами:
- Двигатель гамма-типа.
- Температура нагревателя 450 градусов, охладителя 70 градусов.
- Постоянная скорость вращения 600-750 оборотов в минуту.
- Рекуперация отработаных газов.
- Независимое управление вытеснителем. Регулировка мощности изменением угла фазы.
Задача разбивается на 2 этапа:
1. Создание одного рабочего макета.
Источники:
sferatd.ru
Принцип дествия:
Видео низкотемпературного двигателя Стирлинга:
Низкотемпературные двигатели могут работать от самой небольшой разницы температур, вплоть до нескольких градусов. Они бывают исключительно гамма-типа, и вытеснительный цилиндр у них имеет плоскую форму.
Они отличаются коротким ходом, малым объемом рабочего цилиндра и низкой уровнем мощности. Основное направление применения низкотемпературных стирлингов – использование солнечной энергии.
Ведь в нем, как и в каждом из типов стирлингов заложены мощные возможности, доказанные теоретиками, которые пока ограничиваются технологической невозможностью создать подходящие условия. Ученые видят большое будущее за этим типом двигателя, так как разница температур всего в 900 может давать при определенных условиях от 10 до 100 ватт на 25 см диаметра цилиндра.
Vitotwin 300-W воспринимается потребителем прежде всего как альтернативный источник электроэнергии. Когенерационные установки Vitotwin 300-W (маломощный аналог Мини ТЭС (ТЭЦ) ) это тепловые электростанции, которые позволяют получать одновременно электричество из газа и отопление газом. Из-за потерь в ЛЭП линиях электропередач схема автономного получения электроэнергии из газа оказалась эффективнее, а получаемое электричество дешевле стоимостью 7-10 коп. за 1 кВт, кроме того, самый лучший газовый генератор превращается в автономную систему энергоснабжения.
Тепло в электричество превращает свободно поршневой двигатель Стирлинга и плавный линейный генератор напряжения переменного тока, КПД #8212 15 %, то есть 6,6 кВт тепла дают 1 кВт электричества #8212 мощность электростанции. Пиковую нагрузку для подогрева горячей воды обеспечивает газовая горелка MatriX с конденсационным теплообменником Inox-Radial (КПД #8212 98 %) конденсационного котла Vitodens 200-W #8212 тепло генератора модулируемой мощностью 4,5-20 кВт. А, главное, в процессе генерации электричества двигатель Стирлинга нагревает воду в охлаждающем его контуре до 6 кВт, (этого хватит на отопление дома площадью 135 м 2 со средним утеплением для Одессы) КПД #8212 81 %. Суммарная производительность когенерационной установки 26 кВт тепловой и 1 кВт электрической энергии.
6 кВт тепла газа работают на отопление 135 м 2 дома и обеспечивают этот дом электроэнергией в 1 кВт себе стоимостью 7 коп. В случае потребления горячей воды, мощность модулируемой горелки конденсационного котла возрастает с 6 кВт до 26 кВт.
Самый экономичный режим работы Vitotwin 300-W с ежегодным потреблением газа около 26 000 кВт*ч в год (3174 м 3 /год) и получением электроэнергии около 3000 кВт*ч в год (8,2 кВт/сутки). Получение электроэнергии без аккумуляторов требует постоянной работы газовой горелки, поэтому к Vitotwin 300-W подключают бойлер косвенного нагрева. желательно Vitocell 340-M на 750 литров. Самостоятельная сетевая адаптация. Размеры когенерационной установки (Высота х Глубина х Ширина) 900 х 480 х 480 мм, лёгкий монтаж на стену, как настенный газовый котёл.
Возможно перспективным будет использование комбинации двигателя Стирлинга с тепловым насосом для дешевого отопления или с пиролизным котлом на дровах для полностью автономного энергоснабжения.
Создание генератора Стирлинга 5 кВт
Наша команда приняла решение в некотором ближайшем будущем наладить производство генераторов с мотором Стирлинга.
У нас собралась отличная команда, необходимое оборудование и технологии. У некоторых людей в команде более 30 летний опыт работы в механическом проектировании и производстве.
Мы нацелены на создание генератора со следующими необходимыми характеристиками:
- Генератор должен выдавать до 5 кВт, 220/380 Вольт, 1 или 3 фазы, 50 Гц.
- Работа на сжиженном или природном газе.
- КПД 30% при частичной нагрузке. Минимальное КПД 20%.
- 5 лет работы без перерыва и обслуживания (40 000 часов).
- Возможность работы в составе отопительной системы дома.
Проведёные оценочные рассчёты должны привести к созданию мотора Стирлинга со следующими физическими параметрами:
- Двигатель гамма-типа.
- Температура нагревателя 450 градусов, охладителя 70 градусов.
- Постоянная скорость вращения 600-750 оборотов в минуту.
- Рекуперация отработаных газов.
- Независимое управление вытеснителем. Регулировка мощности изменением угла фазы.
Задача разбивается на 2 этапа:
1. Создание одного рабочего макета.
Источники:
www.sferatd.ru
