Содержание

Двигатель Стирлинга: концепция, конструкция, принцип работы

Содержание

  • История двигателя Стирлинга
  • Принцип работы двигателя
  • Виды двигателей
  • Важные моменты, если вы делаете сами движок
  • Использование гелия
  • Моторы Стирлинга, их применение в конце 20 века
  • СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ СТИРЛИНГА
  • ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
  • Дальнейшая разработка горелки
  • Сейчас нет планов и нет чертежей для этого генератора
  • Новый дизайн и появление MK II
  • Вдохновленный MP1002C Philips
  • Схема расположения цилиндров в двойной гамме.
  • «Стирлинг» от компании GM
  • Возрождение
  • Цена методичности
  • Первый тип двигателя. «Альфа»
  • Второй образец. «Бета»
  • Двигатель внешнего сгорания Лукьянова

История двигателя Стирлинга

Изначально, установку разрабатывали с целью заменить машину, работающую за счёт пара. Котлы паровых механизмов взрывались, при превышении допустимых норм давлением. С этой точки зрения Стирлинг намного безопасней, функционирует, используя температурный перепад.

Принцип работы двигателя Стирлинга в поочередной подаче или отборе тепла у вещества, над которым совершается работа. Само вещество заключено в объём закрытого типа. Роль рабочего вещества выполняют газы, либо жидкости. Встречаются вещества, выполняющие роль двух компонентов, газ преобразовывается в жидкость и наоборот. Жидкопоршневой мотор Стирлинга обладает: небольшими габаритами, мощный, вырабатывает большое давление.

Уменьшение и увеличение объёма газа при охлаждении либо нагреве соответственно, подтверждается законом термодинамики, согласно которого все составляющие: степень нагрева, величина занимаемого пространства веществом, сила, действующая на единицу площади, связаны и описываются формулой:

Принцип работы двигателя

Что бы понять, как работает двигатель Стирлинга, разберёмся в устройстве и периодичности явлений агрегата. Механизм преобразует тепло, полученное от нагревателя, находящегося за пределами изделия в действие силы на тело. Весь процесс происходит благодаря температурному перепаду, в рабочем веществе, находящемся в закрытом контуре.

Принцип действия механизма базируется на расширении за счёт тепла. Непосредственно до расширения, вещество в замкнутом контуре нагревается. Соответственно, перед тем, как сжаться, вещество охлаждают. Сам цилиндр (1) окутан водяной рубашкой (3), ко дну подается тепло. Поршень, совершающий работу (4) помещен в гильзу и уплотнён кольцами. Между поршнем и дном находится механизм вытеснения (2), имеющий значительные зазоры и свободно перемещающийся. Вещество, находящееся в замкнутом контуре, двигается по объёму камеры за счёт вытеснителя. Перемещение вещества ограничено двумя направлениями: дно поршня, дно цилиндра. Движение вытеснителя обеспечивает шток (5), который проходит через поршень и функционирует за счет эксцентрика с запаздыванием на 90° в сравнении с приводом поршня.

  • Позиция «A»:

Поршень расположен в крайнем нижнем положении, вещество охлаждается за счет стенок.

  • Позиция «B»:

Вытеснитель занимает верхнее положение, перемещаясь, пропускает вещество через торцевые щели ко дну, сам охлаждается. Поршень стоит неподвижно.

  • Позиция «C»:

Вещество получает тепло, под действием тепла увеличивается в объёме и поднимает расширитель с поршнем вверх. Совершается работа, после чего вытеснитель опускается на дно, выталкивая вещество и охлаждаясь.

  • Позиция «D»:

Поршень опускается вниз, сжимает охлаждённое вещество, выполняется полезная работа. Маховик служит в конструкции аккумулятором энергии.

Рассмотренная модель без регенератора, поэтому КПД механизма не велико. Тепло вещества после совершения работы отводится в охлаждающую жидкость, используя стенки. Температура не успевает снижаться на нужную величину, поэтому время охлаждения продлевается, скорость мотора маленькая.

Виды двигателей

Конструктивно, есть несколько вариантов, использующих принцип Стирлинга, основными видами считаются:

  • Двигатель «α – Стирлинг»:

Конструкция применяет два разных поршня, помещенных в различные контуры. Первый контур используется для нагрева, второй контур применяется для охлаждения. Соответственно, каждому поршню принадлежит свой регенератор (горячий и холодный). Устройство обладает хорошим соотношением мощности к объёму. Недостаток в том, что температура горячего регенератора создает конструктивные сложности.

  • Двигатель «β – Стирлинг»:

Конструкция использует один замкнутый контур, с разными температурами на концах (холодный, горячий). В полости расположен поршень с вытеснителем. Вытеснитель делит пространство на холодную и горячую зону. Обмен холодом и теплом происходит путём перекачивания вещества через теплообменник. Конструктивно, теплообменник выполняется в двух вариантах: внешний, совмещённый с вытеснителем.

  • Двигатель «γ – Стирлинг»:

Читайте также…  Двигатель Рено К4М — Особенности обслуживания и типичные неисправности

Поршневой механизм предусматривает применение двух замкнутых контуров: холодного и с вытеснителем. Мощность снимается с холодного поршня. Поршень с вытеснителем с одной стороны горячий, с другой стороны холодный. Теплообменник располагается как внутри, так и снаружи конструкции.

Некоторые силовые установки не похожи на основные виды двигателей:

  • Роторный двигатель Стирлинга.

Конструктивно изобретение с двумя роторами на валу. Деталь совершает вращательные движения в замкнутом пространстве цилиндрической формы. Заложен синергетический подход реализации цикла. Корпус содержит радиальные прорези. В углубления вставлены лопасти с определённым профилем. Пластины надеты на ротор и могут двигаться вдоль оси при вращении механизма. Все детали создают меняющиеся объёмы с выполняющимися в них явлениями. Объёмы различных роторов связаны при помощи каналов. Расположение каналов имеют сдвиг в 90° друг к другу. Сдвиг роторов относительно друг друга составляет 180°.

  • Термоакустический двигатель Стирлинга.

Двигатель использует акустический резонанс для проведения процессов. Принцип основан на перемещении вещества между горячей и холодной полостью. Схема уменьшает количество движущихся деталей, сложность в снятии полученной мощности и поддержании резонанса. Конструкция относится к свободнопоршневому виду мотора.

Важные моменты, если вы делаете сами движок

При изготовлении мотора Стирлинга придерживайтесь рекомендаций.

1. Стенки цилиндра, где ходит вытеснитель, должны быть сделаны так, чтобы не проводить тепло.
2. Один край цилиндра – холодный, другой- горячий. Чем больше разница температур – тем выше эффективность работы.
3. Между стенками цилиндра и вытеснителем должен быть зазор (3 мм достаточно), чтобы было куда воздуху просачиваться с холодной камеры в горячую.
4. Не должно быть утечек воздуха (свести их к минимуму). Это одно из основных причин, которые не дают двигателю работать.
5. Убрать все трение по максимуму. Используйте силиконовую смазку – она дает очень хороший результат.
Удачи в техническом творчестве!

Использование гелия

В то же время появилась идея заменить рабочий фактор.  До сих пор под лозунгом «рабочий фактор» в двигателях Стирлинга мы понимали обычный атмосферный воздух. В какой-то момент инженеры и ученые задали вопрос, есть ли что-то лучше с точки зрения термодинамических свойств? Да. Более или менее с 1930-х годов этот газ был коммерчески продан в промышленных количествах. Это гелий. Использование гелия в качестве рабочего вещества значительно повышает эффективность двигателей Стирлинга. Однако использование нового фактора вызвало совершенно новые проблемы. Гелий плохо хранится даже при комнатной температуре. То есть. из-за очень малых частиц, он имеет тенденцию проникать в большинство материалов, используемых в технологии со сталью в головке. В 60-х и 70-х годах были изучены гелиевые двигатели. Их характерная особенность, видимая на фотографиях,… прикреплена к двигателю гелиевого цилиндра, используемого для пополнения газа, выходящего из двигателя практически через все его элементы. Проблема была серьезной. Для обеспечения конкурентоспособности с другими двигательными системами (т. Е. В основном двигателями внутреннего сгорания) среднее давление рабочей среды в двигателях Стирлинга составляло 20… 30 бар, а температура горячих частей двигателей (нагреватель) часто превышала 500 градусов по Цельсию (с разностью температур 400 градусов). Проблемы утечки двигателей «на гелие» до сих пор не были решены практически и экономично. Для обеспечения конкурентоспособности с другими двигательными системами (т. Е. В основном двигателями внутреннего сгорания) среднее давление рабочей среды в двигателях Стирлинга составляло 20… 30 бар, а температура горячих частей двигателей (нагреватель) часто превышала 500 градусов по Цельсию (с разностью температур 400 градусов). Проблемы утечки двигателей «на гелие» до сих пор не были решены практически и экономично. Для обеспечения конкурентоспособности с другими двигательными системами (т. Е. В основном двигателями внутреннего сгорания) среднее давление рабочей среды в двигателях Стирлинга составляло 20… 30 бар, а температура горячих частей двигателей (нагреватель) часто превышала 500 градусов по Цельсию (с разностью температур 400 градусов).  Проблемы утечки двигателей «на гелие» до сих пор не были решены практически и экономично.

Моторы Стирлинга, их применение в конце 20 века

В конце 20-го века двигатели Стирлинга снова вернулись. Оба НАСА, Государственный департамент США и Европейский союз инвестировали в исследования новых поколений двигателей Стирлинга. Они были в основном предназначены для солнечных систем (т. Е. Источник тепла должен был быть солнечным светом, сфокусированным на обогревателе двигателя большим параболическим зеркалом). Многие из этих двигателей имели неровный дизайн.

Пример проекта двигателя Стирлинга, предложенного г-ном Мацей Жукашем в соответствии с патентом P.389415 . Проект выполнен в рамках магистерской работы на факультете SiMR в Варшавском технологическом университете (руководитель: проф. Вяслав Остапски, PhD, Eng.

Идея этой идеи заключалась в том, что весь двигатель с электрическим генератором должен быть запечатан в герметичном (для гелиевого) несъемного корпуса, считая, что он не может использоваться на протяжении всего срока его службы.  Однако на этот раз технология не удалась. Если были получены положительные результаты, они были связаны со слишком высокими издержками. Наилучшим образом, самые распространенные двигатели Стирлинга в двадцатом веке остались в Индии настольные вентиляторы, конструктивно похожие на вышеупомянутые насосы для аквариума…

Пример солнечной системы с электрическим генератором, приводимым в движение двигателем Стирлинга. Источник: Wikimedia Commons , автор: Загружено Skyemoor .

Одной из последних идей использования двигателей Стирлинга было «спуск с параметров». То есть нашли применение для двигателей с низкими характеристиками и существенно более низкой эффективностью, чем двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели. Примерно в начале XXI века с помощью двигателей Стирлинга была обнаружена идея восстановления энергии, утраченной в процессах нагрева, таких как «дымоход» с дымовым газом из СО-печей. Однако экономический расчет по-прежнему был против использования таких решений в больших масштабах.

Конечно, несмотря на все технологические проблемы, двигатели Стирлинга производятся и используются. Однако это очень специфические приложения, которые позволяют оправдать высокие производственные и / или эксплуатационные расходы. В дополнение к военным применениям примерами являются энергетические системы, работающие на биогазе, восстановленном на полигонах.

Коммерчески доступный электрический генератор, приводимый в движение двигателем Стирлинга STM с начала 21 века. Электрическая мощность: около 38 кВт или 65 кВт. Высота корпуса: около 1 м. Источник: Викисклада , автор: В.Т.Чыманский.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ СТИРЛИНГА

Современная инженерия различает три основных вида подобных двигателей:

  • альфа-стирлинг, отличие которого в двух активных поршнях, расположенных в самостоятельных цилиндрах. Из всех трех вариантов данная модель отличается самой высокой мощностью, обладая самой высокой температурой нагревающегося поршня;
  • бета-стирлинг, базирующийся на одном цилиндре, одна часть которого горячая, а вторая холодная;
  • гамма-стирлинг, имеющий кроме поршня еще и вытеснитель.

Производство электростанции на Стирлинге будет зависеть от выбора модели двигателя, что позволит учесть всю положительные и отрицательные стороны подобного проекта.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Благодаря своим конструктивным особенностям данные двигатели обладают рядом преимуществ, но при этом не лишены недостатков.

Настольная электростанция Стирлинга, купить которую невозможно в магазине, а только у любителей, самостоятельно осуществляющих сбор подобных устройств, относятся:

  • большие размеры, которые вызваны потребностью к постоянному охлаждению работающего поршня;
  • использование высокого давления, что требуется для улучшения характеристик и мощности двигателя;
  • потеря тепла, которая происходит за счет того, что выделяемое тепло передается не на само рабочее тело, а через систему теплообменников, чей нагрев приводит к потере КПД;
  • резкое снижение мощности требует применения особых принципов, отличающихся от традиционных для бензиновых двигателей.

Наряду с недостатками, у электростанций, функционирующих на агрегатах Стирлинга, имеются неоспоримые плюсы:

  • любой вид топлива, поскольку как любые двигатели, использующие энергию тепла, данный двигатель способен функционировать при разнице температур любой среды;
  • экономичность. Данные аппараты могут стать прекрасной заменой паровым агрегатам в случаях необходимости переработки энергии солнца, выдавая КПДна 30% выше;
  • экологическая безопасность. Поскольку настольная электростанция кВт не создает выхлопного момента, то она не производит шума и не выбрасывает в атмосферу вредных веществ. В виде источника получения мощности выступает обычное тепло, а топливо выгорает практически полностью;
  • конструктивная простота. Для своей работы Стирлинг не потребует дополнительных деталей или приспособлений. Он способен самостоятельно запускаться без использования стартера;
  • повышенный ресурс работоспособности. Благодаря своей простоте, двигатель может обеспечить не одну сотню часов беспрерывной эксплуатации.

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.

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

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


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.

Схема расположения цилиндров в двойной гамме.

На рисунке изображено два «горячих» цилиндра, в которых расположены вытеснители. Они работают разнонаправленно со сдвигом фаз в 180°. Для упрощения схемы работы на рисунке не обозначен регенератор. Красными линиями выделены области нагрева цилиндров (нагреватель), синими линиями — места охлаждения (холодильник).

Снизу в центре нарисован рабочий цилиндр с рабочим поршнем. В зависимости от положения вытеснителей он может принимать значения верхней мёртвой точки (ВМТ) или нижней мёртвой точки (НМТ). Чтобы не перегружать схему, умышлено я опустил механику привода. Она может быть выбрана на усмотрение самого разработчика.

«Стирлинг» от компании GM

Серьезная работа по усовершенствованию двигателя внешнего сгорания, начавшаяся через 150 лет после его изобретения, уже принесла свои плоды. Предложены различные конструктивные варианты двигателя, работающего по циклу Стирлинга. Есть проекты моторов с наклонной шайбой для регулирования хода поршней, запатентован роторный двигатель, в одной из роторных секций которого происходит сжатие, в другой — расширение, а подвод и отвод тепла осуществляется в соединяющих полости каналах. Максимальное давление в цилиндрах отдельных образцов доходит до 220 кГ/см 2 , а среднее эффективное давление — до 22 и 27 кГ/см 2 и более. Экономичность доведена до 150 г/л. с./час. Наибольшего прогресса достигла компания General Motors, которая в 1970-е годы построила V-образный «стирлинг» с обычным кривошипно-шатунным механизмом. Один цилиндр у него рабочий, другой — компрессионный. В рабочем находится только рабочий поршень, а поршень-вытеснитель — в компрессионном цилиндре. Между цилиндрами расположены подогреватель, регенератор и охладитель. Угол сдвига фаз, иначе говоря угол отставания одного цилиндра от другого, у этого «стирлинга» равен 90°. Скорость одного поршня должна быть максимальной в тот момент, когда скорость другого равна нулю (в верхней и нижней мертвых точках). Смещение фаз в движении поршней достигается расположением цилиндров под углом 90°. Конструктивно это самый простой «стирлинг». Но он уступает двигателю с ромбическим кривошипным механизмом в уравновешенности. Для полного уравновешивания сил инерции в V-образном двигателе число его цилиндров должно быть увеличено с двух до восьми.

Принципиальная схема V-образного «стирлинга»

: 1 — рабочий цилиндр; 2 — рабочий поршень; 3 — подогреватель; 4 — регенератор; 5 — теплоизолирующая муфта; 6 — охладитель; 7 — компрессионный цилиндр.

Рабочий цикл в таком двигателе протекает следующим образом. В рабочем цилиндре 1 газ (водород или гелий) нагрет, в другом, компрессионном 7 — охлажден. При движении поршня в цилиндре 7 вверх газ сжимается — такт сжатия. В это время начинает двигаться вниз поршень 2 в цилиндре 1. Газ из холодного цилиндра 7 перетекает в горячий 1, проходя последовательно через охладитель 6, регенератор 4 и подогреватель 3 — такт нагревания. Горячий газ расширяется в цилиндре 1, совершая работу, — такт расширения. При движении поршня 2 в цилиндре 1 вверх газ перекачивается через регенератор 4 и охладитель 6 в цилиндр 7 — такт охлаждения. Такая схема «стирлинга» наиболее удобна для реверсирования. В объединенном корпусе подогревателя, регенератора и охладителя (об их устройстве речь пойдет позже) для этого сделаны заслонки. Если перевести их из одного крайнего положения в другое, то холодный цилиндр станет горячим, а горячий — холодным, и двигатель будет вращаться в обратную сторону. Подогреватель представляет собой набор трубок из жаростойкой нержавеющей стали, по которым проходит рабочий газ. Трубки нагреваются пламенем горелки, приспособленной для сжигания различных жидких топлив. Тепло от нагретого газа запасается в регенераторе. Этот узел имеет большое значение для получения высокого КПД. Он выполнит свое назначение, если будет передавать примерно в три раза больше тепла, чем в подогревателе, и процесс займет меньше 0,001 секунды. Словом, это быстродействующий аккумулятор тепла, причем скорость теплопередачи между регенератором и газом составляет 30 000 градусов в секунду. Регенератор, КПД которого равен 0,98 единицы, состоит из цилиндрического корпуса, в котором последовательно расположены несколько шайб, изготовленных из проволочной путанки (диаметр проволоки 0,2 мм). Чтобы тепло от него не передавалось холодильнику, между этими агрегатами установлена теплоизолирующая муфта. И наконец, охладитель. Он выполнен в виде водяной рубашки на трубопроводе. Мощность «стирлинга» регулируется изменением давления рабочего газа. Для этой цели двигатель оборудуется газовым баллоном и специальным компрессором.

Возрождение

Эти двигатели снова стали развиваться благодаря компании Philips. В середине двадцатого века с ней заключила договор General Motors. Она вела разработки для применения Стирлингов в космических и подводных устройствах, на судах и автомобилях. Вслед за ними другая компания из Швеции, United Stirling, стала заниматься их развитием, включая и возможное использование на легковых автомобилях.

Сегодня линейный двигатель Стирлинга применяется на установках подводных, космических и солнечных аппаратов. Большой интерес к нему вызван из-за актуальности вопросов ухудшения экологической обстановки, а также борьбы с шумом. В Канаде и США, Германии и Франции, а также Японии идут активные поиски по развитию и совершенствованию его использования.

Цена методичности

Когда узнаешь о старой технической идее, возродившейся в современной технике, сразу же возникает вопрос: что же препятствовало ее осуществлению раньше? В чем состояла та проблема, та «зацепка», без решения которой она не могла проложить себе дорогу в жизнь? И почти всегда выясняется, что своим возрождением старая идея обязана либо новому технологическому методу, либо новой конструкции, до которой не додумались предшественники, либо новому материалу. Двигатель внешнего сгорания можно считать редчайшим исключением. Теоретические расчеты показывают, что к.п.д. «стирлингов» и «эриксонов» могут достигать 70 процентов — больше, чем у любого другого двигателя. А это значит, что неудачи предшественников объяснялись второстепенными, в принципе устранимыми факторами. Правильный выбор параметров и областей применения, скрупулезное исследование работы каждого узла, тщательная обработка и доводка каждой детали позволили реализовать преимущества цикла. Уже первые экспериментальные образцы дали КПД 39 процентов! (к.п.д. бензиновых двигателей и дизелей, которые отрабатывались годами, соответственно 28—30 и 32—35 процентов.) Какие же возможности «просмотрели» в свое время и Стирлинг и Эриксон? той самой емкости, в которой попеременно то запасается, то отдается тепло. Расчет регенератора в те времена был просто невозможен: науки о теплопередаче не существовало. Его размеры принимались на глазок, а как показывают расчеты, КПД двигателей внешнего сгорания очень сильно зависит от качества регенератора. Правда, его плохую работу можно в определенной степени компенсировать повышением давления. Вторая причина неуспеха была в том, что первые установки работали на воздухе при атмосферном давлении: их размеры получались огромными, а мощности — малыми. Доведя к.п.д. регенератора до 98 процентов и заполнив замкнутый контур сжатым до 100 атмосфер водородом или гелием, инженеры наших дней увеличили экономичность и мощность «стирлингов», которые даже в таком виде показали к.п.д. более высокий, чем у двигателей внутреннего сгорания. Уже одного этого было бы достаточно, чтобы говорить об установке двигателей внешнего сгорания на автомобилях. Но только высокой экономичностью отнюдь еще не исчерпываются достоинства этих возрожденных из забвения машин.

Первый тип двигателя. «Альфа»

Первой моделью, которая использовалась, стала «Альфа» Стирлинга. Особенность его конструкции состоит в том, что она имеет два силовых поршня, находящихся в разных в раздельных цилиндрах. Один из них имел достаточно высокую температуру и был горячим, другой, наоборот, холодным. Внутри теплообменника с высокой температурой располагалась горячая пара цилиндр-поршень. Холодная пара находилась внутри теплообменника с низкой температурой.

Основными преимуществами теплового двигателя внешнего сгорания стало то, что они имели высокую мощность и объем. Однако температура горячей пары при этом была слишком велика. Из-за этого возникали некоторые технические трудности в процессе изготовления таких изобретений. Регенератор данного устройства находится между горячей и холодной соединительными трубками.

Второй образец. «Бета»

Вторым образцом стала модель «Бета» Стирлинга. Основное конструктивное отличие заключалось в том, что имелся лишь один цилиндр. Один из его концов выполнял роль горячей пары, а другой конец оставался холодным. Внутри данного цилиндра перемещался поршень, с которого можно снимать мощность. Также внутри имелся вытеснитель, который отвечал за изменение объема горячей рабочей зоны. В данном оборудовании использовался газ, который перекачивался из холодной зоны в горячую через регенератор. Этот вид двигателя внешнего сгорания обладал регенератором в виде внешнего теплообменника или же совмещался с поршнем-вытеснителем.

Двигатель внешнего сгорания Лукьянова

Юрий Лукьянов – это научный сотрудник Псковского политехнического института. Он уже достаточно давно занимается разработкой новых моделей двигателей. Ученый старался сделать так, чтобы в новых моделях отсутствовали такие элементы, как коробка передач, распредвал и выхлопная труба. Основной недостаток устройств Стирлинга заключался в том, что они имели слишком большие габариты. Именно этот недостаток ученому и удалось устранить за счет того, что лопасти были заменены на поршни. Это помогло уменьшить размер всей конструкции в несколько раз. Некоторые говорят о том, что можно сделать двигатель внешнего сгорания своими руками.

Источники

  • https://motoran.ru/dvigatel/dvigatel-stirlinga
  • https://izobreteniya.net/printsip-rabotyi-dvigatelya-stirlinga/
  • https://econet.ru/articles/148660-elektrostantsii-na-dvigatele-stirlinga-prostota-ekonomichnost-i-ekologicheskaya-bezopasnost
  • https://domolov. ru/moshhnyj-generator-700-vt-na-dvigatele-stirlinga.html
  • https://texnotoys.ru/drugoe/dvigatel-stirlinga-svoimi-rukami.html
  • https://www.syl.ru/article/378828/dvigatel-vneshnego-sgoraniya-vidyi-printsip-rabotyi-osobennosti

[свернуть]

Устройство и принцип работы двигателя Стирлинга, модификации

Новые двигатели современного автомобилестроения почти достигли своего пика, кажется уже нечего усовершенствовать. Добавление в систему ДВС турбонаддува повышает мощность, но уменьшает ресурс двигателя, оно и понятно, объем двигателя небольшой, а из него выжимают мощь, как у мотора большего объема, но без турбины. Инженеры автоиндустрии начинают перебирать все возможные направления в развитие двигателестроения. Некоторые разрабатывают супертопливо, некоторые ищут нестандартные конструкции силового агрегата, некоторые планируют создать современный двигатель на базе двигателя Роберта Стирлинга, который был создан в 19 веке. Сейчас продаются сувениры ДВС, купить двигатель Стирлинга можно и на алиэкспресс.

  • Плюсы двигателя Стирлинга.
  • Минусы конструкции ДВС Стирлинга.
  • КПД.
  • Опыт использования двигателя.
  • Видео.

    • Схема работы двигателя Стирлинга

    Двигатель Стирлинга — это устройство, которое преобразует внешнюю энергию в полезную механическую. Это достигается за счет изменения температуры жидкости или газа, циркулирующие в замкнутой системе двигателя.

    Кто понимает физические законы, тому легко понять принцип работы любого двигателя. Что касается данного силового агрегата, то схема его выглядит следующим образом: внизу устройства устройства находится газ, например, воздух, который нагревается и расширяясь толкает поршень. Затем горячий воздух попадает в верхнюю часть ДВС и охлаждается радиатором. Избыточное давление, которое толкало поршень снижается, и поршень опускается, затем воздух опять нагревается и поднимает поршень. Так повторяются циклы.

    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.

    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.

    Это интересно: Как успешно сдать экзамены на права в 2021 году? 13 полезных советов

    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.

    Три основных варианта двигателя Стирлинга

    Модификация Альфа

    Мотор устроен таким образом, что он имеет и горячий цилиндр-поршень, и холодный цилиндр-поршень. Горячий поршень толкается от расширения воздуха, а холодный расположен в системе охлаждения и движется от остывания воздуха.

    Модификация Бета

    Данная конструкция предполагает, что цилиндр и поршень нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой. Поршень толкает в сторону холодной части, а вытеснитель толкает в сторону горячей. Регенератор перемещает остывший воздух в горячий рабочий объем цилиндра.

    Модификация Гамма

    Устройство данной модификации состоит из двух цилиндров и поршней. Имеет регенератор циркуляции газа. Один цилиндр горячий с одной стороны и холодный с другой, в нем поршень и вытеснитель. Второй цилиндр полностью холодный, там только поршень.

    Двигатель внешнего сгорания. Принцип работы

    «Стирлинг» ‒ как мы уже упоминали, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основной принцип его работы заключается в постоянном чередовании нагревания и охлаждения рабочего тела в замкнутом пространстве и получении энергии, благодаря возникающему при этом изменению объёма рабочего тела.

    Как правило рабочим телом выступает воздух, но может использоваться водород или гелий. В опытных образцах пробовали двуокись азота, фреоны, сжиженный пропан-бутан и даже воду.

    Кстати, вода пребывает в жидком состоянии на протяжении всего термодинамического цикла. А сам «стирлинг» с жидким рабочим телом имеет компактные размеры, высокую удельную мощность и высокое рабочее давление.

    Плюсы двигателя Стирлинга

    Основной плюс такого типа силового агрегата — это то, что может работать на разных видах топлива. На практике было испытано следующее: во внешнюю камеру устройства подавался сначала бензин, потом дизель, потом метан, потом сырая нефть и растительное масло. Все это делалось без остановки двигателя и он продолжал успешно работать.

    Также большим плюсом по сравнению с обычными двух тактными или четыерхтактрыми двигателями внутреннего сгорания является то, что двигателю Стирлинга не нужно дополнительное навесное оборудование, такое как газораспределительный механизм, коробка переключения передач, стартер.

    Ресурс двигателя Стирлинга — больше 100 тысяч работы без остановки.

    Немаловажный плюс — бесшумность работы. Такой двигатель не нуждается в удалении отработанного газа. В нем не может быть детонации двигателя, вибрация практически отсутствует.

    Конструкция двигателя Бета

    Преимущество для окружающей среды — это двигатель, который не загрязняет экологию, а значит это залог здоровья.

    Двигатель Стирлинга своими руками

    Сегодня довольно часто в интернет магазине можно встретить сувенирную продукцию, выполненную в виде рассматриваемого двигателя. Конструктивно и технологично механизмы довольно просты, при желании двигатель Стирлинга легко сконструировать своими руками из подручных средств. В интернете можно найти большое количество материалов: видео, чертежи, расчёты и прочая информация на эту тему.

    Низкотемпературный двигатель Стирлинга:

    • Рассмотрим самый простой вариант волнового двигателя, для выполнения которого понадобится консервная банка, мягкая полиуретановая пена, диск, болты и канцелярские скрепки. Все эти материалы легко найти дома, осталось выполнение следующих действий:
    • Возьмите мягкую полиуретановую пену, вырежьте на два миллиметра меньшим диаметром от внутреннего диаметра консервной банки круг. Высота пены на два миллиметра больше половины высоты банки. Поролон играет роль вытеснителя в двигателе;
    • Возьмите крышку банки, в средине проделайте дырку, диаметр два миллиметра. Припаяйте к отверстию полый шток, который будет выполнять, роль направляющей для шатуна двигателя;
    • Возьмите круг, вырезанный из пены, вставьте в средину круга винтик и застопорите с двух сторон. К шайбе припаяйте предварительно выпрямленную скрепку;
    • В двух сантиметрах от центра просверлите дырочку, диаметром три миллиметра, проденьте вытеснитель через центральное отверстие крышки, припаяйте крышку к банке;
    • Сделайте из жести небольшой цилиндр, диаметром полтора сантиметра, припаяйте его к крышке банки таким образом, что бы боковое отверстие крышки оказалось чётко по центру внутри цилиндра двигателя;
    • Сделайте коленчатый вал двигателя из скрепки. Расчёт выполняется таким образом, что бы разнос колен был 90°;
    • Изготовьте стойку под коленчатый вал двигателя. Из полиэтиленовой плёнки сделайте упругую перепонку, наденьте плёнку на цилиндр, продавите её, зафиксируйте;
    • Самостоятельно изготовьте шатун двигателя, один конец выпрямленного изделия выгнете в форме кружка, второй конец вставьте в кусочек ластика. Длина подгоняется таким образом, что бы в крайней нижней точке вала перепонка была втянута, в крайней верхней точке, перепонка максимально вытянута. Настройте другой шатун по такому же принципу;
    • Шатун двигателя с резиновым наконечником приклейте к перепонке. Шатун без резинового наконечника закрепите на вытеснителе;
    • Наденьте на кривошипный механизм двигателя маховик из диска. К банке приделайте ножки, чтобы не держать изделие в руках. Высота ножек позволяет разместить под банкой свечку.

    Коэффициент полезного действия

    КПД от разности температур в двигателе может достигать около 70%. По циклу Карно на графике КПД выглядит следующим образом.

    На практике был установлен 4-х цилиндровый двигатель Стирлинга на автомобиль был установлен вначале 20 века и выдал 35% КПД.

    Американская автомобильная компания Mechanical Technology Inc (Меканикал Технолоджи Инкопорейтед) создает двигатели Стирлинга. Их ДВС выдают КПД 43,5%.

    Преимущества.

    Тем не менее, двигатель Стирлинга имеет преимущества, которые вынуждают заниматься его разработкой. • «Всеядность» двигателя — как все двигатели внешнего сгорания (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от почти любого перепада температур: например, между разными слоями в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печи и т. д. • Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач. Однако, как уже отмечалось выше, он обладает большей материалоёмкостью. • Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы. • Экономичность — в случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги иногда дают больший КПД (до 31,25 %), чем тепловые машины на пару. • Бесшумность двигателя — стирлинг не имеет выхлопа, а значит — не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм). • Экологичность — сам по себе стирлинг не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.

    Двигатель Стирлинга — Устройство, виды и принцип работы

    Содержание:

    • История создания двигателя Стирлинга
    • Виды двигателей
      • Альфа
      • Бета
      • Гамма
    • Роторный двигатель Стирлинга
    • Принцип работы двигателя Стирлинга
    • Область применения
    • Преимущества и недостатки двигателя Стирлинга
    • Двигатель Стирлинга своими руками
      • Рабочая камера
      • Вытеснитель
      • Подставка
      • Цилиндр
      • Поршень
      • Маховик
      • Коленчатый вал и шатун
      • Держатель коленчатого вала
      • Вентилятор
    • Запуск двигателя

    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.

    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.

    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.

    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.

    ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

    • Авторы
    • Руководители
    • Файлы работы
    • Наградные документы

    Обухов С. С. 1

    1

    Аксенова Н.В. 1Кочнева Л.С. 1

    1

    Автор работы награжден дипломом победителя II степени

    Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя


    Текст работы размещён без изображений и формул.
    Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

    Введение


    Движение – это жизнь. С древнейших времен люди нуждались в силе, которая приводила бы в действие различные приспособления для облегчения ручного труда. Сегодня люди используют в своей жизни различные источники энергии: невозобновляемые и возобновляемые. Развитие альтернативных источников энергии необходимо для экономии топливно-энергетических ресурсов и снижения негативного влияния на окружающую среду.



    Меня заинтересовала тема двигателей, которые работают на альтернативных источниках энергии. В прошлом году предметом моего исследования были паровые двигатели. Я узнал историю происхождения этих двигателей, как они устроены, каков принцип их работы. Мною были сконструированы две модели лодочек с простейшими паровыми двигателями. Я решил продолжить узнавать новое в этой теме.



    При изучении литературы мое внимание привлекла статья о двигателе Стирлинга. Большой интерес к нему со стороны науки вызван актуальностью вопросов ухудшения экологической обстановки, а также борьбы с шумом. Способность производить электричество из возобновляемых ресурсов делает двигатель Стирлинга машиной чистого будущего мира. Он интересен тем, что работает от разницы температур. Например, при помощи такого двигателя можно зарядить мобильный телефон от тепла человеческого тела или кружки кипятка; можно, используя разницу температур между колодезной водой и воздухом, снабдить электричеством загородный дом.



    Я решил больше узнать об этом двигателе, выяснить, как он работает, где используется.



    Я предположил,что если двигатели Стирлинга работают от разницы температур, то они будут работать как от тепла, так и от холода.



    Цель работы: исследование принципа работы двигателя Стирлинга и его наглядная демонстрация на примере действующей модели.



    Для достижения цели были поставлены следующие задачи:



    1. изучить историю появления двигателей;



    2. узнать, как работает двигатель Стирлинга;



    3. изготовить модель двигателя Стирлинга самостоятельно;



    4. пронаблюдать, как работает двигатель от разницы температур;



    Объект исследования: двигатель Стирлинга.



    Предмет исследования: принцип и условия работы двигателя Стирлинга.



    Для подтверждения гипотезы буду использовать следующие методы:



    • эксперимент;



    • моделирование;



    • демонстрация работы двигателя;



    • замеры оборотов двигателя;



    • анализ полученных данных.



    Глава 1. Теоретическая часть



    1.1. Виды двигателей



    Самым первым двигателем было простое водяное колесо. На колесе крепились лопатки, оно опускалось в реку, и течение воды приводило его в движение. Прикрепив к колесу различные механизмы, люди выполняли всевозможные работы: орошали поля, мололи зерно, ковали металл.



    Позднее были придуманы ветряные двигатели. К небольшому колесу крепились огромные деревянные крылья. Они вращались под действием ветра и приводили в движение мельничные жернова. Ветряные мельницы можно встретить и в наше время.



    Ветряным и водяным двигателям не требуется топливо. Они очень экономичные. Их приводят в действие силы природы, от которых они и зависят. В этом их недостаток. (рис. 1)



    В отличие от водяных и ветряных двигателей, их «наследники» — паровые двигатели, являются более независимыми. В паровой машине имеются печь и котел. Печь топится дровами и углем и нагревает котел с водой. Вода закипает и превращается в пар. Он и приводит в движение механизмы. Изобретение парового двигателя способствовало развитию промышленности. Заработали паровые станки, паровозы, пароходы.



    Однако паровая машина тоже имела недостаток: она была слишком велика и прожорлива. (рис. 2)



    Изобретатели сконструировали новый двигатель. Топливо в нем сгорает не в печи, а внутри самого двигателя. Его так и назвали — двигатель внутреннего сгорания. Он экономичнее и сильнее, меньше и легче паровой машины, потому что не имеет котла. Двигатели внутреннего сгорания сейчас используются в автомобилях, самолетах, тепловозах, теплоходах и других машинах.



    В повседневной деятельности человеку чаще всего приходится сталкиваться с двигателями внутреннего сгорания. (рис. 3)



    Но существует также особый класс энергетических установок, имеющих общее название двигателей внешнего сгорания. Когда для бурно развивающейся промышленности понадобились мощные и экономичные энергетические установки, конструкторы придумали замену взрывоопасным паровым двигателям. В двигателях внешнего сгорания процесс сжигания топлива и источник теплового воздействия отделены от рабочей установки. К данной категории обычно относят паровые и газовые турбины, а также двигатели Стирлинга. Первые модели подобных установок были сконструированы более двух веков назад и применялись на протяжении почти всего XIX столетия. Только через несколько десятков лет им на смену пришли двигатели внутреннего сгорания. Стоили они существенно дешевле, что и определило их широкое распространение.



    Но сегодня конструкторы все пристальнее присматриваются к вышедшим из широкого употребления двигателям внешнего сгорания. Главное их достоинство состоит в том, что такие установки не нуждаются в хорошо очищенном и дорогом топливе и не наносят вред окружающей среде. [3]



    Изучив историю возникновения двигателей, мы узнали, что люди всегда нуждались в двигательной силе. Прогресс не стоял на месте, и двигатели постоянно усовершенствовались. Наиболее распространенные в настоящее время двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков: их работа сопровождается шумом, они выделяют вредные отработавшие газы и потребляют много топлива. Сегодня конструкторы все чаще обращаются к новым технологиям и идеям, связанным с альтернативными источниками энергии. И здесь особенно интересны двигатели Стирлинга, которые имеют ряд преимуществ.



    1.2. Двигатель Стирлинга и принцип его работы



    Один из самых известных представителей семейства двигателей внешнего сгорания – машина Стирлинга. Она была придумана в 1816 году шотландским священником Робертом Стирлингом, неоднократно совершенствовалась, но впоследствии на долгое время была незаслуженно забыта. (рис.4)



    Теперь же двигатель Стирлинга получил второе рождение. На сегодняшний день, он применяется во многих областях деятельности человека. Его используют как универсальный источник электроэнергии, в качестве насосов, в холодильных системах, на подводных лодках, на космических спутниках и др. Именно по этой причине, двигатель Стирлинга сейчас является универсальным устройством для выполнения любого рода задач. [2] (рис. 5)



    Попробуем разобраться, что собой представляет двигатель Стирлинга, как он устроен и какой физический принцип лежат в основе его работы.



    Двигатели Стирлинга работают от разницы температур. При низкой температуре идет сжатие воздуха, а при высокой – его расширение. У всех Стирлингов есть холодная и горячая сторона, в которых происходит нагрев и охлаждение воздуха. Воздух нагревается в горячей области, расширяясь, он толкает поршень и перемещается в холодную часть двигателя, где сжимается, после чего снова перемещается в горячую область двигателя, чтобы в очередной раз толкнуть поршень. Тепло к рабочему телу при этом подводится с внешней стороны, через стенку цилиндра. Эта особенность и дает право машине Стирлинга называться двигателем внешнего сгорания. [1] (рис. 6)



    Двигатель, сделанный по принципу Стирлинга, обладает рядом полезных преимуществ. Они могут работать от любого перепада температур: например, между разными слоями в океане, от солнца, от угольной или дровяной печи и т. д. Преимуществом является и простота конструкции. Для постройки такого двигателя, необходим самый минимум систем. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Простота конструкции позволяет Стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы. Еще одной важной особенностью таких двигателей является бесшумность работы. Так как в них отсутствуют выхлопы, то вся работа выполняется практически бесшумно. Преимуществом двигателя Стирлинга является и его экологичность. Внутри двигателя отсутствуют компоненты, которые могли бы существенно загрязнять окружающую среду, чего не скажешь о двигателях внутреннего сгорания.



    Но идеальных механизмов не существует. Самым основным недостатком двигателя Стирлинга, является его громоздкость. Как и любой двигатель, он нуждается в охлаждении, а это сулит установкой большего количества радиаторов, что существенно увеличивает массу всей конструкции. [5]



    Изучив литературу по теме «Двигатели Стирлинга», мы поняли основной принцип его работы. Он заключается в постоянно чередуемых температурах: нагревании и охлаждении. Двигатель имеет две пластины, между которыми находится воздух. При помощи нагрева или охлаждения одной из них создается разница температур. Воздух внутри то расширяется, то сжимается, совершая при этом работу. Также мы рассмотрели основные преимущества и недостатки двигателя Стирлинга и выяснили, что преимуществ гораздо больше.



    Глава 2. Исследовательская часть



    2. 1. Создание действующей модели двигателя Стирлинга



    Двигатель Стирлинга можно изготовить в домашних условиях из подручных материалов. Интернет-ресурсы предлагают различные схемы сборки таких двигателей, с пошаговыми инструкциями, достаточно простыми в исполнении. [4] Однако собрать работающий двигатель Стирлинга оказалось непросто.



    Сначала была создана первая модель двигателя Стирлинга. Для изготовления понадобились следующие материалы:



    • консервная банка;



    • металлическая крышка;



    • небольшой кусок поролона;



    • цилиндр от шприца;



    • СД-диск;



    • два болтика;



    • скрепки;



    • пакет;



    • резинка;



    • холодная сварка;



    • силиконовый клей;



    Инструменты:



    • кусачки;



    • плоскогубцы;



    • ножницы;



    • паяльник;



    • наждачная бумага;



    • клеящий пистолет;



    Далее следовали четко по инструкции, выполняя все предложенные интернетом действия. [5] Собрали корпус двигателя, внутрь поместили вытеснитель, прикрепили к нему шатун и вывели его наружу, корпус заклеили. Далее прикрепили цилиндр для поршня, закрепили на нем мембрану, соединили с поршнем. Коленвал соединили с шатуном и поршнем, продели края коленвала сквозь опоры и установили маховик. Модель готова к использованию. Нижнюю пластину двигателя нагрели. После этого двигатель должен был заработать. Но это не произошло. (рис. 7)



    Проанализировав работу, были выявлены возможные ошибки, которые не позволяли двигателю работать:



    • высокое трение;



    • негерметичность конструкции;



    • вытеснитель неплотно прилегал к стенкам банки, был слишком широк и тяжел;



    Второй двигатель был собран с учетом всех ошибок. Вытеснитель сделали из бумаги, который плотно прилегал к стенкам двигателя. Особое внимание уделили герметичности конструкции, тщательно проклеили все стыки и отверстия в двигателе. Для устранения трения детали смазали машинным маслом. Этот двигатель завелся только от сильного нагревания. Работа двигателя происходила с затруднениями, очень медленно. Сохранилось высокое трение и неточность в расчетах, которые очень сложно учесть в домашних условиях.( рис. 8)



    Работая над изготовлением действующей модели двигателя Стирлинга, мы столкнулись с трудностями. Первая сконструированная модель не заработала из-за многих ошибок, допущенных в процессе сборки. После их устранения вторая модель заработала, но с недостаточной мощностью. Основная причина – это высокое трение.



    2.2. Демонстрация работы двигателя Стирлинга



    Как работают двигатели Стирлинга можно увидеть из эксперимента.



    Модель двигателя Стирлинга способна работать даже на небольшом перепаде температур. В комнате 20°С тепла. Модель не работает, потому что находится в тепловом равновесии.



    В первой части эксперимента возьмем кружку с температурой воды 80°С и поставим на нее модель двигателя Стирлинга. Температура в комнате 20°С. Теперь, получив перепад температур в 60°С, двигатель должен заработать. Так и происходит.



    Во второй части эксперимента используем эту же модель Стирлинга. Даем ей остыть и прийти в тепловое равновесие. Затем на верхнюю панель двигателя положим кусочки льда, то есть охладим ее до 0°С. Снизу двигатель отбирает тепло у комнатного воздуха с температурой 20°С. Сверху имеем 0°С. Разница составит 20°С. Двигатель вновь заработал.



    Эксперимент доказал, что двигатель Стирлинга работает как от тепла, так и от холода. ( рис. 9)



    Проводя эксперимент, мы заметили, что меняя условия, двигатель работает с разной скоростью. Нам стало интересно, какое количество оборотов совершает двигатель при разных условиях?



    Используя метки и секундомер, мы сосчитали количество оборотов за 10 секунд при разных условиях. В случае с горячей водой, скорость была выше, чем со льдом. Тогда мы решили увеличить температурную разницу. Теперь внизу двигателя горячая вода, а наверху лед. Получили разницу в 80°С. Замерили частоту оборотов и сравнили с предыдущими показателями. С наибольшей температурной разницей скорость была выше всех. Значит, чем больше разница температур, тем двигатель работает быстрее. Все данные были занесены в таблицу. (табл. 1)



    Проанализировав данные, полученные в ходе эксперимента, можно сделать выводы:



    • двигатель Стирлинга заработает, как только появится температурная разница между пластинами. Можно нагреть нижнюю пластину или охладить верхнюю. Наша гипотеза доказана: двигатель может работать как от тепла, так и от холода. Отметим, что двигатель будет работать даже при небольшой разнице температур;



    • также мы выявили, что чем больше разница температур, тем выше скорость оборотов двигателя.



    Заключение



    Работая над данной темой, я узнал, что существуют двигатели внешнего сгорания. К ним относится двигатель Стирлинга. Я изучил историю происхождения данных двигателей, узнал, кто их изобрел, как они устроены и где их применяют.



    В процессе работы я самостоятельно сконструировал две модели двигателя Стирлинга. Для этого я ознакомился с чертежами, изучил технологию изготовления таких моделей, просмотрел видео-уроки. Первая модель двигателя не заработала. Были выявлены ошибки в ее конструкции. Вторая модель была усовершенствована с учетом всех ошибок. Двигатель заработал, но с малой скоростью. Мешало сильное трение, которое и стало основной проблемой в конструировании.



    Моя гипотеза подтвердилась. Эксперементальным путем я доказал, что двигатель будет работать как от тепла, так и от холода. Также я выявил, что чем больше разница температур, тем двигатель работает быстрее.



    Очень заинтересовался данной темой. Считаю, что она интересна и актуальна, перспективна в современной науке, так как двигатель имеет больше преимуществ, чем недостатков, экологически чист, достаточно прост в изготовлении.



    Планирую продолжить конструировать двигатели, добиваться, чтобы они работали. В будущем хотелось бы не только сконструировать действующую модель, но и найти ей практическое применение.



    В настоящее время двигатели Стирлинга – это редкость. Но постепенно они вновь входят в нашу жизнь. На сегодняшний день они используются во многих отраслях деятельности человека. В будущем они могут устанавливаться на мини ТЭЦ или их энергией можно будет питать целый город, а когда запасы нефти будут заканчиваться, из-за своей практичности и высокой работоспособности они смогут конкурировать с дизельными двигателями.



    Список литературы и информационные ресурсы



    1. Белецкий И. Видео-уроки. Интернет-сайт;



    2. Галилео. Эксперимент. Двигатель Стирлинга. Интернет-сайт;



    3. Двигатель Роберта Стирлинга. Интернет-сайт;



    4. Зубков Б.В., Чумаков С.В. Энциклопедический словарь юного техника, Издательство: Педагогика, Москва, 1988;



    5. От теории к практике. Физика в игрушках. Интернет-сайт;



    6. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга, Издательство: Мир, Москва, 1986;



    7. Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга, Издательство: Энергия, Москва, 1978



    Приложение



    Рис. 1. Ветряные и водяные двигатели



    Рис. 2. Паровые двигатели



    Рис. 3. Двигатель внутреннего сгорания



    Рис. 4. Роберт Стирлинг и двигатель внешнего сгорания



    Рис. 5. Подводная лодка и космический спутник



    Рис. 6. Устройство двигателя Стирлинга



    Рис. 7. Изготовление первой модели двигателя Стирлинга



    Рис. 8. Изготовление второй модели двигателя Стирлинга



    Рис. 9. Демонстрация работы двигателя Стирлинга



    Табл. 1. Зависимость количества оборотов от условий среды.


    Просмотров работы: 975

    Устройство и принцип работы двигателя Стирлинга, модификации






















    Новые двигатели современного автомобилестроения почти достигли своего пика, кажется уже нечего усовершенствовать. Добавление в систему ДВС турбонаддува повышает мощность, но уменьшает ресурс двигателя, оно и понятно, объем двигателя небольшой, а из него выжимают мощь, как у мотора большего объема, но без турбины. Инженеры автоиндустрии начинают перебирать все возможные направления в развитие двигателестроения. Некоторые разрабатывают супертопливо, некоторые ищут нестандартные конструкции силового агрегата, некоторые планируют создать современный двигатель на базе двигателя Роберта Стирлинга, который был создан в 19 веке. Сейчас продаются сувениры ДВС, купить двигатель Стирлинга можно и на алиэкспресс.

    Содержание статьи:

      1. Схема работы ДВС Стирлинга:
        • Стирлинг Альфа;
        • Стирлинг Бета;
        • Стирлинг Гамма.
      2. Плюсы двигателя Стирлинга.
      3. Минусы конструкции ДВС Стирлинга.
      4. КПД.
      5. Опыт использования двигателя.
      6. Видео.

     

    Схема работы двигателя Стирлинга

    Двигатель Стирлинга — это устройство, которое преобразует внешнюю энергию в полезную механическую. Это достигается за счет изменения температуры жидкости или газа, циркулирующие в замкнутой системе двигателя.

    Кто понимает физические законы, тому легко понять принцип работы любого двигателя. Что касается данного силового агрегата, то схема его выглядит следующим образом: внизу устройства устройства находится газ, например, воздух, который нагревается и расширяясь толкает поршень. Затем горячий воздух попадает в верхнюю часть ДВС и охлаждается радиатором. Избыточное давление, которое толкало поршень снижается, и поршень опускается, затем воздух опять нагревается и поднимает поршень. Так повторяются циклы.

     

    Три основных варианта двигателя Стирлинга

    Модификация Альфа

    Мотор устроен таким образом, что он имеет и горячий цилиндр-поршень, и холодный цилиндр-поршень. Горячий поршень толкается от расширения воздуха, а холодный расположен в системе охлаждения и движется от остывания воздуха.

    Модификация Бета

    Данная конструкция предполагает, что цилиндр и поршень нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой. Поршень толкает в сторону холодной части, а вытеснитель толкает в сторону горячей. Регенератор перемещает остывший воздух в горячий рабочий объем цилиндра.

     

    Модификация Гамма

    Устройство данной модификации состоит из двух цилиндров и поршней. Имеет регенератор циркуляции газа. Один цилиндр горячий с одной стороны и холодный с другой, в нем поршень и вытеснитель. Второй цилиндр полностью холодный, там только поршень.

    Плюсы двигателя Стирлинга

    Основной плюс такого типа силового агрегата — это то, что может работать на разных видах топлива. На практике было испытано следующее: во внешнюю камеру устройства подавался сначала бензин, потом дизель, потом метан, потом сырая нефть и растительное масло. Все это делалось без остановки двигателя и он продолжал успешно работать.

    Также большим плюсом по сравнению с обычными двух тактными или четыерхтактрыми двигателями внутреннего сгорания является то, что двигателю Стирлинга не нужно дополнительное навесное оборудование, такое как газораспределительный механизм, коробка переключения передач, стартер.

    Ресурс двигателя Стирлинга — больше 100 тысяч работы без остановки.

    Немаловажный плюс — бесшумность работы. Такой двигатель не нуждается в удалении отработанного газа. В нем не может быть детонации двигателя, вибрация практически отсутствует.

    Конструкция двигателя Бета

    Преимущество для окружающей среды — это двигатель, который не загрязняет экологию, а значит это залог здоровья.

     

    Минусы двигателя Стирлинга

    Невозможно в настоящее время массовое применения данного вида двигателя. Для таких агрегатов требуется большие радиаторы охлаждения. Теплообменник должен быть сделать из материалов, устойчивых к высоким температурным воздействиям.

     

    Коэффициент полезного действия

    КПД от разности температур в двигателе может достигать около 70%. По циклу Карно на графике КПД выглядит следующим образом.

    На практике был установлен 4-х цилиндровый двигатель Стирлинга на автомобиль был установлен вначале 20 века и выдал 35% КПД.

    Американская автомобильная компания Mechanical Technology Inc (Меканикал Технолоджи Инкопорейтед) создает двигатели Стирлинга. Их ДВС выдают КПД 43,5%.

     

    Примеры успешного применения двигателей Стирлинга

    Во второй половине 20 века несколько компаний начали разрабатывать моторы Стирлинга и устанавливать их на легковые автомобили.

    Успешные модели оказались у таких компаний, как Ford Motor Company, Volkswagen Group, UNITED STIRLING (Швеция), General Motors, модель Стирлинга «Philips 4-125DA» (Нидерланды).

     

    Видео

    Фильм «Роберт Стирлинг и его двигатель».

    Как работает двух цилиндровый вакуумный двигатель.

    Автор публикации

    Как работает двигатель Стирлинга: кпд, применение, перспективы



    Поиск перспективных энергосберегающих технологий, в частности использующих альтернативные и возобновляемые виды топлива – одно из основных направлений научно-технического прогресса XXI века. Однако в поисках нового не стоит забывать прежние выдающиеся достижения инженерной мысли, обретающие в нашу цифровую эпоху второе дыхание. Яркое тому подтверждение двигатель Стирлинга.

    Дитя эпохи пара


    Начало XIX века – расцвет эпохи пара. Благодаря паровым машинам стали бурно развиваться промышленность и транспорт. Они оказались на редкость надежными, устойчивыми к колебаниям нагрузки, долговечными, не требующими больших затрат при эксплуатации, простыми в обслуживании и практически «всеядными» в отношении к топливу.

    Роберт Стирлинг и его двигатель


    Были очевидны и недостатки – низкий КПД (не более 10%) и наличие громоздкого кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Нередко паровые котлы взрывались, не выдерживая чрезмерного давления пара, что приводило к разрушениям и человеческим жертвам.

    Паровоз на базе двигателя Стирлинга


    Все изменилось 27 сентября 1816 года, когда шотландский священник Роберт Стирлинг запатентовал уникальное изобретение под названием «двигатель горячего воздуха», безопасную альтернативу своему паровому предшественнику. Позже его назвали в честь создателя – двигатель Стирлинга (ДС).

    Как работает двигатель Стирлинга


    Первое, что бросается в глаза – простота конструкции. В состав двигателя Стирлинга (β-типа) входят два поршня – вытеснительный и рабочий, маховик, рубашка (ребра) охлаждения и теплообменный цилиндр. Чтобы ДС работал, необходим источник тепла.

    Рабочий цикл протекает в четыре этапа


    Первый этап. Происходит нагрев воздуха (или другого газа) в основании цилиндра. Разогретый внутри его воздух создает давление, которое заставляет рабочий поршень двигаться вверх. Вытеснительный поршень имеет одну важную особенность – неплотное прилегание к стенкам цилиндра.

    Двигатель Стирлинга типа Бета


    Второй этап. Приведенный в действие маховик (благодаря ему работа обоих поршней строго синхронизирована) с помощью толкающей штанги «отправляет» вытеснительный поршень вниз, который в свою очередь выдавливает разогретый воздух вверх в охлаждающую камеру.


    Третий этап. В камере воздух остывает и сжимается, давая возможность рабочему поршню опуститься вниз.


    Четвертый этап. Вытеснительный поршень движется вверх, одновременно вытесняя охлажденный воздух в основание цилиндра, после чего цикл возобновляется.

    Плюсы и минусы


    Первые промышленные ДС использовались в качестве водяных насосов и машин, обеспечивающих литейное производство. К началу ХХ века на предприятиях Европы работало уже более 250 тыс. вентиляторов, приводимых в действие ДС. Их КПД достигал 18%, что почти на 10 % выше КПД паровых двигателей.


    И это далеко не единственное достоинство двигателей Стирлинга. Как и все двигатели наружного сгорания, они «всеядны». В их топливном «меню» буквально «все, что горит» – от угля, дров, мазута, газа до солнечной, геотермальной энергии и ядерного топлива.


    Конструкция ДС чрезвычайно проста. Ей не требуются дополнительных систем и не нужен стартер, поскольку двигатель запускается самостоятельно. Как следствие этого – значительный рабочий ресурс, измеряемый иногда сотнями тысяч часов непрерывной работы.


    Двигатели Стирлинга очень экономичны и малошумны, что в последствии было использовано при создании двигателей для подводных лодок.


    Из недостатков, пожалуй, главный – материалоемкость. К тому же, чтобы двигатели Стирлинга могли на равных конкурировать с ДВС, им приходиться «добавить» высокое (более 100 атмосфер – прим. ред. Techcult.ru) давление, а также водород или гелий в качестве рабочего тела.


    КПД ДС значительно снижается из-за того, что тепло рабочее тело «получает» через стенки теплообменника. Поскольку самому теплообменнику приходится работать в экстремальных условиях высокого давления и температуры, для его изготовления используются весьма дорогие жаропрочные материалы.


    Определенные сложности возникают при регулировке оборотов. В частности, чтобы регулировать частоту вращения коленчатого вала, потребуется изменять показатели температуры.

    Виды двигателей


    Семейство двигателей Стирлинга представлено четырьмя видами – Альфа, Бета (принцип его работы описан выше), Гамма и роторным. У каждого из них свои конструкционные особенности.

    Альфа-двигатель Стирлинга


    У Альфа два цилиндра, один из которых оснащен охлаждающим радиатором, а в нижней его части осуществляется нагрев. В рабочих камерах обоих цилиндров установлены поршни. Усилия от поршневой группы передаются на коленчатый вал, соединенный шарниром с поршнем и вытеснителем.

    Гамма-двигатель Стирлинга


    Конструкция Гамма-двигателя отличается наличием двух цилиндров: один из них с радиатором охлаждения, поршнем и вытеснителем подвергается нагреву и охлаждению, в то время как второй постоянно «прохлаждается».


    У роторного ДС отсутствует КШМ, что уменьшает габариты силового агрегата. Благодаря такой конструкции значительно улучшается герметичность рабочей камеры.


    Однако в начале ХХ века у ДС появились мощные конкуренты – двигатели внутреннего сгорания, надолго отправившие в «запас» своих предшественников за счет более высокого КПД.

    Современные области применения двигателей Стирлинга


    В наши дни ДС переживают второе рождение во много благодаря их уникальным экологическим характеристикам. Напомним, концентрация вредных веществ в продуктах сгорания ДС на несколько порядков ниже, чем у поршневых и газотурбинных двигателей и, что не менее важно, минимальные шумы у них не превышают 60-65 дБ. Они незаменимы там, где необходимо преобразовывать тепловую энергию в механическую.


    Одно из перспективных направлений современной энергетики – децентрализация энергоснабжения, которое реализуется путем строительства когенерационных установок, производящих из первичного источника топлива два или несколько видов полезной энергии.

    Когенерационная установка


    Использование ДС в когенерационных установках позволяет одновременно обеспечивать электроэнергией и теплом небольшие районы. КПД некоторых современных стирлинг-генераторов доходит до 95 %.


    Тепловые насосы на базе ДС работают подобно кондиционерам. Правда, они используются не для охлаждения помещений или воды, а для нагрева.

    Тепловой насос на базе ТС


    ДС могут работать, как холодильные установки. Некоторые компании-производители холодильников уже готовы устанавливать на свои изделия ДС, что сделает их более экономичными, а рабочим телом станет обычный воздух.

    Подводная лодка класса Никкен


    Малошумность ДС еще в 60-е годы привлекла внимание разработчиков подводных лодок в ряде стран. В результате в 1988 году шведская субмарина класса «Никкен» была оснащена воздухонезависимыми ДС, с которыми она проплавала свыше 10000 часов. Примеру Швеции последовала Япония, где новейшие подводные лодки класса «Сорю» были оснащены четырьмя ДС VA-275R, каждая мощностью по 8000 л. с.

    Солнечная электростанция с ДС


    ДС найдет свое применение и в солнечной энергетике, где его устанавливают в фокус параболического зеркала, обеспечивающего постоянную «подсветку» зоны нагрева.

    Содержание

    • История

    • Устройство

    • Плюсы и минусы

    • Типы

    • Перспективы

    Как работают двигатели Стирлинга?

    Как работают двигатели Стирлинга? — Объясните этот материал

    Вы здесь:
    Домашняя страница >
    Инжиниринг >
    Двигатели Стирлинга

    • Дом
    • индекс А-Я
    • Случайная статья
    • Хронология
    • Учебное пособие
    • О нас
    • Конфиденциальность и файлы cookie

    Реклама

    Двигатели питают наш мир с момента
    Промышленная революция: сначала грязные паровые машины, работающие 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 температурой и низкой
    один — не изменился за пару сотен лет, хотя
    иногда люди все же придумывают небольшие улучшения, которые
    сделать процесс немного быстрее или эффективнее. Один двигатель вы
    возможно, много слышал о недавно двигатель Стирлинга,
    что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар!
    Вместо этого он нагревает, охлаждает и рециркулирует один и тот же воздух или газ снова и снова.
    снова и снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной. В команде
    Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но на самом деле они
    с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

    Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования
    Возобновляемая энергия. На этом фото вы можете увидеть массив зеркал
    концентрируя солнечное тепло на двигателе Стирлинга, который вырабатывает электричество.
    Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

    Содержание

    1. Что такое двигатель?
    2. Что такое двигатель Стирлинга?
    3. Каковы ключевые части двигателя Стирлинга?
    4. Как работает двигатель Стирлинга?
    5. Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?
    6. Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга
    7. Кто изобрел двигатели Стирлинга?
    8. Узнать больше

    Что такое двигатель?

    Двигатели, приводящие в движение транспортные средства или заводские машины
    являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят
    богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для высвобождения
    тепловая энергия, которая используется для производства
    газ расширится и остынет, нажми на поршень,
    крутить руль и водить машину. Двигатели бывают двух основных типов:
    двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят
    топливо в одном месте и производить энергию в другой части
    та же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели)
    сжигать топливо и производить мощность точно в одном месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Оба
    типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем
    остывать. Чем больше разница температур (между газом при
    самое горячее и самое холодное), тем лучше работает двигатель. Теория того, как
    работа двигателя основана на науке термодинамики
    (буквально «как движется тепло») и на 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 же такого хорошего в
    Двигатели Стирлинга, это поможет, если мы узнаем, что так плохо
    Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает
    воды, пока она не закипит и не сделает пар. Пар идет по трубе
    в цилиндр через открытый впускной клапан, где он толкает поршень
    и водит колесо. Затем впускной клапан закрывается, а выпускной клапан
    открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в
    цилиндр, где он выталкивает охлажденный ненужный пар через
    выйти и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

    Фото: Примеры паровых двигателей, таких как в этом локомотиве
    двигателей внешнего сгорания. Огонь, дающий энергию при сгорании (1), находится снаружи (вне)
    цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть
    котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая
    поршень (4), который приводит в движение колеса с кривошипом (5) и приводит в движение поезд (6). Паровая и тепловая энергия постоянно
    выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ приведения в действие движущейся машины особенно неэффективным и неудобным. Но это было нормально в те дни, когда угля было много и никто особо не заботился о том, чтобы навредить планете.

    Много проблем с паром
    двигателей, но вот четыре наиболее очевидных. Во-первых, котел
    из-за чего пар работает под высоким давлением и существует риск
    что он может взорваться (взрывы котлов
    были серьезной проблемой с очень ранними паровыми
    двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то
    расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется, получая тепло от
    один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, еще достаточно горячий,
    поэтому он содержит потраченную впустую энергию. В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из
    цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные
    количества воды, а также топлива. (Вот почему паровозы имеют
    продолжать останавливаться у цистерн с водой на обочине пути.)

    Рекламные ссылки

    Что такое двигатель Стирлинга?

    Можем ли мы разработать двигатель, преодолевающий эти
    проблемы? Предположим, мы избавились от котла (что решило бы
    опасность взрыва) и использовать тепло от огня для питания
    двигатель напрямую. Тогда вместо использования пара для перемещения тепловой энергии
    от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к
    огонь и использовать обычный воздух (или какой-либо другой простой газ) для перемещения тепла
    энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда
    позвонил двигатели горячего воздуха .) Если мы запечатаем этот воздух в закрытой трубе, то
    один и тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию
    от огня и выпуская его в цилиндр, 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 совершенствует паровой двигатель. Вы будете иногда видеть
    Двигатели Стирлинга, описываемые как «замкнутый цикл с рекуперацией тепла».
    двигатели», что является очень кратким способом выразить то, что мы только что сказали:
    замкнутый цикл означает, что они используют герметичный объем газа для возврата тепла
    и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они
    использовать теплообменники для сохранения части тепла, которое в противном случае
    теряться при каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровой машине).

    Простой или сложный?

    Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то это так же верно, как и
    великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности,
    но богаче, сложнее и потенциально очень запутанно, пока вы действительно не разберетесь с ними.
    Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube.
    показать, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за его работой снаружи: вам нужно хорошо подумать о цикле шагов, который он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается. от того, что происходит в обычной паровой машине.

    В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала рассмотрев содержащиеся в нем детали, затем подумав, что они делают, и, наконец, взглянув на более сложную (термодинамическую) теорию.

    Фото: Небольшой, компактный двигатель Стирлинга, подобный этому, может работать от крошечного
    разницы в тепле — даже когда человек отдыхает на чьих-то руках и убегает от содержащегося в них тепла. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

    Каковы ключевые части двигателя Стирлинга?

    Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как
    вытесняющий (или рабочий объем) двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга). Вот основные части:

    Источник тепла

    Источник тепла — это место, откуда двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь.
    огонь солнечному зеркалу, концентрирующему тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга называются двигателями внешнего сгорания, они не
    должны вообще использовать горение (фактическое сжигание топлива): они
    просто нужна разница температур между источником тепла
    (откуда поступает энергия) и радиатор (куда она попадает).

    Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга теплом от чашки кофе,
    теплую чью-то ладонь или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, вырабатываемая двигателем, исходит от любой разницы температур между источником тепла и источником тепла.
    раковина. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, работающим на
    что-то вроде чашки кофе, просто потому, что она содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

    Работа: Основные части вытеснительного двигателя Стирлинга.

    Газ

    Объем газа постоянно запечатан внутри машины в закрытом цилиндре. Это может быть обычный воздух,
    водород, гелий или другое легкодоступное вещество,
    остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия
    операций, через которые он проходит). Его единственное назначение — перемещение тепловой энергии
    от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, приводящий в движение машину, а затем снова вернуться к
    набери еще. Газ, перемещающий 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
    выбрасывает 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 отличают их от других двигателей. В общей конструкции, называемой
    двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, там два одинаковых поршня и цилиндра и газовые челноки сзади
    и далее между ними, нагреваясь и расширяясь, затем охлаждаясь и сжимаясь, прежде чем цикл повторяется.

    В другой конструкции, показанной здесь, называемой литражным (или бета-) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (окрашен зеленым), задачей которого является перемещение газа между источником тепла и радиатором.
    В отличие от обычного поршня в паровой машине, вытеснитель подходит очень свободно (с небольшим свободным пространством между поршнем).
    край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад. Также имеется рабочий поршень (окрашен в темно-синий цвет), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, приводящую в движение
    независимо от того, работает ли двигатель. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелое
    маховик прикреплен к сборке
    импульс и обеспечить бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень вытеснителя постоянно движутся,
    но они не в ногу (одна четверть цикла или 90° не в фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень вытеснителя всегда находится на одну четверть цикла (90°) впереди рабочего поршня.

    Теплообменник

    Теплообменник, также известный как регенератор, находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла.
    на котором держится регенератор. Когда газ движется назад, он снова забирает 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?

    Вкратце

    Подобно паровому двигателю или автомобильному двигателю внутреннего сгорания, двигатель Стирлинга
    двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя
    ряд основных операций, известный как его цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга вытеснительного типа.
    На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит вот 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 привода машины, которую приводит в действие двигатель, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повториться. Работа зеленого поршня вытеснителя заключается в перемещении газа с горячей стороны цилиндра (слева) на холодную сторону (справа) и обратно. Работая вместе, два поршня обеспечивают многократное перемещение тепловой энергии от источника к приемнику и ее преобразование в полезную механическую работу.

    Подробно

    1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) находится справа на более холодном конце цилиндра. По мере того как он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня движутся внутрь (к центру).
    2. Перенос и регенерация: поршень вытеснителя перемещается вправо, а охлажденный газ движется вокруг него в более горячую часть цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделил.
    3. Нагрев и расширение: большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра. Он нагревается от огня (или другого источника 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 приводит в действие двигатель. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (и совершает работу).
    4. Перенос и охлаждение: поршень вытеснителя перемещается влево, а горячий газ движется вокруг него в более холодную часть цилиндра справа. Объем газа остается постоянным при прохождении через регенератор (теплообменник), отдавая по пути часть своей энергии. Теперь цикл завершен и готов повториться.

    Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому, с чего начал, это несимметричный процесс: энергия постоянно удаляется от источника и накапливается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ совершает определенное
    количество работы поршня при его расширении, но поршень совершает меньшую работу по сжатию охлажденного газа и возвращению его в исходное положение.

    Теоретически

    Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, когда простой паровой двигатель может обойтись только одним? Зачем все эти отдельные ступени? Почему бы не сделать все это проще?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам нужно понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с газовыми законами (основными законами 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 (с сохранением тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

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

    1. Изотермическое (постоянная температура) сжатие: наша стадия (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается по мере того, как он сжимается. тепло в раковину.
    2. Изоволюметрический (постоянный объем) нагрев: наша стадия (2) выше, на которой объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего прежнего тепла.
    3. Изотермическое (постоянная температура) расширение: наша стадия (3) выше, на которой газ поглощает энергию источника, его объем увеличивается, а давление уменьшается, а температура остается постоянной.
    4. Изоволюметрическое (постоянного объема) охлаждение: вышеприведенная стадия (4), на которой объем газа остается постоянным при его прохождении через регенератор и охлаждении.

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

    Некоторые альтернативные анимации

    • В Википедии есть еще одна анимация бета-версии двигателя Стирлинга
      (хоть и красиво нарисовано, за этим трудно уследить, потому что отдельные
      этапы не объясняются рядом).
    • MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но
      сопровождающее объяснение довольно минимально.
    • Лучший из всех: отличная анимация и объяснение на
      Animated Engines, превосходный веб-сайт со множеством четких и понятных страниц о всевозможных других движках, которые стоит изучить. Мне нравится, что все двигатели нарисованы в одном и том же простом стиле, поэтому их легко сравнить.

    Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

    Фото: Хотя инженеры пытались оснастить автомобили двигателями Стирлинга,
    эксперименты были не такими успешными. Двигателю Стирлинга требуется время, чтобы набрать скорость.
    не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для питания автомобиля
    чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом фронте: будущие автомобили, скорее всего, будут оснащены электродвигателями или топливными элементами. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

    Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, которым требуется
    непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-либо
    горячее и что-то холодное. Они идеально подходят для солнечных электростанций, где
    солнечное тепло играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и
    высокоэффективные комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ), которые должны производить стабильные поставки электроэнергии.
    Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга.
    используя их в качестве основы для компактного, домашнего электроснабжения
    генератор под названием Beacon 10,
    размером примерно с бытовую стиральную машину.

    В обычном двигателе Стирлинга вы нагреваете до
    горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу
    и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора). Как только
    электродвигатели можно использовать в качестве генераторов в обратном направлении, так что можно поставить
    энергию в двигатель Стирлинга и запустить его в обратном направлении, эффективно
    отвод тепла от радиатора и выброс его в
    источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криоохладитель».
    эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в
    сверхпроводимость и
    электронные исследования.

    Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

    Фото: Чистый, экологичный, безопасный, эффективный и компактный — двигателей Стирлинга много
    преимущества. Фото Уоррена Гретца 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 снабжении водой и не
    имеют сложную систему открывания и закрывания клапанов,
    двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише паровых двигателей, и потому что
    они не обязательно включают сжигание топлива, могут быть намного чище. В отличие от паровых двигателей,
    которые обычно сжигают уголь для кипячения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов
    разное топливо.

    С другой стороны, двигатели Стирлинга не запускаются мгновенно (это
    требуется время, чтобы важнейший теплообменник прогрелся, а маховик
    разгоняются) и они не так хорошо работают в режиме стоп-старт (в отличие от двигателей внутреннего сгорания
    двигатели). Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло.
    что делает их непригодными для некоторых приложений.

    Кто изобрел двигатели Стирлинга?

    Иллюстрация: это иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года).
    напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложный. Два больших
    чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху
    (источник тепла и радиатор), и поршни вытеснителя перемещаются внутри них вперед и назад.
    Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик.
    Работа из книги «История и прогресс 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
    эффективнее паровых двигателей, разработанных
    около века назад Томасом Ньюкоменом (и позже улучшенным
    Джеймс Уотт и др.). Появление двигателей внутреннего сгорания (бензиновых и дизельных двигателей)
    Двигатели Стирлинга отошли на второй план, хотя они были заново открыты
    Компания Philips в середине 20 века. Совсем недавно они
    становятся популярными в солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии.
    энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология
    получил еще один импульс в 1980-е, когда Иво Колин
    из Загребского университета и Джеймс Сенфт из Висконсинского университета разработали новую,
    очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между
    источник тепла и поглотитель.

    Подробнее

    На этом сайте

    • Дизельные двигатели
    • Энергия
    • Двигатели
    • Бензиновые двигатели
    • Тепло
    • Реактивные двигатели
    • Паровые машины

    Статьи

    Новости
    • Металлический порошок: новое безуглеродное топливо? Александр Хеллеманс, IEEE Spectrum, 16 декабря 2015 г. Как двигатели Стирлинга (приводимые в действие металлическими
      топливо) может сыграть свою роль в чистом, зеленом будущем.
    • Дин Кеймен думает, что его новый двигатель Стирлинга избавит вас от сети менее чем за 10 тысяч долларов, Кристофер Хелман. Forbes, 2 июля 2014 г. Краткое введение в генератор Камена Beacon 10.
    • Новый ядерный двигатель может использоваться для исследования дальнего космоса Адама Манна. Wired, 27 ноября 2012 г. НАСА исследует ядерный двигатель Стирлинга, который может питать космические зонды в местах, где солнечный свет (и солнечная энергия) недоступен.
    • Ford Motors испытывает потенциальный двигатель будущего, Ричард Уиткин. The New York Times, 3 ноября 1975 г. Отчет из архива Times о первых испытаниях Форда двигателей Стирлинга.
    • Империя вне сети автора Салли Ади. IEEE Spectrum, 31 июля 2009 г. Как двигатели Стирлинга и возобновляемые технологии помогают Дину Кеймену жить в автономном режиме на 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, Ринии и другие варианты.
    • Двигатель Стирлинга: «Циклическая жизнь» старой технологии Райнхольда Бауэра, Icon, Vol. 15 (2009), стр. 108–118. Почему двигатели Стирлинга так и не стали коммерчески популярными? Теперь перспективы для них лучше?

    Книги

    Двигатели Стирлинга
    • Механический КПД тепловых двигателей Джеймс Р. Сенфт. Cambridge University Press, 2007. Подробное термодинамическое исследование тепловых двигателей, включая двигатели Стирлинга.
    • Двигатели Стирлинга и горячего воздуха: проектирование и создание экспериментальных моделей двигателей Стирлинга Роя Дарлингтона и Кейта Стронга. The Crowood Press, 2005. Практическое руководство по двигателям Стирлинга для модельеров.
    • Введение в двигатели Стирлинга Джеймса Р. Сенфта. Moriya Press, 1993. Краткое объяснение теории одного из пионеров современных двигателей.
    • История и развитие парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667 и далее. Подробное описание «Патентного воздушного двигателя», основанное на оригинальном патенте Роберта Стирлинга и (очень приблизительно) современное ему.
    Термодинамика двигателей
    • Двигатели: введение Джона Лиска Ламли.
      Издательство Кембриджского университета, 1999. Хотя это касается двигателей внутреннего сгорания, это будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
    • Термодинамика для чайников, Майк Паукен. Джон Уайли и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение к таким вещам, как двигатели.

    Видео

    • Пример двигателя Стирлинга: двухминутная демонстрация настоящей бета-версии двигателя Стирлинга, подобной той, что показана в моей анимации выше.
    • Двигатель Стирлинга: разборка: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает вам, что внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

    Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

    Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

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

    Подпишитесь на нас

    Оцените эту страницу

    Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

    Сохранить или поделиться этой страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

    Цитировать эту страницу

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

    Подробнее на нашем веб-сайте.

    ..

    • Связь
    • Компьютеры
    • Электричество и электроника
    • Энергия
    • Машиностроение
    • Окружающая среда

    • Гаджеты
    • Домашняя жизнь
    • Материалы
    • Наука
    • Инструменты и инструменты
    • Транспорт

    ↑ Вернуться к началу

    Двигатель Стирлинга | Как работает двигатель Стирлинга?

    Содержание

    • 1 Что такое двигатель Стирлинга?
    • 2 Работа двигателя Стирлинга
    • 3 Типы двигателей Стирлинга
      • 3.1 1) Двигатель Стирлинга Alpha
      • 3.2 2) Двигатель Стирлинга Beta
      • 3.3 3) Двигатель Gamma
      • 3.4 4) Роторный двигатель Стирлинга
      • 3.5 5) Двустороннего действия Тип
    • 4 PV Схема цикла Стирлинга
    • 5 Компоненты двигателя Стирлинга
    • 6 Что такое КПД?
      • 6.1 Как повысить эффективность двигателя Стирлинга
    • 7 Преимущества и недостатки двигателя Стирлинга
      • 7. 1 Преимущества двигателей Стирлинга
      • 7.2 Недостатки двигателей Стирлинга

        • 9001

      • 8 Применение двигателей Стирлинга
      • 9 Различия между двигателем Стирлинга и двигателем внутреннего сгорания
      • 10 FAQ Раздел
        • 10.1 Почему двигатели Стирлинга не используются?
        • 10.2 Какой тип двигателя является двигателем Стирлинга?
        • 10.3 Почему двигатели Стирлинга менее распространены?
        • 10.4 Для чего используется двигатель Стирлинга?
        • 10.5 Кто изобрел двигатель Стирлинга?
        • 10.6 В каком цикле работает двигатель Стирлинга?

      Двигатели внешнего сгорания (EC) наиболее широко используются во всем мире в различных транспортных средствах. Существует несколько типов двигателей в соответствии с потребностями приложений. Двигатель Stirling — самый известный тип двигателя EC. Это паровой двигатель. Это наиболее часто используемый двигатель. В этой статье мы в основном будем обсуждать различные аспекты двигателя Стирлинга.

      Что такое двигатель Стирлинга?

      A Двигатель Стирлинга представляет собой поршневой двигатель, преобразующий тепловую энергию топлива в механическую энергию за счет нагрева и охлаждения рабочей жидкости, находящейся внутри цилиндра . Поскольку это поршневой двигатель, в нем используется поршень, а не вращающийся ротор, как в двигателе Ванкеля.

      В 1816 , Роберт Стирлинг изобрел двигатель Стирлинга . Цикл Стирлинга имеет почти такой же тепловой КПД, как и цикл 9.0406 Цикл Карно .

      Этот двигатель внешнего сгорания имеет более высокий КПД, чем двигатель внутреннего сгорания (например, дизельный двигатель или бензиновый двигатель). В настоящее время двигатели Стирлинга израсходованы только для очень специальных применений, например, для подводных лодок.

      Работа двигателя Стирлинга

      Двигатель Стирлинга работает на основе цикла Стирлинга. Работа двигателя Стирлинга

      Работа двигателя Стирлинга следующим образом:

      • Когда оператор включает стартер двигателя, запускается также внешний источник тепла. Оператор контролирует усилие с помощью предусмотренного механизма.
      • При активации внешнего источника тепла начинается передача тепла от источника тепла к горячему концу цилиндра. Этот процесс теплопередачи увеличивает температуру молекул газа, попавших в горячую часть цилиндра. При повышении температуры молекул газа между ними начинает возникать возмущение и молекулы газа начинают расширяться внутри цилиндра.
      • Расширение газа увеличивает давление на поверхность поршня, отталкивает поршень и производит полезную работу.
      • Поршень вытеснителя соединен с коленчатым валом. Движение коленчатого вала заставляет поршень вытеснителя перемещаться между холодным и горячим концами цилиндра.
      • Движение поршня вытеснителя вызывает газообмен от холодного конца к горячему и от горячего конца к холодному концу цилиндра.
      • Газ с горячей стороны приводит в действие поршень вытеснителя, который переносит газ в холодную часть цилиндра.
      • Когда горячий газ поступает в холодную часть, охлаждающее устройство извлекает тепло горячего газа и охлаждает его.
      • После охлаждения газа поршень сжимает газ в холодном конце цилиндра. Охлаждающее устройство отводит избыточное тепло от газа.
      • После процесса сжатия поршень вытеснителя направляет сжатый газ обратно в горячую часть цилиндра, где цикл повторяется.

      Это принцип работы двигателя Стирлинга. Как вы можете видеть выше, в этом цикле нет двигателя внутреннего сгорания, подобного такту выхлопа. Следовательно, двигатель Стирлинга имеет более высокий КПД, чем двигатель внутреннего сгорания (ВС).

      Для лучшего понимания работы двигателя Стирлинга посмотрите следующее видео:

      Читайте также: Работа четырехтактного двигателя

      Типы двигателей Стирлинга

      1 следующие основные типы:

      1. Двигатель Alpha
      2. Двигатель Beta
      3. Двигатель Gamma
      4. Двигатель двойного действия
      5. Роторный двигатель Стирлинга

      1) Двигатель Alpha Stirling

      Двигатель Alpha Stirling имеет два цилиндра:

      • Горячий цилиндр или цилиндр расширения
      • Холодный цилиндр или цилиндр сжатия

      Alpha Stirling Engine

      Горячий цилиндр соединен с внешним источником тепла. Этот источник тепла отдает тепло газу в горячем цилиндре. Напротив, холодный цилиндр имеет охлаждающее устройство. Это охлаждающее устройство использует для извлечения тепла газа, полученного горячим цилиндром. Эти два цилиндра соединяются общей трубой или трубкой, по которой горячий газ переходит из горячего цилиндра в холодный цилиндр и наоборот.

      • Эти двигатели маломощные. Поэтому они используются для целей легкой нагрузки.
      • Двигатель альфа имеет два силовых поршня.

      2) Бета-двигатель Стирлинга

      Бета-двигатель имеет только один цилиндр. Один конец этого цилиндра соединен с охлаждающим устройством, а другой — с источником тепла. Двигатель Стирлинга Beta

      Цилиндр двигателя Beta Stirling имеет два поршня:

      1.   Силовой поршень
      2. Вытеснительный поршень

      Силовой поршень помогает двигателю управлять потоком жидкости и запускает двигатель, а выталкивающий поршень устанавливается между холодным и горячим концами цилиндра. Поршень вытеснителя используется для передачи горячего газа от горячего конца к холодному концу и холодного газа от холодного конца к горячему концу цилиндра. Коленчатый вал управляет движением вытеснителя внутри цилиндра.

      Силовой поршень соединяется с маховиком и совершает возвратно-поступательные движения между холодной и горячей сторонами цилиндра. Этот поршень отвечает за выходную мощность.

      • Бета Двигатель Стирлинга имеет большую мощность. Поэтому он используется для приложений с высокой нагрузкой.

      Читайте также: Различные типы двигателей

      3) Двигатели Gamma

      Этот тип двигателя EC имеет силовой поршень и вытеснитель, которые связаны с двумя отдельными цилиндрами.

      Гамма Двигатель Стирлинга

      Газ из двух цилиндров свободно течет между ними и остается интегрированным. Из-за большого объема соединения между двумя цилиндрами эта конструкция имеет более низкую степень сжатия, но имеет простую конструкцию и обычно используется в многоцилиндровом двигателе Стирлинга.

      Кроме того, в процессе расширения в области сжатия происходит некоторое расширение, что приводит к уменьшению удельной мощности.

      4) Роторный двигатель Стирлинга

      Эти двигатели предназначены для преобразования мощности цикла Стирлинга в крутящий момент.

      5) Двустороннего действия Тип

      Поршень этого типа двигателя использует оба конца (верхний и нижний) для нагнетания смеси.

      Читайте также: Различные типы двигателей внутреннего сгорания

      PV Схема цикла Стирлинга

      Двигатель Стирлинга работает по циклу Стирлинга. Цикл Стирлинга Работает следующим образом:

      1. Изотермическое расширение
      2. Изохорное нагревание
      3. Изотермическое сжатие
      4. 10006

      Цикл Стирлинга

      10049 .

      В изотермическом ( постоянной температуре ) процесс расширения, энергия от внешнего источника тепла передается газу, находящемуся в цилиндре.

      Когда молекулы газа получают энергию, они начинают расширяться. Из-за расширения молекул газа давление газа увеличивается, что заставляет поршень двигаться из горячего цилиндра в холодный цилиндр.

      2) Изохорный отвод тепла (линии 2–3)

      В процессе изохорного (постоянного объема) отвода тепла цикла Стирлинга вытеснитель переносит горячий газ из горячего цилиндра в компрессионный или холодный цилиндр.

      Охлаждающее устройство извлекает тепловую энергию из горячего газа и преобразует ее в холодный газ. Основной целью этого процесса охлаждения является снижение давления горячего газа, чтобы его можно было легко сжать.

      3) Изотермическое сжатие (линии 3-4)

      На этом этапе газ сжимается при постоянной низкой температуре. Тепло, выделяющееся в процессе сжатия, направляется в охладитель.

      В процессе сжатия поршень увеличивает давление газа. Это повышенное давление приводит в движение силовой поршень, который дополнительно перемещает маховик.

      4) Изохорный нагрев (линия 4–1)

      В процессе изохорного подвода тепла поршень снова переносит холодный газ из холодного цилиндра в горячий цилиндр, где он снова нагревается за счет внешнего источника тепла, и весь цикл Стирлинга повторяется.

      Компоненты двигателя Стирлинга

      Двигатель Стирлинга состоит из следующих основных компонентов:

      1. Цилиндр
      2. Поршень
      3. Маховик
      4. Подключающий стержень
      5. Коленчатый вал
      6. GAS
      7. Внешний тепловой источник

      1) Цилиндр

      Различные типы двигателей Стерлинга Используют различное количество цилиндров:

      Тип Alpha использует два цилиндра.

    • Бойлер с горячей стенкой: Бойлер соединен с внешним источником тепла. Этот источник тепла отдает тепло баллонному газу; из-за этого газ нагревается и расширяется.
    • Цилиндр с холодными стенками: Основная цель холода — преобразовать горячий газ в холодный. Этот цилиндр имеет охлаждающее устройство, которое отводит тепло от горячего газа, чтобы этот газ можно было снова использовать.

    Тип бета имеет только один цилиндр, который имеет два конца:

    • Холодный конец: Холодный конец имеет охлаждающее устройство, которое преобразует горячий газ в холодную форму.
    • Горячий конец: Горячий конец соединяется с источником нагрева, который передает тепло газу внутри цилиндра.

    2) Поршень

    Поршень представляет собой устройство, совершающее возвратно-поступательное движение от холодного цилиндра к горячему и наоборот. Поршень несет ответственность за передачу конечной выходной мощности двигателю, чтобы он мог двигать транспортное средство.

    Поршни, используемые в двигателе Стирлинга, бывают двух типов:

    1. Силовой поршень: Это поршень меньшего размера, расположенный в двигателе. Этот поршень имеет герметичное уплотнение, сжимающее холодный газ в холодном цилиндре.
    2. Буйковый поршень: Это большой поршень. Он представляет собой свободно установленный поршень в цилиндре. Поршень вытеснителя переносит газ из холодного цилиндра в горячий цилиндр и наоборот.

    Количество поршней в двигателе зависит от типа двигателя Стирлинга, например:

    • Двигатель бета-типа имеет два поршня (т. е. вытеснительный поршень и силовой поршень).
    • Двигатель alpha также имеет два поршня, но оба поршня силовые.
    • Двигатель гамма-типа имеет два поршня (т. е. силовой поршень и вытеснительный поршень), которые соединены с двумя различными цилиндрами (горячим и холодным цилиндрами).

    3) Газ

    Газ используется в двигателе Стирлинга в качестве рабочего тела. Работа и циркуляция газа различаются в зависимости от типа двигателя, например:

    1. В случае альфа-типа, во-первых, газ задерживается в горячем цилиндре. Когда внешний источник тепла отдает тепло газу, он начинает расширяться. За счет расширения газа поршень движется вверх и переносит газ из горячего цилиндра в холодный цилиндр.
    2. В случае бета-двигателя Стирлинга вытеснитель перемещает газ между горячей частью в холодную часть и холодной частью в горячую часть цилиндра.

     4) Внешний источник тепла

    Источник, используемый для доставки тепла к горячему концу цилиндра (Beta SE) или к стенке горячего цилиндра (Alpha SE), называется внешним источником тепла.

    По мере того, как источник тепла отдает тепло горячему газу цилиндра, потенциальная энергия газа начинает увеличиваться за счет его расширения. Это расширение перемещает поршень внутри цилиндра.

    Читайте также: Работа двухтактного двигателя

    5) Система охлаждения

    Двигатель Стирлинга имеет систему охлаждения, соединенную с холодным цилиндром (двигатель типа Beta) или с холодной частью цилиндра (тип Alpha) .

    Целью системы охлаждения является отвод тепла от горячего газа и преобразование его в холодную форму, чтобы поршень мог легко сжимать его.

    6) Коленчатый вал

    Коленчатый вал используется для передачи движения поршня на маховик.

    • Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное и передает его на маховик.
    • Коленчатый вал соединяется с поршнем через шатунную шейку.

    Подробнее: Работа коленчатого вала

    7) Маховик

    Маховик соединен с коленчатым валом. Он получает механическую энергию (вращательное движение) от коленчатого вала и сохраняет ее для дальнейшей передачи.

    Каков КПД двигателя Стирлинга?

    Эффективность двигателя Стирлинга очень зависит от разницы температур между горячим и холодным цилиндрами. Чем меньше разница температур между холодным и горячим цилиндрами, тем ниже КПД двигателя. Двигатель Стирлинга может достичь КПД преобразования энергии до 40% в солнечном тепловом приложении.

    Как повысить КПД двигателя Стирлинга

    КПД двигателя Стирлинга можно повысить следующими способами:

    • Увеличение мощности на первом этапе: На первом этапе цикла давление, создаваемое горячим газом, заставляет поршень совершать работу. Если давление на этом этапе будет выше, то и выходная мощность двигателя будет выше. Одним из способов увеличения этого давления является повышение температуры газа.
    • Снижение энергопотребления на 3-й -й -й ступени: На 3-й -й -й ступени цикла Стирлинга поршень сжимает газ за счет использования некоторой части энергии, генерируемой в 1 st Уменьшение давления во время 3 rd стадии цикла может снизить мощность, потребляемую на этой стадии цикла (может эффективно увеличить мощность двигателя). Другой метод снижения давления заключается в снижении температуры газа путем его охлаждения.
    • Большая разница температур: Большая температура между горячим и холодным цилиндрами помогает повысить эффективность двигателя Стирлинга.

    Преимущества и недостатки двигателя Стирлинга

    Двигатель Стирлинга имеет следующие преимущества и недостатки:

    Преимущества двигателей Стирлинга

    • Эти типы двигателей внешнего сгорания обладают высокой гибкостью.
    • Двигатели Стирлинга быстро запускаются и более эффективны в холодную погоду.
    • Поршень этого двигателя не требует взрыва для движения.
    • Работают тихо.
    • Эти двигатели могут использовать любой доступный источник тепла, такой как биологические, геотермальные и ядерные источники.
    • Они просты в обслуживании и обладают высокой топливной универсальностью.

    Недостатки двигателей Стирлинга

    • Эти двигатели имеют сложную конструкцию.
    • Требуют дополнительного внешнего источника тепла для нагрева рабочего тела (газа).
    • Это дорогие двигатели.
    • Двигатели Стирлинга имеют большой вес из-за дополнительного источника тепла.
    • У них очень большие теплообменники.
    • Они не могут быстро запускаться и эффективно работать в жаркую погоду.

    Применение двигателей Стирлинга

    • Двигатель Стирлинга представляет собой оборудование для преобразования энергии, которое можно использовать в качестве теплового насоса , охлаждающего двигателя, первичного двигателя.  
    • Эти двигатели используются на водонасосных станциях.
    • Двигатель Стирлинга также используется для производства солнечной энергии.
    • Двигатели Стирлинга используются в морской пехоте, например, в подводных лодках.
    • Используются на атомных электростанциях.
    • Эти двигатели используются для самолетов.

    Разница между двигателем Stirling и IC Engine

    Основное различие между двигателем Стирлинга и двигателем внутреннего сгорания приведено ниже:

    STRILLING ENGING IC ENGING
    IC ENGIN внешний источник нагрева рабочего тела (газа). Двигатель внутреннего сгорания не использует внешний источник тепла для нагрева рабочей жидкости.
    Ограничений по источнику тепла нет, поскольку двигатели Стирлинга могут работать на любом доступном топливе, таком как биологические, геотермальные, ядерные источники и т. д. Он не может работать на любом доступном топливе. Для работы этого двигателя требуется определенное топливо, например, бензин или дизель.
    Используется одноступенчатая рабочая жидкость. Используется двухступенчатая рабочая жидкость.
    Эти двигатели работают тихо. Эти двигатели производят высокий уровень шума.
    Отличаются быстрым запуском и эффективной работой в холодную погоду. Эффективно работают в холодную погоду.
    Двигатели Стирлинга обладают большей гибкостью, чем двигатели внутреннего сгорания. Обладают меньшей гибкостью.
    Имеют высокую стоимость. Имеют низкую стоимость.
    Эти двигатели имеют больший вес по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Они легкие.

    FAQ Раздел

    Почему двигатели Стирлинга не используются?

    Во всем мире максимальное количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами. Это связано с тем, что паровые турбины обладают высокой гибкостью и могут работать с использованием различных источников тепла, таких как тепло ядерного реактора, биомасса или уголь.

    Двигатели Стирлинга редко истощаются для выработки электроэнергии. Это потому, что они требуют очень экзотических сплавов в своих теплообменниках. Теоретически эти двигатели имеют высокий КПД, но отличаются высокой стоимостью и большими размерами. Когда дело доходит до выработки электроэнергии, двигатели Стирлинга не могут сравниться с долгосрочной эффективностью, производительностью и надежностью турбин. По этим причинам двигатели Стирлинга не пользуются популярностью.

    Какой тип двигателя является двигателем Стирлинга?

    Двигатель, использующий цикл Стирлинга, известен как двигатель Стирлинга. Двигатель Стирлинга имеет дополнительный внешний источник тепла для нагрева рабочего тела (газа).

    Почему двигатели Стирлинга менее распространены?

    Двигатели Стирлинга не распространены по следующим причинам:

    1. Имеют большой размер.
    2. У них высокая стоимость.
    3. Для этих двигателей требуются сложные теплообменники.

    Для чего используется двигатель Стирлинга?

    Двигатель Стирлинга используется в следующих целях:

    • Может использоваться в качестве теплового насоса.
    • Может использоваться как холодильный двигатель.
    • Используется для самолетов.
    • Используется на атомных электростанциях.

    Кто изобрел двигатель Стирлинга?

    В 1816 , Роберт Стирлинг изобрел двигатель Стирлинга .

    В каком цикле работает двигатель Стирлинга?

    Двигатель Стирлинга работает по циклу Стирлинга.

    Подробнее

    1. Различные типы двигателей внутреннего сгорания?
    2. Какие бывают двигатели
    3. Как работает двигатель Карно?
    4. Как работает бензиновый двигатель?

    4 типа двигателя Стирлинга: применение и принцип работы [Полная информация]

    Типы двигателя Стирлинга

    Введение двигателей Стирлинга

    Типы двигателя Стирлинга: применение и принцип работы: — сделано в 1816 году преподобным Робертом Стирлингом, который хотел создать более безопасную альтернативу паровым двигателям, поскольку паровые двигатели оказались опасными из-за частых взрывов котла с эффектом высокого давления пара, а также ограничений некоторых примитивные материалы, которые были доступны в то время.

    Двигатель Стирлинга работает так же, как и другие тепловые двигатели, которые используются для преобразования тепловой энергии в механическую. Принимая во внимание, что существенными особенностями двигателя Стирлинга являются то, что это замкнутый цикл и двигатель внешнего сгорания, что означает, что двигатель использует фиксированное количество рабочего тела, обычно воздуха и некоторых других газов, которые заключены в герметичный контейнер, а тепло которая потребляется двигателем обеспечивается извне. Эта функция позволяет двигателю работать на любом источнике тепла, который может включать ископаемое топливо, горячий воздух, солнечную энергию, химические вещества, ядерную энергию и т. д.

    Также полезно знать, что эти двигатели также могут работать с очень низкими перепадами температур, которые могут составлять всего 7 ° C, между источником тепла и радиатором, чтобы он мог питаться от тепла тело и пар.

    Принцип работы двигателя Стирлинга

    Основной принцип работы двигателя Стирлинга основан на свойстве газов, которое гласит, что они расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, или его можно объяснить как газ, который содержится в любом фиксированном объем увеличит давление при нагревании и уменьшит при охлаждении.

    В случае заполнения газом любого контейнера переменного объема или изготовленного из поршня в цилиндре, который подвижен и закрыт с одного конца, тогда будет замечено, что давление будет увеличиваться и уменьшаться, что приведет к тому, что поршень входить и выходить. В процессе нагрева и охлаждения возникает возвратно-поступательное движение поршня, которое должно быть преобразовано во вращательное с помощью обычного шатуна и коленчатого вала с маховиком.

    Скорость, с которой температура газа изменяется из-за нагрева и охлаждения, поэтому цилиндр держится ограниченным из-за большой тепловой мощности рабочих поршней и цилиндров. Однако это ограничение можно преодолеть за счет движения газа от одного конца цилиндра к другому, поддерживая постоянную высокую температуру на одном конце и постоянную низкую температуру на другом конце цилиндра. Условие достигается с помощью неплотно прилегающего поршня, известного как вытеснитель. Вытеснитель последовательно перемещается внутри цилиндра, который перемещает газ от одного конца к другому концу. По мере того, как буек продолжает двигаться, газ начинает просачиваться вокруг зазора между буйком и стенкой цилиндра. Вытеснитель сам по себе не производит энергию, а использует достаточно энергии только для циркуляции количества газа внутри цилиндра.

    Применение двигателей Стирлинга

    Двигатели Стирлинга имеют различные применения, используются в различных формах с 1930-х годов с мотивом мощности в диапазоне транспортных средств, и были разработаны двигатели мощностью 75 кВт и более. Даже если ранние разработки двигателей предназначались для использования в автомобилях из-за их низкой удельной мощности, двигатель Стирлинга все же лучше подходил для стационарных применений. Итак, вот некоторые из наиболее известных применений двигателей Стирлинга:

    • Комбинированное производство тепла и электроэнергии :  Двигатель Стирлинга является идеальным двигателем для его использования в небольших комбинированных тепловых и энергетических установках для улавливания потерь тепла. Эти двигатели-генераторы используются для выработки выходной электрической мощности от 1 кВт до 10 кВт и чаще всего доступны для бытового применения с предельной целью использования отработанного тепла котла центрального отопления. Общий тепловой КПД этой системы может достигать 80%.
    • Солнечная энергия:    Депоненты генераторов двигателей Стирлинга используются для выработки электроэнергии из тепловой энергии, которая захватывается очень большими солнечными тепловыми батареями.
    1. Двигатель Стирлинга (конфигурация Alpha)
    2. Двигатель Стирлинга (конфигурация Beta)
    3. Двигатель Стирлинга (конфигурация Gamma)
    4. Двигатель Стирлинга двойного действия (перекосная шайба)

    Конфигурация Stirling Alpha 0 1.0 Двигатель

    Два цилиндра с фиксированным количеством воздуха и других жидкостей, один из которых горячий, а другой холодный. Он перемещается вперед и назад между обоими этими цилиндрами. Это происходит по мере того, как горячий воздух, находящийся в горячем цилиндре, расширяется и сжимается при взаимодействии с охлажденным воздухом, находящимся в холодном цилиндре. Это источник энергии, который используется для выполнения механической работы в процессе.

    2. Типы бета-конфигураций Двигатель Стирлинга

    Вы были бы удивлены, узнав, что термодинамика бета-двигателя Стирлинга очень похожа на альфа-двигатель, но дело в том, что их физическая конфигурация сильно отличается друг от друга.

    Этот двигатель состоит только из одного цилиндра, который сильно нагревается с одной стороны и охлаждается с другой. Для этого один силовой поршень расположен соосно с вытеснителем, который перемещается внутри цилиндра. Поршень-вытеснитель не получает никакой энергии от расширяющихся газов, а служит только для перемещения рабочего газа вперед и назад в пределах двух концов.

    3. Типы гамма-конфигурации Двигатель Стирлинга

    Этот двигатель с гамма-конфигурацией такой же, как у бета-двигателя Стирлинга, в котором силовой поршень не установлен соосно с поршнем вытеснителя.

    4. Двигатели Стирлинга двойного действия (перекосная шайба)

    Газ, который работает последовательно, перемещается вперед и назад с помощью регенераторов между соседними цилиндрами, которые нагреваются сверху и охлаждаются снизу . Установлено, что компоновка не имеет вытеснителей, поскольку поршни в соседнем цилиндре хорошо выполняют эту функцию. Важно держать цилиндры закрытыми с обоих концов, а также шатуны должны проходить через уплотнения в крышки соседних цилиндров с нижней стороны, чтобы защитить газ от выхода из цилиндра.

    Источник изображения: — MDPI, Pinterest, Yanmar

    Что такое двигатель Стирлинга — типы, основные части, работа и применение?

    Содержание

    Введение

    Вы никогда не задумывались, зачем нужен взрыв внутри цилиндра двигателя? Ответ будет таков: нам нужно вызвать движение поршня, чтобы получить крутящий момент от коленчатого вала, но давайте просто задумаемся, если речь идет только о движении поршня, так почему мы зависим от взрыва? Мы можем вызвать движение различными другими средствами, которые намного эффективнее горения, теперь возникает вопрос, как это делается? Давайте просто убьем кота.

    Двигатель Стирлинга представляет собой тип двигателя, в котором, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, источник тепловой энергии является внешним, что может быть достигнуто различными способами, такими как сжигание топлива, или это может быть сделано с помощью любых электрических средств в зависимости от требуемая эффективность,

    Принцип работы

    Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в следующем:

    • Газы, заключенные внутри закрытой крышки или области, при нагревании любым внешним средством расширяются и создают давление (из-за кинетическая энергия, приобретаемая молекулами газа) к стенкам замкнутого пространства, которое может быть использовано для получения любой механической работы.
    • В двигателе Стирлинга используются 2 закрытые камеры (одна с источником тепла и другая с источником охлаждения), внутри которых заключен газ, сжатие и расширение взаимосвязанных поршней обоих цилиндров вызывается этими холодными и горячими газами, которые в очередь обеспечивают механический выход через подключенный коленчатый вал.

    Зачем нужен двигатель Стирлинга?

    Как мы изучили, двигатель внутреннего сгорания имеет различные проблемы, связанные с работой и производительностью, которые можно решить с помощью двигателя Стирлинга, поэтому давайте просто сравним двигатель внутреннего сгорания с двигателем SE.-

    • В известном двигателе внутреннего сгорания взрыв при сгорании топливовоздушной смеси внутри закрытого цилиндра вызывает движение поршня, что делает его сложной конструкцией, а также отсутствует эффективный контроль за сгоранием, чего нет вообще Проблема с двигателем Стирлинга, так как источник тепла является внешним, которым можно управлять в любой момент по желанию водителя.
    • В отличие от двигателя внутреннего сгорания, двигатель Стирлинга обеспечивает гибкость в работе. Основной девиз — перемещение поршня для вращения коленчатого вала, что может быть достигнуто любым способом, поскольку источник тепловой энергии является внешним.
    • Мы можем сделать двигатель Стирлинга экологически безопасным (т. е. без выбросов), используя возобновляемый источник энергии, такой как электрическая энергия, в качестве источника тепловой энергии, что совершенно невозможно с двигателями внутреннего сгорания.
    • В отличие от двигателя внутреннего сгорания, для сгорания которого требуется специальное топливо, двигатель Стирлинга обеспечивает гибкость в выборе топлива, которое может быть возобновляемым или невозобновляемым, поскольку в двигателе Стирлинга тепловая энергия является внешним источником.
    • Поскольку для движения поршня в СЭ не требуется взрыва, в отличие от двигателя внутреннего сгорания работа двигателя Стирлинга является бесшумным процессом, поэтому он широко используется в различных морских транспортных средствах, таких как подводная лодка.

    Из-за этих проблем с двигателем внутреннего сгорания Роберт Стирлинг представил первую практическую модель двигателя Стирлинга в 1816 году.

    Как работает двигатель DTSi – объяснение?

    Что такое четырехтактный двигатель?

    Типы

    В зависимости от количества используемых цилиндров двигатели Стирлинга бывают двух типов:

    1. Двигатель Альфа Стирлинга

    Это тип двигателя Стирлинга, в котором используются 2 цилиндра, из которых один Это расширительный цилиндр или горячий цилиндр, который оснащен источником тепла, а другой — цилиндр сжатия или холодный цилиндр, который имеет охлаждающее устройство на внешней стенке, эти 2 цилиндра соединены общим проходом, через который происходит обмен холодного газа от холодный цилиндр к горячему цилиндру и горячий газ от горячего цилиндра к холодному цилиндру имеет место.

    • Двигатель Стирлинга Alpha — двигатель малой мощности, используемый для легких нагрузок.

    2. Бета-двигатель Стирлинга

    Это тип двигателя Стирлинга, в котором используется один цилиндр, оснащенный источником тепла на одном конце и охлаждающим устройством на другом конце.

    Обмен горячим и холодным газом от горячего конца к холодному и от холодного конца к горячему обеспечивается свободно установленным вытеснителем, этот вытеснитель соединен с коленчатым валом или маховиком, управляющим его движением внутри цилиндра.

    Силовой поршень, соединенный с маховиком, перемещается между горячим и холодным концами внутри цилиндра, отвечающего за выходную мощность двигателя.

    • Двигатель Стирлинга Beta представляет собой двигатель большой мощности, используемый для работы с высокими нагрузками.

    Основные части двигателя Стирлинга

    1. Цилиндры

    В двигателе Стирлинга используется 1 или 2 цилиндра в зависимости от его типа, т.е. двигатель Стирлинга альфа или бета.

    В двигателе Стирлинга alpha используются 2 цилиндра:

    1. Цилиндр с холодной стенкой — Это цилиндр, который обеспечивает охлаждение газа с помощью некоторых внешних средств, таких как система охлаждения, для повторного использования газа для другого цикла. .
    2. Цилиндр с горячей стенкой —  Это цилиндр, через который подключается внешний источник тепла, который нагревает газ внутри этого цилиндра для расширения газа.

    В двигателе beta SE используется одноцилиндровый двигатель, который нагревается с помощью источника нагрева на одном конце и охлаждается с помощью охлаждающего устройства на другом конце.

    Оба цилиндра соединены проходом, по которому газ перетекает из горячего цилиндра в холодный для повторного использования.

    2. Поршни

    Это жесткий цилиндрический поршень, который используется внутри цилиндра и отвечает за выходную мощность двигателя .

    В зависимости от типа двигателя Стирлинга, например, альфа или бета, используются 1 или 2 поршня (для двигателя альфа Стирлинга используется 2 поршня, а для двигателя Стирлинга бета используется один поршень).

    3. Газ

    Газ, который является рабочим телом для двигателя Стирлинга, используется внутри цилиндра таким образом, что сжатие и расширение этого газа внутри цилиндра вызывает возвратно-поступательное движение поршней.

    • В двигателе Стирлинга альфа этот газ перемещается из холодного цилиндра в горячий цилиндр и из горячего цилиндра в холодный цилиндр через канал, соединяющий оба цилиндра.
    • В двигателе Стирлинга бета газ перемещается между холодным и горячим концами цилиндра с помощью неплотно закрепленного вытеснителя, приводимого в движение маховиком двигателя.

     

    4. Внешний источник тепла

    Внешний источник тепла (возобновляемый или невозобновляемый) используется для нагрева стенки горячего цилиндра (Alpha S E) или горячего конца цилиндра (Beta S E ), что, в свою очередь, расширяет газ, т. е. увеличивает потенциальную энергию молекул газа, чтобы вызвать движение поршня.

    5. Система охлаждения

    Эффективная система охлаждения с водяным или воздушным охлаждением используется для охлаждения стенки холодного цилиндра (Alpha SE) или холодного конца (бета-цилиндр), который, в свою очередь, охлаждает газ. внутри цилиндра для повторного использования.

    6. Коленчатый вал

    Это вал, через который механическая работа передается от поршня к маховику.

    • Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение, которое является конечным выходным сигналом маховика.
    • В двигателе Стирлинга альфа поршни как от холодного цилиндра, так и от горячего цилиндра связаны с коленчатым валом через шатунные шейки.

    7. Маховик

    Так же, как и в двигателе внутреннего сгорания, маховик используется на внешней части коленчатого вала для сохранения выходной мощности двигателя для дальнейшей передачи.

    Примечание – Свободно установленный вытеснитель, приводимый в движение коленчатым валом, используется в бета-двигателе Стирлинга для передачи горячего и холодного газа из горячей части в холодную и из холодной части в горячую.

    Читайте также:

    Как работает система охлаждения двигателя?

    Как работает двигатель с искровым зажиганием?

    Двигатель с воспламенением от сжатия – определение, основные компоненты, работа с приложением

    Работа двигателя Стирлинга

    Работа обоих двигателей, т. е. alpha SE и beta SE, основана на том же принципе, что и расширение горячего газа. вызывает механическое движение поршня.

    Двигатель Альфа Стирлинга

    Источник

    • При включении оператором стартера двигателя запускается внешний источник тепловой энергии. (Интенсивность которой может контролироваться оператором с помощью предусмотренного механизма.)
    • После пуска источника тепла теплота передается от источника тепла к стенкам горячего цилиндра, что в свою очередь повышает температуру газа внутри горячего цилиндра, из-за чего происходит возмущение в молекулах газа за счет выделяемой кинетической энергии по повышенной температуре.
    • Это возмущение увеличивает молекулярное давление на поверхность поршня внутри горячего цилиндра, чтобы расширить газ, который, в свою очередь, отталкивает поршень для расширения.
    • При перемещении поршня, т. е. от ВМТ к НМТ, за счет расширения, создаваемого горячим газом, коленчатый вал вращается, что считается выходной мощностью.
    • Когда этот поршень горячего цилиндра перемещается из НМТ в ВМТ, за счет чего поршень холодного цилиндра перемещается из ВМТ в НМТ, горячий поршень начинает выталкивать горячий газ в холодный цилиндр для охлаждения.
    •  Система охлаждения, связанная с холодным цилиндром, мгновенно охлаждает поступающие горячие газы из горячего цилиндра.
    • Когда поршень холодного цилиндра движется от НМТ к ВМТ, а поршень горячего цилиндра перемещается от ВМТ к НМТ. Который, в свою очередь, сжимает холодный газ внутри холодного цилиндра, благодаря чему холодный газ перемещается из холодного цилиндра в горячий цилиндр для дальнейших циклов.

    Бета-двигатель Стирлинга

    Бета-двигатель Стирлинга с одним цилиндром работает следующим образом:

    • При включении двигателя включается горячий источник, оснащенный горячим концом цилиндра, который, в свою очередь, начинает нагревать цилиндр. стенки, из-за чего газ внутри горячего конца цилиндра также начинает нагреваться.
    • Поршень, находящийся на горячем конце цилиндра, движется к холодному концу из-за нагревания газа, вызывающего молекулярное возмущение в газе, которое, в свою очередь, расширяет газ.
    • Это расширение газа вызывает повышение давления над поверхностью поршня, что, в свою очередь, отталкивает поршень и достигается выходная мощность.
    • Свободно установленный вытеснитель, прикрепленный к маховику или коленчатому валу, перемещается между горячим и холодным концами цилиндра из-за движения коленчатого вала или маховика.
    • За счет движения этого вытеснителя происходит обмен газа из горячего конца цилиндра в холодный и из холодного конца в горячий конец цилиндра.
    • Горячий газ из горячего конца цилиндра после обеспечения рабочего хода поршню за счет расширения поступает в холодный конец цилиндра, как указано выше, охлаждается за счет охлаждения, обеспечиваемого охлаждающим устройством, установленным на цилиндре.
    • Этот охлажденный газ снова направляется буйком к горячему концу цилиндра для следующего цикла.

    Вот как работает двигатель Стирлинга, и мы обнаружили, что, в отличие от двигателя IC, здесь нет выхлопа, а также нет потерь рабочей жидкости, что делает двигатель Стирлинга более эффективным.

    Приложение

    Двигатель Стирлинга использовался во многих важных проектах, так как это был бум в истории автомобилестроения. I и МОД-II.

  • Он использовался различными автомобильными компаниями, такими как AMC и OPEL, в 1970-80 годах в их концептуальных автомобилях.
  • Он используется в различных морских транспортных средствах, таких как SAGA (Submarine Assistance Great Autonomy) — подводная лодка 1990-х годов.

    • Двигатель Стирлинга

     

    Напечатать эту страницу || Главная || Часто задаваемые вопросы || Карта сайта || Юридический || Обещание конфиденциальности || Контакты

    Как сориентироваться
    Спонсоры


    Бесплатный отчет

    Покупка аккумуляторов в Китае

     

    Woodbank не отслеживает и не записывает эти электронные письма

    Другие спонсоры

     

     

     

    Двигатель Стирлинга был изобретен в 1816 году преподобным Робертом Стирлингом, который стремился создать более безопасную альтернативу паровым машинам, котлы которых часто взрывались из-за используемого высокого давления пара и ограничений примитивных материалов, доступных в то время. Как и другие тепловые двигатели, двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию в механическую энергию. Однако существенными особенностями двигателя Стирлинга является то, что это двигатель внешнего сгорания с замкнутым циклом. Это означает, что в нем используется фиксированное количество рабочего тела, обычно воздуха, но могут использоваться и другие газы, заключенные в герметичный контейнер, а тепло, потребляемое двигателем, отводится извне. Это позволяет двигателю работать практически на любом источнике тепла, включая ископаемое топливо, горячий воздух, солнечную, химическую и ядерную энергию. Он также может работать с очень низкими перепадами температур, всего 7 ° C, между источником тепла и радиатором, поэтому он может питаться от тепла тела и даже пара от чашки кофе.

    Поскольку он может использовать тепло от постоянного пламени и не зависит от взрывов, как в двигателе внутреннего сгорания, двигатель работает бесшумно.

     

     

    На приведенной выше схеме показаны три альтернативных источника тепла, которые обычно используются в электрогенерирующих установках.

     

    Принцип работы

    Двигатель Стирлинга основан на свойстве газов расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. (Закон Карла). Если газ содержится в фиксированном объеме, его давление будет увеличиваться при нагревании и уменьшаться при охлаждении.

    Если газ содержится в контейнере переменного объема, состоящем из подвижного поршня в цилиндре, закрытом с одной стороны, давление увеличивается и уменьшается, вызывая движение поршня наружу и внутрь. Многократное нагревание и охлаждение вызывают возвратно-поступательное движение поршень, который может быть преобразован во вращательное движение с помощью обычного шатуна и коленчатого вала с маховиком.

    К сожалению, скорость изменения температуры газа путем нагрева и охлаждения цилиндра ограничена большой теплоемкостью практических поршней и цилиндров. Однако эту проблему можно решить, поддерживая один конец цилиндра при постоянной высокой температуре, а другой конец при постоянной низкой температуре и перемещая газ от одного конца цилиндра к другому. Это достигается с помощью поршня со свободной посадкой, известного как вытеснитель, который перемещается вперед и назад внутри цилиндра, перемещая таким образом газ с одного конца на другой. При движении вытеснителя газ просачивается через зазор между вытеснителем и стенкой цилиндра. Буек сам по себе не производит энергии и использует достаточно энергии только для циркуляции газа внутри цилиндра. Энергия извлекается из тепловой системы за счет изменения объема / давления газа на холодном конце цилиндра, чтобы толкать отдельный «силовой поршень» вперед и назад. Возможны различные конфигурации поршня и буйка, и примеры, иллюстрирующие наиболее распространенные типы, приведены ниже.

     

    Эффективность преобразования

    Теоретический КПД η двигателя Стирлинга определяется законом Карно таким образом:

    η = (T h — T c )/T h      или      η = 1 — T c /T h

    Где Т c — температура газа в холодном состоянии, а T h — температура газа в горячем состоянии.

    Произведено

    практичных двигателя с КПД 50%. Это вдвое превышает типичный КПД двигателя внутреннего сгорания, который имеет большие насосные потери и потери потока воздуха в двигателе, а также потери тепла через выхлопные газы и систему охлаждения.

     

    См. также Тепловые двигатели

     

    Доступная мощность

    Хотя двигатель имеет высокую эффективность преобразования энергии, он, к сожалению, имеет низкую удельную мощность, поскольку он довольно велик для производимой мощности, и это ограничивает диапазон его использования приложениями с низким энергопотреблением. Удельная мощность может быть улучшена за счет использования более высокого давления газа и альтернативных рабочих газов для увеличения теплоемкости газа. См. Приложения ниже.

     

    Тип двигателя Стирлинга

    Двигатели Стирлинга бывают разных форм и форм. Большинство из них представляют собой варианты четырех основных конфигураций: альфа, бета, гамма и конструкции двойного действия, показанные схематически ниже.

     

    Двигатель Стирлинга (Альфа-конфигурация)

    Фиксированное количество воздуха или другой рабочей жидкости заключено в два цилиндра, один горячий и один холодный, и перемещается между ними вперед и назад. Воздух нагревается и расширяется в горячем цилиндре и охлаждается в холодном цилиндре, где он сжимается, отдавая при этом свою энергию для выполнения механической работы.

    Примечание: Два поршня соединены с коленчатым валом, но их движения 90 градусов не совпадают по фазе друг с другом. Это означает, что когда один поршень находится в верхней или нижней части своего хода, другой будет на полпути между верхней и нижней частью. Было разработано множество оригинальных механизмов для обеспечения замедленного движения между поршнями. Для простоты здесь показаны только простые коленчатые валы.

     

    1. Рабочая жидкость (газ) нагревается и расширяется, толкая горячий поршень ко дну цилиндра, вращая коленчатый вал, извлекая работу из горячего газа. Расширение продолжается, заставляя газ течь к холодному цилиндру. Поршень в холодном цилиндре, который находится на 90 градусов (четверть оборота) позади горячего поршня в своем цикле, также толкается вниз, извлекая больше работы из горячего газа.

    2. Максимальный объем газа. Импульс маховика на коленчатом валу теперь толкает поршень в горячем цилиндре к верхней части его хода, нагнетая большую часть газа в холодный цилиндр, толкая холодный поршень вниз. В холодном цилиндре газ охлаждается и его давление падает.

    3. Когда горячий поршень достигает верхней точки своего хода, почти весь газ уже перешел в холодный цилиндр, где продолжается охлаждение, и газ сжимается, снижая давление еще больше. Пониженное давление позволяет холодному поршню подняться. Сила импульса маховика сжимает газ и заставляет его возвращаться к горячему цилиндру.

    4. Газ достигает своего минимального объема и нагнетается в горячий цилиндр, где он начинает толкать горячий поршень вниз. Газ снова нагревается в горячем цилиндре, где его давление увеличивается, и он расширяется, толкая горячий поршень вниз в рабочем такте, и цикл начинается снова.

    Регенератор

    Регенератор, расположенный в воздушном канале между двумя поршнями, не является строго необходимым, но служит для повышения эффективности двигателя. Обычно это металлическая или керамическая матрица с большой площадью поверхности, способная поглощать или отдавать тепло. При переходе газа из горячего цилиндра в холодный цилиндр часть его тепла передается регенератору, что способствует охлаждению газа. Когда холодный газ возвращается в горячий цилиндр, на обратном пути он забирает тепло от регенератора. Это уменьшает как количество тепла, которое должно быть передано газу источником тепла, так и количество отработанного тепла, которое должно быть удалено из газа системой охлаждения. Таким образом, снижается расход топлива и повышается общая эффективность рабочего цикла.

    Канал для передачи газа между двумя цилиндрами представляет собой мертвое пространство, и в большинстве конструкций он должен быть как можно короче.

     

    Рабочей жидкостью может быть просто воздух, но для увеличения удельной мощности могут использоваться и другие газы, такие как водород, гелий и азот.

     

     

    Двигатель Стирлинга (бета-конфигурация)

    Термодинамика бета-двигателя Стирлинга аналогична альфа-двигателю, но физическая конфигурация совершенно другая.

    Бета-двигатель имеет только один цилиндр, который нагревается с одной стороны и охлаждается с другой. Один силовой поршень расположен соосно с поршнем вытеснителя, и оба поршня перемещаются внутри этого цилиндра. Поршень вытеснителя не извлекает никакой энергии из расширяющегося газа, а служит только для перемещения рабочего газа вперед и назад между горячим и холодным концами. Как и в двигателе альфа, циклические движения поршней составляют 90 градусов друг от друга, при этом поршень вытеснителя опережает силовой поршень на четверть оборота коленчатого вала.

    Механизм, связывающий движения двух поршней, довольно сложен. Шатун для буйка состоит из двух частей. Верхнее звено жестко закреплено на вытеснителе и проходит через центр силового поршня и должно сохранять герметичность с поршнем, чтобы рабочий газ не вытекал. Вторая часть рычажного механизма вытеснителя представляет собой обычный шатун, соединяющий верхнее звено с коленчатым валом. Поскольку буйковый механизм занимает пространство, обычно занимаемое шатуном силового поршня, рычажный механизм силового поршня также должен быть разделен на две части, по одной с каждой стороны рычажного механизма буйка, для поддержания сбалансированных сил на силовом поршне.

     

    Когда газ нагревается в горячей части цилиндра, он расширяется и проходит через регенератор в холодную часть цилиндра.

    Когда буек движется вверх, газ перемещается в его холодную часть и толкает поршень вниз

    Когда буек достигает верхней точки своего хода, весь газ перемещается в холодную часть, где охлаждается и сжимается. При этом поршень следует за вытеснителем вверх.

    Когда буек начинает двигаться вниз, поршень продолжает двигаться вверх, холодный газ переносится к горячему концу цилиндра, и цикл начинается снова.

    Двигатель может также включать регенератор для повышения эффективности. Для ясности показано, что он отделен от цилиндра. На практике более вероятно, что он будет встроен в стенку цилиндра. В некоторых конструкциях сам поршень вытеснителя действует как регенератор.

     

     

    Двигатель Стирлинга (гамма-конфигурация)

    Гамма-конфигурация Стирлинга представляет собой просто бета-двигатель Стирлинга, в котором силовой поршень установлен не соосно с поршнем вытеснителя, а в отдельном цилиндре. Это позволяет избежать осложнений, связанных с рычажным механизмом поршня вытеснителя, проходящим через силовой поршень.

     

    Фиксированное количество рабочей жидкости (газа) удерживается в цилиндрах поршнями, образующими газонепроницаемое уплотнение со стенками цилиндров. Вытеснитель неплотно прилегает к горячему цилиндру, позволяя газу проходить по бокам, когда он движется вверх и вниз. Как и в других двигателях Стирлинга, газ поочередно нагревается и охлаждается, заставляя его расширяться и сжиматься, когда он перемещается между горячим и холодным цилиндрами, передавая свою энергию силовому поршню в холодном цилиндре.

     

     

    Двигатель Стирлинга двойного действия (перекосная шайба)

    В этой конфигурации меньше механических частей, чем в других конструкциях, и она больше подходит для приложений с более высокой мощностью.



    Рабочий газ перемещается туда и обратно через регенераторы между соседними цилиндрами, которые нагреваются вверху и охлаждаются внизу. Для этой схемы не нужны вытеснители, так как эту функцию выполняют поршни в соседних цилиндрах. Цилиндры должны быть закрыты с обоих концов, а шатуны должны проходить через уплотнения в нижних крышках цилиндров, чтобы газ в цилиндрах не выходил. Его преимущество заключается в том, что сила расширяющегося газа на одной стороне цилиндра увеличивается за счет силы, создаваемой сжимающимся газом на другой стороне, или, другими словами, эффективный перепад давления на поршнях увеличивается.

    В случае четырехцилиндрового двигателя движение поршней на 90 градусов не совпадает по фазе с каждым из его соседей. Возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращательное с помощью привода наклонной шайбы.

    Цилиндры расположены в неподвижном кольце вокруг вращающегося вала с наклонной шайбой, которая также действует как маховик. Когда пластина вращается, кажется, что ее поверхность поднимается и опускается, когда она проходит под цилиндрами, и это гармоническое движение связано через шатуны с возвратно-поступательными поршнями.

     

    Приложения

    Двигатели Стирлинга

    использовались в различных формах с 1930-х годов в качестве движущей силы в ряде транспортных средств, а также были разработаны двигатели мощностью 75 кВт и более. Хотя ранние разработки двигателей предназначались для использования в автомобилях, из-за своей низкой удельной мощности двигатель Стирлинга лучше подходит для стационарных применений, а в последние годы он больше используется для выработки электроэнергии.

     

    • Комбинированное производство тепла и электроэнергии

      • Двигатель Стирлинга идеально подходит для использования в небольших установках комбинированного производства тепла и электроэнергии для улавливания отработанного тепла. Генераторы с двигателем Стирлинга с выходной электрической мощностью от 1 кВт до 10 кВт доступны для бытового применения, при этом отработанное тепло используется котлом центрального отопления. Общий тепловой КПД этих установок может достигать 80%.

      Дополнительную информацию см. на страницах Hybrid Power.

    • Солнечная энергия

      • В США блоки генераторов с двигателями Стирлинга мощностью 25 кВт используются для выработки электроэнергии из тепловой энергии, захваченной большими солнечными тепловыми батареями. См. также небольшие солнечные тепловые установки для получения подробной информации.

     

    См. также Генераторы

     

    Возврат к Обзор электроснабжения

     

     

     

     

     

    Термодинамическая теория идеального двигателя Стирлинга

    Двигатели Стирлинга — одно из тех устройств, которые на протяжении многих лет очаровывали многих инженеров (включая меня), особенно когда мы молоды и впечатлительны, пока не стали слишком цинично относиться к мир. Это также одна из тех технологий, которые на самом деле не получили широкого распространения, несмотря на крики ютуберов о «бесплатной энергии», поэтому, очевидно, это не идеальное решение для многих проблем, но для некоторых приложений они действительно являются отличными двигателями.

    В последнее время команда Midé потратила много времени, чтобы запустить новый проект Stirling для морской пехоты США. Я выбрал двигатель с циклом Стирлинга для этого приложения из-за его естественного высокого КПД и потому, что это двигатель внешнего сгорания. Чтобы поддержать этот проект, мне нужно было провести значительное количество исследований в области теории двигателей Стирлинга, чтобы мы могли лучше разработать решение для наших вооруженных сил. В этом посте я поделюсь с вами некоторыми основами, которые я изучил, и предоставлю инструмент, который поможет визуализировать цикл Стирлинга. Надеемся, что этот инструмент поможет вам перепроверить некоторые основные расчеты, которые вы, возможно, захотите сделать, а также предоставит удобный способ построения графика некоторых свойств идеального цикла Стирлинга. Вы можете найти калькулятор на этой странице: Калькулятор идеального цикла Стирлинга

    Рис. 1. Ранний прототип двигателя Стирлинга, изготовленный в Миде в рамках проекта для морской пехоты.

    Обзор

    Двигатель Стирлинга — это разновидность тепловой машины, сформулированная Робертом Стирлингом в 1816 году; это означает, что он может преобразовывать поток тепла в механическую работу (например, вращение коленчатого вала). Ключевым термином является «поток тепла»; должны быть два «резервуара», которые разделены, и эти резервуары должны иметь разную температуру, чтобы этот поток имел место между ними. Если вы поместите теплопровод между двумя резервуарами с течением времени, они оба достигнут одной и той же температуры, что указывает на то, что энергия «перетекает» из горячего резервуара в холодный резервуар.

    Двигатель Стирлинга использует этот поток энергии от горячего к холодному и отбирает часть его в виде механической работы. Двигателю Стирлинга нужны горячая и холодная секции, которые изолированы друг от друга. Умный способ направления рабочей жидкости между двумя секциями позволяет двигателю производить механическую работу. Тепло передается от горячей части к двигателю, часть энергии уходит из двигателя в виде полезной механической работы, а часть уходит в виде теплопередачи в холодную часть. Помните, что энергия никогда не может быть уничтожена, поэтому, если вы суммируете всю энергию, выходящую из двигателя (т. е. полезную работу + передачу тепла в холодную часть), она должна равняться количеству энергии, поступающей в двигатель в виде теплопередачи из горячей части. Этот энергетический баланс является первым законом термодинамики и соблюдается всегда.

    Рисунок 2: Термодинамическая диаграмма теплового двигателя

    Уравнение 1: Первый закон термодинамики для двигателя Стирлинга, первый закон представляет собой просто энергетический баланс системы

    полезная работа по передаче тепла в двигатель называется тепловым КПД. Думайте об этом как о соотношении того, что вы хотите (полезная механическая работа), к затратам (передача тепла в двигатель).

    Уравнение 2: Расчет теплового КПД двигателя Стирлинга

    КПД никогда не может быть выше 1. КПД, равный 1, означает, что вся теплопередача в двигатель превращается в полезную работу, а теплопередача в холодную часть отсутствует при все. КПД, равный 0, указывает на то, что полезная работа не производится и вся теплопередача от горячей секции просто уходит из двигателя в виде теплопередачи к холодной секции. Если вы поместите два кирпича рядом друг с другом, один горячий, а другой холодный, в идеально изолированную коробку и оставите их там на некоторое время, вы, вернувшись, обнаружите два теплых кирпича. Технически это тепловая машина с КПД 0; тепло передавалось от горячего кирпича к холодному в соотношении 1:1, не производя при этом полезной работы.

    Оказывается, эффективность тоже никогда не может равняться 1; Извините, но второй закон термодинамики — это настоящая ерунда. Вывод соотношения, ограничивающего физически возможные уровни эффективности, — это совсем другая тема, но она называется эффективностью Карно в честь Николя Леонара Сади Карно. Он смог постулировать максимальную эффективность, которую можно было ожидать, не нарушая второй закон термодинамики. Можно вычислить КПД Карно, зная только температуры горячего участка и холодного участка, между которыми работает данная тепловая машина. Это означает, что у вас никогда не будет тепловой машины, которая не отводит хотя бы часть тепла в холодную часть.

    Уравнение 3: Эффективность Карно ограничивает реалистичную производительность двигателя

    Рисунок 3: Пример тепловой эффективности Карно или Стирлинга в зависимости от температуры горячей секции что чем больше разница температур между горячей стороной и холодной стороной, тем выше возможный КПД. Не все двигатели могут даже теоретически (не говоря уже о реальности) достичь эффективности Карно. Например, идеальный дизельный двигатель никогда, даже в идеальном мире, не мог бы сравниться по эффективности с теоретической тепловой машиной Карно. Некоторые другие типы тепловых двигателей могут соответствовать двигателю Карно по теоретическим характеристикам. Двигатель Стирлинга является одним из примеров этого. Следовательно, эффективность Карно при данной температуре горячей и холодной частей равна эффективности Стирлинга между теми же самыми горячими и холодными частями. 9Уравнение 4: Идеальный тепловой КПД Стирлинга равен КПД Карно . Без постоянного нагрева горячей секции и охлаждения холодной секции в конечном итоге между ними будет передаваться достаточно тепла, так что вы просто получите две теплые секции. Как только это произойдет, у вас больше не будет этой разницы температур между секциями, эффективность упадет до 0, и тепло не будет передаваться через двигатель, поскольку разницы температур не существует.

    В двигателе Midé горячая часть нагревается за счет сжигания биомассы, а холодная часть охлаждается водой, которая затем проходит через радиатор. Это позволяет нам поддерживать горячую часть при температуре около 900 К, а холодную — около температуры кипения воды (373 К). Если вы проведете математические расчеты для расчета эффективности Карно (и, следовательно, эффективности Стирлинга), эти температуры означают, что никогда нельзя ожидать получения эффективности выше 0,58 без взрыва Вселенной. К сожалению, сразу почти половина энергии, которую вы вкладываете в наш двигатель, ГАРАНТИРОВАННО выходит в виде передачи отработанного тепла в холодную часть. Сейчас мы просто говорим об абсолютно совершенных двигателях, и это все, о чем пойдет речь в этом посте, но в реальном мире существует множество других факторов, которые делают невозможным достижение уровня эффективности Карно. Вы суперзвезда, если можете получить половину Карно.

    Двигатель Стирлинга как цикл

    Тепловые двигатели являются циклическими, и это относится к двигателю Стирлинга. В случае поршневого двигателя, подобного тому, что мы построили, между секцией удержания и холодной секцией происходит процесс, который повторяется с определенной частотой. Тепло поглощается двигателем импульсами, а затем отводится в холодную часть и при работе импульсами. Обычно к двигателю добавляется маховик, чтобы сгладить эти импульсы и поддерживать вращение механизма. Тепло из горячей секции передается в холодную через какое-либо рабочее тело (воздух, гелий, водород, азот или любой другой газ, некоторые лучше других). Для Стирлинга термодинамический цикл можно описать четырьмя частями.

    Рисунок 4: Идеальный цикл Стирлинга

    Состояние от 1 до 2

    В состоянии 1 рабочая жидкость имеет максимальный объем, минимальную температуру и минимальное давление. Из состояния 1 в состояние 2 силовой поршень сжимает рабочую жидкость, в то время как тепло передается из системы, которая поддерживает постоянную низкую температуру рабочей жидкости. Когда двигатель находится в состоянии 2, рабочее тело находится в сжатом состоянии (высокое давление и малый объем), но остается при той же температуре, что и в состоянии 1. Работа, необходимая для сжатия объема, обеспечивается запасенной энергией в двигателе. маховик.

    Состояние от 2 до 3

    В состоянии 2 рабочая жидкость имеет минимальный объем, минимальную температуру и среднее давление. Между состояниями 2 и 3 объем поддерживается постоянным, в то время как горячая секция добавляет тепло для повышения температуры.

    Состояние от 3 до 4

    В состоянии 3 рабочая жидкость достигла максимальной температуры, максимального давления и минимального объема. Из состояния 3 в состояние 4 рабочая жидкость расширяется, совершая при этом полезную работу. В процессе расширения добавляется больше тепла, чтобы поддерживать постоянную температуру системы. Энергия, полученная во время этого расширения, перевешивает энергию, которая потребовалась для сжатия объема между состояниями 1 и 2, обеспечивая чистую положительную работу.

    Состояние с 4 по 1

    Для возврата двигателя в состояние 1, с которого он начал работу, от рабочей жидкости отводится тепло, а объем остается постоянным.

    Рис. 5: Цикл, показывающий соотношение между давлением и объемом во время цикла двигателя Стирлинга, и с каждым состоянием, отмеченным

    Сводка уравнений

    Можно рассчитать свойства жидкости во всех этих различных состояниях по следующим формулам:

    Кроме того, полезную работу можно рассчитать по следующей формуле. CR означает «Степень сжатия» (максимальный объем двигателя, разделенный на минимальный объем двигателя). Обратите внимание, что эта формула дает количество работы на единицу массы рабочего тела за один оборот двигателя Стирлинга. Температуры также должны быть в абсолютной шкале (например, Ренкина или Кельвина).

    Уравнение 5: Работа на единицу массы рабочей жидкости, подаваемой идеальным двигателем Стирлинга за один оборот (цикл)

    Важно иметь в виду, что все эти числа представлены для идеального цикла Стирлинга, которого никогда не будет в реальной жизни, все реальные двигатели являются приближениями к идеальным термодинамическим циклам. Знание того, как изменить эти идеальные отношения, чтобы они отражали реальный мир, — это совсем другая тема, которая может быть рассмотрена в следующей статье!

    Реальные конфигурации Стирлинга

    Для контроля передачи тепла к рабочей жидкости или от нее большинство двигателей Стирлинга имеют так называемый «вытесняющий» поршень, который просто предотвращает контакт рабочей жидкости с горячей или холодной секцией.

    Posted inДвигатель