Роберт Стирлинг.
Његов син Џејмс Стирлинг је 1843. године користио очев мотор у фабрици у којој је радио као инжењер. Па, већ 1938. године створени су стирлингс снаге до 200 КС. и ефикасност од 30 одсто.
Принцип рада овог мотора је наизменично загревање и хлађење радног флуида у потпуно затвореном цилиндру. Обично је радни флуид ваздух, али се могу користити водоник и хелијум, као и фреони, азот-диоксид, течни пропан-бутан, па чак и вода. Штавише, остаје течност током термодинамичког циклуса. То јест, дизајн мотора је изузетно једноставан и користи добро познато својство гасова: од загревања, њихова запремина се повећава, од хлађења се смањује.
Један од многих домаћих стиринга.
Стирлингов мотор користи ... "Стирлингов циклус", који по својој термодинамичкој ефикасности не само да није лошији од Карноовог циклуса, већ има чак и неке предности. У сваком случају, то је „Стирлингов циклус“ који вам омогућава да за само пар сати добијете радни мотор од обичне лимене конзерве.
Бета Стирлинг уређај.
Сам „Стирлингов циклус“ обухвата четири главне фазе и две прелазне фазе: загревање, експанзију, прелазак на извор хладноће, хлађење, компресију и прелазак на извор топлоте. Па, добијамо користан рад у процесу проширења запремине загрејаног гаса.
Фаза 1
Фаза 2
Фаза 3
Фаза 4
Радни циклус Стирлинговог мотора бета типа: а - клип запремине; б - радни клип; ц - замајац; д - ватра (подручје грејања); е - расхладна ребра (област хлађења).
Функционише овако: постоје два цилиндра и два клипа. Спољни извор топлоте - а то може бити чак и дрво за сагоревање, чак и гасни горионик, чак и сунчева светлост - повећава температуру гаса у доњем делу цилиндра за размену топлоте. Појављује се притисак и он гура радни клип нагоре, а клип за померање не пристаје чврсто уз зидове цилиндра. Даље, замајац га, померајући, гура надоле.
Стирлингов дијаграм из лименке.
У овом случају, врући ваздух са дна цилиндра улази у расхладну комору. У радној комори се хлади и скупља, а затим радни клип јури надоле. Клип за померање се подиже и тако се охлађени ваздух помера на дно. Тако се циклус понавља. Код Стирлинга, кретање радног клипа се помера за 90 ° у односу на клип за померање.
Слика Стирлинга из конзерве.
Временом се појавило много „стирлингса” разних дизајна, названих по словима грчког алфабета: алфа, бета, гама, који имају разлике у радном циклусу. Основне разлике између њих су мале и своде се на локацију цилиндара и величину клипова.
Стирлингов мотор са линеарним алтернатором.
Алфа стирлинг има два одвојена клипа снаге у различитим цилиндрима: топлом и хладном. Цилиндар са топлим клипом налази се у измењивачу топлоте који има вишу температуру, а цилиндар са хладним клипом, респективно, у хладнијем. Регенератор (тј. измењивач топлоте) се налази између топлог и хладног дела.
Бета стирлинг има само један цилиндар, врућ на једном крају и хладан на другом. Унутар цилиндра се креће клип (из којег се уклања снага) и измењивач, који мења запремину његове вруће зоне. Гас се пумпа у топли део цилиндра из хладног дела цилиндра кроз регенератор.
Гама Стирлинг такође има клип и измењивач, и два цилиндра - хладан (где се клип креће, одакле се уклања снага) и врући (где се помера померач, респективно). Регенератор је спољашњи, у овом случају повезује топли део другог цилиндра са хладним и истовремено са првим (хладним) цилиндром. Унутрашњи регенератор у овом случају је део дисплазатора.
Постоје варијанте Стирлинг мотора које не спадају у ова три класична типа: на пример, ротациони Стирлинг мотор, код кога су решени проблеми затегнутости и нема коленастог механизма, јер је ротациони.
Шта су добри стирлинги и зашто су лоши? Пре свега, они су свеједи и могу користити било коју температурну разлику, укључујући и ону између различитих слојева воде у океану. Сагоревање у њима је трајне природе, што обезбеђује ефикасно сагоревање горива, што значи да је његова еколошка прихватљивост већа. Осим тога, нема ауспух. Мањи ниво буке - нема "експлозија" у цилиндрима. Мање вибрација, на пример, бета стирлинг. Стирлинг не троши радну течност. Дизајн мотора је изузетно једноставан, не захтева механизме за дистрибуцију гаса. Не треба вам стартер, као што вам не треба ни мењач.
Једноставност и одсуство бројних „деликатних“ чворова омогућавају „стирлингу“ перформансе без преседана за све остале моторе од десетина и стотина хиљада сати непрекидног рада.
Шведска подморница Готланд.
Стирлинги су веома економични. Дакле, конверзија сунчеве енергије у електричну помоћу Стирлинга даје већу ефикасност (до 31,25%) од топлотних машина на парни погон. Да би се то урадило, "стирлинг" је инсталиран у фокусу параболичног огледала, које "прати" сунце тако да се његов цилиндар стално загрева. Управо на таквој инсталацији у Калифорнији 2008. је добијен горе наведени резултат, а сада се тамо гради велика Стирлингова соларна станица. Можете их причврстити на шкољку високих пећи и тада ће нам континуирано топљење сировог гвожђа дати много ... јефтине енергије, јер се сада ова топлота троши!
Недостатак Стирлинга је, генерално, један. Може се прегрејати и тада ће одмах пропасти. Поред тога, за постизање високе ефикасности у цилиндру мора бити гас под веома високим притиском. Водоник или хелијум. А ово је изузетна тачност уградње свих његових радних јединица и специјалног мазива за високе температуре. Па, димензије ... ИЦЕ комора за сагоревање није потребна. Стирлинг не може да живи без ње! А ово је додатни волумен и систем изолације и хлађења!
Сорју је јапанска подморница на Стирлингов погон.
Међутим, промена приоритета ће вероватно уступити место Стирлинговим моторима. Ако је еколошка прихватљивост у првом плану, онда ће се моћи једном заувек опростити од мотора са унутрашњим сагоревањем. Осим тога, полажу велике наде у стварање перспективних соларних електрана. Они се већ користе као аутономни генератори за туристе. А нека предузећа су покренула производњу стирлингса, који раде на конвенционалном горионику на гас. НАСА такође разматра опције за генераторе електричне енергије базиране на Стирлингу које напајају нуклеарни и радиоизотопни извори топлоте. Конкретно, планирано је да се такав стирлинг, заједно са електричним генератором, користи у НАСА-иној планираној свемирској експедицији на Титан.
Сориу - распоред.
Занимљиво, ако покренете Стирлингов мотор у режиму уназад, односно окренете замајац са другог мотора, онда ће он радити као фрижидер (обрнути Стирлингов циклус), а управо су се ове машине показале као веома ефикасне за производњу течног гасови.
Па, сада, пошто је наш сајт војни, напомињемо да су стирлингс тестирани на шведским подморницама још 60-их година прошлог века. А онда је 1988. Стирлингс постао главни мотор подморнице класе Наккен. Са њима је пловила под водом преко 10 сати. Наккен су пратиле серијске подморнице типа Готланд, које су постале прве подморнице опремљене Стирлинговим моторима, што им омогућава да остану под водом до 000 дана. Данас све подморнице шведске ратне морнарице имају Стирлинг моторе, а шведски бродоградитељи су разрадили оригиналну технологију за уградњу таквих мотора на конвенционалне подморнице тако што су у њих урезали додатни одељак са новим погонским системом. Раде на течном кисеонику, који се потом у чамцу користи за дисање, а примећује се да имају веома низак ниво буке. Па, горе наведени недостаци (димензије и проблем хлађења) на подводном ратном броду немају значајну важност. Пример Швеђана изгледао је вредан пажње Јапанцима, а сада су Стирлингс и на јапанским подморницама типа Сорју. Управо се ови мотори данас сматрају најперспективнијим мономоторима за све подморнице пете генерације.
А овако изгледа студент Стирлинг са Пенза државног универзитета Николај Шевељев.
Е, сад поприлично о томе какву... "лошу младост" имамо. 1. септембра долазим код студената – будућих инжењера мотора, постављам им традиционална питања шта читају (практично ништа!), шта воле (са овим је ситуација мало боља, али су им ноге углавном заузете , а не њихова глава!), Које техничке часописе познају – „Млади техничар“, „Модел-дизајнер“, „Наука и техника“, „Популарна механика“... (нема!), И онда ми један ученик каже да је он љубитељ мотора. Један од 20, али то је нешто! А онда ми каже да је сам направио Стирлингов мотор. Знам да направим такав мотор од обичне лимене конзерве, али се показало да је урадио нешто много спектакуларније. Ја кажем: "Донеси!" - и донео је. "Опишите како сте то урадили!" - и описао је, а мени се толико допао његов „есеј“ да га овде износим без икаквих промена и скраћеница.
Почетак рада је „креативни хаос“.
„Увек сам волео технологију, а посебно моторе. Са великим интересовањем ради неге, поправке и прилагођавања. Када сам сазнао за Стирлингов мотор, био сам очаран њиме као ниједан други мотор. Свет Стирлингса је толико разноврстан и велики да је једноставно немогуће описати све могуће опције за његово извршење. Ниједан други мотор неће дати такву разноликост у погледу дизајна, и што је најважније, могућности да га сами направите.
Било је идеја да се направи модел мотора од лименке и других импровизованих средстава, али то „како и из било чега“ није у мојим правилима. Стога сам одлучио да овај задатак схватим озбиљно, да се за почетак теоретски припремим. Проучавао сам литературу на Интернету, али претрага није донела жељени резултат: прегледни чланци и видео записи, недостатак цртежа модела овог мотора. Готови модели су продавани по превисокој цени. Поред тога, постоји велика жеља да све направите сами, разумете принцип рада, отклоните грешке и тестирате, добијете користан рад од овог мотора, па чак и покушате да нађете примену за њега у економији.
"Окретање посла!" (Паметни студент, снимио сам цео процес рада за успомену. Присутан, грађанин, филмски и фото документи који потврђују... и ево их!)
Питао сам на форумима, а они су ми делили литературу. Била је то књига „Стирлингови мотори” (Аутори: Г. Ридер и Ц. Хупер). То је одражавало све история овај тип градње мотора, зашто је брзи развој стао, и где се ови мотори још увек користе. Из књиге сам детаљније сазнао све процесе који се дешавају у мотору, пронашао одговоре на питања од интереса. Било је занимљиво читати, али сам желео да вежбам. Наравно, тамо није било цртежа гаражних модела, као ни на интернету, па, наравно, осим модела из лименке и пенасте гуме.
На моју велику срећу, особа која је продавала Стирлингове моделе је направила курс за прављење таквих модела, он га је тада поставио за 20 долара, контактирао сам га и платио курс. Након што сам одгледао све видео записе, у сваком од којих је објаснио одређену врсту стирлинга, одлучио сам да направим стирлинг на високој температури гама типа. Пошто ме је заинтересовао за његов дизајн, карактеристике и изглед. Из видео курса сам научио приближан однос пречника цилиндра, пречника клипа, који би зазори требали бити, храпавост, које материјале користити у производњи и неке грађевинске нијансе. Али нигде није била величина ауторових мотора, само приближан однос величина чворова.
И сам живим на селу, рекло би се у предграђу, мајка ми је рачуновођа, а отац столар, па је било некако неумесно обраћати се њима за савет око израде мотора. И обратио сам се за помоћ свом комшији, Генадију Валентиновичу, он је радио у сада срушеној фабрици КЗТМ у Кузњецку.Њему је овај занат изгледао прилично необичан, пажљиво ме је слушао, погледао моје скице, нешто исправио.
Генерално, следећег дана, Генадиј Валентинович ми је донео алуминијумски бланк дужине око 1 м и пречника око 50 мм. Био сам веома срећан, испилио све потребне делове и сутрадан сам отишао у школу да покушам да наоштрим грејач и фрижидер за свој мотор са унутрашњим сагоревањем. Оштрио сам на стругу за обуку (на коме је радио деда Лењин).
Наравно, ту није било тачности, спољашњи део грејача се показао прилично добрим, али цилиндрични део за сам клип био је на конусу. Трудовик ми је објаснио да се алат за бушење савија, јер је машина за такве ствари прилично мала и слаба. Поставило се питање шта даље... Била је срећа што је моја мајка у то време радила као рачуновођа у приватном предузећу, у бившој фабрици за поправку аутомобила. Валериј Александрович (директор ове фабрике) показао се као дивна особа и много ми је помогао, већ сам добио професионалну совјетску машину и стругар који ми је помогао. Ствари су ишле забавније, и буквално за недељу дана све је било спремно, почела је монтажа мотора. Било је занимљивих момената у конструкцији, на пример: вратило на које је притиснут замајац предато је радионици прецизне механичаре у другом погону (како би се добила потребна тачност за лежајеве); фрижидер је наоштрен на стругу, а места за причвршћивање су направљена глодалом, замајац је брушен на брусилици. За мене је то било веома занимљиво и узбудљиво. Радници у фабрици су мислили да сам студент и да пишем неки научни рад. Седео сам у фабрици до касно увече, а кући су ме довезли службеним колима Валерија Александровича. Пуштање мотора се догодило у великом амбијенту радника фабрике, сви су били веома заинтересовани. Лансирање је било успешно, али је мотор био некако слаб.
Резултат је круна случаја! Угао постоља је изгорео током тестирања.
Откривени су недостаци, пластичне шарке су замењене флуоропластичним, замајац је олакшан и избалансиран, клип је добио флуоропластични префикс за мањи пренос топлоте, а фрижидер је постао са већом површином хлађења. Након финог подешавања, мотор је значајно побољшао своје техничке перформансе.
И сам сам био пресрећан. Долазећи код мене, пријатељи му пре свега прилазе, заинтересовани су, траже да га покрену. Генадиј Валентинович је возио да покаже Стирлингу свој рад, сви су били веома заинтересовани, нису ни морали да зову некога, сви су пришли, погледали, били заинтересовани.
Младић се зове Николај Шевелев, и он је вођа групе. Одвео сам га код декана, и нас троје смо се јако добро разговарали. А онда сам се сетио статистике да је само 2% светске популације довољно да се човечанство унапреди путем научно-технолошког напретка. Пребројао сам укупан број ученика и схватио да ... не треба превише да бринете. Са људима као што је Николај, ипак ћемо моћи да напредујемо!