Паровой двигатель стирлинга: Двигатель Стирлинга: концепция, конструкция, принцип работы

Содержание

Двигатель стирлинга с перепуском или без клапанов никак

Родилась тут у меня идея миновать при прохождении газа нагреватель и холодильник в определённые такты при работе двигателя Стирлинга. Стал искать в интернете информацию по этому поводу и практически ничего не сыскал. Если не ошибаюсь, называть этот процесс нужно «двигатель стирлинга с перепуском мимо термических областей». Есть пара строк в книге Уокера «Двигатели Стрлинга». Прошу не путать с выражением «регулирование мощности при помощи перепуска». Вот выдержки из книги:

Т.е. уже всё придумано и исследовано. В общем идея такая. Во время движения вытеснителя (дисплейсера) к НМТ (нижняя мёртвая точка) газ перетекает их холодной зоны (зоны сжатия) в горячую (зона расширения) минуя холодильник по пути через регенератор и нагреватель. Ибо зачем дополнительно охлаждать рабочее тело, если оно сейчас же должно нагреваться. И наоборот, при движении вытеснительного поршня к ВМТ (верхней мёртвой точке) горячее рабочее тело, минуя нагреватель, проходит через регенератор и холодильник.

В общем, результаты анализа подтвердили, что термический

КПД двигателя Стирлинга с перепуском значительно выше. Это хорошее направление в сторону повышения эффективности стирлинга в целом.

Выше приведена схема из Уокера. Я думаю тут достаточно понятно и наглядно всё изображено. Также видны направления вентилей. Ниже изображен только дисплейсер. Выход на рабочий поршень не сделан, так как схему можно использовать для разных видов конструкций: бета, гама и т.п. Кому хочется динамики — пожалуйста:

Работа клапанов в двигателе стирлинга с перепуском

Минусы стирлинга с перепуском:

— Клапана. Это сразу заставляет нас задуматься о шуме. Двигатели стирлинга априори представляют как очень тихие моторы. Ведь любые механические переключатели дают свой звуковой вклад в работу двигателя, будь то тарельчатые клапана или даже золотники.

— Усложнение конструкции. Необходимо предусмотреть и продумать связь клапанов с передающими механическую энергию агрегатами. Это могут быть коленвал, электромотор, линейный электромотор и т.п. А это дополнительные шатуны, штоки, подшипники и т.д.

— Повышение стоимости. Любые дополнительные агрегаты вносят свою лепту в итоговую стоимость двигателя. Это касается не только затраченного материала, но и стоимости изготовления, обслуживания и стоимости разработки.

— Снижение надёжности. Чем больше всего движется, тем больше вероятность, что это скоро сломается.

Плюсы стирлинга с перепуском:

— Повышение КПД. Как говорилось выше, термический КПД возрастает (теоретически). Доказано ли это на практике я не знаю.

— Снижение гидравлических потерь. Уменьшение пути, которое проходит рабочее тело. Двигаясь из горячей области, газ проходит регенератор и холодильник, минуя нагреватель. Двигаясь из холодной области, газ проходит регенератор и нагреватель, минуя холодильник. Т.е. и в том и в другом случае его путь сокращается. А это означает, что сопротивление газу уменьшается и это приводит с сокращению затрат на «продувку» газа.

— Уменьшение нагрузки на регенератор. Так как газ при прохождении из зоны сжатия в зону расширения минует холодильник, то его температура немного выше, чем в холодильнике. А проходя из зоны расширения обратно в зону сжатия газ минует нагреватель, поэтому его температура немного ниже, чем температура нагревателя. Таким образом разница температур на концах регенератора снижается, что и повышает его эффективность. Таким образом мы можем уменьшить необходимый размер регенератора, сохранив его изначальную эффективность при отсутствии схемы перепуска. При уменьшении регенератора мы также можем снизить и гидравлические потери при «продувке» рабочего тела (см. предыдущий пункт).

— Снижение вредного пространства. Если мы всё таки уменьшаем объём регенератора (см. предыдущий пункт), то мы таким образом ещё и уменьшаем мёртвый объём, т.е. снижаем количество рабочего газа, которое не участвует в работе.

Кто хочет ориентировочно прикинуть мощность своего двигателя стирлинга, предлагаю воспользоваться калькулятором мощности.

А кому интересны данные темы, предлагаю подписаться на новые статьи (в правом сайтбаре).

Двигатель Стирлинга

Статья опубликована 26.06.2014 05:56
Последняя правка произведена 26.06.2014 05:58

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

Хронологию событий, связанную с разработкой двигателей времен 18 века, вы можете наблюдать в интересной статье - "История изобретения паровых машин". А эта статья посвящена великому изобретателю Роберту Стирлингу и его детищу.

История создания...

Патент на изобретение двигателя Стирлинга как ни странно принадлежит шотландскому священнику Роберту Стирлингу. Его он получил 27 сентября 1816 года. Первые «двигатели горячего воздуха» стали известны миру ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Одним из важных достижений Стирлинга является добавление очистителя, прозванный им же самим "экономом".

В современной же научной литературе этот очиститель имеет совсем другое название - «рекуператор». Благодаря ему производительность двигателя растет, поскольку очиститель удерживает тепло в тёплой части двигателя, а рабочее тело в то же время охлаждается. Благодаря этому процессу эффективность системы значительно возрастает. Рекуператор представляет из себя камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа). Газ, проходит через наполнитель рекуператора в одну сторону, отдаёт (или приобретает) тепло, а при движении в другую сторону отбирает (отдаёт) его. Рекуператор может быть и внешним по отношению к цилиндрам и может быть размещён на поршне-вытеснителе в бета- и гамма-конфигурациях. Габариты и вес машины в этом случае меньше. В коей мере роль рекуператора выполняется зазором между вытеснителем и стенками цилиндра (если цилиндр длинный, то надобности в таком устройстве нет вообще, однако появляются значительные потери из-за вязкости газа). В альфа-стирлинге рекуператор может быть только внешним. Он монтируется последовательно с теплообменником, в котором со стороны холодного поршня, происходит нагрев рабочего тела.

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 % инвестировала фирма "Филипс". Поскольку двигатель Стирлинга имеет много преимуществ, то в эпоху паровых машин он был широко распространён.

Недостатки.

• Материалоёмкость — основной недостаток двигателя. У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массо-габаритных показателей силовой установки за счёт увеличенных радиаторов.

• Для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и специальные виды рабочего тела — водород, гелий.

• Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплообменник работает в очень напряжённых условиях теплопередачи, и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, весьма трудно. Чем выше площадь теплообмена, тем меньше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе. Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно реагирует на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске.

• Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы, отличные от тех, которые применялись в двигателях внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.

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.

Альтернатива паровым двигателям.

В 19 веке инженеры пытались создать безопасную альтернативу паровым двигателям того времени, из-за того что котлы уже изобретенных двигателей часто взрывались, не выдерживая высокого давления пара и материалов, которые совсем не подходили для их изготовления и постройки.

Двигатель Стирлинга стал хорошей альтернативой, поскольку он мог преобразовывать в работу любую разницу температур. В этом и заключается основной принцип работы двигателя Стирлинга. Постоянное чередование нагревания и охлаждения рабочего тела в закрытом цилиндре приводит поршень в движение. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. Но так же проводились опыты и с водой. Главная особенность двигателя Стирлинга с жидким рабочим телом является малые размеры,большие рабочие давления и высокая удельная мощность. Также существует Стирлинг с двухфазным рабочим телом. Удельная мощность и рабочее давление в нем тоже достаточно высоки.

Возможно, из курса физики вы помните, что при нагревании газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается. Именно это свойство газов и заложено в основе работы двигателя Стирлинга. Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который не уступает циклу Карно по термодинамической эффективности, и в некотором роде даже обладает преимуществом.

Цикл Карно состоит из мало отличающихся между собой изотерм и адиабат. Практическая реализация такого цикла сложна и малоперспективна. Цикл Стирлинга позволил получить практически работающий двигатель в приемлемых габаритах.

Всего в цикле Стирлинга четыре фазы, разделённые двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. При переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, который находится в цилиндре. В ходе этого процесса изменяется давление из чего и можно получить полезную работу. Полезная работа производится только за счет процессов, проходящих с постоянной температурой, то есть зависит от разницы температур нагревателя и охладителя, как в цикле Карно.

Конфигурации.

Инженерами подразделяются двигатели Стирлинга на три различных типа:

Превью - увеличение по клику.

Альфа-Стирлинг — содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень — горячий, другой — холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, а цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. Отношение мощности к объёму достаточно велико, однако высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые технические проблемы.

Бета-Стирлинг — цилиндр один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через регенератор. Регенератор может быть внешним, как часть теплообменника, или может быть совмещён с поршнем-вытеснителем.

Гамма-Стирлинг — есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра — один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор является частью вытеснителя.

Двигатель Стирлинга, принцип работы

В этом двигателе основным нововведением является наличие промежуточного контура, выполняющего роль буферной емкости для отработанного газа и временного замедлителя, дающего возможность нагреть газ за  время движении кулачка по промежуточному контуру. Размеры контуров можно менять, газовые магистрали также можно изменять, можно отказаться от клапанов, внутри ротора можно разместить электродвигатель, тем самым конструкция будет полностью герметичной, или заменить рекуператор регенератором, и т.п. Достоинство конструкции в относительной простоте, аналогичные схемы давно используются в гидронасосах высокого давления. Современные достижения трибологии позволяют обойтись без смазки и без "компрессионных" устройств. Роторный принцип имеет значительные положительные качества, которые недоступны поршневым двигателям, и первое из них - это миниатюрность, позволяющая сделать не только миниатюрным сам двигатель, но и разместить внутри него электрогенератор без существенного увеличения размеров. Другое важное преимущество - постоянство крутящего момента, т.к. плечо ротора постоянно. Еще одно преимущество - это строгая очередность протекания тактов - ротор переходит в следующий сегмент только после того, как полностью отработал в предыдущем, в поршневом же двигателе движение поршней подчинено синусоидальному закону, что снижает усилие газа на величину противодавления. К тому же, многие конструкции содержат газовый демпфер, т.е. картер под давлением, что также снижает мощность на величину противодавления в картере. Немаловажным качеством является и то, что отсутствуют возвратные движения, ротор движется только поступательно, нет необходимости демпфирования, что также увеличивает эффективный кпд. Еще одним положительным качеством является то, что в теплопереносе участвует весь объем рабочего тела, а не часть его, как в поршневых двигателях.

РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА
(принцип работы)

                

На фигуре 1 изображена   секция   роторного  двигателя внешнего сгорания с кулачковым ротором.

                    

На фигуре 2 изображены такты  рабочего цикла  роторного  двигателя   внешнего сгорания.

                     

На фигуре 3 изображена   секция   роторного двигателя внешнего сгорания с роликовым ротором.

Роторный двигатель внешнего сгорания состоит из преобразователей энергии механической и тепловой. Секция двигателя внешнего сгорания содержит один статор 16 (фиг.1), оборудованный тремя подвижными пластинами 6, 12, 17, прижимаемыми к  поверхности ротора 13 посредством пружин 28, 11, 19.  Статор 16 с торцов закрыт торцевыми крышками (не показаны). Внутри статора 16 на силовом вале 15 вращается  по стрелке "а" ротор 13, оборудованный кулачками 14 и, возможно, 9. Внутренний объем статора посредством подвижных пластин 6, 12, 17 разделен на силовой ("с"), промежуточный  ("п") и   вытеснительный ("в")  контуры, а сами пластины герметично прижимаются под действием пружин 28, 11, 19  к ротору 13 и    к  торцевым крышкам и тем самым противодействуют  проникновению рабочей среды  из одного контура в другой,  минуя    каналы, соединяющие эти контуры. При прохождении через подвижные пластины   кулачка  14 ротора 13 подвижные пластины отжимаются в тело  статора 16. Каналы  разделяются на выходной 24, оборудованный обратным или  выпускным клапаном   18, перепускной 29, оборудованный обратным клапаном 20, и, при наличии на роторе 13 кулачков 9, 14, входные – 3, 2, оборудованные   впускными клапанами 7, 8 и обратными клапанами 1, 30. Каналы проходит, как правило, через преобразователь тепловой энергии, состоящий из нагревателя ("н") 5, регенератора  ("р") 26 и холодильника ("х") 4 (или в обратной последовательности), но, для уменьшения  динамического сопротивления и удобства компоновки, возможна схема проводки каналов как на фигурах 1, 2, которые  проходят через регенератор  и/или через какой-либо из конечных преобразователей тепловой энергии. Внутренний объем статора и каналов заполнен рабочей средой, которой может быть, например, газ - пар, водород, гелий или другой подходящий для этого наполнитель.

Роторный двигатель внешнего сгорания работает следующим образом. Запуск   двигателя   производится после разогрева нагревателя ("н") 5 и охлаждения холодильника ("х") 4 и  принудительного проворота силового вала 15 по стрелке "а"   на один-два оборота. При этом  замкнутый цикл  Стирлинга осуществляется за три такта при постоянно протекающем выпуске (фиг.2): положение I –   сжатие-впуск;  положение  II – перепуск-охлаждение,нагрев; положение III – рабочий ход. Стрелками показано движение газа: волнистой – горячего, пунктирной – теплого, ровной – холодного.

Такт I  - сжатие-впуск – вытеснение в регенератор холодного газа и после его предварительного подогрева проталкивание его в нагреватель. Кулачек 14 ротора 13 движется по стрелке "а" в    вытеснительном контуре  "в"  и,  сжимая холодный газ (рабочую среду) в этой области   статора 16,  вытесняет его в канал 27, проходящий через регенератор 26 и, по каналу 3, в нагреватель 5. В увеличивающуюся нижнюю область контура "в" при продвижении в ней кулачка 14 втягивается из канала 29 холодный газ, выходящий из промежуточного контура "п" через холодильник 4.   При этом после выхода кулачка 14 из контура "в" в контур "п" обратные клапаны 25,30,1 не позволят газу после увеличения объема вследствие нагрева переместиться в контур "в".

Такт II -  перепуск-охлаждение,нагрев. При продвижении кулачка по контуру "п" происходит вытеснение  теплого газа  через холодильник 4 (где происходит его охлаждение)  в контур "в". При этом в контур "п" газ поступает под давлением  или засасывается из силового контура "с", пройдя предварительно через регенератор "р" и оставив там часть тепла. За время продвижения кулачка 14 по контуру "п" происходит достаточный нагрев газа в нагревателе 5, при этом газ концентрируется  в нагревателе, где его удерживают обратный клапан 30 и впускной клапан 8.

Такт III –   рабочий ход. При вхождении кулачка 14 в силовой контур "с" после прохождения им   подвижной пластины 12 принудительно открывается впускной клапан 8, при этом горячий  газ под большим давлением толкает кулачек 14 (т. к. пластину 12 сдвинуть невозможно) по стрелке "а", тем самым осуществляется вращение силового вала 15. . Одновременно кулачком 14 вытесняется  горячий газ из силового контура "с", оставшийся  там после предыдущего рабочего хода, в регенератор 26, ранее охлажденный проходом холодного газа, где отдает часть теплоты, и   затем поступает в    промежуточный контур "п". В момент перехода кулачка 14 через подвижные пластины (6, 12 или 17, фиг.1) – последние отжимаются кулачком за внутреннюю поверхность статора 16 и беспрепятственно пропускают кулачек 14 (подвижные пластины всегда  прижаты пружинами  11, 19, 28 к  поверхности кулачка 14 и ротора 13), при этом происходит отсекание газа и обеспечивается герметичность контуров. Далее процесс повторяется.

Выпуск горячего газа из контура "с" в канал 24 открыт постоянно.


Для осуществления двукратного действия (т.е. количества рабочих  ходов за один оборот силового вала)  требуется  дооборудование ротора 13 дополнительным  кулачком  9 (что улучшит балансировку ротора), и  нагревателя 5 дополнительным входным каналом 2 с обратным клапаном 1 и впускным клапаном 7. При этом теплый газ из регенератора 26 под действием кулачков 14, 9 будет поочередно вталкиваться в каналы 2 или 3, т. к. если в одном из них будет происходить нагрев, то высокое давление не позволит втолкнуть в него порцию газа, поэтому газ войдет в канал, в котором  уже упало давление.  Каналы 2 и 3 соединены с впускным каналом 10, впуск горячего газа в который регулируется впускными клапанами 7, 8.  Таким образом, увеличивая количество кулачков ротора и входных каналов кратность можно увеличить до разумной достаточности.

В описанном двигателе отсутствует осаждение продуктов сгорания или реакций на внутренней поверхности статора от рабочей среды, что позволит применить в нем роликовый ротор  13 (фиг.3), посаженный  на кривошип  31  силового вала 15   и катящийся по внутренней поверхности статора 16.


Двигатель внешнего сгорания Стирлинга: топливо горит снаружи

Эта статья посвящена одному изобретению, запатентованному ещё в девятнадцатом веке шотландским одним священником Стирлингом. Как и все предшественники, это был двигатель внешнего сгорания. Только отличие его от остальных в том, что он может работать и бензине, и на мазуте, и даже на угле и дровах.

Двигатель внешнего сгорания. История открытия Стирлинга

В XIX веке возникла необходимость замены паровых двигателей на что-то более безопасное, так как котлы часто взрывались из-за высокого давления пара и некоторых серьезных конструктивных недостатков.

Хорошим вариантом стал двигатель внешнего сгорания, который запатентовал в 1816 году шотландский священник Роберт Стирлинг.

Правда, «двигатели горячего воздуха» делали и раньше, ещё в XVII веке. Но Стирлинг добавил в установку очиститель. В современном понимании ‒ регенератор.

Он повысил производительность установки, сохраняя тепло в тёплой зоне машины, в тот момент, когда рабочее тело охлаждалось. Это значительно увеличило эффективность системы.

Изобретение нашло широкое практическое применение, была стадия подъема и развития, но затем Стирлинги были незаслуженно забыты.

Они уступили место паровым машинам и двигателям внутреннего сгорания, а в двадцатом веке снова возродились.

Ввиду того что этот принцип внешнего сгорания сам по себе очень интересен, сегодня над созданием новых моделей трудятся лучшие инженеры и любители в США, Японии, Швеции…

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.

Виды стирлингов

Существуют три классических вида двигателя Стирлинга:

  • Альфа-Стирлинг ‒ имеет два раздельных силовых поршня расположенных в раздельных цилиндрах. Один из них ‒ горячий, а другой ‒ холодный. Горячая пара «цилиндр и поршень» расположены в теплообменнике с высокой температурой, холодная пара «цилиндр и поршень» ‒ с пониженной температурой. У этого вида соотношение мощности и объёма достаточно велико, хотя, и очень высокая температура «горячего» поршня, что создаёт технические трудности при изготовлении.
    Регенератор расположен между горячей и холодной соединительными трубками;
  • В модели Бета-Стирлинг ‒ всего один цилиндр. Он горячий на одном конце и холодный на другом. Внутри цилиндра перемещаются поршень (с него снимают мощность) и вытеснитель (он изменяет объём горячей зоны). Газ качается из холодной зоны цилиндра в горячую сквозь регенератор. Регенераторы бывают внешними, в виде части теплообменника, или совмещёнными с поршнем-вытеснителем;
  • В варианте Гамма-Стирлинг тоже присутствуют поршень и вытеснитель, но здесь уже два цилиндра: первый холодный (где движется поршень для отбора мощности), и второй ‒ горячий с одной стороны и холодный с другой (там перемещается вытеснитель). Регенератор также может быть внешним, тогда он соединяет горячую зону второго цилиндра с холодной и с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор конструктивно входит в состав вытеснителя;

Применение

Двигатель Стирлинга можно применять в случаях, если требуется простой, компактный преобразователь тепловой энергии или когда эффективность других типов тепловых машин ниже: к примеру, если разница температур недостаточна для использования газовой или паровой турбины.

Вот конкретные примеры использования:

  • Уже сегодня выпускаются автономные генераторы для туристов. Есть модели, которые работают от газовой конфорки;

NASA заказало вариант генератора на основе «стирлинга», который работает от ядерного и радиоизотопного источников тепла. Он будет использоваться в космических экспедициях.

  • «Стирлинг» для перекачки жидкости гораздо проще установки «двигатель-насос». В качестве рабочего поршня он может использовать перекачиваемую жидкость, которая будет заодно охлаждать рабочее тело.Таким насосом можно накачивать воду в ирригационные каналы, используя солнечное тепло, подавать горячую воду от солнечного коллектора в дом, перекачивать химические реагенты, поскольку система полностью герметична;
  • Производителей бытовых холодильников внедряют модели на «стирлингах». Они будут экономнее, а в качестве хладагента предполагается использоваться обычный воздух;
  • Совмещённый Стирлинг с тепловым насосом оптимизирует систему отопления в доме. Он будет отдавать бросовое тепло «холодного» цилиндра, а полученную механическую энергию может использовать для подкачки тепла, которое идет из окружающей среды;
  • Сегодня на всех подводных лодках ВМС Швеции установлены двигатели Стирлинга. Они работают на жидком кислороде, который в дальнейшем используется для дыхания. Очень важный фактор для лодки, низкий уровень шума, а недостатки типа: «большой размер», «необходимость охлаждения» – в условиях подводной лодки не существенны. Аналогичными установками оснащены и новейшие японские подводные лодки типа «Сорю»;
  • Двигатель Стирлинга используется для преобразования солнечной энергии в электрическую. Для этого он монтируется в фокусе параболического зеркала. Компания Stirling Solar Energy строит солнечные коллекторы мощностью до 150 кВт на зеркало. Они используются на крупнейшей в мире солнечной электростанции в южной Калифорнии.

Преимущества и недостатки

Современный уровень проектирования и технологии изготовления позволяют повысить коэффициент полезного действия «Стирлинга» до 70 процентов.

Плюсы:

  • Что удивительно, крутящий момент двигателя практически не зависит от скорости вращения коленчатого вала;
  • Силовая установка не содержит системы зажигания, клапанной системы и распредвала.
  • На протяжении всего срока эксплуатации не нужны регулировки и настройки.
  • Двигатель не «глохнет», а простота конструкции позволяет эксплуатировать его в автономном режиме продолжительное время;
  • Можно использовать любые источники тепловой энергии, от дров до уранового топлива.
  • Сжигание топлива происходит вне двигателя, что способствует его полному дожиганию и минимизации выбросов токсичных веществ.

Минусы:

  • Так как топливо сгорает вне двигателя, то отвод тепла идёт через стенки радиатора, а это дополнительные габариты;
  • Материалоемкость. Чтобы сделать Стирлинг-машину компактной и мощной требуются дорогие жаропрочные стали, способные выдерживать высокое рабочее давление и имеющие низкую теплопроводность;
  • Нужна специальная смазка, обычная для «Стирлингов» не подходит, так как коксуется при высоких температурах;
  • Чтобы получить высокую удельную мощность, рабочее тело в «Стирлингах» применяют водород и гелий.

Водород отличается взрывоопасностью, а при высоких температурах может растворяться в металлах, образуя при этом металлогидриты. Иными словами, происходит разрушение цилиндров двигателя.

А ещё водород и гелий обладают высокой проникающей способностью и легко просачиваются через уплотнения, понижая рабочее давление.

Если вы, познакомившись с нашей статьёй, захотите приобрести устройство — двигатель внешнего сгорания, не бегите в ближайший магазин, такая штука не продаётся, увы…

Сами понимаете, те, кто занимается усовершенствованием и внедрением этой машины, держат свои разработки в секрете и продают их только солидным покупателям.

Но если вы поделитесь ссылкой на статью в социальных сетях, то возможно ваш комментарий прочитают заинтересованные люди и вы сможете пообщаться с единомышленниками на эту тему.

И не забудьте подписаться на наш блог – уверен, вас ждёт много интересного.

Смотрите это видео и делайте своими руками.

 

Самое важное про двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга - это не паровой двигатель, но конечно на первый взгляд сходство есть. Оно такое же, как и с ДВС самой обычной системы поршневой. Главное отличие от паровой машины, в том, что в двигателе не используется пар. В нем нет золотников, парового котла, свечей, нет газораспределительного механизма и прочих привычных систем.

Данный двигатель был изобретен в 19 веке обычным священником. Это самый необычный и эффективный преобразователь тепловой и механической энергии. Двигатель был изобретен, затем забыт человечеством и вот теперь над его работой трудятся многие мировые инженеры-професионалы и любители. Вы не встретите в свободной продаже двигатель Стирлинга, его нужно заказывать напрямую на заводе, но при этом данный механизм свободно используют на космических спутниках в качестве электроустановок, а также на подводных лодках. В самой конструкции вы не встретите клапанов, всевозможных распределительных валов, отсутствует система для зажигания, и нет никакого стартера.

Многие конструкции обладают самозапускной системой. Чтобы началась работа, вам потребуется любой источник тепла, будь то навоз, солнце, сено, нефть, газ, дрова или ядерный реактор, подойдет все. И даже при подобной всеядности, КПД Стирлинга ни на шаг не уступает показаниям двигателя внутреннего сгорания. И даже и это не последний плюс, Стирлинг двигатели – обратимы. То есть когда подводится тепловая энергия, получается механическая, раскручивается маховик двигателя и вырабатывается холод. Двигатель распределятся на три типа, альфа, бета и гамма.

Альфа состоит из разделительных двух поршней силовых в разных цилиндрах, один горячий другой холодный. Бета – состоит из одного цилиндра (с одного конца холодный, с другого горячий) и двух поршней. Двигаясь внутри цилиндра они выталкивают изменяющийся горячий объем. Гамма – это компромисс, между бета и альфа типами. В строении есть два цилиндра и дисплайсер. В двигателе есть вытеснитель и поршень.

Существуют также разновидности двигателя, которые не попадают под указанные три типа, это роторный двигатель Стирлинга. Одним из главных недостатков можно считать громоздкость двигателя и материалоемкость и то, что тепло подводится не к самому рабочему телу, а только через стенки теплообменников. Сами стенки имеют ограниченную теплопроводность, от чего КПД намного ниже, чем могло быть. Статья подготовлена по данным сайта http://www.radio-pilot.ru/dvigateli_stirlinga.html.

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА?

Двигатели стирлинга

Перечислим основные особенности работы двигателя:

1. В двигателе Стирлинга происходит преобразование теп­ловой энергии в механическую посредством сжатия постоянно­го количества рабочего тела при низкой температуре и после­дующего (после периода нагрева) его расширения при высо­кой температуре. Поскольку работа, затрачиваемая поршнем на сжатие рабочего тела, меньше работы, которую поршень со­вершает при расширении рабочего тела, двигатель вырабаты­вает полезную механическую энергию.

2. В принципе при наличии регенерации необходимо только подводить тепло, чтобы не допускать охлаждения рабочего тела при его расширении, и отводить тепло, выделяющееся при его сжатии.

3. Необходимое изменение температуры рабочего тела обес­печивается наличием разделенных холодной и горячей полос­тей, по соединительным каналам между которыми под дей­ствием поршней перемещается рабочее тело.

4. Изменения объема в этих двух полостях должны не сов­падать по фазе, а получающиеся в результате циклические из­менения суммарного объема в свою очередь не должны совпа­дать по фазе с циклическим изменением давления. Это — усло­вие получения механической энергии на валу двигателя.

Таким образом, принцип Стирлинга — это попеременный нагрев и охлаждение заключенного в изолированном простран­стве рабочего тела. Чтобы наглядно представить, как этот про­стой принцип реализуется на практике, рассмотрим сначала элементарную систему поршень — цилиндр, в которой рабочее тело изолировано от внешней среды жестким поршнем, меха­нически соединенным с кривошипом (рис. 1.4).

По мере подвода тепла к головке цилиндра давление рабо­чего тела возрастает, и поршень начинает перемещаться впра­во под действием расширяющегося рабочего тела (рис. 1.5).

При расширении рабочего тела давление в цилиндре па­дает. Для компенсации охлаждения рабочего тела при его рас­ширении подвод тепла продолжается, благодаря чему процесс

Рис. 1.4 Реализация принципа Стир Рис. 1.5. Начальное перемещение

Линга в системе рабочий поршень — поршня.

Цилиндр.

Протекает при постоянной температуре. Когда поршень дости­гает своего крайнего правого положения (нижней мертвой точки), подвод тепла прекращается и начинается охлаждение головки цилиндра с помощью какого-либо внешнего источника (рис. 1.6).

В процессе охлаждения давление продолжает падать. Затем поршень начинает перемещаться влево, сжимая газ. Процесс

Тепло ►

(d) - (а)

Рис. 1.6. Поршень в нижней мертвой точ­ке.

Рис. 1.7. Фаза сжа­тия.

Рис. 1.8. Завершение рабочего цикла.

Охлаждения при этом продолжается, чтобы компенсировать на­грев при сжатии, так что и сжатие протекает при постоянной т

Почему двигатели Стирлинга не так популярны

Двигатели Стирлинга крутые и эффективные

Итак, почему они не популярны?

Двигатели

Стирлинга эффективны, экологичны и работают без вреда для окружающей среды. Ну, если они такие классные, почему их не используют в автомобилях, лодках и самолетах?

SunBox, произведенный шведской компанией Cleanergy и ведущим мировым поставщиком решений в области устойчивой энергетики на основе двигателя Стирлинга.

Вы, наверное, слышали, что двигатели Стирлинга могут быть очень эффективными.

Теоретически двигатели Стирлинга могут соответствовать максимальной теоретической эффективности цикла Карно. На самом деле некоторые двигатели Стирлинга очень эффективны ».

Двигатели

Стирлинга также могут быть экологически чистыми и безопасными для окружающей среды.

Итак, почему двигатели Стирлинга не используются чаще?

Вот краткий ответ:
Двигатели

Стирлинга не подходят для применений, в которых требуется быстрое изменение уровня выходной мощности, например для автомобилей.

Двигатели

Стирлинга любят медленно изменять уровень выходной мощности.

Кроме того, они обычно тяжелее (и дороже), чем бензиновые или дизельные двигатели аналогичной мощности.

Краткое изложение полной статьи ниже

В статье ниже рассказывается история двигателя Стирлинга, как они были забыты, затем возрождены, а затем снова забыты, а также дается более подробный ответ о том, почему у вас, вероятно, сегодня нет двигателя Стирлинга, производящего мощность. .

Щелкните любую из ссылок ниже, чтобы перейти в этот раздел:

  1. Оригинальные двигатели
  2. Возрождение Phillips для радиоприемников с ламповым питанием
  3. Неправильное исследование
  4. Неправильный маркетинг
  5. Неправомерная филантропия
  6. Проклятие Карно
  7. долларов за ватт
  8. Сложный дизайн
  9. Что можно купить сегодня

Оригинальный двигатель Стирлинга

Роберт Стирлинг изобрел свой первый двигатель в 1816 году, и в то время он действительно конкурировал с существующими паровыми двигателями того времени с точки зрения удельной мощности.

Однако первые двигатели Стирлинга имели проблемы по сравнению с первыми паровыми двигателями. Материалом, который был доступен для создания любых двигателей в начале 1800-х годов, был чугун.

Чугун ненавидит быть горячим

Оригинальный патент Роберта Стирлинга. Горячая сторона двигателя достигла средней температуры выхлопа.

Помните, что и паровые двигатели, и двигатели Стирлинга являются двигателями внешнего сгорания, в которых возгорание не происходит внутри цилиндра двигателя.

Но в двигателе Стирлинга горячая сторона двигателя должна достичь средней температуры, при которой вы пытаетесь запустить двигатель, и оставаться на этом уровне.

Чугун НЕ является долговечным материалом, если он раскален докрасна или близок к раскаленному. Современные нержавеющие стали могут служить при этих температурах бесконечно долго, а чугун - нет.

Как конкурировали паровые двигатели

Рисунок паровой машины. Обратите внимание на воду, которая течет через центр под давлением, и на топку, необходимую для удержания пламени.

Часть парового двигателя - это устройство с гораздо более низкой температурой, чем горячая сторона двигателя Стирлинга. Вы можете построить паровые машины из чугуна, и они служат вечно.

Но паровая машина сама по себе не производит никакой энергии, ей нужен котел, чтобы производить пар высокого давления. Эти котлы могут выходить из строя, часто со смертельным исходом для людей, работающих поблизости.

Вот почему Роберт Стирлинг изобрел двигатель.

Котлы с паровым двигателем лишь частично нагреваются до дна

Котлы в паровых двигателях подвергаются воздействию пламени средней температуры только на горячей стороне.

Внутри парового котла работает температура воды под давлением внутри котла.

Это намного более низкая температура, чем на стороне пламени.

Разработчики паровых котлов могли частично компенсировать проблемы с чугуном, например, сделав его немного толще.

Проблема материалов

Чугун начинает светиться красным при 500 ° C или 930 ° F.

Итак, первые паровые двигатели превзошли ранние двигатели Стирлинга в приложениях большой мощности, главным образом потому, что чугун не выдерживает длительного срока службы при высоких температурах.

Если бы нержавеющая сталь, которую легко купить сегодня, была доступна в 1816 году, следующие 100 лет могли бы стать эпохой двигателей Стирлинга, а не паровых двигателей.

Где выиграли первые двигатели Стирлинга

Старинный насос горячего воздуха Rider-Ericcson. Многие подобные двигатели Стирлинга до сих пор работают, и их можно увидеть на антикварных выставках по всему миру.

Не каждый, кому нужен источник энергии, пытается управлять чем-то большим, например поездом.

Некоторым людям нужно делать такие вещи, как

  1. Насос воды
  2. Энергетика малых заводов
  3. Вентиляторы ходовые
  4. Измельчите небольшое количество зерна

Этим людям нужно было что-то, что было бы легко запускать, запускать и обслуживать и которое просуществовало долгое время.

Первые двигатели Стирлинга очень хорошо конкурировали в этих нишах, и в конечном итоге их стали называть «двигателями горячего воздуха».

Тепловоздушные двигатели

Эти двигатели были безопасны в эксплуатации, работали на малой мощности и прослужили долгое время.

Как долго они просуществовали? Они просуществовали так долго, что многие из них до сих пор доступны на антикварном рынке.

Античный стиль Стирлинга и античный бензин или дизельное топливо

В 1870 году Джон Д. Рокфеллер основал Standard Oil Company, и, когда он вышел на пенсию в 1902 году, эра нефти была в самом разгаре.

Выходная мощность бензинового двигателя, который можно было купить в 1870 году, опережала выходную мощность двигателя Стирлинга, доступного в 1870 году, и каждый год выходная мощность бензиновых двигателей росла быстрее, чем выходная мощность двигателей Стирлинга.

Стремление к электрификации

В 1893 году Всемирная колумбийская выставка в Чикаго освещалась и питалась электричеством. Хотя это, конечно, не первое использование электричества, оно стало поворотным моментом в стремлении электрифицировать мир

В то время как малые двигатели Стирлинга были конкурентоспособными с небольшими паровыми двигателями как по их начальной закупочной цене, так и по простоте использования, небольшие старинные двигатели Стирлинга были НЕ конкурентоспособны с небольшими электродвигателями.

Как только район был электрифицирован, двигатели Стирлинга были списаны и превратились в драгоценный антиквариат, которым они являются сегодня.

Phillips Revival для Power Radio

Лампы на основе электроники, используемые в радиоприемниках, при использовании становятся горячими.

Вскоре после Второй мировой войны гиганту электроники Phillips из Голландии потребовался тихий и надежный аварийный источник питания для своих ламповых радиоприемников.

Для тех из вас, кто не знаком с электроникой на основе ламп, вы должны знать, что они светятся горячим и потребляют значительное количество энергии.

Один инженер, работающий в Philips Electronics, изучил некоторые старые двигатели с горячим воздухом и понял, что может разработать тихий и надежный источник питания для их радиоприемников, улучшив их, и вскоре Philips привнесла двигатели Стирлинга в современную эпоху.

Плохое рыночное время лучше, чем хорошее проектирование

Philips, наконец, разработала и усовершенствовала свои двигатели Стирлинга для производства энергии примерно в то время, когда транзисторы заменили собой конструкцию электроники.

Транзисторные радиоприемники потребляли настолько меньше энергии, что, когда людям требовалось использовать радиоприемники в чрезвычайных ситуациях, они могли легко и дешево использовать их на батареях.

Philips не занималась производством двигателей

Ранний двигатель Стирлинга Phillips 102C.

Philips не была заинтересована в продаже двигателей, если они не использовались для питания их электроники.

Их не интересовало производство двигателей для каких-либо целей, кроме электроники.

Philips немедленно отменил работу двигателя Стирлинга после того, как им стало очевидно, что весь мир производства электроники переходит на транзисторы.

К счастью для Philips, попутно они разработали очень прибыльную линейку криокулеров Стирлинга, и этот бизнес продолжает производить криокулеры Стирлинга и сегодня.

Неправильное исследование

Работа Филипса была хорошо опубликована в инженерных журналах и привлекла ученых, которые смогли доказать, что двигатели Стирлинга обладают очень высокой теоретической эффективностью.

Это доказательство высокой эффективности привлекло много внимания и денег на исследования.

Эффективные двигатели нужны всем, верно? Ну, есть и другие вещи, которые также важны, например, начальная стоимость и использование двигателей, которые могут быстро и легко изменять уровни мощности.

Исследования по внедрению двигателей Стирлинга в автомобили

В 70-х годах правительство США пыталось установить двигатели Стирлинга на такие автомобили, как этот AMC Spirit.

Правительство Соединенных Штатов финансировало программу исследований и разработок по установке двигателей Стирлинга в автомобили, применение, для которого они никогда не подходили.

Возобновление интереса к двигателям Стирлинга способствовало запуску следующих исследовательских программ:

  1. General Motors разработала прототип бесшумного силового генератора с двигателем Стирлинга для военных.
  2. НАСА разработало несколько двигателей Стирлинга, поместив один в пикап и разработав другие для работы зондов дальнего космоса.
  3. Частные лица пытались разработать двигатели Стирлинга для самолетов.

К сожалению, ни один из этих исследовательских проектов не привел к появлению продукта на рынке.

Неправильный маркетинг

Инженеры любят инженера. Но они не очень-то любят продавать свои изобретения после того, как инженерное дело сделано.

Таким образом, они пытаются найти легкий выход, находя кого-нибудь (или, что еще хуже, другую компанию), который будет заниматься их маркетингом.

Вместо того, чтобы сделать разумный выбор, например, создать новую компанию и начать производство для обслуживания прибыльных нишевых рынков, они часто пытаются сотрудничать с крупным коммунальным предприятием для продвижения своих двигателей.

Крупному предприятию нравится этот проект, потому что он заставляет их казаться экологичными и экологически чистыми, но, в конце концов, они действительно не заботятся о технологиях.

Рассмотрим историю WhisperGen

WhisperGen из Новой Зеландии разработал превосходный двигатель Стирлинга с комбинированной тепловой мощностью для домов, яхт или чего-то еще.

Первоначально их двигатели предназначались для яхт, и это могло бы стать отличной идеей, если бы они остались на прибыльных нишевых рынках.

Неправильные партнеры

Вместо этого они попытались найти крупных партнеров по сбыту коммунальных услуг, которые обещали распространить их чистые и экологичные технологии в Европе.

В конце концов, коммунальные предприятия никогда особо не заботились о технологии, и коммунальные предприятия легко позволяли своим счетчикам уговаривать их отказаться от проекта.

К сожалению, к тому времени, когда идея установить двигатель Стирлинга в каждом доме в Европе была отменена, штат сотрудников стал настолько большим, что не было возможности сократить его, чтобы прибыльно обслуживать нишевые рынки.

Компания DEKA Research Дина Камена, пока я пишу это, повторяет историю неудач Whispergen.

Неверная благотворительность

Многие заблудшие филантропы и энтузиасты технологии Стирлинга пытались продвигать использование двигателей Стирлинга в странах третьего мира.

Они не смогли понять, что страны третьего мира не заинтересованы в том, что может быть оптимальным для них, особенно если это стоит на доллар больше, чем самый дешевый продукт, который они могут купить сегодня, который также будет работать.

Как заинтересовать страны третьего мира

Третий мир проявляет интерес к новым продуктам, когда они видят их по американскому телевидению.Прямо сейчас они НЕ видят двигатели Стирлинга по американскому телевидению, поэтому им это не интересно.

Отличный продукт для кого-то еще

Когда вы видите товар и думаете, что он полезен кому-то другому, это просто вежливый способ сказать: «Я не хочу этого».

Как найти подходящие рынки

Если вы хотите продвигать двигатели Стирлинга, сделайте это, создав продукт, который ВЫ хотите использовать в своей жизни прямо там, где вы живете сегодня.

Не пытайтесь сделать его для кого-то на другом конце света, нужды которого вы не можете понять.

Как развивать рынки третьего мира

Энтузиасты технологий, которые хотят видеть двигатели Стирлинга, используемые в третьем мире, должны сначала широко использовать их в первом мире, а затем записать их в американские телешоу.

Для заинтересованности стран третьего мира продукты должны быть конкурентоспособными по цене или, что еще лучше, дешевле, чем существующие альтернативы внутреннего сгорания.

Проклятие Карно

Когда я брал свой первый урок физики в Джолиет, штат Иллинойс, я наткнулся на предложение в моем учебнике физики, в котором говорилось:

Двигатели Стирлинга имели такой же теоретический КПД, что и цикл Карно, а цикл Карно имеет максимально возможный теоретический КПД.

Я подумал: "Если они такие классные, почему их не используют?"

Вероятно, это тот же вопрос, который привел вас на эту страницу.

Другие меры доброты

Но эффективность - это лишь один из способов измерить качество продукта. Есть много других способов оценить качество дизайна, например, низкая цена покупки и простота использования.

Абсолютное внимание к эффективности в конструкции любого двигателя приведет к однобокому результату, который никто не захочет и не сможет купить.

Технически это правда!

Действительно, можно создать чрезвычайно эффективные двигатели Стирлинга.

И если вы скажете инженерам построить двигатель Стирлинга с максимально возможной эффективностью, они сделают именно это.

И когда они закончат, они вернутся и бросят прототип на ваш стол, затем они докажут эффективность своими числами испытаний и скажут: «Дайте мне мой бонус. Это очень эффективно ".

Как работают инженерные решения

Все в инженерии - это компромисс дизайна.Когда вы улучшите одну часть своего дизайна, пострадают другие. Если тебе это не нравится, мне все равно.

Солнечный двигатель Стирлинга с КПД 38%. Миру не нужна эффективная солнечная энергия, ему нужна дешевая солнечная энергия.

Я инженер. Я учился в университете Иллинойса, и так устроена природа. Ему плевать, что ты думаешь.

Если вы инженер, ваша работа - понимать, как устроена природа, и создавать продукты, которые улучшают окружающие вас вещи.

В инженерном деле за эффективность приходится платить.Ваши первые улучшения эффективности будут дешевыми и принесут большие результаты, и вы должны их делать.

Ваше второе повышение эффективности будет дороже, и, возможно, вам не стоит делать все из них.

Цена последних 3%

Но ваше последнее повышение эффективности на 3% в вашей конструкции может удвоить стоимость сборки вашего двигателя, и вам определенно не следует этого делать, потому что никто не купит его, если вы это сделаете.

Лучший показатель заслуг - долларов на ватт

Клиентов интересует одно: выполняет ли этот продукт то, что я хочу, так, как я хочу, по цене, которую я могу себе позволить?

На мой взгляд, при проектировании двигателей Стирлинга следует всегда помнить о стоимости ватта, которую покупатель должен будет заплатить, чтобы его доставили к порогу и установили.

Необходимо учитывать все затраты, даже включая стоимость коробки, до того, как будет написано первое руководство по дизайну.

Двигатели Стирлинга сложно спроектировать

Скажу прямо: двигатели Стирлинга - это дрянь для дизайна.

Основные правила проектирования бензинового или дизельного двигателя просты: сосать, выжимать, трясти, дуть. Это называется четырехтактным циклом.

Каждый ученик в классе автомастерской или инженерной школы может легко понять, как сконструировать мощный бензиновый или дизельный двигатель.

Двигатели Стирлинга имеют разные правила проектирования

К сожалению, те же правила проектирования неприменимы к двигателям Стирлинга.

В бензиновом двигателе, если вы хотите получить больше мощности, вы увеличиваете цилиндры, загружаете в двигатель больше воздуха и топлива и повторяете цикл быстрее.

Правила конструкции двигателя Стирлинга далеко не так просты или очевидны.

Если вы попытаетесь сделать с двигателем Стирлинга то же, что и с бензиновым двигателем, чтобы улучшить его, вы получите либо двигатель, который работает хуже, либо двигатель, который не работает совсем.

Подумайте о соотношениях
Конструкция двигателя

Стирлинга основана на передаточных числах, и все в двигателе взаимосвязано. Измените одно, и это повлияет на все остальное.

Например, если вы улучшите что-либо в двигателе Стирлинга, вам нужно будет изменить степень сжатия, чтобы воспользоваться этим улучшением.

Руководство по проектированию двигателей Стирлинга NASA

Я почти уверен, что в этой книге есть кое-что полезное о конструкции двигателя Стирлинга, но нет простого объяснения, которому вы могли бы научить в классе автомастерской.

Типичный непонятный правительственный документ.

Вы можете перейти по этой ссылке, чтобы попробовать свои силы в понимании руководства.

Двигатели Стирлинга не прощают ошибок проектирования

Если вы построили бензиновый двигатель и допустили одну или две ошибки в конструкции, двигатель все равно будет работать, даже если его характеристики не так хороши, как вам хотелось бы.

С двигателями Стирлинга, если вы сделаете что-то не так, ваш двигатель может вообще не работать.

Хороший дизайн возможен

Конечно, можно научиться хорошо проектировать двигатели Стирлинга.

Я предлагаю начинающим разработчикам двигателей Стирлинга создать множество моделей двигателей Стирлинга, чтобы почувствовать все переменные.

Новые конструкции двигателей Стирлинга должны иметь степень сжатия, которую можно легко изменить по мере того, как проверяются различные характеристики и устраняются ошибки двигателя.

Что можно купить сегодня

Вентиляторы

Вентиляторы для дровяных печей, вероятно, являются наиболее широко доступным на сегодняшний день практическим использованием двигателей Стирлинга.

Они не стали предметом потребления в домашних условиях, но если у вас есть кабина без электричества и вы хотите, чтобы вентилятор перемещал воздух вокруг вашей дровяной печи, они - хороший вариант.

Проверьте это, если вам нравится идея вентилятора двигателя Стирлинга.

Комбинированные тепловые двигатели

Эти двигатели появились на рынке довольно разумно и идеально подходят для компаний, которые потребляют много электроэнергии и горячей воды.

Их можно использовать для отопления зданий или для стирки.

Действительно крутые модели

Многие компании, в том числе и моя, производят широкий спектр моделей двигателей Стирлинга для развлечений и образования.

Это не рынок, который следует обесценивать.

Это ценные учебные пособия для студентов-физиков и инженеров, а также энтузиастов технологий.

Модели с низкотемпературным перепадом температуры могут работать в помещении, не заполняя его угарным газом.

Эти модели помогают всем учащимся понять фундаментальную физику всех типов двигателей, а не только двигателей Стирлинга

Очень смертоносные подводные лодки

В 2005 году ВМС США арендовали шведскую подводную лодку типа «Готланд» с двигателем Стирлинга, чтобы играть роль плохого парня в военных играх.

В результате сверхтихая шведская подлодка ускользнула от средств противолодочной обороны авианосцев и в симуляции отправила авианосец на дно с 5 торпедами, прежде чем совершить бесшумный побег².

Пока что военно-морской флот Соединенных Штатов не заинтересован, хотя кажется, что эти сверхтихие подводные лодки - самый большой вклад в текущую военно-морскую стратегию Соединенных Штатов.

Двигатели Sun Pulse

Есть несколько низкопроизводительных двигателей Стирлинга с низким перепадом температур, производимых компанией Sun Orbit в Германии.

Они, вероятно, доступны в Интернете уже сегодня, хотя на их веб-сайтах еще нет цен.

Другие применения двигателей Стирлинга

Если вам до сих пор нравилась эта страница, вам, вероятно, понравится наша страница, посвященная двигателям Стирлинга, которые используются сегодня.

Пожалуйста, посетите наш магазин в Стирлинге

Если вы потратите минутку, чтобы заглянуть в наш магазин двигателей Стирлинга, вы нам очень поможете, даже если вы ничего не покупаете. Пожалуйста, проверьте это здесь.

Оставьте нам свои комментарии

Если вам понравилась эта статья, прокомментируйте и не стесняйтесь оставлять ссылку на любые другие сайты двигателя Стирлинга в своих комментариях.

Все комментарии проходят модерацию, поэтому утверждение вашего комментария может занять несколько дней. Большое спасибо.


¹Насроллах, Н. 2012. «Эффективность цикла двигателя Стирлинга». ХАМК Университет прикладных наук. Валкеакоски, Финляндия.

²Roblin, S. 2016. «Шведские подводные лодки Super Stealth настолько смертоносны, что« потопили »авианосец США». Национальный интерес.

Лучшая модель двигателя Стирлинга Steam - Отличные предложения на модель двигателя Стирлинга steam от глобальных продавцов модели двигателя Стирлинга

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для поиска модели двигателя Стирлинга Steam.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку эта лучшая модель двигателя Стирлинга Steam вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что купили вашу модель двигателя Стирлинга steam на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в модели двигателя Стирлинга Steam и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress - отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг, и предыдущие клиенты часто оставляют комментарии, описывающие свой опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово - просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны - и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, мы думаем, вы согласитесь, что вы получите steam steam по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните лучший опыт покупок прямо здесь.

Анимированные двигатели - Двухцилиндровый двигатель Стирлинга

Двухцилиндровый двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга - один из моих любимых. Это было изобретено в 1816 году преподобным Робертом Стирлингом из Шотландии. Стирлинг - это очень простой движок, который часто рассматривался как безопасная альтернатива на пар, так как нет опасности взрыва котла.Это пользовались успехом в промышленных приложениях, а также в небольших таких приборов, как вентиляторы и водяные насосы, но его затмила появление недорогих электродвигателей. 3 Однако, поскольку он может работать от любого источника тепла, теперь он перспективен. для двигателей на альтернативном топливе, солнечной энергии, геотермальной энергии и т. д.

Двигатели Стирлинга

имеют полностью закрытую систему, в которой рабочий газ (обычно воздух, но иногда гелий или водород) попеременно нагревается и охлаждают, перемещая газ в различные температурные области внутри система.

В двухцилиндровом (или альфа с конфигурацией 3 ) Стирлинга, один цилиндр поддерживается горячим, а другой - холодным. В На этой иллюстрации нижний левый цилиндр нагревается за счет сжигания топлива. Другой цилиндр охлаждается за счет циркуляции воздуха через радиатор. (также известные как ребра охлаждения).

Цикл Стирлинга можно рассматривать как четыре различных фазы: расширение, перенос, сжатие и перенос.

Расширение

Большая часть газа в системе только что направлена ​​в горячую цилиндр.Газ нагревается и расширяется, направляя оба поршня внутрь.

Передача

Газ расширился (в данном примере примерно в 3 раза). Большая часть газа (около 2/3) все еще находится в горячем цилиндре. Импульс маховика переносит коленчатый вал на следующие 90 градусов, передавая большую часть газ в холодный баллон.

Сокращение

Большая часть расширенного газа переместилась в охлаждающий цилиндр. Это охлаждается и сжимается, вытягивая оба поршня наружу.

Передача

Контрактный газ все еще находится в охлаждающем цилиндре.Маховик импульс переносит кривошип еще на 90 градусов, передавая газ на обратно в горячий цилиндр, чтобы завершить цикл.


Этот двигатель также оснащен регенератором , показанным камерой содержащий зеленые линии штриховки. Регенератор построен из материал, который легко проводит тепло и имеет большую площадь поверхности, обычно сетка из близко расположенных тонких металлических пластин. Когда горячий газ передается в охлаждающий цилиндр, он сначала проходит через регенератор, в котором отводится часть тепла.Когда холодный газ передается обратно, это тепло утилизируется; таким образом регенератор «предварительно нагревает »и« предварительно охлаждает »рабочий газ, значительно улучшая эффективность. 3

Применения двигателя Стирлинга

Применения двигателя Стирлинга можно разделить на три основные категории:

  • Механическая силовая установка
  • Нагрев и охлаждение
  • Системы выработки энергии

Двигатель Стирлинга - это тепловой двигатель, который работает циклическое сжатие и расширение воздуха или другого газа, рабочего тела.Во время цикла Стирлинга происходит чистое преобразование тепла в механическую работу. Двигатель цикла Стирлинга также работает в обратном направлении, используя подводную механическую энергию для передачи тепла в обратном направлении (например, тепловой насос или холодильник).

Выработка электроэнергии с помощью двигателя Стирлинга

Ядерная энергия

Ядерные двигатели Стирлинга могут использоваться на электростанциях. Замена паровых турбин атомных электростанций двигателями Стирлинга могла бы упростить установку, повысить эффективность и уменьшить количество радиоактивных побочных продуктов.В некоторых конструкциях реакторов-размножителей в качестве теплоносителя используется жидкий натрий. Если тепло будет использоваться в паровой установке, потребуется теплообменник вода / натрий, что вызывает определенные опасения, поскольку натрий бурно реагирует с водой. Двигатель Стирлинга устраняет потребность в воде в любой части цикла. Это будет иметь преимущества для ядерных установок в засушливых регионах.

Солнечная энергия

Двигатель Стирлинга расположен в центре параболического зеркала, двигатель Стирлинга может преобразовывать солнечную энергию в электричество с большей эффективностью, чем неконцентрированные фотоэлектрические элементы, и сравнимы с концентрированными фотоэлектрическими элементами.

Комбинированное производство тепла и электроэнергии

В системе комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) механическая или электрическая энергия вырабатывается обычным образом, однако остаточное тепло, выделяемое двигателем, используется для подачи вторичного тепла. Это может быть практически все, что использует тепло при низкой температуре. Часто это уже существующее использование энергии, такое как отопление коммерческих помещений, отопление воды в жилых домах или промышленный процесс.

Тепловые электростанции в электрической сети используют топливо для производства электроэнергии.Однако существует большое количество отходящего тепла, которое часто не используется. В других случаях высококачественное топливо сжигается при высокой температуре для применения при низких температурах. Согласно второму закону термодинамики, тепловой двигатель может генерировать энергию из этой разницы температур. В системе ТЭЦ высокотемпературное первичное тепло поступает в нагреватель двигателя Стирлинга, затем часть энергии преобразуется в механическую энергию в двигателе, а остальная часть поступает в охладитель, где выходит при низкой температуре.«Остаточное» тепло фактически исходит от охладителя главного двигателя и, возможно, из других источников, таких как выхлоп горелки, если таковой имеется.

Мощность, вырабатываемая двигателем, может использоваться для запуска промышленного или сельскохозяйственного процесса, который, в свою очередь, приводит к образованию отходов биомассы, которые можно использовать в качестве бесплатного топлива для двигателя, что снижает затраты на утилизацию отходов. Общий процесс может быть эффективным и прибыльным.

Двигатель для механической мощности и движения

Автомобильные двигатели

Часто утверждается, что двигатель Стирлинга имеет слишком низкое соотношение мощности и веса, слишком высокую стоимость и слишком длительное время запуска для автомобильных приложений.У них также есть сложные и дорогие теплообменники. Охладитель Стирлинга должен отводить вдвое больше тепла, чем двигатель Отто или радиатор дизельного двигателя.

Нагреватель должен быть изготовлен из нержавеющей стали, экзотического сплава или керамики, чтобы выдерживать высокие температуры нагрева, необходимые для высокой удельной мощности, и содержать газообразный водород, который часто используется в автомобилях Стирлинга для увеличения мощности. Основные трудности, возникающие при использовании двигателя Стирлинга в автомобильной промышленности, - это время пуска, реакция на ускорение, время отключения и вес, и не все они имеют готовые решения.

Авиационные двигатели

Двигатели Стирлинга могут быть теоретически перспективными в качестве авиационных двигателей, если будут достигнуты высокая удельная мощность и низкая стоимость. Они тише, меньше загрязняют окружающую среду, повышают эффективность с высотой из-за более низких температур окружающей среды, более надежны из-за меньшего количества деталей и отсутствия системы зажигания, производят гораздо меньшую вибрацию (фюзеляжи могут служить дольше) и используют более безопасное и менее взрывоопасное топливо. Однако двигатель Стирлинга часто имеет низкую удельную мощность по сравнению с обычно используемым двигателем Отто и газовой турбиной цикла Брайтона.Эта проблема была источником разногласий в автомобилях, и эта характеристика характеристик еще более критична для авиационных двигателей.

Электромобили

Двигатели Стирлинга как часть гибридной системы электропривода позволяют избежать конструктивных проблем или недостатков негибридного автомобиля Стирлинга.

В ноябре 2007 года в рамках проекта Precer в Швеции был анонсирован прототип гибридного автомобиля с твердым биотопливом и двигателем Стирлинга.

Судовые двигатели

Двигатель Стирлинга может подходить для подводных энергетических систем, где электрические или механические работы требуются периодически или непрерывно.General Motors выполнила значительный объем работ по усовершенствованным двигателям с циклом Стирлинга, которые включают накопление тепла для подводных применений. United Stirling в Мальмё, Швеция, разрабатывает экспериментальный четырехцилиндровый двигатель, в котором в качестве окислителя в подводных энергетических системах используется перекись водорода.

Насосные двигатели

Двигатели Стирлинга могут приводить в действие насосы для перемещения жидкостей, таких как вода, воздух и газы. Например, выходная мощность ST-5 компании Stirling Technology Inc. составляет 5 лошадиных сил (3.7 кВт), который может приводить в действие генератор мощностью 3 кВт или центробежный водяной насос.

Нагрев и охлаждение

Если двигатель Стирлинга снабжен механической энергией, он может работать в обратном направлении как тепловой насос для обогрева или охлаждения. В конце 1930-х годов корпорация Philips из Нидерландов успешно использовала цикл Стирлинга в криогенных приложениях. Эксперименты проводились с использованием энергии ветра, приводящего в действие тепловой насос цикла Стирлинга для отопления и кондиционирования воздуха.

Инженеры модели

Паровые двигатели, двигатели Стирлинга и другие двигатели

Инженеры моделей Паровые двигатели, двигатели Стирлинга и другие двигатели

The выше составной паровой двигатель Корлисса Вильгельм Хаксхольд всего 5 дюймов в длину.Детали из нержавеющей стали и меганита. мастерски изготовлены и представляют тип модельного инженерного проекта, который можно найти в этом разделе. Модель инженерия определяется здесь как проектов, которые являются механическими устройствами в природе. Для моделей с автомобилями лодки и самолеты, посмотреть изготовление моделей раздел.

Со времен изобретения паровой машины, модель инженеры делали маленькие версии для собственного удовольствия. Хоть живи пар был первоначально источником энергии для многих из этих двигателей, они сегодня часто работают на сжатом воздухе в целях безопасности, но все могут работать одинаково хорошо на пару.Другие двигатели, такие как двигатель теплового цикла Стирлинга, также имеют интерес для многих моделистов, так как двигатели сжатого воздуха и реактивные турбины двигатели. В этом разделе подробно описаны производители таких двигателей.

Ссылки на другие разработки моделей разделы:

Раздел 1: Внутреннее сгорание двигатели

Раздел 3: Прочее проектирование моделей проекты

Раздел 4: Разработка моделей Шедевры

Если вас интересуют мелкие модельные газовые двигатели, изготовленные для питания модели самолетов, лодок и автомобилей, см. специальный раздел по модели двигателя Производители.Эти люди были особая порода инженеров-моделей, которые спроектированы и построены двигатели из любовь к своему хобби.

Новое Представленные материалы приветствуются

Если у вас есть дополнительные информация о проекте или застройщике показано на этом сайте, что вы хотели бы Чтобы внести свой вклад, отправьте электронное письмо на адрес [email protected] Мы также приветствуем новые вклады. Посетите нашу страницу по адресу www.CraftsmanshipMuseum.com/newsubmit.htm. для формы подачи и руководящих принципов для отправка описательной копии и фотографий для нового проекта.

Это раздел спонсируется SHERLINE PRODUCTS INC ., Vista, CA,
производителей настольные станки и аксессуары.

Кому узнайте, как ваша компания или организация может спонсировать раздел в Музей ремесел, пожалуйста, свяжитесь с [email protected]

ВОЗВРАТ НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ МУЗЕЯ

Авторское право 2009 г., Фонд исключительного мастерства Джо Мартина. Все права защищены.
Никакая часть этого веб-сайта, включая текст, фотографии или иллюстрации, не может быть воспроизведены или переданы в любой другой форме или любыми средствами (электронными, ксерокопирование, запись или иное) для коммерческого использования без предварительного письменное разрешение Фонда Джо Мартина. Воспроизведение или повторное использование для разрешено использование в образовательных и некоммерческих целях.

Планы для всего - Планы самолетов

Это самые старые планы для самолетов собственной сборки. Некоторые из них могут быть или не быть сверхлегкими, поэтому для полета может потребоваться лицензия пилота.

Изображение Описание Файл
Спец.
Загрузить
Alco Sportplane: Интересно выглядящий моноплан из 1920-х годов, который выглядит простым и прочным. Когда-то это было в производстве. 10 страниц
2,6 МБ
Baby Bullet: Ранний гоночный моноплан конструкции 1920-х годов.Похоже, что по крайней мере один был построен и запущен. 22 стр.
6,1 МБ
Хит Биплан-планер: Этот двухместной планер был разработан Хитом, одним из знаменитых пионеров самодельных самолетов. В статье показано, как он занимается высшим пилотажем. 16 стр.
3,2 МБ
Высокопроизводительный моноплан Chilton: Этот красивый самолет британского дизайна, очень хорошо детализирован и хорошо спроектирован. 68 стр.
12,3 МБ
Church Midwing: Это средний вариант знаменитого зонтика Heath Parasol, многие из которых были построены и перевезены в эпоху депрессии. 8 страниц
2.3 MB
Driggs Dart: Другой популярный дизайн 1920-х годов, Driggs был довольно популярным самолетом среди новаторов-гомбилдеров. 10 страниц
2.3 MB
Pou-du-Ciel (Небесная блоха): Знаменитый французский дизайн тандемного крыла Анри Минье 1934 года. Семья Анри любезно предложила его дизайн общественному достоянию после его кончины. Это было и остается популярным домом в Европе. Очень хорошо детализированные крупномасштабные гравюры (на французском языке) теперь доступны для бесплатного скачивания. 28 стр.
30,2 МБ
Georgia's Special: Очень красивый ранний зонтик-моноплан. 7 стр.
1,6 МБ
Gere Biplane: Классический биплан 1920-х годов для домашнего строителя. Немного больше работы, чем некоторые, но результат того стоит. 16 страниц
3,6 МБ
Goat 4 Glider: Открытый планер современного дизайна, очень хорошо проработанный. Похоже, очень весело! 82 Стр.
2.1 МБ
Хендерсон Лонгстер: Еще одна поездка на винтаге, которая была популярна в свое время. Нельзя допустить, чтобы такие красивые дизайны уходили в тень. 10 страниц
2,0 МБ
Линкольн-биплан: Мне кажется довольно маленьким, но может быть как раз тем, кто ищет сверхкомпактный самодельный. 15 страниц
3,7 МБ
Планер Monerai: Современный, высокопроизводительный планер с опцией питания, теперь в общественном достоянии. 11 стр.
11,2 МБ
Northrup 1928 Glider: Ранняя публикация (я полагаю?) Статьи Джека Нортрапа на испанском языке. 7 Pgs
509 kB
Pietenpol Air Camper: Возможно, один из самых известных и наиболее построенных домов раннего строительства.Это двухместная версия с двигателем Ford Model A. 33 Pgs
7.2 MB
Pietenpol Sky Scout: Это одноместная версия Air Camper с двигателем Ford Model T. 22 стр.
6,6 МБ
Powell PH Racer Biplane: Вот красивый маленький гоночный биплан 1920-х годов, который сегодня был бы отличной постройкой. 14 страниц
2,5 МБ
Летающая ванна Ramsey: Еще одна известная и популярная ранняя самодельная летающая ванна, которая была проста в сборке и предположительно очень хорошо летала. 18 страниц
4,5 МБ
Русский Арго: Вот чистый русский дизайн, который выглядит довольно легко построить.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *