Principio di combustione esterno del motore. Motore a combustione interna - Creazione della cronologia. Modifiche Stirling "Beta"

Nei motori combustione esterna Il processo di masterizzazione del carburante e la fonte dell'esposizione termica è separata dall'unità di lavoro. Questa categoria di solito include turbine a vapore e gas, oltre a motori Stirling. I primi prototipi di tali impianti sono stati progettati per più di due secoli fa e utilizzati in tutto il XIX secolo.

Quando sono state necessarie installazioni energetiche potenti ed economiche per l'industria in rapido sviluppo, i progettisti sono venuti con la sostituzione con motori a vapore esplosivi, dove il corpo di lavoro era sotto alta pressione di vapore. Quindi c'erano motori a combustione esterni che sono stati distribuiti all'inizio del XIX secolo. Solo in pochi decenni i motori sono venuti a cambiare combustione interna. Costano significativamente più economico come il loro diffuso.

Ma oggi i progettisti stanno sempre più guardando i motori a combustione esterni rilasciati dall'uso diffuso. Questo è spiegato dai loro vantaggi. Il vantaggio principale è che tali installazioni non hanno bisogno di carburante ben pulito e costoso.

I motori a combustione esterni sono senza pretese, anche se finora il loro edificio e i loro costi di manutenzione sono piuttosto costosi.

Il motore di Stirling

Uno dei rappresentanti più famosi della famiglia dei motori a combustione esterni è una macchina da stirling. È stata inventata nel 1816, fu ripetutamente migliorata, ma in seguito per molto tempo era dimenticata indesuata. Ora il motore Stirling ha ricevuto la seconda nascita. È usato con successo anche quando si esplora lo spazio esterno.

Il lavoro della macchina Stirling si basa su un ciclo termodinamico chiuso. Compressioni periodiche e processi di espansione qui vanno a temperature diverse. Il controllo del flusso di lavoro avviene cambiando il suo volume.

Il motore Stirling può funzionare come pompa di calore, generatore di pressione, dispositivi di raffreddamento.

In questo motore a bassa temperatura c'è una compressione del gas, e con alta - la sua espansione. La modifica periodica dei parametri si verifica a causa dell'uso di un pistone speciale con una funzione dello spostamento. Il calore al fluido di lavoro allo stesso tempo è fornito con al di fuori, attraverso il muro del cilindro. Questa funzione dà il diritto

Nonostante le loro alte prestazioni motore moderno La combustione interna inizia a ostacolare. Il suo a. P. D. ha raggiunto, forse, il suo limite. Il rumore, le vibrazioni, i gas d'aria avvelenati e altri svantaggi inerente al fatto che gli scienziati cercano nuove decisioni, rivedono le possibilità di un ciclo "dimenticato" a lungo termine. Uno dei motori "rianimati" si sta agitando.

Torna nel 1816, il sacerdote scozzese e lo scienziato Robert Stirling ha brevettato il motore in cui il combustibile e l'aria che entrano nella zona di combustione, non cadono mai all'interno del cilindro. Bruciano, solo riscaldando il gas di lavoro situato in esso. Ciò ha dato motivo di nominare l'invenzione di Stirling da un motore a combustione esterno.

Robert Stirling ha costruito diversi motori; L'ultimo aveva una capacità di 45 litri. a partire dal. E ha lavorato alla miniera in Inghilterra per più di tre anni (fino al 1847). Questi motori erano molto pesanti, occuparono molto spazio e assomigliavano verso l'esterno veicoli a vapore.

Per la navigazione, i motori a combustione esterni sono stati applicati per la prima volta nel 1851 da Swede John Erickson. La nave Erickson costruita da loro ha attraversato in sicurezza l'Oceano Atlantico dall'America in Inghilterra con una centrale elettrica composta da quattro motori a combustione esterni. Nell'età delle macchine a vapore è stata una sensazione. ma presa della corrente Erickson ha sviluppato solo 300 litri. con., Non 1000, come previsto. I motori avevano enormi dimensioni (diametro del cilindro 4,2 m, colpo del pistone 1,8 m). Il consumo di carbone si è rivelato non inferiore a macchine a vapore. Quando la nave è arrivata in Inghilterra, si è scoperto che i motori non sono adatti per un'ulteriore operazione, dal momento che hanno lottato il fondo dei cilindri. Per tornare in America, dovevo sostituire i motori con un normale motore a vapore. Sulla via del ritorno la nave cadde in un incidente e affondò con tutto l'equipaggio.

I motori a combustione esterni a basso aumento alla fine del secolo scorso sono stati utilizzati in case per pompare acqua, in case di stampa, nelle imprese industriali, tra cui presso la pianta Nobel di San Pietroburgo (ora "Diesel russo"), sono stati installati in piccoli tribunali. Stirling è stato prodotto in molti paesi, anche in Russia, dove furono chiamati "calore e forza". Li hanno apprezzati per lo sneaky e la sicurezza del lavoro rispetto a quello che hanno differito dai veicoli a vapore.

Con lo sviluppo di motori a combustione interni per Stirlings dimenticati. Nel dizionario Enciclopedico, Brockaua ed Efron, è scritto su di loro: "La sicurezza delle esplosioni è il lato principale favorevole delle macchine caloriche, grazie a cui possono essere in uso se trovano nuovi materiali meglio costruire e lubrificarli. "

Il caso era, tuttavia, non solo in assenza di materiali pertinenti. C'erano ancora sconosciuti, principi moderni della termodinamica, in particolare l'equivalenza del calore e del lavoro, senza il quale era impossibile determinare i maggiori rapporti degli elementi principali del motore. Scambiatori di calore realizzati con una piccola superficie, a causa della quale i motori hanno lavorato con progenialmente alte temperature E rapidamente fallito.

I tentativi di migliorare l'agitazione sono stati presi dopo la seconda guerra mondiale. Il più essenziale di loro era che il gas di lavoro cominciò ad essere applicato compresso a 100 ATM e non utilizzare aria, ma idrogeno con un maggiore coefficiente di conduttività termica, bassa viscosità e, inoltre, non ossidanti i lubrificanti.

Dispositivo di un motore a combustione esterno nel suo video moderno schematicamente mostrato in fig. 1. In chiuso su un lato, il cilindro è due pistoni. Upper - Pistone-Affitto per accelerare il processo di riscaldamento periodico e raffreddamento del gas operatorio. È un cilindro in acciaio inossidabile chiuso vuoto, calore scarsamente conduttivo e si muove sotto l'azione di un'asta associata a un meccanismo di collegamento a manovella.

Il pistone inferiore è un lavoratore (nella figura è mostrato nella sezione trasversale). Trasmette lo sforzo del meccanismo di collegamento a manovella attraverso l'asta vuota, all'interno del quale passa l'asta dell'oscillatore. Il pistone funzionante è dotato di anelli di tenuta.

Sotto il pistone di lavoro c'è un contenitore tampone, formando un cuscino che esegue la funzione del volano - appianare l'irregolarità della coppia dovuta alla selezione dell'energia dell'energia durante la corsa di lavoro e riportandola all'albero motore durante la compressione colpo. Per isolare il volume del cilindro dallo spazio circostante, serve un tipo di "stoccaggio". Questi sono tubi di gomma attaccati da un'estremità all'andana e l'altro al caso.

La parte superiore del cilindro entra in contatto con il riscaldatore e il fondo - con il frigorifero. Di conseguenza, si distingue per volumi "caldi" e "freddi" che sono liberamente riportati mediante una pipeline in cui si trova il rigeneratore (scambiatore di calore). Il rigeneratore è riempito con una macinazione con un filo di piccolo diametro (0,2 mm) e ha un'elevata capacità di calore (ad esempio, a. P. D. I rigeneratori filitici superano il 95%).

Il flusso di lavoro del motore Stirling può essere effettuato senza uno spostamento, in base all'uso del distributore di spool di carica operativa.

Nella parte inferiore del motore c'è un meccanismo di collegamento a manovella, che serve a convertire il movimento alternativo del pistone nel movimento rotazionale dell'albero. Una caratteristica di questo meccanismo è la presenza di due alberi di gommacollegato da due ingranaggi con denti a spirale rotolando verso l'altro. L'asta dell'oscillatore è associata agli alberi a gomito attraverso il rocker inferiore e le barre di collegamento trainate. L'asta del pistone funzionante si collega agli alberi a gomito attraverso il top rocker e le barre di collegamento trainate. Il sistema di identiche aste di collegamento forma un rombo deformabile mobile, da dove e il nome di questa trasmissione è rombico. La trasmissione romombica fornisce lo spostamento di fase necessario quando il pistone si muove. È completamente equilibrato, non sorge gli sforzi laterali sulle aste del pistone.

Nello spazio, limitato, pistone funzionante, è un gas funzionante - idrogeno o elio. Il volume totale di gas nel cilindro non dipende dalla posizione dello spostamento. Le variazioni di volume associate alla compressione e all'espansione del gas di lavoro si verificano a causa del movimento del pistone funzionante.

Quando il motore è in funzione, la parte superiore del cilindro è costantemente riscaldata, ad esempio, dalla camera di combustione, in cui è iniettato il carburante liquido. La parte inferiore del cilindro è costantemente raffreddata, ad esempio, con acqua fredda, pompata attraverso una camicia d'acqua che circonda il cilindro. Un ciclo di Stirling chiuso è composto da quattro orologi mostrati in FIG. 2.

Tatto I - Raffreddamento. Il pistone funzionante è nella posizione estrema inferiore, lo spostamento si sposta. Allo stesso tempo, il gas di lavoro scorre dal volume "caldo" sopra lo spostamento nel volume "freddo" sotto di esso. Passando lungo il percorso attraverso il rigeneratore, il gas di lavoro gli dà una parte del suo calore, e poi si raffredda nel volume "freddo".

Tact II - Compressione. Lo spostamento rimane nella posizione superiore, il pistone funzionante si sposta, stringendo il gas di lavoro a basse temperature.

Tact III - Riscaldamento. Il pistone funzionante è nella posizione superiore, il dislocatore si sposta verso il basso. Allo stesso tempo, un gas di lavoro a freddo compresso si precipita da sotto lo spostamento allo spazio liberatorio sopra di esso. Sulla strada, il gas di lavoro passa attraverso il rigeneratore, dove viene preriscaldato, cade nella cavità "calda" del cilindro e riscalda ancora più forte.

Tact IV - Estensione (funzionamento). Riscaldamento, il gas di lavoro si espande, mentre sposta il dislocante e con sé un pistone funzionante in basso. Eseguita lavoro utile.

Stirling ha un cilindro chiuso. In fig. 3, e viene mostrato un diagramma del ciclo teorico (diagramma V - P). Secondo l'asse Ascissa, il volume del cilindro è posticipato, lungo l'asse della pressione di ordinazione nel cilindro. Il primo tatto è isotermico I-II, il secondo avviene a un volume costante di II-III, la terza Isotermica III-IV, il quarto - con una quantità costante di IV-I. Poiché la pressione durante l'espansione del gas caldo (III-IV) è maggiore della pressione durante la compressione del gas freddo (I-II), il lavoro di espansione è più lavoro di compressione. L'utile funzionamento del ciclo può essere raffigurato graficamente sotto forma di un quadrangolo curvilineo I-II-III-IV.

Nel processo effettivo, il pistone e il dislocante si muovono continuamente, poiché sono associati a un meccanismo di collegamento a manovella, quindi lo schema del ciclo valido è arrotondato (figura 3, B).

Teorico a. P. D. Il motore Stirling è del 70%. Gli studi hanno dimostrato che in pratica è possibile ottenere un k. P. D., pari al 50%. Questo è significativamente più delle migliori turbine a gas (28%), motori a benzina (30%) e motori diesel (40%).

Stirling può funzionare su benzina, kerosene, gasolio, gassoso e persino combustibile solido. Rispetto ad altri motori, ha un corso più morbido e quasi silenzioso. È spiegato da questo basso rapporto di compressione (1,3 ÷ 1,5), inoltre, la pressione nel cilindro aumenta senza intoppi, e non un'esplosione. I prodotti a combustione sono disponibili anche senza rumore, poiché la combustione si verifica costantemente. Sono relativamente pochi componenti tossici in essi, perché la combustione del carburante si verifica continuamente e con eccesso costante di ossigeno (α \u003d 1,3).

Stirling con la trasmissione rombicata è completamente bilanciata, le vibrazioni non si verificano in esso. Questa qualità, in particolare, è stata presa in considerazione da ingegneri americani che hanno stabilito un symp-cilindro che si fermano su un satellite artificiale della terra, dove anche piccole vibrazioni e impraggiabili possono portare alla perdita di orientamento.

Uno dei problemi problematici rimane il raffreddamento. In Stirling con gas di scarico, viene fornito solo il 9% del calore ottenuto dal carburante, quindi, ad esempio, quando si installa, dovrebbe effettuare un radiatore circa 2,5 volte più di quando usato motore a gasolio Lo stesso potere. L'attività è risolta più facile sulle installazioni della nave, dove il raffreddamento efficiente è assicurato da una quantità illimitata di acqua intricata.

In fig. 4 mostra una sezione di un motore di caldaia a due cilindri Philips con una capacità di 115 litri. a partire dal. Con 3000 rpm con una posizione orizzontale di cilindri. Il volume di lavoro totale di ciascun cilindro è 263 cm 3. I pistoni situati opposti sono collegati a due traversati, che hanno permesso di equilibrare pienamente le forze del gas e fare senza volumi del buffer. Il riscaldatore è fatto di tubi che circondano la camera di combustione per il quale passa il gas di lavoro. Il dispositivo di raffreddamento serve un frigorifero tubolare attraverso il quale le pompe idrauliche ferite. Il motore ha due alberi a gomito collegati all'albero di canottaggio attraverso ingranaggi a verme. L'altezza del motore è solo di 500 mm, che consente di essere installata sotto pavimentazione e quindi ridurre le dimensioni del compartimento della macchina.

Il potere di Stirling è regolato principalmente cambiando la pressione del gas di lavoro. Allo stesso tempo, per mantenere la temperatura della costante del riscaldatore e anche la fornitura del carburante è regolabile. Quasi tutte le fonti di calore sono adatte per il motore a combustione esterno. È importante che può trasformare l'energia a bassa temperatura in un funzionamento utile, che non sono in grado di motori a combustione interni. Dalla curva in fig. 5 Si può vedere che a una temperatura del riscaldatore di soli 350 ° C. C. P. Stirling è addirittura uguale a ≈ 20%.

Stirling è economico - il consumo di carburante specifico di esso è solo 150 g / l. a partire dal. ora. Nell'installazione energetica della "batteria di stirling del motore", che viene utilizzata sui satelliti della terra americana, una batteria termica è un litio idraulico, che assorbe il calore durante il periodo di "illuminazione" e lo conferisce quando il satellite è sul lato dell'ombra della Terra. Sul satellite, il motore serve a guidare un generatore di 3 kW con una capacità di 2400 rpm.

Creato uno scooter esperto con batteria Stirling e calore. L'uso della batteria calore e lo stirling sul sottomarino consente di andare in una posizione sommersa più volte più a lungo.

Letteratura

• 1. Smirnov G.V. Motori a combustione esterni. "Conoscenza", M., 1967.
• 2. Dr. Ir. R. I. Meijer. Der Philips - Stirlingmotor, MTZ, N 7, 1968.
• 3. Anthony di curtis. Aria calda e il vento del cambiamento. Il motore Stirling e il suo revival. Motore (ENGL.), 1969, (135), N 3488.

Motore Stirling, il principio del funzionamento è qualitativamente diverso dal solito per tutta la federazione russa, una volta ammontava all'ultima gara degna. Tuttavia, per qualche tempo si sono dimenticati di lui. Poiché questo motore viene utilizzato oggi, qual è il principio della sua azione (nell'articolo è anche possibile trovare i disegni del motore Stirling, dimostrando chiaramente il suo lavoro), e quali sono le prospettive di utilizzo in futuro, leggi qui sotto.

Storia

Nel 1816, in Scozia, Robert Stirling è stato brevettato oggi in onore del suo inventore. I primi motori ad aria calda sono stati inventati davanti a lui. Ma Stirling ha aggiunto un detergente nel dispositivo, che nella letteratura tecnica è chiamato rigeneratore o uno scambiatore di calore. A causa di esso, le prestazioni del motore sono aumentate quando si tiene l'unità in calore.

Il motore ha riconosciuto la macchina a vapore più robusta dall'azienda, dal momento che non è mai esploso. Prima di lui, su altri motori, un tale problema si è verificato spesso. Nonostante il rapido successo, all'inizio del XX secolo, fu abbandonato dal suo sviluppo, poiché è diventato meno economico, rispetto agli altri motori a combustione interni appaiti poi da altri motori. Tuttavia, Stirling ha continuato a essere utilizzato in alcune industrie.

Combustione esterna del motore

Il principio del funzionamento di tutti i motori termici è che sono necessari grandi sforzi meccanici per ottenere gas in uno stato esteso rispetto a quando quando si raffreddano il freddo. Per una dimostrazione visiva di questo, puoi spendere esperienza con due casserie piene di acqua fredda e calda, così come una bottiglia. Quest'ultimo è abbassato in acqua fredda, collega la spina, quindi trasferita a caldo. In questo caso, il gas in bottiglia inizierà ad eseguire lavoro meccanico e spinge una spina. Il primo motore di combustione esterno era basato su questo processo completamente. È vero, in seguito l'inventore capì che la parte del calore può essere utilizzata per il riscaldamento. Pertanto, le prestazioni sono aumentate in modo significativo. Ma anche questo non ha aiutato il motore a diventare comune.

Più tardi, Erickson, ingegnere dalla Svezia, ha migliorato il design, offrendo raffreddamento e riscaldare il gas a una pressione costante invece del volume. Di conseguenza, molte copie cominciarono ad essere utilizzate per lavorare in miniere, sulle navi e nelle case di stampa. Ma per gli equipaggi erano troppo pesanti.

Philips Motori a combustione esterni

Tali motori sono i seguenti tipi:

• vapore;
• turbina parrocidica;
• Stirling.

Quest'ultima visione non si è sviluppata a causa della leggera affidabilità e di altri non è apparsa le tariffe più elevate rispetto agli altri tipi di aggregati. Tuttavia, nel 1938, Philips ha ripreso il lavoro. I motori hanno iniziato a servire per le azionamenti dei generatori nelle aree inelettriche. Nel 1945, gli ingegneri della compagnia hanno trovato l'uso inverso: se l'albero è disinstallato da un motore elettrico, il raffreddamento della testata del cilindro arriva a meno cento novanta gradi Celsius. Poi è stato deciso di applicare un motore Stirling migliorato negli impianti di refrigerazione.

Principio di funzionamento

L'azione del motore risiede nei cicli termodinamici, in cui la compressione ed espansione si verifica a temperature diverse. Allo stesso tempo, la regolazione del flusso del fluido di lavoro è implementato a causa del volume variabile (o della pressione, a seconda del modello). Questo è il principio del lavoro della maggioranza macchine similiche possono avere funzioni diverse e schemi costruttivi. I motori possono essere pistoni o rotanti. Le macchine con le loro installazioni funzionano come pompe di calore, frigoriferi, generatori di pressione e così via.

Inoltre, ci sono motori con un ciclo aperto, dove il controllo del flusso è implementato dalla valvola. Sono loro chiamati motori Erikson, ad eccezione del nome generale del nome di lodiling. In ICC, il lavoro utile viene effettuato dopo la pre-compressione dell'aria, l'iniezione del carburante, riscaldando la miscela della miscela alla combustione e all'espansione.

Motore Stirling Il principio di funzionamento è lo stesso: a basse temperature, si verifica la compressione e con un'elevata espansione. Ma in diversi modi vengono eseguiti il \u200b\u200briscaldamento: il calore viene fornito attraverso la parete del cilindro dall'esterno. Pertanto, ha ricevuto il nome del motore della combustione esterna. Stirling usato cambio periodico di temperatura con un pistone di spostamento. Quest'ultimo sposta il gas da una cavità del cilindro all'altra. Da un lato, la temperatura è costantemente bassa e dall'altro - alto. Quando il pistone si sposta, il gas si sposta da caldo alla cavità fredda e verso il basso - ritorna a caldo. Innanzitutto, il gas dà un sacco di calore al frigorifero, e poi dal riscaldatore ottiene quanto ho dato. Un rigeneratore è posizionato tra il riscaldatore e il frigorifero - la cavità riempita con il materiale che il gas dà il calore. Con il corso di inversione, il rigeneratore lo restituisce.

Il sistema di spostamento è collegato a un gas di compressione del pistone funzionante al freddo e consentendo di espandersi caldo. A causa della compressione ad una temperatura inferiore, si verifica un lavoro utile. L'intero sistema passa quattro cicli durante i movimenti intermittenti. Il meccanismo di collegamento a manovella in questo caso fornisce continuità. Pertanto, i limiti taglienti tra le fasi del ciclo non sono osservati e lo Stirling non diminuisce.

Considerando tutto quanto sopra, suggerisce che questo motore è una macchina da pistone con una fornitura di calore esterna, dove il fluido di lavoro non lascia lo spazio chiuso e non è sostituito. I disegni del motore Stirling illustrano bene il dispositivo e il principio della sua azione.

Dettagli del lavoro

Il sole, l'elettricità, l'energia nucleare o qualsiasi altra fonte di calore possono fornire energia nel motore Stirling. Il principio del suo corpo è usare l'elio, l'idrogeno o l'aria. Il ciclo ideale ha la massima efficienza termica possibile pari a trenta al 40%. Ma con un rigeneratore efficace, sarà in grado di lavorare con più alta efficienza. La rigenerazione, il riscaldamento e il raffreddamento forniscono scambiatori di calore incorporati che lavorano senza oli. Va notato che i lubrificanti del motore hanno bisogno di molto poco. La pressione media nel cilindro è solitamente da 10 a 20 MPa. Pertanto, c'è un eccellente sistema di tenuta e la possibilità di ingresso petrolifero.

Caratteristiche comparative

La maggior parte dei motori di questo tipo è usata oggi, viene utilizzato il carburante liquido. Allo stesso tempo, la pressione continua è facile da controllare, il che aiuta a ridurre le emissioni. L'assenza di valvole fornisce un funzionamento silenzioso. Il potere con la massa è paragonabile ai motori turbocompressi e la potenza specifica ottenuta all'uscita è uguale all'indicatore dell'unità diesel. La velocità e la coppia non dipendono l'una dall'altra.

Il costo della produzione del motore è molto più alto del motore. Ma quando si utilizza la figura inversa.

Benefici

Qualsiasi modello di motore Stirling ha molti vantaggi:

• L'efficienza nel design moderno può raggiungere fino a settanta interesse.
• Non c'è sistema nel motore accensione ad alta tensione, distribuzione Vala. e valvole. Non dovrà essere regolato in tutta la durata della vita.
• Non c'è esplosione in Stirlings, come nel motore a combustione interna, che carica notevolmente l'albero motore, i cuscinetti e le barre di collegamento.
• Non hanno l'effetto quando dicono che il "motore stallo".
• A causa della semplicità del dispositivo, può essere azionato per un lungo periodo.
• Può funzionare sia sulla legna da ardere che con il nucleare e qualsiasi altro tipo di carburante.
• La combustione si verifica al di fuori del motore.

Svantaggi

Applicazione

Attualmente, il motore Stirling con il generatore è utilizzato in molte aree. Questa è una fonte universale di energia elettrica in frigoriferi, pompe, sottomarini e stazioni elettriche solari. Grazie all'applicazione di vari tipi Il carburante è disponibile per il suo ampio uso.

Rinascita

Questi motori hanno iniziato a svilupparsi di nuovo grazie a Philips. A metà del XX secolo, General Motors ha concluso con lei. Ha guidato lo sviluppo per l'uso di Stirlings nello spazio e sui dispositivi subacquei, su navi e auto. Seguendoli, un'altra società della Svezia, United Stirling, ha iniziato a impegnarsi nel loro sviluppo, incluso il possibile utilizzo

Oggi motore lineare Stirling è applicato su impianti di apparati sottomarini, cosmici e solari. Un grande interesse è causato dalla rilevanza della situazione ambientale peggioramento, nonché la lotta contro il rumore. In Canada e negli Stati Uniti, Germania e Francia e il Giappone sono attivi per lo sviluppo e il miglioramento del suo utilizzo.

Futuro

Vantaggi espliciti che hanno pistone e Stirling, consistono in una grande risorsa di lavoro, l'uso di diversi combustibili, silenzialità e bassa tossicità, rendono molto promettente contro lo sfondo del motore di combustione interna. Tuttavia, tenendo conto del fatto che il ghiaccio è stato migliorato per tutto il tempo, non può essere facilmente spostato. Un modo o un altro, è un tale motore oggi occupa una posizione di leadership, e non intendono portarli nel prossimo futuro.

I motori a combustione esterni hanno iniziato ad essere utilizzato quando le persone avevano bisogno di una fonte di energia potente ed economica. Prima di ciò, sono stati utilizzati impianti a vapore, ma erano esplosivi, dal momento che hanno usato il vapore caldo sotto pressione. All'inizio del XIX secolo, hanno ricevuto dispositivi con combustione esterna, e dopo altre decine di anni, sono stati inventati dispositivi già familiari con combustione interna.

Origine dei dispositivi

Nel 19 ° secolo, l'umanità ha affrontato il problema, che era che le caldaie a vapore erano troppo spesso esplose, e aveva anche gravi difetti costruttivi, che hanno reso il loro uso indesiderabile. L'uscita è stata trovata nel 1816 dallo scozzese sacerdote Robert Stirling. Questi dispositivi possono anche essere chiamati "motori ad aria calda", che erano ancora applicati nel 17 ° secolo, ma questo uomo ha aggiunto un detergente chiamato il rigeneratore attualmente chiamato invenzione. Pertanto, il motore a combustione esterno del motore è stato in grado di aumentare notevolmente le prestazioni dell'installazione, poiché ha mantenuto il calore nell'area di lavoro calda, mentre il fluido di lavoro è stato raffreddato. A causa di ciò, l'efficienza dell'intero sistema è stata notevolmente aumentata.

A quel tempo, l'invenzione è stata usata abbastanza ampiamente ed era in aumento della sua popolarità, ma nel tempo è stato smesso di usarlo, e si dimenticarono di lui. Impianti e motori a vapore, ma già familiari, con combustione interna, è stato sostituito l'apparecchiatura della combustione esterna. Ancora una volta, si ricordarono solo nel 20 ° secolo.

Lavoro di installazione

Il principio di funzionamento di un motore a combustione esterno è che alterna costantemente due fasi: riscaldamento e raffreddamento del fluido di lavoro in uno spazio chiuso ed energia ottenendo. Questa energia sorge a causa del fatto che il volume del fluido di lavoro è in costante cambiamento.

Molto spesso, la sostanza di lavoro in tali dispositivi diventa aria, ma è possibile utilizzare un elio o un idrogeno. A quel tempo, l'invenzione era nella fase di sviluppo, tali sostanze come anidride dell'azoto, Freons, il propano-butano liquefatto sono stati usati come esperimenti. In alcuni campioni, hanno cercato di applicare anche acqua ordinaria. Va notato che il motore a combustione esterno, che è stato lanciato con acqua come sostanza di lavoro, è stato distinto dal fatto che aveva un potere specifico abbastanza elevato, alta pressioneE lui stesso era abbastanza compatto.

Il primo tipo di motore. "Alfa"

Il primo modello utilizzato, è diventato Alpha Stirling. La peculiarità del suo design è che ha due pistoni di potenza situati in diversi cilindri separati. Uno di loro aveva una temperatura sufficientemente elevata ed era caldo, l'altro, al contrario, freddo. All'interno dello scambiatore di calore con un'alta temperatura c'era un paio di cylinder-pistone. Il vapore freddo era all'interno dello scambiatore di calore con basse temperature.

I principali vantaggi del motore termico della combustione esterna è stato il fatto che avevano elevato potenza e volume. Tuttavia, la temperatura della coppia calda allo stesso tempo era troppo grande. A causa di ciò, sono sorte alcune difficoltà tecniche nel processo di produzione tali invenzioni. Il rigeneratore di questo dispositivo è tra tubi di collegamento a caldo e freddo.

Secondo campione. "Beta"

Il secondo campione era il modello beta Stirling. La principale differenza costruttiva era che c'era solo un cilindro. Uno dei suoi fini è servito da paio di caldo, e l'altra estremità è rimasta fredda. All'interno di questo cilindro, il pistone è stato spostato da cui il potere può essere rimosso. Anche dentro c'era un dislocatore, che era responsabile della modifica del volume dell'area di lavoro calda. In questa apparecchiatura, è stato utilizzato gas, che è stato pompato da una zona fredda a caldo attraverso il rigeneratore. Questo tipo di motore a combustione esterno possedeva un rigeneratore sotto forma di uno scambiatore di calore esterno o combinato con il pistone-dislocatore.

Ultimo modello. "Gamma"

Ultima specie questo motore. Stirling "gamma" in acciaio. Questo tipo differiva non solo dalla presenza del pistone, così come lo spostamento, e anche il fatto che due cilindri erano già nel suo design. Come nel primo caso, uno di loro era freddo ed è stato usato per prendere il potere. Ma il secondo cilindro, come nel caso precedente, era freddo da un'estremità e calda dall'altra. Qui ha spostato lo spostamento. NEL motore a pistoni La combustione esterna aveva anche un rigeneratore che potrebbe essere due tipi. Nel primo caso, era esterno e collegato insieme tali parti strutturali come zona cilindrica calda con freddo, così come con il primo cilindro. Il secondo tipo è un rigeneratore interno. Se questa opzione è stata utilizzata, è stata inclusa nella progettazione del dislocante.

L'uso di Stirlings è giustificato se è necessario un convertitore di energia termica semplice e piccolo. Può anche essere utilizzato se la differenza di temperatura non è abbastanza alta da utilizzare gas o turbine a vapore. Vale la pena notare che oggi tali campioni hanno iniziato a essere usato più spesso. Ad esempio, vengono utilizzati modelli autonomi per i turisti, che sono in grado di lavorare dal bruciatore a gas.

Applicazione dei dispositivi attualmente

Sembrerebbe che una tale vecchia invenzione non possa essere utilizzata nei nostri giorni, ma non lo è. La NASA ha ordinato un motore a combustione esterno del tipo di stirling, ma le fonti di calore nucleare e radioisotopio devono essere utilizzate come sostanza funzionante. Inoltre, può anche essere utilizzato con successo per i seguenti scopi:

• Utilizzare tale modello di motore per pompare il liquido è molto più facile della solita pompa. In molti modi, questo è dovuto al fatto che il pistone può essere utilizzato il liquido pompato stesso. Inoltre, raffredda il corpo di lavoro. Ad esempio, questo tipo di "pompa" può essere utilizzato per pompare l'acqua nei canali di irrigazione usando il calore solare per questo.
• Alcuni produttori di frigoriferi sono inclini a installare tali dispositivi. Il costo dei prodotti sarà in grado di ridurre, e poiché il refrigerante può essere utilizzato l'aria ordinaria.
• Se si combina il motore a combustione esterno di questo tipo con la pompa di calore, è possibile ottimizzare il funzionamento della rete termica in casa.
• Abbastanza con successo Stirlings è usato sui sottomarini della Svezia della Marina. Il fatto è che il motore funziona su ossigeno liquido, successivamente utilizzato per la respirazione. Per un sottomarino, questo è molto importante. Inoltre, tale attrezzatura ha un livello di rumore abbastanza basso. Naturalmente, l'unità è abbastanza grande e richiede il raffreddamento, ma sono questi due fattori che sono insignificanti se stiamo parlando di un sottomarino.

Vantaggi dell'uso del motore

Se utilizziamo metodi moderni durante la progettazione e il montaggio, sarà possibile aumentare l'efficienza del motore a combustione esterno al 70%. L'uso di tali campioni è accompagnato da quanto segue qualità positive:

• Sorprendentemente, la coppia in questa invenzione è quasi indipendente dalla velocità di rotazione dell'albero motore.
• In questo forza aggregazione Non ci sono elementi come il sistema di accensione e il sistema valvola. Non c'è anche nessun albero a camme qui.
• È abbastanza conveniente per tutto il periodo di utilizzo, non sarà necessario regolare l'attrezzatura e configurare le apparecchiature.
• I dati del modello del motore non sono in grado di "bloccare". Il design più semplice del dispositivo consente di usarlo abbastanza a lungo in modalità completamente offline.
• Puoi usare quasi tutto dalla legna da ardere e che termina con carburante di uranio come fonte di energia.
• Naturalmente, nel motore a combustione esterno, il processo di combustione delle sostanze viene effettuato all'esterno. Ciò contribuisce al fatto che il carburante è pieno e la quantità di emissioni tossiche è ridotta al minimo.

Svantaggi

Naturalmente, qualsiasi invenzione non è devozione. Se parliamo dei minuscoli di tali motori, allora sono i seguenti:

1. A causa del fatto che la combustione viene eseguita al di fuori del motore, la rimozione del calore risultante avviene attraverso le pareti del radiatore. Questo costringe ad aumentare le dimensioni del dispositivo.
2. Consumo materiale. Per creare un modello di motore compatto ed efficiente di Stirling, è necessario avere acciaio resistente al calore di alta qualità che può sopportare una grande pressione e alta temperatura. Inoltre, ci deve essere bassa conduttività termica.
3. Come un lubrificante dovrà comprare strumento specialeDal solito cazzi a temperature elevate, che si ottengono nel motore.
4. Per ottenere un potere specifico sufficientemente alto, è necessario utilizzare l'idrogeno o l'elio come una sostanza di lavoro.

Idrogeno ed elio come carburante

Ottenimento ad alta potenzaNaturalmente, è necessario, tuttavia, è necessario comprendere che l'uso dell'idrogeno o dell'elio è piuttosto pericoloso. L'idrogeno, ad esempio, è sufficientemente esplosivo, e ad alte temperature crea connessioni chiamate metalidrites. Questo accade quando l'idrogeno viene dissolto nel metallo. In altre parole, è in grado di distruggere il cilindro dall'interno.

Inoltre, l'idrogeno ed elio sono sostanze volatili caratterizzate da un'elevata capacità penetrante. Se è più facile da parlare, allora stanno facilmente attraversando quasi tutte le guarnizioni. E la perdita della sostanza significa perdite nella pressione operativa.

Motore a combustione esterno rotante

Il cuore di tale auto è una macchina di espansione rotante. Per motori S. tipo esterno Combustione Questo elemento è rappresentato sotto forma di un cilindro cavo, che è coperto di coperture su entrambi i lati. Di per sé, il rotore ha l'aspetto della ruota, che è piantato sull'albero. Ha anche una certa quantità di piastre estese a forma di P. Per la loro estensione, viene utilizzato uno speciale dispositivo retrattile.

Motore di combustione esterno LUKYANOVA

Yuri Lukyanov è un ricercatore dell'Istituto Polytechnic Pskov. Ha a lungo sviluppato nuovi modelli di motori. Lo scienziato ha cercato di creare tali elementi come il riduttore, l'albero a camme e il tubo di scarico nei nuovi modelli. Il principale svantaggio dei dispositivi Stirling era che avevano dimensioni troppo grandi. Era questa mancanza di uno scienziato e riuscì a eliminare a causa del fatto che le lame furono sostituite da pistoni. Ha contribuito a ridurre più volte la dimensione dell'intero design. Alcuni suggeriscono che è possibile creare un motore a combustione esterno con le tue mani.

Motori di combustione esterna

Un elemento importante dell'attuazione del programma di risparmio energetico è quello di fornire fonti autonome di elettricità e calore di piccole entità residenziali e remote da reti centralizzate dei consumatori. Per risolvere queste attività, le installazioni innovative per la generazione di elettricità e calore basate su motori a combustione esterni sono più adatte. Come combustibile, è possibile utilizzare entrambi i combustibili tradizionali e il gas di petrolio associato, biogas ottenuto da chip di legno, ecc.

Negli ultimi 10 anni, aumentato i prezzi dei combustibili fossili, maggiore attenzione alle emissioni di CO 2, nonché un desiderio crescente di fermare a seconda dei combustibili fossili e assicurarsi pienamente con energia. Questa è stata la conseguenza dello sviluppo di un enorme mercato tecnologico in grado di produrre energia da biomassa.

I motori a combustione esterni sono stati inventati quasi 200 anni fa, nel 1816. Insieme al motore a vapore, un motore a due e quattro tempi di combustione interna, i motori a combustione esterni sono considerati uno dei principali tipi di motori. Sono stati progettati per creare motori che sarebbero più sicuri e più produttivi del motore a vapore. All'inizio del XVIII secolo, la mancanza di materiali adatti ha portato a numerose morti dovute alle esplosioni motori a vaporePressione.

Il mercato significativo per motori a combustione esterni è stato formato nella seconda metà del XVIII secolo, in particolare, a causa di applicazioni più piccole, dove potrebbero essere gestite in sicurezza senza la necessità di operatori qualificati.

Dopo l'invenzione del motore a combustione interna alla fine del XVIII secolo, il mercato dei motori a combustione esterni è scomparsa. Il costo della produzione di un motore a combustione interno in confronto al costo della produzione di combustione esterno è inferiore. Il principale svantaggio dei motori a combustione interni è che per il loro lavoro è necessario pulire, combustibile fossile, aumentando le emissioni di CO2, il carburante. Tuttavia, fino a poco tempo fa, il costo dei combustibili fossili è stato basso e le emissioni di CO2 non hanno prestato attenzione.

Principio del motore a combustione esterno

In contrasto con il processo ampiamente noto della combustione interna, in cui il carburante viene bruciato all'interno del motore, il motore a combustione esterno è guidato da una fonte di calore esterna. O, più precisamente, è guidato dalle differenze di temperatura create da fonti esterne Riscaldamento e raffreddamento.

Queste fonti esterne di riscaldamento e raffreddamento possono servire rispettivamente i gas di scarico di biomassa e acqua di raffreddamento. Il processo conduce a una rotazione del generatore montato sul motore, per cui viene prodotto energia.

Tutti i motori a combustione interna sono alimentati da differenze di temperatura. Benzina motori diesel E i motori a combustione esterni si basano sulle funzionalità che c'è meno sforzo per comprimere aria fredda piuttosto che comprimere l'aria calda.

I motori a benzina e diesel succhiano l'aria fredda e comprime questa aria prima che sia riscaldata nel processo di combustione interna, che si verifica all'interno del cilindro. Dopo aver riscaldato l'aria sopra il pistone, il pistone si sposta, per cui l'aria si espande. Dal momento che l'aria è calda, la forza che agisce sulla canna del pistone è fantastica. Quando il pistone si trova in fondo, le valvole aperte e gli scarichi caldi vengono sostituiti con aria nuova, fresca e fredda. Quando il pistone si muove l'aria fredda è compressa e la forza che agisce sull'asta del pistone è inferiore a quando si sposta.

Il motore a combustione esterno funziona in conformità con un piccolo principio diverso. Non ha valvole, è sigillata ermeticamente e l'aria viene riscaldata e raffreddata con l'aiuto di scambiatori di calore di un circuito caldo e freddo. La pompa integrata guidata dal movimento del pistone fornisce movimento dell'aria lì e indietro tra questi due scambiatori di calore. Durante il raffreddamento dell'aria nell'apparato di scambio termico del circuito a freddo, il pistone comprime l'aria.

Dopo la compressione, l'aria viene quindi riscaldata nell'apparato di scambio termico del contorno caldo, prima che il pistone inizia a muoversi nella direzione opposta e utilizzare l'estensione dell'aria calda per azionare il motore.