Svantaggi di motori Stirling. Il motore a combustione esterno può essere realizzato in lattina. Il design dell'esecuzione "alfa"

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. Vale la pena notare che il motore a combustione esterno, che è stato lanciato con acqua come sostanza lavorativa, è stato distinto dal fatto che aveva un potere specifico abbastanza elevato, alta pressione, ed era piuttosto 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 durante la progettazione e il montaggio, applicheremo metodi moderni, allora sarà possibile aumentare il coefficiente azione utile Motore a combustione esterno fino 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 questa unità di forza, 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 quando alte temperatureche sono raggiunti 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.

Solo circa cento anni fa motori combustione interna Ho dovuto conquistare il posto che occupano nel moderno automotive in una crudele lotta competitiva. Poi la loro superiorità non sembrava così ovvia come oggi. Infatti, macchina a vapore - Principale rivale motore di benzina - posseduto rispetto a lui con enormi vantaggi: silenzioso, semplicità della regolazione del potere, belle caratteristiche di trazione e incredibili "onnivori", consentendo di lavorare su qualsiasi forma di carburante da legna da ardere alla benzina. Ma alla fine, l'economia, la facilità e l'affidabilità dei motori a combustione interni hanno assunto e costretto a conciliare con i loro svantaggi, come inevitabilità.
Negli anni '50, con l'avvento delle turbine del gas e dei motori rotanti, l'assalto assalto della posizione del monopolio occupato dai motori della combustione interna nell'industria automobilistica, l'assalto, che non era ancora incoronato dal successo. A circa gli stessi anni, i tentativi furono fatti per portare alla scena nuovo motoreIn cui l'efficacia dei costi e l'affidabilità del motore a benzina con silenzio e il "onnivoro" dell'impianto di vapore sono incompletamente combinati. Questo è il famoso motore a combustione esterno che scozzese sacerdote Robert Stirling brevettato il 27 settembre 1816 (brevetto inglese n. 4081).

Process Physics.

Il principio di azione di tutti i motori termici senza eccezioni si basa sull'espansione del gas riscaldato, viene eseguito un grande lavoro meccanico rispetto a quello che è necessario per comprimere il raffreddore. Per dimostrare questo, abbastanza bottiglie e due casseruola con acqua calda e fredda. All'inizio, la bottiglia viene abbassata nell'acqua del ghiaccio, e quando l'aria viene raffreddata in esso, il collo è tappato con una spina e sono rapidi in acqua calda. Dopo alcuni secondi, il cotone è distribuito e il gas riscaldato in bottiglia spinge la spina facendo lavoro meccanico. Una bottiglia può essere tornata all'acqua ghiacciata di nuovo - il ciclo si ripeterà.
Nei cilindri, i pistoni e le leve intricate della prima macchina da stirling, questo processo era quasi esattamente riprodotto, fino a quando l'inventore si è reso conto che la parte del calore è stata portata via dal gas durante il raffreddamento, può essere utilizzato per il riscaldamento parziale. Abbiamo bisogno solo di una sorta di contenitore in cui sarebbe possibile conservare il calore prelevato dal gas durante il raffreddamento, e di nuovo darlo quando riscaldato.
Ma, Ahimè, anche questo miglioramento molto importante non è stato salvato dal motore Stirling. Nel 1885, i risultati ottenuti qui erano molto mediocre: 5-7 percento Kp, 2 litri a partire dal. Potenza, 4 tonnellate di peso e 21 metri cubici occupati lo spazio.
I motori a combustione esterni non sono nemmeno stati salvati dal successo di un altro design sviluppato dall'ingegnere svedese Erickson. A differenza di Stirling, ha suggerito di riscaldare e raffreddare il gas non a un volume costante, ma a pressione costante. 8 1887 Diverse migliaia di piccoli motori Ericsson lavoravano perfettamente in case di stampa, case, in miniere, sulle navi. Si riempirono di serbatoi d'acqua, ha portato l'effetto degli ascensori. Erickson cercò di adattarli addirittura a guidare le carrozze, ma erano troppo pesanti. In Russia prima della rivoluzione, un gran numero di tali motori è stato prodotto sotto il nome "calore e forza".

Una delle fonti promettenti di energia meccanica per le auto è un motore a combustione esterno sviluppato dallo Scotland Native Robert Stirling un paio di secoli fa. Il motore della combustione esterna di Stirling sul principio dell'operazione è molto diverso dal solito per tutti. Ma per qualche tempo dopo lo sviluppo, è stato tranquillo dimenticato.

Storia della creazione

Nel 1816, un nativo della Scozia Robert Stirling ha brevettato una macchina termale, che è chiamata in onore del suo creatore. Tuttavia, l'idea dei motori ad aria calda è stata inventata per niente. Ma il primo progetto consapevole per creare un tale aggregato è stato implementato con precisione Stirling.

Ha migliorato il sistema aggiungendo un detergente in lei, nella letteratura tecnica chiamata scambiatore di calore. A causa di ciò, le prestazioni del motore sono aumentate a causa del mantenimento del caldo. Questo modello per quel tempo è stato riconosciuto come il più resistente, dal momento che mai è esploso.

Nonostante un successo così rapido della promozione del modello, all'inizio del XX secolo, dall'ulteriore sviluppo del motore a combustione esterno, a causa del suo costo a favore del motore a combustione interna.

Motore Stirling: principio di funzionamento e modifica

Il principio di funzionamento di qualsiasi motore termico è che ci sono sforzi meccanici coerenti per ottenere gas in uno stato esteso. Come esempio visivo, è possibile affrontare due pentole, in base alle quali sono piene di acqua fredda e calda. Inferiore in acqua fredda una bottiglia con un sughero vorticoso. Dopodiché, la bottiglia viene trasferita in acqua calda.

Con questo movimento, il gas nella bottiglia esegue un lavoro meccanico e spinge un tappo dal collo. Il primo modello del motore a combustione esterno ha funzionato esattamente allo stesso principio. Tuttavia, in seguito il Creatore ha capito che parte del calore rilasciato può essere usato per guarire. La produttività dell'unità è aumentata solo da esso.

Un po 'più tardi, l'ingegnere della Svezia Erickson ha migliorato il design mettendo in avanti un'idea di raffreddamento e riscaldare il gas a pressione costante invece del volume. Ciò ha permesso al motore di "muoversi attraverso la scala della carriera" e iniziare a utilizzare nelle miniere e nelle case di stampa. Per gli equipaggi I. veicolo L'aggregato era troppo pesante.

La figura mostra il ciclo operativo del motore Stirling.

Come funziona il motore Stirling? Converte l'energia termica, riassunta dall'esterno, in un utile lavoro meccanico. Questo processo si verifica a causa di cambiamenti nella temperatura del gas o del fluido circolante nel volume chiuso. Nella parte inferiore dell'unità, la sostanza di lavoro è riscaldata, aumenta nel volume e spinge il pistone.

L'aria calda entra nella parte superiore del motore e raffreddata con un radiatore. La pressione dell'influenza funzionante è ridotta e il pistone viene abbassato per ripetere l'intero ciclo. Il sistema è completamente sigillato, quindi la sostanza di lavoro non viene spesa, ma si sposta solo all'interno del ciclo.

Inoltre, ci sono motori con un ciclo aperto in cui il controllo del flusso è implementato utilizzando le valvole. Questi modelli sono chiamati il \u200b\u200bmotore di Erixon. In generale, il principio di funzionamento di un motore a combustione esterno è simile al motore. Per basse temperature È compresso in esso e viceversa. Il riscaldamento viene effettuato in modi diversi.

Il calore in un motore a combustione esterno viene fornito attraverso la parete del cilindro dall'esterno. Stirling ha indovinato di applicare un cambiamento periodico di temperatura con un pistone di spostamento. Questo pistone muove gas da una cavità del cilindro all'altra. Allo stesso tempo, da un lato, le basse temperature sono costantemente mantenute e dall'altro - alto. Quando il pistone viene spostato, il gas si muove da una cavità calda.

Il sistema di spostamento nel motore è collegato al pistone funzionante, che comprime il gas al freddo e consente di espandere il caldo. Il lavoro utile viene eseguito solo a causa della compressione a temperature più basse. La continuità è assicurata da un meccanismo di collegamento a manovella. I limiti speciali tra le fasi del ciclo non sono osservati. Grazie a questo, l'efficienza del motore Stirling non diminuisce.

Alcuni dettagli del lavoro del motore

Nella teoria, qualsiasi fonte di calore (sole, elettricità, carburante) può inserire nel motore a combustione esterno. Il principio del funzionamento del corpo del motore è utilizzare l'elio, l'idrogeno o l'aria. La massima efficienza massima termica ha il ciclo ideale. L'efficienza è dal 30 al 40%. Il rigeneratore efficace può fornire di più alta efficienza. Gli scambiatori di calore incorporati forniscono la rigenerazione, lo scambio e il raffreddamento in motori moderni. Il loro vantaggio è il lavoro senza oli. In generale, il motore di grasso ha bisogno di un po '. La pressione media nel cilindro varia da 10 a 20 MPa. È necessario un buon sistema di tenuta e la possibilità di petrolio entrare in cavità funzionanti.

Secondo i calcoli teorici, l'efficienza del motore Stirling dipende fortemente dalla temperatura e può raggiungere anche il 70%. I più primi campioni di motori implementati nel metallo hanno una bassa efficienza, poiché le varianti del refrigerante erano inefficaci e limitate la temperatura massima del riscaldamento, non c'erano materiali strutturali resistenti a alta pressione. Nella seconda metà del 20 ° secolo, il motore con un'unità rombina durante i test ha superato un indicatore di efficienza del 35% su carriera di calore acquosa e con una temperatura di 55 gradi Celsius. Migliorare il design in alcuni campioni sperimentali ha permesso di raggiungere quasi il 39% dell'efficienza. Quasi tutti i moderni motori a benzina.Avere un potere simile, possedere l'efficienza del 28-30%. I motori diesel turbati raggiungono circa il 35%. I campioni più moderni dei motori Stirling sviluppati da Mechanical Technology Inc negli Stati Uniti mostrano l'efficienza fino al 43%.

Dopo lo sviluppo di ceramiche resistenti al calore e altri materiali innovativi, sarà possibile aumentare ancora di più la temperatura del mezzo. L'efficienza può raggiungere anche il 60% in tali condizioni.

Ci sono diverse modifiche del motore della combustione esterna di Stirling.

Modifica "Alpha"

Tale motore è costituito da pistoni di potenza separati caldi e freddi situati nei loro cilindri. È caldo al cilindro con un pistone caldo, e il freddo si trova nello scambiatore di calore di raffreddamento.

Modifica "beta"

In questa forma di realizzazione, il cilindro in cui si trova il pistone, da una parte si riscalda, e l'altro è raffreddato. All'interno del cilindro sposta il dislocante e il pistone di potenza. Lo spostamento è progettato per cambiare il volume del gas di lavoro. Il rigeneratore esegue anche il ritorno della sostanza di lavoro raffreddata nella cavità riscaldata del motore.

Modifica "Gamma"

Tutte le semplici modifiche del design "Gamma" sono fatte di due cilindri. Il primo è completamente freddo. Rende il movimento del pistone di potenza. E il secondo è freddo solo da un lato, e dall'altro - riscaldato. Serve per spostare il meccanismo del dislocante. Il rigeneratore di circolazione del gas freddo in questa modifica può essere comune a entrambi i cilindri ed essere incluso nel design dello spostamento.

Vantaggi del motore della combustione esterna

Questo tipo di motore è senza pretese in termini di carburante, poiché la base del suo lavoro è la differenza di temperatura. Cosa ha causato questa differenza - non importa molta importanza. Il motore Stirling ha un design semplice e non ha bisogno di sistemi aggiuntivi e attrezzatura a cerniera (Starter, Gearbox). Alcune funzionalità del dispositivo motore sono una garanzia di una lunga durata: il motore può funzionare continuamente durante circa centomila ore. Un altro serio vantaggio del motore a combustione esterno è silenzioso. È dovuto al fatto che non vi è alcuna detonazione nei cilindri e non è necessario ritirare i gas di scarico. La modifica "beta" è particolarmente assegnata a questo parametro. Il suo design è dotato di un meccanismo a manovella a forma di diamante, che fornisce la mancanza di vibrazioni durante il funzionamento. E infine, cordialità ambientale. Nei cilindri del motore non ci sono processi che possono influenzare negativamente l'ambiente.

Quando si sceglie fonti di calore alternative (energia del sole), il motore Stirling si trasforma in una sorta di ecocompatibile aggregato energetico.

Svantaggi del motore di combustione esterna

La produzione di massa di tali motori è attualmente impossibile. Il problema principale è il materiale consonante del materiale. Il raffreddamento del fluido di lavoro del motore richiede l'installazione di radiatori con volumi di grandi dimensioni. Di conseguenza, la dimensione aumenta. L'uso di organismi di lavoro complessi come l'idrogeno o l'elio solleva il problema della sicurezza del motore. La conducibilità termica e la resistenza alla temperatura dovrebbero essere accese alto livello. Il calore al volume di lavoro arriva attraverso gli scambiatori di calore. Pertanto, parte del calore è persa sulla strada. Nella produzione di scambiatori di calore devono utilizzare metalli resistenti al calore. Allo stesso tempo, i metalli dovrebbero essere resistenti ad alta pressione. Tutti questi materiali sono costosi e vengono lavorati a lungo. I principi di modifica delle modalità di un motore di combustione esterno sono molto diversi dal tradizionale. Sviluppo di dispositivi di controllo speciali. La modifica della potenza è causata da un cambio di pressione nei cilindri e all'angolo di fase tra lo spostamento e il pistone di potenza. Puoi anche cambiare la capacità della cavità con il fluido di lavoro.

Esempi di motori a combustione esterni sui veicoli

Sono stati rilasciati modelli lavorabili di un tale motore, nonostante tutte le difficoltà della fabbricazione. All'età di 50 anni del 20 ° secolo, le aziende automobilistiche hanno avuto interesse per questa specie dell'aggregazione della forza. Per lo più implementando motori Stirling sulle auto, Ford era impegnata Azienda automobilistica. e Gruppo Volkswagen. La società svedese United Stirling ha sviluppato un tale motore in cui gli sviluppatori hanno provato più spesso a utilizzare unità e nodi seriali (albero motore, aste di collegamento). Four-cilindro è stato sviluppato V-Engine., avendo una pesatura specifica di 2,4 kg / kW. Un diesel compatto ha una massa simile. Il motore ha cercato di installare sui furgoni da semitle cargo.

Il campione di successo più distinto è stato il Philips 4-125DA, disponibile per l'installazione automobili. La capacità operativa del motore era 173 potenza del cavallos. Le dimensioni erano non allungate dal solito motore a benzina.

General Motors ha sviluppato un motore a combustione esterno a forma di V a otto cilindri con un meccanismo di collegamento a manovi seriale. Nel 1972, una versione limitata car Ford. Torino era dotato di un tale motore. Inoltre, il consumo di carburante è diminuito fino al 25% rispetto ai modelli precedenti. Oggi, diverse società straniere stanno cercando di migliorare il design di questo motore per adattarsi alla produzione di massa e all'installazione sulle autovetture.

Spinto fuori altre specie centrali elettricheTuttavia, il lavoro mirato a rifiutarsi di utilizzare questi aggregati suggerisce l'imminente cambiamento delle posizioni leader.

Dall'inizio del progresso tecnico, quando si utilizzano i motori che bruciano il carburante all'interno, non era solo ovvio per la loro superiorità. Motore a vaporeCome concorrente, contiene molti vantaggi: insieme ai parametri di trazione, silenziosi, onnivori, facilmente controllati e configurati. Ma leggerezza, affidabilità ed efficienza hanno permesso al motore a combustione interna di prendere il traghetto.

Oggi, il capo dell'angolo è questioni di ecologia, efficienza e sicurezza. Forza gli ingegneri a lanciare forze su unità seriali che operano a scapito delle fonti di carburante rinnovabili. Nel 16 ° anno del diciannovesimo secolo, Robert Stirling registrato il motore che opera da fonti esterne Calore. Gli ingegneri ritengono che questa unità sia in grado di cambiare il leader moderno. Il motore Stirling combina l'economia, l'affidabilità, funziona in silenzio, su qualsiasi combustibile, rende il prodotto da un giocatore nel mercato automobilistico.

Robert Stirling (1790-1878 anni):

Storia del motore Stirling.

Inizialmente, l'installazione è stata sviluppata per sostituire l'auto che opera a spese del vapore. Le caldaie dei meccanismi di vapore sono esplosi, con il superamento degli standard di pressione consentiti. Da questo punto di vista, Stirling è molto più sicuro, funziona utilizzando la differenza di temperatura.

Il principio di funzionamento del motore Stirling in alimentazione alternativa o selezione del calore in una sostanza viene eseguita. La sostanza stessa è conclusa nel volume di tipo chiuso. Il ruolo della sostanza di lavoro viene eseguita da gas o liquidi. Ci sono sostanze che eseguono il ruolo di due componenti, il gas viene trasformato in un liquido e viceversa. Il motore Stirling liquido ha: piccole dimensioni, potenti, produce una grande pressione.

Ridurre e aumentando il volume di gas durante il raffreddamento o riscaldato, rispettivamente, è confermato dalla legge della termodinamica, in base al quale tutti i componenti: il grado di riscaldamento, il valore dello spazio occupato dalla sostanza, la forza che agisce per unità è associato e descritto dalla formula:

P * v \u003d n * r * t

• P è il potere del gas nel motore per unità dell'unità;
• V è un valore quantitativo occupato da gas nello spazio motore;
• n - quantità molare di gas nel motore;
• R - gas permanente;
• T - Il grado di riscaldamento del gas nel motore a,

Modello di motori Stirling:

A causa dell'impetentezza degli impianti, i motori sono divisi: combustibile solido, combustibile liquido, energia solare, reazione chimica e altri tipi di riscaldamento.

Ciclo

Il motore a combustione esterno di Stirling utilizza lo stesso set di fenomeni. L'effetto del verificarsi nel meccanismo è alto. A causa di ciò, è possibile costruire un motore con buone caratteristiche entro le dimensioni normali.

È necessario tenere conto che nella progettazione del meccanismo, il riscaldatore, il frigorifero e il rigeneratore, il dispositivo, la rimozione del calore dalla sostanza e il rendimento del calore, al momento giusto sono forniti.

Il ciclo ideale di Stirling, (diagramma "volume-temperatura"):

Fenomeni circolari ideali:

• 1-2 cambio di dimensioni lineari di una sostanza con una temperatura costante;
• 2-3 rimozione del calore dalla sostanza allo scambiatore di calore, lo spazio occupato dalla sostanza costantemente;
• 3-4 taglio forzato dello spazio occupato dalla sostanza, la temperatura è costante, il calore viene dato al dispositivo di raffreddamento;
• 4-1 Aumento forzato della temperatura della sostanza occupata dallo spazio costantemente, il calore viene sommato dallo scambiatore di calore.

Il ciclo ideale di Stirling, (diagramma "volume-volume"):

Dal calcolo (mol) della sostanza:

Calore preferito:

Il raffreddamento del raffreddamento è caldo:

Lo scambiatore di calore ottiene il calore (processo 2-3), lo scambiatore di calore dà il calore (processo 4-1):

R è un gas permanente universale;

CV - Abilità gaza perfetta Tieni il calore con le dimensioni non scambiate dello spazio occupato.

A causa dell'uso del rigeneratore, parte del calore rimane, come l'energia del meccanismo che non varia per il passaggio di fenomeni circolari. Il frigorifero ottiene meno calore, quindi, lo scambiatore di calore risparmia il riscaldamento del calore. Ciò aumenta l'efficienza di installazione.

Fenomeni circolari KPD:

ɳ =

È degno di nota che senza scambiatore di calore, il set di processi Stirling è fattibile, ma la sua efficacia sarà significativamente inferiore. Il passaggio della totalità dei processi è all'indietro porta alla descrizione del meccanismo di raffreddamento. In questo caso, la presenza di un rigeneratore, un prerequisito, poiché durante il passaggio (3-2-2), è impossibile riscaldare la sostanza dal dispositivo di raffreddamento, la cui temperatura è significativamente inferiore. È anche impossibile dare calore al riscaldatore (1-4), la cui temperatura è superiore.

Principio del funzionamento del motore

Per capire come funziona il motore Stirling, comprendiamo nel dispositivo e la frequenza dei fenomeni aggregati. Il meccanismo converte il calore ottenuto dal riscaldatore, che è al di fuori del prodotto in vigore della forza sul corpo. L'intero processo avviene a causa della differenza di temperatura, nella sostanza di lavoro situata nel circuito chiuso.

Il principio del funzionamento del meccanismo si basa sull'espansione per calore. Migliore direttamente, la sostanza nel circuito chiuso si riscalda. Di conseguenza, prima del raffreddato, la sostanza viene raffreddata. Il cilindro (1) è avvolto da una giacca d'acqua (3), il calore viene servito per il fondo. Il pistone, facendo un lavoro (4) posto nella manica ed è sigillato con anelli. Tra il pistone e il fondo c'è un meccanismo di spostamento (2), avendo strati significativi e muoversi fluentemente. La sostanza nel loop chiuso si sposta attraverso il volume della fotocamera dovuta allo spostamento. Il movimento della sostanza è limitato a due direzioni: fondo del pistone, fondo del cilindro. Il movimento dello spostamento fornisce un'asta (5), che passa attraverso il pistone e le funzioni a causa dell'eccentrico con un ritardo di 90 ° rispetto all'unità del pistone.

• Posizione "A":

Il pistone si trova nella posizione estrema inferiore, la sostanza viene raffreddata a causa delle pareti.

• Posizione "B":

Lo spostamento occupa la posizione superiore, spostando, passa la sostanza attraverso le slot finali verso il basso, si raffredda. Il pistone si trova immobile.

• Posizione "c":

La sostanza ottiene il calore, sotto l'azione del calore aumenta del volume e aumenta l'estensore con il pistone. Il lavoro viene eseguito, dopo di che lo spostamento cade sul fondo, spingendo la sostanza e il raffreddamento.

• Posizione "D":

Il pistone abbassa, comprime la sostanza raffreddata, lavoro utile. Il volano serve nel design della batteria dell'energia.

Il modello considerato senza rigeneratore, quindi l'efficienza del meccanismo non è grande. Il calore delle sostanze dopo l'operazione viene scaricato nel liquido di raffreddamento, usando le pareti. La temperatura non ha il tempo di rifiutare il valore desiderato, quindi il tempo di raffreddamento è esteso, la velocità del motore è piccola.

Tipi di motori

Costruitivamente, ci sono diverse opzioni utilizzando il principio di Stirling, sono considerati i tipi principali:

Il design applica due diversi pistoni collocati in vari contorni. Il primo circuito viene utilizzato per il riscaldamento, il secondo circuito viene utilizzato per il raffreddamento. Di conseguenza, ogni pistone possiede il suo rigeneratore (caldo e freddo). Il dispositivo ha un buon rapporto di potenza al volume. Lo svantaggio è che la temperatura del rigeneratore hot crea difficoltà strutturali.

• Motore "β - Stirling":

Il design utilizza un circuito chiuso, con diverse temperature alle estremità (freddo, caldo). La cavità è il pistone con lo spostamento. Lo spostamento divide lo spazio sulla zona fredda e calda. Lo scambio di freddo e calore si verifica pompando la sostanza attraverso lo scambiatore di calore. Strutturalmente, lo scambiatore di calore viene eseguito in due versioni: esterno, combinato con lo spostamento.

• Motore "γ - Stirling":

Il meccanismo del pistone prevede l'uso di due circuiti chiusi: freddo e con lo spostamento. Il potere viene rimosso da un pistone freddo. Il pistone con lo spostamento su un lato è caldo, dall'altra parte è freddo. Lo scambiatore di calore si trova sia all'interno che all'esterno del design.

Alcune centrali elettriche non sono simili ai principali tipi di motori:

• Motore rotante Stirling.

Invenzione costruttiva con due rotori sull'albero. La parte esegue movimenti rotazionali nello spazio chiuso della forma cilindrica. L'approccio sinergico all'attuazione del ciclo è posato. L'alloggiamento contiene slot radiali. Nella rientranza inserita lame con un certo profilo. I piatti sono sul rotore e possono muoversi lungo l'asse quando il meccanismo viene ruotato. Tutti gli articoli creano cambiamenti dei volumi con fenomeni eseguiti in loro. I volumi di vari rotori sono associati ai canali. La posizione dei canali ha uno spostamento di 90 ° l'uno con l'altro. Il turno del rotore relativo l'uno con l'altro è di 180 °.

• Motore termoacustico.

Il motore utilizza risonanza acustica per i processi. Il principio si basa su spostamento di una sostanza tra cavità calda e fredda. Lo schema riduce il numero di parti mobili, la complessità nella rimozione della potenza risultante e mantenere la risonanza. Il design si riferisce al motore gratuito.

Motore Stirling con le sue stesse mani

Oggi, abbastanza spesso nel negozio online che puoi incontrare prodotti souvenir.fatto sotto forma del motore in esame. Costruttivi e tecnologicamente, i meccanismi sono abbastanza semplici, se lo si desidera, il motore Stirling è facile da costruire con le proprie mani dai rimedi. Su Internet è possibile trovare una grande quantità di materiali: video, disegni, calcoli e altre informazioni su questo argomento.

Motore Stirling a basso contenuto:

• Considera l'opzione più semplice del motore a onde, eseguire la banca inscatolata, la schiuma di poliuretano morbido, il disco, i bulloni e le clip di cancelleria. Tutti questi materiali sono facili da trovare a casa, rimangono le seguenti azioni:
• Prendere una schiuma in poliuretano morbido, tagliare due millimetri con un diametro più piccolo dal diametro interno del cerchio di conservazione. L'altezza della schiuma è due millimetri più della metà dell'altezza del barattolo. Foolon gioca il ruolo del calibro nel motore;
• Prendi il coperchio della banca, nel mezzo fai il buco, il diametro è due millimetri. Squash alla barra vuota del foro, che eseguirà il ruolo della guida della barra dei motori;
• Prendi il cerchio tagliato fuori dalla schiuma, inserire nel mezzo del cerchio della vite e corsa su entrambi i lati. Alla lavatrice, saldare la clip pre-raddrizzata;
• In due centimetri dal centro, trapano fori, un diametro di tre millimetri, i fili della vetrina attraverso il foro centrale della copertura, saldare il coperchio alla banca;
• Crea un piccolo cilindro da un stagno, un diametro di un centimetro una e mezzo, saldendolo al coperchio delle lattine in modo tale che l'apertura laterale della copertura si è rivelata chiaramente al centro all'interno del cilindro del motore;
• Rendere l'albero motore del motore dalla clip. Il calcolo viene eseguito in modo tale che la variazione del ginocchio fosse 90 °;
• Fai la pila sotto l'albero motore del motore. Dal film in polietilene, fare una membrana elastica, inserita il film sul cilindro, venderlo, blocco;

• Fare in modo indipendente l'asta di collegamento del motore, un'estremità del prodotto raddrizzata sarà sotto forma di una tazza, inserire la seconda estremità nella fetta della gomma. La lunghezza è adattata in modo tale che all'estremo punto inferiore L'albero di Mucker è stato disegnato, al punto più estremo, la membrana viene estratta il più possibile. Impostare l'altra barra di collegamento per lo stesso principio;
• Guida della punta della punta di gomma. Shutun senza una punta di gomma si fissa sullo spostamento;
• Mettere il meccanismo della manovella del volano del motore dal disco. In banca, fare le gambe per mantenere il prodotto nelle tue mani. L'altezza delle gambe ti consente di posizionare una candela sotto la lattina.

Dopo che sei riuscito a rendere il motore Stirling a casa, il motore è iniziato. Per fare questo, una candela illuminata è posta sotto il barattolo, e dopo che la banca si è riscaldata, dare una spinta al volano.

L'opzione di installazione considerata può essere raccolta rapidamente a casa come indennità visiva. Se l'obiettivo e il desiderio di rendere il motore Stirling il più vicino possibile agli analoghi di fabbrica, ci sono disegni di tutte le parti nell'accesso gratuito. L'esecuzione passo-passo di ciascun nodo creerà un layout di lavoro di qualcosa di non peggiore delle versioni commerciali.

Benefici

Per il motore Stirling, tali vantaggi sono caratteristici:

• Per funzionare il motore, è necessaria una differenza di temperatura, quale carburante provoca il riscaldamento non è importante;
• Non è necessario utilizzare Allegati e accessori, il design del motore è semplice e affidabile;
• La risorsa del motore, a causa delle caratteristiche di progettazione, è 100.000 ore di funzionamento;
• L'operazione del motore non crea cavalli stranieriperché non c'è detonazione;
• Il processo di funzionamento del motore non è accompagnato da emissioni di sostanze spese;
• L'operazione del motore è accompagnata da vibrazioni minime;
• I processi nei cilindri di installazione sono rispettosi dell'ambiente. L'uso della sorgente di calore corretta consente di rendere il motore "pulito".

Svantaggi

Gli svantaggi del motore Stirling appartengono:

• È difficile stabilire la produzione di massa, poiché un motore strutturalmente richiede l'uso di un gran numero di materiali;
• Elevata dimensioni e grandi dimensioni del motore, perché per un raffreddamento efficiente è necessario utilizzare un grande radiatore;
• Per aumentare l'efficienza, il motore è forzato, applicando sostanze complesse (idrogeno, elio) come fluido di lavoro, che rende il funzionamento dell'unità pericolosa;
• La resistenza ad alta temperatura delle leghe di acciaio e la loro conduttività termica complica il processo di produzione del motore. Significative perdite di calore nello scambiatore di calore riducono l'efficienza dell'unità e l'uso di materiali specifici rendono la fabbricazione del motore costoso;
• Per regolare e passare il motore del motore dalla modalità in modalità, è necessario applicare dispositivi di controllo speciali.

Usando

Il motore Stirling ha trovato la sua nicchia e applicata attivamente dove le dimensioni e gli onnivori sono un criterio importante:

• Generatore elettrico di stirling del motore.

Il meccanismo di trasformazione del calore in energia elettrica. Vengono spesso trovati prodotti utilizzati come generatori turistici portatili, installazioni per l'uso dell'energia solare.

• Motore, come una pompa (elettricista).

Il motore viene utilizzato per installare nel contorno sistemi di riscaldamento, risparmiare energia elettrica.

• Motore come una pompa (riscaldatore).

In paesi con un clima caldo, il motore è utilizzato come un riscaldatore di premesse.

Motore Stirling su un sottomarino:

• Motore come una pompa (dispositivo di raffreddamento).

Quasi tutti i frigoriferi nella loro progettazione utilizzano pompe di calore, installando il motore Stirling, salva risorse.

• Motore, come una pompa che crea gradi ultra-bassi di riscaldamento.

Il dispositivo è usato come frigorifero. Per questo, il processo viene lanciato nella direzione opposta. Gli aggregati a gas liquefit, elementi di misura raffreddati in meccanismi accurati.

• Motore per la tecnologia subacquea.

Le navi estive della Svezia e del Giappone lavorano attraverso il motore.

Motore Stirling come installazione solare:

• Motore come batteria energetica.

Combustibile in tali aggregati, sale si scioglie, il motore viene utilizzato come fonte di energia. Il motore nelle riserve di energia è dovuto agli elementi chimici.

• Motore solare.

Trasformare l'energia del sole in elettricità. Sostanza in questo caso, idrogeno o elio. Il motore è posto nel focus della concentrazione massima dell'energia del sole, creata utilizzando un'antenna parabolica.

Il principale principio di funzionamento del motore Stirling è costantemente alternato di riscaldamento e raffreddamento del fluido di lavoro in un cilindro chiuso. Di solito, l'aria agisce come fluido di lavoro, ma anche l'idrogeno ed elio vengono utilizzati.

Il ciclo del motore Stirling è costituito da quattro fasi e divise da due fasi di transizione: riscaldamento, espansione, transizione verso fonte di freddo, raffreddamento, compressione e transizione alla fonte di calore. Pertanto, quando si sposta da una fonte calda a una fonte fredda, c'è un'espansione e una compressione del gas nel cilindro. Questo cambia la pressione, a causa del quale è possibile ottenere lavoro utile. Dal momento che le spiegazioni teoriche dell'ala di scienziati dei mariti, ascoltano i loro tempi noiosi, quindi rivolgiamo a una dimostrazione visiva del motore di sterline.

Come fa il motore Stirling
1. La fonte principale del calore riscalda il gas nella parte inferiore del cilindro di scambio termico. La pressione generata spinge il pistone funzionante in alto.
2. La macchina spinge il pistone casual verso il basso, spostando così l'aria riscaldata dal basso verso la camera di raffreddamento.
3. Segue il raffreddamento e la compressione, il pistone funzionante si abbassa.
4. L'ampio pistone si alza, spostando così l'aria raffreddata nella parte inferiore. E il ciclo è ripetuto.

Nella macchina da stirling, il movimento del pistone funzionante viene spostato di 90 gradi rispetto al movimento del pistone-dislocatore. A seconda del segno di questo turno, la macchina può essere un motore o una pompa di calore. Quando si spostano 0 gradi, la macchina non produce alcun lavoro (eccetto per le perdite di attrito) e non lo produce.

Un'altra invenzione di Stirling, che ha aumentato l'efficienza del motore, è diventata un rigeneratore, che è una camera piena di filo, granuli, foglio ondulato per migliorare il trasferimento di calore del gas sottoposto (nella figura, il rigeneratore è sostituito dalle costole del raffreddamento termosifone).

Nel 1843, James Stirling ha usato questo motore in fabbrica, dove ha lavorato come ingegnere in quel momento. Nel 1938, Philips investiva in un motore Stirling con una capacità di oltre duecento cavalli e restituisce più del 30%.

I vantaggi del motore Stirling:

1. onnivoro. Puoi usare qualsiasi combustibile, la cosa principale è creare una differenza di temperatura.
2. Basso rumore. Dal momento che il lavoro è costruito sulla caduta di pressione fluido di lavoroE non su Arson della miscela, quindi il rumore rispetto al motore a combustione interno è significativamente inferiore.
3. Design facile, da cui l'alto margine di sicurezza.

Tuttavia, tutti questi vantaggi nella maggior parte dei casi sono attraversati da due grandi svantaggi:

1. Dimensioni grandi. Il fluido di lavoro deve essere raffreddato, e questo porta ad un aumento significativo di massa e dimensioni a causa di maggiori radiatori.
2. Bassa efficienza. Il calore non viene fornito direttamente al fluido funzionante, ma solo attraverso le pareti degli scambiatori di calore, rispettivamente, la perdita dell'efficienza della CPD.

Con lo sviluppo del motore a combustione interna, il motore Stirling lasciato ... no non in passato, ma nell'ombra. È gestito con successo come centrali elettriche ausiliarie su sottomarini, in pompe termiche su centrali elettriche termiche, poiché i trasduttori di energia solare e geotermica in materiali elettrici, i progetti spaziali sono associati alla creazione di centrali elettrici che operano sul carburante radioisotopo (decadimento radioattivo avviene con il rilascio della temperatura , Chi non lo sapeva). Chissà, forse un giorno il motore Stirling sta aspettando un grande futuro!