Principiul combustiei externe a motorului. Motorul de combustie internă - Crearea istoricului. Stirling Modificări "beta"

În motoare combustie externă Procesul de ardere a combustibilului și sursa expunerii termice este separat de unitatea de lucru. Această categorie include, de obicei, turbine cu aburi și gaze, precum și motoarele de agitare. Primele prototipuri ale unor astfel de instalații au fost concepute pentru mai mult de două secole în urmă și folosite pe parcursul secolului al XIX-lea.

Atunci când au fost necesare instalații de energie puternice și economice pentru industria în curs de dezvoltare rapidă, designerii au venit cu înlocuirea cu motoare cu aburi explozive, unde corpul de lucru a fost sub presiune ridicată de abur. Deci, au existat motoare cu combustie externă care au fost distribuite la începutul secolului al XIX-lea. Doar în câteva decenii motoarele au venit să se schimbe combustie interna. Ele costă semnificativ mai ieftine ca pe scară largă.

Dar astăzi designerii se uită din ce în ce mai mult la motoarele cu combustie externă eliberate de utilizarea pe scară largă. Acest lucru este explicat prin avantajele lor. Principalul avantaj este că astfel de instalații nu au nevoie de combustibil bine curățat și scump.

Motoarele cu combustie externă sunt nepretențioase, deși până în prezent costurile lor de construcție și de întreținere sunt destul de scumpe.

Motorul lui Stirling

Unul dintre cei mai renumiți reprezentanți ai familiei motoarelor cu combustie externă este o mașină de agitare. Ea a fost inventată în 1816, a fost îmbunătățită în mod repetat, dar după aceea a fost uitată de mult timp. Acum motorul Stirling a primit a doua naștere. Este utilizat cu succes chiar și atunci când explorați spațiul cosmic.

Lucrarea mașinii Stirling se bazează pe un ciclu termodinamic închis. Procesele de compresie și expansiune periodice merg aici la temperaturi diferite. Controlul fluxului de lucru are loc prin schimbarea volumului său.

Motorul Stirling poate funcționa ca pompă de căldură, generator de presiune, dispozitive de răcire.

În acest motor la o temperatură scăzută există o comprimare a gazului și cu extinderea ridicată. Schimbarea periodică a parametrilor are loc datorită utilizării unui piston special având o funcție a deplaserii. Căldura la fluidul de lucru în același timp este furnizată cu in afara, prin peretele cilindrului. Această caracteristică dă dreptul

În ciuda performanței lor ridicate motor modern Combustia internă începe să obstrucționeze. A lui. P. D. a atins, poate, limita lui. Zgomotul, vibrația, gazele de aer și alte dezavantaje inerente inerente a face oamenii de știință să caute noi decizii, să revizuiască posibilitățile de multă ciclică "uitate". Unul dintre motoarele "reînviat" se agită.

În 1816, preotul scoțian și omul de știință Robert Stirling au brevetat motorul în care combustibilul și aerul care intră în zona de combustie, nu se încadrează niciodată în interiorul cilindrului. Ei ard, doar încălzi gazul de lucru situat în ea. Acest lucru a dat motive să numească invenția de agitare de către un motor cu combustie externă.

Robert Stirling a construit mai multe motoare; Ultimul a avut o capacitate de 45 de litri. din. Și a lucrat la mine în Anglia timp de mai mult de trei ani (până în 1847). Aceste motoare au fost foarte grele, au ocupat o mulțime de vehicule cu abur seamănă în exterior.

Pentru navigație, motoarele cu combustie externă au fost aplicate pentru prima dată în 1851 de Swede John Erickson. Vasul Erickson construit de ei a traversat în siguranță Oceanul Atlantic din America în Anglia cu o centrală electrică formată din patru motoare cu combustie externă. În epoca mașinilor de aburi a fost o senzație. dar power Point Erickson a dezvoltat doar 300 de litri. cu., nu 1000, așa cum era de așteptat. Motoarele au avut dimensiuni uriașe (diametrul cilindrului de 4,2 m, cursa pistonului 1,8 m). Consumul de cărbune sa dovedit a fi nu mai puțin decât în \u200b\u200bmașinile cu aburi. Când nava a venit în Anglia, sa dovedit că motoarele nu sunt potrivite pentru o funcționare ulterioară, deoarece au luptat cu fundul cilindrilor. Pentru a reveni la America, a trebuit să înlocuiesc motoarele cu un motor cu abur obișnuit. Pe drumul spre spate, nava a căzut într-un accident și sa scufundat cu tot echipajul.

Motoarele cu combustie externă redusă la sfârșitul secolului trecut au fost folosite în case pentru pomparea apei, în casele de tipărire, la întreprinderile industriale, inclusiv la Planta Nobel Sf. Petersburg (acum "Diesel rusesc"), au fost instalate în mici instanțele judecătorești. Stirul a fost produs în multe țări, inclusiv în Rusia, unde au fost numiți "căldură și rezistență". Ei le-au apreciat pentru masca și siguranța lucrării decât au diferit de vehiculele cu aburi.

Odată cu dezvoltarea motoarelor cu combustie internă pentru starlings uitate. În dicționarul enciclopedic, Brockaua și Efron, următorul este scris despre ei: "Siguranța de la explozii este principala parte favorabilă a mașinilor calorice, datorită căruia pot intra în uz dacă găsesc materiale noi mai bine pentru a construi și a le lubrifia. "

Cu toate acestea, cazul nu numai în absența materialelor relevante. Mai erau încă necunoscute, principiile moderne ale termodinamicii, în special echivalența căldurii și a muncii, fără de care era imposibil să se determine cele mai mari raporturi ale elementelor principale ale motorului. Schimbătoare de căldură realizate cu o suprafață mică, din cauza căreia motoarele au lucrat cu progenial temperaturi mari Și a eșuat rapid.

Încercările de a îmbunătăți agitarea au fost luate după cel de-al doilea război mondial. Cele mai esențiale dintre ele au fost că gazul de lucru a început să fie aplicat comprimat la 100 atm și nu utilizează aer, dar hidrogen având un coeficient de conductivitate termică mai mare, vâscozitate scăzută și, în plus, nu lubrifianți oxidanți.

Dispozitivul unui motor cu combustie externă în ea video modern. schematic prezentat în fig. 1. În închis pe o parte, cilindrul este două pistoane. Piston în scopuri superioare pentru a accelera procesul de încălzire periodică și răcirea gazului de operare. Este un cilindru din oțel inoxidabil închis, o căldură slab conductivă și se mișcă sub acțiunea unei tije asociate cu un mecanism de conectare la manivela.

Pistonul inferior este un lucrător (în figura este prezentat în secțiune transversală). Transmite efortul către mecanismul de conectare a craniului prin tija goală, în interiorul căruia trece tija oscilatorului. Pistonul de lucru este echipat cu inele de etanșare.

Sub pistonul de lucru există un container tampon, formând o pernă care îndeplinește funcția Flywheel - netezirea neregulii cuplului datorită selecției energiei energiei în timpul accidentului de lucru și returnându-l la arborele motorului în timpul compresiei accident vascular cerebral. Pentru a izola volumul cilindrului din spațiul înconjurător, servește un tip de "stocare înfășurare". Acestea sunt tuburi de cauciuc atașate de un capăt la tijă, iar cealaltă la carcasă.

Partea superioară a cilindrului intră în contact cu încălzitorul, iar partea de jos - cu frigiderul. În consecință, se distinge prin volumele "cald" și "reci" care sunt raportate în mod liber prin intermediul unei conducte în care se află regeneratorul (schimbător de căldură). Regeneratorul este umplut cu o șlefuire cu un sârmă cu diametru mic (0,2 mm) și are o capacitate mare de căldură (de exemplu, la. P. D. FILIPE Regeneratoarele depășesc 95%).

Fluxul de lucru al motorului Stirling poate fi efectuat fără deplasare, pe baza utilizării distribuitorului de bobină de încărcare de funcționare.

În partea inferioară a motorului există un mecanism de legătură cu manivela, care servește la transformarea mișcării cu piston a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui. O caracteristică a acestui mecanism este prezența a două arbori cotițiconectate prin două unelte cu dinți spiralați unul spre celălalt. Tija oscilatorului este asociată cu arborii cotiți prin rotația inferioară și prin tije de legătură tractate. Tija de piston de lucru se conectează la arborii cotiți prin tijele de legătură de sus și prin tije de legătură tractate. Sistemul de tije de legătură identice formează un romb deformabil mobil, de unde și numele acestei transmisii este rombic. Transmisia de rombică oferă schimbarea necesară de fază atunci când pistonul se mișcă. Este complet echilibrat, nu apar eforturi laterale asupra tijelor de pistoane.

În spațiu, limitat, pistonul de lucru, este un gaz de lucru - hidrogen sau heliu. Volumul total de gaz din cilindru nu depinde de poziția deplasorului. Modificările volumului asociate cu comprimarea și extinderea gazului de lucru apar datorită mișcării pistonului de lucru.

Când motorul funcționează, partea superioară a cilindrului este încălzită în mod constant, de exemplu, din camera de combustie, în care se injectează combustibilul lichid. Partea inferioară a cilindrului este răcită în mod constant, de exemplu, cu apă rece, pompată printr-o cămașă de apă care înconjoară cilindrul. Un ciclu închis de agitare constă din patru ceasuri prezentate în fig. 2.

Tact I - răcire. Pistonul de lucru este în poziția inferioară extremă, deplasatorul se deplasează. În același timp, gazul de lucru curge din volumul "fierbinte" peste deplasator în volumul "rece" sub el. Trecerea de-a lungul căii prin regenerator, gazul de lucru îi dă o parte din căldură și apoi se răcește în volumul "rece".

Tact II - Compresie. Displaierul rămâne în poziția superioară, pistonul de lucru se deplasează, stoarcerea gazului de lucru la temperaturi scăzute.

Tact III - Încălzire. Pistonul de lucru este în poziția superioară, deplasatorul se mișcă în jos. În același timp, un gaz de lucru rece se aprinde de sub deplasare la spațiul eliberat de deasupra lui. Pe drum, gazul de lucru trece prin regenerator, unde este preîncălzit, se încadrează în cavitatea "fierbinte" a cilindrului și se încălzește chiar mai puternică.

Tact IV - extensie (de lucru). Încălzire, gazul de lucru se extinde, în timp ce mutați deplasatorul și cu el un piston de lucru în jos. Efectuat lucrare utilă.

Stirul are un cilindru închis. În fig. 3, este afișată o diagramă a ciclului teoretic (diagrama v-p). Conform axei Abscisa, volumul cilindrului este amânat, de-a lungul axei presiunii ordonate în cilindru. Primul tact este izotermic I-II, al doilea are loc la un volum constant de II-III, al treilea izotermic III-IV, al patrulea - cu o cantitate constantă de IV-I. Deoarece presiunea în timpul expansiunii gazului fierbinte (III-IV) este mai mare decât presiunea în timpul comprimării gazului rece (I-II), atunci lucrarea de expansiune este mai multă muncă de compresie. Funcționarea utilă a ciclului poate fi portretizată grafic sub forma unui cvadran quadrangle de curvilinan I-III-IV.

În procesul real, pistonul și deplasatorul se mișcă continuu, deoarece acestea sunt asociate cu un mecanism de legătură cu manivela, astfel încât diagrama ciclului valid este rotunjită (figura 3, b).

Teoretic la. P. D. Motorul Stirling este de 70%. Studiile au arătat că, în practică, este posibil să se obțină un k. P. D., egal cu 50%. Acest lucru este semnificativ mai mare decât cele mai bune turbine cu gaz (28%), motoare cu benzină (30%) și motoare diesel (40%).

Stirul poate lucra pe benzină, kerosen, motorină, gaze și chiar combustibil solid. În comparație cu alte motoare, are un curs mai moale și aproape silențios. Se explică prin acest raport de compresie scăzută (1,3 ÷ 1,5), în plus, presiunea din cilindru crește fără probleme și nu o explozie. Produsele de combustie sunt, de asemenea, disponibile fără zgomot, deoarece arderea are loc în mod constant. Acestea sunt relativ puține componente toxice în ele, deoarece arderea combustibilului are loc continuu și cu un exces constant de oxigen (α \u003d 1,3).

Stirul cu transmisie rombică este complet echilibrat, vibrațiile nu apar în ea. Această calitate, în special, a fost luată în considerare de inginerii americani care au stabilit un singur cilindru să se amestece pe un satelit artificial al Pământului, unde chiar și vibrațiile mici și impasibile pot duce la pierderea orientării.

Una dintre problemele problematice rămâne răcirea. În agitare cu gaze de eșapament, se administrează numai 9% din căldura obținută din combustibil, deci, de exemplu, atunci când îl instalați, ar trebui să facă un radiator de aproximativ 2,5 ori mai mult decât atunci când este utilizat motor pe benzina Aceeași putere. Sarcina este rezolvată mai ușoară pe instalațiile de nave, unde răcirea eficientă este asigurată de o cantitate nelimitată de apă complicată.

În fig. 4 prezintă o secțiune a unui motor cu două cilindri Philips cu o capacitate de 115 litri. din. Cu 3000 rpm cu o poziție orizontală a cilindrilor. Volumul total de lucru al fiecărui cilindru este de 263 cm3. Pistoanele aflate situate în mod opus sunt conectate la două traverse, care au permis să echilibreze pe deplin forțele de gaz și să facă fără volume tampon. Încălzitorul este făcut din tuburi care înconjoară camera de combustie pentru care gazele de lucru trece. Răcitorul servește un frigider tubular prin care pompele de apă rănite. Motorul are două arbori cotiți conectați la arborele de vânătoare prin intermediul uneltelor de vierme. Înălțimea motorului este de numai 500 mm, care îi permite să fie instalată sub pardoseală și, astfel, reduce dimensiunile compartimentului mașinii.

Puterea de agitare este reglată în principal prin schimbarea presiunii gazului de lucru. În același timp, pentru a menține temperatura constantă a încălzitorului, iar alimentarea cu combustibil este de asemenea reglabilă. Aproape orice surse de căldură sunt potrivite pentru motorul de combustie externă. Este important ca acesta să poată transforma energia la temperatură scăzută în funcționarea utilă, care nu sunt capabili de motoare cu combustie internă. Din curbă din fig. 5 Se poate observa că la o temperatură a încălzitorului de numai 350 ° C. C. P. Stirling este chiar egal cu ≈ 20%.

Stirul este economic - consumul specific de combustibil este de numai 150 g / l. din. ora. În instalația de energie a "bateriei de agitare a motorului", care este utilizată pe sateliții americani de pământ, o baterie termică este un litiu hidraulic, care absoarbe căldura în timpul perioadei de "iluminare" și îi dă agitarea atunci când satelitul se află pe partea de umbră al Pamantului. Pe satelit, motorul servește pentru a conduce un generator de 3 kW cu o capacitate de 2400 rpm.

A creat un scuter experimentat cu bateria Stirling și Heat. Utilizarea bateriei de căldură și a bateriei de agitare pe submarin îi permite să meargă într-o poziție scufundată de mai multe ori mai lungă.

Literatură

• 1. Smirnov G.V. Motoarele cu combustie externă. "Cunoaștere", M., 1967.
• 2. Dr. Ir. R. I. Meijer. Der Philips - Stirlingmotor, MTZ, N 7, 1968.
• 3. Curtis Anthony. Aer cald și vântul de schimbare. Motorul Stirling și renașterea acesteia. Motor (Engl.), 1969, (135), N 3488.

Motorul Stirling, principiul funcționării căruia este calitativ diferit de de obicei pentru toată Federația Rusă, odată a ajuns la ultima competiție demnă. Cu toate acestea, de ceva timp au uitat de el. Deoarece acest motor este folosit astăzi, care este principiul acțiunii sale (în articol puteți găsi desenele motorului Stirling, demonstrând în mod clar munca sa) și care sunt perspectivele de utilizare în viitor, citiți mai jos.

Istorie

În 1816, în Scoția, Robert Stirling a fost brevetat astăzi în onoarea inventatorului său. Primele motoare cu aer cald au fost inventate înaintea lui. Dar Stirul a adăugat un aparat de curățat în dispozitiv, care în literatura tehnică se numește regenerator sau un schimbător de căldură. Datorită acestuia, performanța motorului a crescut atunci când țineți unitatea în căldură.

Motorul a recunoscut cea mai robustă mașină de aburi din acel moment, deoarece nu a explodat niciodată. Înainte de el, pe alte motoare, o astfel de problemă a avut loc adesea. În ciuda succesului rapid, la începutul secolului al XX-lea a fost abandonat de la dezvoltarea sa, deoarece a devenit mai puțin economic, comparativ cu celelalte motoare cu combustie internă care au apărut apoi de alte motoare. Cu toate acestea, Stirul a continuat să fie utilizat în unele industrii.

Combustia externă a motorului

Principiul de funcționare a tuturor motoarelor termice este că sunt necesare eforturi mecanice mari pentru a obține gaz într-o stare extinsă decât atunci când sunt comprimate. Pentru o demonstrație vizuală a acestui lucru, puteți petrece experiență cu două cratițe umplute cu apă rece și fierbinte, precum și o sticlă. Acesta din urmă este coborât în \u200b\u200bapă rece, conectați prin priză, apoi transferați la Hot. În acest caz, gazul din sticlă va începe să funcționeze munca mecanica și împinge un dop. Primul motor cu combustie externă sa bazat complet pe acest proces. Adevărat, mai târziu inventatorul a înțeles că o parte a căldurii poate fi utilizată pentru încălzire. Astfel, performanța a crescut semnificativ. Dar chiar și acest lucru nu a ajutat motorul să devină comun.

Mai târziu, Erickson, inginer din Suedia, a îmbunătățit designul, oferind răcirea și încălzi gazul la o presiune constantă în loc de volum. Ca rezultat, multe exemplare au început să fie folosite pentru a lucra în mine, pe nave și în casele de tipărire. Dar pentru echipajele erau prea grele.

Motoarele de combustie externe Philips

Astfel de motoare sunt următoarele tipuri:

• aburi;
• turbină parroidă;
• Stirling.

Ultima viziune nu sa dezvoltat din cauza fiabilității ușoare și a altor rate cele mai mari comparativ cu celelalte tipuri de agregate apărute. Cu toate acestea, în 1938, Philips a reluat munca. Motoarele au început să servească pentru acționarea generatoarelor din zonele inecutive. În 1945, inginerii companiei le-au găsit utilizarea inversă: dacă arborele este dezinstalat de un motor electric, atunci răcirea capului cilindrului ajunge la minus o sută nouăzeci de grade Celsius. Apoi sa decis aplicarea unui motor îmbunătățit de agitare în instalațiile de refrigerare.

Principiul de funcționare

Acțiunea motorului se află în ciclurile termodinamice, în care comprimarea și expansiunea are loc la temperaturi diferite. În același timp, reglementarea fluxului de lichid de lucru este implementată datorită volumului variat (sau presiunii - în funcție de model). Acesta este principiul activității majorității masini similarecare pot avea diferite funcții și scheme constructive. Motoarele pot fi piston sau rotative. Mașinile cu instalațiile lor funcționează ca pompe de căldură, frigidere, generatoare de presiune și așa mai departe.

În plus, există motoare cu un ciclu deschis, unde controlul fluxului este implementat de supapă. Ei sunt numiți motoare Erikson, cu excepția numelui general al numelui Schirling. În ICC, lucrările utile se efectuează după pre-comprimarea aerului, injecției de combustibil, încălzirea amestecului amestecului la combustie și expansiune.

Motorul Stirling Principiul de funcționare este același: la temperaturi scăzute, apare comprimarea și cu o expansiune ridicată. Dar în diferite moduri se efectuează încălzirea: căldura este furnizată prin peretele cilindrului din exterior. Prin urmare, el a primit numele motorului de combustie externă. Stirul a utilizat schimbarea periodică a temperaturii cu un piston de deplasare. Acesta din urmă deplasează gazul de la o cavitate cilindrică la alta. Pe de o parte, temperatura este constant scăzută, iar pe cealaltă - ridicată. Când pistonul se mișcă, gazul se mișcă de la cavitatea rece la frig și în jos - se întoarce la fierbinte. În primul rând, gazul dă o mulțime de căldură la frigider, iar apoi de la încălzitor devine la fel de mult cum am dat. Un regenerator este plasat între încălzitor și frigider - cavitatea umplută cu materialul pe care gazul le oferă căldură. Cu cursul invers, regeneratorul îl întoarce.

Sistemul de deplasare este conectat la un gaz de comprimare a pistonului de lucru în frig și permițând să se extindă cald. Datorită compresiei la o temperatură mai scăzută, apare o lucrare utilă. Întregul sistem trece patru cicluri în timpul mișcărilor intermitente. Mecanismul de conectare în acest caz asigură continuitate. Prin urmare, nu se observă limitele ascuțite între etapele ciclului, iar agitarea nu scade.

Având în vedere toate cele de mai sus, sugerează că acest motor este o mașină de piston cu o sursă de căldură exterioară, unde fluidul de lucru nu părăsește spațiul închis și nu este înlocuit. Desenele motorului Stirling ilustrează bine dispozitivul și principiul acțiunii sale.

Detalii despre locul de muncă

Soarele, energia electrică, energia nucleară sau orice altă sursă de căldură poate furniza energie în motorul de agitare. Principiul corpului său este de a folosi heliu, hidrogen sau aer. Ciclul ideal are eficiența maximă termică, egală cu treizeci și patruzeci la sută. Dar cu o regenerare eficientă, el va putea să lucreze cu mai mult eficiență ridicată. Regenerarea, încălzirea și răcirea oferă schimbătorilor de căldură încorporați fără uleiuri. Trebuie remarcat faptul că lubrifianții motorului trebuie foarte puțini. Presiunea medie din cilindru este de obicei de la 10 la 20 MPa. Prin urmare, există un sistem excelent de etanșare și posibilitatea introducerii petrolului.

Caracteristici comparative

Cele mai multe motoare de acest tip sunt utilizate astăzi, se utilizează combustibil lichid. În același timp, presiunea continuă este ușor de controlat, ceea ce ajută la reducerea emisiilor. Absența supapelor oferă o funcționare silențioasă. Puterea cu masă este comparabilă cu motoarele turbocompresoare, iar puterea specifică obținută la ieșire este egală cu indicatorul unității diesel. Viteza și cuplul nu depind unul de celălalt.

Costul producției motorului este mult mai mare decât pe motor. Dar când operează, se dovedește figura inversă.

Beneficii

Orice model al motorului Stirling are multe avantaje:

• Eficiența în designul modern poate ajunge până la șaptezeci de interes.
• Nu există niciun sistem în motor aprindere de înaltă tensiune, distribuție Vala. și supapele. Nu va trebui să fie ajustată în întreaga durată de viață.
• Nu există o explozie în starilings, ca și în motorul de combustie internă, care încarcă foarte mult arborele cotit, rulmenții și tijele de legătură.
• Ei nu au efectul atunci când spun că "standul motorului".
• Datorită simplității dispozitivului, acesta poate fi operat pentru o lungă perioadă de timp.
• Poate funcționa atât pe lemn de foc, cât și cu nuclear și orice alt tip de combustibil.
• Arderea are loc în afara motorului.

dezavantaje

Aplicație

În prezent, motorul Stirling cu generatorul este utilizat în multe zone. Aceasta este o sursă universală de energie electrică în frigidere, pompe, submarine și stații electrice solare. Datorită aplicației de diferite tipuri Combustibilul este disponibil pentru utilizarea sa largă.

Renaştere

Aceste motoare au început să se dezvolte din nou datorită Philips. În mijlocul secolului al XX-lea, General Motors a concluzionat cu ea. Ea a condus dezvoltarea pentru utilizarea starilurilor în spațiul și dispozitivele subacvatice, pe nave și mașini. Urmărirea acestora, o altă companie din Suedia, United Stirling, a început să se angajeze în dezvoltarea lor, inclusiv utilizarea posibilă

Azi motor linear Stirul este aplicat pe instalații de aparate subacvatice, cosmice și solare. Un mare interes în el este cauzat de relevanța înrăutățirii situației de mediu, precum și de lupta împotriva zgomotului. În Canada și SUA, Germania și Franța și Japonia sunt căutarea activă pentru dezvoltarea și îmbunătățirea utilizării sale.

Viitor

Avantaje explicite care au piston și agitare, constând într-o mare resursă de lucru, utilizarea diferitelor combustibil, tăcerea și toxicitatea scăzută, o face foarte promițătoare pe fundalul motorului de combustie internă. Cu toate acestea, luând în considerare faptul că gheața a fost îmbunătățită de-a lungul timpului, acesta nu poate fi ușor deplasat. Într-un fel sau altul, este un astfel de motor astăzi ocupă o poziție de lider și nu intenționează să le ia în viitorul apropiat.

Motoarele cu combustie externă au început să fie utilizate atunci când oamenii aveau nevoie de o sursă puternică și economică de energie. Înainte de aceasta, au fost utilizate instalații cu abur, dar au fost explozive, deoarece au folosit abur fierbinte sub presiune. La începutul secolului al XIX-lea au primit dispozitive cu combustie externă, iar după alte zeci de ani, au fost inventate dispozitive deja familiare cu combustie internă.

Originea dispozitivelor

În secolul al XIX-lea, omenirea sa confruntat cu problema, care a fost că cazanele de aburi au fost prea des explodate și au avut de asemenea defecte constructive grave, care au făcut folosirea lor nedorită. Producția a fost găsită în 1816 de preotul scoțian Robert Stirling. Aceste dispozitive pot fi, de asemenea, numite "motoare cu aer cald", care au fost încă aplicate în secolul al XVII-lea, dar acest om a adăugat un curățitor numit regenerator numit în prezent invenția. Astfel, motorul de combustie externă a motorului a fost capabil să crească foarte mult performanța instalației, deoarece a reținut căldura în zona de lucru caldă, în timp ce fluidul de lucru a fost răcit. Din acest motiv, eficiența întregului sistem a fost semnificativ mărită.

În acel moment, invenția a fost folosită destul de larg și era în creștere a popularității sale, dar în timp a fost oprită să o folosească și au uitat de el. Instalațiile și motoarele cu aburi, dar deja familiare, cu combustie internă au ajuns să înlocuiască echipamentul de combustie externă. Din nou, ei și-au amintit doar în secolul al XX-lea.

Lucrări de instalare

Principiul funcționării unui motor cu combustie externă este acela că alternează în mod constant două etape: încălzirea și răcirea fluidului de lucru într-un spațiu închis și obținerea energiei. Această energie apare datorită faptului că volumul fluidului de lucru se schimbă în mod constant.

Cel mai adesea, substanța de lucru din astfel de dispozitive devine aer, dar este posibilă utilizarea unui heliu sau hidrogen. În acel moment, invenția a fost în stadiul de dezvoltare, astfel de substanțe ca dioxid de azot, freoni, propan-butan lichefiat au fost folosite ca experimente. În unele eșantioane, au încercat să aplice chiar și apă obișnuită. Trebuie remarcat faptul că motorul de combustie externă, care a fost lansat cu apă ca substanță de lucru, a fost distins prin faptul că a avut o putere specifică destul de ridicată, presiune ridicataȘi el însuși era suficient de compact.

Primul tip de motor. "Alfa"

Primul model care a fost utilizat, a devenit alfatare alfa. Particularitatea designului său este că are două pistoane de putere situate în diferite cilindri separați. Unul dintre ei avea o temperatură suficient de ridicată și a fost fierbinte, cealaltă, dimpotrivă, rece. În interiorul schimbătorului de căldură cu o temperatură ridicată a existat o pereche fierbinte de cilindru-piston. Aburul rece a fost în interiorul schimbătorului de căldură cu temperaturi scăzute.

Principalele avantaje ale motorului termic al arderii externe a fost faptul că au avut putere mare și volum. Cu toate acestea, temperatura perechii fierbinți în același timp a fost prea mare. Din acest motiv, unele dificultăți tehnice au apărut în procesul de fabricare a unor astfel de invenții. Regeneratorul acestui dispozitiv este între tuburile de conectare la cald și rece.

A doua eșantion. "Beta"

Al doilea eșantion a fost modelul beta Stirling. Principala diferență constructivă a fost că există doar un cilindru. Unul dintre capetele sale a servit ca o pereche fierbinte, iar celălalt capăt a rămas rece. În interiorul acestui cilindru, pistonul a fost mutat din care puterea poate fi îndepărtată. De asemenea, în interiorul a fost un deplasator, care a fost responsabil pentru schimbarea volumului zonei de lucru fierbinte. În acest echipament a fost utilizat gaz, care a fost pompat dintr-o zonă rece la fierbinte prin regenerator. Acest tip de motor cu combustie externă avea un regenerator sub forma unui schimbător de căldură extern sau combinat cu dispozitivul de deplasare cu piston.

Cel mai recent model. "Gamma"

Ultima specie acest motor Oțel "gamma" Stirling. Acest tip diferă nu numai de prezența pistonului, precum și de deplasator și, de asemenea, faptul că două cilindri erau deja în designul său. Ca și în primul caz, unul dintre ei era rece și a fost folosit pentru a lua puterea. Dar al doilea cilindru, ca în cazul precedent, a fost rece de la un capăt și fierbinte de la celălalt. Aici a deplasat deplasatorul. ÎN motor cu piston Combustia externă a avut, de asemenea, un regenerator care ar putea fi două tipuri. În primul caz, a fost extern și conectat împreună astfel de părți structurale ca o zonă de cilindru fierbinte cu frig, precum și cu primul cilindru. Al doilea tip este un regenerator intern. Dacă această opțiune a fost utilizată, acesta a fost inclus în proiectarea deplasorului.

Utilizarea starlingurilor este justificată dacă este necesar un convertor de energie termică simplă și mic. Poate fi folosit și dacă diferența de temperatură nu este suficient de mare pentru a utiliza gaze sau turbine cu abur. Este demn de remarcat faptul că astăzi astfel de eșantioane au început să fie folosite mai des. De exemplu, sunt utilizate modele autonome pentru turiști, care sunt capabile să lucreze de la arzătorul de gaze.

Aplicarea dispozitivelor în prezent

Se pare că o astfel de invenție veche nu poate fi folosită în zilele noastre, dar nu este. NASA a ordonat un motor cu combustie externă de tipul de agitare, dar sursele de căldură nucleară și radioizotope trebuie utilizate ca o substanță de lucru. În plus, poate fi de asemenea utilizat cu succes în următoarele scopuri:

• Utilizarea unui astfel de model de motor la lichidul pompei este mult mai ușor decât pompa obișnuită. În multe privințe, acest lucru se datorează faptului că pistonul poate fi folosit lichidul pompat. În plus, va răci corpul de lucru. De exemplu, acest tip de "pompă" poate fi utilizat pentru pomparea apei în canale de irigare utilizând căldură solară pentru acest lucru.
• Unii producători de frigidere sunt înclinați să instaleze astfel de dispozitive. Costul produselor va fi capabil să reducă și ca agentul frigorific poate fi utilizat aer obișnuit.
• Dacă combinați motorul de combustie externă de acest tip cu pompa de căldură, puteți optimiza funcționarea rețelei termice din casă.
• Destul de bine cu succes sunt folosite pe submarinele din Navy Suedia. Faptul este că motorul funcționează pe oxigen lichid, care este ulterior folosit pentru respirație. Pentru un submarin, acest lucru este foarte important. În plus, astfel de echipamente au un nivel de zgomot destul de scăzut. Desigur, unitatea este suficient de mare și necesită răcire, dar sunt acești doi factori care sunt nesemnificativi dacă vorbim despre un submarin.

Avantajele utilizării motorului

Dacă folosim metode moderne în timpul designului și asamblării, atunci va fi posibilă creșterea eficienței motorului de combustie externă la 70%. Utilizarea unor astfel de eșantioane este însoțită de următoarele calități pozitive:

• În mod surprinzător, cuplul din această invenție este aproape independent de viteza de rotație a arborelui cotit.
• In acest forța agregatului Nu există elemente cum ar fi sistemul de aprindere și sistemul de supape. Nu există, de asemenea, un arbore cu came aici.
• Este destul de convenabil ca pe parcursul perioadei de utilizare, nu va fi necesară ajustarea echipamentului și configurarea echipamentelor.
• Datele modelului motorului nu sunt capabile să "stabilească". Cel mai simplu design al dispozitivului vă permite să îl utilizați destul de mult timp într-un mod complet offline.
• Puteți folosi aproape totul de la lemn de foc și terminând cu combustibil de uraniu ca sursă de energie.
• În mod natural, în motorul de combustie externă, procesul de ardere a substanțelor se efectuează în exterior. Acest lucru contribuie la faptul că combustibilul este în întregime, iar cantitatea de emisii toxice este redusă la minimum.

dezavantaje

Firește, orice invenție nu este dedicată. Dacă vorbim despre minusurile unor astfel de motoare, acestea sunt după cum urmează:

1. Datorită faptului că arderea este efectuată în afara motorului, îndepărtarea căldurii rezultate apare prin pereții radiatorului. Aceste forțe pentru a crește dimensiunile dispozitivului.
2. Consumul de materiale. Pentru a crea un model de motor compact și eficient, este necesar să existe oțel rezistent la căldură de înaltă calitate, care să poată rezista unei presiuni mari și la temperaturi ridicate. În plus, trebuie să existe o conductivitate termică scăzută.
3. Ca un lubrifiant va trebui să cumpere un instrument specialDeoarece cocoșii obișnuiți la temperaturi ridicate, care sunt realizate în motor.
4. Pentru a obține o putere specifică suficient de ridicată, este necesar să se utilizeze hidrogen sau heliu ca substanță de lucru.

Hidrogen și heliu ca combustibil

Obținerea de mare putereDesigur, este necesar, totuși, este necesar să se înțeleagă că utilizarea hidrogenului sau a heliului este destul de periculoasă. Hidrogenul, de exemplu, în sine este suficient de exploziv și la temperaturi ridicate creează conexiuni numite metalhidrite. Acest lucru se întâmplă atunci când hidrogenul este dizolvat în metal. Cu alte cuvinte, este capabil să distrugă cilindrul din interior.

În plus, hidrogenul și heliu sunt substanțe volatile care se caracterizează printr-o capacitate mare de penetrare. Dacă este mai ușor să vorbești, atunci ei sunt ușor de epuizare prin aproape orice sigilii. Și pierderea substanței înseamnă pierderi în presiunea de funcționare.

Motorul de combustie externă rotativă

Inima unei astfel de mașini este o mașină de expansiune rotativă. Pentru motoarele S. tipul extern. Combustibil Acest element este reprezentat sub forma unui cilindru gol, care este acoperit cu capace pe ambele părți. Prin ea însăși, rotorul are apariția roții, care este plantată pe arbore. De asemenea, are o anumită cantitate de plăci extinse în formă de p. Pentru extensia lor, se utilizează un dispozitiv retractabil special.

Motorul de combustie externă Lukyanova

Yuri Lukyanov este cercetător al Institutului Politehnic Pskov. El a dezvoltat mult timp noi modele de motoare. Omul de știință a încercat să facă astfel de elemente cum ar fi cutia de viteze, arborele cu came și conducta de evacuare din noile modele. Principalul dezavantaj al dispozitivelor de agitare a fost că au avut dimensiuni prea mari. A fost această lipsă a unui om de știință și a reușit să elimine din cauza faptului că lamele au fost înlocuite cu pistoane. A ajutat la reducerea dimensiunii întregului design de mai multe ori. Unii sugerează că puteți face un motor de combustie externă cu mâinile tale.

Motoare de combustie externă

Un element important al implementării programului de economisire a energiei este de a furniza surse autonome de energie electrică și căldură a entităților mici rezidențiale și a rețelelor centralizate ale consumatorilor. Pentru a rezolva aceste sarcini, instalațiile inovatoare pentru generarea de energie electrică și căldură pe bază de motoare cu combustie externă sunt cele mai potrivite. Ca combustibil, ambii combustibili tradiționali pot fi utilizați și gaze de petrol asociat, biogazul obținut din așchii de lemn etc.

În ultimii 10 ani, creșterea prețurilor pentru combustibilii fosili, atenția sporită la emisiile de CO 2, precum și o dorință tot mai mare de a opri în funcție de combustibilii fosili și să se asigure pe deplin cu energie. Aceasta a fost consecința dezvoltării unei piețe de tehnologie imensă capabilă să producă energie de biomasă.

Motoarele cu combustie externă au fost inventate cu aproape 200 de ani în urmă, în 1816. Împreună cu motorul cu aburi, un motor cu două și în patru timpi de combustie internă, motoarele cu combustie externă sunt considerate unul dintre principalele tipuri de motoare. Acestea au fost concepute pentru a crea motoare care ar fi mai sigure și mai productive decât motorul cu abur. La începutul secolului al XVIII-lea, lipsa de materiale adecvate a condus la numeroase decese datorate exploziilor motoare cu aburiPresiune.

Piața semnificativă a motoarelor cu combustie externă a fost formată în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, în special datorită aplicațiilor mai mici, în care acestea ar putea fi operate în condiții de siguranță fără a fi nevoie de operatori calificați.

După inventarea motorului cu combustie internă la sfârșitul secolului al XVIII-lea, piața motoarelor de combustie externă a dispărut. Costul producerii unui motor cu combustie internă în comparație cu costul producției de combustie externă este mai mic. Principalul dezavantaj al motoarelor cu combustie internă este acela că pentru munca lor este necesară curățarea, combustibilul fosil, creșterea emisiilor de CO2, combustibil. Cu toate acestea, până de curând, costul combustibililor fosili a fost scăzut, iar emisiile de CO2 nu au acordat atenția cuvenită.

Principiul motorului de combustie externă

Spre deosebire de procesul larg cunoscut de combustie internă, în care combustibilul este ars în interiorul motorului, motorul de combustie externă este condus de o sursă de căldură externă. Sau, mai precis, este determinată de diferențele de temperatură create de surse externe Incalzind si racind.

Aceste surse externe de încălzire și răcire pot servi gazele de evacuare ale biomasei și respectiv a apei de răcire. Procesul duce la o rotație a generatorului montat pe motor, prin care se produce energie.

Toate motoarele cu combustie internă sunt alimentate cu diferențe de temperatură. Benzină motoare diesel Și motoarele cu combustie externă se bazează pe caracteristicile că există mai puțin efort pentru a comprima aerul rece decât pentru a comprima aerul fierbinte.

Motoarele cu benzină și motorină suge aerul rece și comprimați acest aer înainte de a fi încălzit în procesul de combustie internă, care apare în interiorul cilindrului. După încălzirea aerului de deasupra pistonului, pistonul se deplasează, prin care aerul se extinde. Deoarece aerul este fierbinte, forța care acționează asupra tijei pistonului este minunată. Când pistonul vine în jos, supapele deschise și evacuările fierbinți sunt înlocuite cu aer nou, proaspăt și rece. Când pistonul se deplasează, aerul rece este comprimat și forța care acționează pe tija pistonului este mai mică decât atunci când se mișcă în jos.

Motorul de combustie externă funcționează în conformitate cu un principiu mic diferit. Nu are supape, este etanșată ermetic, iar aerul este încălzit și răcit cu ajutorul schimbătorilor de căldură al unui circuit fierbinte și rece. Pompa încorporată condusă de mișcarea pistonului oferă mișcarea aerului acolo și înapoi între aceste două schimbătoare de căldură. În timpul răcirii aerului în aparatul de schimb de căldură al circuitului rece, pistonul comprimă aerul.

După comprimare, aerul este apoi încălzit în aparatul de schimb de căldură al conturului fierbinte, înainte ca pistonul să înceapă să se deplaseze în direcția opusă și să utilizeze extensia aerului fierbinte pentru a acționa motorul.