Як працює двигун зовнішнього згоряння. Електростанції на двигуні Стірлінга - простота, економічність і екологічна безпека. Додаткові деталі та опції

Всього близько ста років тому двигунів внутрішнього згоряння довелося в жорстокій конкурентній боротьбі завойовувати те місце, яке вони займають в сучасному автомобілебудуванні. Тоді їх перевага аж ніяк не представлялося настільки очевидним, як в наші дні. Дійсно, парова машина - головний суперник бензинового мотора - мала в порівнянні з ним величезними перевагами: безшумністю, простотою регулювання потужності, прекрасними тяговими характеристиками і вражаючою «всеїдністю», що дозволяє працювати на будь-якому виді палива від дров до бензину. Але в кінцевому підсумку економічність, легкість і надійність двигунів внутрішнього згоряння взяли верх і змусили примиритися з їх недоліками, як з неминучістю.
У 1950-х роках з появою газових турбін і роторних двигунів почався штурм монопольного становища, займаного двигунами внутрішнього згоряння в автомобілебудуванні, штурм, до сих пір не увінчався успіхом. Приблизно в ті ж роки робилися спроби вивести на сцену новий двигун, В якому вражаюче поєднується економічність і надійність бензинового мотора з безшумністю і "всеїдністю" парової установки. Це - знаменитий двигун зовнішнього згоряння, Який шотландський священик Роберт Стірлінг запатентував 27 вересня 1816 роки (англійський патент № 4081).

фізика процесу

Принцип дії всіх без винятку теплових двигунів заснований на тому, що при розширенні нагрітого газу відбувається велика механічна робота, ніж потрібно на стиск холодного. Щоб продемонструвати це, досить пляшки і двох каструль з гарячою і холодною водою. Спочатку пляшку опускають в крижану воду, а коли повітря в ній охолоне, шийку затикають пробкою і швидко переносять в гарячу воду. Через кілька секунд лунає бавовна і нагрівається в пляшці газ виштовхує пробку, здійснюючи механічну роботу. Пляшку можна знову повернути в крижану воду - цикл повториться.
в циліндрах, порушених і хитромудрих важелях першої машини Стірлінга майже в точності відтворювався цей процес, поки винахідник не збагнув, що частина тепла, забирає в газу при охолодженні, можна використовувати для часткового підігріву. Потрібна лише якась ємність, в якій можна було б запасати тепло, забране у газу при охолодженні, і знову віддавати йому при нагріванні.
Але, на жаль, навіть це дуже важливе вдосконалення не врятувало двигун Стірлінга. До 1885 року досягнуті тут результати були дуже посередні: 5-7 відсотків к.к.д., 2 л. с. потужності, 4 тонни ваги і 21 кубометр займаного простору.
Двигуни зовнішнього згоряння не були врятовані навіть успіхом іншої конструкції, розробленої шведським інженером Еріксоном. На відміну від Стірлінга, він запропонував нагрівати і охолоджувати газ не при постійному обсязі, а при постійному тиску. 8 1887 році дещо тисяч невеликих Еріксоновському двигунів відмінно працювало в друкарнях, в будинках, на шахтах, на судах. Вони наповнювали водонапірні баки, приводили а дія ліфти. Еріксон намагався навіть пристосувати їх для приводу екіпажів, але вони виявилися надто важкими. У Росії до революції велику кількість таких двигунів випускалося під назвою «Тепло і сила».
Однак спроби збільшити потужність до 250 л. с. закінчилися повним провалом. Машина з циліндром діаметром 4,2 метра розвивала менше 100 л. е., вогневі камери прогоріли, і судно, на якому були встановлені двигуни, загинуло.
Інженери без жалю розпрощалися з цими слабосилими мастодонтами як тільки з'явилися потужні, компактні і легкі бензомотор і дизелі. І раптом, в 1960-і, через майже 80 років про «Стірлінг» і «Еріксон» (будемо умовно називати їх так за аналогією з дизелем) заговорили як про грізних суперників двигунів внутрішнього згоряння. Розмови ці не вщухають і понині. Чим же пояснюється такий крутий поворот у поглядах?

Ціна методичності

Коли дізнаєшся про старій технічній ідеї, що відродилася в сучасній техніці, відразу ж виникає питання: що ж перешкоджало її здійснення раніше? У чому полягала та проблема, та «зачіпка», без вирішення якої вона не могла прокласти собі дорогу в життя? І майже завжди з'ясовується, що своїм відродженням стара ідея зобов'язана або нового технологічного методу, або нової конструкції, до якої не додумалися попередники, або новим матеріалом. Двигун зовнішнього згорання можна вважати рідкісним винятком.
Теоретичні розрахунки показують, що к.к.д. «Стирлингов» і «Еріксонів» можуть досягати 70 відсотків - більше, ніж у будь-якого іншого двигуна. А це означає, що невдачі попередників пояснювалися другорядними, в принципі усуненими факторами. Правильний вибір параметрів і областей застосування, скрупульозне дослідження роботи кожного вузла, ретельна обробка і доведення кожної деталі дозволили реалізувати переваги циклу. Уже перші експериментальні зразки дали ККД 39 відсотків! (К.к.д. бензинових двигунів і дизелів, які відпрацьовувалися роками, відповідно 28-30 і 32-35 відсотків.) Які ж можливості «переглянули» свого часу і Стірлінг і Еріксон?
тієї самої ємності, в якій поперемінно то запасається, то віддається тепло. Розрахунок регенератора в ті часи був просто неможливий: науки про теплопередачі не існувало. Його розміри приймалися на вічко, а як показують розрахунки, ККД двигунів зовнішнього згоряння дуже сильно залежить від якості регенератора. Правда, його погану роботу можна певною мірою компенсувати підвищенням тиску.
Друга причина неуспіху була в тому, що перші установки працювали на повітрі при атмосферному тиску: їх розміри виходили величезними, а потужності - малими.
Довівши к.к.д. регенератора до 98 відсотків і заповнивши замкнутий контур стисненим до 100 атмосфер воднем або гелієм, інженери наших днів збільшили економічність і потужність «стирлингов», які навіть в такому вигляді показали к.к.д. вищий, ніж у двигунів внутрішнього згоряння.
Вже одного цього було б достатньо, щоб говорити про встановлення двигунів зовнішнього згоряння на автомобілях. Але тільки високою економічністю аж ніяк ще не вичерпуються достоїнства цих відроджених із забуття машин.

Як працює Стірлінг

Принципова схема двигуна зовнішнього згоряння:
1 - паливна форсунка;
2 - випускний патрубок;
3 - елементи воздухоподогревателя;
4 - підігрівач повітря;
5 - гарячі гази;
6 - гаряче простір циліндра;
7 - регенератор;
8 - циліндр;
9 - ребра охолоджувача;
10 - холодний простір;
11 - робочий поршень;
12 - ромбічний привід;
13 - шатун робочого поршня;
14 - синхронизирующие шестерні;
15 - камера згоряння;
16 - трубки нагрівача;
17 - гаряче повітря;
18 - поршень-витіснювач;
19 - воздухоприемник;
20 - підведення охолоджуючої води;
21 - ущільнення;
22 - буферний об'єм;
23 - ущільнення;
24 - штовхач поршня-витискувача;
25 - штовхач робочого поршня;
26 - ярмо робочого поршня;
27 - палець ярма робочого поршня;
28 - шатун поршня-витискувача;
29 - ярмо поршня-витискувача;
30 - колінчаті вали.
Червоний фон - контур нагріву;
точковий фон - контур охолодження

В сучасної конструкції «Стірлінга», що працює на рідкому паливі, - три контури, що мають між собою лише теплової контакт. Це контур робочого тіла (зазвичай водню або гелію), контур нагріву і контур охолодження. Головне призначення контуру нагрівання - підтримувати високу температуру у верхній частині робочого контуру. Контур охолодження підтримує низьку температуру в нижній частині робочого контуру. Сам контур робочого тіла замкнутий.
Контур робочого тіла. У циліндрі 8 рухаються два поршня - робочий 11 і поршень-витіснювач 18. Рух робочого поршня вгору призводить до стиснення робочого тіла, рух його вниз викликається розширенням газу і супроводжується вчиненням корисної роботи. Рух поршня-витискувача вгору вичавлює газ в нижню, охлаждаемую порожнину циліндра. Рух же його вниз відповідає нагріванню газу. Ромбічний привід 12 повідомляє поршням переміщення, відповідне чотирьом тактам циклу ((на схемі показані ці такти).
такт I - охолодження робочого тіла. Поршень-витіснювач 18 рухається вгору, вичавлюючи робоче тіло через регенератор 7, в якому запасається тепло нагрітого газу, в нижню, охлаждаемую частина циліндра. Робочий поршень 11 знаходиться в НМТ.
такт II - стиснення робочого тіла. Енергія, запасені в стиснутому газі буферного об'єму 22, повідомляє робочому поршню 11 рух вгору, що супроводжується стисненням холодного робочого тіла.
такт III - нагрівання робочого тіла. Поршень-витіснювач 18, майже приєднавшись до робочого поршня 11, витісняє газ в гаряче простір через регенератор 7, в якому до газу повертається тепло, запасеної при охолодженні.
такт IV - розширення робочого тіла - робочий такт. Нагріваючись в гарячому просторі, газ розширюється і робить корисну роботу. Частина її запасається в стиснутому газі буферного об'єму 22 для подальшого стискання холодного робочого тіла. Решта знімається з валів двигуна.
контур нагріву. Повітря вентилятором нагнітається в повітрозабірник 19, проходить через елементи 3 підігрівача, нагрівається і потрапляє в паливні форсунки. Утворені гарячі гази нагрівають трубки 16 нагрівача робочого тіла, обтікають елементи 3 підігрівача і, віддавши своє тепло повітрю, що йде на спалювання палива, викидаються через випускний патрубок 2 в атмосферу.
контур охолодження. Вода через патрубки 20 подається в нижню частину циліндра і, огинаючи ребра 9 охолоджувача, безперервно охолоджує їх.

"Стірлінг" замість ДВС

Перші ж випробування, проведені пів-століття тому, показали, що «стірлінг» майже ідеально безшумний. У нього немає карбюратора, форсунок з високим тиском, системи запалювання, клапанів, свічок. Тиск в циліндрі, хоча і підвищується майже до 200 атм, але не вибухом, як в двигуні внутрішнього згоряння, а плавно. На двигуні не потрібні глушники. Ромбоподібний кінематичний привід поршнів повністю урівноважений. Ніяких вібрацій, ніякого деренчання.
Кажуть, що, навіть приклавши руку до двигуна, не завжди вдається визначити, працює він чи ні. ці якості автомобільного двигуна особливо важливі, бо в великих містах гостро стоїть проблема зниження шуму.
А ось інша якість - «всеїдність». По суті справи, немає такого джерела тепла, який не годився б для приводу «стірлінга». Автомобіль з таким двигуном може працювати на дровах, на соломі, на вугіллі, на гасі, на ядерному паливі, навіть на сонячних променях. Він може працювати на теплоті, запасеної в розплаві який-небудь солі або оксиду. Наприклад, розплав 7 літрів окису алюмінію замінює 1 літр бензину. Подібна універсальність не тільки зможе завжди виручити водія, який потрапив в біду. Вона дозволить гостро стоїть проблему задимлення міст. Під'їжджаючи до міста, водій включає пальник і розплавляє сіль в баку. В межах міста паливо не спалюється: двигун працює на розплаві.
А регулювання? Щоб зменшити потужність, досить випустити з замкнутого контуру двигуна в сталевий балон потрібну кількість газу. Автоматика відразу ж зменшує подачу палива так, щоб температура залишалася постійною незалежно від кількості газу. Для підвищення потужності газ нагнітається з балона знову в контур.
Ось тільки за вартістю і за вагою «стирлинги» поки поступаються двигунам внутрішнього згоряння. На 1 л. с. у них припадає 5 кг, що набагато більше, ніж у бензинового і дизельного моторів. Але не слід забувати, що це ще перші, не доведені до високого ступеня досконалості моделі.
Теоретичні розрахунки показують, що при інших рівних умовах "стирлинги" вимагають менших тисків. Це - важлива перевага. І якщо у них знайдуться ще й конструктивні переваги, То не виключено, що саме вони виявляться найбільш грізним суперником двигунів внутрішнього згоряння в автомобілебудуванні. А зовсім не турбіни.

"Стірлінг" від компанії GM

Серйозна робота по удосконаленню двигуна зовнішнього згоряння, що почалася через 150 років після його винаходу, вже принесла свої плоди. Запропоновано різні конструктивні варіанти двигуна, що працює за циклом Стірлінга. Є проекти моторів з похилою шайбою для регулювання ходу поршнів, запатентований роторний двигун, в одній з роторних секцій якого відбувається стиснення, в іншій - розширення, а підведення і відведення тепла здійснюється в з'єднують порожнини каналах. Максимальний тиск в циліндрах окремих зразків доходить до 220 кг / см 2, а середнє ефективне тиск - до 22 і 27 кг / см 2 і більше. Економічність доведена до 150 г / л / годину.
Найбільшого прогресу досягла компанія General Motors, яка в 1970-ті роки побудувала V-подібний «стірлінг» зі звичайним кривошипно-шатунним механізмом. Один циліндр у нього робочий, інший - компресійний. У робочому знаходиться тільки робочий поршень, а поршень-витіснювач - в компресійному циліндрі. Між циліндрами розташовані підігрівач, регенератор і охолоджувач. Кут зсуву фаз, інакше кажучи кут відставання одного циліндра від іншого, у цього «стірлінга» дорівнює 90 °. Швидкість одного поршня повинна бути максимальною в той момент, коли швидкість іншого дорівнює нулю (у верхній і нижній мертвих точках). Зсув фаз в русі поршнів досягається розташуванням циліндрів під кутом 90 °. Конструктивно це найпростіший «стірлінг». Але він поступається двигуну з ромбічним кривошипним механізмом в врівноваженості. Для повного урівноваження сил інерції в V-образному двигуні число його циліндрів повинно бути збільшено з двох до восьми.

Принципова схема V-образного «стірлінга»:
1 - робочий циліндр;
2 - робочий поршень;
3 - підігрівач;
4 - регенератор;
5 - теплоізолююча муфта;
6 - охолоджувач;
7 - компресійний циліндр.

Робочий цикл в такому двигуні протікає в такий спосіб.
У робочому циліндрі 1 газ (водень або гелій) нагрітий, в іншому, компрессионном 7 - охолоджений. При русі поршня в циліндрі 7 вгору газ стискається - такт стиснення. У цей час починає рухатися вниз поршень 2 в циліндрі 1. Газ з холодного циліндра 7 перетікає в гарячий 1, проходячи послідовно через охолоджувач 6, регенератор 4 і підігрівач 3 - такт нагрівання. Гарячий газ розширюється в циліндрі 1, здійснюючи роботу, - такт розширення. При русі поршня 2 в циліндрі 1 вгору газ перекачується через регенератор 4 і охолоджувач 6 в циліндр 7 - такт охолодження.
Така схема «стірлінга» найбільш зручна для реверсування. В об'єднаному корпусі підігрівача, регенератора і охолоджувача (про їх пристрої мова піде пізніше) для цього зроблені заслінки. Якщо перевести їх з одного крайнього положення в інше, то холодний циліндр стане гарячим, а гарячий - холодним, і двигун буде обертатися у зворотний бік.
Підігрівач являє собою набір трубок з жаростійкої нержавіючої сталі, за якими проходить робочий газ. Трубки нагріваються полум'ям пальника, пристосованої для спалювання різних рідких палив. Тепло від нагрітого газу запасається в регенераторі. Цей вузол має велике значення для отримання високого ККД. Він виконає своє призначення, якщо буде передавати приблизно в три рази більше тепла, ніж в підігрівачі, і процес займе менше 0,001 секунди. Словом, це швидкодіючий акумулятор тепла, причому швидкість теплопередачі між регенератором і газом становить 30 000 градусів в секунду. Регенератор, ККД якого дорівнює 0,98 одиниці, складається з циліндричного корпусу, в якому послідовно розташовані кілька шайб, виготовлених з дротяної путанки (діаметр дроту 0,2 мм). Щоб тепло від нього не передавалося холодильника, між цими агрегатами встановлена \u200b\u200bтеплоизолирующая муфта. І нарешті, охолоджувач. Він виконаний у вигляді водяної сорочки на трубопроводі.
Потужність «стірлінга» регулюється зміною тиску робочого газу. Для цієї мети двигун обладнується газовим балоном і спеціальним компресором.

Гідності й недоліки

Щоб оцінити перспективи застосування «стірлінга» на автомобілях, проаналізуємо його переваги і недоліки. Почнемо з одного з найважливіших для теплового двигуна параметрів, так званого теоретичного ККД Для «стірлінга» він визначається наступною формулою:

η \u003d 1 - Тх / Тг

Де η - ККД, Тх - температура «холодного» обсягу і Тг - температура «гарячого» обсягу. Кількісно цей параметр у «стірлінга» - 0,50. Це значно більше, ніж у найкращих газових турбін, бензинових і дизельних двигунів, у яких теоретичний ККД відповідно дорівнює 0,28; 0,30; 0,40.
Як двигун зовнішнього згоряння. стірлінг »може працювати на різних паливах: бензині, гасі, дизельному, газоподібному і навіть на твердому. Такі характеристики палива, як цетанове і октанове числа, Зольність, температура википання при горінні поза циліндра двигуна, для «стірлінга» не мають значення. Щоб він працював на різних паливах, не потрібно великих переробок - досить лише замінити пальник.
Двигун зовнішнього згорання, в якому горіння протікає стабільно з постійним коефіцієнтом надлишку повітря, що дорівнює 1.3. виділяє значно менше, ніж двигун внутрішнього згоряння, окису вуглецю, вуглеводнів та оксидів азоту.
Мала гучність «стірлінга» пояснюється низьким ступенем стиснення (від 1,3 до 1,5). Тиск в циліндрі підвищується плавно, а не вибухом, як в бензиновому або дизельному двигуні. Відсутність коливань стовпа газів у випускному тракті визначає безшумність вихлопу, що підтверджено випробуваннями двигуна, розробленого фірмою «Філіпс» спільно з фірмою Ford для автобуса.
«Стірлінг» відрізняється малою витратою масла і високу зносостійкість завдяки відсутності в циліндрі активних речовин і відносно низькій температурі робочого газу, а надійність його вище, ніж у відомих нам двигунів внутрішнього згоряння, так як в ньому немає і складного газорозподільного механізму.
Важлива перевага «стірлінга» як автомобільного двигуна - підвищена пристосовність до змін навантаження. Вона, наприклад, на 50 відсотків вище, ніж у карбюраторного мотора, за рахунок чого можна зменшити число ступенів в коробці передач. Однак зовсім відмовитися від зчеплення і коробки передач, як в паровому автомобілі, не можна.
Але чому ж двигун з такими очевидними перевагами досі не знайшов практичного застосування? Причина проста - у нього чимало ще неліквідованих недоліків. Найголовніші серед них - велика складність в управлінні та регулюванні. Існують і інші «рифи», які не так просто обійти і конструкторам і проізводственнікам.- зокрема, поршням потрібні дуже ефективні ущільнення, які повинні витримувати високий тиск (до 200 кг / см2) і перешкоджатиме потраплянню масла в робочу порожнину. У всякому разі, 25-річна робота фірми «Філіпс» з доведення свого двигуна поки не змогла зробити його придатним для масового застосування на автомобілях. Важливе значення має характерна особливість «Стірлінга» - необхідність відводити з охолоджувальною водою велику кількість тепла. У двигунах внутрішнього згоряння значна частина тепла викидається в атмосферу разом з відпрацьованими газами. У «стерлінг» ж в вихлоп йде тільки 9 відсотків тепла, одержуваного при згорянні палива. Якщо в бензиновому двигуні внутрішнього згоряння з охолоджувальною водою відводиться від 20 до 25 відсотків тепла, то в «Стірлінг» - до 50 відсотків. Це означає, що автомобіль з таким двигуном повинен мати радіатор приблизно в 2-2.5 рази більше, ніж у аналогічного бензинового мотора. Недоліком «стірлінга» є і його висока питома вага в порівнянні з поширеним ДВС. Ще досить істотний мінус - складність підвищення швидкохідності: вже при 3600 об / хв значно зростають гідравлічні втрати і погіршується теплообмін. І наприкінці. «Стірлінг» поступається звичайному двигуну внутрішнього згоряння в приемистости.
Роботи зі створення і доведення автомобільних «стирлингов», в тому числі для легкових машин, Тривають. Можна вважати, що в даний час принципові питання вирішені. Однак ще багато справ по доведенню. Застосуванням легких сплавів можна знизити питому вагу двигуна, але він все одно буде вище. ніж у двигуна внутрішнього згоряння, через більш високого тиску робочого газу. Ймовірно, двигун зовнішнього згоряння знайде застосування в першу чергу на вантажних автомобілях, Особливо військових - завдяки своїй невимогливість до палива.

Ця стаття присвячена одному винаходу, запатентованого ще в дев'ятнадцятому столітті шотландським одним священиком Стірлінгом. Як і всі попередники, це був двигун зовнішнього згоряння. Тільки відмінність його від інших у тому, що він може працювати і бензині, і на мазуті, і навіть на вугіллі та дровах.

У XIX столітті виникла необхідність заміни парових двигунів на щось більш безпечне, так як котли часто вибухали через високий тиск пара і деяких серйозних конструктивних недоліків.

Хорошим варіантом став двигун зовнішнього згоряння, який запатентував в 1816 році шотландський священик Роберт Стірлінг.

Правда, «двигуни гарячого повітря» робили і раніше, ще в XVII столітті. Але Стірлінг додав в установку очищувач. У сучасному розумінні - регенератор.

Він підвищив продуктивність установки, зберігаючи тепло в теплій зоні машини, в той момент, коли робоче тіло охолоджувалося. Це значно збільшило ефективність системи.

Винахід знайшло широке практичне застосування, була стадія підйому і розвитку, але потім Стірлінга були незаслужено забуті.

Вони поступилися місцем парових машин і двигунів внутрішнього згоряння, а в двадцятому столітті знову відродилися.

З огляду на те що цей принцип зовнішнього згоряння сам по собі дуже цікавий, сьогодні над створенням нових моделей працюють найкращі інженери і любителі в США, Японії, Швеції ...

Двигун зовнішнього згорання. Принцип роботи

«Стірлінг» - як ми вже згадували, різновид двигуна зовнішнього згоряння. Основний принцип його роботи полягає в постійному чергуванні нагрівання та охолодження робочого тіла в замкнутому просторі і отриманні енергії, завдяки виникає при цьому зміни обсягу робочого тіла.

Як правило робочим тілом виступає повітря, але може використовуватися водень або гелій. У дослідних зразках пробували двоокис азоту, фреони, скраплений пропан-бутан і навіть воду.

До речі, вода перебуває в рідкому стані протягом усього термодинамічної циклу. А сам «стірлінг» з рідким робочим тілом має компактні розміри, високу питому потужність і високий робочий тиск.

види стирлингов

Існують три класичні види двигуна Стірлінга:

застосування

Двигун Стірлінга можна застосовувати у випадках, якщо потрібно простий, компактний перетворювач теплової енергії або коли ефективність інших типів теплових машин нижче: наприклад, якщо різниця температур недостатня для використання газової або.

Ось конкретні приклади використання:

• Вже сьогодні випускаються автономні генератори для туристів. Є моделі, які працюють від газової конфорки;

NASA замовило варіант генератора на основі «стірлінга», який працює від ядерного та радіоізотопного джерел тепла. Він буде використовуватися в космічних експедиціях.

• «Стірлінг» для перекачування рідини набагато простіше установки «двигун-насос». В якості робочого поршня він може використовувати рідину, що перекачується, яка буде заодно охолоджувати робоче тело.Такім насосом можна накачувати воду в іригаційні канали, використовуючи сонячне тепло, подавати гарячу воду від сонячного колектора в будинок, перекачувати хімічні реагенти, оскільки система повністю герметична;
• Виробників побутових холодильників впроваджують моделі на «Стірлінг». Вони будуть економніше, а в якості холодоагенту передбачається використовуватися звичайне повітря;
• Поєднаний Стірлінг з тепловим насосом оптимізує систему опалення в будинку. Він буде віддавати дармове тепло «холодного» циліндра, а отриману механічну енергію може використовувати для підкачки тепла, яке йде з навколишнього середовища;
• Сьогодні на всіх підводних човнах ВМС Швеції встановлені двигуни Стірлінга. Вони працюють на рідкому кисні, який в подальшому використовується для дихання. Дуже важливий фактор для човна, низький рівень шуму, а недоліки типу: «великий розмір», «необхідність охолодження» - в умовах підводного човна не істотні. Аналогічними установками оснащені і новітні японські підводні човни типу «Сорю»;
• Двигун Стірлінга використовується для перетворення сонячної енергії в електричну. Для цього він монтується в фокусі параболічного дзеркала. Компанія Stirling Solar Energy будує сонячні колектори потужністю до 150 кВт на дзеркало. Вони використовуються на найбільшій в світі сонячної електростанції в південній Каліфорнії.

Переваги і недоліки

Сучасний рівень проектування і технології виготовлення дозволяють підвищити коефіцієнт корисної дії «Стірлінга» до 70 відсотків.

• Що дивно, крутний момент двигуна практично не залежить від швидкості обертання колінчастого вала;
• Силова установка не містить системи запалювання, клапанної системи і распредвала.
• Протягом всього терміну експлуатації не потрібні регулювання і настройки.
• Двигун не «глухне», а простота конструкції дозволяє експлуатувати його в автономному режимі тривалий час;
• Можна використовувати будь-які джерела теплової енергії, від дров до уранового палива.
• Спалювання палива відбувається поза двигуном, що сприяє його повного допалювання і мінімізації викидів токсичних речовин.

• Так як паливо згорає поза двигуном, то відвід тепла йде через стінки радіатора, а це додаткові габарити;
• Матеріаломісткість. Щоб зробити Стірлінг-машину компактної і потужної потрібні дорогі жароміцні стали, здатні витримувати високий робочий тиск і мають низьку теплопровідність;
• Потрібна спеціальна змазка, звичайна для «Стірлінг» не підходить, так як коксується при високих температурах;
• Щоб отримати високу питому потужність, робоче тіло в «Стірлінг» застосовують водень і гелій.

Водень відрізняється вибухонебезпечність, а при високих температурах може розчинятися в металах, утворюючи при цьому металлогідріти. Іншими словами, відбувається руйнування циліндрів двигуна.

А ще водень і гелій мають високу проникаючу здатність і легко просочуються через ущільнення, знижуючи робочий тиск.

Якщо ви, познайомившись з нашою статтею, захочете придбати пристрій - двигун зовнішнього згоряння, не біжіть в найближчий магазин, така штука не продається, на жаль ...

Самі розумієте, ті, хто займається удосконаленням і впровадженням цієї машини, тримають свої розробки в секреті і продають їх тільки солідним покупцям.

Дивіться це відео і робіть своїми руками.

Двигун Стірлінга, принцип роботи якого якісно відрізняється від звичного для всіх ДВС, колись складав останньому гідну конкуренцію. Однак на якийсь час про нього забули. Як цей мотор використовується сьогодні, в чому полягає принцип його дії (в статті можна знайти також креслення двигуна Стірлінга, які наочно демонструють його роботу), і які перспективи застосування в майбутньому, читайте нижче.

Історія

У 1816 році в Шотландії Робертом Стірлінгом була запатентована названа сьогодні в честь свого винахідника. Перші двигуни гарячого повітря були винайдені ще до нього. Але Стірлінг додав в пристрій очищувач, який в технічній літературі називається регенератором, або теплообмінником. Завдяки йому продуктивність мотора зростала при утриманні агрегату в теплі.

Двигун визнали найбільш міцної паровою машиною з наявних на той момент, так як він ніколи не вибухав. До нього на інших моторах така проблема виникала часто. Незважаючи на швидкий успіх, на початку двадцятого століття від його розвитку відмовилися, так як він став менш економічним, порівняно з появою тоді іншими двигунами внутрішнього згоряння і електродвигунами. Однак Стірлінг ще продовжував застосовуватися в деяких виробництвах.

Двигун зовнішнього згорання

Принцип роботи всіх теплових двигунів полягає в тому, що для отримання газу в розширеному стані необхідні великі механічні зусилля, ніж при стисканні холодного. Для наочної демонстрації цього можна провести досвід з двома каструлями, наповненими холодною і гарячою водою, а також пляшкою. Останню опускають в холодну воду, затикають пробкою, потім переносять в гарячу. При цьому газ в пляшці почне виконувати механічну роботу і виштовхне пробку. Перший двигун зовнішнього згоряння грунтувався на цьому процесі повністю. Правда, пізніше винахідник зрозумів, що частина тепла можна застосовувати для підігріву. Таким чином, продуктивність значно зросла. Але навіть це не допомогло двигуну стати поширеним.

Пізніше Еріксон, інженер зі Швеції, удосконалив конструкцію, запропонувавши охолоджувати і нагрівати газ при постійному тиску замість обсягу. В результаті чимало примірників стало використовуватися для роботи в шахтах, на судах і в друкарнях. Але для екіпажів вони виявилися занадто важкими.

Двигуни зовнішнього згорання від Philips

Подібні мотори бувають наступних типів:

• парової;
• паротурбінний;
• Стірлінга.

Останній вид не стали розвивати через невелику надійності і інших не найвищих показників у порівнянні з появою іншими типами агрегатів. Однак в 1938 році компанія Philips відновила роботу. Двигуни стали служити для приводів генераторів в неелектрофіцірованних районах. У 1945 році інженери компанії знайшли їм зворотне застосування: якщо вал розкручувати електромотором, то охолодження головки циліндрів доходить до мінус ста дев'яносто градусів за Цельсієм. Тоді вирішено було застосовувати в холодильних установках вдосконалений двигун Стірлінга.

Принцип роботи

Дія мотора полягає в роботі по термодинамічних циклів, в яких при різній температурі відбувається стиснення і розширення. При цьому регулювання потоком робочого тіла реалізується за рахунок змінюється обсягу (або тиску - в залежності від моделі). Такий принцип роботи більшості подібних машин, які можуть мати різні функції і конструктивні схеми. Двигуни можуть бути поршневими або роторними. Машини з їх установками працюють в якості теплових насосів, холодильників, генераторів тиску і так далі.

Крім цього, є мотори з відкритим циклом, де регулювання потоком реалізується за допомогою клапанів. Саме їх називають двигунами Еріксона, крім загальної назви імені Стірлінга. У ДВС корисна робота здійснюється після попереднього стиснення повітря, упорскування палива, нагрівання отриманої суміші упереміш зі згорянням і розширення.

Двигун Стірлінга принцип роботи має такий же: при низькій температурі відбувається стиснення, а при високій - розширення. Але по-різному здійснюється нагрів: тепло підводиться через стінку циліндра ззовні. Тому він і отримав назву двигуна зовнішнього згоряння. Стірлінг застосовував періодична зміна температури з витіснювальний поршнем. Останній переміщує газ з однієї порожнини циліндра в іншу. З одного боку, температура постійно низька, а з іншого - висока. При пересуванні поршня вгору газ переміщається з гарячої в холодну порожнину, а вниз - повертається в гарячу. Спочатку газ віддає багато тепла холодильника, а потім від нагрівача отримує стільки ж, скільки віддав. Між нагрівачем і холодильником розміщується регенератор - порожнина, наповнена матеріалом, якому газ віддає тепло. При зворотному перебігу регенератор повертає його.

Система витіснювача з'єднана з робочим поршнем, стискає газ в холоді і дозволяє розширюватися в теплі. За рахунок стиснення в більш низькій температурі відбувається корисна робота. Вся система проходить чотири цикли при переривчастих рухах. Кривошипно-шатунний механізм при цьому забезпечує безперервність. Тому різких кордонів між стадіями циклу не спостерігається, а Стірлінга не зменшується.

З огляду на все вищесказане, напрошується висновок, що цей двигун є поршневий машиною із зовнішнім підведенням тепла, де робоче тіло не покидає замкнутий простір і не замінюється. Креслення двигуна Стірлінга добре ілюструють пристрій і принцип його дії.

деталі роботи

Сонце, електрику, ядерна енергія або будь-який інший джерело тепла може підводити енергію в двигун Стірлінга. Принцип роботи його тіла полягає в застосуванні гелію, водню або повітря. Ідеальний цикл має термічним максимально можливим ККД, рівним від тридцяти до сорока відсотків. Але з ефективним регенератором він зможе працювати і з більш високим ККД. Регенерацію, нагрівання та охолодження забезпечують вбудовані теплообмінники, що працюють без масел. Слід зазначити, що мастила двигуна потрібно дуже мало. Середній тиск в циліндрі становить зазвичай від 10 до 20 МПа. Тому тут потрібно відмінна ущільнювальна система і можливість попадання масла в робочі порожнини.

Порівняльна характеристика

У більшості працюючих сьогодні двигунів подібного роду використовується рідке паливо. При цьому безперервний тиск легко контролювати, що сприяє зниженню рівня викидів. Відсутність клапанів забезпечує безшумну роботу. Потужність з масою порівнянні моторам з турбонаддувом, а питома потужність, що отримується на виході, дорівнює показнику дизельного агрегату. Швидкість і крутний момент не залежать одне від одного.

Витрати на виробництво двигуна набагато вище, ніж на ДВС. Але при експлуатації виходить зворотний показник.

переваги

Будь-яка модель двигуна Стірлінга має багато плюсів:

• ККД при сучасному проектуванні може доходити до сімдесяти відсотків.
• У двигуні немає системи високовольтного запалювання, розподільного вала і клапанів. Його не потрібно буде регулювати протягом всього терміну експлуатації.
• У Стірлінга немає того вибуху, як в ДВС, який сильно навантажує колінвал, підшипники і шатуни.
• У них не буває того ефекту, коли говорять, що «двигун заглох».
• Завдяки простоті приладу його можна експлуатувати протягом тривалого часу.
• Він може працювати як на дровах, так і з ядерним і будь-яким іншим видом палива.
• Згорання відбувається поза мотора.

недоліки

застосування

В даний час двигун Стірлінга з генератором використовують у багатьох областях. Це універсальне джерело електричної енергії в холодильниках, насосах, на підводних човнах і сонячних електростанціях. Саме завдяки застосуванню різного виду палива є можливість його широкого використання.

Відродження

Ці двигуни знову стали розвиватися завдяки компанії Philips. В середині двадцятого століття з нею уклала договір General Motors. Вона вела розробки для застосування Стірлінга в космічних і підводних пристроях, на судах і автомобілях. Слідом за ними інша компанія з Швеції, United Stirling, стала займатися їхнім розвитком, включаючи і можливе використання на

сьогодні лінійний двигун Стірлінга застосовується на установках підводних, космічних і сонячних апаратів. Великий інтерес до нього викликаний через актуальності питань погіршення екологічної обстановки, а також боротьби з шумом. У Канаді і США, Німеччини і Франції, а також Японії йдуть активні пошуки щодо розвитку та вдосконалення його використання.

майбутнє

Явні переваги, які має поршневий і Стірлінга, які полягають у великому ресурсі роботи, застосуванні різного палива, безшумність і малої токсичності, роблять його дуже перспективним на тлі двигуна внутрішнього згоряння. Однак з урахуванням того, що ДВС протягом усього часу вдосконалювали, він не може бути легко усунутий. Так чи інакше, саме такий двигун сьогодні займає лідируючі позиції, і здавати їх найближчим часом не має наміру.

Двигуни зовнішнього згорання

Важливим елементом реалізації програми енергозбереження є забезпечення автономними джерелами електроенергії і тепла невеликих житлових утворень і віддалених від централізованих мереж споживачів. Для вирішення цих завдань якнайкраще підходять інноваційні установки для генерації електроенергії і тепла на основі двигунів зовнішнього згоряння. В якості палива може використовуватися як традиційні види палива, так і нафтовий газ, біогаз, що отримується з деревних стружок і ін.

Протягом останніх 10 років відзначалися підвищення цін на викопне паливо, підвищена увага до викидів СО 2, а також зростаюче бажання перестати залежати від викопного палива і повністю забезпечувати себе енергією. Це стало наслідком розвитку величезного ринку технологій, здатних виробляти енергію з біомаси.

Двигуни зовнішнього згорання були винайдені майже 200 років тому, в 1816 році. Разом з паровим двигуном, дво- і чотиритактним двигуном внутрішнього згоряння, двигун зовнішнього згоряння вважаються одними з основних типів двигунів. Вони були розроблені з метою створення двигунів, які були б більш безпечними і продуктивними, ніж паровий двигун. На самому початку 18-го століття відсутність відповідних матеріалів призводило до численних випадків зі смертельними наслідками у зв'язку з вибухами парових двигунів, які перебувають під тиском.

Значний ринок для двигунів зовнішнього згоряння сформувався в другій половині 18-го століття, зокрема, в зв'язку з більш дрібними сферами застосування, де їх можна було безпечно експлуатувати без необхідності в послугах кваліфікованих операторів.

Після винаходу двигуна внутрішнього згоряння в кінці 18-го століття ринок для двигунів зовнішнього згоряння зник. Вартість виробництва двигуна внутрішнього згоряння в порівнянні з вартістю виробництва зовнішнього згоряння нижче. Основний недолік двигунів внутрішнього згоряння полягає в тому, що для їх роботи необхідно чисте, викопне паливо, що збільшує викиди СО2, паливо. Однак, до недавнього часу вартість викопного палива була низькою, а викидів СО2 не приділялося належної уваги.

Принцип роботи двигуна зовнішнього згоряння

На відміну від широко відомого процесу внутрішнього згоряння, при якому паливо спалюється всередині двигуна, двигун зовнішнього згоряння, приводиться в дію зовнішнім джерелом тепла. Або, точніше кажучи, вона приводиться в дію різницями температур, що створюються зовнішніми джерелами нагрівання та охолодження.

Цими зовнішніми джерелами нагрівання та охолодження можуть служити відпрацьовані гази біомаси і охолоджуюча вода відповідно. Процес призводить до обертання генератора, монтованої на двигуні, за допомогою чого проводиться енергія.

Всі двигуни внутрішнього згоряння приводяться в дію різницями температур. Бензинові, дизельні двигуни і двигуни зовнішнього згоряння засновані на тій особливості, що для стиснення холодного повітря необхідно менше зусиль, ніж для стиснення гарячого повітря.

Бензинові і дизельні двигуни всмоктують холодне повітря і стискають це повітря, перш ніж він підігрівається в процесі внутрішнього згоряння, який відбувається всередині циліндра. Після підігрівання повітря над поршнем поршень переміщається вниз, за \u200b\u200bдопомогою чого повітря розширюється. Так як повітря гарячий, сила, що діє на шток поршня, велика. Коли поршень доходить до низу, клапани відкриваються і гарячі вихлопи замінюються новим, свіжим, холодним повітрям. При русі поршня вгору холодне повітря стискається, причому сила, що діє на шток поршня, менше, ніж при його русі вниз.

Двигун зовнішнього згорання працює відповідно до трохи іншим принципом. У ньому немає клапанів, він герметично запаяний, а повітря підігрівається і охолоджується за допомогою теплообмінних апаратів гарячого і холодного контуру. Вбудований насос, що приводиться в дію рухом поршня, забезпечує рух повітря туди і назад між цими двома теплообмінними апаратами. Під час охолодження повітря в теплообмінному апараті холодного контуру поршень стискає повітря.

Після стиснення повітря потім підігрівається в теплообмінному апараті гарячого контуру, перш ніж поршень починає рухатися в зворотному напрямку і використовувати розширення гарячого повітря для приведення в дію двигуна.

Витіснив інші види силових установок, однак, роботи, спрямовані на відмову від використання цих агрегатів, наводять на думку про швидку зміну лідируючих позицій.

З початку технічного прогресу, коли використання моторів, що спалюють пальне всередині, тільки починалося, не було очевидним їх перевага. Парова машина, як конкурент, містить в собі масу переваг: поряд з тяговими параметрами, безшумна, всеїдна, легко управляється і настроюється. Але легкість, надійність і економічність дозволили двигуну внутрішнього згоряння взяти вгору над парою.

Сьогодні в основі стоять питання екології, економічності і безпеки. Це змушує інженерів кидати сили на серійні агрегати, що працюють за рахунок поновлюваних джерел палива. У 16 році дев'ятнадцятого століття Роберт Стірлінг зареєстрував двигун, що працює від зовнішніх джерел тепла. Інженери вважають, що цей агрегат здатний змінити сучасного лідера. Двигун Стірлінга поєднує економічність, надійність, працює тихо, на будь-якому паливі, це робить виріб гравцем на автомобільному ринку.

Роберт Стірлінг (1790-1878 роки життя):

Історія двигуна Стірлінга

Спочатку, установку розробляли з метою замінити машину, що працює за рахунок пара. Котли парових механізмів вибухали, при перевищенні допустимих норм тиском. З цієї точки зору Стірлінг набагато безпечніше, функціонує, використовуючи температурний перепад.

Принцип роботи двигуна Стірлінга в почергової подачі або відборі тепла у речовини, над яким виконується робота. Сама речовина укладено в обсяг закритого типу. Роль робочої речовини виконують гази, або рідини. Зустрічаються речовини, що виконують роль двох компонентів, газ перетворюється в рідину і навпаки. Жідкопоршневой мотор Стірлінга має: невеликими габаритами, потужний, виробляє великий тиск.

Зменшення і збільшення обсягу газу при охолодженні або нагріванні відповідно, підтверджується законом термодинаміки, згідно якого всі складові: ступінь нагріву, величина займаного простору речовиною, сила, що діє на одиницю площі, пов'язані і описуються формулою:

P * V \u003d n * R * T

• P - сила дії газу в двигуні на одиницю площі;
• V - кількісна величина, яку займає газом в просторі двигуна;
• n - молярное кількість газу в двигуні;
• R - постійна газу;
• T - ступінь нагріву газу в двигуні К,

Модель двигуна Стірлінга:

За рахунок невибагливості установок, двигуни підрозділяються: твердопаливні, рідке пальне, сонячна енергія, хімічна реакція і інші види нагріву.

цикл

Двигун зовнішнього згорання Стірлінга, використовує однойменну сукупність явищ. Ефект від протікає дії в механізмі високий. Завдяки цьому є можливість сконструювати двигун з непоганими характеристиками в рамках нормальних габаритів.

Необхідно враховувати, що в конструкції механізму передбачено нагрівач, холодильник і регенератор, пристрій, відведення тепла від речовини і повернення тепла, в потрібний момент.

Ідеальний цикл Стірлінга, (діаграма «температура-обсяг»):

Ідеальні кругові явища:

• 1-2 Зміна лінійних розмірів речовини з постійною температурою;
• 2-3 Відведення теплоти від речовини до теплообмінника, простір, займане речовиною постійно;
• 3-4 Примусове скорочення простору, займаного речовиною, температура постійна, тепло відводиться охолоджувача;
• 4-1 Примусове збільшення температури речовини, займане простір постійно, тепло підводиться від теплообмінника.

Ідеальний цикл Стірлінга, (діаграма «тиск-об'єм»):

З розрахунку (моль) речовини:

Підводиться тепло:

Отримується охолоджувачем тепло:

Теплообмінник отримує тепло (процес 2-3), теплообмінник віддає тепло (процес 4-1):

R - Універсальна постійна газу;

СV - здатність ідеального газу утримувати тепло при незмінній величині займаного простору.

За рахунок застосування регенератора, частина теплоти залишається, як енергія механізму, що не змінюється за що проходять кругові явища. Холодильник отримує менше тепла, таким чином, теплообмінник економить тепло нагрівача. Це збільшує ефективність установки.

ККД кругового явища:

ɳ =

Примітно, що без теплообмінника сукупність процесів Стірлінга здійсненна, але його ефективність буде значно нижче. Проходження сукупності процесів задом наперед веде до опису охолоджуючого механізму. У цьому випадку наявність регенератора, обов'язкова умова, оскільки при проходженні (3-2) неможливо нагріти речовину від охолоджувача, температура якого значно нижче. Так само неможливо віддати тепло нагрівача (1-4), температура якого вище.

Принцип роботи двигуна

Що б зрозуміти, як працює двигун Стірлінга, розберемося в пристрої і періодичності явищ агрегату. Механізм перетворює тепло, отримане від нагрівача, що знаходиться за межами вироби в дію сили на тіло. Весь процес відбувається завдяки температурному перепаду, в робочому речовині, що знаходиться в закритому контурі.

Принцип дії механізму базується на розширенні за рахунок тепла. Безпосередньо до розширення, речовина в замкнутому контурі нагрівається. Відповідно, перед тим, як стиснутися, речовина охолоджують. Сам циліндр (1) оповитий водяною сорочкою (3), на дно подається тепло. Поршень, що здійснює роботу (4) поміщений в гільзу і ущільнений кільцями. Між поршнем і дном знаходиться механізм витіснення (2), що має значні зазори і вільно переміщається. Речовина, що знаходиться в замкнутому контурі, рухається за обсягом камери за рахунок витіснювача. Переміщення речовини обмежена двома напрямками: дно поршня, дно циліндра. Рух витіснювача забезпечує шток (5), який проходить через поршень і функціонує за рахунок ексцентрика з запізненням на 90 ° в порівнянні з приводом поршня.

• Позиція «A»:

Поршень розташований в крайньому нижньому положенні, речовина охолоджується за рахунок стінок.

• Позиція «B»:

Витіснювач займає верхнє положення, переміщаючись, пропускає речовина через торцеві щілини на дно, сам охолоджується. Поршень стоїть нерухомо.

• Позиція «C»:

Речовина отримує тепло, під дією тепла збільшується в об'ємі і піднімає розширювач з поршнем вгору. Здійснюється робота, після чого витіснювач опускається на дно, виштовхуючи речовина і охолоджуючись.

• Позиція «D»:

Поршень опускається вниз, стискає охолоджене речовина, виконується корисна робота. Маховик служить в конструкції акумулятором енергії.

Розглянута модель без регенератора, тому ККД механізму не велика. Тепло речовини після здійснення роботи відводиться в охолоджуючу рідину, використовуючи стінки. Температура не встигає знижуватися на потрібну величину, тому час охолодження продовжується, швидкість мотора маленька.

види двигунів

Конструктивно, є кілька варіантів, що використовують принцип Стірлінга, основними видами вважаються:

Конструкція застосовує два різних поршня, поміщених в різні контури. Перший контур використовується для нагріву, другий контур застосовується для охолодження. Відповідно, кожному поршня належить свій регенератор (гарячий і холодний). Пристрій володіє хорошим співвідношенням потужності до обсягу. Недолік у тому, що температура гарячого регенератора створює конструктивні складності.

• Двигун «β - Стірлінг»:

Конструкція використовує один замкнутий контур, з різними температурами на кінцях (холодний, гарячий). У порожнині розташований поршень з витіснювачем. Витіснювач ділить простір на холодну і гарячу зону. Обмін холодом і теплом відбувається шляхом перекачування речовини через теплообмінник. Конструктивно, теплообмінник виконується в двох варіантах: зовнішній, поєднаний з витіснювачем.

• Двигун «γ - Стірлінг»:

Поршневий механізм передбачає застосування двох замкнутих контурів: холодного і з витіснювачем. Потужність знімається з холодного поршня. Поршень з витіснювачем з одного боку гарячий, з іншого боку холодний. Теплообмінник розташовується як всередині, так і зовні конструкції.

деякі силові установки не схожі на основні види двигунів:

• Роторний двигун Стірлінга.

Конструктивно винахід з двома роторами на валу. Деталь здійснює обертальні рухи в замкнутому просторі циліндричної форми. Закладено синергетичний підхід реалізації циклу. Корпус містить радіальні прорізи. У поглиблення вставлені лопаті з певним профілем. Пластини надіті на ротор і можуть рухатися уздовж осі при обертанні механізму. Всі деталі створюють мінливі обсяги з виконуються в них явищами. Обсяги різних роторів зв'язані за допомогою каналів. Розташування каналів мають зрушення в 90 ° один до одного. Зрушення роторів відносно один одного становить 180 °.

• Термоакустичний двигун Стірлінга.

Двигун використовує акустичний резонанс для проведення процесів. Принцип заснований на переміщенні речовини між гарячою і холодною порожниною. Схема зменшує кількість рухомих деталей, складність в знятті отриманої потужності і підтримці резонансу. Конструкція відноситься до вільнопоршневих увазі мотора.

Двигун Стірлінга своїми руками

Сьогодні досить часто в інтернет магазині можна зустріти сувенірну продукцію, Виконану у вигляді розглянутого двигуна. Конструктивно і технологічно механізми досить прості, при бажанні двигун Стірлінга легко сконструювати своїми руками з підручних засобів. В інтернеті можна знайти велику кількість матеріалів: відео, креслення, розрахунки та інша інформація на цю тему.

Низькотемпературний двигун Стірлінга:

• Розглянемо найпростіший варіант хвильового двигуна, для виконання якого знадобиться консервна банка, м'яка поліуретанова піна, диск, болти і канцелярські скріпки. Всі ці матеріали легко знайти вдома, залишилося виконання наступних дій:
• Візьміть м'яку полімерну піну, виріжте на два міліметри меншим діаметром від внутрішнього діаметра консервної банки коло. Висота піни на два міліметри більше половини висоти банки. Поролон грає роль витискує в двигуні;
• Візьміть кришку банки, в середині зробіть дірку, діаметр два міліметри. Припаяйте до отвору порожнистий шток, який буде виконувати, роль спрямовуючої для шатуна двигуна;
• Візьміть коло, вирізаний з піни, вставте в середину кола гвинтик і застопоріть з двох сторін. До шайбі припаяйте попередньо випрямлену скріпку;
• У двох сантиметрах від центру просвердлите дірочку, діаметром три міліметри, протягніть витіснювач через центральний отвір кришки, припаяти кришку до банку;
• Зробіть з жерсті невеликий циліндр, діаметром півтора сантиметра, припаяти його до кришки банки таким чином, що б бічний отвір кришки виявилося чітко по центру всередині циліндра двигуна;
• Зробіть колінчастий вал двигуна з скріпки. Розрахунок виконується таким чином, що б рознос колін був 90 °;
• Виготовте стійку під колінчастий вал двигуна. З поліетиленової плівки зробіть пружну перетинку, надіньте плівку на циліндр, продавите її, зафіксуйте;

• Самостійно виготовте шатун двигуна, один кінець випрямленої вироби вигне в формі гуртка, другий кінець вставте в шматочок гумки. Довжина підганяється таким чином, що б в крайній нижній точці вала перетинка була втягнута, в крайній верхній точці, перетинка максимально витягнута. Налаштуйте інший шатун за таким же принципом;
• Шатун двигуна з гумовим наконечником приклейте до перетинки. Шатун без гумового наконечника закріпіть на витискувачі;
• Одягніть на кривошипний механізм двигуна маховик з диска. До банку приробити ніжки, щоб не тримати виріб в руках. Висота ніжок дозволяє розмістити під банкою свічку.

Після того, як вдалося зробити двигун Стірлінга будинку, мотор запускають. Для цього під банку поміщають запалену свічку, а після того, як банку прогрілася, дають поштовх маховика.

Розглянутий варіант установки можна швидко зібрати у себе вдома, як наочний посібник. Якщо поставити собі за мету і бажанням зробити двигун Стірлінга максимально наближений до заводських аналогам, у вільному доступі є креслення всіх деталей. Послідовне виконання кожного вузла дозволить створити працюючий макет ні чим не гірше комерційних версій.

переваги

Для двигуна Стірлінга характерні такі плюси:

• Для роботи двигуна необхідний температурний перепад, яке паливо викликає нагрів байдуже;
• Немає необхідності використовувати навісне і допоміжне обладнання, конструкція двигуна проста і надійна;
• Ресурс двигуна, завдяки особливостям конструкції, становить 100000 годин роботи;
• Робота двигуна не створює стороннього шуму, оскільки відсутня детонація;
• Процес роботи двигуна не супроводжується викидом відпрацьованих речовин;
• Робота двигуна супроводжується мінімальною вібрацією;
• Процеси в циліндрах установки екологічно нешкідливі. Використання правильного джерела тепла дозволяє зробити двигун «чистим».

недоліки

До недоліків двигуна Стірлінга відносяться:

• Важко налагодити серійне виробництво, оскільки конструктивно двигун вимагає використання великої кількості матеріалів;
• Високий вага і великі габарити двигуна, оскільки для ефективного охолодження треба застосовувати великий радіатор;
• Для підвищення ефективності двигун форсують, застосовуючи в якості робочого тіла складні речовини (водень, гелій), що робить експлуатацію агрегату небезпечним;
• Високотемпературна стійкість сталевих сплавів і їх теплопровідність ускладнює процес виготовлення двигуна. Значні втрати тепла в теплообміннику знижують ефективність агрегату, а застосування специфічних матеріалів роблять виготовлення двигуна дорогим;
• Для регулювання і переходу двигуна з режиму на режим треба застосовувати спеціальні пристрої управління.

Використання

Двигун Стірлінга знайшов свою нішу і активно застосовується там, де габарити і всеїдність важливий критерій:

• Двигун Стірлінга-електрогенератор.

Механізм перетворення тепла в електричну енергію. Часто зустрічаються вироби, використовувані в якості портативних туристичних генераторів, установки по використанню сонячної енергії.

• Двигун, як насос (електрика).

Двигун застосовують для установки в контур опалювальних систем, економлячи на електричної енергії.

• Двигун, як насос (обігрівач).

У країнах з теплим кліматом двигун використовують як обігрівач для приміщень.

Двигун Стірлінга на підводному човні:

• Двигун, як насос (охолоджувач).

Практично всі холодильники в своїй конструкції застосовують теплові насоси, встановлюючи двигун Стірлінга, економляться ресурси.

• Двигун, як насос, який створює наднизькі ступеня нагріву.

Пристрій застосовують в якості холодильника. Для цього процес запускають в зворотну сторону. Агрегати зріджують газ, охолоджують вимірювальні елементи в точних механізмах.

• Двигун для підводної техніки.

Підводні кораблі Швеції і Японії працюють завдяки двигуну.

Двигун Стірлінга як сонячної установки:

• Двигун, як акумулятор енергії.

Паливо в таких агрегатах, розплави солі, двигун застосовують, як джерело енергії. Мотор по запасу енергії випереджає хімічні елементи.

• Сонячний двигун.

Перетворюють енергію сонця в електрику. Речовина в даному випадку, водень або гелій. Двигун ставиться в фокусі максимальної концентрації енергії сонця, створеного за допомогою супутникової антени.