Stirling-moottori on toiminnan periaate. Matalalämpöinen Stirling-moottori (kuva)

Stirling-moottori, jonka toimintaperiaate on laadullisesti erilainen kuin kaikkien ICE-moottoreiden tavanomainen moottori, oli viimeinen arvoinen kilpailu. Kuitenkin he unohtivat sen jonkin aikaa. Kuinka tätä moottoria käytetään nykyään, mikä on sen toiminnan periaate (artikkelissa on myös Stirlingin moottorin piirustukset, jotka selvästi osoittavat sen työn) ja mitkä ovat tulevaisuuden näkymät.

tarina

Vuonna 1816 Skotlannissa Robert Stirling patentoitiin lämpökonetta, joka on nimetty tänään keksijän kunniaksi. Kuumailman ensimmäiset moottorit keksittiin jo ennen sitä. Mutta Stirling lisäsi laitteeseen puhdistusaineita, joita teknisessä kirjallisuudessa kutsutaan regeneroijaksi tai lämmönvaihtimeksi. Sen ansiosta moottorin teho kasvoi, kun laitetta pidettiin lämpimänä.

Moottori tunnustettiin tuolloin kestävimmäksi höyrymoottoriksi, koska se ei koskaan räjähtänyt. Ennen sitä muissa moottoreissa tällainen ongelma syntyi usein. Huolimatta sen nopeasta menestyksestä, sen kehitys jäi kaksikymmentä vuosisadan alusta luopumatta, koska se muuttui vähemmän taloudelliseksi verrattuna sitten ilmestyneisiin muihin polttomoottoreihin ja sähkömoottoreihin. Stirlingä käytettiin kuitenkin edelleen joillakin toimialoilla.

Polttomoottori

Kaikkien lämpömoottoreiden toimintaperiaate on, että tarvitaan suurempia mekaanisia voimia kaasun tuottamiseksi laajentuneessa tilassa kuin kylmäaineen pakatessa. Tämän visuaalisen esittelyn avulla voit tehdä kokeilun kahdella kylmällä ja kuumalla vedellä täytetyllä ruukulla sekä pullolla. Jälkimmäinen lasketaan kylmään veteen, joka on kytketty tulppaan ja siirretään sitten kuumaan. Samaan aikaan pulloissa oleva kaasu alkaa suorittaa mekaanista työtä ja työntää korkin ulos. Ensimmäinen polttomoottori perustui tähän prosessiin kokonaan. Kuitenkin myöhemmin keksijä ymmärsi, että osaa lämpöä voidaan käyttää lämmitykseen. Näin ollen tuottavuus on kasvanut merkittävästi. Mutta tämä ei auttanut moottoria yleistyä.

Myöhemmin Ruotsin insinööri Ericson paransi mallia ehdottamalla jäähdyttämistä ja kaasun lämmittämistä vakiopaineella tilavuuden sijaan. Tämän seurauksena monta kappaletta käytettiin kaivosten, alusten ja painotalojen töihin. Mutta miehistöille ne olivat liian raskas.

Philipsin ulkopuoliset polttomoottorit

Tällaiset moottorit ovat seuraavia tyyppejä:

• höyryä;
• Höyryturbiini;
• Stirling.

Jälkimmäiset eivät kehittyneet johtuen alhaisesta luotettavuudesta ja jäljelle jääneet eivät ole korkeimmat suorituskykyä verrattuna muihin muuntyyppisiin aggregaattiin, jotka ovat ilmestyneet. Vuonna 1938 Philips kuitenkin jatkoi työtään. Moottorit alkoivat palvella generaattoreiden käytöille ei-sähköistyneillä alueilla. Vuonna 1945 yrityksen insinöörit löysivät vastakkaisen sovelluksen: jos sähkömoottori ei kierrä akselia, niin sylinterin pään jäähtyminen jää alle sata ja yhdeksänkymmentä astetta. Sitten päätettiin käyttää jäähdytysyksiköissä parannettua Stirling-moottoria.

Toiminnan periaate

Moottorin toiminta on työskennellä termodynaamisissa sykleissä, joissa puristus ja laajeneminen tapahtuvat eri lämpötiloissa. Tällöin käyttöfluidin virtauksen säätö toteutetaan vaihtelevan tilavuuden (tai paineen - mallista riippuen) johtuen. Tämä on useimpien sellaisten koneiden toimintaperiaate, jolla voi olla erilaisia tehtäviä ja rakentavia järjestelmiä. Moottorit voivat olla mäntä tai pyörivä. Koneet, joiden tehtaat toimivat lämpöpumppuina, jääkaapineina, paineantureina ja niin edelleen.

Lisäksi on olemassa avoimia moottoreita, joissa virtauksen säätö toteutetaan venttiilien avulla. Niitä kutsutaan Ericksonin moottoreiksi, paitsi Stirlingin nimen yhteiseksi nimeksi. ICE: ssä hyödyllistä työtä suoritetaan alustavan ilman puristamisen, polttoaineen ruiskutuksen jälkeen, tuloksena olevan seoksen lämmittämiseksi polttamalla ja laajentamalla.

Stirling-moottorilla on sama käyttöperiaate: matalassa lämpötilassa puristus tapahtuu ja korkeassa lämpötilassa laajentuminen. Toisin kuitenkin lämmitys toteutetaan: lämpöä syötetään sylinterin seinän läpi ulkopuolelta. Siksi sitä kutsuttiin ulkoisen polttomoottoriksi. Stirling käytti säännöllistä lämpötilan muutosta siirtävän männän kanssa. Jälkimmäinen siirtää kaasua sylinterin ontelosta toiseen. Toisaalta lämpötila on jatkuvasti alhainen ja toisaalta korkea. Kun mäntä liikkuu ylöspäin, kaasu siirtyy kuumasta kylmään onteloon ja alaspäin - se palaa kuumaan. Ensinnäkin kaasu antaa paljon lämpöä jääkaappiin ja sitten lämmitin saa niin paljon kuin se antoi. Lämmittimen ja jääkaapin välillä on regeneraattori - ontelo, joka on täynnä materiaalia, johon kaasu antaa lämpöä. Käänteisvirtauksella regenerointi palauttaa sen.

Voimajärjestelmä on liitetty toimivaa mäntää, joka pakkaa kaasua kylmässä ja sallii sen laajentumisen lämpöön. Puristumisesta johtuen alempi lämpötila suoritetaan hyödyllistä työtä. Koko järjestelmä kulkee neljän jakson kautta jaksottaisilla liikkeillä. Kampiamekanismi takaa jatkuvuuden. Siksi syklin vaiheiden välillä ei ole tarkkoja rajoja, eikä Stirling-moottorin tehokkuutta ole vähennetty.

Kaikki edellä esitetyt johtopäätökset viittaavat siihen, että tämä moottori on mäntäkone, jossa on ulkopuolinen lämmöntuotto, jossa työskentelyneste ei jätä suljettua tilaa eikä sitä vaihdeta. Stirling-moottorin piirustukset kuvaavat hyvin laitetta ja sen toiminnan periaatetta.

Työn yksityiskohdat

Aurinko, sähkö, ydinenergia tai muu lämmönlähde voi toimittaa energiaa Stirling-moottorille. Hänen ruumiinsa työn periaate on heliumin, vedyn tai ilman käyttö. Ihanteellinen sykli on terminen maksimaalinen mahdollinen tehokkuus, joka on kolmekymmentä-neljäkymmentä prosenttia. Tehokkaalla regeneraattorilla se pystyy toimimaan tehokkaammin. Regenerointi, lämmitys ja jäähdytys toimittavat sisäänrakennetut, ilman öljyä toimivat lämmönvaihtimet. On huomattava, että moottori tarvitsee hyvin vähän voitelua. Sylinterin keskimääräinen paine on yleensä 10 - 20 MPa. Sen vuoksi se vaatii erinomaisen tiivistysjärjestelmän ja öljyn mahdollisuuden joutua työtapahtumiin.

Vertailevat ominaisuudet

Useimmissa tämän päivän moottoreissa käytetään nestemäistä polttoainetta. Samanaikaisesti jatkuva paine on helppo hallita, mikä vähentää päästöjä. Venttiilien puuttuminen takaa hiljaisen toiminnan. Teho massalla, joka on verrattavissa moottoreihin turboilla, ja lähtöön vastaanotettu erityinen teho on sama kuin dieselin yksikön osoitin. Nopeus ja vääntömomentti eivät riipu toisistaan.

Moottorin tuottamiskustannukset ovat paljon korkeammat kuin ICE. Mutta käytössä, päinvastoin.

edut

Kaikilla Stirling-moottorimallilla on monia etuja:

• Nykyaikaisen muotoilun tehokkuus voi nousta jopa seitsemänkymmentä prosenttia.
• Moottorissa ei ole suurjännitelaitteistoa, nokka-akselia ja venttiilejä. Sitä ei tarvitse säätää koko käyttöiän ajan.
• Stirlingissä ei ole räjähdystä, kuten ICE: ssä, joka kuormittaa voimakkaasti kampiakselia, laakereita ja yhdysvaijereita.
• Heillä ei ole tätä vaikutusta, kun he sanovat, että moottori on kuollut.
• Laitteen yksinkertaisuuden vuoksi sitä voidaan käyttää pitkään aikaan.
• Se voi toimia sekä polttopuilla, ydinvoimalla että muulla polttoaineella.
• Palaminen tapahtuu moottorin ulkopuolella.

puutteet

• Suurin haitta on materiaalin kulutus.
• Työlaitos on jäähdytettävä, minkä vuoksi mitat kasvavat merkittävästi.
• Yhtenäisten ominaisuuksien saavuttamiseksi ICE: n kanssa on käytettävä korkeaa painetta.
• Työkappaleeseen lämpö syötetään lämmönvaihtimien seinämien läpi, joissa on rajoitettu lämmönjohtavuus.
• Moottorin tehon muuttamiseksi vaihda puskurikapasiteetin voimakkuus, työfluidin keskimääräinen paine, vaihesiirron ja männän välinen vaihekulma.

hakemus

Tällä hetkellä Stirling-moottoria generaattorilla käytetään monilla alueilla. Tämä on yleinen sähköenergian lähde jääkaapeissa, pumppuissa, sukellusveneissä ja aurinkovoimaloissa. Erilaisten polttoaineiden käytön ansiosta on mahdollista käyttää sitä laajalti.

uudestisyntyminen

Nämä moottorit alkoivat jälleen kehittyä Philipsin ansiosta. Keskiajalla hän solmi sopimuksen General Motorsin kanssa. Hän johti kehitystä Stirlingin soveltamiseen avaruudessa ja vedenalaisissa laitteissa, laivoilla ja autoilla. Heidän mukaansa he alkoivat kehittää niitä, mukaan lukien mahdollinen käyttö henkilöautoissa.

Nykyään lineaarista Stirling-moottoria käytetään vedenalaisten, avaruus- ja aurinkokennojen asennuksissa. Suuri kiinnostus siihen johtuu ympäristön tilan heikkenemisen kiireellisyydestä sekä melun torjunnasta. Kanadassa ja Yhdysvalloissa, Saksassa ja Ranskassa sekä Japanissa etsitään aktiivisesti sen käyttöä ja kehitystä.

tulevaisuudessa

Stirling-männän ja pyörivän moottorin ilmeiset edut, jotka koostuvat suuresta käyttöiästä, eri polttoaineiden käytöstä, äänekkäämisestä ja alhaisesta myrkyllisyydestä, tekevät siitä erittäin lupaavan polttomoottorin taustalla. Koska ICE on kuitenkin parantunut koko ajan, sitä ei voida helposti siirtää. Tällä tavalla moottori on tällä hetkellä johtava asema, eikä sitä ole tarkoitus luovuttaa lähitulevaisuudessa.