موتور استرلینگ موتور احتراق خارجی استرلینگ موتور توربین احتراق خارجی

از گذشته تا آینده! در سال 1817 ، کشیش اسکاتلندی رابرت استرلینگ ... حق اختراع نوع جدیدی از موتور را دریافت کرد ، که بعداً مانند موتورهای دیزلی به نام مخترع - استرلینگ نامگذاری شد. اهل محله یک شهر کوچک اسکاتلند مدتهاست و با سوء ظن آشکار به شبان روحانی خود نگاه می کردند. هنوز هم می خواهد! صدای خش خش و خش خش از دیوارهای انباری که پدر استرلینگ اغلب در آنجا ناپدید می شد نه تنها می توانست ذهن خداترس آنها را گیج کند. شایعات مداوم وجود داشت که انبار حاوی اژدهای وحشتناکی است که پدر مقدس آن را اهلی کرده و با خفاش و نفت سفید تغذیه می کند.

اما رابرت استرلینگ، یکی از روشنفکرترین افراد اسکاتلند، از خصومت گله خجالت نکشید. امور و نگرانی های دنیوی او را بیشتر و بیشتر به خود مشغول می کرد که به زیان خدمت به پروردگار بود: کشیش توسط ... ماشین ها برده شد.

جزایر بریتانیا در آن زمان در حال تجربه یک انقلاب صنعتی بودند: کارخانه‌ها به سرعت در حال توسعه بودند. و وزرای فرقه نسبت به درآمد هنگفتی که شیوه جدید تولید نوید می دهد بی تفاوت نمی مانند.

به برکت کلیسا و بدون کمک سازندگان، چندین دستگاه استرلینگ ساخته شد که بهترین آنها 45 اسب بخار بود. s.، به مدت سه سال در معدنی در داندی کار کرد.

توسعه بیشتر استرلینگ ها به تعویق افتاد: در دهه 60 قرن گذشته، یک موتور جدید اریکسون وارد عرصه شد.

هر دو طرح مشترکات زیادی داشتند. اینها موتورهای احتراق خارجی بودند. در هر دو ماشین، هوا سیال کار بود و در هر دو اساس موتور، احیا کننده بود که هوای داغ تخلیه شده تمام گرما را از آن عبور می کرد. بخش تازه ای از هوا که از یک توری فلزی متراکم تراوش می کرد، این گرما را قبل از ورود به سیلندر کار از بین برد.

با توجه به نمودار شکل 1 می توان دید که چگونه هوا از طریق لوله مکش 10 و شیر 4 وارد کمپرسور 3 شده و فشرده شده و از شیر 5 به مخزن میانی خارج می شود. در این زمان قرقره 8 لوله اگزوز 9 را می بندد و هوا از طریق احیا کننده وارد سیلندر کار 1 می شود که توسط جعبه آتش 11 گرم می شود. در اینجا هوا منبسط می شود و کار مفیدی انجام می دهد که تا حدی به پیستون سنگین بالابر هدایت می شود تا حدی برای فشرده کردن هوای سرد در کمپرسور 3. با پایین آمدن پیستون، هوای خروجی را از طریق احیا کننده 7 و قرقره 8 را به لوله اگزوز فشار می دهد. هنگامی که پیستون پایین می آید، قسمت تازه ای از هوا به داخل کمپرسور مکیده می شود.

1 - سیلندر کار، 2 - پیستون؛ 3 - کمپرسور; 4 - شیر مکش; 5 - شیر تخلیه; 6 - مخزن میانی; 7 - احیا کننده; 8 - شیر بای پس; 9 - لوله اگزوز; 10 - لوله مکش; 11 - کوره.

هر دو طرح مقرون به صرفه نبودند. اما به دلایلی مشکلات موتور اسکاتلندی بیشتر بود و نسبت به موتور اریکسون از اعتماد کمتری برخوردار بود. شاید به همین دلیل است که آنها یک جزئیات بسیار مهم را نادیده گرفتند: در قدرت های برابر، موتور استرلینگ فشرده تر بود. علاوه بر این، او مزیت قابل توجهی در ترمودینامیک داشت ...

فشرده سازی، گرمایش، انبساط، خنک کننده - اینها چهار فرآیند اصلی هستند که برای عملکرد هر موتور حرارتی لازم است. هر یک از آنها را می توان به روش های مختلف انجام داد. به عنوان مثال، گرمایش و سرمایش یک گاز را می توان در یک حفره بسته با حجم ثابت (فرآیند ایزوکوریک) یا تحت یک پیستون متحرک با فشار ثابت (فرآیند ایزوباریک) انجام داد. فشرده سازی یا انبساط گاز می تواند در دمای ثابت (فرایند همدما) یا بدون تبادل حرارت با محیط (فرایند آدیاباتیک) رخ دهد. با گردآوری زنجیره های بسته از ترکیبات مختلف چنین فرآیندهایی، به دست آوردن چرخه های نظری که بر اساس آن همه موتورهای حرارتی مدرن کار می کنند دشوار نیست. فرض کنید ترکیبی از دو آدیابات و دو ایزوکور چرخه نظری یک موتور بنزینی را تشکیل می دهد. اگر ایزوکر موجود در آن را که گاز در طول آن گرم می شود با ایزوبار جایگزین کنیم، یک چرخه دیزل به دست می آید. دو آدیابات و دو ایزوبار چرخه نظری توربین گاز را ارائه می دهند. در میان تمام چرخه های قابل تصور، ترکیب دو آدیابات و دو ایزوترم نقش ویژه ای در ترمودینامیک ایفا می کند، زیرا چنین چرخه ای - چرخه کارنو - باید موتور را با بالاترین بازدهی کار کند.

اگر در موتور استرلینگ گرما در امتداد ایزوکورها تامین می شد، در اریکسون این فرآیند در امتداد ایزوبار رخ می داد و فرآیندهای فشرده سازی و انبساط در امتداد ایزوترم ها پیش می رفت.

در آغاز قرن ما، موتورهای اریکسون با قدرت کم (حدود 10-20 اسب بخار) در کشورهای مختلف کاربرد پیدا کردند. هزاران تاسیسات از این قبیل در کارخانه ها، چاپخانه ها، معادن و معادن کار می کردند، میل ماشین آلات را می چرخانند، آب را پمپ می کردند، آسانسورها را بالا می بردند. تحت نام "گرما و قدرت" آنها در روسیه شناخته شده بودند.

تلاش هایی برای ساخت یک موتور دریایی بزرگ انجام شد، اما نتایج آزمایش نه تنها شکاکان، بلکه خود اریکسون را نیز دلسرد کرد. برخلاف پیشگویی های اولی، کشتی "حرکت" کرد و حتی از اقیانوس اطلس عبور کرد. اما انتظارات مخترع نیز فریب خورد: چهار موتور با اندازه غول پیکر به جای 1000 اسب بخار. با. تنها 300 لیتر توسعه یافته است. با. مصرف زغال سنگ مانند موتورهای بخار بود. علاوه بر این، ته سیلندرهای کار در پایان سفر می سوخت و در انگلستان موتورها باید برداشته می شدند و مخفیانه با یک موتور بخار معمولی جایگزین می شدند. علاوه بر همه بدبختی ها در راه بازگشت به آمریکا، کشتی سقوط کرد و با تمام خدمه جان خود را از دست داد.

1 - پیستون کار 2 - پیستون - جابجایی; 3 - کولر؛ 4 - بخاری؛ 5 - احیا کننده; 6 - فضای سرد; 7 - فضای گرم

اریکسون با کنار گذاشتن ایده ساخت "ماشین های کالری" با قدرت بالا، تولید انبوه موتورهای کوچک را راه اندازی کرد. واقعیت این است که سطح علم و فناوری آن زمان اجازه طراحی و ساخت یک ماشین اقتصادی و قدرتمند را نمی داد.

اما ضربه اصلی به اریکسون از سوی مخترعان موتور احتراق داخلی وارد شد. توسعه سریع موتورهای دیزلی و کاربراتوری باعث شد یک ایده خوب فراموش شود.

... یک قرن گذشت. در دهه 1930، یکی از دپارتمان های نظامی به فیلیپس دستور داد تا نیروگاهی با ظرفیت 200 تا 400 وات برای ایستگاه رادیویی سیار توسعه دهد. علاوه بر این، موتور باید همه چیزخوار باشد، یعنی باید روی هر نوع سوختی کار کند.

متخصصان شرکت با تمام دقت دست به کار شدند. ما با تحقیق روی چرخه های ترمودینامیکی مختلف شروع کردیم و در کمال تعجب متوجه شدیم که از نظر تئوری اقتصادی ترین موتور استرلینگ است که مدت هاست فراموش شده است.

جنگ تحقیقات را به حالت تعلیق درآورد، اما در پایان دهه 40، کار ادامه یافت. و سپس، در نتیجه آزمایش ها و محاسبات متعدد، کشف جدیدی انجام شد - یک مدار بسته، که در آن تحت فشار حدود 200 اتمسفر. سیال عامل (هیدروژن یا هلیوم، به عنوان دارای کمترین ویسکوزیته و بالاترین ظرفیت حرارتی) در گردش است. درست است، پس از بسته شدن چرخه، مهندسان مجبور شدند از خنک کننده مصنوعی سیال کار مراقبت کنند. بنابراین یک خنک کننده وجود داشت که در اولین موتورهای احتراق خارجی وجود نداشت. و اگرچه بخاری و کولر، مهم نیست که چقدر جمع و جور هستند، استرلینگ را سنگین‌تر می‌کنند، اما به آن کیفیت بسیار مهمی می‌گویند.

جدا از محیط خارجی، عملاً به آن وابسته نیستند. استرلینگ می تواند از هر منبع گرمایی در همه جا کار کند: زیر آب، زیر زمین، در فضا - یعنی جایی که موتورهای احتراق داخلی که به هوا نیاز دارند نمی توانند کار کنند. در چنین شرایطی، اصولاً نمی توان بدون بخاری و کولرهایی که گرما را از طریق دیوار منتقل می کنند، انجام داد. و سپس استرلینگ رقبای خود را حتی در وزن شکست داد. در نمونه های اولیه، وزن مخصوص به ازای واحد قدرت حدود 6-7 کیلوگرم بر اسب بخار بود. با.، مانند موتورهای دیزل دریایی. استرلینگ های مدرن نسبت کمتری دارند - 1.5-2 کیلوگرم در لیتر. با. آنها حتی فشرده تر و سبک تر هستند.

بنابراین، این طرح دو مدار شد: یک مدار با عامل کار و دوم - تامین گرما. این باعث شد تا توان خروجی به 200 لیتر برسد. با. در هر لیتر حجم کار و کارایی. - تا 38-40 درصد. برای مقایسه: مدرن

موتورهای دیزلی دارای کارایی هستند. 34-38 درصد و موتورهای کاربراتوری - 25-28. علاوه بر این، فرآیند احتراق سوخت استرلینگ مداوم است و این به شدت سمیت را - از نظر خروجی مونوکسید کربن 200 برابر، از نظر اکسید نیتروژن - 1-2 مرتبه بزرگی کاهش می دهد. در اینجا شاید یکی از راه حل های ریشه ای برای معضل آلودگی هوای شهری وجود داشته باشد.

بخش کار یک استرلینگ مدرن یک حجم بسته است که با یک گاز در حال کار پر شده است (شکل 2). قسمت بالای ولوم گرم است، به طور مداوم گرم می شود. پایین سرد است، مدام با آب خنک می شود. در همان حجم - یک سیلندر با دو پیستون: یک جابجایی و یک کارگر. هنگامی که پیستون بالا می رود، گاز موجود در حجم فشرده می شود. پایین - گسترش می یابد. حرکت بالا و پایین پیستون جابجایی توزیع متناوب گاز گرم و خنک را تولید می کند. هنگامی که پیستون جابجایی در موقعیت بالایی (در فضای گرم) قرار می گیرد، بیشتر گاز به منطقه سرد منتقل می شود. در این زمان پیستون کار شروع به حرکت به سمت بالا می کند و گاز سرد را فشرده می کند. اکنون پیستون جابجایی به سمت پایین حرکت می کند تا زمانی که با پیستون در حال کار تماس پیدا کند و گاز سرد فشرده به فضای گرم پمپ می شود. انبساط گاز گرم شده - سکته مغزی کار. بخشی از انرژی سکته کار برای فشرده سازی بعدی گاز سرد ذخیره می شود و مازاد آن به شفت موتور می رود.

احیا کننده بین فضای سرد و گرم قرار دارد. هنگامی که گاز داغ منبسط شده با حرکت پیستون جابجایی به قسمت سرد پمپ می شود، از یک بسته متراکم از سیم های نازک مسی عبور می کند و گرمای موجود در آن را به آنها می دهد. در طول سکته برگشتی، هوای سرد فشرده این گرما را قبل از رسیدن به قسمت داغ پس می گیرد.

1 - انژکتور سوخت؛ 2 - اگزوز گازهای خنک شده 3 - بخاری هوا; 4 - خروجی گازهای داغ; 5 - فضای گرم; 6 - احیا کننده; 7 - سیلندر؛ 8 - لوله های خنک کننده; 9 - فضای سرد; 10 - پیستون کار؛ 11 - درایو لوزی. 12 - محفظه احتراق؛ 13 - لوله های بخاری; 14 - جابجایی پیستون؛ 15 - ورودی هوا برای احتراق سوخت. 16 - حفره بافر.

البته، در یک ماشین واقعی، همه چیز به این سادگی به نظر نمی رسد (شکل 3). گرم کردن سریع گاز از طریق دیواره ضخیم سیلندر غیرممکن است، این به سطح گرمایش بسیار بزرگتری نیاز دارد. به همین دلیل است که قسمت بالایی حجم بسته به سیستمی از لوله های نازک تبدیل می شود که توسط شعله نازل گرم می شود. برای استفاده از گرمای محصولات احتراق تا حد امکان، هوای سردی که به نازل عرضه می شود توسط گازهای خروجی از قبل گرم می شود - به این ترتیب یک مدار احتراق نسبتاً پیچیده ظاهر می شود.

قسمت سرد حجم کار نیز سیستمی از لوله ها است که آب خنک کننده به آن تزریق می شود.

در زیر پیستون کار یک حفره بافر بسته وجود دارد که با گاز فشرده پر شده است. در طول سکته کار، فشار در این حفره افزایش می یابد. انرژی ذخیره شده در این حالت برای فشرده سازی گاز سرد در حجم کار کافی است.

با بهبود آنها، دما و فشار به طور غیرقابل کنترلی افزایش یافت. 800 درجه سانتیگراد و 250 اتمسفر. - این یک کار بسیار دشوار برای طراحان است، این جستجوی مواد مخصوصا قوی و مقاوم در برابر حرارت است، مشکل سخت خنک کننده است، زیرا تولید گرما در اینجا یک و نیم تا دو برابر بیشتر از موتورهای کلاسیک است.

نتایج این آزمایش ها گاهی به غیرمنتظره ترین یافته ها منجر می شود. به عنوان مثال، متخصصان فیلیپس در حالی که موتور خود را در حالت آرام (بدون گرم کردن) کار می کردند، متوجه شدند که سر سیلندر بسیار خنک است. کاملاً تصادفی، این اثر منجر به یک سری تحولات و در نتیجه تولد یک دستگاه تبرید جدید شد. در حال حاضر چنین واحدهای تبرید با کارایی بالا و اندازه کوچک به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می شود. اما برگردیم به موتورهای حرارتی.

رویدادهای بعدی مانند گلوله برفی در حال رشد هستند. در سال 1958 استرلینگ با کسب مجوز توسط سایر شرکت ها به خارج از کشور رفت. شروع به آزمایش در زمینه های مختلف فناوری کرد. پروژه ای برای استفاده از موتور برای تامین انرژی تجهیزات فضاپیماها و ماهواره ها در حال توسعه است. برای ایستگاه‌های رادیویی صحرایی، نیروگاه‌هایی ساخته می‌شوند که با هر نوع سوخت (با قدرتی در حد 10 اسب بخار) کار می‌کنند، که سطح صدای کمی دارند که برای 20 مرحله قابل شنیدن نیست.

یک کارخانه نمایشی که بر روی بیست نوع سوخت کار می کرد، یک حس بزرگ ایجاد کرد. بدون خاموش کردن موتور، به سادگی با چرخاندن شیر، بنزین، سوخت دیزل، روغن خام، روغن زیتون، گاز قابل احتراق به طور متناوب وارد محفظه احتراق می شدند - و ماشین کاملاً "خوراک" را می خورد. در مطبوعات خارجی گزارش هایی در مورد پروژه موتور 2.5 هزار اسب بخاری منتشر شد. با. با راکتور هسته ای بازده تخمینی 48-50٪. تمام ابعاد واحد قدرت به طور قابل توجهی کاهش می یابد، که اجازه می دهد تا وزن و مساحت آزاد شده تحت حفاظت بیولوژیکی راکتور قرار گیرد.

پیشرفت جالب دیگر درایو برای قلب مصنوعی با وزن 600 گرم و 13 وات است. یک ایزوتوپ ضعیف رادیواکتیو منبع انرژی تقریباً پایان ناپذیری برای آن فراهم می کند.

موتور استرلینگ روی برخی خودروها آزمایش شد. از نظر پارامترهای عملکردی آن کمتر از کاربراتوری نبود و سطح سر و صدا و سمیت اگزوز به میزان قابل توجهی کاهش یافت.

یک ماشین با استرلینگ می تواند با هر نوع سوختی و در صورت لزوم با مذاب کار کند. تصور کنید: قبل از ورود به شهر، راننده مشعل را روشن می کند و چندین کیلوگرم اکسید آلومینیوم یا لیتیوم هیدرید را ذوب می کند. او در خیابان های شهر «بدون دود» سوار می شود: موتور با گرمای ذخیره شده توسط مذاب کار می کند. یکی از شرکت ها یک موتور اسکوتر ساخت که در مخزن آن حدود 10 لیتر مذاب لیتیوم فلوراید ریخته می شود. چنین شارژی برای 5 ساعت کارکرد با قدرت موتور 3 لیتر کافی است. با.

کار روی استرلینگ ها ادامه دارد. در سال 1967 نمونه ای از یک کارخانه آزمایشی با ظرفیت 400 لیتر ساخته شد. با. برای یک سیلندر برنامه جامعی در حال انجام است که طبق آن تا سال 1977 برنامه ریزی شده است تا موتورهایی با محدوده قدرت 20 تا 380 اسب بخار تولید شود. با. فیلیپس در سال 1971 یک موتور چهار سیلندر صنعتی با قدرت 200 اسب بخار تولید کرد. با. با وزن کل 800 کیلوگرم. تعادل او به قدری بالا است که سکه ای (به اندازه یک پنی) که روی لبه آن روی بدنه قرار می گیرد بدون حرکت می ایستد.

از مزایای نوع جدید موتور می توان به یک منبع موتور بزرگ در حدود 10 هزار ساعت اشاره کرد. (اطلاعات جداگانه ای در مورد 27 هزار وجود دارد) و عملکرد صاف، زیرا فشار در سیلندرها به آرامی افزایش می یابد (طبق یک سینوسی)، و نه با انفجار، مانند موتور دیزل.

پیشرفت‌های امیدوارکننده مدل‌های جدید نیز در اینجا انجام می‌شود. دانشمندان و مهندسان در حال کار بر روی سینماتیک گزینه های مختلف هستند، در رایانه های الکترونیکی آنها انواع مختلفی از "قلب" را محاسبه می کنند، یک بازسازی کننده استرلینگ. جست‌وجوی راه‌حل‌های مهندسی جدید وجود دارد که اساس موتورهای مقرون‌به‌صرفه و قدرتمندی را تشکیل می‌دهند که می‌توانند موتورهای دیزلی و بنزینی معمولی را پیش ببرند و در نتیجه اشتباه ناعادلانه تاریخ را اصلاح کنند.

A. ALEKSEEV

متوجه خطایی شدید؟ آن را انتخاب کرده و کلیک کنید Ctrl+Enter تا به ما اطلاع دهند

اکولوژی مصرف علم و فناوری: موتور استرلینگ بیشتر در مواقعی که نیاز به دستگاهی برای تبدیل انرژی حرارتی ساده و کارآمد است استفاده می شود.

کمتر از صد سال پیش، موتورهای احتراق داخلی سعی کردند جایگاه شایسته خود را در رقابت در میان سایر ماشین‌ها و مکانیسم‌های متحرک موجود به دست آورند. ضمن اینکه آن روزها برتری موتور بنزینی چندان مشهود نبود. ماشین های بخار موجود به دلیل بی صدا بودن، ویژگی های قدرت عالی برای آن زمان، سهولت تعمیر و نگهداری و توانایی استفاده از انواع سوخت متمایز بودند. در مبارزه بیشتر برای بازار، موتورهای احتراق داخلی به دلیل کارایی، قابلیت اطمینان و سادگی غالب شدند.

رقابت بیشتر برای بهبود واحدها و مکانیسم‌های حرکتی که توربین‌های گازی و موتورهای دوار در اواسط قرن بیستم وارد آن شدند، منجر به این واقعیت شد که علی‌رغم برتری موتور بنزینی، تلاش‌هایی برای معرفی یک نوع کاملاً جدید انجام شد. موتور روی "زمین بازی" - حرارتی، برای اولین بار در سال 1861 توسط یک کشیش اسکاتلندی به نام رابرت استرلینگ اختراع شد. این موتور به نام سازنده آن نامگذاری شد.

موتور استیرلینگ: جنبه فیزیکی موضوع

برای درک نحوه عملکرد یک نیروگاه رومیزی استرلینگ، باید اصول اولیه نحوه کار موتورهای حرارتی را بدانید. از نظر فیزیکی، اصل کار استفاده از انرژی مکانیکی است که با انبساط گاز در حین گرمایش و فشرده سازی بعدی آن در هنگام خنک سازی به دست می آید. برای نشان دادن اصل کار می توان مثالی بر اساس یک بطری پلاستیکی معمولی و دو گلدان ارائه داد که یکی از آنها حاوی آب سرد و دیگری گرم است.

هنگام پایین آوردن بطری در آب سرد که دمای آن نزدیک به دمای تشکیل یخ است، با خنک شدن کافی هوای داخل ظرف پلاستیکی، باید با چوب پنبه بسته شود. علاوه بر این، هنگامی که بطری در آب جوش قرار می گیرد، پس از مدتی چوب پنبه با نیروی "شلیک" می شود، زیرا در این حالت کار انجام شده توسط هوای گرم شده چندین برابر بیشتر از کاری است که در هنگام خنک شدن انجام می شود. وقتی آزمایش بارها تکرار شود، نتیجه تغییر نمی کند.

اولین ماشین‌هایی که با استفاده از موتور استرلینگ ساخته شدند، فرآیند نشان‌داده‌شده در آزمایش را صادقانه بازتولید کردند. به طور طبیعی، مکانیسم نیاز به بهبود داشت، که شامل استفاده از بخشی از گرمای است که توسط گاز در طول خنک‌سازی برای گرمایش بیشتر از دست می‌رفت و اجازه می‌داد تا گرما به گاز برای تسریع گرمایش برگردد.

اما حتی استفاده از این نوآوری نیز نتوانست وضعیت را نجات دهد، زیرا اولین استرلینگ ها از نظر اندازه بزرگ و توان خروجی کم بودند. در آینده بیش از یک بار تلاش هایی برای مدرن سازی طراحی برای دستیابی به قدرت 250 اسب بخار انجام شد. منجر به این واقعیت شد که در حضور یک سیلندر با قطر 4.2 متر، توان خروجی واقعی که نیروگاه استرلینگ در 183 کیلو وات تولید می کرد در واقع تنها 73 کیلو وات بود.

تمام موتورهای استرلینگ بر اساس اصل چرخه استرلینگ کار می کنند که شامل چهار فاز اصلی و دو فاز میانی است. اصلی ترین آنها گرمایش، انبساط، سرمایش و فشرده سازی است. به عنوان مرحله انتقال، انتقال به ژنراتور سرما و انتقال به عنصر گرمایش در نظر گرفته می شود. کار مفید انجام شده توسط موتور صرفاً بر اساس اختلاف دما بین قسمت های گرمایش و سرمایش است.

پیکربندی های استیرلینگ مدرن

مهندسی مدرن سه نوع اصلی از این موتورها را متمایز می کند:

• آلفا استرلینگ که تفاوت آن در دو پیستون فعال واقع در سیلندرهای مستقل است. از بین هر سه گزینه، این مدل بالاترین قدرت را دارد و بالاترین دمای پیستون گرم شده را دارد.
• استرلینگ بتا بر اساس یک استوانه که یک قسمت آن گرم و قسمت دیگر سرد است.
• گاما استرلینگ که علاوه بر پیستون دارای جابجایی نیز می باشد.

تولید نیروگاه در استرلینگ به انتخاب مدل موتور بستگی دارد که تمام جنبه های مثبت و منفی چنین پروژه ای را در نظر می گیرد.

مزایا و معایب

این موتورها با توجه به ویژگی های طراحی خود دارای مزیت های متعددی هستند، اما بدون ایراد نیستند.

نیروگاه دسکتاپ استرلینگ، که نمی توان آن را در فروشگاه خریداری کرد، اما فقط از آماتورهایی که به طور مستقل چنین دستگاه هایی را جمع آوری می کنند، شامل موارد زیر است:

• ابعاد بزرگ، که به دلیل نیاز به خنک کننده مداوم پیستون کار ایجاد می شود.
• استفاده از فشار بالا که برای بهبود عملکرد و قدرت موتور لازم است.
• از دست دادن گرما، که به دلیل این واقعیت است که گرمای تولید شده نه به خود سیال کار، بلکه از طریق سیستم مبدل های حرارتی منتقل می شود که گرمایش منجر به از دست دادن کارایی می شود.
• کاهش شدید قدرت مستلزم استفاده از اصول خاصی است که با اصول سنتی موتورهای بنزینی متفاوت است.

نیروگاه های فعال در واحدهای استرلینگ علاوه بر معایب، مزایای غیر قابل انکاری دارند:

• هر نوع سوخت، زیرا مانند هر موتوری که از انرژی گرمایی استفاده می کند، این موتور قادر است در هر محیطی با اختلاف دما کار کند.
• اقتصاد. این دستگاه‌ها می‌توانند جایگزینی عالی برای واحدهای بخار در مواردی که نیاز به پردازش انرژی خورشیدی است، بازدهی 30٪ بالاتر را نشان دهد.
• ایمنی محیطی از آنجایی که نیروگاه رومیزی کیلووات لحظه اگزوز تولید نمی کند، صدا تولید نمی کند یا مواد مضر را در جو منتشر نمی کند. گرمای معمولی به عنوان منبع انرژی عمل می کند و سوخت تقریباً به طور کامل می سوزد.
• سادگی سازنده استرلینگ برای کار خود نیازی به قطعات یا وسایل اضافی ندارد. قادر به شروع مستقل بدون استفاده از استارتر است.
• افزایش منابع ظرفیت کاری موتور به دلیل سادگی می تواند بیش از صد ساعت کار مداوم را ارائه دهد.

کاربردهای موتور استیرلینگ

موتور استرلینگ اغلب در شرایطی استفاده می شود که به دستگاهی برای تبدیل انرژی حرارتی نیاز است که ساده است، در حالی که راندمان انواع دیگر واحدهای حرارتی در شرایط مشابه به طور قابل توجهی کمتر است. اغلب، چنین واحدهایی در منبع تغذیه تجهیزات پمپاژ، یخچال و فریزر، زیردریایی ها، باتری هایی که انرژی را ذخیره می کنند استفاده می شود.

یکی از مناطق امیدوارکننده برای استفاده از موتورهای استرلینگ، نیروگاه های خورشیدی است، زیرا این واحد می تواند با موفقیت برای تبدیل انرژی نور خورشید به انرژی الکتریکی استفاده شود. برای انجام این فرآیند، موتور در کانون آینه ای قرار می گیرد که اشعه های خورشید را جمع می کند، که روشنایی دائمی منطقه ای را که نیاز به گرمایش دارد فراهم می کند. این به شما امکان می دهد انرژی خورشیدی را روی یک منطقه کوچک متمرکز کنید. سوخت موتور در این مورد هلیوم یا هیدروژن است. منتشر شده

موتور استرلینگ، که اصل عملکرد آن از نظر کیفی با معمول برای همه موتورهای احتراق داخلی متفاوت است، زمانی رقیبی شایسته برای دومی بود. با این حال آنها برای مدتی آن را فراموش کردند. نحوه استفاده از این موتور امروزه، اصل عملکرد آن چیست (در مقاله همچنین می توانید نقشه های موتور استرلینگ را بیابید که به وضوح عملکرد آن را نشان می دهد)، و چشم انداز استفاده در آینده چیست، در زیر بخوانید.

داستان

در سال 1816، در اسکاتلند، رابرت استرلینگ اختراعی را به نام امروزی به افتخار مخترع آن ثبت کرد. اولین موتورهای هوای گرم قبل از او اختراع شد. اما استرلینگ یک تصفیه کننده به دستگاه اضافه کرد که در ادبیات فنی به آن احیا کننده یا مبدل حرارتی می گویند. با تشکر از او، عملکرد موتور در عین گرم نگه داشتن واحد افزایش یافت.

این موتور به عنوان بادوام ترین موتور بخار موجود در آن زمان شناخته شد، زیرا هرگز منفجر نشد. قبل از او، در موتورهای دیگر، این مشکل اغلب به وجود می آمد. علیرغم موفقیت سریع، توسعه آن در آغاز قرن بیستم رها شد، زیرا نسبت به سایر موتورهای احتراق داخلی و موتورهای الکتریکی که در آن زمان ظاهر شدند، مقرون به صرفه تر شد. با این حال، استرلینگ همچنان در برخی از صنایع مورد استفاده قرار می گرفت.

موتور احتراق خارجی

اصل کار همه موتورهای حرارتی این است که برای بدست آوردن گاز در حالت منبسط شده، نیروهای مکانیکی بیشتری نسبت به فشرده سازی یک سرد مورد نیاز است. برای نشان دادن این، می توانید آزمایشی را با دو گلدان پر از آب سرد و گرم و همچنین یک بطری انجام دهید. دومی در آب سرد غوطه ور می شود، با چوب پنبه وصل می شود، سپس به گرم منتقل می شود. در این حالت، گاز موجود در بطری شروع به انجام کارهای مکانیکی می کند و چوب پنبه را بیرون می راند. اولین موتور احتراق خارجی کاملاً بر اساس این فرآیند بود. درست است، بعداً مخترع متوجه شد که بخشی از گرما را می توان برای گرم کردن استفاده کرد. بنابراین بهره وری به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. اما حتی این نیز کمکی به رایج شدن موتور نکرد.

بعدها، اریکسون، مهندس سوئدی، طراحی را با پیشنهاد اینکه گاز به جای حجم، با فشار ثابت خنک و گرم شود، بهبود بخشید. در نتیجه، بسیاری از نسخه ها برای کار در معادن، کشتی ها و چاپخانه ها شروع به استفاده کردند. اما برای خدمه، آنها خیلی سنگین بودند.

موتورهای احتراق خارجی فیلیپس

چنین موتورهایی از انواع زیر هستند:

• بخار؛
• توربین بخار؛
• استرلینگ.

نوع دوم به دلیل قابلیت اطمینان پایین و سایر نه بالاترین نرخ ها در مقایسه با سایر انواع واحدهای ظاهر شده توسعه نیافته است. با این حال، فیلیپس در سال 1938 بازگشایی شد. موتورها برای به حرکت درآوردن ژنراتورها در مناطق غیر برقی شروع به کار کردند. در سال 1945، مهندسان این شرکت کاربرد معکوس را برای آنها پیدا کردند: اگر شفت توسط یک موتور الکتریکی بچرخد، خنک کننده سر سیلندر به منفی صد و نود درجه سانتیگراد می رسد. سپس تصمیم گرفته شد از موتور بهبود یافته استرلینگ در واحدهای تبرید استفاده شود.

اصل عملیات

عمل موتور کار بر روی چرخه های ترمودینامیکی است که در آن فشرده سازی و انبساط در دماهای مختلف اتفاق می افتد. در این حالت، تنظیم جریان سیال کار به دلیل تغییر حجم (یا فشار - بسته به مدل) انجام می شود. این اصل کار اکثر این ماشین هاست که ممکن است عملکردها و طرح های متفاوتی داشته باشند. موتورها می توانند پیستونی یا چرخشی باشند. ماشین آلات با تاسیسات خود به عنوان پمپ حرارتی، یخچال، ژنراتور فشار و غیره کار می کنند.

علاوه بر این، موتورهای چرخه باز وجود دارند که کنترل جریان از طریق شیرها انجام می شود. این آنها هستند که علاوه بر نام رایج نام استرلینگ، موتورهای اریکسون نامیده می شوند. در یک موتور احتراق داخلی، کار مفید پس از پیش فشرده سازی هوا، تزریق سوخت، گرم کردن مخلوط حاصل مخلوط با احتراق و انبساط انجام می شود.

موتور استرلینگ همان اصل کار را دارد: در دماهای پایین تراکم و در دماهای بالا انبساط رخ می دهد. اما گرمایش به روش های مختلفی انجام می شود: گرما از طریق دیواره سیلندر از خارج تامین می شود. بنابراین، او نام موتور احتراق خارجی را دریافت کرد. استرلینگ از یک تغییر دوره ای دما با پیستون جابجایی استفاده کرد. دومی گاز را از یک حفره سیلندر به حفره دیگر منتقل می کند. از یک طرف دما دائماً پایین است و از طرف دیگر زیاد است. هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند، گاز از یک حفره گرم به یک حفره سرد و هنگامی که به سمت پایین حرکت می کند، به یک حفره گرم باز می گردد. ابتدا گاز گرمای زیادی به یخچال می دهد و سپس به اندازه ای که گرما می دهد از بخاری گرما می گیرد. یک احیا کننده بین بخاری و کولر قرار می گیرد - یک حفره پر از ماده ای که گاز به آن گرما می دهد. در جریان معکوس، احیا کننده آن را برمی گرداند.

سیستم جابجایی به یک پیستون در حال کار متصل است، که گاز را در سرما فشرده می کند و به آن اجازه می دهد در گرما منبسط شود. به دلیل فشرده سازی در دمای پایین تر، کار مفیدی انجام می شود. کل سیستم چهار چرخه را با حرکات متناوب طی می کند. مکانیسم میل لنگ در عین حال تداوم را تضمین می کند. بنابراین مرزهای تیز بین مراحل چرخه رعایت نمی شود و استرلینگ کاهش نمی یابد.

با توجه به تمام موارد فوق، نتیجه گیری خود نشان می دهد که این موتور یک ماشین رفت و برگشتی با منبع حرارت خارجی است که در آن سیال کار از فضای بسته خارج نمی شود و جایگزین نمی شود. نقشه های موتور استرلینگ به خوبی دستگاه و اصل عملکرد آن را نشان می دهد.

جزئیات کار

خورشید، الکتریسیته، انرژی هسته ای یا هر منبع گرمایی دیگر می تواند نیروی موتور استرلینگ را تامین کند. اصل عملکرد بدن او استفاده از هلیوم، هیدروژن یا هوا است. یک سیکل ایده آل دارای حداکثر بازده حرارتی سی تا چهل درصد است. اما با یک احیا کننده کارآمد، قادر به کار با راندمان بالاتر خواهد بود. بازسازی، گرمایش و سرمایش توسط مبدل های حرارتی بدون روغن داخلی انجام می شود. لازم به ذکر است که موتور به روغن کاری بسیار کمی نیاز دارد. فشار متوسط ​​در سیلندر معمولاً 10 تا 20 مگاپاسکال است. بنابراین، یک سیستم آب بندی عالی و امکان ورود روغن به حفره های کاری در اینجا مورد نیاز است.

ویژگی های مقایسه ای

اکثر موتورهای از این نوع که امروزه در حال کار هستند از سوخت مایع استفاده می کنند. در عین حال، کنترل فشار مداوم آسان است که به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند. عدم وجود دریچه عملکرد بی صدا را تضمین می کند. توان به وزن با موتورهای توربوشارژ قابل مقایسه است و چگالی توان خروجی برابر با یک واحد دیزل است. سرعت و گشتاور مستقل از یکدیگر هستند.

هزینه تولید یک موتور بسیار بالاتر از یک موتور احتراق داخلی است. اما در حین کار برعکس به دست می آید.

مزایای

هر مدل از موتور استرلینگ دارای مزایای بسیاری است:

• کارایی با طراحی مدرن می تواند تا هفتاد درصد برسد.
• موتور دارای سیستم جرقه زنی با ولتاژ بالا، میل بادامک و سوپاپ نیست. در تمام مدت کارکرد نیازی به تنظیم نخواهد داشت.
• در استرلینگ، مانند یک موتور احتراق داخلی، که میل لنگ، یاتاقان ها و میله های اتصال را به شدت بارگذاری می کند، انفجار وجود ندارد.
• وقتی می گویند "موتور از کار افتاده است" این تأثیر را ندارند.
• به دلیل سادگی دستگاه، می توان آن را برای مدت طولانی کار کرد.
• این می تواند هم روی چوب کار کند و هم با سوخت هسته ای و هر نوع سوخت دیگری.
• احتراق در خارج از موتور انجام می شود.

ایرادات

کاربرد

در حال حاضر موتور استرلینگ با ژنراتور در بسیاری از زمینه ها استفاده می شود. این منبع جهانی انرژی الکتریکی در یخچال ها، پمپ ها، زیردریایی ها و نیروگاه های خورشیدی است. به لطف استفاده از انواع سوخت است که امکان استفاده گسترده از آن وجود دارد.

تجدید حیات

این موتورها دوباره به لطف فیلیپس توسعه یافته اند. در اواسط قرن بیستم، جنرال موتورز با آن قرارداد منعقد کرد. او پیشرفت هایی را برای استفاده از استرلینگ ها در فضا و دستگاه های زیر آب، در کشتی ها و اتومبیل ها رهبری کرد. به دنبال آنها، شرکت دیگری از سوئد، یونایتد استرلینگ، شروع به توسعه آنها کرد، از جمله استفاده احتمالی در

امروزه موتور خطی استرلینگ در تاسیسات وسایل نقلیه زیر آب، فضایی و خورشیدی استفاده می شود. علاقه زیاد به آن به دلیل مرتبط بودن مسائل تخریب محیط زیست و همچنین مبارزه با سر و صدا است. در کانادا و ایالات متحده آمریکا، آلمان و فرانسه، و همچنین ژاپن، جستجوهای فعالی برای توسعه و بهبود استفاده از آن وجود دارد.

آینده

مزایای آشکاری که پیستون و استرلینگ دارند، شامل عمر طولانی، استفاده از سوخت های مختلف، بی صدا بودن و سمیت کم، آن را در پس زمینه موتور احتراق داخلی بسیار امیدوارکننده می کند. با این حال، با توجه به این واقعیت که موتور احتراق داخلی در طول زمان بهبود یافته است، نمی توان آن را به راحتی جابجا کرد. به هر حال، دقیقاً چنین موتوری است که امروز موقعیت پیشرو را اشغال می کند و قصد ندارد در آینده نزدیک آنها را رها کند.

موتورهای احتراق خارجی

یک عنصر مهم در اجرای برنامه صرفه جویی در انرژی، ارائه منابع مستقل برق و گرما به تشکیلات مسکونی کوچک و مصرف کنندگان دور از شبکه های متمرکز است. برای حل این مشکلات، تاسیسات نوآورانه برای تولید برق و گرما بر اساس موتورهای احتراق خارجی بهترین گزینه هستند. به عنوان سوخت، هم از سوخت های سنتی و هم گازهای نفتی مرتبط، بیوگاز به دست آمده از تراشه های چوب و غیره می توان استفاده کرد.

در 10 سال گذشته شاهد افزایش قیمت سوخت های فسیلی، افزایش تمرکز بر انتشار CO 2 و تمایل فزاینده برای عدم وابستگی به سوخت های فسیلی و خودکفایی کامل در انرژی بوده ایم. این نتیجه توسعه بازار بزرگی برای فناوری هایی بود که قادر به تولید انرژی از زیست توده هستند.

موتورهای احتراق خارجی تقریباً 200 سال پیش در سال 1816 اختراع شدند. همراه با موتور بخار، موتورهای احتراق داخلی دو زمانه و چهار زمانه، موتورهای احتراق خارجی یکی از اصلی ترین انواع موتورها محسوب می شوند. آنها با هدف ایجاد موتورهای ایمن تر و کارآمدتر از موتور بخار طراحی شدند. در همان آغاز قرن هجدهم، فقدان مواد مناسب منجر به مرگ و میرهای متعدد در اثر انفجار موتورهای بخار تحت فشار شد.

بازار قابل توجهی برای موتورهای احتراق خارجی در نیمه دوم قرن هجدهم توسعه یافت، به ویژه در رابطه با کاربردهای کوچکتر که می توانستند با خیال راحت بدون نیاز به اپراتورهای ماهر کار کنند.

پس از اختراع موتورهای احتراق داخلی در اواخر قرن 18، بازار موتورهای احتراق خارجی از بین رفت. هزینه تولید موتور احتراق داخلی در مقایسه با هزینه تولید موتور احتراق خارجی کمتر است. عیب اصلی موتورهای احتراق داخلی این است که برای کار کردن به سوخت‌های فسیلی تمیز و با افزایش انتشار CO2 نیاز دارند. با این حال، تا همین اواخر هزینه سوخت های فسیلی پایین بوده و انتشار CO2 نادیده گرفته شده است.

اصل عملکرد یک موتور احتراق خارجی

برخلاف فرآیند احتراق داخلی شناخته شده، که در آن سوخت در داخل موتور سوزانده می شود، یک موتور احتراق خارجی توسط یک منبع حرارتی خارجی به حرکت در می آید. یا به طور دقیق تر، تفاوت های دما ناشی از منابع خارجی گرمایش و سرمایش ایجاد می شود.

این منابع خارجی گرمایش و سرمایش می توانند به ترتیب گازهای زائد زیست توده و آب خنک کننده باشند. این فرآیند منجر به چرخش یک ژنراتور نصب شده بر روی موتور می شود که در آن انرژی تولید می شود.

همه موتورهای احتراق داخلی به دلیل اختلاف دما کار می کنند. موتورهای بنزینی، دیزلی و احتراق خارجی بر این واقعیت بنا شده اند که برای فشرده سازی هوای سرد به تلاش کمتری نسبت به فشرده سازی هوای گرم نیاز است.

موتورهای بنزینی و دیزلی هوای سرد را می کشند و قبل از گرم شدن آن توسط فرآیند احتراق داخلی که در داخل سیلندر انجام می شود، آن را فشرده می کنند. پس از گرم شدن هوای بالای پیستون، پیستون به سمت پایین حرکت می کند و در نتیجه هوا منبسط می شود. از آنجایی که هوا گرم است، نیروی وارد بر میله پیستون زیاد است. هنگامی که پیستون به پایین می رسد، دریچه ها باز می شوند و اگزوز داغ با هوای تازه، تازه و سرد جایگزین می شود. هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند، هوای سرد فشرده می شود و نیروی وارد بر میله پیستون کمتر از زمانی است که به سمت پایین حرکت می کند.

یک موتور احتراق خارجی بر اساس یک اصل کمی متفاوت کار می کند. هیچ دریچه ای در آن وجود ندارد، به صورت هرمتیک آب بندی می شود و هوا با استفاده از مبدل های حرارتی مدار سرد و گرم گرم و سرد می شود. یک پمپ یکپارچه که با حرکت پیستون هدایت می شود، هوا را بین دو مبدل حرارتی به عقب و جلو حرکت می دهد. هنگام خنک شدن هوا در مبدل حرارتی مدار سرد، پیستون هوا را فشرده می کند.

پس از فشرده شدن، هوا در مبدل حرارتی مدار گرم قبل از اینکه پیستون در جهت مخالف حرکت کند و از انبساط هوای گرم برای تامین انرژی موتور استفاده کند، گرم می شود.

موتورهای بخار که در قرن نوزدهم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفتند، ایمنی کافی را در عملکرد خود فراهم نمی کردند. مکانیسم ها دارای اشکالات طراحی متعدد بودند، آنها نمی توانستند فشار بخار بالا را تحمل کنند، که منجر به پارگی دیگ بخار شد. که در سال 1816 توسط یک کشیش اسکاتلندی به نام رابرت استرلینگ به ثبت رسید، یک راه حل موفق برای آن زمان بود. منحصر به فرد بودن آن در استفاده از یک پاک کننده (بازساز) ویژه در "موتورهای هوای گرم" شناخته شده قبلی بود.

نمودار ارائه شده به شکل قابل دسترس، دستگاه مکانیزم پیستون و روش عملکرد آن را نشان می دهد.

جوهر اختراع استرلینگ

در نمودار، موتور حرارتی از دو سیلندر تراکمی و کاری تشکیل شده است. سمت چپ و راست استوانه دراز توسط یک دیوار عایق حرارت از هم جدا شده است. یک پیستون جابجایی ویژه در داخل اجرا می شود که با دیواره های جانبی تماس پیدا نمی کند.

1. گرما به سمت چپ دستگاه و خنک کننده در سمت راست تامین می شود.
2. همانطور که پیستون به سمت چپ حرکت می کند، هوای گرم به ناحیه سمت راست سرد رانده شده و خنک می شود.
3. در نتیجه حجم گاز کاهش می یابد.
4. پیستون کار به سمت چپ جمع می شود.
5. هنگامی که پیستون جابجایی به سمت راست حرکت می کند، هوای سرد به زور وارد منطقه گرم می شود، جایی که گرم می شود و منبسط می شود.
6. پیستون کار را به سمت راست فشار می دهد.
7. پیستون های کار و جابجایی از طریق میل لنگ با زاویه جابجایی 90 درجه به یکدیگر متصل می شوند.

مهم: - این یک مکانیسم از نوع پیستونی با تامین گرما از یک منبع خارجی است. بدنه کار دستگاه به طور مداوم در فضای بسته است و قابل تعویض نیست. برای تامین گرمای مورد نیاز می توان از منابع زیر استفاده کرد:

• برق؛
• آفتاب؛
• انرژی هسته ای و غیره

تاریخچه توسعه موتورهای احتراق خارجی

بر خلاف موتورهای احتراق داخلی (ICE)، که در آن انرژی در نتیجه انبساط حجم هوا در طی احتراق مخلوط سوخت آزاد می شود، در اینجا گرمایش مواد کار از طریق دیواره های بیرونی سیلندر انجام می شود. نام "موتور احتراق خارجی" از اینجا می آید.

با توجه به ظاهر یک عنصر احیا کننده در طراحی موتور، گرما برای مدت طولانی در منطقه عمل هنگام خنک شدن سیال کار ذخیره می شود که به افزایش قابل توجه عملکرد موتور کمک می کند. این اختراع امکان افزایش کارایی مکانیزم ها را فراهم کرد، شروع به استفاده گسترده در تولید صنعتی کرد.

با گذشت زمان، دستگاه های استرلینگ محبوبیت خود را از دست دادند، اما با اینرسی همچنان در برخی از صنایع معدود مورد استفاده قرار می گرفتند. موتورهای بخار جای خود را به گام پیشرو در نسل جدید مکانیسم ها داده اند:

• موتورهای احتراق داخلی؛
• موتور بخار؛
• موتورهای الکتریکی.

شایستگی دستگاه های حرارتی دوباره تنها در قرن بیستم به یادگار ماند. معرفی موتورهای استرلینگ به پیشرفت های مدرن توسط بهترین تیم های مهندسی از سازندگان معروف در آمریکا، سوئد، ژاپن و غیره انجام می شود.

موتور حرارتی استرلینگ چگونه کار می کند

اصل عملکرد یک موتور احتراق خارجی در تغییر مداوم حالت ها - گرمایش / سرمایش مواد کاری واقع در یک فضای محدود نهفته است. بر اساس قوانین فیزیک، هنگامی که گاز گرم می شود، حجم آن افزایش می یابد و زمانی که دما کاهش می یابد، به همان نسبت کاهش می یابد. مقدار انرژی تولید شده به ضریب تغییر حجم سیال عامل بستگی دارد.

اصطلاح "سیال کار" به معنی مواد زیر است:

1. هوا.
2. گاز (هلیوم، هیدروژن، فریون، دی اکسید نیتروژن).
3. مایع (آب، بوتان مایع یا پروپان).

دامنه کاربرد موتورهای احتراق خارجی

در نتیجه بهبودهای بعدی در طراحی موتور، گاز با فشار ثابت در سیستم گرم / سرد می شود (به جای حفظ حجم). این اختراع یک مهندس سوئدی به نام اریکسون امکان ساخت موتورهایی را برای کارگران معادن، چاپخانه ها، کشتی ها و غیره ایجاد کرد. موتورهای حرارتی در خدمه مسافربری آن زمان استفاده نمی شدند، زیرا وزن نسبتاً زیادی داشتند.

موتورهای احتراق خارجی اغلب برای نیرو دادن به ژنراتورها در مناطق بدون نیروی الکتریکی استفاده می شدند.

جالب: در سال 1945، مشتاقان مخترعان فیلیپس با استفاده معکوس از دستگاه های حرارتی روبرو شدند. هنگامی که شفت توسط یک موتور الکتریکی باز می شود، سر سیلندر تا دمای منفی 190 درجه سانتیگراد خنک می شود. این امکان استفاده از موتور پیستونی احتراق خارجی بهبود یافته استرلینگ را در واحدهای تبرید فراهم کرد.

آیا می توان از موتورهای استرلینگ به جای موتورهای احتراق داخلی استفاده کرد؟

از نیمه دوم قرن بیستم، جنرال موتورز شروع به معرفی استرلینگ های V شکل برای مکانیزم های میل لنگ به تولید کرده است. هنگام آزمایش موتورهای احتراق خارجی، متوجه شدیم که آنها کاملاً بدون صدا و نویز کار می کنند. کاربراتور، سیستم جرقه زنی، نازل هایی که نیاز به فشار زیاد دارند، شمع ها، سوپاپ ها و ... وجود ندارد، برای ایجاد فشار کافی در سیلندرهای موتور، مانند موتور احتراق داخلی نیازی به انفجار سوخت نیست. با استفاده از خودروهای مجهز به موتورهای احتراق خارجی می توان مشکل کاهش صدا را در شهرهای بزرگ حل کرد.

در نتیجه آزمایش ها، مزایا و معایب زیر موتورهای احتراق خارجی آشکار شد.

• مزایای این دستگاه ها:
• عملکرد بی صدا (بدون نیاز به نصب صدا خفه کن)؛
• عدم وجود ارتعاش؛
• نیازی به ایجاد فشار بالا در سیستم نیست.
• تطبیق پذیری، توانایی کار از منابع مختلف گرما؛
• سهولت تنظیم

معایب موتورها عبارتند از:

• وزن نسبتاً بزرگ سازه؛
• اقتصاد پایین؛
• هزینه بالای مکانیزم

نمودار ساده شده یک موتور احتراق خارجی V شکل:

یکی از سیلندرهای موتور کار می کند (1) ، دیگری به ترتیب فشرده سازی (7) است. هر کدام از آنها پیستون مخصوص به خود را دارند (2). در قسمت مرکزی طرح قرار می گیرد: کولر (6)، مبدل حرارتی (4)، عنصر گرمایش (3). در حداکثر سرعت یکی از پیستون ها، دیگری در همان زمان در حالت ساکن است، سرعت آن صفر است. زاویه جابجایی فاز 90 درجه است، به دلیل آرایش متقابل عمودی سیلندرها.

موتور احتراق خارجی چگونه کار می کند و در کجا استفاده می شود؟

علیرغم این واقعیت که موتورهای استرلینگ برای مدت معینی فراموش شدند، در تولید مدرن، هنگامی که تغییرات جدید ایجاد می شود، یک اختراع برجسته محبوبیت جدیدی به دست می آورد. صنعتگران از مزایای موتورهای احتراق خارجی قدردانی کرده اند و دستگاه های مختلفی را به تنهایی در خانه بر اساس کاربرد آنها می سازند. برای ساخت موتور حرارتی با دستان خود در کارگاه های خانگی از مواد مختلف و وسایل بداهه استفاده می شود:

1. ظروف بزرگ و متوسط ​​قرض گرفته شده از خانوار.
2. بلبرینگ از مکانیسم های قدیمی.
3. دیسک ها
4. میله های فلزی با قطرهای مختلف برای محورها، قفسه ها.
5. ورق های فلزی، تخته های چوبی برای ساخت سکوها.

این دستگاه ها در خانه برای کارهای مختلفی استفاده می شوند:

1. تولید انرژی الکتریکی در مقیاس کوچک.
2. ایجاد انرژی حرارتی

میزان توان برخی از نمونه های موتورهای استرلینگ خانگی برای تجهیز شبکه برق و تامین گرمای خانه های شخصی، مدارس کوچک، ساختمان های پزشکی، اماکن ورزشی، کارگاه های صنعتی و ... کافی است.

موتورهای خود کار از منابع مختلف گرما کار می کنند:

• گاز طبیعی؛
• هیزم؛
• زغال سنگ;
• ذغال سنگ نارس؛
• پروپان و سایر سوخت‌ها یا مواد معدنی تولید محلی.

با توجه به سادگی طراحی، دستگاه های حرارتی که خودتان انجام می دهید نیازی به تعمیر و نگهداری منظم واحد ندارند. احتراق سوخت در خارج از بدنه سیلندر انجام می شود، بنابراین مایع کار توسط محصولات احتراق آلوده نمی شود، رسوبات مضر روی دیواره های داخلی تجهیزات جمع نمی شوند.

در مقایسه با موتور احتراق داخلی، این طراحی شامل نیمی از قطعات و اجزای متحرک است. در اینجا برای مراقبت از قطعات با سایش زیاد به روغن کاری کمتری نیاز است. الزامات برای کیفیت روان کننده ها حداقل است.

برای اتصال شبکه برق به مصرف کنندگان، نیازی به خرید تجهیزات گران قیمت نیست. اتصال سیم ها به شبکه برق با روش های ساده و آشنا انجام می شود.

موتورهای احتراق خارجی که در شرایط داخلی تولید می شوند به راحتی بر روی مناطق صاف پوشیده شده با شن و بدون تثبیت قوی نصب می شوند. این تاسیسات در معرض تاثیرات مضر جوی نیستند. برای اطمینان از عملکرد پایدار بدون وقفه، موتور به محفظه محافظ خاصی نیاز ندارد.