راندمان موتور احتراق خارجی استرلینگ موتور احتراق خارجی - اصل کار و مزایا

- موتور حرارتی که در آن سیال کاری مایع یا گازی در حجم بسته حرکت می کند، نوعی موتور احتراق خارجی. مبتنی بر گرمایش و خنک کردن دوره ای سیال کار با استخراج انرژی از تغییر حاصل در حجم سیال کار است. این می تواند نه تنها از احتراق سوخت، بلکه از هر منبع گرمایی نیز کار کند.

می توانید گاهشماری رویدادهای مرتبط با توسعه موتورهای قرن 18 را در مقاله جالب - "تاریخچه اختراع موتورهای بخار" مشاهده کنید. و این مقاله به مخترع بزرگ رابرت استرلینگ و خلاقیت او تقدیم شده است.

تاریخچه خلقت...

حق امتیاز اختراع موتور استرلینگ، به اندازه کافی عجیب، متعلق به کشیش اسکاتلندی رابرت استرلینگ است. او آن را در 27 سپتامبر 1816 دریافت کرد. اولین "موتورهای هوای گرم" در پایان قرن هفدهم، بسیار قبل از استرلینگ، در جهان شناخته شد. یکی از دستاوردهای مهم استرلینگ اضافه کردن یک تصفیه کننده است که به نام وی "خانه دار" نامیده می شود.

در ادبیات علمی مدرن، این پاک کننده نام کاملاً متفاوتی دارد - "Recuperator". به لطف او، عملکرد موتور افزایش می یابد، زیرا پاک کننده گرما را در قسمت گرم موتور حفظ می کند و در عین حال مایع کار خنک می شود. از طریق این فرآیند، کارایی سیستم تا حد زیادی افزایش می یابد. ریکپراتور محفظه ای پر از سیم، گرانول، فویل موجدار است (مواردها در امتداد جهت جریان گاز حرکت می کنند). گاز در یک جهت از پرکننده ریکپراتور عبور می کند، گرما می دهد (یا می گیرد) و وقتی در جهت دیگر حرکت می کند، آن را می گیرد (می بخشد). Recuperator می تواند در رابطه با سیلندرها خارجی باشد و می تواند در پیکربندی بتا و گاما روی پیستون جابجایی قرار گیرد. ابعاد و وزن دستگاه در این حالت کمتر است. تا حدودی، نقش بازگیرنده توسط شکاف بین جابجایی و دیواره های سیلندر ایفا می شود (اگر سیلندر طولانی باشد، پس اصلاً نیازی به چنین وسیله ای نیست، اما به دلیل ویسکوزیته، تلفات قابل توجهی ظاهر می شود. گاز). در استرلینگ آلفا، مبدل حرارتی فقط می تواند خارجی باشد. به صورت سری با مبدل حرارتی نصب می شود که در آن سیال کار از کنار پیستون سرد گرم می شود.

در سال 1843، جیمز استرلینگ از این موتور در کارخانه ای استفاده کرد که در آن زمان به عنوان مهندس کار می کرد. در سال 1938، فیلیپس روی یک موتور استرلینگ با ظرفیت بیش از دویست اسب بخار و بازدهی بیش از 30 درصد سرمایه گذاری کرد. زیرا موتور استرلینگمزایای زیادی دارد، در عصر موتورهای بخار رایج بود.

ایرادات

مصرف مواد اصلی ترین نقطه ضعف موتور است. برای موتورهای احتراق خارجی به طور کلی و موتور استرلینگ به طور خاص، سیال کار باید خنک شود و این منجر به افزایش قابل توجه وزن و ابعاد نیروگاه به دلیل بزرگ شدن رادیاتورها می شود.

برای به دست آوردن ویژگی های قابل مقایسه با موتورهای احتراق داخلی، لازم است فشارهای بالا (بیش از 100 اتمسفر) و انواع خاصی از سیال کاری - هیدروژن، هلیوم اعمال شود.

گرما مستقیماً به سیال کار نمی رسد، بلکه فقط از طریق دیواره مبدل های حرارتی. دیوارها رسانایی حرارتی محدودی دارند، به همین دلیل راندمان کمتر از حد انتظار است. مبدل حرارتی گرم در شرایط انتقال حرارت بسیار پر استرس و در فشارهای بسیار بالا کار می کند که مستلزم استفاده از مواد مرغوب و گران قیمت است. ایجاد یک مبدل حرارتی که نیازهای متناقض را برآورده کند بسیار دشوار است. هر چه سطح تبادل حرارت بیشتر باشد، اتلاف حرارت کمتر است. در عین حال اندازه مبدل حرارتی و حجم سیال کاری که در کار دخالتی ندارد افزایش می یابد. از آنجایی که منبع گرما در بیرون قرار دارد، موتور به آرامی به تغییرات شار حرارتی عرضه شده به سیلندر واکنش نشان می دهد و ممکن است بلافاصله قدرت مورد نظر را هنگام راه اندازی تولید نکند.

برای تغییر سریع قدرت موتور، از روش هایی استفاده می شود که با روش های مورد استفاده در موتورهای احتراق داخلی متفاوت است: مخزن بافر حجم متغیر، تغییر در فشار متوسط ​​سیال کار در محفظه ها، تغییر در زاویه فاز بین کار. پیستون و جابجایی در مورد دوم، واکنش موتور به عمل کنترل راننده تقریباً آنی است.

مزایای.

با این حال، موتور استرلینگ دارای مزایایی است که آن را مجبور به توسعه می کند.

"همه چیز خواری" موتور - مانند همه موتورهای احتراق خارجی (یا به عبارت بهتر، منبع حرارت خارجی)، موتور استرلینگ می تواند تقریباً از هر تفاوت دما کار کند: به عنوان مثال، بین لایه های مختلف در اقیانوس، از خورشید، از یک هسته اتمی. یا بخاری ایزوتوپی، اجاق زغال سنگ یا چوب و غیره.

سادگی طراحی - طراحی موتور بسیار ساده است، به سیستم های اضافی مانند مکانیزم توزیع گاز نیاز ندارد. خود به خود شروع می شود و نیازی به استارتر ندارد. ویژگی های آن به شما امکان می دهد از دست گیربکس خلاص شوید. با این حال، همانطور که در بالا ذکر شد، مصرف مواد بیشتری دارد.

افزایش منابع - سادگی طراحی، عدم وجود بسیاری از واحدهای "ظریف" به استرلینگ اجازه می دهد تا منبع بی سابقه ای را برای موتورهای دیگر ده ها و صدها هزار ساعت کار مداوم فراهم کند.

سودآوری - در مورد تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته، استرلینگ ها گاهی اوقات بازده بیشتری (تا 31.25٪) نسبت به موتورهای حرارتی بخار می دهند.

بی صدا بودن موتور - استرلینگ اگزوز ندارد، به این معنی که صدا ایجاد نمی کند. بتا استرلینگ با مکانیزم لوزی یک دستگاه کاملاً متعادل است و با کیفیت کار نسبتاً بالا حتی لرزش ندارد (دامنه ارتعاش کمتر از 0.0038 میلی متر است).

سازگار با محیط زیست - خود استرلینگ هیچ بخش یا فرآیندی ندارد که بتواند به آلودگی محیط زیست کمک کند. مایع کار را مصرف نمی کند. سازگاری با محیط زیست موتور در درجه اول به دلیل سازگاری با محیط زیست منبع گرما است. همچنین باید توجه داشت که اطمینان از کامل بودن احتراق سوخت در یک موتور احتراق خارجی آسانتر از یک موتور احتراق داخلی است.

جایگزینی برای موتورهای بخار

در قرن نوزدهم، مهندسان سعی کردند جایگزین مطمئنی برای موتورهای بخار آن زمان ایجاد کنند، زیرا بویلرهای موتورهای قبلاً اختراع شده اغلب منفجر می شدند و نمی توانستند فشار بالای بخار و موادی که اصلاً مناسب نبودند را تحمل کنند. برای ساخت و ساخت آنها. موتور استرلینگجایگزین خوبی شد زیرا می‌توانست هر اختلاف دما را به کار تبدیل کند. این اصل اساسی موتور استرلینگ است. تناوب مداوم گرمایش و سرمایش سیال عامل در یک سیلندر بسته، پیستون را به حرکت در می آورد. معمولاً هوا به عنوان یک سیال عامل عمل می کند، اما از هیدروژن و هلیوم نیز استفاده می شود. اما آزمایشاتی با آب نیز انجام شد. ویژگی اصلی موتور استرلینگ با سیال کار مایع اندازه کوچک، فشار کاری بالا و چگالی توان بالا است. همچنین یک استرلینگ با سیال کار دو فاز وجود دارد. قدرت خاص و فشار کاری در آن نیز بسیار بالا است.

شاید از یک درس فیزیک به یاد داشته باشید که وقتی گاز گرم می شود حجم آن افزایش می یابد و وقتی خنک می شود کاهش می یابد. این ویژگی گازها است که زیربنای عملکرد موتور استرلینگ است. موتور استرلینگاز چرخه استرلینگ استفاده می کند که از نظر بازده ترمودینامیکی چیزی کمتر از چرخه کارنو نیست و به نوعی دارای مزیت است. چرخه کارنو از ایزوترم ها و آدیابات های کمی متفاوت تشکیل شده است. اجرای عملی چنین چرخه ای پیچیده و بی امید است. چرخه استرلینگ به دست آوردن یک موتور عملا در حال کار در ابعاد قابل قبول امکان پذیر شد.

در کل، چهار فاز در چرخه استرلینگ وجود دارد که توسط دو فاز انتقالی از هم جدا می شوند: گرمایش، انبساط، انتقال به منبع سرد، خنک سازی، فشرده سازی و انتقال به منبع گرما. هنگام حرکت از منبع گرم به منبع سرد، گاز موجود در سیلندر منبسط و منقبض می شود. در طی این فرآیند فشار تغییر می کند و کار مفیدی به دست می آید. کار مفید فقط با فرآیندهایی تولید می شود که در دمای ثابت انجام می شود، یعنی بستگی به اختلاف دمای بین بخاری و کولر دارد، مانند چرخه کارنو.

پیکربندی.

مهندسان موتورهای استرلینگ را به سه نوع مختلف طبقه بندی می کنند:

پیش نمایش - برای بزرگنمایی کلیک کنید.

دارای دو پیستون قدرت مجزا در سیلندرهای جداگانه. یک پیستون گرم و دیگری سرد است. سیلندر با پیستون داغ در مبدل حرارتی با دمای بالاتر و سیلندر با پیستون سرد در مبدل حرارتی سردتر قرار دارد. نسبت توان به حجم بسیار زیاد است، اما دمای بالای پیستون "گرم" مشکلات فنی خاصی ایجاد می کند.

بتا استرلینگ- یک استوانه، در یک سر گرم و در سر دیگر سرد. یک پیستون (که برق از آن خارج می شود) و یک "جابجاگر" در داخل سیلندر حرکت می کنند و حجم حفره داغ را تغییر می دهند. گاز از قسمت سرد سیلندر به قسمت گرم از طریق احیا کننده پمپ می شود. احیاگر ممکن است خارجی باشد، به عنوان بخشی از یک مبدل حرارتی، یا ممکن است با یک پیستون جابجایی ترکیب شود.

یک پیستون و یک جابجایی وجود دارد، اما در عین حال دو سیلندر وجود دارد - یکی سرد (پیستون به آنجا حرکت می کند که برق از آن خارج می شود) و دومی از یک طرف گرم و از طرف دیگر سرد است ( "جابجاگر" به آنجا حرکت می کند). احیا کننده می تواند خارجی باشد که در این صورت قسمت گرم سیلندر دوم را به سرد و همزمان با استوانه اول (سرد) متصل می کند. بازسازی کننده داخلی بخشی از جابجایی است.

این جایگزین انواع دیگر نیروگاه ها شد، با این حال، کار با هدف کنار گذاشتن استفاده از این واحدها حاکی از تغییر قریب الوقوع در موقعیت های پیشرو است.

از ابتدای پیشرفت تکنولوژی، زمانی که استفاده از موتورهایی که در داخل سوخت می سوزانند تازه شروع شده بود، برتری آنها آشکار نبود. موتور بخار به عنوان یک رقیب دارای مزایای زیادی است: در کنار پارامترهای کشش، بی صدا، همه چیزخوار، آسان برای کنترل و پیکربندی است. اما سبکی، قابلیت اطمینان و کارایی به موتور احتراق داخلی اجازه می دهد تا بخار را تصاحب کند.

امروزه مسائل زیست محیطی، اقتصاد و ایمنی در خط مقدم قرار دارند. این امر مهندسان را مجبور می کند تا نیروهای خود را بر روی واحدهای سریالی که بر روی منابع سوخت تجدیدپذیر کار می کنند پرتاب کنند. در سال 16 قرن نوزدهم، رابرت استرلینگ موتوری را ثبت کرد که از منابع گرمایی خارجی کار می کرد. مهندسان معتقدند که این واحد قادر به تغییر رهبر مدرن است. موتور استرلینگ راندمان، قابلیت اطمینان را با هم ترکیب می‌کند، بی‌صدا و با هر سوختی کار می‌کند و این باعث می‌شود محصول در بازار خودرو به یک بازیکن تبدیل شود.

رابرت استرلینگ (1790-1878):

تاریخچه موتور استرلینگ

در ابتدا، نصب با هدف جایگزینی دستگاه بخار ساخته شد. دیگ های مکانیزم بخار زمانی که فشار از حد مجاز فراتر رفت منفجر شدند. از این منظر، استرلینگ بسیار ایمن تر است و با استفاده از تفاوت دما کار می کند.

اصل کار موتور استرلینگ تامین یا حذف متناوب گرما از ماده ای است که کار روی آن انجام می شود. خود ماده در یک حجم بسته محصور شده است. نقش ماده کار توسط گازها یا مایعات انجام می شود. موادی هستند که نقش دو جزء را ایفا می کنند، گاز به مایع تبدیل می شود و بالعکس. موتور استرلینگ پیستون مایع دارای ابعاد کوچک، قدرتمند، فشار بالا است.

کاهش و افزایش حجم گاز در حین سرمایش یا گرمایش به ترتیب توسط قانون ترمودینامیک تأیید می شود که طبق آن همه اجزاء عبارتند از: درجه حرارت، مقدار فضای اشغال شده توسط ماده، نیروی وارد بر واحد سطح. ، با فرمول مرتبط و توصیف می شوند:

P*V=n*R*T

• P نیروی گاز در موتور در واحد سطح است.
• V مقدار کمی است که توسط گاز در فضای موتور اشغال شده است.
• n مقدار مولی گاز در موتور است.
• R ثابت گاز است.
• T درجه گرمایش گاز در موتور K است،

مدل موتور استرلینگ:

به دلیل بی تکلف بودن تاسیسات، موتورها به سوخت جامد، سوخت مایع، انرژی خورشیدی، واکنش شیمیایی و سایر انواع گرمایش تقسیم می شوند.

چرخه

موتور احتراق خارجی استرلینگ از مجموعه ای از پدیده ها به همین نام استفاده می کند. تأثیر عمل مداوم در مکانیسم زیاد است. به همین دلیل می توان موتوری با مشخصات خوب در ابعاد معمولی طراحی کرد.

باید در نظر داشت که در طراحی مکانیسم یک بخاری، یک یخچال و یک احیاگر، دستگاهی برای حذف گرما از ماده و بازگشت گرما در زمان مناسب ارائه شده است.

چرخه ایده آل استرلینگ، (نمودار "دما-حجم"):

پدیده های دایره ای ایده آل:

• 1-2 تغییر در ابعاد خطی یک ماده با دمای ثابت.
• 2-3 حذف گرما از ماده به مبدل حرارتی، فضای اشغال شده توسط ماده ثابت است.
• 3-4 کاهش اجباری فضای اشغال شده توسط ماده، دما ثابت است، گرما به کولر منتقل می شود.
• 4-1 افزایش اجباری دمای ماده، فضای اشغال شده ثابت است، گرما از مبدل حرارتی تامین می شود.

چرخه ایده آل استرلینگ، (نمودار فشار-حجم):

از محاسبه (مول) یک ماده:

ورودی گرما:

گرمای دریافتی کولر:

مبدل حرارتی گرما را دریافت می کند (فرآیند 2-3)، مبدل حرارتی گرما می دهد (فرآیند 4-1):

R - ثابت گاز جهانی؛

CV - توانایی یک گاز ایده آل برای حفظ گرما با مقدار ثابتی از فضای اشغال شده.

به دلیل استفاده از یک احیا کننده، بخشی از گرما به عنوان انرژی مکانیسم باقی می ماند که در طی پدیده های دایره ای عبوری تغییر نمی کند. یخچال گرمای کمتری دریافت می کند، بنابراین مبدل حرارتی باعث صرفه جویی در گرمای بخاری می شود. این باعث افزایش کارایی نصب می شود.

کارایی پدیده دایره ای:

ɳ =

قابل ذکر است که بدون مبدل حرارتی، مجموعه فرآیندهای استرلینگ امکان پذیر است، اما بازده آن بسیار کمتر خواهد بود. اجرای مجموعه ای از فرآیندها به عقب منجر به توضیح مکانیزم خنک کننده می شود. در این حالت ، وجود یک احیا کننده شرط اجباری است ، زیرا هنگام عبور (3-2) نمی توان ماده را از کولر گرم کرد ، دمای آن بسیار پایین تر است. همچنین نمی توان به بخاری (1-4) حرارت داد که دمای آن بالاتر است.

اصل موتور

برای اینکه بفهمیم موتور استرلینگ چگونه کار می کند، بیایید به دستگاه و فرکانس پدیده های واحد نگاه کنیم. این مکانیزم گرمای دریافتی از بخاری واقع در خارج از محصول را به نیروی وارد بر بدنه تبدیل می کند. کل فرآیند به دلیل اختلاف دما در ماده کاری که در یک مدار بسته است رخ می دهد.

اصل عملکرد مکانیسم مبتنی بر انبساط در اثر گرما است. بلافاصله قبل از انبساط، ماده در مدار بسته گرم می شود. بر این اساس، قبل از فشرده شدن، ماده سرد می شود. خود سیلندر (1) در یک ژاکت آب (3) پیچیده شده است، گرما به پایین عرضه می شود. پیستونی که کار را انجام می دهد (4) در آستین قرار می گیرد و با حلقه ها مهر و موم می شود. بین پیستون و پایین یک مکانیسم جابجایی (2) وجود دارد که دارای شکاف های قابل توجهی است و آزادانه حرکت می کند. ماده در یک مدار بسته به دلیل جابجایی در حجم محفظه حرکت می کند. حرکت ماده به دو جهت محدود می شود: پایین پیستون، پایین سیلندر. حرکت جابجایی توسط میله ای (5) که از پیستون می گذرد و در مقایسه با محرک پیستون با 90 درجه دیرتر کار می کند، تامین می شود.

• موقعیت "الف":

پیستون در پایین ترین موقعیت قرار دارد، ماده توسط دیواره ها خنک می شود.

• موقعیت "ب":

جابجایی موقعیت بالایی را اشغال می کند، حرکت می کند، ماده را از طریق شکاف های انتهایی به پایین عبور می دهد و خود را خنک می کند. پیستون ثابت است.

• موقعیت "C":

این ماده گرما را دریافت می کند ، تحت تأثیر گرما حجم آن افزایش می یابد و منبسط کننده را با پیستون به سمت بالا بالا می برد. کار انجام می شود، پس از آن جابجایی به پایین فرو می رود، ماده را بیرون می راند و خنک می شود.

• موقعیت "د":

پیستون پایین می آید، ماده خنک شده را فشرده می کند، کار مفیدی انجام می شود. فلایویل به عنوان یک انباشته کننده انرژی در طراحی عمل می کند.

مدل در نظر گرفته شده بدون احیا کننده است، بنابراین بازده مکانیزم بالا نیست. گرمای ماده پس از کار با استفاده از دیواره ها به مایع خنک کننده منتقل می شود. دما زمان لازم برای کاهش به میزان لازم را ندارد، بنابراین زمان خنک شدن طولانی می شود، سرعت موتور کم است.

انواع موتور

از نظر ساختاری، چندین گزینه با استفاده از اصل استرلینگ وجود دارد، انواع اصلی عبارتند از:

در طراحی از دو پیستون مختلف استفاده شده است که در خطوط مختلف قرار گرفته اند. مدار اول برای گرمایش و مدار دوم برای سرمایش استفاده می شود. بر این اساس، هر پیستون دارای احیاگر (گرم و سرد) مخصوص به خود است. این دستگاه از نسبت قدرت به حجم مناسبی برخوردار است. نقطه ضعف آن این است که دمای احیاگر داغ مشکلات طراحی را ایجاد می کند.

• موتور "β - استرلینگ":

این طرح از یک مدار بسته، با دماهای مختلف در انتها (سرد، گرم) استفاده می کند. یک پیستون با جابجایی در حفره قرار دارد. جابجایی فضا را به مناطق سرد و گرم تقسیم می کند. تبادل سرما و گرما با پمپاژ یک ماده از طریق مبدل حرارتی انجام می شود. از نظر ساختاری، مبدل حرارتی در دو نسخه ساخته شده است: خارجی، همراه با جابجایی.

• موتور "γ - استرلینگ":

مکانیسم پیستون استفاده از دو مدار بسته را فراهم می کند: سرد و با جابجایی. برق از پیستون سرد خارج می شود. پیستون جابجایی از یک طرف گرم و از طرف دیگر سرد است. مبدل حرارتی هم در داخل و هم در خارج از سازه قرار دارد.

برخی از نیروگاه ها مشابه انواع موتورهای اصلی نیستند:

• موتور روتاری استرلینگ.

از نظر ساختاری، اختراع با دو روتور روی شفت. قطعه حرکات چرخشی را در فضای استوانه ای بسته انجام می دهد. یک رویکرد هم افزایی برای اجرای چرخه گذاشته شده است. بدنه شامل شکاف های شعاعی است. تیغه هایی با مشخصات مشخص به داخل فرورفتگی ها وارد می شوند. صفحات روی روتور قرار می گیرند و در هنگام چرخش مکانیزم می توانند در امتداد محور حرکت کنند. تمام جزئیات با پدیده هایی که در آنها اتفاق می افتد، حجم های متغیری را ایجاد می کنند. حجم های روتورهای مختلف توسط کانال ها به هم متصل می شوند. ترتیبات کانال با 90 درجه نسبت به یکدیگر جابجا می شوند. جابجایی روتورها نسبت به یکدیگر 180 درجه است.

• موتور ترموآکوستیک استرلینگ.

موتور از رزونانس صوتی برای انجام فرآیندها استفاده می کند. این اصل بر اساس حرکت ماده بین یک حفره سرد و گرم است. مدار باعث کاهش تعداد قطعات متحرک، مشکل در حذف توان دریافتی و حفظ رزونانس می شود. طراحی به نوع موتور پیستون آزاد اشاره دارد.

موتور استرلینگ DIY

امروزه اغلب در فروشگاه آنلاین می توانید سوغاتی هایی را که به شکل موتور مورد نظر ساخته شده اند پیدا کنید. از نظر ساختاری و تکنولوژیکی، مکانیسم ها بسیار ساده هستند؛ در صورت تمایل، ساخت موتور استرلینگ با دستان خود از وسایل بداهه آسان است. در اینترنت می توانید تعداد زیادی مواد را پیدا کنید: فیلم ها، نقشه ها، محاسبات و سایر اطلاعات در مورد این موضوع.

موتور استرلینگ دمای پایین:

• ساده ترین نسخه موتور موج را در نظر بگیرید که برای آن به یک قوطی حلبی، فوم پلی اورتان نرم، یک دیسک، پیچ و مهره و گیره کاغذ نیاز دارید. یافتن همه این مواد در خانه آسان است، باید مراحل زیر را انجام دهید:
• یک فوم پلی اورتان نرم بردارید، یک دایره دو میلی متر کوچکتر از قطر داخلی قوطی ببرید. ارتفاع فوم دو میلی متر بیشتر از نصف ارتفاع قوطی است. لاستیک فوم نقش جابجایی را در موتور بازی می کند.
• درب شیشه را بردارید و وسط آن را سوراخ کنید به قطر دو میلی متر. یک میله توخالی را به سوراخ لحیم کنید، که به عنوان راهنمای میله اتصال موتور عمل می کند.
• یک دایره برش خورده از فوم بردارید، یک پیچ را در وسط دایره قرار دهید و آن را از دو طرف قفل کنید. یک گیره کاغذ از قبل صاف شده را به واشر لحیم کنید.
• یک سوراخ به فاصله دو سانتی متر از مرکز، به قطر سه میلی متر دریل کنید، جابجایی را از سوراخ مرکزی درب رد کنید، درب را به شیشه لحیم کنید.
• یک سیلندر کوچک به قطر یک و نیم سانتی متر از قلع درست کنید، آن را طوری به درب قوطی لحیم کنید که سوراخ کناری درب به وضوح در مرکز سیلندر موتور قرار گیرد.
• از یک گیره میل لنگ موتور بسازید. محاسبه به گونه ای انجام می شود که فاصله زانوها 90 درجه باشد.
• پایه ای برای میل لنگ موتور درست کنید. از یک فیلم پلاستیکی، یک غشای الاستیک بسازید، فیلم را روی سیلندر قرار دهید، آن را فشار دهید، آن را ثابت کنید.

• خودتان یک میله اتصال موتور درست کنید، یک سر محصول صاف شده را به شکل دایره خم کنید، سر دیگر را داخل یک تکه پاک کن قرار دهید. طول به گونه ای تنظیم می شود که در پایین ترین نقطه شفت، غشاء جمع شود، در نقطه فوقانی، غشاء حداکثر کشیده شود. میله اتصال دیگر را به همین ترتیب تنظیم کنید.
• شاتون موتور را با نوک لاستیکی به غشا بچسبانید. میله اتصال را بدون نوک لاستیکی روی جابجایی نصب کنید.
• یک چرخ طیار از دیسک را روی مکانیسم میل لنگ موتور قرار دهید. پاها را به شیشه بچسبانید تا محصول را در دستان خود نگه ندارید. ارتفاع پاها به شما امکان می دهد شمع را زیر شیشه قرار دهید.

بعد از اینکه توانستیم یک موتور استرلینگ در خانه بسازیم، موتور روشن می شود. برای این کار یک شمع روشن زیر شیشه قرار می دهند و پس از گرم شدن شیشه به چرخ فلایویل انگیزه می دهند.

گزینه نصب در نظر گرفته شده را می توان به سرعت در خانه به عنوان یک کمک بصری مونتاژ کرد. اگر هدف و تمایل دارید که موتور استرلینگ را تا حد امکان به همتایان کارخانه نزدیک کنید، نقشه هایی از تمام جزئیات در حوزه عمومی وجود دارد. اجرای گام به گام هر گره به شما این امکان را می دهد که یک طرح کاری ایجاد کنید که بدتر از نسخه های تجاری نیست.

مزایای

موتور استرلینگ دارای مزایای زیر است:

• تفاوت دما برای عملکرد موتور ضروری است، که سوخت باعث گرم شدن آن نمی شود.
• نیازی به استفاده از پیوست ها و تجهیزات کمکی نیست، طراحی موتور ساده و قابل اعتماد است.
• منبع موتور، با توجه به ویژگی های طراحی، 100000 ساعت کار است.
• عملکرد موتور سر و صدای اضافی ایجاد نمی کند، زیرا هیچ انفجاری وجود ندارد.
• فرآیند کار موتور با انتشار مواد زائد همراه نیست.
• عملکرد موتور با حداقل لرزش همراه است.
• فرآیندهای موجود در سیلندرهای کارخانه سازگار با محیط زیست هستند. استفاده از منبع حرارتی مناسب موتور را تمیز نگه می دارد.

ایرادات

معایب موتور استرلینگ عبارتند از:

• ایجاد تولید انبوه دشوار است، زیرا طراحی موتور نیاز به استفاده از مقدار زیادی مواد دارد.
• وزن بالا و ابعاد بزرگ موتور، زیرا برای خنک کردن موثر باید از رادیاتور بزرگ استفاده شود.
• برای افزایش راندمان، موتور با استفاده از مواد پیچیده (هیدروژن، هلیوم) به عنوان سیال کار تقویت می شود که عملکرد دستگاه را خطرناک می کند.
• مقاومت حرارتی بالا آلیاژهای فولادی و هدایت حرارتی آنها فرآیند ساخت موتور را پیچیده می کند. تلفات حرارتی قابل توجه در مبدل حرارتی باعث کاهش راندمان دستگاه می شود و استفاده از مواد خاص باعث گرانی ساخت موتور می شود.
• برای تنظیم و تغییر موتور از حالت به حالت، باید از وسایل کنترلی مخصوص استفاده شود.

استفاده

موتور استرلینگ جایگاه خود را پیدا کرده است و به طور فعال در مواردی استفاده می شود که ابعاد و همه چیزخوار بودن یک معیار مهم است:

• موتور-ژنراتور استرلینگ.

مکانیزمی برای تبدیل گرما به انرژی الکتریکی. اغلب محصولاتی وجود دارد که به عنوان ژنراتور توریستی قابل حمل، تاسیساتی برای استفاده از انرژی خورشیدی استفاده می شود.

• موتور مانند یک پمپ (برقی) است.

موتور برای نصب در مدار سیستم های گرمایش، صرفه جویی در انرژی الکتریکی استفاده می شود.

• موتور مانند پمپ (هیتر) است.

در کشورهایی که آب و هوای گرم دارند، از موتور به عنوان گرم کننده فضا استفاده می شود.

موتور استرلینگ در زیردریایی:

• موتور مانند پمپ (کولر) است.

تقریباً همه یخچال ها در طراحی خود از پمپ های حرارتی استفاده می کنند، نصب موتور استرلینگ باعث صرفه جویی در منابع می شود.

• موتور مانند پمپی است که سطح حرارت بسیار کم ایجاد می کند.

دستگاه به عنوان یخچال استفاده می شود. برای انجام این کار، روند در جهت مخالف آغاز می شود. واحدها گاز را مایع می کنند، عناصر اندازه گیری را در مکانیسم های دقیق خنک می کنند.

• موتور زیر آب.

زیردریایی های سوئد و ژاپن به لطف موتور کار می کنند.

موتور استرلینگ به عنوان یک تاسیسات خورشیدی:

• موتور مانند باتری انرژی است.

سوخت در چنین واحدهایی، نمک ذوب می شود، موتور به عنوان منبع انرژی استفاده می شود. از نظر ذخایر انرژی، موتور از عناصر شیمیایی جلوتر است.

• موتور خورشیدی

انرژی خورشید را به برق تبدیل کنید. ماده در این مورد هیدروژن یا هلیوم است. موتور در کانون حداکثر غلظت انرژی خورشید قرار می گیرد که با استفاده از یک آنتن سهموی ایجاد می شود.

با وجود کارایی بالا، موتور احتراق داخلی مدرن در حال منسوخ شدن است. کارایی آن احتمالا به حد خود رسیده است. سر و صدا، ارتعاش، گازهای مسموم کننده هوا و سایر کاستی های ذاتی، دانشمندان را وادار می کند تا به دنبال راه حل های جدید باشند، تا احتمالات چرخه های فراموش شده را تجدید نظر کنند. یکی از موتورهای "احیا شده" استرلینگ است.

در سال 1816، رابرت استرلینگ، کشیش و دانشمند اسکاتلندی، موتوری را ثبت کرد که در آن سوخت و هوای وارد شده به منطقه احتراق هرگز به داخل سیلندر نمی رود. وقتی می سوزند فقط گاز کار را در آن گرم می کنند. این امر دلیلی ایجاد کرد که اختراع استرلینگ را موتور احتراق خارجی بنامیم.

رابرت استرلینگ چندین موتور ساخت. آخرین آنها دارای ظرفیت 45 لیتر بود. با. و بیش از سه سال (تا سال 1847) در یک معدن در انگلستان کار کرد. این موتورها بسیار سنگین بودند، فضای زیادی را اشغال می کردند و شبیه موتورهای بخار بودند.

برای ناوبری، موتورهای احتراق خارجی برای اولین بار در سال 1851 توسط جان اریکسون سوئدی استفاده شد. کشتی "اریکسون" ساخته شده توسط او با یک نیروگاه متشکل از چهار موتور احتراق خارجی به سلامت از آمریکا به انگلستان از اقیانوس اطلس عبور کرد. در عصر موتورهای بخار، این یک احساس بود. با این حال، نیروگاه اریکسون تنها 300 اسب بخار تولید کرد. s.، نه 1000 همانطور که انتظار می رود. موتورها بسیار بزرگ بودند (قطر سیلندر 4.2 متر، حرکت پیستون 1.8 متر). مصرف زغال سنگ کمتر از مصرف موتورهای بخار نبود. وقتی کشتی به انگلستان رسید، معلوم شد که موتورها برای کار بیشتر مناسب نیستند، زیرا کف سیلندر آنها سوخته است. برای بازگشت به آمریکا مجبور شدند موتورها را با یک موتور بخار معمولی جایگزین کنند. در راه بازگشت کشتی دچار حادثه شد و با تمام خدمه غرق شد.

موتورهای احتراق خارجی کم مصرف در پایان قرن گذشته در خانه ها برای پمپاژ آب، در چاپخانه ها، در شرکت های صنعتی، از جمله کارخانه نوبل سن پترزبورگ (در حال حاضر دیزل روسیه) استفاده می شد، آنها همچنین در کشتی های کوچک نصب می شدند. استرلینگ ها در بسیاری از کشورها از جمله روسیه تولید می شدند که به آنها "گرما و قدرت" می گفتند. آنها به دلیل بی سروصدا بودن و ایمنی کارشان ارزش قائل بودند که باعث می شد آنها را با موتورهای بخار مقایسه کنند.

با توسعه موتورهای احتراق داخلی، استرلینگ ها فراموش شدند. در فرهنگ لغت دایره المعارف Brockhaue و Efron، موارد زیر در مورد آنها نوشته شده است: "ایمنی در برابر انفجار، مزیت اصلی ماشین های کالری است که به لطف آن، اگر مواد جدیدی برای ساخت و روانکاری خود پیدا کنند، می توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند. بهتر است در دمای بالا مقاومت کند.»

با این حال، نکته تنها در غیاب مواد مرتبط نبود. اصول مدرن ترمودینامیک، به ویژه هم ارزی گرما و کار، هنوز ناشناخته بود، بدون آن، تعیین سودمندترین نسبت عناصر اصلی موتور غیرممکن بود. مبدل های حرارتی با سطح کوچکی ساخته می شدند، به همین دلیل موتورها در دمای بسیار بالا کار می کردند و به سرعت از کار می افتادند.

پس از جنگ جهانی دوم تلاش هایی برای بهبود استرلینگ انجام شد. مهمترین آنها در این واقعیت است که گاز کار به صورت فشرده تا 100 اتمسفر استفاده می شود و از هوا استفاده نمی شود، بلکه هیدروژن که دارای ضریب هدایت حرارتی بالاتر، ویسکوزیته کم است و علاوه بر این، روان کننده ها را اکسید نمی کند.

دستگاه یک موتور احتراق خارجی در شکل مدرن آن به طور شماتیک در شکل نشان داده شده است. 1. دو پیستون در یک سیلندر بسته از یک طرف وجود دارد. قسمت بالایی - پیستون - در جابجایی برای تسریع روند گرمایش و خنک کردن دوره ای گاز کار می کند. این یک استوانه توخالی بسته از فولاد ضد زنگ است که گرما را ضعیف هدایت می کند و تحت عمل میله ای که به مکانیزم میل لنگ متصل است حرکت می کند.

پیستون پایینی یک پیستون کار است (در بخش در شکل نشان داده شده است). نیرو را از طریق یک میله توخالی به مکانیسم میل لنگ منتقل می کند که میله جابجایی از داخل آن عبور می کند. پیستون کار مجهز به حلقه های آب بندی است.

در زیر پیستون کار یک مخزن بافر وجود دارد که یک بالشتک را تشکیل می دهد که به عنوان یک چرخ طیار عمل می کند - برای صاف کردن ناهمواری گشتاور به دلیل انتخاب بخشی از انرژی در طول حرکت کار و بازگشت آن به محور موتور در طول فشرده سازی. سکته. برای جداسازی حجم سیلندر از فضای اطراف، از مهر و موم های نوع "جوراب بسته بندی شده" استفاده می شود. اینها لوله های لاستیکی هستند که در یک سر به ساقه و سر دیگر به بدنه متصل می شوند.

قسمت بالایی سیلندر با بخاری و قسمت پایینی با یخچال در تماس است. بر این اساس، حجم های "گرم" و "سرد" در آن متمایز می شوند و آزادانه از طریق خط لوله ای که در آن بازسازی کننده (مبدل حرارتی) قرار دارد با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. احیا کننده با یک سیم با قطر کوچک (0.2 میلی متر) پر شده است و ظرفیت گرمایی بالایی دارد (به عنوان مثال، راندمان احیاگرهای فیلیپ بیش از 95٪ است).

فرآیند کار موتور استرلینگ را می توان بدون جابجایی بر اساس استفاده از توزیع کننده قرقره شارژ کار انجام داد.

در پایین موتور یک مکانیسم میل لنگ وجود دارد که برای تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون به حرکت چرخشی شفت عمل می کند. یکی از ویژگی های این مکانیسم وجود دو میل لنگ است که توسط دو چرخ دنده با دندانه های مارپیچ در حال چرخش به سمت یکدیگر متصل شده اند. میله جابجایی با استفاده از بازوی چرخاننده پایینی و میله های اتصال دنباله دار به میل لنگ متصل می شود. میله پیستون کار از طریق میله های اتصال تریلر و بازو بالا به میل لنگ متصل می شود. یک سیستم از میله های اتصال یکسان یک لوزی قابل تغییر شکل متحرک را تشکیل می دهد، از این رو نام این چرخ دنده - لوزی است. انتقال لوزی هنگام حرکت پیستون ها، تغییر فاز لازم را فراهم می کند. کاملا متعادل است، هیچ نیروی جانبی روی میله های پیستون وجود ندارد.

در فضای محدود شده توسط پیستون کار، یک گاز کار - هیدروژن یا هلیوم وجود دارد. حجم کل گاز در سیلندر به موقعیت جابجایی بستگی ندارد. تغییرات حجم مرتبط با فشرده سازی و انبساط گاز کار به دلیل حرکت پیستون کار رخ می دهد.

در حین کار موتور، قسمت بالایی سیلندر به طور مداوم گرم می شود، به عنوان مثال، از محفظه احتراق که سوخت مایع به آن تزریق می شود. پایین سیلندر به طور مداوم خنک می شود، به عنوان مثال توسط آب سردی که از طریق یک پوشش آبی که سیلندر را احاطه کرده است، پمپ می شود. چرخه بسته استرلینگ شامل چهار چرخه است که در شکل 1 نشان داده شده است. 2.

سکته مغزی I - خنک کننده. پیستون کار در پایین ترین موقعیت خود قرار دارد، جابجایی به سمت بالا حرکت می کند. در این حالت، گاز کار از حجم "گرم" بالای جابجایی به حجم "سرد" زیر آن جریان می یابد. گاز در حال کار با عبور در طول مسیر از احیا کننده، مقداری از گرمای خود را به آن می دهد و سپس در حجم "سرد" خنک می شود.

نوار II - فشرده سازی. جابجایی در موقعیت بالایی باقی می ماند، پیستون کار به سمت بالا حرکت می کند و گاز کار را در دمای پایین فشرده می کند.

سکته مغزی III - گرمایش. پیستون کار در موقعیت بالایی قرار دارد، جابجایی به سمت پایین حرکت می کند. در این حالت، گاز سرد فشرده فشرده از زیر جابجایی به فضای خالی بالای آن سرازیر می شود. در راه، گاز کار از طریق احیاگر عبور می کند، جایی که از قبل گرم می شود، وارد حفره سیلندر "گرم" می شود و حتی بیشتر گرم می شود.

سکته IV - گسترش (سکته مغزی). هنگامی که گرم می شود، گاز کار منبسط می شود، در حالی که جابجایی و همراه با آن پیستون کار به سمت پایین حرکت می کند. کار مفیدی در حال انجام است.

استرلینگ یک استوانه بسته دارد. روی انجیر 3a یک نمودار چرخه نظری را نشان می دهد (نمودار V - P). حجم های استوانه در امتداد محور آبسیسا و فشارهای موجود در استوانه در امتداد محور اردین رسم می شوند. ضربه اول همدما I-II است، دوم در یک حجم ثابت II-III، سوم - همدما III-IV، چهارم - در یک حجم ثابت IV-I رخ می دهد. از آنجایی که فشار در حین انبساط گاز داغ (III-IV) از فشار در حین فشرده سازی گاز سرد (I-II) بیشتر است، کار انبساط بیشتر از کار تراکم است. کار مفید چرخه را می توان به صورت گرافیکی به صورت چهارضلعی منحنی I-II-III-IV به تصویر کشید.

در فرآیند واقعی، پیستون و جابجایی به طور مداوم حرکت می کنند، زیرا آنها با مکانیسم میل لنگ متصل هستند، بنابراین نمودار چرخه واقعی گرد است (شکل 3، ب).

راندمان تئوری موتور استرلینگ 70 درصد است. مطالعات نشان داده است که در عمل می توان بازدهی معادل 50 درصد بدست آورد. این به طور قابل توجهی بیشتر از بهترین توربین های گازی (28٪)، موتورهای بنزینی (30٪) و موتورهای دیزلی (40٪) است.

استرلینگ می تواند با بنزین، نفت سفید، گازوئیل، گاز و حتی سوخت جامد کار کند. در مقایسه با سایر موتورها، عملکرد نرم و تقریبا بی صداتری دارد. این با نسبت فشرده سازی کم (1.3 ÷ 1.5) توضیح داده می شود، علاوه بر این، فشار در سیلندر به آرامی افزایش می یابد و نه با انفجار. محصولات احتراق نیز بدون سر و صدا منتشر می شوند، زیرا احتراق به طور مداوم انجام می شود. اجزای سمی نسبتاً کمی در آنها وجود دارد، زیرا احتراق سوخت به طور مداوم و با بیش از حد ثابت اکسیژن رخ می دهد (α=1.3).

استرلینگ با چرخ دنده لوزی کاملاً متعادل است، لرزش در آن رخ نمی دهد. این کیفیت به ویژه توسط مهندسان آمریکایی مورد توجه قرار گرفت که یک استرلینگ تک سیلندر را روی یک ماهواره مصنوعی زمین نصب کردند، جایی که حتی یک لرزش و عدم تعادل جزئی می تواند منجر به از دست دادن جهت گیری شود.

خنک سازی همچنان یکی از مسائل مشکل ساز است. استرلینگ با گازهای خروجی تنها 9 درصد از گرمای دریافتی از سوخت را حذف می کند، بنابراین، به عنوان مثال، هنگام نصب آن بر روی خودرو، باید یک رادیاتور حدود 2.5 برابر بزرگتر از زمانی که از یک موتور بنزینی با همان قدرت استفاده می کنید، بسازید. این مشکل به سادگی در تاسیسات کشتی حل می شود، جایی که خنک کننده موثر با مقدار نامحدود آب بیرونی فراهم می شود.

روی انجیر شکل 4 مقطعی از موتور قایق دو سیلندر فیلیپس با قدرت 115 اسب بخار را نشان می دهد. با. در 3000 دور در دقیقه با آرایش افقی سیلندرها. حجم کل کار هر سیلندر 263 سانتی متر مکعب است. پیستون های مقابل به دو تراورس متصل می شوند که تعادل کامل نیروهای گاز و حذف حجم بافر را ممکن می سازد. بخاری از لوله هایی ساخته شده است که محفظه احتراق را احاطه کرده اند که گاز کار از آن عبور می کند. کولر یک کولر لوله ای است که آب دریا از طریق آن پمپاژ می شود. موتور دارای دو میل لنگ است که به وسیله چرخ دنده های حلزونی به میل پروانه متصل شده است. ارتفاع موتور تنها 500 میلی متر است که امکان نصب آن را در زیر عرشه و در نتیجه کاهش اندازه موتورخانه فراهم می کند.

قدرت استرلینگ عمدتاً با تغییر فشار گاز کار کنترل می شود. در عین حال برای ثابت نگه داشتن دمای بخاری، تامین سوخت نیز تنظیم می شود. تقریباً هر منبع گرمایی برای یک موتور احتراق خارجی مناسب است. مهم است که بتواند انرژی دمای پایین را به کار مفید تبدیل کند، کاری که موتورهای احتراق داخلی قادر به انجام آن نیستند. از منحنی شکل. شکل 5 نشان می دهد که در دمای بخاری تنها 350 درجه سانتیگراد، راندمان استرلینگ هنوز ≈ 20٪ است.

استرلینگ مقرون به صرفه است - مصرف سوخت خاص آن تنها 150 گرم در لیتر است. با. ساعت در نیروگاه «انباشتگر حرارتی موتور استرلینگ» که در ماهواره‌های زمین آمریکا استفاده می‌شود، لیتیوم هیدریت به عنوان یک انباشته‌کننده گرما عمل می‌کند که گرما را در طول دوره «روشن» جذب می‌کند و زمانی که ماهواره در سمت سایه قرار دارد، آن را به استرلینگ می‌دهد. زمین. در ماهواره، موتور برای به حرکت درآوردن یک ژنراتور با قدرت 3 کیلو وات در 2400 دور در دقیقه استفاده می شود.

یک اسکوتر آزمایشی با استرلینگ و یک باتری گرما ساخته شده است. استفاده از انباشتگر گرما و تکان دادن در زیردریایی به آن اجازه می دهد تا چندین برابر بیشتر در موقعیت غوطه ور حرکت کند.

ادبیات

• 1. Smirnov GV موتورهای احتراق خارجی. "دانش"، م.، 1967.
• 2. دکتر Ir. R. I. Meijer. Der Philips - Stirlingmotor، MTZ، N 7، 1968.
• 3 کورتیس آنتونی هوای گرم و باد تغییر. موتور استرلینگ و احیای آن موتور (انگلیسی)، 1969، (135)، N 3488.

تنها حدود صد سال پیش، موتورهای احتراق داخلی باید جایگاهی را که در صنعت خودروسازی مدرن اشغال کرده‌اند، در رقابتی شدید به دست می‌آوردند. سپس برتری آنها به هیچ وجه به اندازه امروز آشکار نبود. در واقع، موتور بخار - رقیب اصلی موتور بنزینی - در مقایسه با آن مزایای بسیار زیادی داشت: بی صدا بودن، سهولت کنترل قدرت، ویژگی های کشش عالی و "همه چیزخواری" شگفت انگیز که به آن اجازه می دهد روی هر نوع سوختی از چوب تا کار کند. گازوئیل. اما در نهایت کارایی، سبکی و قابلیت اطمینان موتورهای احتراق داخلی غالب شد و باعث شد تا با کاستی های آنها به عنوان اجتناب ناپذیر کنار بیاییم.
در دهه 1950، با ظهور توربین‌های گازی و موتورهای دوار، حمله به موقعیت انحصاری که توسط موتورهای احتراق داخلی در صنعت خودروسازی اشغال شده بود، آغاز شد، حمله‌ای که هنوز با موفقیت به پایان نرسیده است. تقریباً در همان سال ها، تلاش هایی برای به صحنه آوردن یک موتور جدید انجام شد که به طرز شگفت انگیزی کارایی و قابلیت اطمینان یک موتور بنزینی را با بی صدا بودن و نصب بخار "همه چیز خوار" ترکیب می کند. این موتور احتراق خارجی معروفی است که کشیش اسکاتلندی رابرت استرلینگ در 27 سپتامبر 1816 ثبت اختراع کرد (اختراع انگلیسی شماره 4081).

فیزیک فرآیند

اصل کار همه موتورهای حرارتی، بدون استثنا، بر این واقعیت استوار است که وقتی گاز گرم شده منبسط می شود، کار مکانیکی بیشتری نسبت به فشرده سازی یک گاز سرد انجام می شود. برای نشان دادن این موضوع، یک بطری و دو قابلمه آب سرد و گرم کافی است. ابتدا بطری را در آب یخ فرو می برند و وقتی هوای داخل آن خنک می شود، گردن با چوب پنبه بسته می شود و به سرعت به آب گرم منتقل می شود. پس از چند ثانیه صدایی شنیده می شود و گاز گرم شده در بطری چوب پنبه را به بیرون هل می دهد و کار مکانیکی انجام می دهد. بطری را می توان دوباره به آب یخ برگرداند - چرخه تکرار می شود.
سیلندرها، پیستون‌ها و اهرم‌های پیچیده اولین ماشین استرلینگ این فرآیند را تقریباً دقیقاً بازتولید کردند، تا زمانی که مخترع متوجه شد که بخشی از گرمای گرفته شده از گاز در هنگام خنک‌سازی می‌تواند برای گرمایش جزئی استفاده شود. تنها چیزی که نیاز است نوعی ظرف است که در آن بتوان گرمای گرفته شده از گاز را در حین خنک شدن ذخیره کرد و پس از گرم شدن به آن برگرداند.
اما، افسوس، حتی این پیشرفت بسیار مهم نیز موتور استرلینگ را نجات نداد. تا سال 1885، نتایج به دست آمده در اینجا بسیار متوسط ​​بود: بازده 5-7 درصد، 2 لیتر. با. توان، 4 تن وزن و 21 متر مکعب فضای اشغال شده.
موتورهای احتراق خارجی حتی با موفقیت طراحی دیگری که توسط مهندس سوئدی اریکسون ساخته شده بود نجات پیدا نکردند. برخلاف استرلینگ، او گرم کردن و خنک کردن گاز را نه با حجم ثابت، بلکه با فشار ثابت پیشنهاد کرد. در سال 1887، چندین هزار موتور اریکسون کوچک در چاپخانه ها، در خانه ها، در معادن و کشتی ها به خوبی کار می کردند. آنها مخازن آب را پر کردند، آسانسورها را تغذیه کردند. اریکسون حتی سعی کرد آنها را با خدمه رانندگی تطبیق دهد، اما معلوم شد که آنها خیلی سنگین هستند. در روسیه، قبل از انقلاب، تعداد زیادی از این موتورها با نام "حرارت و نیرو" تولید می شد.

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 با 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