نسبت تراکم استرلینگ. موتور استرلینگ قدرتمند

اصل اساسی موتور استرلینگ گرمایش و خنک کردن مداوم سیال کار در یک سیلندر بسته است. معمولاً هوا به عنوان یک سیال عامل عمل می کند، اما از هیدروژن و هلیوم نیز استفاده می شود.

چرخه موتور استرلینگ از چهار فاز تشکیل شده و توسط دو فاز انتقالی از هم جدا می شود: گرمایش، انبساط، انتقال به منبع سرد، خنک کننده، فشرده سازی و انتقال به منبع گرما. بنابراین، هنگام عبور از منبع گرم به منبع سرد، گاز موجود در سیلندر منبسط و منقبض می شود. در این حالت فشار تغییر می کند و به همین دلیل می توان کار مفیدی به دست آورد. از آنجایی که توضیحات نظری بسیاری از کارشناسان هستند، گوش دادن به آنها گاهی اوقات خسته کننده است، بنابراین اجازه دهید به نمایش تصویری از عملکرد موتور استرلینگ برویم.

موتور استرلینگ چگونه کار می کند؟
1. یک منبع حرارتی خارجی گاز را در پایین سیلندر تبادل حرارت گرم می کند. فشار ایجاد شده پیستون کار را به سمت بالا هل می دهد.
2. فلایویل پیستون جابجایی را به سمت پایین فشار می دهد و در نتیجه هوای گرم شده را از پایین به محفظه خنک کننده منتقل می کند.
3. هوا خنک می شود و منقبض می شود، پیستون کار پایین می آید.
4. پیستون جابجایی بالا می رود و در نتیجه هوای خنک شده را به پایین می برد. و چرخه تکرار می شود.

در ماشین استرلینگ، حرکت پیستون کار 90 درجه نسبت به حرکت پیستون جابجایی جابجا می شود. بسته به علامت این تغییر، دستگاه می تواند یک موتور یا یک پمپ حرارتی باشد. در شیفت 0 درجه، دستگاه هیچ کاری (به جز تلفات اصطکاک) تولید نمی کند و آن را تولید نمی کند.

اختراع دیگر استرلینگ که افزایش یافت راندمان موتوراحیا کننده است که محفظه ای پر از سیم، گرانول، فویل موجدار است تا انتقال حرارت گاز عبوری را بهبود بخشد (در شکل، احیاگر با پره های خنک کننده جایگزین شده است).

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 در یک موتور استرلینگ با بیش از 200 موتور سرمایه گذاری کرد قدرت اسبو بازدهی بیش از 30 درصد.

مزایای موتور استرلینگ:

1. همه چیز خوار. شما می توانید از هر سوختی استفاده کنید، نکته اصلی ایجاد اختلاف دما است.
2. صدای کم. از آنجایی که کار بر روی افت فشار ساخته شده است سیال کارو نه در آتش زدن مخلوط، سپس سر و صدا در مقایسه با موتور احتراق داخلیبطور قابل ملاحظه ای پایین تر
3. سادگی طراحی، از این رو حاشیه ایمنی بالا.

با این حال، تمام این مزایا در بیشتر موارد با دو عیب بزرگ کنار گذاشته می شود:

1. ابعاد بزرگ. سیال کار باید خنک شود و این منجر به افزایش قابل توجه جرم و اندازه به دلیل افزایش رادیاتورها می شود.
2. راندمان پایین. گرما مستقیماً به سیال کار نمی رسد، بلکه فقط از طریق دیواره مبدل های حرارتی تأمین می شود، بنابراین تلفات راندمان زیاد است.

با توسعه موتور احتراق داخلی، موتور استرلینگ رفت ... نه، نه به گذشته، بلکه به سایه ها. این با موفقیت به عنوان نیروگاه کمکی در زیردریایی ها، در پمپ های حرارتی در نیروگاه های حرارتی استفاده می شود، به عنوان مبدل انرژی خورشیدی و زمین گرمایی به انرژی الکتریکی، پروژه های فضایی برای ایجاد نیروگاه هایی با سوخت رادیوایزوتوپ (واپاشی رادیواکتیو با انتشار دما، که نمی دانست) چه کسی می داند، شاید روزی موتور استرلینگ آینده بزرگی داشته باشد!

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.

در ابتدا پیشرفت فنیزمانی 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 بخار مکانیسم های بخارمنفجر شد، زمانی که بیش از حد هنجارهای مجازفشار. 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 محصور شده است نوع بسته. 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 خارجیاسترلینگ، از مجموعه پدیده های مشابهی 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 گاز ایده آلگرما را با مقدار ثابتی از فضای اشغال شده حفظ می کند.

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 مورد، وجود یک احیا کننده، شرط لازم، زیرا هنگام عبور (3-2) نمی توان ماده را از کولر گرم کرد که دمای آن بسیار کمتر 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 مفید. 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 را فراهم می کند حلقه های بسته: 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. قسمت به داخل می چرخد فضای بستهشکل استوانه ای 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 پیدا کنید تعداد زیادی ازمواد: 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، دو میلی متر قطر کمتر از قطر داخلی ببرید قوطی کنسرودایره. 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 دو سانتی متری از مرکز به قطر سه میلی متر دریل کنید، جابجایی را از آن رد کنید. سوراخ مرکزیدرب، 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.
• انجام دادن میل لنگموتور گیره کاغذ 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.
• پوشیدن مکانیزم میل لنگچرخ فلایویل موتور از دیسک. 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. قدم گذاشتنهر گره به شما این امکان را می دهد که یک طرح بندی 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.
• بدون نیاز به استفاده از لولایی و تجهیزات کمکی، طراحی موتور ساده و قابل اعتماد است.
• منبع موتور، با توجه به ویژگی های طراحی، 100000 ساعت کار است.
• عملکرد موتور ایجاد نمی کند نویز خارجیاز آنجایی که 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 بزرگموتور، زیرا خنک کننده موثرشما باید از یک رادیاتور بزرگ استفاده کنید.
• 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 ژنراتورهای توریستی قابل حمل، تاسیساتی برای استفاده استفاده می شود انرژی خورشیدی.

• موتور مانند یک پمپ (برقی) است.

موتور برای نصب در مدار استفاده می شود سیستم های گرمایشیصرفه جویی در انرژی الکتریکی

• 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، فرآیند در شروع می شود سمت معکوس. 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. موتور در کانون حداکثر غلظت انرژی خورشید قرار می گیرد که با استفاده از یک آنتن سهموی ایجاد می شود.

صنعت خودروسازی مدرن به حدی رسیده است که بدون تحقیق جدی، دستیابی به نوسازی اساسی در طراحی موتورهای احتراق داخلی غیرممکن است. این به این واقعیت کمک کرد که طراحان شروع به توجه به پیشرفت های جایگزین نیروگاه ها، مانند موتور استرلینگ کردند.

برخی از شرکت‌های خودروسازی تلاش‌های خود را بر توسعه و آماده‌سازی برای عرضه به یک سری خودروهای الکتریکی و خودروهای هیبریدی، سایر مراکز مهندسی در حال سرمایه گذاری در طراحی موتورهای سوخت جایگزین ساخته شده از منابع تجدید پذیر هستند. پیشرفت های مختلف موتور دیگری نیز وجود دارد که ممکن است در آینده به موتور جدیدی برای وسایل نقلیه مختلف تبدیل شود.

یک موتور احتراق خارجی که در قرن نوزدهم توسط دانشمند استرلینگ اختراع شد، می تواند به چنین منبع انرژی ممکنی برای حرکت مکانیکی برای حمل و نقل جاده ای در آینده تبدیل شود.

دستگاه و اصل کار

موتور استرلینگ انرژی حرارتی دریافتی را تبدیل می کند منبع خارجیبه حرکت مکانیکی به دلیل تغییر دمای مایع در حال گردش در حجم بسته.

برای اولین بار پس از اختراع، چنین موتوری به شکل ماشینی وجود داشت که بر اساس اصل انبساط حرارتی کار می کرد.

در سیلندر یک موتور حرارتی، هوا قبل از انبساط گرم می شود و قبل از فشرده شدن خنک می شود. در بالای سیلندر 1 قرار دارد لباس ضد آب 3، پایین سیلندر به طور مداوم توسط آتش گرم می شود. پیستون کار 4 در سیلندر قرار دارد و دارای حلقه های آب بندی است. Displacer 2 بین پیستون و پایین سیلندر قرار دارد و با شکاف قابل توجهی در سیلندر حرکت می کند.

هوای داخل سیلندر توسط جابجایی 2 به پایین پیستون یا سیلندر پمپ می شود. جابجایی تحت عمل میله 5 که از مهر و موم پیستون عبور می کند حرکت می کند. میله نیز به نوبه خود توسط یک دستگاه غیرعادی که با تاخیر 90 درجه از محرک پیستون می چرخد ​​هدایت می شود.

در موقعیت "a"، پیستون در پایین ترین نقطه قرار دارد و هوا بین پیستون و جابجایی است که توسط دیواره های سیلندر خنک می شود.

در موقعیت بعدی "ب"، جابجایی به سمت بالا حرکت می کند و پیستون در جای خود باقی می ماند. هوای بین آنها به پایین سیلندر هل داده می شود و خنک می شود.

موقعیت "در" - کار. در آن، هوا توسط پایین سیلندر گرم می شود، منبسط می شود و دو پیستون را بالا می برد. بالا مردهنقطه. پس از اتمام کار، جابجایی به پایین سیلندر پایین می آید و هوا را به زیر پیستون فشار می دهد و خنک می شود.

در موقعیت "d" هوای خنک شده آماده فشرده شدن است و پیستون از آنجا حرکت می کند نقطه بالابه پایین از آنجایی که کار فشرده سازی هوای سرد شده کمتر از انبساط هوای گرم شده است، کار مفیدی شکل می گیرد. فلایویل به عنوان نوعی ذخیره کننده انرژی عمل می کند.

در نسخه در نظر گرفته شده، موتور استرلینگ دارای راندمان پایینی است، زیرا گرمای هوا پس از ضربه قدرت باید از طریق دیواره های سیلندر به مایع خنک کننده منتقل شود. هوا در یک حرکت زمان لازم برای کاهش دما را به میزان لازم ندارد، بنابراین لازم بود زمان خنک شدن را افزایش دهید. به همین دلیل سرعت موتور پایین بود. راندمان حرارتی نیز ناچیز بود. گرمای هوای خروجی به داخل آب خنک کننده رفت و از بین رفت.

طرح های مختلف

وجود داشته باشد گزینه های مختلفدستگاه های واحدهای نیرو که بر اساس اصل استرلینگ کار می کنند.

طراحی آلفا

این موتور شامل دو پیستون کار مجزا می باشد. هر پیستون در یک سیلندر جداگانه قرار دارد. سیلندر سرد در مبدل حرارتی است و سیلندر گرم گرم می شود.

طراحی بتا

سیلندر با پیستون از یک طرف خنک می شود و از طرف مقابل گرم می شود. یک پیستون قدرت و یک جابجایی در سیلندر حرکت می کنند که به کاهش و افزایش حجم گاز کار می کند. احیاگر حرکت معکوس گاز خنک شده را در فضای گرم موتور انجام می دهد.

طراحی گاما

کل سیستم از دو سیلندر تشکیل شده است. سیلندر 1 سرد است. پیستون کار در آن حرکت می کند، سیلندر دوم از یک طرف گرم و از طرف دیگر سرد می شود و برای حرکت جابجایی طراحی شده است. احیا کننده برای پمپاژ گاز خنک شده ممکن است در دو سیلندر مشترک باشد یا ممکن است در دستگاه جابجایی گنجانده شود.

مزایای

• مانند بسیاری از موتورهای احتراق خارجی، موتور استرلینگ قادر است با سوخت های مختلف کار کند، زیرا وجود اختلاف دما برای آن مهم است. مهم نیست که ناشی از چه سوختی است.
• موتور دستگاه ساده ای دارد و نیازی ندارد سیستم های کمکیو دستگاه های لولایی(گیربکس، تسمه تایم، استارت و ...).
• ویژگی های طراحی عملکرد طولانی مدت را فراهم می کند: بیش از 100 هزار ساعت کار مداوم.
• عملکرد موتور استرلینگ سر و صدای زیادی ایجاد نمی کند، زیرا هیچ انفجاری در داخل موتور وجود ندارد و گاز اگزوز وجود ندارد.
• نسخه "بتا" مجهز به دستگاه میل لنگ الماسی شکل، متعادل ترین مکانیسمی است که در حین کار لرزش ایجاد نمی کند.

• در سیلندرهای موتور، فرآیندهایی اتفاق نمی‌افتد اثر مضربه محیط طبیعی با انتخاب منبع گرمای بهینه، موتور استرلینگ می تواند به یک دستگاه سازگار با محیط زیست تبدیل شود.

ایرادات

• با ویژگی های مثبت قابل توجه، تولید انبوه سریع موتورهای استرلینگ به دلایلی غیر واقعی است. مسئله اصلی مصرف مواد دستگاه است. برای خنک شدن بدنه کار، یک هیت سینک بزرگ مورد نیاز است که اندازه و وزن تجهیزات را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.
• سطح فعلی فناوری به موتور استرلینگ اجازه می دهد تا از طریق استفاده از انواع پیچیده سیال کاری (هیدروژن یا هلیوم) تحت فشار بسیار بالا، در خواص با موتورهای بنزینی جدید رقابت کند. این امر خطر استفاده از چنین موتورهایی را به شدت افزایش می دهد.
• یک مشکل جدی عملیاتی مربوط به مشکلات مقاومت دمایی آلیاژهای فولادی و هدایت حرارتی آنها است. گرما به وسیله مبدل های حرارتی به فضای کار می رسد. این منجر به از دست دادن حرارت قابل توجهی می شود. همچنین مبدل حرارتی باید از آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ساخته شده باشد که باید در برابر حرارت نیز مقاوم باشد. فشار خون بالا. فرآوری مواد منطبق با این شرایط بسیار دشوار بوده و هزینه بالایی دارند.
• اصول انتقال موتور استرلینگ به سایر حالت های کار نیز به طور قابل توجهی با اصول معمول متفاوت است. این مستلزم خلقت است دستگاه های خاصمدیریت. به عنوان مثال، برای تغییر قدرت، باید زاویه فاز بین پیستون قدرت و جابجایی، فشار در سیلندرها یا تغییر ظرفیت حجم کار را تغییر دهید.

موتور استرلینگ و کاربردهای آن

در صورت لزوم ایجاد مبدل حرارتی ابعاد فشردهمی توانید از موتور استرلینگ استفاده کنید. در عین حال، راندمان سایر موتورهای مشابه بسیار کمتر است.

• منابع جهانی برق موتورهای استرلینگ می توانند گرما را به الکتریسیته تبدیل کنند. پروژه های نیروگاه های خورشیدی با استفاده از چنین موتورهایی وجود دارد. آنها به عنوان نیروگاه های مستقل برای گردشگران استفاده می شوند. برخی از تولید کنندگان ژنراتورهایی را می سازند که از یک مشعل گازی کار می کنند. همچنین پروژه های ژنراتورهایی وجود دارد که از منابع حرارتی رادیوایزوتوپ کار می کنند.
• پمپ ها. اگر یک پمپ در مدار گرمایش نصب شود، راندمان گرمایش به طور قابل توجهی افزایش می یابد. پمپ ها در سیستم های خنک کننده نیز نصب می شوند. پمپ برقیممکن است شکست بخورد، علاوه بر این، انرژی الکتریکی مصرف می کند. پمپ استرلینگ این مشکل را حل می کند. موتور استرلینگ برای پمپاژ مایعات ساده تر از طرح معمولی خواهد بود، زیرا به جای پیستون، می توان از خود مایع پمپ شده استفاده کرد که همچنین برای خنک کننده استفاده می شود.
• تجهیزات برودتی . در طراحی تمامی یخچال ها از اصل پمپ های حرارتی استفاده شده است. برخی از تولیدکنندگان یخچال قصد دارند موتور استرلینگ را روی محصولات خود نصب کنند که بسیار مقرون به صرفه خواهد بود. سیال کار هوا خواهد بود.
• دمای فوق العاده پایین. برای گازهای مایع، چنین موتورهایی بسیار موثر هستند. استفاده از آنها سودمندتر از دستگاه های توربین. همچنین از موتور استرلینگ در دستگاه های خنک کننده سنسورهای ابزار دقیق استفاده می شود.
• . انرژی الکتریکی را می توان با تبدیل انرژی خورشید به دست آورد. برای این کار می توان از موتورهای استرلینگ استفاده کرد که در کانون آینه قرار می گیرند تا محل گرمایش به طور مداوم توسط پرتوهای خورشید روشن شود. بازتابنده با حرکت خورشید کنترل می شود که انرژی آن در ناحیه کوچکی متمرکز می شود. در این حالت حدود 92 درصد تابش توسط آینه ها منعکس می شود. سیال کار موتور اغلب هلیوم یا هیدروژن است.
• انباشته کننده های حرارتی. با کمک دستگاه استرلینگ امکان ذخیره انرژی حرارتی با استفاده از انباشته کننده های حرارتی بر پایه نمک های مذاب وجود دارد. چنین دستگاه هایی دارای ذخیره انرژی برتر از دستگاه های شیمیایی هستند و هزینه کمتری دارند. با افزایش و کاهش زاویه فاز بین دو پیستون برای تنظیم قدرت، می توان انرژی مکانیکی را جمع کرد و موتور را ترمز کرد. در این حالت موتور به عنوان یک پمپ حرارتی عمل می کند.
• خودرو. با وجود مشکلات، مدل های کارکردی از موتور استرلینگ برای اتومبیل ها استفاده می شود. علاقه به چنین موتور مناسب برای یک ماشین در قرن گذشته به وجود آمد. تحولات در این راستا توسط خودروسازان انگلیسی و آلمانی انجام شد. در سوئد موتور استرلینگ نیز توسعه یافت که در آن از واحدها و مجموعه های سریال یکپارچه استفاده شد. نتیجه یک موتور 4 سیلندر است که پارامترهای آن با یک موتور دیزل کوچک قابل مقایسه است. این موتور با موفقیت تست شده است واحد قدرتبرای یک کامیون چند تنی

امروزه مطالعات تاسیسات استرلینگ برای تاسیسات زیر آب، فضا و سایر تاسیسات و همچنین طراحی موتورهای اصلی در بسیاری از کشورهای خارجی انجام می شود. چنین علاقه زیادی به موتورهای استرلینگ نتیجه علاقه عمومی به مبارزه با آلودگی جوی، صدا و حفظ منابع طبیعی انرژی بود.

- 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. از آنجا که 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 اندازه می شود. نیروگاهبه دلیل افزایش رادیاتور

برای عملکرد قابل مقایسه با ویژگی های ICE، اعمال فشارهای بالا (بیش از 100 اتمسفر) ضروری است و انواع خاصمایع کار - هیدروژن، هلیوم.

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، نیازی به آن ندارد سیستم های اضافیمانند مکانیسم توزیع گاز. 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 بازدهی بیشتری (تا 31.25٪) نسبت به ماشین های حرارتیبرای یک زوج

بی صدا بودن موتور - استرلینگ اگزوز ندارد، به این معنی که صدا ایجاد نمی کند. استرلینگ بتا با مکانیزم لوزی یک دستگاه کاملاً متعادل و با اندازه کافی است کیفیت بالاتولید، حتی ارتعاش 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 ایمن تری ایجاد کنند موتور بخاردر آن زمان، به دلیل این واقعیت که دیگهای بخار موتورهای قبلاً اختراع شده اغلب منفجر می شدند و نمی توانستند مقاومت کنند. فشار بالابخار و موادی که اصلاً برای ساخت و ساخت آنها مناسب نبودند. 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 اصلیموتور استرلینگ با مایع کار مایع دارای اندازه کوچک، فشار کاری بالا و چگالی توان بالا است. همچنین یک استرلینگ با سیال کار دو فاز وجود دارد. قدرت خاص و فشار عملیاتیآن 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 قسمت تقسیم می کنند انواع مختلف:

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. با این حال، نسبت توان به حجم بسیار زیاد است حرارتپیستون "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). بازسازی کننده می تواند خارجی باشد که در این صورت وصل می شود قسمت داغاستوانه دوم با سرد و همزمان با استوانه اول (سرد). بازسازی کننده داخلی بخشی از جابجایی است.

یک منبع جدید مهم انرژی مکانیکی برای رانندگی خودرو، موتور استرلینگ است. تقریباً ناشناخته است، فقط نمونه های اولیه آن وجود دارد، بنابراین فقط می توان یک توصیف گذرا از اصل عملکرد و طراحی آن ارائه داد. در شکل اولیه خود، به عنوان یک ماشین انبساط حرارتی وجود داشت، که در سیلندر آن سیال کار، به عنوان مثال، هوا، قبل از فشرده سازی خنک می شد و قبل از انبساط گرم می شد. طرح و اصل عملکرد چنین موتوری در شکل نشان داده شده است. 1.

قسمت بالایی سیلندر 1 دارای ژاکت خنک کننده آب 2 است و قسمت پایینی سیلندر دائماً توسط شعله گرم می شود. پیستون کار 3 در سیلندر آب بندی شده است رینگ های پیستونو توسط شاتون به میل لنگ متصل می شود (میل لنگ در شکل نشان داده نشده است). بین قسمت پایین سیلندر و پیستون کار یک پیستون- جابجایی 4 قرار دارد که با یک شکاف بزرگ در سیلندر حرکت می کند. هوای محصور در سیلندر از طریق این شکاف توسط جابجایی 4 یا به پایین پیستون کار یا به پایین گرم شده سیلندر پمپ می شود. جابجایی توسط یک میله 5 که از مهر و موم در پیستون عبور می کند و توسط یک مکانیسم غیرعادی هدایت می شود که با زاویه تاخیر حدود 90 درجه در مقایسه با مکانیزم محرک پیستون کار می چرخد.

در موقعیت a، پیستون در BDC (مرکز مرگ پایین) قرار دارد و هوای خنک شده توسط دیواره سیلندر بین آن و جابجایی محصور شده است. در فاز بعدی b، جابجایی به سمت بالا حرکت می کند، در حالی که پیستون در BDC باقی می ماند. هوای بین آنها از طریق شکاف بین جابجایی و سیلندر به پایین سیلندر رانده شده و توسط دیواره های سیلندر خنک می شود. فاز c فاز کاری است که در طی آن هوا توسط ته داغ سیلندر گرم می شود، منبسط می شود و هر دو پیستون را به سمت TDC (مرکز مرگ بالا) هل می دهد.

پس از اتمام کار، جابجایی به موقعیت پایینی به پایین سیلندر باز می گردد و هوا را از طریق شکاف بین دیواره های سیلندر به داخل محفظه زیر پیستون می فشارد، در حالی که هوا توسط دیواره ها خنک می شود. در موقعیت r هوای سرد برای فشرده سازی آماده می شود و پیستون کار از TDC به BDC حرکت می کند. زیرا کار انجام شده برای فشرده سازی هوای سرد کار کمتردر طول انبساط هوای گرم انجام می شود، سپس کار مفیدی ایجاد می شود. فلایویل برای ذخیره انرژی مورد نیاز برای فشرده سازی هوا استفاده می شود.

در طرح توصیف شده، موتور استرلینگ کمترین راندمان را داشت، زیرا گرمای موجود در هوا پس از ضربه باید از طریق دیواره های سیلندر به مایع خنک کننده منتقل شود. هوا در یک ضربه پیستون زمان کافی برای خنک شدن را نداشت و لازم بود زمان خنک سازی افزایش یابد که در نتیجه دور موتور نیز کم بود. ، که همانطور که قبلا ذکر شد بستگی به تفاوت بین حداکثر و حداقل دمای سیکل کار دارد، نیز کم بود. گرمای هوای خروجی به آب خنک کننده منتقل شد و کاملاً از بین رفت.

موتور استرلینگ به طور قابل توجهی توسط فیلیپس (فیلیپس - هلند) بهبود یافت. اول از همه، از یک بازسازی کننده حرارت خارجی استفاده شد که از طریق آن هوا از قسمت بالایی سیلندر به قسمت پایین تحت عمل جابجایی پمپ می شد. یک رادیاتور به صورت سری به احیا کننده در مدار خارجی متصل شد. احیاگر گرمای هوایی را که پس از انبساط وارد محفظه سرد می شود، جمع می کند. هنگامی که هوا در جهت مخالف جریان می یابد، باتری دوباره به آن گرما می دهد. این باعث افزایش اختلاف بین حداکثر و حداقل دمای سیکل می شود و گرما باید توسط سیستم خنک کننده حذف شود. رادیاتور که در پشت ریژنراتور قرار دارد، تنها بخشی از این گرما را از بین می برد، بقیه در باتری ذخیره شده و دوباره استفاده می شود. در نتیجه نه تنها راندمان موتور بهبود می یابد، بلکه حداکثر سرعت آن نیز افزایش می یابد که بر قدرت و جرم مخصوص موتور تأثیر می گذارد. گرمای حاصل از گازهای خروجی پیش گرمکن برای افزایش دمای هوای تازه وارد شده به محفظه احتراق آن استفاده می شود. نمودار ساختاری شرح داده شده موتور در شکل نشان داده شده است. 2.

2 کار می کند، فشار هوا را به مکانیسم میل لنگ منتقل می کند و جابجایی 1 برای حرکت هوا از بالای سیلندر به پایین طراحی شده است. در موقعیت a، هوا از فضای بین دو پیستون از طریق رادیاتور 3 و احیا کننده 4 وارد لوله های بخاری 6 و سپس به قسمت بالایی سیلندر می شود. لوله های بخاری در محفظه احتراق قرار می گیرند، جایی که هوای تازه برای احتراق از طریق کانال های 7 تامین می شود و سپس با عبور از مبدل حرارتی، وارد منطقه اتمایزر نازل 5 می شود. گازهای خروجی از بخاری از طریق خط لوله اگزوز تخلیه می شود 8 .

در موقعیت a هوا فشرده می شود و هنگام حرکت به قسمت بالای سیلندر ابتدا در احیاگر و سپس در بخاری گرم می شود. در موقعیت b، تمام هوا از فضای بین دو پیستون خارج می شود و با حرکت هر دو پیستون به سمت پایین کار می کند. در موقعیت c، پس از اتمام کار، پیستون کار در موقعیت پایین باقی می ماند و جابجایی 1 شروع به هل دادن هوا از قسمت بالایی سیلندر به فضای بین پیستون ها از طریق احیا کننده می کند که در آن هوا خارج می شود. بخش قابل توجهی از گرمای آن، و رادیاتور، که در آن هوا حتی عمیق تر سرد می شود. در آخرین مرحله از چرخه r، هوا خنک می شود و با فشار از بالای سیلندر به فضای بین پیستون ها خارج می شود و در آنجا فشرده می شود.

فشرده سازی هوای سرد، ورود آن از طریق احیاگر و رادیاتور به قسمت بالایی سیلندر، انبساط و خنک شدن بعدی هوا نشان دهنده چرخه عملیات است. جرم ثابتی از هوا در سیلندر نگهداری می شود، بنابراین سیلندر بدون اگزوز کار می کند. از هر منبع گرمایی می توان برای گرمایش استفاده کرد. در طرح در نظر گرفته شده، از دیگ بخار سوخت مایع استفاده می شود. محتوا مواد مضربه کامل بودن احتراق سوخت در محفظه احتراق دیگ بستگی دارد. از آنجایی که این حالت احتراق مداوم را در دمای نسبتاً پایین و مقدار زیادی هوا ایجاد می کند، می توان به احتراق کاملو کوچک

مزیت موتور استرلینگ این است که نه تنها می تواند با انواع سوخت کار کند، بلکه امکان استفاده از آن را نیز فراهم می کند. انواع مختلفمنابع حرارتی این بدان معنی است که عملکرد موتور به وجود جو بستگی ندارد. این می تواند در فضاهای محدود هم در زیردریایی ها و هم در ماهواره ها به خوبی کار کند. همانطور که در شکل نشان داده شده است، هنگام استفاده از یک انباشتگر حرارتی با LiF، گرما از طریق یک لوله حرارتی به موتور عرضه می شود. 3.

در پایین شکل. شکل 2 مکانیزم محرک لوزی شکل را نشان می دهد که حرکت هر دو پیستون را کنترل می کند. درایو از دو میل لنگ استفاده می کند که توسط یک جفت چرخ دنده به هم متصل شده و در جهت مخالف می چرخند. انتهای میله جابجایی 1 و میله پیستون توخالی 2 از طریق میله های اتصال جداگانه به هر دو میل لنگ متصل می شوند. اگر لنگ هر دو میل لنگدر موقعیت بالایی قرار دارند و از موقعیت a به موقعیت b حرکت می کنند، سپس میله های اتصال پیستون کار 2 نزدیک TDC قرار می گیرند و کمی در اطراف TDC حرکت می کند. میله های اتصال جابجایی که در این مرحله از چرخه حرکت می کنند به سمت پایین حرکت می کنند و پیستون نیز با حداکثر سرعتاز موقعیت a به موقعیت ب.

جهت مخالف چرخش دو میل لنگ به شما امکان می دهد وزنه های تعادل لازم برای متعادل کردن نیروهای اینرسی مرتبه اول و گشتاورهای آنها را از توده های متحرک رفت و برگشتی که در موتورهای تک سیلندر و خطی وجود دارد را روی آنها قرار دهید.

مکانیسم لوزی این مزیت را نیز دارد که میله‌های اتصال نیروها را به صورت متقارن از میله‌های پیستون به میل لنگ منتقل می‌کنند و نیروهای جانبی در یاتاقان‌ها و آب‌بندهای پیستون ایجاد نمی‌شوند. مورد دوم بسیار مهم است، زیرا برای عملکرد موتور با راندمان خوبفشار عملیاتی بالا مورد نیاز است.

معمولی مکانیسم های میل لنگدر فشار زیاد روی پیستون و زوایای زیاد انحراف شاتون، نیروهای جانبی زیادی ایجاد می شود که روی پیستون وارد می شود و باعث می شود ضررهای بزرگبرای اصطکاک و سایش زیاد با استفاده از کراس هد یا مکانیزم لوزی این پدیده منفی از بین می رود و می توان به آب بندی مناسب پیستون ها دست یافت.

برای جلوگیری از انتقال نیروهای زیاد میله ها به یاتاقان های شاتون اصلی و میل لنگ، فشار برگشتی برابر با میانگین فشار کاری در سیلندر در زیر پیستون کار حفظ می شود، حدود 20 مگاپاسکال است.

هنگام تنظیم قدرت موتور استرلینگ مشکلات قابل توجهی ایجاد می شود. تغییر در قدرتی که در نتیجه تغییر مقدار سوخت تامین شده به بخاری رخ می دهد ناچیز است. با تغییر فشار یا مقدار سیال کار می توان به نتیجه قابل توجه تری دست یافت. این روش کنترل قدرت در موتور خودرو استرلینگ استفاده می شود. برای کاهش قدرت، بخشی از گاز سیلندرها به یک مخزن کم فشار عبور می کند. برای افزایش قدرت، گاز از یک مخزن فشار بالا به سیلندرها می رسد، جایی که ابتدا توسط یک کمپرسور مخصوص از یک مخزن فشار پایین پمپ می شود. برای موتورهای پیستونی عمل دوگانهبرای کاهش قدرت، گاز از بالای پیستون به پایین از طریق یک کانال خاص دور می زند. انتقال از قدرت کاملتا بیکار 0.2 ثانیه طول می کشد. روند معکوسحدود 0.6 ثانیه طول می کشد.

برای کوچک نگه داشتن تلفات اصطکاک گاز هنگام عبور از کانال های باریک احیا کننده و رادیاتور، از هلیوم استفاده می شود و سعی می شود از هیدروژن نیز استفاده شود. برای کاهش اندازه و وزن، چهار سیلندر با پیستون های دوگانه در موتور نسل دوم مطابق شکل قرار داده شده است. 9. به جای میل لنگ، درایو با استفاده از واشرهای شیبدار استفاده شد. وجود فشار بالای گاز در دو طرف پیستون باعث می شود که تنها اختلاف فشار کمی به واشر محرک منتقل شود. از آنجایی که در موتور استرلینگ تمام گرمای خارج شده به مایع خنک کننده منتقل می شود، رادیاتور این موتور باید 2 برابر بزرگتر از موتورهای احتراق داخلی معمولی باشد.

به عنوان مثال، دو مورد را در نظر بگیرید موتور خودرواسترلینگ. موتور چهار سیلندرنسل اول با مکانیزم لوزی شکل، نشان داده شده در شکل. 10، دارای قطر سیلندر 77.5 میلی متر، کورس پیستون 49.8 میلی متر (حجم ضربه 940 سانتی متر مکعب)، قدرت 147 کیلووات در 3000 دقیقه -1 و فشار متوسط ​​در سیلندر به ترتیب 22 مگاپاسکال است. دمای سر سیلندر در حدود 700 درجه سانتیگراد و مایع خنک کننده در 60 درجه سانتیگراد حفظ می شود. وزن موتور خشک 760 کیلوگرم است. شروع سردو گرم کردن موتور تا رسیدن دمای سرسیلندر به 700 درجه سانتیگراد حدود 20 ثانیه طول می کشد. در دمای آب 55 درجه سانتیگراد، راندمان موتور نشان داده شده روی میز تست به 35٪ رسید. توان ویژه 156 کیلووات بر دسی متر مکعب و وزن مخصوص در واحد توان 2/5 کیلوگرم بر کیلووات است.

یک بخش شماتیک از نسل دوم موتور استرلینگ مدل فیلیپس 4-215 DA، طراحی شده برای یک خودروی سواری، در شکل نشان داده شده است. 9. موتور تقریباً به اندازه و وزن موتورهای بنزینی معمولی است و قدرت آن 127 کیلو وات است. چهار سیلندر با پیستون های دوگانه در اطراف محور قرار دارند محور محرکدارای واشر شیب دار دیگ بخاری، مشترک در هر چهار سیلندر، دارای یک نازل است. در خودروی فورد تورینو (ایالات متحده آمریکا)، مصرف سوخت با این موتور 25 درصد کمتر از یک موتور 8 سیلندر V شکل بنزینی بود. محتوای NOx در گازهای خروجی سیستم گرمایش، به دلیل استفاده از گردش مجدد آنها، بسیار کمتر از هنجار تعیین شده بود.

قطر سیلندر موتور فیلیپس 4-215 DA 73 میلی متر است، حرکت پیستون 52 میلی متر است. قدرت موتور 127 کیلووات با سرعت 4000 دقیقه -1. دمای بخاری (دمای سرسیلندر) 700 درجه سانتی گراد و دمای مایع خنک کننده 64 درجه سانتی گراد است.

شرکت سوئدی United Sterling موتور استرلینگ خود را به گونه ای طراحی کرد که بتوان از قطعات تولید انبوه بیشترین استفاده را کرد. صنعت خودرو. از یک میل لنگ معمولی و یک میله اتصال استفاده می شود که همراه با سر متقاطع، حرکت چرخشی شفت را به حرکت رو به جلوپیستون دو اثره بخش این موتور چهار سیلندر V شکل در شکل نشان داده شده است. 11. ردیف سیلندرها با زاویه کمی قرار دارند، سر سیلندرها یک گروه مشترک را تشکیل می دهند که توسط یک مشعل گرم می شود.

وزن مخصوص تخمین زده شده برای این موتور 2.4 کیلوگرم بر کیلووات است که می توان آن را با یک موتور دیزلی با سایز کوچک بسیار خوب مقایسه کرد. وزن مخصوص موتورهای استرلینگ از 6.1-7.3 کیلوگرم بر کیلووات به 4.3 کیلوگرم بر کیلووات کاهش یافته است و دائماً در حال کاهش است.

تولید موتور استرلینگ نیاز به فناوری کاملا متفاوتی با فناوری تولید موتورهای احتراق داخلی دارد که سرعت ورود آن به تولید را کاهش می دهد. با این حال، توسعه چنین موتورهایی ادامه دارد، زیرا موتورهای بنزینی و دیزلی سنتی نیازهای آینده برای خلوص مورد نیاز گازهای خروجی را برآورده نمی کنند و موتورهای استرلینگ ایجاد شده امید به حل این مشکل را ایجاد می کند. از آنجایی که تغییر فشار گاز در سیلندر موتور استرلینگ نرم است، به طور پایدار و بی صدا کار می کند، شبیه به موتور بخار. با این حال، مقدار زیادی از گرمای حذف شده نیاز به راه حل های جدید در زمینه سیستم های خنک کننده دارد.

پیشرفت زیادی در موتورهای استرلینگ با موتور فیلیپس 4-215 DA حاصل شده است. موتور برای استفاده در ماشین هاو به اندازه یک بنزین معمولی در آنها فضایی را اشغال می کند موتور Vقدرت برابر جرم موتور فیلیپس 4-215 DA 448 کیلوگرم و با حداکثر قدرت 127 کیلووات، وزن مخصوص آن 3.5 کیلوگرم بر کیلووات است. راندمان نشانگر این موتور هنگام استفاده از هیدروژن در فشار 20 مگاپاسکال به عنوان سیال کاری 35 درصد است.

شروع سرد موتور 15 ثانیه طول می کشد، مصرف سوخت خودرو در ترافیک شهری 25 درصد کمتر از حالت عادی است. موتور بنزینی. قدرت موتور با تغییر مقدار و فشار سیال کار کنترل می شود.

چگالی هیدروژن 14 برابر کمتر از چگالی هوا و ظرفیت گرمایی آن نیز 14 برابر بیشتر از ظرفیت گرمایی هوا است. این تأثیر مثبتی بر تلفات هیدرولیک به ویژه در احیاگر دارد و به طور کلی منجر به افزایش راندمان موتور می شود (شکل 4 را ببینید).