Sprawność silnika spalinowego Stirlinga. Silnik spalinowy – zasada działania i zalety

- silnik cieplny, w którym ciekły lub gazowy płyn roboczy porusza się w zamkniętej objętości, rodzaj silnika spalinowego. Polega na okresowym podgrzewaniu i schładzaniu płynu roboczego z wydobyciem energii z wynikającej z tego zmiany objętości płynu roboczego. Może pracować nie tylko ze spalania paliwa, ale także z dowolnego źródła ciepła.

Chronologię wydarzeń związanych z rozwojem silników XVIII wieku można prześledzić w ciekawym artykule – „Historia wynalezienia parowozów”. A ten artykuł jest poświęcony wielkiemu wynalazcy Robertowi Stirlingowi i jego pomysłowi.

Historia stworzenia...

Co dziwne, patent na wynalazek silnika Stirlinga należy do szkockiego księdza Roberta Stirlinga. Otrzymał go 27 września 1816 r. Pierwsze „silniki na ogrzane powietrze” stały się znane światu pod koniec XVII wieku, na długo przed Stirlingiem. Jednym z ważnych osiągnięć Stirlinga jest dodanie oczyszczacza, nazwanego przez niego „gospodynią”.

We współczesnej literaturze naukowej ten środek czyszczący ma zupełnie inną nazwę - „rekuperator”. Dzięki niemu zwiększa się wydajność silnika, ponieważ środek czyszczący zatrzymuje ciepło w ciepłej części silnika, a jednocześnie chłodzi się płyn roboczy. Dzięki temu procesowi znacznie zwiększa się wydajność systemu. Rekuperator to komora wypełniona drutem, granulatem, folią falistą (pofałdowania biegną wzdłuż kierunku przepływu gazu). Gaz przepływając przez wlew rekuperatora w jednym kierunku oddaje (lub odbiera) ciepło, a poruszając się w drugim kierunku je odbiera (oddaje). Rekuperator może być zewnętrzny w stosunku do cylindrów i może być umieszczony na tłoku wypornika w konfiguracjach beta i gamma. Wymiary i waga maszyny w tym przypadku są mniejsze. W pewnym stopniu rolę rekuperatora pełni szczelina między wypornikiem a ściankami cylindra (jeśli cylinder jest długi, to takie urządzenie w ogóle nie jest potrzebne, ale pojawiają się znaczne straty ze względu na lepkość gaz). W alfa Stirling wymiennik ciepła może być tylko zewnętrzny. Montowany jest szeregowo z wymiennikiem ciepła, w którym od strony zimnego tłoka podgrzewany jest płyn roboczy.

W 1843 roku James Stirling użył tego silnika w fabryce, w której pracował wówczas jako inżynier. W 1938 roku Philips zainwestował w silnik Stirlinga o mocy ponad dwustu koni mechanicznych i zwrocie przekraczającym 30%. Ponieważ Silnik Stirlinga ma wiele zalet, był szeroko rozpowszechniony w dobie parowozów.

Wady.

Zużycie materiału jest główną wadą silnika. W przypadku silników spalinowych ogólnie, aw szczególności silnika Stirlinga, płyn roboczy musi być chłodzony, co prowadzi do znacznego wzrostu masy i wymiarów elektrowni z powodu powiększonych chłodnic.

Aby uzyskać charakterystyki porównywalne z silnikiem spalinowym konieczne jest zastosowanie wysokich ciśnień (powyżej 100 atm) oraz specjalnych rodzajów płynu roboczego - wodór, hel.

Ciepło nie jest dostarczane bezpośrednio do płynu roboczego, ale tylko przez ściany wymienników ciepła. Ściany mają ograniczoną przewodność cieplną, przez co wydajność jest niższa od oczekiwanej. Gorący wymiennik ciepła pracuje w bardzo obciążających warunkach wymiany ciepła i przy bardzo wysokich ciśnieniach, co wymaga użycia wysokiej jakości i drogich materiałów. Stworzenie wymiennika ciepła, który spełniałby sprzeczne wymagania, jest bardzo trudne. Im większa powierzchnia wymiany ciepła, tym mniejsze straty ciepła. Jednocześnie zwiększa się rozmiar wymiennika ciepła i objętość płynu roboczego, który nie bierze udziału w pracy. Ponieważ źródło ciepła znajduje się na zewnątrz, silnik powoli reaguje na zmiany strumienia ciepła dostarczanego do cylindra i może nie od razu wytworzyć pożądanej mocy przy rozruchu.

Do szybkiej zmiany mocy silnika stosuje się metody inne niż stosowane w silnikach spalinowych: zbiornik buforowy o zmiennej pojemności, zmianę średniego ciśnienia płynu roboczego w komorach, zmianę kąta fazowego między tłok i wypornik. W tym drugim przypadku reakcja silnika na działanie sterujące kierowcy jest niemal natychmiastowa.

Zalety.

Jednak silnik Stirlinga ma zalety, które wymuszają jego rozwój.

„Wszystkożerność” silnika - podobnie jak wszystkie silniki o spalaniu zewnętrznym (a raczej zewnętrzne dostarczanie ciepła), silnik Stirlinga może działać przy prawie każdej różnicy temperatur: na przykład między różnymi warstwami oceanu, od słońca, od atomu lub grzejnik izotopowy, piec na węgiel lub drewno itp.

Prostota konstrukcji - konstrukcja silnika jest bardzo prosta, nie wymaga dodatkowych układów, takich jak mechanizm dystrybucji gazu. Uruchamia się sam i nie potrzebuje rozrusznika. Jego charakterystyka pozwala pozbyć się skrzyni biegów. Jednak, jak wspomniano powyżej, ma większe zużycie materiału.

Zwiększone zasoby - prostota konstrukcji, brak wielu „delikatnych” jednostek pozwala Stirlingowi zapewnić niespotykane dotąd zasoby dla innych silników dziesiątek i setek tysięcy godzin ciągłej pracy.

Opłacalność – w przypadku zamiany energii słonecznej na energię elektryczną Stirlingi dają czasami większą sprawność (nawet o 31,25%) niż parowe silniki cieplne.

Bezgłośność silnika - Stirling nie ma wydechu, co oznacza, że ​​nie hałasuje. Beta Stirling z rombowym mechanizmem jest urządzeniem doskonale wyważonym i przy dość wysokiej jakości wykonania nie posiada nawet wibracji (amplituda drgań jest mniejsza niż 0,0038 mm).

Przyjazny dla środowiska - samo Stirling nie ma żadnych części ani procesów, które mogłyby przyczynić się do zanieczyszczenia środowiska. Nie zużywa płynu roboczego. Przyjazność dla środowiska silnika wynika przede wszystkim z przyjazności dla środowiska źródła ciepła. Należy również zauważyć, że w silniku o spalaniu zewnętrznym łatwiej jest zapewnić kompletność spalania paliwa niż w silniku o spalaniu wewnętrznym.

Alternatywa dla silników parowych.

W XIX wieku inżynierowie próbowali stworzyć bezpieczną alternatywę dla ówczesnych maszyn parowych, ponieważ kotły wynalezionych już silników często eksplodowały, nie mogąc wytrzymać wysokiego ciśnienia pary i materiałów, które w ogóle nie nadawały się do tego celu. do ich produkcji i budowy. Silnik Stirlinga stał się dobrą alternatywą, ponieważ mógł zamienić każdą różnicę temperatur na pracę. Jest to podstawowa zasada silnika Stirlinga. Stała zmiana ogrzewania i chłodzenia płynu roboczego w zamkniętym cylindrze wprawia tłok w ruch. Zwykle powietrze działa jako płyn roboczy, ale stosuje się również wodór i hel. Ale eksperymenty przeprowadzono również z wodą. Główną cechą silnika Stirlinga z ciekłym płynem roboczym są jego niewielkie rozmiary, wysokie ciśnienia robocze i duża gęstość mocy. Jest też Stirling z dwufazowym płynem roboczym. Moc właściwa i ciśnienie robocze w nim są również dość wysokie.

Być może pamiętasz z kursu fizyki, że gdy gaz jest podgrzewany, jego objętość wzrasta, a gdy jest schładzany, maleje. To właśnie ta właściwość gazów leży u podstaw działania silnika Stirlinga. Silnik Stirlinga wykorzystuje cykl Stirlinga, który nie ustępuje cyklowi Carnota pod względem wydajności termodynamicznej, aw pewnym sensie ma nawet przewagę. Cykl Carnota składa się z nieco innych izoterm i adiabatów. Praktyczna realizacja takiego cyklu jest złożona i mało obiecująca. Cykl Stirlinga pozwolił uzyskać praktycznie działający silnik o akceptowalnych wymiarach.

W sumie w cyklu Stirlinga są cztery fazy, oddzielone dwiema fazami przejściowymi: ogrzewanie, rozprężanie, przejście do źródła zimna, ochłodzenie, sprężanie i przejście do źródła ciepła. Podczas przemieszczania się z ciepłego źródła do zimnego, gaz w butli rozszerza się i kurczy. Podczas tego procesu można uzyskać zmiany ciśnienia i pracę użyteczną. Użyteczna praca jest wytwarzana tylko przez procesy, które zachodzą w stałej temperaturze, to znaczy zależy od różnicy temperatur między grzejnikiem a chłodnicą, jak w cyklu Carnota.

Konfiguracje.

Inżynierowie dzielą silniki Stirlinga na trzy różne typy:

Podgląd - Kliknij, aby powiększyć.

Zawiera dwa oddzielne tłoki zasilające w oddzielnych cylindrach. Jeden tłok jest gorący, drugi zimny. Cylinder z gorącym tłokiem znajduje się w wymienniku ciepła o wyższej temperaturze, a cylinder z zimnym tłokiem w chłodniejszym wymienniku ciepła. Stosunek mocy do objętości jest dość duży, ale wysoka temperatura „gorącego” tłoka stwarza pewne problemy techniczne.

Betę Stirling- jeden cylinder, gorący na jednym końcu i zimny na drugim. Tłok (z którego jest odłączane zasilanie) i „wypornik” poruszają się wewnątrz cylindra, zmieniając objętość gorącej wnęki. Gaz jest pompowany z zimnej części cylindra do gorącej przez regenerator. Regenerator może być zewnętrzny, jako część wymiennika ciepła lub może być połączony z tłokiem wyporowym.

Jest tłok i „wypornik”, ale jednocześnie dwa cylindry – jeden zimny (tam porusza się tłok, z którego odłączane jest zasilanie), a drugi z jednego końca gorący, a z drugiego zimny (tzw. przemieszcza się tam „wysiedleniec”). Regenerator może być zewnętrzny, wtedy łączy gorącą część drugiego cylindra z zimną i jednocześnie z pierwszym (zimnym) cylindrem. Wewnętrzny regenerator jest częścią wypornika.

Zastąpił on inne typy elektrowni, jednak prace zmierzające do rezygnacji z użytkowania tych jednostek sugerują rychłą zmianę na czołowych pozycjach.

Od początku postępu technologicznego, kiedy dopiero zaczynało się stosowanie silników spalających paliwo w środku, ich przewaga nie była oczywista. Parowóz jako konkurent ma wiele zalet: obok parametrów trakcyjnych jest cichy, wszystkożerny, łatwy w sterowaniu i konfiguracji. Ale lekkość, niezawodność i wydajność pozwoliły na przejęcie pary przez silnik spalinowy.

Dziś na pierwszy plan wysuwają się kwestie ekologii, ekonomii i bezpieczeństwa. Zmusza to inżynierów do rzucenia sił na seryjne jednostki pracujące na odnawialnych źródłach paliwa. W XVI wieku XIX Robert Stirling zarejestrował silnik napędzany zewnętrznymi źródłami ciepła. Inżynierowie uważają, że ta jednostka jest w stanie zmienić współczesnego lidera. Silnik Stirlinga łączy w sobie wydajność, niezawodność, cicho pracuje na każdym paliwie, co czyni ten produkt graczem na rynku motoryzacyjnym.

Robert Stirling (1790-1878):

Historia silnika Stirlinga

Początkowo instalacja została opracowana z myślą o wymianie maszyny parowej. Kotły mechanizmów parowych eksplodowały, gdy ciśnienie przekroczyło dopuszczalne normy. Z tego punktu widzenia Stirling jest znacznie bezpieczniejszy, funkcjonując z wykorzystaniem różnicy temperatur.

Zasada działania silnika Stirlinga polega na naprzemiennym dostarczaniu lub odbieraniu ciepła z substancji, na której wykonywana jest praca. Sama substancja jest zamknięta w zamkniętej objętości. Rolę substancji roboczej pełnią gazy lub ciecze. Istnieją substancje, które pełnią rolę dwóch składników, gaz zamienia się w ciecz i odwrotnie. Cieczowo-tłokowy silnik Stirlinga charakteryzuje się: małymi wymiarami, dużą mocą, wytwarza wysokie ciśnienie.

Zmniejszenie i zwiększenie objętości gazu odpowiednio podczas chłodzenia lub ogrzewania potwierdza prawo termodynamiki, zgodnie z którym wszystkie składowe: stopień nagrzania, ilość miejsca zajmowanego przez substancję, siła działająca na jednostkę powierzchni , są powiązane i opisane wzorem:

P*V=n*R*T

• P to siła gazu w silniku na jednostkę powierzchni;
• V to wartość ilościowa zajmowana przez gaz w komorze silnika;
• n jest molową ilością gazu w silniku;
• R jest stałą gazową;
• T to stopień nagrzania gazu w silniku K,

Model silnika Stirlinga:

Ze względu na bezpretensjonalność instalacji silniki dzielą się na: paliwo stałe, paliwo płynne, energię słoneczną, reakcję chemiczną i inne rodzaje ogrzewania.

Cykl

Silnik spalinowy Stirlinga wykorzystuje zestaw zjawisk o tej samej nazwie. Efekt trwających działań w mechanizmie jest wysoki. Dzięki temu możliwe jest zaprojektowanie silnika o dobrych właściwościach w normalnych wymiarach.

Należy wziąć pod uwagę, że konstrukcja mechanizmu przewiduje grzejnik, lodówkę i regenerator, urządzenie do usuwania ciepła z substancji i zwracania ciepła we właściwym czasie.

Idealny cykl Stirlinga (wykres „temperatura-objętość”):

Idealne zjawiska kołowe:

• 1-2 Zmiana wymiarów liniowych substancji o stałej temperaturze;
• 2-3 Odprowadzanie ciepła z substancji do wymiennika ciepła, przestrzeń zajmowana przez substancję jest stała;
• 3-4 Wymuszona redukcja przestrzeni zajmowanej przez substancję, temperatura jest stała, ciepło jest odprowadzane do chłodnicy;
• 4-1 Wymuszony wzrost temperatury substancji, zajmowana przestrzeń jest stała, ciepło dostarczane jest z wymiennika ciepła.

Idealny cykl Stirlinga (wykres ciśnienie-objętość):

Z obliczenia (mol) substancji:

Dopływ ciepła:

Ciepło odbierane przez chłodnicę:

Wymiennik ciepła odbiera ciepło (proces 2-3), wymiennik ciepła oddaje ciepło (proces 4-1):

R – Uniwersalna stała gazowa;

CV - zdolność gazu doskonałego do zatrzymywania ciepła przy stałej ilości zajmowanej przestrzeni.

Dzięki zastosowaniu regeneratora część ciepła pozostaje, jako energia mechanizmu, która nie zmienia się podczas przechodzenia zjawisk kołowych. Lodówka otrzymuje mniej ciepła, więc wymiennik ciepła oszczędza ciepło grzejnika. Zwiększa to wydajność instalacji.

Efektywność zjawiska kołowego:

ɳ =

Warto zauważyć, że bez wymiennika ciepła zestaw procesów Stirlinga jest wykonalny, ale jego wydajność będzie znacznie niższa. Uruchomienie zestawu procesów wstecz prowadzi do opisu mechanizmu chłodzenia. W tym przypadku obecność regeneratora jest warunkiem obowiązkowym, ponieważ przy przejściu (3-2) niemożliwe jest podgrzanie substancji z chłodnicy, której temperatura jest znacznie niższa. Niemożliwe jest również doprowadzenie ciepła do grzałki (1-4), której temperatura jest wyższa.

Zasada silnika

Aby zrozumieć, jak działa silnik Stirlinga, przyjrzyjmy się urządzeniu i częstotliwości zjawisk jednostki. Mechanizm przetwarza ciepło otrzymane z grzejnika znajdującego się na zewnątrz produktu w siłę działającą na ciało. Cały proces zachodzi dzięki różnicy temperatur, w substancji roboczej, która znajduje się w obiegu zamkniętym.

Zasada działania mechanizmu opiera się na rozszerzeniu pod wpływem ciepła. Bezpośrednio przed rozprężeniem substancja w obiegu zamkniętym nagrzewa się. W związku z tym przed sprasowaniem substancja jest chłodzona. Sam cylinder (1) jest owinięty płaszczem wodnym (3), ciepło jest dostarczane do dna. Pracujący tłok (4) umieszczony jest w tulei i uszczelniony pierścieniami. Pomiędzy tłokiem a dnem znajduje się mechanizm wyporowy (2), który posiada znaczne szczeliny i porusza się swobodnie. Substancja w obiegu zamkniętym przemieszcza się w objętości komory dzięki wypornikowi. Ruch materii jest ograniczony do dwóch kierunków: dna tłoka, dna cylindra. Ruch wypornika zapewnia pręt (5), który przechodzi przez tłok i jest uruchamiany mimośrodowo o 90° z opóźnieniem w stosunku do napędu tłoka.

• Pozycja „A”:

Tłok znajduje się w najniższym położeniu, substancja jest chłodzona przez ścianki.

• Pozycja „B”:

Wypornik zajmuje pozycję górną, porusza się, przepuszcza substancję przez szczeliny końcowe do dołu i sam się ochładza. Tłok jest nieruchomy.

• Pozycja „C”:

Substancja odbiera ciepło, pod wpływem ciepła zwiększa objętość i podnosi ekspander wraz z tłokiem do góry. Praca jest wykonywana, po czym wypornik opada na dno, wypychając substancję i ochładzając się.

• Pozycja „D”:

Tłok opada, ściska schłodzoną substancję, wykonywana jest użyteczna praca. Koło zamachowe służy jako akumulator energii w projekcie.

Rozważany model jest bez regeneratora, więc sprawność mechanizmu nie jest wysoka. Ciepło substancji po pracy jest odprowadzane do chłodziwa za pomocą ścianek. Temperatura nie ma czasu na obniżenie się o wymaganą wartość, więc czas chłodzenia jest wydłużony, prędkość silnika jest niska.

Rodzaje silników

Strukturalnie istnieje kilka opcji wykorzystujących zasadę Stirlinga, główne typy to:

Konstrukcja wykorzystuje dwa różne tłoki umieszczone w różnych konturach. Pierwszy obwód służy do ogrzewania, drugi do chłodzenia. W związku z tym każdy tłok ma swój własny regenerator (gorący i zimny). Urządzenie ma dobry stosunek mocy do głośności. Wadą jest to, że temperatura gorącego regeneratora stwarza trudności projektowe.

• Silnik „β – Stirling”:

W konstrukcji zastosowano jeden obwód zamknięty, z różnymi temperaturami na końcach (zimny, gorący). We wnęce znajduje się tłok z wypornikiem. Wypornik dzieli przestrzeń na strefy zimną i gorącą. Wymiana zimna i ciepła następuje poprzez pompowanie substancji przez wymiennik ciepła. Konstrukcyjnie wymiennik ciepła wykonany jest w dwóch wersjach: zewnętrznej, połączonej z wypornikiem.

• Silnik „γ – Stirling”:

Mechanizm tłoka przewiduje zastosowanie dwóch obwodów zamkniętych: zimnego i z wypornikiem. Zasilanie jest pobierane z zimnego tłoka. Tłok wypornika jest gorący z jednej strony, a zimny z drugiej. Wymiennik ciepła znajduje się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz konstrukcji.

Niektóre elektrownie nie są podobne do głównych typów silników:

• Obrotowy silnik Stirlinga.

Strukturalnie wynalazek z dwoma wirnikami na wale. Część wykonuje ruchy obrotowe w zamkniętej przestrzeni cylindrycznej. Położono synergiczne podejście do realizacji cyklu. Korpus zawiera promieniowe szczeliny. Ostrza o określonym profilu są wkładane we wgłębienia. Płytki są nakładane na wirnik i mogą poruszać się wzdłuż osi, gdy mechanizm się obraca. Wszystkie detale tworzą zmienne bryły, w których zachodzą zjawiska. Objętości różnych wirników są połączone kanałami. Układy kanałów są przesunięte względem siebie o 90°. Przesunięcie wirników względem siebie wynosi 180°.

• Termoakustyczny silnik Stirlinga.

Silnik wykorzystuje rezonans akustyczny do przeprowadzania procesów. Zasada opiera się na ruchu materii między gorącą i zimną wnęką. Obwód zmniejsza liczbę ruchomych części, trudność w usuwaniu odbieranej mocy i utrzymywaniu rezonansu. Konstrukcja nawiązuje do silnika wolnotłokowego.

Silnik Stirlinga własnymi rękami

Dziś dość często w sklepie internetowym można znaleźć pamiątki wykonane w postaci omawianego silnika. Strukturalnie i technologicznie mechanizmy są dość proste, w razie potrzeby silnik Stirlinga można łatwo zbudować własnymi rękami z improwizowanych środków. W Internecie można znaleźć wiele materiałów: filmy, rysunki, obliczenia i inne informacje na ten temat.

Niskotemperaturowy silnik Stirlinga:

• Rozważ najprostszą wersję silnika falowego, do którego będziesz potrzebować puszki, miękkiej pianki poliuretanowej, dysku, śrub i spinaczy. Wszystkie te materiały są łatwe do znalezienia w domu, pozostaje wykonać następujące czynności:
• Weź miękką piankę poliuretanową, wytnij koło o dwa milimetry mniejsze niż wewnętrzna średnica puszki. Wysokość pianki jest o dwa milimetry większa niż połowa wysokości puszki. Guma piankowa pełni rolę wypornika w silniku;
• Weź pokrywkę słoika, wykonaj otwór w środku o średnicy dwóch milimetrów. Przylutuj wydrążony pręt do otworu, który będzie działał jako prowadnica korbowodu silnika;
• Weź koło wycięte z pianki, włóż śrubę w środek koła i zablokuj ją z obu stron. Przylutuj wstępnie wyprostowany spinacz do podkładki;
• Wywierć otwór dwa centymetry od środka, o średnicy trzech milimetrów, przewlecz wypychacz przez środkowy otwór pokrywki, przylutuj pokrywkę do słoika;
• Zrób mały cylinder z cyny o średnicy półtora centymetra, przylutuj go do wieczka puszki w taki sposób, aby boczny otwór wieczka był wyraźnie wyśrodkowany wewnątrz cylindra silnika;
• Zrób wał korbowy silnika ze spinacza do papieru. Obliczenia przeprowadza się w taki sposób, aby rozstaw kolan wynosił 90 °;
• Zrób stojak na wał korbowy silnika. Z plastikowej folii wykonaj elastyczną membranę, umieść folię na cylindrze, przepchnij ją, zamocuj;

• Zrób sam korbowód silnika, wygnij jeden koniec wyprostowanego produktu w kształcie koła, włóż drugi koniec w kawałek gumki. Długość dobiera się w taki sposób, aby w najniższym punkcie trzonu membrana była cofnięta, w skrajnym górnym punkcie membrana maksymalnie wysunięta. Wyreguluj drugi korbowód w ten sam sposób;
• Przyklej korbowód silnika gumową końcówką do membrany. Zamontować korbowód bez gumowej końcówki na pływaku;
• Załóż koło zamachowe z tarczy na mechanizm korbowy silnika. Przymocuj nóżki do słoika, aby nie trzymać produktu w dłoniach. Wysokość nóżek pozwala na umieszczenie pod słojem świecy.

Po tym, jak udało nam się zrobić silnik Stirlinga w domu, silnik zostaje uruchomiony. Aby to zrobić, pod słoikiem umieszcza się zapaloną świecę, a po rozgrzaniu słoika dają impuls do koła zamachowego.

Rozważana opcja instalacji może być szybko zmontowana w domu, jako pomoc wizualna. Jeśli wyznaczysz sobie cel i chęć uczynienia silnika Stirlinga jak najbardziej zbliżonym do fabrycznych odpowiedników, w domenie publicznej znajdują się rysunki wszystkich szczegółów. Wykonanie krok po kroku każdego węzła pozwoli na stworzenie działającego layoutu nie gorszego od wersji komercyjnych.

Zalety

Silnik Stirlinga ma następujące zalety:

• Do pracy silnika niezbędna jest różnica temperatur, nie ma znaczenia jakie paliwo powoduje nagrzewanie;
• Nie ma potrzeby stosowania osprzętu i urządzeń pomocniczych, konstrukcja silnika jest prosta i niezawodna;
• Zasób silnika, ze względu na cechy konstrukcyjne, wynosi 100 000 godzin pracy;
• Praca silnika nie powoduje obcego hałasu, ponieważ nie ma detonacji;
• Procesowi pracy silnika nie towarzyszy emisja substancji odpadowych;
• Pracy silnika towarzyszą minimalne wibracje;
• Procesy w butlach zakładu są przyjazne dla środowiska. Używanie odpowiedniego źródła ciepła utrzymuje silnik w czystości.

Wady

Wady silnika Stirlinga obejmują:

• Trudno jest ustalić masową produkcję, ponieważ konstrukcja silnika wymaga użycia dużej ilości materiałów;
• Duża waga i duże gabaryty silnika, ponieważ do skutecznego chłodzenia należy zastosować dużą chłodnicę;
• W celu zwiększenia wydajności silnik jest doładowywany za pomocą złożonych substancji (wodór, hel) jako płynu roboczego, co czyni pracę jednostki niebezpieczną;
• Odporność na wysokie temperatury stopów stali i ich przewodność cieplna komplikują proces produkcji silnika. Znaczne straty ciepła w wymienniku ciepła zmniejszają sprawność jednostki, a zastosowanie określonych materiałów powoduje, że produkcja silnika jest kosztowna;
• Aby wyregulować i przełączyć silnik z trybu na tryb, należy użyć specjalnych urządzeń sterujących.

Stosowanie

Silnik Stirlinga znalazł swoją niszę i jest aktywnie wykorzystywany tam, gdzie wymiary i wszystkożerność są ważnym kryterium:

• Generator silnika Stirlinga.

Mechanizm zamiany ciepła na energię elektryczną. Często pojawiają się produkty wykorzystywane jako przenośne generatory turystyczne, instalacje do wykorzystania energii słonecznej.

• Silnik jest jak pompa (elektryczna).

Silnik służy do instalacji w obwodzie systemów grzewczych, oszczędzając energię elektryczną.

• Silnik jest jak pompa (podgrzewacz).

W krajach o ciepłym klimacie silnik służy jako grzejnik.

Silnik Stirlinga na łodzi podwodnej:

• Silnik jest jak pompa (chłodnica).

Prawie wszystkie lodówki wykorzystują pompy ciepła w swojej konstrukcji, a zainstalowanie silnika Stirlinga oszczędza zasoby.

• Silnik jest jak pompa, która wytwarza bardzo niskie poziomy ciepła.

Urządzenie służy jako lodówka. Aby to zrobić, proces rozpoczyna się w przeciwnym kierunku. Urządzenia skraplają gaz, chłodzą elementy pomiarowe w precyzyjnych mechanizmach.

• Silnik podwodny.

Okręty podwodne Szwecji i Japonii działają dzięki silnikowi.

Silnik Stirlinga jako instalacja solarna:

• Silnik jest jak akumulator energii.

Paliwo w takich jednostkach, sól topi się, silnik jest wykorzystywany jako źródło energii. Pod względem rezerw energii silnik wyprzedza pierwiastki chemiczne.

• silnik słoneczny.

Zamień energię słoneczną na elektryczną. Substancją w tym przypadku jest wodór lub hel. Silnik umieszczony jest w ognisku maksymalnego skupienia energii słonecznej, tworzonym za pomocą anteny parabolicznej.

Pomimo wysokich osiągów nowoczesny silnik spalinowy zaczyna odchodzić do lamusa. Jego skuteczność prawdopodobnie osiągnęła swój limit. Hałas, wibracje, gazy zatruwające powietrze i inne nieodłączne mankamenty zmuszają naukowców do poszukiwania nowych rozwiązań, do ponownego rozważenia możliwości dawno zapomnianych cykli. Jednym z „ożywionych” silników jest Stirling.

Już w 1816 roku szkocki ksiądz i naukowiec Robert Stirling opatentował silnik, w którym paliwo i powietrze wchodzące do strefy spalania nigdy nie dostają się do cylindra. Po spaleniu podgrzewają w nim tylko gaz roboczy. Dało to powód do nazwania wynalazku Stirlinga silnikiem spalinowym.

Robert Stirling zbudował kilka silników; ostatni z nich miał pojemność 45 litrów. Z. i pracował w kopalni w Anglii przez ponad trzy lata (do 1847 r.). Lokomotywy te były bardzo ciężkie, zajmowały dużo miejsca i wyglądały jak lokomotywy parowe.

Do nawigacji silniki spalinowe zostały po raz pierwszy użyte w 1851 roku przez Szweda Johna Ericksona. Zbudowany przez niego statek „Erickson” bezpiecznie przepłynął Ocean Atlantycki z Ameryki do Anglii z elektrownią składającą się z czterech silników spalinowych. W dobie parowozów była to sensacja. Jednak elektrownia Ericksona rozwijała tylko 300 KM. s., a nie 1000, jak oczekiwano. Silniki były ogromne (średnica cylindra 4,2 m, skok tłoka 1,8 m). Zużycie węgla okazało się nie mniejsze niż w silnikach parowych. Gdy statek przybył do Anglii okazało się, że silniki nie nadawały się do dalszej eksploatacji, gdyż wypaliły się ich denki cylindrów. Aby wrócić do Ameryki, musieli wymienić silniki na konwencjonalny silnik parowy. W drodze powrotnej statek miał wypadek i zatonął wraz z całą załogą.

Silniki spalinowe małej mocy pod koniec ubiegłego wieku były używane w domach do pompowania wody, w drukarniach, w przedsiębiorstwach przemysłowych, w tym w petersburskiej fabryce Nobla (obecnie rosyjski olej napędowy), były również instalowane na małych statkach. Stirlingi były produkowane w wielu krajach, w tym w Rosji, gdzie nazywano je „ciepłem i siłą”. Cenione były za bezszelestność i bezpieczeństwo pracy, co stawiało je korzystnie w porównaniu z parowozami.

Wraz z rozwojem silników spalinowych o Stirlingach zapomniano. W Słowniku encyklopedycznym Brockhaue i Efrona napisano o nich: „Bezpieczeństwo przed wybuchami jest główną zaletą maszyn kalorycznych, dzięki której mogą one ponownie wejść do użytku, jeśli znajdą nowe materiały do ​​ich budowy i smarowania, które mogą lepiej znoszą wysokie temperatury”.

Chodziło jednak nie tylko o brak odpowiednich materiałów. Wciąż nieznane były współczesne zasady termodynamiki, w szczególności równoważność ciepła i pracy, bez których nie można było określić najkorzystniejszych stosunków głównych elementów silnika. Wymienniki ciepła zostały wykonane z małą powierzchnią, przez co silniki pracowały w niewspółmiernie wysokich temperaturach i szybko ulegały awarii.

Próby ulepszenia Stirlinga podjęto po drugiej wojnie światowej. Najważniejszy z nich polegał na tym, że zaczęto stosować gaz roboczy sprężony do 100 atm, a nie powietrze, ale wodór, który ma wyższy współczynnik przewodności cieplnej, niską lepkość, a ponadto nie utlenia smarów.

Urządzenie silnika spalinowego w jego nowoczesnej formie pokazano schematycznie na ryc. 1. W cylindrze zamkniętym z jednej strony znajdują się dwa tłoki. Górny - tłok - w wyporniku służy do przyspieszenia procesu okresowego nagrzewania i schładzania gazu roboczego. Jest to wydrążony, zamknięty cylinder ze stali nierdzewnej, który słabo przewodzi ciepło i porusza się pod działaniem pręta połączonego z mechanizmem korbowym.

Dolny tłok jest działający (pokazany w przekroju na rysunku). Przenosi siłę na mechanizm korbowy przez wydrążony pręt, wewnątrz którego przechodzi pręt wypornika. Tłok roboczy wyposażony jest w pierścienie uszczelniające.

Pod tłokiem roboczym znajduje się zbiornik buforowy, który tworzy poduszkę pełniącą rolę koła zamachowego - w celu wygładzenia nierówności momentu obrotowego w wyniku doboru części energii podczas suwu roboczego i jej powrotu na wał silnika podczas sprężania udar mózgu. Aby odizolować objętość cylindra od otaczającej przestrzeni, stosuje się uszczelki typu „pończocha owinięta”. Są to gumowe rurki przymocowane jednym końcem do łodygi, a drugim do korpusu.

Górna część cylindra styka się z grzejnikiem, a dolna z lodówką. W związku z tym rozróżnia się w nim objętości „gorące” i „zimne”, swobodnie komunikując się ze sobą rurociągiem, w którym znajduje się regenerator (wymiennik ciepła). Regenerator wypełniony jest plątaniną drutu o małej średnicy (0,2 mm) i ma dużą pojemność cieplną (np. sprawność regeneratorów Filipe przekracza 95%).

Proces pracy silnika Stirlinga może być realizowany bez wypornika, w oparciu o zastosowanie rozdzielacza szpulowego ładunku roboczego.

W dolnej części silnika znajduje się mechanizm korbowy, który służy do przekształcania ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka w ruch obrotowy wału. Cechą tego mechanizmu jest obecność dwóch wałów korbowych połączonych dwoma kołami zębatymi ze spiralnymi zębami obracającymi się względem siebie. Tłoczysko jest połączone z wałami korbowymi za pomocą dolnego wahacza i wleczonych korbowodów. Tłoczysko robocze jest połączone z wałami korbowymi poprzez górny wahacz i korbowody przyczepy. Układ identycznych korbowodów tworzy ruchomy odkształcalny romb, stąd nazwa tego koła zębatego - rombowy. Przekładnia rombowa zapewnia niezbędne przesunięcie fazowe podczas ruchu tłoków. Jest całkowicie wyważony, na tłoczyska nie działają siły poprzeczne.

W przestrzeni ograniczonej pracującym tłokiem znajduje się gaz roboczy - wodór lub hel. Całkowita objętość gazu w butli nie zależy od położenia wypornika. Zmiany objętości związane ze sprężaniem i rozprężaniem gazu roboczego zachodzą w wyniku ruchu tłoka roboczego.

Podczas pracy silnika górna część cylindra jest stale podgrzewana, na przykład z komory spalania, do której wtryskiwane jest płynne paliwo. Dno cylindra jest stale chłodzone, na przykład zimną wodą pompowaną przez płaszcz wodny otaczający cylinder. Zamknięty cykl Stirlinga składa się z czterech cykli pokazanych na ryc. 2.

Skok I - chłodzenie. Tłok roboczy znajduje się w najniższym położeniu, pływak porusza się w górę. W tym przypadku gaz roboczy przepływa z „gorącej” objętości nad wypornikiem do „zimnej” objętości znajdującej się pod nim. Przechodząc po drodze przez regenerator, gaz roboczy oddaje mu część swojego ciepła, a następnie ochładza się w „zimnej” objętości.

Takt II - Kompresja. Wypornik pozostaje w górnym położeniu, tłok roboczy porusza się w górę, sprężając gaz roboczy w niskiej temperaturze.

Udar III - ogrzewanie. Tłok roboczy znajduje się w górnym położeniu, pływak porusza się w dół. W tym przypadku sprężony zimny gaz roboczy przepływa spod wypornika do pustej przestrzeni nad nim. Po drodze gaz roboczy przechodzi przez regenerator, gdzie jest wstępnie podgrzewany, wchodzi do „gorącej” wnęki cylindra i nagrzewa się jeszcze bardziej.

Skok IV - ekspansja (skok roboczy). Po podgrzaniu gaz roboczy rozszerza się, przesuwając pływak, a wraz z nim tłok roboczy w dół. Wykonywana jest pożyteczna praca.

Stirling ma zamknięty cylinder. na ryc. 3a przedstawia teoretyczny diagram cyklu (schemat V - P). Odcięta pokazuje objętości cylindra, a rzędna pokazuje ciśnienia w cylindrze. Pierwszy skok jest izotermiczny I-II, drugi występuje przy stałej objętości II-III, trzeci - izotermiczny III-IV, czwarty - przy stałej objętości IV-I. Ponieważ ciśnienie podczas rozprężania gorącego gazu (III-IV) jest większe niż ciśnienie podczas sprężania zimnego gazu (I-II), praca rozprężania jest większa niż praca sprężania. Użyteczną pracę cyklu można graficznie przedstawić jako krzywoliniowy czworobok I-II-III-IV.

W rzeczywistym procesie tłok i pływak poruszają się w sposób ciągły, ponieważ są połączone z mechanizmem korbowym, więc schemat rzeczywistego cyklu jest zaokrąglony (ryc. 3, b).

Teoretyczna sprawność silnika Stirlinga wynosi 70%. Badania wykazały, że w praktyce możliwe jest uzyskanie sprawności na poziomie 50%. To znacznie więcej niż najlepsze turbiny gazowe (28%), silniki benzynowe (30%) i wysokoprężne (40%).

Stirling może być zasilany benzyną, naftą, olejem napędowym, paliwami gazowymi, a nawet stałymi. W porównaniu z innymi silnikami pracuje ciszej i prawie bezgłośnie. Wyjaśnia to niski stopień sprężania (1,3 ÷ 1,5), ponadto ciśnienie w cylindrze rośnie płynnie, a nie z eksplozją. Produkty spalania są również emitowane bez hałasu, ponieważ spalanie odbywa się w sposób ciągły. Składników toksycznych jest w nich stosunkowo mało, ponieważ spalanie paliwa odbywa się w sposób ciągły i przy stałym nadmiarze tlenu (α=1,3).

Stirling z rombową zębatką jest w pełni wyważony, nie występują w nim wibracje. W szczególności ta jakość została wzięta pod uwagę przez amerykańskich inżynierów, którzy zainstalowali jednocylindrowy Stirling na sztucznym satelicie Ziemi, gdzie nawet niewielkie wibracje i brak równowagi mogą doprowadzić do utraty orientacji.

Chłodzenie pozostaje jedną z problematycznych kwestii. Stirling ze spalinami usuwa tylko 9% ciepła odbieranego z paliwa, więc na przykład instalując go w samochodzie, musiałbyś zrobić chłodnicę około 2,5 razy większą niż w przypadku silnika benzynowego o tej samej mocy. Prościej problem rozwiązuje się na instalacjach okrętowych, gdzie efektywne chłodzenie zapewnia nieograniczona ilość wody zaburtowej.

na ryc. 4 przedstawia przekrój dwucylindrowego silnika do łodzi firmy Philips o mocy 115 KM. Z. przy 3000 obr./min przy poziomym układzie cylindrów. Całkowita objętość robocza każdego cylindra wynosi 263 cm3. Przeciwległe tłoki są połączone z dwoma poprzeczkami, co umożliwiło całkowite zrównoważenie sił gazu i rezygnację z objętości buforowych. Grzałka zbudowana jest z rur otaczających komorę spalania, przez które przepływa gaz roboczy. Chłodnica jest chłodnicą rurową, przez którą pompowana jest woda morska. Silnik posiada dwa wały korbowe połączone z wałem napędowym za pomocą przekładni ślimakowych. Wysokość silnika wynosi zaledwie 500 mm, co pozwala na montaż pod pokładem i tym samym zmniejszenie wielkości maszynowni.

Moc Stirlinga jest kontrolowana głównie poprzez zmianę ciśnienia gazu roboczego. Jednocześnie w celu utrzymania stałej temperatury nagrzewnicy regulowany jest również dopływ paliwa. Prawie każde źródło ciepła nadaje się do silnika spalinowego. Ważne jest, aby mógł przetwarzać energię niskotemperaturową w użyteczną pracę, do której nie są zdolne silniki spalinowe. Z krzywej na rys. Rysunek 5 pokazuje, że przy temperaturze grzejnika wynoszącej zaledwie 350°C wydajność Stirlinga nadal wynosi ≈ 20%.

Stirling jest ekonomiczny - jego jednostkowe zużycie paliwa wynosi tylko 150 g / l. Z. godzina. W elektrowni „silnik Stirlinga-akumulator ciepła” stosowanej na amerykańskich satelitach Ziemi wodoryt litu służy jako akumulator ciepła, który pochłania ciepło w okresie „oświetlenia” i oddaje je Stirlingowi, gdy satelita znajduje się po zacienionej stronie Ziemia. Na satelicie silnik służy do napędzania generatora o mocy 3 kW przy 2400 obr./min.

Powstał eksperymentalny skuter ze Stirlingiem i akumulatorem ciepła. Zastosowanie akumulatora ciepła i stirlinga na łodzi podwodnej pozwala na kilkukrotnie dłuższe przebywanie w zanurzeniu.

Literatura

• 1. Smirnov GV Silniki spalinowe. "Wiedza", M., 1967.
• 2.Dr. Ir. RI Meijer. Der Philips - Stirlingmotor, MTZ, N 7, 1968.
• 3 Curtis Anthony Gorące powietrze i wiatr zmian. Silnik Stirlinga i jego odrodzenie. Motor (ang.), 1969, (135), N 3488.

Zaledwie sto lat temu silniki spalinowe musiały wywalczyć miejsce, jakie zajmują we współczesnej motoryzacji w zaciekłej konkurencji. Wtedy ich przewaga nie była bynajmniej tak oczywista jak dzisiaj. Rzeczywiście, silnik parowy - główny rywal silnika benzynowego - miał w porównaniu z nim ogromne zalety: bezgłośność, łatwość sterowania mocą, doskonałe właściwości trakcyjne i niesamowitą „wszystkożerność”, która pozwala mu pracować na każdym rodzaju paliwa od drewna do benzyna. Ostatecznie jednak zwyciężyła sprawność, lekkość i niezawodność silników spalinowych, które sprawiły, że pogodziliśmy się z ich wadami jako nieuniknionymi.
W latach 50., wraz z pojawieniem się turbin gazowych i silników rotacyjnych, rozpoczął się szturm na monopolistyczną pozycję silników spalinowych w motoryzacji, szturm, który do tej pory nie został uwieńczony sukcesem. Mniej więcej w tych samych latach podjęto próby wprowadzenia na scenę nowego silnika, który w zadziwiający sposób łączy wydajność i niezawodność silnika benzynowego z bezgłośnością i „wszystkożernością” instalacji parowej. Jest to słynny silnik spalinowy, który szkocki ksiądz Robert Stirling opatentował 27 września 1816 r. (patent angielski nr 4081).

Fizyka procesów

Zasada działania wszystkich bez wyjątku silników cieplnych opiera się na fakcie, że podczas rozszerzania się ogrzanego gazu wykonywana jest większa praca mechaniczna niż wymagana do sprężenia zimnego. Aby to zademonstrować wystarczy butelka i dwa garnki gorącej i zimnej wody. Najpierw butelkę zanurza się w lodowatej wodzie, a gdy powietrze w niej ostygnie, szyjkę zatyka się korkiem i szybko przenosi do gorącej wody. Po kilku sekundach słychać trzask i podgrzany w butelce gaz wypycha korek, wykonując pracę mechaniczną. Butelkę można ponownie włożyć z powrotem do lodowatej wody – cykl się powtórzy.
cylindry, tłoki i skomplikowane dźwignie pierwszej maszyny Stirlinga odtwarzały ten proces prawie dokładnie, dopóki wynalazca nie zdał sobie sprawy, że część ciepła pobranego z gazu podczas chłodzenia można wykorzystać do częściowego ogrzewania. Wystarczy jakiś pojemnik, w którym będzie można magazynować ciepło pobrane z gazu podczas chłodzenia i oddać je z powrotem po podgrzaniu.
Niestety, nawet to bardzo ważne ulepszenie nie uratowało silnika Stirlinga. Do 1885 roku osiągane tu wyniki były bardzo mierne: 5-7 procent wydajności, 2 litry. Z. moc, 4 tony wagi i 21 metrów sześciennych zajmowanej przestrzeni.
Silników spalinowych nie uratował nawet sukces innej konstrukcji opracowanej przez szwedzkiego inżyniera Ericksona. W przeciwieństwie do Stirlinga proponował ogrzewanie i chłodzenie gazu nie przy stałej objętości, ale przy stałym ciśnieniu. W 1887 roku kilka tysięcy małych silników Ericksona pracowało doskonale w drukarniach, domach, kopalniach, na statkach. Napełniali zbiorniki na wodę, napędzali windy. Erickson próbował nawet przystosować je do prowadzenia załóg, ale okazały się za ciężkie. W Rosji przed rewolucją produkowano dużą liczbę takich silników pod nazwą „Ciepło i energia”.

Ekologia konsumpcji Nauka i technika: Silnik Stirlinga jest najczęściej stosowany w sytuacjach, gdy potrzebne jest proste i wydajne urządzenie do przetwarzania energii cieplnej.

Niecałe sto lat temu silniki spalinowe próbowały wywalczyć sobie należne im miejsce w rywalizacji z innymi dostępnymi maszynami i mechanizmami napędowymi. Jednocześnie w tamtych czasach przewaga silnika benzynowego nie była tak oczywista. Istniejące maszyny parowe wyróżniały się cichą pracą, doskonałymi jak na tamte czasy charakterystykami mocy, łatwością obsługi i możliwością stosowania różnych rodzajów paliwa. W dalszej walce o rynek zwyciężyły silniki spalinowe ze względu na swoją wydajność, niezawodność i prostotę.

Dalszy wyścig udoskonalania jednostek i mechanizmów napędowych, w jaki wkroczyły turbiny gazowe i silniki rotacyjne w połowie XX wieku, doprowadził do tego, że mimo dominacji silnika benzynowego podjęto próby wprowadzenia zupełnie nowego typu silnik na „boisko” - termiczny, po raz pierwszy wynaleziony w 1861 roku przez szkockiego księdza Roberta Stirlinga. Silnik został nazwany na cześć jego twórcy.

SILNIK STIRLINGA: FIZYCZNA STRONA PROBLEMU

Aby zrozumieć, jak działa elektrownia Stirlinga, musisz zrozumieć podstawy działania silników cieplnych. Fizycznie zasada działania polega na wykorzystaniu energii mechanicznej, którą uzyskuje się poprzez rozprężanie gazu podczas ogrzewania i jego późniejsze sprężanie podczas chłodzenia. Aby zademonstrować zasadę działania, można podać przykład oparty na zwykłej plastikowej butelce i dwóch garnkach, z których jeden zawiera zimną wodę, a drugi gorącą.

Opuszczając butelkę do zimnej wody, której temperatura jest zbliżona do temperatury tworzenia się lodu, przy wystarczającym schłodzeniu powietrza wewnątrz plastikowego pojemnika, należy zamknąć go korkiem. Co więcej, po włożeniu butelki do wrzątku korek po chwili „strzela” z siłą, gdyż w tym przypadku praca ogrzanego powietrza jest wielokrotnie większa niż podczas chłodzenia. Gdy eksperyment powtarza się wiele razy, wynik się nie zmienia.

Pierwsze maszyny zbudowane na silniku Stirlinga wiernie odtwarzały proces zademonstrowany w eksperymencie. Naturalnie mechanizm wymagał ulepszenia, polegającego na wykorzystaniu części ciepła traconego przez gaz podczas chłodzenia do dalszego ogrzewania, co umożliwiło powrót ciepła do gazu w celu przyspieszenia ogrzewania.

Ale nawet zastosowanie tej innowacji nie mogło uratować sytuacji, ponieważ pierwsze Stirlingi były duże i miały małą moc wyjściową. W przyszłości wielokrotnie podejmowano próby modernizacji konstrukcji, aby osiągnąć moc 250 KM. doprowadziło do tego, że w obecności cylindra o średnicy 4,2 metra rzeczywista moc wyjściowa wytwarzana przez elektrownię Stirlinga przy 183 kW wynosiła w rzeczywistości tylko 73 kW.

Wszystkie silniki Stirlinga działają na zasadzie cyklu Stirlinga, który obejmuje cztery fazy główne i dwie pośrednie. Główne z nich to ogrzewanie, rozprężanie, chłodzenie i sprężanie. Jako etap przejściowy rozważa się przejście do generatora zimna i przejście do elementu grzejnego. Użyteczna praca wykonywana przez silnik opiera się wyłącznie na różnicy temperatur między częściami grzewczymi i chłodzącymi.

NOWOCZESNE KONFIGURACJE STIRLINGA

Nowoczesna inżynieria wyróżnia trzy główne typy takich silników:

• alfa Stirling, której różnica polega na dwóch aktywnych tłokach umieszczonych w niezależnych cylindrach. Ze wszystkich trzech opcji ten model ma największą moc, ma najwyższą temperaturę podgrzewanego tłoka;
• beta stirlinga, oparta na jednym cylindrze, którego jedna część jest gorąca, a druga zimna;
• gamma-stirling, który oprócz tłoka ma również wypieracz.

Produkcja elektrowni w Stirling będzie zależała od wyboru modelu silnika, który uwzględni wszystkie pozytywne i negatywne aspekty takiego projektu.

ZALETY I WADY

Ze względu na swoje cechy konstrukcyjne silniki te mają szereg zalet, ale nie są pozbawione wad.

Elektrownia stacjonarna Stirlinga, której nie można kupić w sklepie, ale tylko od amatorów, którzy samodzielnie kolekcjonują takie urządzenia, obejmuje:

• duże wymiary, które są spowodowane koniecznością ciągłego chłodzenia tłoka roboczego;
• stosowanie wysokiego ciśnienia, które jest wymagane do poprawy osiągów i mocy silnika;
• strata ciepła, która występuje w związku z tym, że wytwarzane ciepło jest przekazywane nie do samego płynu roboczego, ale przez system wymienników ciepła, których nagrzewanie prowadzi do utraty wydajności;
• gwałtowne zmniejszenie mocy wymaga zastosowania specjalnych zasad, które różnią się od tradycyjnych dla silników benzynowych.

Wraz z wadami elektrownie pracujące na jednostkach Stirlinga mają niezaprzeczalne zalety:

• dowolny rodzaj paliwa, ponieważ, podobnie jak wszystkie silniki wykorzystujące energię cieplną, silnik ten jest w stanie funkcjonować przy różnicy temperatur w każdym środowisku;
• gospodarka. Urządzenia te mogą być doskonałym zamiennikiem jednostek parowych w przypadkach, gdy konieczne jest przetwarzanie energii słonecznej, dając wydajność o 30% wyższą;
• Bezpieczeństwo środowiska. Ponieważ elektrownia stołowa kW nie generuje momentu wydmuchu, nie generuje hałasu ani nie emituje szkodliwych substancji do atmosfery. Zwykłe ciepło działa jak źródło energii, a paliwo wypala się prawie całkowicie;
• konstruktywna prostota. Do swojej pracy Stirling nie będzie potrzebował dodatkowych części ani osprzętu. Jest w stanie uruchomić się samodzielnie bez użycia rozrusznika;
• zwiększony zasób zdolności do pracy. Dzięki swojej prostocie silnik może zapewnić ponad sto godzin ciągłej pracy.

ZASTOSOWANIA W SILNIKACH STIRLINGA

Silnik Stirlinga jest najczęściej stosowany w sytuacjach, w których wymagane jest urządzenie do przetwarzania energii cieplnej, co jest proste, podczas gdy sprawność innych typów jednostek cieplnych jest znacznie niższa w podobnych warunkach. Bardzo często takie jednostki są stosowane w zasilaniu urządzeń pompujących, lodówek, łodzi podwodnych, akumulatorów magazynujących energię.

Jednym z obiecujących obszarów wykorzystania silników Stirlinga są elektrownie słoneczne, ponieważ jednostka ta może być z powodzeniem wykorzystywana do przekształcania energii światła słonecznego w energię elektryczną. Aby przeprowadzić ten proces, silnik umieszcza się w ognisku lustra, które gromadzi promienie słoneczne, co zapewnia stałe oświetlenie obszaru wymagającego ogrzewania. Pozwala to na skupienie energii słonecznej na niewielkim obszarze. Paliwem dla silnika w tym przypadku jest hel lub wodór. opublikowany