Stirlingovo příjmení je v Anglii a Skotsku celkem běžné. To znamená, že pokud existuje hrad Stirling, tak proč ne „pan Stirling“? A právě taková osoba - skotský kněz Robert Stirling, 27. září 1816, obdržel britský patent na motor, který neměl nic společného s parním strojem! Kromě toho se motor pojmenovaný po něm ukázal být jedinečný, protože mohl fungovat z jakéhokoli zdroje tepla!
Robert Stirling.
V roce 1843 použil jeho syn James Stirling motor svého otce v továrně, kde pracoval jako inženýr. No, již v roce 1938 byly vytvořeny stiirlingy s výkonem až 200 koní. a účinnost 30 procent.
Principem činnosti tohoto motoru je střídání ohřevu a chlazení pracovní tekutiny ve zcela uzavřeném válci. Pracovním médiem je obvykle vzduch, ale lze použít vodík a helium, stejně jako freony, oxid dusičitý, zkapalněný propan-butan a dokonce i vodu. Navíc zůstává tekutý po celou dobu termodynamického cyklu. To znamená, že konstrukce motoru je extrémně jednoduchá a využívá dobře známou vlastnost plynů: jejich objem se zvyšuje zahříváním a chlazením klesá.
Jeden z mnoha domácích šterlinků.
Stirlingův motor využívá … „Stirlingův cyklus“, který z hlediska své termodynamické účinnosti není nejen horší než Carnotův cyklus, ale dokonce má i určité výhody. V každém případě je to „Stirlingův cyklus“, který vám umožní získat fungující motor vyrobený z obyčejné plechovky za pár hodin.
Beta Stirlingovo zařízení.
Samotný „Stirlingův cyklus“zahrnuje čtyři hlavní fáze a dvě přechodné: zahřívání, expanzi, přechod na studený zdroj, chlazení, stlačování a přechod na zdroj tepla. Získáváme užitečnou práci v procesu rozšiřování objemu ohřátého plynu.
Fáze 1.
Fáze 2.
Fáze 3.
Fáze 4.
Pracovní cyklus Stirlingova motoru beta: a - výtlačný píst; b - pracovní píst; c - setrvačník; d - oheň (topná oblast); e - chladicí žebra (chladicí oblast).
Funguje to takto: existují dva válce a dva písty. Vnější zdroj tepla - a může to být i spalování dřeva, dokonce i plynový hořák, dokonce i sluneční světlo - zvyšuje teplotu plynu ve spodní části výměníkového válce. Vzniká tlak, který tlačí pracovní píst nahoru a výtlačný píst těsně nepřiléhá ke stěnám válce. Setrvačník jej dále posouvá a posouvá dolů.
Stirlingovo schéma z plechovky.
V tomto případě vstupuje horký vzduch ze spodní části válce do chladicí komory. V pracovní komoře se však ochladí a stáhne a pak pracovní píst spěchá dolů. Posuvný píst se pohybuje nahoru, a tím se ochlazený vzduch pohybuje ke dnu. Cyklus se tak opakuje. U Stirlinga je pohyb pracovního pístu posunut o 90 ° vzhledem k výtlakovému pístu.
Fotografie míchání z plechovky.
Časem se objevilo mnoho různých návrhů „stylingu“pojmenovaných podle písmen řecké abecedy: alfa, beta, gama, které mají rozdíly v pracovním cyklu. Základní rozdíly mezi nimi jsou malé a scvrkávají se na uspořádání válců a velikost pístů.
Stirlingův motor s lineárním alternátorem.
Alpha Stirling má dva samostatné výkonové písty v různých válcích: horké a studené. Válec s horkým pístem je umístěn ve výměníku tepla, který má vyšší teplotu, a válec se studeným pístem v chladnějším. Regenerátor (tj. Výměník tepla) je umístěn mezi horkou a studenou částí.
Beta Stirling má pouze jeden válec, horký na jednom konci a studený na druhém. Píst se pohybuje uvnitř válce (ze kterého je odebírána síla) a vytěsňovače, který mění objem své horké zóny. Plyn je čerpán na horký konec válce ze studeného konce válce regenerátorem.
Gamma Stirling má také píst a přemísťovač a dva válce - studený (kde se píst pohybuje, z něhož se odebírá síla) a horký (kde se pohybuje posunovač). Regenerátor je externí, v tomto případě spojuje horkou část druhého válce se studeným a současně s prvním (studeným) válcem. Interní regenerátor je v tomto případě součástí vytěsňovače.
Existují odrůdy Stirlingova motoru, které nespadají pod tyto tři klasické typy: například rotační Stirlingův motor, ve kterém jsou vyřešeny problémy s únikem a neexistuje žádný klikový mechanismus, protože je rotační.
Co je na míchání dobré a proč je špatné? Především jsou všežravé a mohou využívat jakýkoli teplotní rozdíl, včetně rozdílů mezi různými vrstvami vody v oceánu. Spalování v nich je konstantní povahy, což zajišťuje účinné spalování paliva, což znamená, že jeho šetrnost k životnímu prostředí je vyšší. Navíc nemá žádný výfuk. Méně hluku - žádné „výbuchy“ve válcích. Méně vibrací, například při beta míchání. Pracovní tekutina se nespotřebovává stylingem. Konstrukce motoru je extrémně jednoduchá, nevyžaduje mechanismy distribuce plynu. Startér není potřeba, stejně jako není potřeba převodovka.
Jednoduchost a absence řady „delikátních“uzlů zajišťují „míchání“s nebývalým výkonem u všech ostatních motorů za desítky a stovky tisíc hodin nepřetržitého provozu.
Švédská ponorka „Gotland“.
Míchání je velmi ekonomické. Přeměna sluneční energie na elektrickou energii pomocí míchání tedy poskytuje vyšší účinnost (až 31, 25%) než tepelné motory pracující na páře. Za tímto účelem je „styling“nastaven na ohnisko parabolického zrcátka, které „sleduje“slunce, takže se jeho válec neustále zahřívá. Právě na takovém zařízení v Kalifornii byl výše uvedený výsledek získán v roce 2008 a nyní je na míchání vybudována velká sluneční stanice. Můžete je přichytit ke skořápce vysokých pecí a pak nám kontinuální tavení surového železa dá hodně … levné energie, protože teď je toto teplo zbytečné!
Styling má obecně pouze jednu nevýhodu. Může být přehřátý a pak okamžitě selže. Aby bylo dosaženo vysoké účinnosti, musí být navíc plyn ve válci pod velmi vysokým tlakem. Vodík nebo helium. A to je výjimečná přesnost uložení všech jeho pracovních jednotek a speciálního maziva pro vysoké teploty. Rozměry … spalovací komora není potřeba. Stirling bez ní nemůže žít! A to je objem navíc a systém izolace a chlazení!
Soryu je japonská ponorka poháněná motory Stirling.
Změna priorit však pravděpodobně vydláždí cestu Stirlingovým motorům. Pokud dáme do popředí ohleduplnost k životnímu prostředí, pak bude možné se spalovacím motorem jednou provždy rozloučit. Navíc se do nich vkládají velké naděje na vytvoření slibných solárních elektráren. Už jsou využívány jako autonomní generátory pro turisty. A některé podniky zavedly výrobu šterlinků, které pracují z konvenčního plynového hořáku. NASA také zvažuje možnosti pro Stirlingovy generátory energie poháněné jadernými a radioizotopovými zdroji tepla. Zejména se plánuje použít takový styl spojený s elektrickým generátorem při vesmírné expedici na Titan plánované NASA.
"Odpadky" - rozložení.
Je zajímavé, že pokud nastartujete Stirlingův motor v reverzním režimu, to znamená otočit setrvačník z jiného motoru, pak bude fungovat jako chladicí stroj (reverzní Stirlingův cyklus) a právě tyto stroje se ukázaly jako velmi účinné pro výrobu zkapalněných plynů.
Nyní, když máme vojenské místo, zaznamenáváme, že Stirlings byly testovány na švédských ponorkách v 60. letech minulého století. A pak se v roce 1988 Stirlings staly hlavním motorem ponorky třídy Nakken. S nimi plula pod vodou více než 10 000 hodin. Po „Nakkenu“následovaly sériové ponorky typu „Gotland“, které se staly prvními ponorkami vybavenými Stirlingovými motory, což jim umožňuje zůstat pod vodou až 20 dní. Dnes mají všechny ponorky švédského námořnictva míchací motory a švédští stavitelé lodí vypracovali původní technologii instalace takových motorů na konvenční ponorky tím, že do nich zařezali další prostor s novým pohonným systémem. Jezdí na kapalný kyslík, který se pak používá ve člunu k dýchání, a poznamenává se, že mají velmi nízkou hladinu hluku. Výše uvedené nedostatky (problém velikosti a chlazení) na ponorkové válečné lodi nejsou podstatné. Příklad Švédů se Japoncům zdál hodný pozornosti a nyní jsou Stirlings také na japonských ponorkách třídy „Soryu“. Právě tyto motory jsou dnes považovány za nejslibnější jednomotorové jednomotorové motory pro ponorky 5. generace.
A takto vypadá styling studentky Penza State University Nikolaje Sheveleva.
No, teď trochu o tom, jaké máme … „špatné mládí“. 1. září přicházím ke studentům - budoucím strojním inženýrům, pokládám jim tradiční otázky, co čtou (prakticky nic!), Co mají rádi (s tím není situace o moc lepší, ale většinou jsou nohy zaneprázdněné, ne hlava!), Jaké jsou technické časopisy - „Mladý technik“, „Modelář“, „Věda a technologie“, „Populární mechanika“… (žádné!), a pak mi jeden student řekne, že je rád motory. Jeden z 20, ale to už je něco! A pak mi říká, že Stirlingův motor vyrobil sám. Vím, jak takový motor vyrobit z obyčejné plechovky, ale pak se ukázalo, že udělal něco mnohem efektivnějšího. Říkám: „Přines to!“- a přinesl. „Popiš, jak jsi to udělal!“- a popsal a jeho „esej“se mi natolik zalíbil, že ho zde uvádím bez jakýchkoli změn a zkratek.
Začátek práce je „tvůrčí chaos“.
"Vždy se mi líbila technologie, ale zejména motory." S velkým zájmem se zabývám údržbou, opravami a přizpůsobením. Když jsem se dozvěděl o Stirlingově motoru, fascinovalo mě to jako žádný jiný motor. Svět stylingu je tak rozmanitý a velký, že je prostě nemožné popsat všechny možné možnosti jeho provedení. Žádný jiný motor neposkytne takovou rozmanitost, pokud jde o design, a co je nejdůležitější, schopnost vyrobit si ho sami.
Měl jsem nápady vyrobit model motoru z plechovky a dalších improvizovaných prostředků, ale nebylo v mých pravidlech dělat „jakkoli a z čeho to vzniklo“. Proto jsem se rozhodl vzít tento úkol vážně, začít s teoretickou přípravou. Prostudoval jsem literaturu na internetu, ale hledání nepřineslo požadovaný výsledek: recenze článků a videí, nedostatek kreseb pro modely tohoto motoru. Hotové modely byly prodány za příliš vysokou cenu. Kromě toho velká touha udělat vše sami, porozumět principu provozu, ladit a provádět testy, získat užitečnou práci z tohoto motoru a dokonce se pokusit najít jeho využití v ekonomice.
„Obracející se podnikání!“(Chytrý student si celý proces práce natočil na památku. Přítomný, občanský, dokumentární fotografický důkaz … a tady jsou!)
Ptal jsem se na fórech a oni se mnou sdíleli literaturu. Byla to kniha „Stirling Engines“(Autoři: G. Ryder a C. Hooper). Odrážela celou historii tohoto typu stavby motorů, proč se rychlý vývoj zastavil a kde se tyto motory stále používají. Z knihy jsem se podrobněji naučil všechny procesy, ke kterým v motoru dochází, našel jsem odpovědi na zajímavé otázky. Bylo zajímavé to číst, ale chtěl jsem cvičit. Samozřejmě nebyly žádné kresby modelů garáží, stejně jako na internetu, samozřejmě kromě modelu z plechovky a pěnové gumy.
K mému velkému štěstí ten, kdo prodával stylingové modely, zveřejnil kurz o výrobě takových modelů, tenkrát to dal za 20 dolarů, napsal jsem mu a zaplatil kurz. Po shlédnutí všech videí, v každém z nich vysvětlil určitý typ stylingu, jsem se rozhodl udělat přesně vysokoteplotní styl gama typu. Protože mě zaujal svým designem, vlastnostmi a vzhledem. Z video kurzu jsem se dozvěděl přibližný poměr průměru válce, průměrů pístů, jaké by měly být vůle, drsnost, jaké materiály použít při výrobě, některé nuance stavby. Nikde ale nebyly k dispozici velikosti autorových motorů, pouze přibližně poměr velikostí uzlů.
Sám bydlím na vesnici, dalo by se říci na předměstí, moje matka je účetní a otec je tesař, takže bylo nějak nevhodné se na ně obracet o radu ohledně stavby motoru. A obrátil jsem se o pomoc na svého souseda Gennadije Valentinoviče, který pracoval v nyní zříceném závodě KZTM v Kuznetsku.
Obecně mi druhý den Gennadij Valentinovič přinesl hliníkový polotovar dlouhý asi 1 m a průměr asi 50 mm. Byl jsem velmi šťastný, odřezal jsem potřebná místa a druhý den jsem šel do školy, abych zkusil nabrousit topení a lednici pro svůj spalovací motor. Nabrousil jsem na cvičný soustruh (na kterém pracoval dědeček Lenin).
Přesnost tam samozřejmě nebyla, vnější část ohřívače se ukázala jako docela dobrá, ale samotná válcová část pod pístem byla na kuželu. Trudovik mi vysvětlil, že se nudná fréza ohýbá, protože stroj na takové věci je poměrně malý a slabý. Vyvstala otázka, co dál … Bylo štěstí, že moje matka v té době pracovala jako účetní v soukromém podniku, což byl bývalý závod na opravu automobilů. Valery Aleksandrovich (ředitel tohoto závodu) se ukázal jako úžasný člověk a hodně mi pomohl, už jsem měl k dispozici profesionální sovětský stroj a soustružník, který mi pomáhal. Věci byly zábavnější a doslova o týden později bylo téměř vše připraveno, začala montáž motoru. Ve stavbě byly zajímavé momenty, například: hřídel, na kterou byl přitlačen setrvačník, byl předán dílně přesné mechaniky v jiném závodě (za účelem získání potřebné přesnosti ložisek); lednice byla nabroušena na soustruhu a místa pro spojovací prvky byla provedena frézou, setrvačník byl vybroušen na brusce. Bylo to pro mě velmi zajímavé a vzrušující. Dělníci v továrně si mysleli, že jsem student a píšu nějaký druh vědecké práce. Seděl jsem v továrně do pozdních večerních hodin a oni mě přivezli domů oficiálním autem Valery Alexandroviče. Motor byl nastartován ve velkém kruhu továrních dělníků, všechny to velmi zajímalo. Start byl úspěšný, ale motor běžel špatně.
Výsledek korunuje dohodu! Při testování byl spálen roh stojanu.
Byly odhaleny nedostatky, plastové závěsy byly nahrazeny fluoroplastovými, setrvačník byl odlehčen a vyvážen, píst obdržel fluoroplastový nástavec pro nižší přenos tepla a lednice se stala s větší chladicí plochou. Po jemném vyladění motor výrazně zlepšil svůj technický výkon.
Sám jsem byl potěšen. Když ke mně přijdou přátelé, první věc, kterou udělají, je, že za ním přijdou a požádají ho, aby začal. Gennadij Valentinovič jel ukázat styl své práci, každého to velmi zajímalo, ani nemuseli někomu volat, všichni přistoupili, podívali se a zaujali. “
Jméno mladého muže je Nikolaj Shevelev a je vedoucím skupiny. Vzal jsem ho k děkanovi a všichni tři jsme si moc dobře popovídali. A pak jsem si vzpomněl na statistiky, že pouze 2% světové populace stačí k tomu, aby lidstvo postoupilo cestou vědeckého a technologického pokroku. Spočítal jsem celkový počet studentů a uvědomil jsem si, že … není třeba se příliš obávat. S lidmi, jako je Nikolai, bude pro nás pokrok stále zaručen!
