Za početak, prezime Stirling prilično je uobičajeno u Engleskoj i Škotskoj. Odnosno, ako postoji dvorac Stirling, zašto ne biste onda rekli "gospodin Stirling"? I upravo takva osoba - škotski svećenik Robert Stirling, 27. septembra 1816. godine dobio je britanski patent za motor koji nema nikakve veze s parnom mašinom! Štoviše, motor nazvan po njemu pokazao se jedinstvenim, jer je mogao raditi iz bilo kojeg izvora topline!
Robert Stirling.
Godine 1843. njegov sin James Stirling koristio je očev motor u fabrici u kojoj je radio kao inženjer. Pa, već 1938. godine stvorene su stiirlings snage do 200 KS. i efikasnost od 30 posto.
Princip rada ovog motora je naizmjenično zagrijavanje i hlađenje radne tekućine u potpuno zatvorenom cilindru. Obično je radni medij zrak, ali se mogu koristiti vodik i helij, kao i freoni, dušikov dioksid, ukapljeni propan-butan, pa čak i voda. Štaviše, ostaje tečan tokom čitavog termodinamičkog ciklusa. Odnosno, dizajn motora je izuzetno jednostavan i koristi dobro poznato svojstvo plinova: njihov se volumen povećava zagrijavanjem, a hlađenjem se smanjuje.
Jedan od mnogih domaćih sterlinga.
Stirlingov motor koristi … "Stirlingov ciklus", koji po svojoj termodinamičkoj efikasnosti nije samo lošiji od Carnotovog ciklusa, već čak ima i neke prednosti. U svakom slučaju, "Stirlingov ciklus" omogućuje vam da za samo nekoliko sati dobijete radni motor napravljen od obične limenke.
Beta Stirling uređaj.
Sam "Stirlingov ciklus" uključuje četiri glavne faze i dvije prijelazne: zagrijavanje, širenje, prijelaz na hladni izvor, hlađenje, kompresiju i prijelaz na izvor topline. Pa, dobivamo koristan posao u procesu povećanja količine zagrijanog plina.
Faza 1.
Faza 2.
Faza 3.
Faza 4.
Radni ciklus beta -Stirling motora: a - radni klip; b - radni klip; c - zamašnjak; d - požar (grejno područje); e - rebra za hlađenje (područje hlađenja).
Radi ovako: postoje dva cilindra i dva klipa. Vanjski izvor topline - a mogu biti čak i sagorijevanje drva, čak i plinski gorionik, čak i sunčeva svjetlost - povećava temperaturu plina u donjem dijelu cilindra za izmjenu topline. Nastaje pritisak i potiskuje radni klip prema gore, a istisni klip ne prianja čvrsto uz stijenke cilindra. Nadalje, zamašnjak ga pomicanjem gura prema dolje.
Stirling shema iz limene limenke.
U tom slučaju vrući zrak sa dna cilindra ulazi u rashladnu komoru. U radnoj komori, međutim, hladi se i skuplja, a zatim radni klip juri prema dolje. Potisni klip pomiče se prema gore, a time se i ohlađeni zrak pomiče prema dnu. Ciklus se tako ponavlja. U Stirlingu se kretanje radnog klipa pomiče za 90 ° u odnosu na pomak klipa.
Fotografija miješanja iz limenke.
S vremenom se pojavilo mnogo različitih dizajna "stylinga", nazvanih po slovima grčke abecede: alfa, beta, gama, koji imaju razlike u radnom ciklusu. Temeljne razlike među njima male su i svode se na raspored cilindara i veličinu klipova.
Stirlingov motor sa linearnim alternatorom.
Alpha Stirling ima dva odvojena pogonska klipa u različitim cilindrima: topli i hladni. Cilindar sa toplim klipom nalazi se u izmenjivaču toplote koji ima višu temperaturu, a cilindar sa hladnim klipom u hladnijem. Regenerator (tj. Izmjenjivač topline) nalazi se između vrućeg i hladnog dijela.
Beta Stirling ima samo jedan cilindar, vruć na jednom kraju, a hladan na drugom. Klip se kreće unutar cilindra (iz kojeg se isključuje snaga) i pomaka, što mijenja volumen njegove vruće zone. Plin se pumpa na vrući kraj cilindra sa hladnog kraja cilindra kroz regenerator.
Gama Stirling također ima klip i pomak, te dva cilindra - hladan (gdje se klip pomiče iz kojeg se isključuje snaga) i vruć (gdje se pomiče pomak). Regenerator je vanjski, u ovom slučaju povezuje vrući dio drugog cilindra s hladnim i istovremeno s prvim (hladnim) cilindrom. Unutrašnji regenerator je u ovom slučaju dio istiskivača.
Postoje sorte Stirlingovog motora koje ne spadaju u ove tri klasične vrste: na primjer, rotirajući Stirlingov motor, u kojem su riješeni problemi curenja i ne postoji mehanizam radilice, budući da je rotacijski.
Šta je dobro u miješalicama i zašto je loše? Prije svega, svejedi su i mogu koristiti bilo koju temperaturnu razliku, uključujući i onu između različitih slojeva vode u oceanu. Sagorijevanje u njima je stalne prirode, što osigurava efikasno sagorijevanje goriva, što znači da je njegova ekološka prihvatljivost veća. Štaviše, nema izduvnih gasova. Manja razina buke - bez "eksplozija" u cilindrima. Manje vibracija, na primjer, uz beta miješanje. Radna tekućina se ne troši stylingom. Dizajn motora je izuzetno jednostavan, ne zahtijeva mehanizme za distribuciju plina. Starter nije potreban, kao što nije potreban ni mjenjač.
Jednostavnost i odsustvo niza "osjetljivih" čvorova osiguravaju "miješanje" sa performansama bez presedana za sve ostale motore u desetinama i stotinama hiljada sati neprekidnog rada.
Švedska podmornica "Gotland".
Stirlings su vrlo ekonomični. Tako pretvaranje solarne energije u električnu energiju uz miješanje daje veću učinkovitost (do 31, 25%) od toplinskih motora koji rade na pari. Za to je "styling" postavljen u fokus paraboličnog ogledala, koje "prati" sunce, tako da se njegov cilindar stalno zagrijava. Upravo na takvoj instalaciji u Kaliforniji gornji rezultat je postignut 2008. godine, a sada se na mešalicama gradi velika solarna stanica. Možete ih pričvrstiti na školjku visokih peći i tada će nam kontinuirano taljenje sirovog željeza dati mnogo … jeftine energije, jer se sada ova toplina troši!
Općenito, postoji samo jedan nedostatak stylinga. Može se pregrijati i tada odmah neće uspjeti. Osim toga, da bi se postigla visoka efikasnost, gas mora biti pod veoma visokim pritiskom u cilindru. Vodik ili helij. Ovo je izuzetna preciznost uklapanja svih njegovih radnih jedinica i posebne masti za visoke temperature. Pa, dimenzije … komora za sagorevanje nije potrebna. Stirling ne može živjeti bez nje! A ovo je dodatni volumen i sistem izolacije i hlađenja!
Soryu je japanska podmornica koju pokreću Stirlingovi motori.
Međutim, promjena prioriteta vjerojatno će otvoriti put Stirlingovim motorima. Ako u prvi plan stavimo ekološku prihvatljivost, tada će se moći zauvijek oprostiti od motora s unutrašnjim sagorijevanjem. Osim toga, polažu se velike nade u stvaranje perspektivnih solarnih elektrana. Oni se već koriste kao autonomni generatori za turiste. Neka su poduzeća uspostavila proizvodnju sterlinga koji rade iz konvencionalnih plinskih peći. NASA također razmatra opcije za Stirlingove generatore energije pogonjene nuklearnim i radioizotopskim izvorima topline. Posebno se planira korištenje takvog stila, zajedno s električnim generatorom, u svemirskoj ekspediciji na Titan koju planira NASA.
"I legl" - izgled.
Zanimljivo je da ako pokrenete Stirlingov motor u obrnutom načinu rada, odnosno okrenete zamašnjak iz drugog motora, tada će raditi kao rashladni stroj (obrnuti Stirlingov ciklus), a upravo su se te mašine pokazale vrlo učinkovitima za proizvodnju tečnih gasova.
Pa, sada, budući da imamo vojnu lokaciju, primjećujemo da su Stirlings testirani na švedskim podmornicama još 60 -ih godina prošlog stoljeća. A onda su 1988. Stirlings postali glavni motor podmornice klase Nakken. S njima je plovila pod vodom više od 10.000 sati. "Nakken" su slijedile serijske podmornice tipa "Gotland", koje su postale prve podmornice opremljene Stirlingovim motorima, što im omogućava da ostanu pod vodom do 20 dana. Danas sve podmornice švedske mornarice imaju motore za miješanje, a švedski su brodograditelji razradili originalnu tehnologiju ugradnje takvih motora na konvencionalne podmornice, urezavši u njih dodatni odjeljak s novim pogonskim sustavom. Rade na tekućem kisiku, koji se zatim koristi u čamcu za disanje, a primjećuje se i da imaju vrlo niske razine buke. Pa, gore navedeni nedostaci (veličina i problem hlađenja) na podmorničkom ratnom brodu nisu značajni. Primjer Šveđana Japancima se činio vrijednim pažnje, a sada su Stirlingovi i na japanskim podmornicama klase "Soryu". Upravo se ti motori danas smatraju najperspektivnijim jednomotornim motorima za podmornice 5. generacije.
Ovako izgleda stajling student državnog univerziteta u Penzi Nikolaja Ševeleva.
E, sad dosta o tome kakvu … "lošu mladost" imamo. 1. septembra dolazim studentima - budućim inženjerima strojarstva, postavljam im tradicionalna pitanja, ono što čitaju (praktično ništa!), Ono što im se sviđa (s ovim situacija nije mnogo bolja, ali uglavnom su noge zauzete, ne glava!), Koji su tehnički časopisi poznati - "Mladi tehničar", "Dizajner modela", "Nauka i tehnologija", "Popularna mehanika" … (nema!), a onda mi jedan student kaže da je zaljubljenik u motore. Jedan od 20, ali to je već nešto! I onda mi kaže da je sam napravio Stirlingov motor. Znam napraviti takav motor od obične limenke, ali onda se pokazalo da je učinio nešto mnogo efikasnije. Ja kažem: "Donesi!" - i on je donio. "Opišite kako ste to učinili!" - i opisao je, a meni se toliko svidio njegov "esej" da ga predstavljam ovdje bez ikakvih izmjena i skraćenica.
Početak rada je „kreativni kaos“.
“Uvijek mi se sviđala tehnologija, ali posebno motori. Bavim se održavanjem, popravkom i prilagođavanjem sa velikim interesom. Saznavši za Stirlingov motor, bio sam fasciniran njime kao nijedan drugi motor. Svijet stila toliko je raznolik i velik da je jednostavno nemoguće opisati sve moguće opcije za njegovo izvođenje. Nijedan drugi motor neće dati takvu raznolikost u smislu dizajna, i što je najvažnije, mogućnosti da ga sami napravite.
Imao sam ideje da napravim model motora od limenke i drugih improvizovanih sredstava, ali nije bilo u mojim pravilima da to radim "bilo kako i od onoga što je dobilo". Stoga sam odlučio ozbiljno pristupiti ovom zadatku, za početak s teoretskom pripremom. Proučavao sam literaturu na Internetu, ali pretraživanje nije donijelo željene rezultate: pregled članaka i video zapisa, nedostatak crteža za modele ovog motora. Gotovi modeli prodavani su po previsokim cijenama. Osim toga, velika želja da sve napravite sami, shvatite princip rada, otklonite greške i provedete testove, dobijete koristan rad od ovog motora i čak pokušate pronaći njegovu upotrebu u ekonomiji.
"Okretanje posla!" (Pametan student, cijeli proces rada snimio je kao uspomenu. Sadašnji, građanin, dokumentarni fotografski dokazi … i evo ih!)
Raspitao sam se po forumima, a oni su sa mnom podijelili literaturu. To je bila knjiga "Stirlingovi motori" (Autori: G. Ryder i C. Hooper). Odražava cijelu povijest ove vrste gradnje motora, zašto je brzi razvoj zaustavljen i gdje se ti motori još uvijek koriste. Iz knjige sam detaljnije naučio sve procese koji se odvijaju u motoru, pronašao odgovore na pitanja od interesa. Bilo je zanimljivo čitati, ali sam htjela vježbati. Naravno, nije bilo crteža modela garaža, kao ni na Internetu, naravno, osim modela iz limenke i pjenaste gume.
Na moju veliku sreću, osoba koja je prodala modele za oblikovanje objavila je kurs o izradi takvih modela, stavio je to u to vrijeme za 20 dolara, pisala sam mu i platila kurs. Nakon što sam pogledao sve video zapise, u svakom od kojih je objasnio određenu vrstu stylinga, odlučio sam napraviti baš visokotemperaturni styling gama tipa. Pošto me je zainteresovao svojim dizajnom, karakteristikama i izgledom. Iz video tečaja naučio sam približni omjer promjera cilindra, promjera klipa, kakvi bi zazori, hrapavost trebali biti, koje materijale koristiti u proizvodnji, neke nijanse konstrukcije. Ali nigdje nisu bile dostupne veličine autorovih motora, samo otprilike omjer veličina čvorova.
I sam živim u selu, moglo bi se reći u predgrađu, majka mi je računovođa, a otac stolar, pa je bilo nekako neprikladno obratiti im se za savjet o izgradnji motora. I za pomoć sam se obratio komšiji, Genadiju Valentinoviču, koji je radio u sada urušenoj fabrici KZTM u Kuznjecku.
Općenito, sljedećeg dana Genadij Valentinovič donio mi je aluminijsku prazninu dugačku oko 1 m i promjera oko 50 mm. Bio sam jako sretan, isjekao mi je praznine i sutradan sam otišao u školu da pokušam izoštriti grijač i hladnjak za motor sa unutrašnjim sagorijevanjem. Oštrio sam na strugu za vježbanje (na kojem je radio djed Lenjin).
Naravno, tu nije bilo preciznosti, vanjski dio grijača pokazao se prilično dobrim, ali sam cilindrični dio ispod klipa bio je na konusu. Trudovik mi je objasnio da se dosadni rezač savija, budući da je stroj za takve stvari prilično mali i slab. Pojavilo se pitanje šta dalje … Imala je sreću da je moja majka u to vrijeme radila kao računovođa u privatnom preduzeću, koje je bilo nekadašnje auto -servise. Valery Aleksandrovich (direktor ove tvornice) pokazao se kao divna osoba i puno mi je pomogao, već sam dobio profesionalnu sovjetsku mašinu i strugar koji su mi pomogli. Stvari su postale zabavnije, a doslovno tjedan dana kasnije, gotovo sve je bilo spremno, započela je montaža motora. Bilo je zanimljivih trenutaka u izgradnji, na primjer: vratilo, na koje je pritisnut zamašnjak, predato je radionici precizne mehanike u drugom pogonu (kako bi se postigla potrebna preciznost za ležajeve); frižider je naoštren na strugu, a mesta za pričvršćivače napravljena su glodalicom, zamašnjak je samleven na brusilici. Bilo mi je jako zanimljivo i uzbudljivo. Radnici u fabrici mislili su da sam student i pišem neku vrstu naučnog rada. Sedeo sam u fabrici do kasno uveče i odvezli su me kući službenim automobilom Valerija Aleksandroviča. Motor je pokrenut u velikom krugu tvorničkih radnika, svi su bili jako zainteresirani. Lansiranje je bilo uspješno, ali motor je slabo radio.
Rezultat je kruna dogovora! Ugao štanda je izgoreo tokom testiranja.
Otkriveni su nedostaci, plastične šarke zamijenjene su fluoroplastičnim, zamašnjak je olakšan i uravnotežen, klip je dobio fluoroplastični nastavak za manji prijenos topline, a hladnjak je postao s većom površinom hlađenja. Nakon finog podešavanja, motor je značajno poboljšao svoje tehničke performanse.
I sam sam bio oduševljen. Kad prijatelji dođu u moju kuću, prvo što učine je da mu priđu, zamole ga da počne. Gennady Valentinovich se odvezao da pokaže styling svom djelu, svi su bili jako zainteresirani, čak nisu morali ni nekoga zvati, svi su prišli, pogledali i zainteresirali se."
Mladić se zove Nikolaj Ševelev i on je šef grupe. Odveo sam ga dekanu i nas troje smo jako dobro razgovarali. I onda sam se sjetio statistike da je samo 2% svjetske populacije dovoljno za napredovanje čovječanstva na putu naučno -tehnološkog napretka. Izbrojao sam ukupan broj učenika i shvatio da … nema potrebe previše brinuti. Sa ljudima poput Nikolaja, napredak će nam i dalje biti zagarantovan!
