Till att börja med är Stirling -efternamnet ganska vanligt i både England och Skottland. Det vill säga, om det finns Stirling Castle, varför inte "Mr. Stirling"? Och just en sådan person - den skotska prästen Robert Stirling, den 27 september 1816, fick ett brittiskt patent på en motor som inte hade något att göra med en ångmaskin! Dessutom visade sig motorn uppkallad efter honom vara unik, eftersom den kunde fungera från vilken värmekälla som helst!
Robert Stirling.
År 1843 använde sonen James Stirling sin fars motor på en fabrik där han arbetade som ingenjör. Tja, redan 1938 skapades stirirlings med en kapacitet på upp till 200 hk. och en effektivitet på 30 procent.
Principen för denna motor är att växla uppvärmning och kylning av arbetsvätskan i en helt stängd cylinder. Vanligtvis är arbetsmediet luft, men väte och helium, liksom freoner, kvävedioxid, flytande propan-butan och till och med vatten kan användas. Dessutom förblir den flytande under den termodynamiska cykeln. Det vill säga, motorns konstruktion är extremt enkel och använder gasernas välkända egenskap: deras volym ökar från uppvärmning och från kylning minskar den.
En av de många hemlagade pärlorna.
Stirlingmotorn använder … "Stirling -cykeln", som, när det gäller dess termodynamiska effektivitet, inte bara är inte sämre än Carnot -cykeln, utan till och med har vissa fördelar. Det är i alla fall "Stirling -cykeln" som gör att du kan få en fungerande motor tillverkad av en vanlig plåtburk på bara ett par timmar.
Beta Stirling -enhet.
Själva "Stirling -cykeln" omfattar fyra huvudfaser och två övergångsfaser: uppvärmning, expansion, övergång till en kall källa, kylning, kompression och övergång till en värmekälla. Tja, vi får användbart arbete i processen att expandera volymen uppvärmd gas.
Fas 1.
Fas 2.
Fas 3.
Fas 4.
Arbetscykeln för beta -typ Stirling -motor: a - förskjutningskolv; b - arbetskolv; c - svänghjul; d - eld (värmeområde); e - kylflänsar (kylområde).
Det fungerar så här: det finns två cylindrar och två kolvar. En extern värmekälla - och de kan till och med bränna ved, till och med en gasbrännare, till och med solljus - ökar temperaturen på gasen i den nedre delen av värmeväxlarcylindern. Tryck uppstår och det skjuter arbetskolven uppåt, och förskjutningskolven passar inte tätt mot cylinderväggarna. Vidare skjuter svänghjulet nedåt.
Stirling schema från en plåtburk.
I detta fall kommer varm luft från cylinderns botten in i kylkammaren. I arbetskammaren svalnar den dock och dras ihop, och sedan rusar arbetskolven ner. Förskjutningskolven rör sig uppåt, och därmed rör sig den kylda luften till botten. Cykeln upprepas alltså. I Stirling flyttas arbetskolvens rörelse med 90 ° i förhållande till förskjutningskolven.
Foto av en stirling från en burk.
Med tiden dök många olika design av "styling" upp, uppkallade efter bokstäverna i det grekiska alfabetet: alfa, beta, gamma, som har skillnader i arbetscykeln. De grundläggande skillnaderna mellan dem är små och beror på cylindrarnas placering och kolvarnas storlek.
Stirlingmotor med linjär generator.
Alpha Stirling har två separata kraftkolvar i olika cylindrar: varma och kalla. Cylindern med den heta kolven är placerad i värmeväxlaren, som har en högre temperatur, och cylindern med den kalla kolven i den kallare. Regeneratorn (dvs. värmeväxlaren) är placerad mellan den varma delen och den kalla delen.
Beta Stirling har bara en cylinder, varm i ena änden och kall i den andra. Kolven rör sig inuti cylindern (från vilken kraften avlägsnas) och förskjutaren, som ändrar volymen på dess heta zon. Gas pumpas till cylinderns varma ände från cylinderns kalla ände genom en regenerator.
Gamma Stirling har också en kolv och en förskjutare och två cylindrar - kalla (där kolven rör sig från vilken kraften tas bort) och varm (där förskjutaren rör sig respektive). Regeneratorn är extern, i detta fall förbinder den den varma delen av den andra cylindern med den kalla och samtidigt med den första (kalla) cylindern. Den interna regeneratorn i detta fall är en del av förskjutaren.
Det finns sorter av Stirling -motorn som inte faller under dessa tre klassiska typer: till exempel den roterande Stirling -motorn, där läckageproblemen löses och det inte finns någon vevmekanism, eftersom den är roterande.
Vad är bra med virvlar och varför är de dåliga? Först och främst är de allätare och kan använda valfri temperaturskillnad, inklusive den mellan olika vattenlager i havet. Förbränningen i dem är av konstant karaktär, vilket säkerställer effektiv förbränning av bränsle, vilket innebär att dess miljövänlighet är högre. Dessutom har den ingen avgasrör. Mindre ljudnivå - inga "explosioner" i cylindrarna. Mindre vibrationer, till exempel, med en beta -omrörning. Arbetsvätskan förbrukas inte av styling. Motorn är extremt enkel, den kräver inga gasfördelningsmekanismer. En starter behövs inte, precis som en växellåda inte behövs.
Enkelheten och frånvaron av ett antal "känsliga" noder ger "stirling" en oöverträffad prestanda för alla andra motorer i tiotals och hundratusentals timmar av kontinuerlig drift.
Svensk ubåt "Gotland".
Stirlings är mycket ekonomiska. Således ger omvandlingen av solenergi till elektricitet med omrörning en högre verkningsgrad (upp till 31, 25%) än värmemotorer som arbetar på ånga. För detta ställs "stylingen" i fokus för den paraboliska spegeln, som "följer" solen så att dess cylinder ständigt värms upp. Det var på en sådan installation i Kalifornien som ovanstående resultat erhölls 2008, och nu byggs en stor solstation på virvlarna. Du kan fästa dem på masugnarnas skal och sedan kommer den kontinuerliga smältningen av råjärn att ge oss mycket … billig energi, för nu går denna värme bort!
Det finns i allmänhet bara en nackdel med styling. Det kan överhettas och då misslyckas det direkt. För att uppnå hög effektivitet måste dessutom gasen vara under mycket högt tryck i cylindern. Väte eller helium. Och det här är en exceptionell passformsprincip för alla dess arbetsenheter och ett speciellt högtemperaturfett. Tja, måtten … förbränningskammaren behövs inte. Stirling kan inte leva utan henne! Och detta är en extra volym och ett system för isolering och kylning!
Soryu är en japansk ubåt som drivs av Stirling -motorer.
Ändringen av prioriteringarna kommer dock troligen att bana väg för Stirling -motorerna. Om vi sätter miljövänligheten i framkant, kommer det att vara möjligt att säga adjö till förbränningsmotorn en gång för alla. Dessutom finns stora förhoppningar på dem om skapandet av lovande solkraftverk. De används redan som autonoma generatorer för turister. Och vissa företag har etablerat produktionen av pund, som fungerar från en konventionell gasugnbrännare. NASA överväger också alternativ för Stirling-baserade kraftgeneratorer som drivs av kärnkraft och radioisotopvärmekällor. I synnerhet är det planerat att använda en sådan styling, tillsammans med en elektrisk generator, i rymdexpeditionen till Titan planerad av NASA.
"I litter" - layouten.
Det är intressant att om du startar Stirling -motorn i backläge, det vill säga vrider svänghjulet från en annan motor, då fungerar den som en kylmaskin (omvänd Stirling -cykel), och det är dessa maskiner som visade sig vara mycket effektiva för framställning av flytande gaser.
Tja, nu, eftersom vi har en militär plats, noterar vi att Stirlings testades på svenska ubåtar på 60 -talet av förra seklet. Och sedan 1988 blev Stirlings huvudmotorn i ubåten i Nakken-klassen. Med dem seglade hon under vattnet i mer än 10 000 timmar. "Nakken" följdes av serieubåtarna av typen "Gotland", som blev de första ubåtarna utrustade med Stirling -motorer, vilket gör att de kan hålla sig under vatten i upp till 20 dagar. Idag har alla ubåtar i den svenska marinen stirlingmotorer, och svenska skeppsbyggare har tagit fram den ursprungliga tekniken för att installera sådana motorer på konventionella ubåtar, genom att skära i dem ett extra fack med ett nytt framdrivningssystem. De körs på flytande syre, som sedan används i båten för andning, och det noteras att de har mycket låga ljudnivåer. De ovannämnda bristerna (storlek och kylningsproblem) på ett ubåtskrigsskepp är inte signifikanta. Svenskarnas exempel tycktes japanerna värda uppmärksamhet, och nu finns Stirlings också på de japanska ubåtarna i "Soryu" -klassen. Det är dessa motorer som idag anses vara de mest lovande enskilda motorerna för alla lägen för femte generationens ubåtar.
Och så här ser stylingen ut för en student vid Penza State University Nikolai Shevelev.
Tja, nu ganska lite om vilken typ av … "dålig ungdom" vi har. Den 1 september kommer jag till studenter - framtida motoringenjörer, jag ställer dem traditionella frågor, vad de läser (praktiskt taget ingenting!), Vad de är förtjusta i (med detta är situationen inte mycket bättre, men mest är benen upptagna, inte huvudet!), Vilka tekniska tidskrifter är de kända - "Young Technician", "Model Designer", "Science and Technology", "Popular Mechanics" … (ingen!), och sedan berättar en elev för mig att han är förtjust i motorer. En av 20, men det är redan något! Och sedan berättar han för mig att han gjorde Stirling -motorn själv. Jag vet hur man gör en sådan motor av en vanlig plåtburk, men sedan visade det sig att han gjorde något mycket mer effektivt. Jag säger: "Ta med det!" - och han tog med. "Beskriv hur du gjorde det!" - och han beskrev, och jag gillade hans "uppsats" så mycket att jag presenterar den här utan några ändringar eller förkortningar.
Arbetets början är”kreativt kaos”.
”Jag har alltid gillat tekniken, men särskilt motorerna. Jag är engagerad i underhåll, reparation och anpassning med stort intresse. Efter att ha lärt mig om Stirling -motorn fascinerades jag av den som ingen annan motor. Stylingvärlden är så mångsidig och stor att det helt enkelt är omöjligt att beskriva alla möjliga alternativ för dess utförande. Ingen annan motor kommer att ge en sådan variation när det gäller design, och viktigast av allt, möjligheten att göra den själv.
Jag hade idéer om att göra en modell av en motor av en plåtburk och andra improviserade medel, men det fanns inte i mina regler att göra "hur som helst och från vad den fick". Därför bestämde jag mig för att ta denna uppgift på allvar, för att börja med att förbereda mig teoretiskt. Jag studerade litteraturen på Internet, men sökningen gav inte önskat resultat: granska artiklar och videor, bristen på ritningar för modellerna av denna motor. De färdiga modellerna såldes till ett för högt pris. Dessutom en stor önskan att göra allt själv, förstå driftsprincipen, felsöka och genomföra tester, få nyttigt arbete från denna motor och till och med försöka hitta sin användning i ekonomin.
"Att göra affärer!" (En smart student, han filmade hela arbetsprocessen som ett minne. Nuvarande, medborgare, dokumentära fotografiska bevis … och här är de!)
Jag frågade runt på forumet, och de delade litteraturen med mig. Det var boken "Stirling Engines" (Författare: G. Ryder och C. Hooper). Det återspeglade hela denna typ av motorbyggnad, varför den snabba utvecklingen stannade och var dessa motorer fortfarande används. Från boken lärde jag mig mer detaljerat alla processer som sker i motorn, hittade svaren på frågor av intresse. Det var intressant att läsa, men jag ville träna. Naturligtvis fanns det inga ritningar av garagemodeller, liksom på Internet, ja, naturligtvis, förutom en modell från en burk och skumgummi.
Till min stora lycka publicerade personen som sålde stylingmodellerna en kurs om att göra sådana modeller, han lade upp den då för $ 20, jag skrev till honom och betalade för kursen. Efter att ha tittat på alla videor, där han förklarade en viss typ av styling, bestämde jag mig för att göra exakt högtemperaturstyling av gammatypen. Eftersom han intresserade mig med sin design, egenskaper och utseende. Från videokursen lärde jag mig det ungefärliga förhållandet mellan cylinderdiametern, kolvdiametrarna, vilka spel, grovhet som ska vara, vilka material som ska användas vid tillverkningen, några av nyanserna i konstruktionen. Men ingenstans fanns storlekarna på författarens motorer tillgängliga, bara ungefär förhållandet mellan storlekarna på noderna.
Jag bor själv i en by, kan man säga i förorten, min mamma är en revisor, och min pappa är en snickare, så det var på något sätt olämpligt att vända sig till dem för att få råd om att bygga en motor. Och jag vände mig till min granne, Gennady Valentinovich, för hjälp, han arbetade på den nu kollapsade KZTM -fabriken i Kuznetsk.
I allmänhet tog Gennady Valentinovich nästa dag med mig ett aluminiumämne som var cirka 1 m långt och cirka 50 mm i diameter. Jag var väldigt glad, sågade av de ämnen jag behövde och dagen efter gick jag till skolan för att försöka vässa värmaren och kylskåpet för min förbränningsmotor. Jag skärpte mig på en tränings svarv (som farfar Lenin arbetade på).
Naturligtvis fanns det ingen noggrannhet där, värmarens yttre del visade sig vara ganska bra, men själva cylindriska delen under kolven var på en kon. Trudovik förklarade för mig att den tråkiga skäraren böjer sig, eftersom maskinen för sådana saker är ganska liten och svag. Frågan uppstod vad jag skulle göra härnäst … Det var tur att min mamma då arbetade som bokförare på ett privat företag, som var en tidigare bilreparationsanläggning. Valery Aleksandrovich (chef för denna anläggning) visade sig vara en underbar person och hjälpte mig mycket, jag fick redan en professionell sovjetmaskin och en vändare som hjälpte mig. Saker gick roligare, och bokstavligen en vecka senare var nästan allt klart, monteringen av motorn började. Det fanns intressanta ögonblick i konstruktionen, till exempel: axeln, på vilken svänghjulet pressades, gavs till precisionsmekanikverkstaden på en annan anläggning (för att uppnå nödvändig noggrannhet för lagren); kylskåpet slipades på en svarv, och platserna för fästelementen gjordes med en fräs, svänghjulet slipades på en kvarn. Det var väldigt intressant och spännande för mig. Arbetarna på fabriken trodde att jag var student och skriver något slags vetenskapligt arbete. Jag satt på fabriken till sent på kvällen, och de tog med mig hem i Valery Alexandrovichs officiella bil. Motorn startades i en stor krets av fabriksarbetare, alla var mycket intresserade. Lanseringen lyckades, men motorn gick dåligt.
Resultatet kröner affären! Hörnet på stativet brändes under testning.
Brister avslöjades, plastgångjärnen ersattes med fluoroplastiska, svänghjulet lätta och balanserade, kolven fick en fluoroplastfäste för lägre värmeöverföring och kylskåpet blev med ett större kylområde. Efter finjustering har motorn förbättrat dess tekniska prestanda avsevärt.
Jag var själv glad. När vänner kommer till mitt hus är det första de gör att komma till honom, be honom börja. Gennady Valentinovich körde för att visa stylingen för hans arbete, alla var mycket intresserade, de behövde inte ens ringa någon, alla närmade sig, tittade och intresserade sig."
Den unge mannen heter Nikolai Shevelev, och han är chef för gruppen. Jag tog honom till dekanen och vi tre pratade mycket bra. Och då kom jag ihåg statistiken att bara 2% av världens befolkning räcker för att främja mänskligheten på vägen för vetenskapliga och tekniska framsteg. Jag räknade det totala antalet studenter och insåg att … det finns ingen anledning att oroa sig för mycket. Med människor som Nikolai kommer framstegen fortfarande att garanteras för oss!
