Za početak, prezime Stirling prilično je uobičajeno i u Engleskoj i u Škotskoj. Odnosno, ako postoji dvorac Stirling, zašto onda ne bi bio "gospodin Stirling"? I upravo takva osoba - škotski svećenik Robert Stirling, 27. rujna 1816. godine dobio je britanski patent za motor koji nije imao nikakve veze s parnim strojem! 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 tvornici u kojoj je radio kao inženjer. Pa već 1938. stvorene su stiirlings snage do 200 KS. i učinkovitost 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. Štoviše, ostaje tekućina tijekom termodinamičkog ciklusa. Odnosno, dizajn motora iznimno je jednostavan i koristi dobro poznato svojstvo plinova: njihov se volumen zagrijavanjem povećava, a hlađenjem smanjuje.
Jedan od mnogih domaćih sterlinga.
Stirlingov motor koristi … "Stirlingov ciklus", koji po svojoj termodinamičkoj učinkovitosti nije samo lošiji od Carnotovog ciklusa, nego čak ima i neke prednosti. U svakom slučaju, "Stirlingov ciklus" omogućuje vam da za samo nekoliko sati dobijete radni motor izrađen od obične limene konzerve.
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 volumena 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 (područje grijanja); 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 plamenik, čak i sunčeva svjetlost - povećava temperaturu plina u donjem dijelu cilindra za izmjenu topline. Dolazi do pritiska i on gura radni klip prema gore, a istisni klip ne pristaje čvrsto uz stijenke cilindra. Nadalje, zamašnjak ga pomicanjem gura prema dolje.
Stirling shema iz limene limenke.
U tom slučaju vrući zrak s 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 s linearnim alternatorom.
Alpha Stirling ima dva odvojena klipa u različitim cilindrima: topli i hladni. Cilindar s vrućim klipom nalazi se u izmjenjivaču topline koji ima višu temperaturu, a cilindar s 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 pomiče unutar cilindra (iz kojeg se isključuje snaga) i pomaka, čime se mijenja volumen njegove vruće zone. Plin se pumpa na vrući kraj cilindra s hladnog kraja cilindra kroz regenerator.
Gama Stirling također ima klip i pomak, te dva cilindra - hladni (gdje se klip pomiče iz kojeg se isključuje snaga) i vrući (gdje se pomiče pomak). Regenerator je vanjski, u ovom slučaju spaja vrući dio drugog cilindra s hladnim i istovremeno s prvim (hladnim) cilindrom. Unutarnji regenerator je u ovom slučaju dio istiskivača.
Postoje sorte Stirlingovog motora koje ne potpadaju pod ove tri klasične vrste: na primjer, rotacijski Stirlingov motor, u kojem su riješeni problemi s curenjem i ne postoji mehanizam radilice, budući da je rotacijski.
Što je dobro za miješanje i zašto je loše? Prije svega, svejedi su i mogu koristiti bilo koju temperaturnu razliku, uključujući onu između različitih slojeva vode u oceanu. Izgaranje u njima je stalne prirode, što osigurava učinkovito sagorijevanje goriva, što znači da je njegova ekološka prihvatljivost veća. Štoviše, nema ispušnih plinova. Manja razina buke - bez "eksplozija" u cilindrima. Manje vibracija, na primjer, uz beta miješanje. Radna tekućina se ne troši stylingom. Dizajn motora iznimno je jednostavan, ne zahtijeva mehanizme za distribuciju plina. Starter nije potreban, kao što nije potreban ni mjenjač.
Jednostavnost i odsutnost niza "osjetljivih" čvorova omogućuju "miješanju" izvanredne performanse za sve ostale motore u desecima i stotinama tisuća sati neprekidnog rada.
Švedska podmornica "Gotland".
Stirlings su vrlo ekonomični. Dakle, 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 zrcala koje "slijedi" sunce tako da se njegov cilindar stalno zagrijava. Upravo na takvoj instalaciji u Kaliforniji gornji rezultat je dobiven 2008. godine, a sada se na mješalicama gradi velika solarna stanica. Možete ih pričvrstiti na školjku visokih peći i tada će nam kontinuirano taljenje sirovog željeza dati mnogo … jeftine energije, jer sada se ta toplina troši!
Općenito, postoji samo jedan nedostatak stylinga. Može se pregrijati i tada odmah neće uspjeti. Osim toga, za postizanje visoke učinkovitosti, plin mora biti pod vrlo visokim tlakom u cilindru. Vodik ili helij. Ovo je iznimna preciznost uklapanja svih njegovih radnih jedinica i posebne masti za visoke temperature. Pa, dimenzije … komora za izgaranje nije potrebna. Stirling ne može živjeti bez nje! A ovo je dodatni volumen i sustav 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 unutarnjim izgaranjem. 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 mogućnosti za Stirlingove generatore energije pogonjene nuklearnim i radioizotopskim izvorima topline. Takav styling, zajedno s električnim generatorom, posebno se planira koristiti 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 s drugog motora, tada će raditi kao rashladni stroj (obrnuti Stirlingov ciklus), a ti su se strojevi pokazali vrlo učinkovitima za proizvodnju ukapljenih plinova.
Pa, sada, budući da imamo vojno mjesto, napominjemo 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 omogućuje da ostanu pod vodom do 20 dana. Danas sve podmornice švedske mornarice imaju motore za miješanje, a švedski su brodograditelji razradili izvornu 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 napominje se da imaju vrlo nisku razinu 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.
A ovako izgleda styling studenta državnog sveučilišta Penza Nikolaja Sheveleva.
E, sad dosta o tome kakvu … "lošu mladost" imamo. 1. rujna dolazim studentima - budućim inženjerima strojarstva, postavljam im tradicionalna pitanja, ono što čitaju (praktički ništa!), Ono što im se sviđa (s ovim situacija nije puno bolja, ali uglavnom su noge zauzete, ne glava!), Koji su tehnički časopisi poznati - "Mladi tehničar", "Dizajner modela", "Znanost i tehnologija", "Popularna mehanika" … (nema!), a onda mi jedan student kaže da je on zaljubljenik u motore. Jedan u 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 napravio nešto puno učinkovitije. Ja kažem: "Donesite!" - i on je donio. "Opišite kako ste to učinili!" - i opisao je, a meni se njegov "esej" toliko svidio da ga ovdje iznosim bez ikakvih izmjena i skraćenica.
Početak rada je "kreativni kaos".
“Uvijek mi se sviđala tehnologija, ali posebno motori. Bavim se održavanjem, popravkom i prilagodbom s velikim interesom. Saznavši za Stirlingov motor, bio sam fasciniran njime kao nijedan drugi motor. Svijet stylinga toliko je raznolik i velik da je jednostavno nemoguće opisati sve moguće mogućnosti za njegovu izvedbu. Nijedan drugi motor neće dati takvu raznolikost u smislu dizajna, a što je najvažnije, mogućnosti da ga sami napravite.
Imao sam ideje da napravim model motora od limenke i drugih improviziranih sredstava, ali nije bilo u mojim pravilima da se radi "bilo kako i od onoga što je dobio". Stoga sam odlučio ozbiljno pristupiti ovom zadatku, za početak s teoretskom pripremom. Proučavao sam literaturu na Internetu, ali pretraživanje nije donijelo željeni rezultat: pregledni članci i video zapisi, nedostatak crteža za modele ovog motora. Gotovi modeli prodani su po previsokoj cijeni. Osim toga, velika želja da sve napravite sami, shvatite princip rada, otklonite pogreške i provedete testove, dobijete koristan rad od ovog motora i čak pokušate pronaći njegovu uporabu u gospodarstvu.
"Okretanje posla!" (Pametan student, cijeli proces rada snimio je kao uspomenu. Sadašnji, građanin, dokumentarni fotografski dokazi … i evo ih!)
Pitao sam po forumima, a oni su sa mnom podijelili literaturu. Bila je to knjiga "Stirlingovi motori" (Autori: G. Ryder i C. Hooper). Odražava cijelu povijest ove vrste gradnje motora, zašto je brzi razvoj stao 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 htjela sam vježbati. Naravno, nije bilo crteža modela garaža, kao ni na Internetu, pa, naravno, osim modela iz limenke i pjenaste gume.
Na moju veliku sreću, osoba koja je prodala modele za styling objavila je tečaj o izradi takvih modela, stavio ga je u to vrijeme za 20 dolara, napisao sam mu i platio tečaj. Nakon što sam pogledao sve video zapise, u svakom od kojih je objasnio određenu vrstu stylinga, odlučio sam napraviti točno visokotemperaturni styling gama tipa. Budući da me zainteresirao 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. No nigdje nisu bile dostupne veličine autorovih motora, samo otprilike omjer veličina čvorova.
I sam živim na selu, moglo bi se reći u predgrađu, majka mi je računovođa, a otac stolar, pa je bilo nekako neprimjereno obratiti im se za savjet o izgradnji motora. I za pomoć sam se obratio susjedu, Genadiju Valentinoviču, koji je radio u sada urušenoj tvornici KZTM u Kuznjecku.
Općenito, sljedećeg dana Gennady Valentinovich mi je donio aluminijsku prazninu duljine oko 1 m i promjera oko 50 mm. Bio sam jako sretan, otpilio mi je praznine koje sam trebao, a sljedeći dan sam otišao u školu kako bih pokušao izoštriti grijač i hladnjak za svoj motor s unutarnjim izgaranjem. Oštrio sam na strugu za vježbanje (na kojem je radio djed Lenjin).
Naravno, tu nije bilo točnosti, vanjski dio grijača pokazao se sasvim 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 što dalje učiniti … Imala je sreću da je moja majka u to vrijeme radila kao računovođa u privatnom poduzeću, koje je bilo nekadašnje automehaničarsko postrojenje. Valery Aleksandrovich (direktor ove tvornice) pokazao se kao divna osoba i puno mi je pomogao, već sam dobio profesionalni sovjetski stroj i tokar koji mi je pomogao. Stvari su krenule zabavnije, a doslovno tjedan dana kasnije, gotovo sve je bilo spremno, započela je montaža motora. Bilo je zanimljivih trenutaka u izgradnji, na primjer: osovina, na koju je pritisnut zamašnjak, predana je radionici precizne mehanike u drugom pogonu (kako bi se dobila potrebna točnost za ležajeve); hladnjak je naoštren na tokarilici, a mjesta za pričvršćivače izrađena su glodalicom, zamašnjak je mljeven na brusilici. To mi je bilo jako zanimljivo i uzbudljivo. Radnici u tvornici mislili su da sam student i pišem nekakav znanstveni rad. Sjedio sam u tvornici do kasno navečer i dovezli 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 postolja je tijekom ispitivanja izgorio.
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 doći do njega, zamoliti ga da počne. Gennady Valentinovich se vozio pokazati styling svom djelu, svi su bili jako zainteresirani, 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 znanstvenog i tehnološkog napretka. Izbrojao sam ukupan broj učenika i shvatio da … ne treba se previše brinuti. S ljudima poput Nikolaja napredak će nam i dalje biti zajamčen!
