Turbínový motor s vnějším spalováním. Stirlingův spalovací motor

20.10.2019

V motorech vnější spalování proces spalování paliva a zdroj tepelného vlivu jsou odděleny od pracovního zařízení. Tato kategorie obvykle zahrnuje parní a plynové turbíny a také Stirlingovy motory. První prototypy takových instalací byly zkonstruovány před více než dvěma stoletími a používaly se téměř po celé 19. století.

Když rychle se rozvíjející průmysl potřeboval výkonné a hospodárné elektrárny, přišli konstruktéři s náhradou výbušných parních strojů, kde pracovní tekutinou byla pára pod vysokým tlakem. Tak se objevily motory s vnějším spalováním, které se rozšířily na počátku 19. století. Jen o několik desetiletí později byly nahrazeny spalovacími motory. Stojí výrazně méně, a proto byly široce používány.

Ale dnes se konstruktéři stále více zaměřují na motory s vnějším spalováním, které vypadly z rozšířeného používání. Je to dáno jejich přednostmi. Hlavní výhodou je, že taková zařízení nevyžadují vysoce čisté a drahé palivo.

Motory s vnějším spalováním jsou nenáročné, i když jejich konstrukce a údržba jsou stále poměrně drahé.

Stirlingův motor

Jedním z nejznámějších zástupců rodiny spalovacích motorů je Stirlingův motor. Byl vynalezen v roce 1816, několikrát vylepšen, ale následně dlouho byl nezaslouženě zapomenut. Nyní se Stirlingův motor dočkal znovuzrození. S úspěchem se používá i při průzkumu vesmíru.

Provoz Stirlingova stroje je založen na uzavřeném termodynamickém cyklu. Probíhají zde periodické procesy komprese a expanze při různých teplotách. Pracovní tok je řízen změnou jeho objemu.

Stirlingův motor může pracovat jako tepelné čerpadlo, tlakový generátor nebo chladicí zařízení.

V tomto motoru se plyn při nízkých teplotách stlačuje a při vysokých teplotách expanduje. K periodickým změnám parametrů dochází díky použití speciálního pístu, který má funkci vytlačovače. Teplo je v tomto případě přiváděno do pracovní kapaliny zvenčí přes stěnu válce. Tato funkce dává právo

Stirlingův motor, jehož princip činnosti je kvalitativně odlišný od běžného spalovacího motoru, mu kdysi představoval důstojného konkurenta. Na nějakou dobu na něj však zapomněli. Jak se dnes tento motor používá, jaký je princip jeho fungování (v článku najdete i nákresy Stirlingova motoru, názorně demonstrující jeho fungování) a jaké jsou vyhlídky na použití v budoucnu, se dočtete níže.

Příběh

V roce 1816 ve Skotsku nechal Robert Stirling patentovat to, co je dnes pojmenováno po svém vynálezci. První horkovzdušné motory byly vynalezeny ještě před ním. Stirling ale do zařízení přidal čističku, která se v odborné literatuře nazývá regenerátor, neboli výměník tepla. Díky ní se zvýšil výkon motoru při zachování tepla agregátu.

Motor byl uznán jako nejodolnější parní stroj těch, které byly v té době k dispozici, protože nikdy nevybuchla. Předtím se tento problém často vyskytoval u jiných motorů. Navzdory rychlému úspěchu byl jeho vývoj na počátku dvacátého století opuštěn, protože se stal méně ekonomickým ve srovnání s jinými spalovacími motory a elektromotory, které se v té době objevily. Stirling se však v některých odvětvích stále používal.

Motor s vnějším spalováním

Princip činnosti všech tepelných motorů spočívá v tom, že k výrobě plynu v expandovaném stavu jsou zapotřebí větší mechanické síly než při stlačování studeného. Chcete-li to jasně demonstrovat, můžete provést experiment se dvěma pánvemi naplněnými studenou a horkou vodou a lahví. Ten se ponoří do studené vody, ucpe se zátkou a poté se přenese do horké vody. V tomto případě začne plyn v láhvi vykonávat mechanickou práci a vytlačit korek. První spalovací motor byl zcela založen na tomto procesu. Později však vynálezce zjistil, že část tepla lze využít k vytápění. Produktivita se tedy výrazně zvýšila. Ale ani to nepomohlo rozšíření motoru.

Později Erickson, inženýr ze Švédska, vylepšil design tím, že navrhl chladit a ohřívat plyn při konstantním tlaku místo objemu. V důsledku toho se mnoho kopií začalo používat pro práci v dolech, na lodích a v tiskárnách. Ukázalo se ale, že pro posádky byly příliš těžké.

Motory s vnějším spalováním od Philips

Podobné motory jsou následujících typů:

pára;
parní turbína;
Stirlingová.

Druhý typ nebyl vyvinut kvůli nízké spolehlivosti a jiným ne nejvyšším ukazatelům výkonu ve srovnání s jinými typy jednotek, které se objevily. Nicméně, Philips obnovil provoz v roce 1938. Motory se začaly používat k pohonu generátorů v neelektrifikovaných oblastech. V roce 1945 pro ně inženýři společnosti našli opačné využití: pokud hřídel roztáčí elektromotor, chlazení hlavy válců dosahuje minus sto devadesáti stupňů Celsia. Poté bylo rozhodnuto použít vylepšený Stirlingův motor v chladicích jednotkách.

Princip fungování

Motor pracuje v termodynamických cyklech, ve kterých dochází ke kompresi a expanzi při různých teplotách. V tomto případě je regulace průtoku pracovní tekutiny realizována změnou objemu (nebo tlaku - v závislosti na modelu). Toto je princip fungování většiny těchto strojů, které mohou mít různé funkce a provedení. Motory mohou být pístové nebo rotační. Stroje se svými instalacemi fungují jako tepelná čerpadla, chladničky, tlakové generátory a podobně.

Kromě toho existují motory s otevřeným cyklem, kde je řízení průtoku realizováno ventily. Říká se jim motory Erickson, kromě běžného názvu Stirling. U spalovacího motoru se užitečná práce provádí po předběžném stlačení vzduchu, vstřiku paliva, zahřátí výsledné směsi smíchané se spalováním a expanzi.

Stirlingův motor pracuje na stejném principu: komprese nastává při nízkých teplotách a expanze nastává při vysokých teplotách. Vytápění se však provádí jinak: teplo se dodává stěnou válce zvenčí. Proto dostal název motor s vnějším spalováním. Stirling používal periodické změny teploty s výtlačným pístem. Ten přenáší plyn z jedné dutiny válce do druhé. Na jedné straně je teplota neustále nízká a na druhé straně vysoká. Když se píst pohybuje nahoru, plyn se pohybuje z horké do studené dutiny a směrem dolů se vrací do horké dutiny. Za prvé, plyn dává hodně tepla do lednice a pak z ohřívače dostává stejné množství, jako dal. Mezi ohřívač a chladničku je umístěn regenerátor - dutina vyplněná materiálem, kterému plyn předává teplo. Když se průtok obrátí, regenerátor jej vrátí.

Vytlačovací systém je spojen s pracovním pístem, který za studena stlačuje plyn a za tepla umožňuje jeho expanzi. Díky kompresi při nižší teplotě dochází k užitečné práci. Celý systém prochází čtyřmi cykly s přerušovanými pohyby. Klikový mechanismus při zajištění kontinuity. Mezi fázemi cyklu proto neexistují žádné ostré hranice a Stirling se nesnižuje.

S přihlédnutím ke všemu výše uvedenému se dá předpokládat, že tento motor je pístový stroj s externím přívodem tepla, kde pracovní kapalina neopouští uzavřený prostor a nevyměňuje se. Nákresy Stirlingova motoru dobře ilustrují zařízení a princip jeho činnosti.

Detaily práce

Slunce, elektřina, jaderná energie nebo jakýkoli jiný zdroj tepla může dodávat energii Stirlingovu motoru. Principem fungování jeho těla je využívat helium, vodík nebo vzduch. Ideální cyklus má tepelnou maximální možnou účinnost třicet až čtyřicet procent. Ale s účinným regenerátorem bude schopen pracovat s vyšší účinností. Regeneraci, ohřev a chlazení zajišťují vestavěné výměníky tepla pracující bez olejů. Je třeba poznamenat, že motor vyžaduje velmi malé mazání. Průměrný tlak ve válci je obvykle od 10 do 20 MPa. Proto je vyžadován vynikající těsnící systém a schopnost dostat olej do pracovních dutin.

Srovnávací charakteristiky

Většina motorů tohoto typu, které dnes fungují, používá kapalné palivo. Současně lze snadno ovládat nepřetržitý tlak, což pomáhá snižovat emise. Absence ventilů zajišťuje tichý provoz. Výkon a hmotnost jsou srovnatelné s přeplňovanými motory a měrný výkon získaný na výstupu se vyrovná vznětovému agregátu. Rychlost a točivý moment jsou na sobě nezávislé.

Výrobní náklady motoru jsou mnohem vyšší než u spalovacího motoru. Ale při provozu je opak pravdou.

Výhody

Každý model Stirlingova motoru má mnoho výhod:

Efektivita s moderním designem může dosahovat až sedmdesáti procent.
V motoru není žádný systém vysokonapěťové zapalování, vačkový hřídel a ventily. Po celou dobu životnosti nebude potřeba seřizovat.
U Stirlingů nedochází k explozi jako u spalovacího motoru, který silně zatěžuje klikový hřídel, ložiska a ojnice.
Nemají stejný účinek, když říkají, že „motor se zastavil“.
Vzhledem k jednoduchosti zařízení je možné jej používat po dlouhou dobu.
Může pracovat se dřevem, jaderným nebo jakýmkoli jiným typem paliva.
Ke spalování dochází mimo motor.

Nedostatky

Aplikace

V současné době se Stirlingův motor s generátorem používá v mnoha oborech. Toto je univerzální zdroj elektrická energie v ledničkách, čerpadlech, ponorkách a solárních elektrárnách. Právě díky použití různých druhů paliv je možné jej široce využívat.

renesance

Tyto motory se začaly znovu vyvíjet díky společnosti Philips. V polovině dvacátého století s ním General Motors uzavřel smlouvu. Vedla vývoj pro použití Stirlingů ve vesmíru a podvodních zařízeních, na lodích a autech. V návaznosti na ně je začala vyvíjet další firma ze Švédska United Stirling, včetně možného využití v

Dnes se lineární Stirlingův motor používá v instalacích podvodních, vesmírných a solárních vozidel. Je o ni velký zájem z důvodu aktuálnosti problematiky zhoršování životního prostředí a také kontroly hluku. V Kanadě a USA, Německu a Francii, stejně jako v Japonsku, probíhají aktivní vyhledávání za účelem rozvoje a zlepšení jeho používání.

Budoucnost

Zjevné výhody pístových a Stirlingových motorů spočívající v dlouhé životnosti, použití různých paliv, nehlučnosti a nízké toxicitě jej činí velmi slibným ve srovnání se spalovacím motorem. Avšak vzhledem k tomu, že spalovací motor byl průběžně vylepšován, nelze jej snadno přemístit. Tak či onak je to právě tento motor, který dnes zaujímá přední místo a měl by být předán brzy Nemám v úmyslu.

Exacerbace globálních problémů vyžadujících naléhavá řešení (vyčerpávání přírodních zdrojů, znečištění prostředí atd.), vedl na konci 20. století k nutnosti přijmout řadu mezinárodních a ruských legislativních aktů v oblasti ekologie, environmentálního managementu a úspor energie. Hlavní požadavky těchto zákonů jsou zaměřeny na snižování emisí CO2, úsporu zdrojů a energie, přestavbu vozidel na motorová paliva šetrná k životnímu prostředí atd.

Jedním ze slibných způsobů řešení těchto problémů je vývoj a široké zavádění systémů přeměny energie na bázi Stirlingových motorů (strojů). Princip fungování takových motorů navrhl v roce 1816 Skot Robert Stirling. Jedná se o stroje pracující v uzavřeném termodynamickém cyklu, ve kterých na různých teplotních úrovních probíhají cyklické procesy komprese a expanze a průtok pracovní tekutiny je řízen změnou jejího objemu.

Stirlingův motor je unikátní tepelný motor, protože jeho teoretický výkon je roven maximálnímu výkonu tepelných motorů (Carnotův cyklus). Funguje na principu tepelné expanze plynu, po kterém následuje stlačení plynu, jak se ochlazuje. Motor obsahuje určitý konstantní objem pracovního plynu, který se pohybuje mezi „studenou“ částí (obvykle při okolní teplotě) a „horkou“ částí, která je ohřívána spalováním různých paliv nebo jiných zdrojů tepla. Zahřívání se provádí externě, proto je Stirlingův motor klasifikován jako motor s vnějším spalováním (ECE). Vzhledem k tomu, že ve srovnání se spalovacími motory u Stirlingových motorů probíhá spalovací proces mimo pracovní válce a probíhá v rovnováze, je pracovní cyklus realizován v uzavřeném vnitřním okruhu při relativně malých rychlostech nárůstu tlaku ve válcích motoru. povaha termohydraulických procesů pracovní tekutiny vnitřního okruhu a při absenci mechanismu rozvodu plynu ventily

Je třeba poznamenat, že výroba Stirlingových motorů již začala v zahraničí, technické specifikace které jsou lepší než spalovací motory a jednotky s plynovou turbínou (GTU). Stirlingovy motory od Philips, STM Inc., Daimler Benz, Solo a United Stirling s výkonem od 5 do 1200 kW tak mají účinnost. více než 42 %, životnost více než 40 tisíc hodin a měrná hmotnost od 1,2 do 3,8 kg/kW.

Ve světových recenzích technologie přeměny energie je Stirlingův motor považován za nejslibnější v 21. století. Nízká hlučnost, nízká toxicita výfukových plynů, pracovní schopnost různá paliva, skvělý zdroj, dobré vlastnosti točivý moment – to vše dělá Stirlingovy motory konkurenceschopnější ve srovnání se spalovacími motory.

Kde lze Stirlingovy motory použít?

Autonomní elektrárny se Stirlingovými motory (Stirlingovy generátory) najdou uplatnění v oblastech Ruska, kde nejsou zásoby tradičních energetických zdrojů – ropy a plynu. Jako palivo lze použít rašelinu, dřevo, břidlice, bioplyn, uhlí, odpad zemědělství a dřevozpracujícím průmyslem. V důsledku toho problém s dodávkami energie v mnoha regionech zmizí.

Takové elektrárny jsou šetrné k životnímu prostředí, protože koncentrace škodlivé látky ve spalinách je téměř o dva řády nižší než u dieselových elektráren. Stirlingovy generátory lze proto instalovat v těsné blízkosti spotřebiče, čímž se eliminují ztráty při přenosu elektřiny. 100 kW generátor může poskytnout elektřinu a teplo komukoli lokalita s počtem obyvatel více než 30-40 lidí.

Autonomní elektrárny se Stirlingovými motory najdou široké uplatnění v ropném a plynárenském průmyslu Ruské federace při rozvoji nových polí (zejména v podmínkách Dálného severu a šelfu Arktidy, kde je potřeba seriózní dodávka energie pro průzkumné, vrtací, svářečské a jiné práce). Jako palivo zde lze použít nerafinované palivo. zemní plyn, související ropný plyn a plynový kondenzát.

Nyní se v Ruské federaci ročně ztrácí až 10 miliard metrů krychlových. m přidruženého plynu. Sběr je obtížný a nákladný, nelze jej použít jako motorové palivo pro spalovací motory pro jeho neustále se měnící frakční složení. Aby plyn neznečišťoval atmosféru, jednoduše se spálí. Zároveň jeho použití jako motorového paliva poskytne významný ekonomický efekt.

V systémech automatizace, komunikace a katodové ochrany na hlavních plynovodech je vhodné používat elektrárny o výkonu 3-5 kW. A výkonnější (od 100 do 1000 kW) jsou pro zásobování elektřinou a teplem pro velké směnné tábory pro pracovníky s plynem a naftou. Jednotky nad 1 000 kW lze použít na pevninských a pobřežních vrtných místech v ropném a plynárenském průmyslu.

Problémy vytváření nových motorů

Motor, navržený samotným Robertem Stirlingem, měl výrazné hmotnostní a rozměrové charakteristiky a nízkou účinnost. Vzhledem ke složitosti procesů v takovém motoru, spojené s nepřetržitým pohybem pístů, vyvinul první zjednodušený matematický aparát až v roce 1871 pražský profesor G. Schmidt. Metoda výpočtu, kterou navrhl, byla založena na ideálním modelu Stirlingova cyklu a umožnila vytvářet motory s účinností. až 15 %. Teprve v roce 1953 holandská společnost Společnost Philips vytvořila první vysoce účinné Stirlingovy motory, které svým výkonem převyšují spalovací motory.

V Rusku byly pokusy o vytvoření domácích Stirlingových motorů několikrát, ale nebyly úspěšné. Existuje několik hlavních problémů, které brání jejich rozvoji a širokému použití.

V prvé řadě se jedná o vytvoření adekvátního matematického modelu navrženého Stirlingova stroje a odpovídající metodu výpočtu. Složitost výpočtu je dána složitostí implementace termodynamického Stirlingova cyklu v skutečná auta, v důsledku nestability výměny tepla a hmoty ve vnitřním okruhu - v důsledku nepřetržitého pohybu pístů.

Nedostatek adekvátního matematické modely a metody výpočtu - hlavním důvodem selhání řady zahraničních i domácích podniků při vývoji obou motorů a chladicí stroje Stirlingová. Bez přesného matematické modelování Jemné ladění navržených strojů se promění v mnoho let vyčerpávajícího experimentálního výzkumu.

Dalším problémem je vytváření struktur jednotlivé uzly, potíže s těsněním, regulací výkonu atd. Potíže s konstrukcí jsou způsobeny použitými pracovními kapalinami, mezi které patří helium, dusík, vodík a vzduch. Hélium má například supratekutost, což vyžaduje zvýšené požadavky na těsnicí prvky pracovních pístů atd.

Třetí problém je vysoká úroveň výrobní technologie, nutnost použití žáruvzdorných slitin a kovů, nové metody svařování a pájení.

Samostatnou záležitostí je výroba regenerátoru a jeho trysky pro zajištění na jedné straně vysoké tepelné kapacity a na straně druhé nízký hydraulický odpor.

Domácí vývoj Stirlingových strojů

V současné době Rusko nashromáždilo dostatečný vědecký potenciál k vytvoření vysoce účinných Stirlingových motorů. Významných výsledků bylo dosaženo ve Stirling Technologies Innovation and Research Center LLC. Specialisté provedli teoretické a experimentální studie s cílem vyvinout nové metody pro výpočet vysoce účinných Stirlingových motorů. Hlavní oblasti práce souvisejí s využitím Stirlingových motorů v kogeneračních zařízeních a systémech pro využití tepla výfukových plynů, např. v mini-CHP. Výsledkem byly vývojové metody a prototypy 3 kW motorů.

Zvláštní pozornost byla při výzkumu věnována vývoji jednotlivých komponentů Stirlingových strojů a jejich konstrukci, jakož i tvorbě nových schémata zapojení instalace pro různé funkční účely. Navržená technická řešení s přihlédnutím ke skutečnosti, že Stirlingovy stroje jsou méně nákladné na provoz, umožňují zvýšení ekonomická účinnost použití nových motorů ve srovnání s tradičními měniči energie.

Výroba Stirlingových motorů je ekonomicky proveditelná vzhledem k prakticky neomezené poptávce po ekologických a vysoce účinných energetických zařízeních jak v Rusku, tak v zahraničí. Bez účasti a podpory státu a velkého byznysu však nelze problém jejich masové výroby v plném rozsahu vyřešit.

Jak pomoci výrobě Stirlingových motorů v Rusku?

Je zřejmé, že inovační činnost (zejména vývoj základních inovací) je komplexním a rizikovým typem ekonomické činnosti. Proto by se měl zejména při startu spoléhat na mechanismus státní podpory s následným přechodem na běžné tržní podmínky.

Mechanismus pro vytvoření rozsáhlé výroby Stirlingových strojů a systémů pro přeměnu energie na nich založených v Rusku by mohl zahrnovat:
- přímé sdílené rozpočtové financování inovativních projektů na strojích Stirling;
- nepřímá podpůrná opatření prostřednictvím osvobození produktů vyrobených v rámci Stirlingových projektů od DPH a dalších daní na federální a regionální úrovni po dobu prvních dvou let, jakož i poskytnutím daňového dobropisu na tyto produkty na další 2–3 roky (s přihlédnutím k tomu, že náklady na vývoj je nevhodné zahrnout zásadně nový výrobek do jeho ceny, tedy do nákladů výrobce nebo spotřebitele);
- vyloučení příspěvku podniku na financování projektů Stirling ze základu daně z příjmu.

V budoucnu, ve fázi udržitelného prosazování energetických zařízení na bázi Stirlingových strojů na domácím i zahraničním trhu, může být doplnění kapitálu pro rozšíření výroby, technické dovybavení a podpora dalších projektů na výrobu nových typů zařízení. provádí prostřednictvím zisků a prodeje akcií úspěšně rozvinuté výroby, úvěrových zdrojů komerčních bank, stejně jako přilákání zahraničních investic.

Lze předpokládat, že díky přítomnosti technologické základny a nahromaděného vědeckého potenciálu v konstrukci Stirlingových strojů, s rozumnou finanční a technickou politikou, se Rusko může v blízké budoucnosti stát světovým lídrem ve výrobě nových ekologických a vysoce efektivní motory.

Motory s vnějším spalováním se začaly používat, když lidé potřebovali výkonný a ekonomický zdroj energie. Předtím se používaly parní elektrárny, ale byly výbušné, protože využívaly horkou páru pod tlakem. Na počátku 19. století je nahradily přístroje s vnějším spalováním a o pár desítek let později již známé přístroje s vnitřní spalování.

Původ zařízení

V 19. století se lidstvo potýkalo s problémem, že parní kotle příliš často explodovaly a měly také vážné konstrukční nedostatky, kvůli kterým bylo jejich použití nežádoucí. Řešení našel v roce 1816 skotský kněz Robert Stirling. Tato zařízení lze také nazvat „horkovzdušnými motory“, které se používaly již v 17. století, ale tento muž k vynálezu přidal čističku, nyní nazývanou regenerátor. Stirlingův motor s vnějším spalováním byl tedy schopen značně zvýšit produktivitu závodu, protože zadržoval teplo v teplé pracovní oblasti, zatímco byla pracovní tekutina ochlazována. Díky tomu se výrazně zvýšila provozní efektivita celého systému.

V té době byl vynález poměrně hojně využíván a byl na vzestupu, ale postupem času se přestal používat a zapomnělo se na něj. Zařízení vnějšího spalování nahradily parní elektrárny a motory, ale již známé, s vnitřním spalováním. Znovu se připomněli až ve 20. století.

Operace instalace

Princip činnosti motoru s vnějším spalováním spočívá v tom, že neustále střídá dva stupně: ohřev a chlazení pracovní tekutiny v omezeném prostoru a generování energie. Tato energie vzniká díky tomu, že objem pracovní tekutiny se neustále mění.

Nejčastěji je pracovní látkou v takových zařízeních vzduch, ale je možné použít i helium nebo vodík. Zatímco byl vynález ve stádiu vývoje, byly jako experimenty použity látky jako oxid dusičitý, freony a zkapalněný propan-butan. V některých vzorcích dokonce zkusili použít obyčejnou vodu. Za zmínku stojí, že motor s vnějším spalováním, který byl spouštěn vodou jako pracovní látkou, se vyznačoval tím, že měl poměrně vysoký měrný výkon, vysoký krevní tlak, a to samo o sobě bylo docela kompaktní.

První typ motoru. "alfa"

První použitý model byl Stirlingův Alpha. Zvláštností jeho konstrukce je, že má dva výkonové písty umístěné v samostatných válcích. Jeden z nich měl dost vysokou teplotu a bylo mu horko, druhému naopak zima. Uvnitř vysokoteplotního výměníku tepla byla dvojice horký válec-píst. Studená pára byla uvnitř tepelného výměníku při nízké teplotě.

Hlavní předností tepelných motorů s vnějším spalováním bylo, že měly vysoký výkon a objem. Teplota horké páry však byla příliš vysoká. Z tohoto důvodu se v procesu výroby takových vynálezů objevily určité technické potíže. Regenerátor tohoto zařízení je umístěn mezi teplou a studenou spojovací trubicí.

Druhý vzorek. "Beta"

Druhým vzorkem byl Stirlingův Beta model. Základy designový rozdíl bylo, že tam byl jen jeden válec. Jeden z jeho konců fungoval jako horký pár, zatímco druhý konec zůstal studený. Uvnitř tohoto válce se pohyboval píst, ze kterého bylo možné odebírat energii. Uvnitř byl také vytlačovač, který měl na starosti změnu objemu horké pracovní plochy. Toto zařízení využívalo plyn, který byl čerpán ze studené zóny do horké zóny přes regenerátor. Tento typ motoru s vnějším spalováním měl regenerátor ve formě vnějšího výměníku tepla nebo byl kombinován s výtlačným pístem.

Nejnovější model. "gama"

Nejnovější odrůda tohoto motoru se stala Stirlingovou Gamou. Tento typ se vyznačoval nejen přítomností pístu a přetlačovače, ale také tím, že jeho konstrukce již obsahovala dva válce. Stejně jako v prvním případě byl jeden z nich studený a sloužil pro vývodový hřídel. Ale druhý válec, stejně jako v předchozím případě, byl na jednom konci studený a na druhém horký. To je místo, kde se přesunul vytlačovač. V pístový motor vnější spalování mělo také regenerátor, který mohl být dvojího typu. V prvním případě byl vnější a spojoval takové konstrukční části, jako je horká zóna válce se studenou, stejně jako s prvním válcem. Druhým typem je vnitřní regenerátor. Pokud byla tato možnost použita, byla zahrnuta do návrhu přestavníku.

Použití Stirlings je oprávněné, pokud je potřeba jednoduchý a malý měnič tepelné energie. Lze jej použít i v případě, že teplotní rozdíl není dostatečně velký pro použití plynových nebo parních turbín. Stojí za zmínku, že dnes se takové vzorky začaly používat častěji. Například se používají samostatné modely pro turisty, kteří jsou schopni pracovat z plynového hořáku.

Současné využití zařízení

Zdálo by se, že tak starý vynález nelze dnes použít, ale není tomu tak. NASA objednala spalovací motor Stirlingova typu, ale jako pracovní látka musí být použity jaderné a radioizotopové zdroje tepla. Kromě toho může být také úspěšně použit pro následující účely:

Použití tohoto modelu motoru k čerpání kapaliny je mnohem jednodušší než použití běžného čerpadla. To je z velké části způsobeno tím, že samotná čerpaná kapalina může být použita jako píst. Kromě toho bude také ochlazovat pracovní kapalinu. Tento typ „čerpadla“ lze například použít k čerpání vody do zavlažovacích kanálů pomocí solárního tepla.
Někteří výrobci chladniček jsou nakloněni instalaci takových zařízení. Výrobní náklady lze snížit a jako chladivo lze použít obyčejný vzduch.
Pokud zkombinujete externí spalovací motor tohoto typu s tepelným čerpadlem, můžete optimalizovat provoz topné sítě v domě.
Stirlingy se poměrně úspěšně používají na ponorkách švédského námořnictva. Motor totiž běží na kapalný kyslík, který se následně využívá k dýchání. To je pro ponorku velmi důležité. Navíc má takové vybavení dostatečné nízká úroveň hluk. Jednotka je samozřejmě poměrně velká a vyžaduje chlazení, ale tyto dva faktory jsou nepodstatné, pokud jde o ponorku.

Výhody použití motoru

Pokud při návrhu a montáži uplatníte moderní metody, pak bude možné zvýšit účinnost spalovacího motoru na 70 %. Použití takových vzorků je doprovázeno následujícím pozitivní vlastnosti:

Překvapivě je točivý moment u takového vynálezu prakticky nezávislý na rychlosti otáčení klikového hřídele.
V tomto pohonná jednotka prvky, jako je zapalovací systém a ventilový systém. Nechybí ani vačkový hřídel.
Je docela výhodné, že po celou dobu používání nebude nutné zařízení upravovat a konfigurovat.
Tyto modely motorů nejsou schopné se zastavit. Nejjednodušší konstrukce zařízení umožňuje jeho poměrně dlouhé používání ve zcela autonomním režimu.
Jako zdroj energie lze použít téměř cokoli, od palivového dřeva po uranové palivo.
V motoru s vnějším spalováním se proces spalování látek přirozeně provádí externě. To zajišťuje úplné spálení paliva a minimalizaci množství toxických emisí.

Nedostatky

Žádný vynález samozřejmě není bez nevýhod. Pokud mluvíme o nevýhodách takových motorů, jsou následující:

Vzhledem k tomu, že ke spalování dochází mimo motor, je vzniklé teplo odváděno přes stěny chladiče. To nás nutí zvětšovat rozměry zařízení.
Spotřeba materiálu. Pro vytvoření kompaktního a efektivního modelu Stirlingova motoru je potřeba mít kvalitní žáruvzdornou ocel, která odolá vysokému tlaku a vysoké teplotě. Kromě toho musí být nízká tepelná vodivost.
Jako mazivo si budete muset koupit speciální produkt, protože ten obvyklý koksuje vysoké teploty, kterých je dosaženo v motoru.
Pro získání dostatečně vysoké hustoty výkonu bude nutné jako pracovní látku použít buď vodík nebo helium.

Vodík a helium jako palivo

Získání vysokého výkonu je samozřejmě nutné, ale musíte pochopit, že použití vodíku nebo helia je docela nebezpečné. Například vodík je sám o sobě dost výbušný a při vysokých teplotách vytváří sloučeniny zvané metalolohydrity. K tomu dochází, když se vodík rozpustí v kovu. Jinými slovy, je schopen zničit válec zevnitř.

Vodík i helium jsou navíc těkavé látky, které se vyznačují vysokou penetrační schopností. Zjednodušeně řečeno, prosakují téměř jakýmkoliv těsněním docela snadno. A ztráta látky znamená ztrátu provozního tlaku.

Rotační spalovací motor

Srdcem takového stroje je rotační expanzní stroj. U motorů s typem vnějšího spalování je tento prvek prezentován ve formě dutého válce, který je na obou stranách pokryt kryty. Samotný rotor vypadá jako kolo, které je upevněno na hřídeli. Má také určitý počet výsuvných desek ve tvaru U. K jejich prodloužení se používá speciální výsuvné zařízení.

Lukyanov motor s vnějším spalováním

Yuri Lukyanov je výzkumný pracovník na Pskovském polytechnickém institutu. Vývoji nových modelů motorů se věnuje poměrně dlouho. Vědec se snažil ujistit, že nové modely postrádají prvky jako převodovka, vačkový hřídel a výfukové potrubí. Hlavní nevýhodou Stirlingových přístrojů bylo, že byly příliš velké. Právě tento nedostatek se vědci podařilo odstranit nahrazením lopatek písty. To pomohlo několikrát snížit velikost celé konstrukce. Někteří lidé říkají, že si můžete vyrobit spalovací motor vlastníma rukama.

V loňském roce časopis, v jehož prvním čísle přivítal čtenáře A. Einstein, splněno 85 let.

Malý redakční tým pokračuje ve vydávání IR, jehož čtenáři je vám ctí být. I když je to rok od roku těžší. Již dávno, na začátku nového století, musela redakční rada opustit své rodné bydliště na ulici Myasnitskaya. (No, opravdu, toto je místo pro banky, ne pro nějaké skupiny vynálezců). Nám to však pomohlo Yu.Maslyukov(v té době předseda Výboru Státní dumy Federálního shromáždění Ruské federace pro průmysl) přesun do NIIAA u stanice metra Kalužskaja. Navzdory přísnému dodržování smluvních podmínek redakční radou a včasnému placení nájemného a inspirativnímu vyhlášení kurzu pro inovace ze strany prezidenta a vlády Ruské federace nás nový ředitel NIIAA informoval o vystěhování redakční rada „kvůli výrobním potřebám“. A to při téměř 8násobném poklesu počtu zaměstnanců NIIAA a tomu odpovídajícímu uvolnění prostoru, a to i přesto, že plocha zabraná redakcí netvořila ani setinu procenta z rozlehlých ploch NIIAA.

Přivítalo nás MIREA, kde jsme posledních pět let. Dvakrát se stěhovat je totéž jako jednou spálit, říká se. Ale redaktoři se drží a budou držet, dokud to půjde. A může existovat tak dlouho jako časopis "Vynálezce a inovátor"číst a psát.

Ve snaze oslovit informacemi větší počet zájemců jsme aktualizovali webové stránky časopisu, které jsou podle našeho názoru informativnější. Digitalizujeme publikace z minulých let, počínaje 1929 rok - doba založení časopisu. Vydáváme elektronickou verzi. Hlavní je ale papírové vydání IR.

Bohužel, počet předplatitelů, jediný finanční základ existence IR, organizací i jednotlivců, klesá. A mé četné dopisy o podpoře časopisu vládním představitelům různých úrovní (oba prezidenti Ruské federace, premiéři, oba moskevští starostové, oba gubernátoři Moskevské oblasti, gubernátor mého rodného Kubáně, šéfové největších ruských společností ) nepřinesl žádné výsledky.

V souvislosti s výše uvedeným by Vás, naše čtenáře, chtěla Redakce požádat: pokud je to možné, časopis samozřejmě podpořte. Potvrzení, kterým můžete převádět peníze na zákonem stanovenou činnost, tedy vydávání časopisu, je zveřejněno níže.

Související články: