Motor cu ardere externă cu turbină. Motor Stirling cu ardere externă

La motoare ardere externă procesul de ardere a combustibilului și sursa de influență termică sunt separate de instalația de lucru. Această categorie include de obicei turbinele cu abur și gaz, precum și motoarele Stirling. Primele prototipuri ale unor astfel de instalații au fost construite cu mai bine de două secole în urmă și au fost folosite aproape pe tot parcursul secolului al XIX-lea.

Când o industrie în dezvoltare rapidă avea nevoie de centrale electrice puternice și economice, designerii au venit cu un înlocuitor pentru motoarele cu abur explozive, în care fluidul de lucru era abur sub presiune înaltă. Așa au apărut motoarele cu ardere externă, care s-au răspândit la începutul secolului al XIX-lea. Doar câteva decenii mai târziu au fost înlocuite cu motoare cu ardere internă. Costă mult mai puțin, motiv pentru care au fost utilizate pe scară largă.

Dar astăzi, designerii se uită din ce în ce mai îndeaproape la motoarele cu ardere externă care au căzut din utilizarea pe scară largă. Acest lucru se datorează avantajelor lor. Principalul avantaj este că astfel de instalații nu necesită combustibil foarte purificat și scump.

Motoarele cu ardere externă sunt nepretențioase, deși construcția și întreținerea lor sunt încă destul de costisitoare.

Motor Stirling

Unul dintre cei mai cunoscuți reprezentanți ai familiei de motoare cu ardere externă este motorul Stirling. A fost inventat în 1816, îmbunătățit de mai multe ori, dar ulterior pentru o lungă perioadă de timp a fost uitat nemeritat. Acum motorul Stirling a primit o renaștere. Este folosit cu succes chiar și în explorarea spațiului.

Funcționarea mașinii Stirling se bazează pe un ciclu termodinamic închis. Procese periodice de compresie și expansiune au loc aici la diferite temperaturi. Fluxul de lucru este controlat prin modificarea volumului acestuia.

Motorul Stirling poate funcționa ca pompă de căldură, generator de presiune sau dispozitiv de răcire.

În acest motor, la temperaturi scăzute, gazul este comprimat, iar la temperaturi ridicate, se dilată. Modificările periodice ale parametrilor apar prin utilizarea unui piston special care are o funcție de deplasare. În acest caz, căldura este furnizată fluidului de lucru din exterior, prin peretele cilindrului. Această caracteristică oferă dreptul

Motorul Stirling, al cărui principiu de funcționare este diferit calitativ de motorul obișnuit cu ardere internă, a constituit cândva un concurent demn al acestuia din urmă. Cu toate acestea, de ceva vreme au uitat de el. Cum este utilizat acest motor astăzi, care este principiul funcționării acestuia (în articol puteți găsi și desene ale motorului Stirling, care demonstrează clar funcționarea acestuia) și care sunt perspectivele de utilizare în viitor, citiți mai jos.

Poveste

În 1816, în Scoția, Robert Stirling a brevetat ceea ce astăzi poartă numele inventatorului său. Primele motoare cu aer cald au fost inventate chiar înaintea lui. Dar Stirling a adăugat dispozitivului un purificator, care în literatura tehnică se numește regenerator sau schimbător de căldură. Datorită acesteia, performanța motorului a crescut, menținând unitatea caldă.

Motorul a fost recunoscut drept cel mai durabil motor cu abur dintre cele disponibile la acel moment, deoarece nu a explodat niciodată. Înainte de aceasta, această problemă a apărut adesea pe alte motoare. În ciuda succesului său rapid, dezvoltarea sa a fost abandonată la începutul secolului al XX-lea, deoarece a devenit mai puțin economică în comparație cu alte motoare cu ardere internă și motoare electrice care au apărut la acea vreme. Cu toate acestea, Stirling a continuat să fie folosit în unele industrii.

Motor cu ardere externă

Principiul de funcționare al tuturor motoarelor termice este că pentru a produce gaz în stare expandată, sunt necesare forțe mecanice mai mari decât la comprimarea unuia rece. Pentru a demonstra clar acest lucru, puteți efectua un experiment cu două tigăi umplute cu apă rece și fierbinte, precum și o sticlă. Acesta din urmă este scufundat în apă rece, astupat cu un dop, apoi transferat în apă fierbinte. În acest caz, gazul din sticlă va începe să efectueze lucrări mecanice și să împingă dopul. Primul motor cu ardere externă sa bazat în întregime pe acest proces. Cu toate acestea, mai târziu, inventatorul și-a dat seama că o parte din căldură poate fi folosită pentru încălzire. Astfel, productivitatea a crescut semnificativ. Dar nici acest lucru nu a ajutat motorul să se răspândească.

Mai târziu, Erickson, un inginer din Suedia, a îmbunătățit designul propunând răcirea și încălzirea gazului la presiune constantă în loc de volum. Ca urmare, multe exemplare au început să fie folosite pentru lucrări în mine, pe nave și în tipografii. Dar s-au dovedit a fi prea grele pentru echipaje.

Motoare cu ardere externă de la Philips

Motoarele similare sunt de următoarele tipuri:

• aburi;
• turbină cu abur;
• Stirling.

Acest din urmă tip nu a fost dezvoltat din cauza fiabilității scăzute și a altor indicatori de performanță nu cei mai înalți în comparație cu alte tipuri de unități care au apărut. Cu toate acestea, Philips și-a reluat operațiunile în 1938. Motoarele au început să fie folosite pentru a conduce generatoare în zone neelectrificate. În 1945, inginerii companiei le-au găsit o utilizare inversă: dacă arborele este rotit de un motor electric, răcirea chiulasei ajunge la minus o sută nouăzeci de grade Celsius. Apoi s-a decis să se utilizeze un motor Stirling îmbunătățit în unitățile frigorifice.

Principiul de funcționare

Motorul funcționează în cicluri termodinamice, în care compresia și dilatarea au loc la temperaturi diferite. În acest caz, reglarea debitului fluidului de lucru se realizează datorită modificării volumului (sau presiunii - în funcție de model). Acesta este principiul de funcționare al majorității acestor mașini, care pot avea diferite funcții și design-uri. Motoarele pot fi cu piston sau rotative. Mașinile cu instalațiile lor funcționează ca pompe de căldură, frigidere, generatoare de presiune și așa mai departe.

În plus, există motoare cu ciclu deschis, unde controlul debitului este realizat prin supape. Ele sunt numite motoare Erickson, pe lângă denumirea comună Stirling. Într-un motor cu ardere internă, lucrările utile sunt efectuate după comprimarea preliminară a aerului, injecția de combustibil, încălzirea amestecului rezultat amestecat cu ardere și expansiune.

Motorul Stirling funcționează pe același principiu: compresia are loc la temperaturi scăzute, iar expansiunea are loc la temperaturi ridicate. Dar încălzirea se realizează diferit: căldura este furnizată prin peretele cilindrului din exterior. De aceea a primit numele de motor cu ardere externă. Stirling a folosit schimbări periodice de temperatură cu un piston de deplasare. Acesta din urmă mută gazul dintr-o cavitate a cilindrului în alta. Pe de o parte, temperatura este constant scăzută, iar pe de altă parte, ridicată. Când pistonul se mișcă în sus, gazul se deplasează din cavitatea caldă în cea rece, iar în jos revine în cavitatea fierbinte. În primul rând, gazul dă multă căldură frigiderului, iar apoi de la încălzitor primește aceeași cantitate pe care a dat-o. Între încălzitor și frigider este plasat un regenerator - o cavitate umplută cu material căruia gazul eliberează căldură. Când fluxul se inversează, regeneratorul îl returnează.

Sistemul de deplasare este conectat la un piston de lucru, care comprimă gazul când este rece și îi permite să se extindă când este cald. Datorită compresiei la o temperatură mai scăzută, apare o muncă utilă. Întregul sistem trece prin patru cicluri cu mișcări intermitente. Mecanism manivelă asigurând totodată continuitatea. Prin urmare, nu există granițe clare între etapele ciclului, iar Stirling nu scade.

Având în vedere toate cele de mai sus, concluzia sugerează că acest motor este o mașină cu piston cu alimentare externă de căldură, în care fluidul de lucru nu părăsește spațiul închis și nu este înlocuit. Desenele motorului Stirling ilustrează bine dispozitivul și principiul funcționării acestuia.

Detalii de lucru

Soarele, electricitatea, energia nucleară sau orice altă sursă de căldură pot furniza energie motorului Stirling. Principiul de funcționare al corpului său este să folosească heliu, hidrogen sau aer. Un ciclu ideal are o eficiență termică maximă posibilă de treizeci până la patruzeci de procente. Dar cu un regenerator eficient, acesta va putea funcționa cu o eficiență mai mare. Regenerarea, încălzirea și răcirea sunt asigurate de schimbătoare de căldură încorporate care funcționează fără uleiuri. Trebuie remarcat faptul că motorul necesită foarte puțină lubrifiere. Presiunea medie în cilindru este de obicei de la 10 la 20 MPa. Prin urmare, sunt necesare un sistem de etanșare excelent și capacitatea de a introduce ulei în cavitățile de lucru.

Caracteristici comparative

Majoritatea motoarelor de acest tip care funcționează astăzi folosesc combustibil lichid. În același timp, presiunea continuă este ușor de controlat, ceea ce ajută la reducerea emisiilor. Absența supapelor asigură functionare silentioasa. Puterea și greutatea sunt comparabile cu motoarele turbo, iar puterea specifică obținută la ieșire este egală cu cea a unei unități diesel. Viteza și cuplul sunt independente unul de celălalt.

Costurile de producție ale unui motor sunt mult mai mari decât cele ale unui motor cu ardere internă. Dar în timpul funcționării este adevărat opusul.

Avantaje

Orice model de motor Stirling are multe avantaje:

• Eficiența cu designul modern poate ajunge până la șaptezeci la sută.
• Nu există sistem în motor aprindere de înaltă tensiune, arbore cu cameși supape. Nu va trebui ajustat pe toată durata de viață.
• Stirling-urile nu au aceeași explozie ca la un motor cu ardere internă, care încarcă puternic arborele cotit, rulmenții și bielele.
• Nu au același efect când spun că „motorul s-a oprit”.
• Datorită simplității dispozitivului, acesta poate fi folosit pentru o perioadă lungă de timp.
• Poate funcționa cu lemn, nuclear sau orice alt tip de combustibil.
• Arderea are loc în afara motorului.

Defecte

Aplicație

În prezent, motorul Stirling cu generator este folosit în multe domenii. Aceasta este o sursă universală energie electricaîn frigidere, pompe, submarine și centrale solare. Datorită utilizării diferitelor tipuri de combustibil, este posibil să îl utilizați pe scară largă.

Renaştere

Aceste motoare au început să se dezvolte din nou datorită Philips. La mijlocul secolului XX, General Motors a încheiat un acord cu acesta. Ea a condus dezvoltări pentru utilizarea Stirling-urilor în dispozitive spațiale și subacvatice, pe nave și mașini. În urma acestora, o altă companie din Suedia, United Stirling, a început să le dezvolte, inclusiv posibilă utilizare în

Astăzi, motorul liniar Stirling este utilizat în instalațiile vehiculelor subacvatice, spațiale și solare. Există un mare interes în ea datorită relevanței problemelor de degradare a mediului, precum și a controlului zgomotului. În Canada și SUA, Germania și Franța, precum și Japonia, sunt în curs de desfășurare căutări active pentru dezvoltarea și îmbunătățirea utilizării acestuia.

Viitor

Avantajele evidente pe care le au motoarele cu piston și Stirling, constând într-o durată lungă de viață, utilizarea diferiților combustibili, zgomot și toxicitate scăzută, îl fac foarte promițător în comparație cu motorul cu ardere internă. Cu toate acestea, având în vedere că motorul cu ardere internă a fost îmbunătățit de-a lungul timpului, acesta nu poate fi deplasat cu ușurință. Într-un fel sau altul, tocmai acest motor ocupă astăzi o poziție de lider și ar trebui predat curând Nu am de gând.

Exacerbarea problemelor globale care necesită soluții urgente (epuizarea resurselor naturale, poluare mediu etc.), a condus la sfârșitul secolului al XX-lea la necesitatea adoptării unui număr de acte legislative internaționale și rusești în domeniul ecologiei, managementului mediului și economisirii energiei. Principalele cerințe ale acestor legi vizează reducerea emisiilor de CO2, conservarea resurselor și a energiei, transformarea vehiculelor în combustibili ecologici etc.

Una dintre modalitățile promițătoare de a rezolva aceste probleme este dezvoltarea și implementarea pe scară largă a sistemelor de conversie a energiei bazate pe motoare (mașini) Stirling. Principiul de funcționare a unor astfel de motoare a fost propus în 1816 de către scoțianul Robert Stirling. Acestea sunt mașini care funcționează într-un ciclu termodinamic închis, în care procesele ciclice de compresie și expansiune au loc la diferite niveluri de temperatură, iar debitul fluidului de lucru este controlat prin modificarea volumului acestuia.

Motorul Stirling este un motor termic unic deoarece puterea sa teoretică este egală cu puterea maximă a motoarelor termice (ciclul Carnot). Funcționează prin dilatarea termică a gazului, urmată de comprimarea gazului pe măsură ce se răcește. Motorul conține un anumit volum constant de gaz de lucru, care se deplasează între o parte „rece” (de obicei la temperatura ambiantă) și o parte „fierbintă”, care este încălzită prin arderea diverșilor combustibili sau a altor surse de căldură. Încălzirea se realizează extern, astfel încât motorul Stirling este clasificat ca motor cu ardere externă (ECE). Deoarece, în comparație cu motoarele cu ardere internă, la motoarele Stirling procesul de ardere are loc în afara cilindrilor de lucru și se desfășoară în echilibru, ciclul de lucru se realizează într-un circuit intern închis la rate relativ mici de creștere a presiunii în cilindrii motorului, natura proceselor termo-hidraulice ale fluidului de lucru al circuitului intern și în absența unui mecanism de distribuție a gazului supape

Trebuie remarcat faptul că producția de motoare Stirling a început deja în străinătate, specificatii tehnice care sunt superioare motoarelor cu ardere internă și turbinelor cu gaz (GTU). Astfel, motoarele Stirling de la Philips, STM Inc., Daimler Benz, Solo și United Stirling cu o putere de la 5 la 1200 kW au randament. peste 42%, durata de viață de peste 40 de mii de ore și greutate specifică de la 1,2 la 3,8 kg/kW.

În recenziile mondiale ale tehnologiei de conversie a energiei, motorul Stirling este considerat cel mai promițător din secolul 21. Nivel scăzut de zgomot, toxicitate scăzută a gazelor de eșapament, capacitate de lucru diverși combustibili, mare resursă, caracteristici bune cuplu - toate acestea fac motoarele Stirling mai competitive în comparație cu motoarele cu ardere internă.

Unde pot fi folosite motoarele Stirling?

Centralele autonome cu motoare Stirling (generatoare Stirling) pot găsi aplicații în regiunile Rusiei unde nu există rezerve de resurse energetice tradiționale - petrol și gaze. Turba, lemnul, șistul, biogazul, cărbunele, deșeurile pot fi folosite drept combustibil agriculturăși industria de prelucrare a lemnului. În consecință, problema aprovizionării cu energie în multe regiuni dispare.

Astfel de centrale electrice sunt prietenoase cu mediul, deoarece concentrația substanțe nociveîn produsele de ardere este cu aproape două ordine de mărime mai mică decât cea a centralelor diesel. Prin urmare, generatoarele Stirling pot fi instalate în imediata apropiere a consumatorului, ceea ce va elimina pierderile în transportul energiei electrice. Un generator de 100 kW poate furniza energie electrică și căldură oricui localitate cu o populaţie de peste 30-40 de persoane.

Centralele autonome cu motoare Stirling vor găsi o largă aplicație în industria petrolului și gazelor din Federația Rusă în timpul dezvoltării de noi câmpuri (în special în condițiile din nordul îndepărtat și raftul mărilor arctice, unde este nevoie de o sursă serioasă de energie pentru explorare, forare, sudare și alte lucrări). Combustibilul nerafinat poate fi folosit aici ca combustibil. gaz natural, gaz petrolier asociat și condensat de gaz.

Acum, în Federația Rusă, se pierd anual până la 10 miliarde de metri cubi. m de gaz asociat. Este dificil și costisitor de colectat; nu poate fi folosit ca combustibil pentru motoarele cu ardere internă datorită compoziției sale fracționale în continuă schimbare. Pentru a preveni poluarea atmosferei, este pur și simplu ars. În același timp, utilizarea sa ca combustibil pentru motor va oferi un efect economic semnificativ.

Se recomanda utilizarea centralelor electrice cu o capacitate de 3-5 kW in sisteme de automatizare, comunicatii si protectie catodica pe conductele principale de gaze. Iar altele mai puternice (de la 100 la 1000 kW) sunt pentru alimentarea cu energie și căldură în taberele mari de rotație pentru lucrătorii din gaz și petrol. Unitățile de peste 1 mie kW pot fi utilizate pe site-urile de foraj onshore și offshore din industria petrolului și gazelor.

Probleme de creare de noi motoare

Motorul, propus de însuși Robert Stirling, avea caracteristici semnificative de greutate și dimensiune și eficiență scăzută. Datorită complexității proceselor dintr-un astfel de motor, asociată cu mișcarea continuă a pistoanelor, primul aparat matematic simplificat a fost dezvoltat abia în 1871 de profesorul din Praga G. Schmidt. Metoda de calcul propusă de el s-a bazat pe un model ideal al ciclului Stirling și a făcut posibilă crearea de motoare cu eficiență. până la 15%. Abia prin 1953 companie olandeza Philips a creat primele motoare Stirling extrem de eficiente, superioare ca performanță față de motoarele cu ardere internă.

În Rusia, încercările de a crea motoare interne Stirling au fost făcute de mai multe ori, dar nu au avut succes. Există câteva probleme principale care împiedică dezvoltarea și utilizarea pe scară largă a acestora.

În primul rând, aceasta este crearea unui model matematic adecvat al mașinii Stirling proiectate și a metodei de calcul corespunzătoare. Complexitatea calculului este determinată de complexitatea implementării ciclului termodinamic Stirling în mașini adevărate, din cauza instabilității schimbului de căldură și de masă în circuitul intern - datorită mișcării continue a pistoanelor.

Lipsa de adecvat modele matematice si metode de calcul - motivul principal eșecuri ale unui număr de întreprinderi străine și interne în dezvoltarea ambelor motoare și mașini frigorifice Stirling. Fără exact modelare matematică Reglajul fin al mașinilor proiectate se transformă în mulți ani de cercetări experimentale epuizante.

O altă problemă este crearea structurilor noduri individuale, dificultăți cu sigiliile, reglarea puterii etc. Dificultățile de proiectare se datorează fluidelor de lucru utilizate, care includ heliu, azot, hidrogen și aer. Heliul, de exemplu, are superfluiditate, ceea ce impune cerințe crescute pentru elementele de etanșare ale pistoanelor de lucru etc.

A treia problemă este nivel înalt tehnologii de producție, necesitatea de a folosi aliaje și metale rezistente la căldură, noi metode de sudare și lipire.

O problemă separată este fabricarea unui regenerator și a unei duze pentru a asigura, pe de o parte, o capacitate termică mare și, pe de altă parte, rezistență hidraulică scăzută.

Evoluții interne ale mașinilor Stirling

În prezent, Rusia a acumulat suficient potențial științific pentru a crea motoare Stirling extrem de eficiente. Au fost obținute rezultate semnificative la Stirling Technologies Innovation and Research Center LLC. Specialiștii au efectuat studii teoretice și experimentale pentru a dezvolta noi metode de calculare a motoarelor Stirling extrem de eficiente. Principalele domenii de activitate sunt legate de utilizarea motoarelor Stirling în instalațiile de cogenerare și sistemele de utilizare a căldurii gazelor de eșapament, de exemplu, în mini-CHP-uri. Ca urmare, au fost create metode de dezvoltare și prototipuri de motoare de 3 kW.

O atenție deosebită în timpul cercetării a fost acordată dezvoltării componentelor individuale ale mașinilor Stirling și proiectării acestora, precum și creării de noi scheme de circuite instalatii pentru diverse scopuri functionale. Soluțiile tehnice propuse, ținând cont de faptul că mașinile Stirling sunt mai puțin costisitoare de exploatat, fac posibilă creșterea eficienta economica utilizarea de noi motoare în comparație cu convertoarele tradiționale de energie.

Producția de motoare Stirling este fezabilă din punct de vedere economic, având în vedere cererea practic nelimitată de echipamente energetice ecologice și foarte eficiente, atât în ​​Rusia, cât și în străinătate. Cu toate acestea, fără participarea și sprijinul statului și al marilor afaceri, problema producției lor în masă nu poate fi rezolvată în totalitate.

Cum să ajutați producția de motoare Stirling în Rusia?

Este evident că activitatea inovatoare (în special dezvoltarea inovațiilor de bază) este un tip de activitate economică complexă și riscantă. Prin urmare, ar trebui să se bazeze pe mecanismul de sprijin de stat, mai ales la început, cu o tranziție ulterioară la condiții normale de piață.

Mecanismul de creare a producției pe scară largă de mașini Stirling și sisteme de conversie a energiei bazate pe acestea în Rusia ar putea include:
- finanțare directă de la buget comun a proiectelor inovatoare pe mașini Stirling;
- măsuri indirecte de sprijin prin scutirea produselor produse în cadrul proiectelor Stirling de TVA și alte taxe la nivel federal și regional în primii doi ani, precum și acordarea unui credit fiscal pentru astfel de produse pentru următorii 2-3 ani (ținând cont de faptul că costurile de dezvoltare este inadecvat să se includă un produs fundamental nou în prețul său, adică în costurile producătorului sau consumatorului);
- excluderea din baza impozitului pe venit a contribuției întreprinderii la finanțarea proiectelor Stirling.

În viitor, în etapa de promovare durabilă a echipamentelor energetice bazate pe mașini Stirling pe piețele interne și externe, pot fi completate capitalul pentru extinderea producției, reechiparea tehnică și sprijinirea următoarelor proiecte pentru producția de noi tipuri de echipamente. efectuate prin profituri și vânzarea de acțiuni ale producției dezvoltate cu succes, resurse de creditare băncilor comerciale, precum și atragerea investițiilor străine.

Se poate presupune că, datorită prezenței unei baze tehnologice și a potențialului științific acumulat în proiectarea mașinilor Stirling, cu politici financiare și tehnice rezonabile, Rusia poate deveni în viitorul apropiat un lider mondial în producția de noi produse ecologice și extrem de ecologice. motoare eficiente.

Motoarele cu ardere externă au început să fie folosite atunci când oamenii aveau nevoie de o sursă de energie puternică și economică. Înainte de aceasta, se foloseau instalații cu abur, dar erau explozive deoarece foloseau abur fierbinte sub presiune. La începutul secolului al XIX-lea, acestea au fost înlocuite cu dispozitive cu ardere externă, iar câteva decenii mai târziu dispozitivele deja familiare cu ardere internă.

Originea dispozitivelor

În secolul al XIX-lea, omenirea s-a confruntat cu problema că cazanele cu abur explodau prea des și aveau, de asemenea, defecte grave de proiectare, ceea ce făcea ca utilizarea lor să fie nedorită. Soluția a fost găsită în 1816 de către preotul scoțian Robert Stirling. Aceste dispozitive pot fi numite și „motoare cu aer cald”, care erau folosite încă din secolul al XVII-lea, dar acest bărbat a adăugat invenției un purificator, numit acum regenerator. Astfel, motorul cu ardere externă Stirling a fost capabil să crească foarte mult productivitatea instalației, deoarece a reținut căldura într-o zonă caldă de lucru în timp ce fluidul de lucru era răcit. Din această cauză, eficiența de operare a întregului sistem a fost semnificativ crescută.

La acea vreme, invenția a fost folosită destul de pe scară largă și a fost în creștere în popularitate, dar de-a lungul timpului nu a mai fost folosită și a fost uitată. Echipamentele cu ardere externă au fost înlocuite cu instalații și motoare cu abur, dar deja familiare, cu ardere internă. Au fost amintiți din nou abia în secolul al XX-lea.

Operațiune de instalare

Principiul de funcționare al unui motor cu ardere externă este că alternează în mod constant două etape: încălzirea și răcirea fluidului de lucru într-un spațiu restrâns și generarea de energie. Această energie apare din cauza faptului că volumul fluidului de lucru este în continuă schimbare.

Cel mai adesea, substanța de lucru în astfel de dispozitive este aerul, dar este posibil să se utilizeze și heliu sau hidrogen. În timp ce invenția se afla în stadiul de dezvoltare, substanțe precum dioxidul de azot, freonii și propan-butanul lichefiat au fost folosite ca experimente. În unele mostre au încercat chiar să folosească apă obișnuită. Este de remarcat faptul că motorul cu ardere externă, care a fost pornit cu apă ca substanță de lucru, s-a remarcat prin faptul că avea o putere specifică destul de mare, hipertensiune arterială, și în sine era destul de compact.

Primul tip de motor. "Alfa"

Primul model care a fost folosit a fost Alpha lui Stirling. Particularitatea designului său este că are două pistoane de putere situate în cilindri separați. Unul dintre ei avea o temperatură destul de ridicată și era fierbinte, celălalt, dimpotrivă, era rece. În interiorul schimbătorului de căldură de înaltă temperatură era o pereche fierbinte cilindru-piston. Aburul rece se afla în interiorul unui schimbător de căldură la o temperatură scăzută.

Principalele avantaje ale motoarelor termice cu ardere externă erau că aveau putere și volum mare. Cu toate acestea, temperatura aburului fierbinte era prea mare. Din această cauză, au apărut unele dificultăți tehnice în procesul de fabricație a unor astfel de invenții. Regeneratorul acestui dispozitiv este situat între tuburile de legătură calde și reci.

A doua probă. "Beta"

Al doilea eșantion a fost modelul Beta al lui Stirling. Bazele diferență de design era că era un singur cilindru. Unul dintre capete a acționat ca o pereche fierbinte, în timp ce celălalt capăt a rămas rece. În interiorul acestui cilindru s-a deplasat un piston, din care putea fi scoasă puterea. În interior era și un deplasator, care era responsabil pentru modificarea volumului zonei de lucru fierbinte. Acest echipament folosea gaz care a fost pompat dintr-o zonă rece într-o zonă fierbinte printr-un regenerator. Acest tip de motor cu ardere externă avea un regenerator sub forma unui schimbător de căldură extern sau era combinat cu un piston deplasator.

Ultimul model. "Gamma"

Cea mai recentă varietate a acestui motor a devenit Gamma lui Stirling. Acest tip se distingea nu numai prin prezența unui piston și a unui deplasator, ci și prin faptul că designul său includea deja doi cilindri. Ca și în primul caz, una dintre ele era rece și era folosită pentru priza de putere. Dar al doilea cilindru, ca și în cazul precedent, era rece la un capăt și fierbinte la celălalt. Aici s-a deplasat dispozitivul de deplasare. ÎN motor cu piston arderea externă avea și un regenerator, care putea fi de două tipuri. În primul caz, a fost extern și a conectat părți structurale precum zona fierbinte a cilindrului cu zona rece, precum și cu primul cilindru. Al doilea tip este un regenerator intern. Dacă a fost utilizată această opțiune, a fost inclusă în proiectarea deplasatorului.

Utilizarea Stirlings este justificată dacă este nevoie de un convertor de energie termică simplu și mic. Poate fi folosit și dacă diferența de temperatură nu este suficient de mare pentru a utiliza turbine cu gaz sau cu abur. Este de remarcat faptul că astăzi astfel de mostre au început să fie folosite mai des. De exemplu, sunt folosite modele de sine stătătoare pentru turiştii care pot lucra de la un arzător cu gaz.

Utilizarea curentă a dispozitivelor

S-ar părea că o astfel de invenție veche nu ar putea fi folosită astăzi, dar nu este așa. NASA a comandat un motor cu ardere externă de tip Stirling, dar sursele de căldură nucleare și radioizotopice trebuie folosite ca substanță de lucru. În plus, poate fi folosit cu succes și în următoarele scopuri:

• Utilizarea acestui model de motor pentru a pompa lichid este mult mai ușoară decât utilizarea unei pompe convenționale. Acest lucru se datorează în mare măsură faptului că lichidul pompat în sine poate fi folosit ca piston. În plus, va răci și fluidul de lucru. De exemplu, acest tip de „pompă” poate fi folosit pentru a pompa apă în canalele de irigare folosind căldura solară.
• Unii producători de frigidere sunt înclinați să instaleze astfel de dispozitive. Costul de producție poate fi redus, iar aerul obișnuit poate fi folosit ca agent frigorific.
• Dacă combinați un motor cu ardere externă de acest tip cu o pompă de căldură, puteți optimiza funcționarea rețelei de încălzire din casă.
• Stirlingurile sunt folosite cu destul de mult succes pe submarinele marinei suedeze. Faptul este că motorul funcționează cu oxigen lichid, care este ulterior folosit pentru respirație. Acest lucru este foarte important pentru un submarin. În plus, un astfel de echipament are suficient nivel scăzut zgomot. Desigur, unitatea este destul de mare și necesită răcire, dar acești doi factori sunt nesemnificativi când vine vorba de un submarin.

Avantajele folosirii unui motor

Dacă în timpul proiectării și asamblarii aplicați metode moderne, atunci va fi posibilă creșterea eficienței motorului cu ardere externă la 70%. Utilizarea unor astfel de mostre este însoțită de următoarele calități pozitive:

• În mod surprinzător, cuplul într-o astfel de invenție este practic independent de viteza de rotație a arborelui cotit.
• In aceasta unitate de putere elemente precum sistemul de aprindere și sistem de supape. Nu există nici un arbore cu came.
• Este destul de convenabil ca pe toată perioada de utilizare să nu fie nevoie să ajustați și să configurați echipamentul.
• Aceste modele de motoare nu sunt capabile să blocheze. Cel mai simplu design al dispozitivului îi permite să fie folosit destul de mult timp într-un mod complet autonom.
• Aproape orice poate fi folosit ca sursă de energie, de la lemn de foc la combustibil cu uraniu.
• Desigur, într-un motor cu ardere externă procesul de ardere a substanțelor se realizează extern. Acest lucru asigură că combustibilul este ars complet și cantitatea de emisii toxice este minimizată.

Defecte

Desigur, orice invenție nu este lipsită de dezavantaje. Dacă vorbim despre dezavantajele unor astfel de motoare, acestea sunt următoarele:

1. Datorită faptului că arderea are loc în afara motorului, căldura rezultată este îndepărtată prin pereții radiatorului. Acest lucru ne obligă să mărim dimensiunile dispozitivului.
2. Consum de material. Pentru a crea un model compact și eficient al motorului Stirling, este necesar să existe oțel rezistent la căldură de înaltă calitate, care să reziste la presiune ridicată și temperaturi ridicate. În plus, trebuie să existe o conductivitate termică scăzută.
3. Ca lubrifiant, va trebui să cumpărați un produs special, deoarece cel obișnuit cocsește când temperaturi ridicate, care sunt realizate în motor.
4. Pentru a obține o densitate de putere suficient de mare, va fi necesar să folosiți fie hidrogen, fie heliu ca substanță de lucru.

Hidrogen și heliu drept combustibil

Obținerea unei puteri mari este, desigur, necesară, dar trebuie să înțelegeți că folosirea hidrogenului sau a heliului este destul de periculoasă. Hidrogenul, de exemplu, este destul de exploziv în sine, iar la temperaturi ridicate creează compuși numiți metalohidrite. Acest lucru se întâmplă atunci când hidrogenul se dizolvă în metal. Cu alte cuvinte, este capabil să distrugă cilindrul din interior.

În plus, atât hidrogenul, cât și heliul sunt substanțe volatile care se caracterizează printr-o capacitate mare de penetrare. Pentru a spune simplu, se scurg prin aproape orice garnitură destul de ușor. Iar pierderea de substanță înseamnă pierderea presiunii de funcționare.

Motor rotativ cu ardere externă

Inima unei astfel de mașini este o mașină de expansiune rotativă. Pentru motoarele cu tip de ardere externă, acest element este prezentat sub forma unui cilindru gol, care este acoperit pe ambele părți cu capace. Rotorul în sine arată ca o roată, care este montată pe un arbore. De asemenea, are un anumit număr de plăci retractabile în formă de U. Pentru a le extinde, se folosește un dispozitiv special retractabil.

Motor cu ardere externă Lukyanov

Yuri Lukyanov este cercetător la Institutul Politehnic din Pskov. El a dezvoltat noi modele de motoare de ceva timp. Omul de știință a încercat să se asigure că noilor modele le lipsesc elemente precum cutia de viteze, arborele cu came și țeava de eșapament. Principalul dezavantaj al dispozitivelor Stirling a fost că erau prea mari. Acesta a fost acest dezavantaj pe care omul de știință a reușit să-l elimine prin înlocuirea lamelor cu pistoane. Acest lucru a ajutat la reducerea dimensiunii întregii structuri de mai multe ori. Unii oameni spun că puteți face un motor cu ardere externă cu propriile mâini.

Anul trecut, revista, în al cărei prim număr a primit cititori A. Einstein, împlinit 85 ani.

O mică echipă editorială continuă să publice IR, ai cărui cititori ești onorat să fii. Deși acest lucru devine din ce în ce mai dificil în fiecare an. Cu mult timp în urmă, la începutul noului secol, Consiliul de redacție a trebuit să-și părăsească locul natal de reședință de pe strada Myasnitskaya. (Ei bine, într-adevăr, acesta este un loc pentru bănci, nu pentru un corp de inventatori). Cu toate acestea, ne-a ajutat Yu.Maslyukov(la acea vreme președintele Comitetului Dumei de Stat al Adunării Federale a Federației Ruse pentru industrie) se mută la NIIAA lângă stația de metrou Kaluzhskaya. În ciuda respectării stricte de către Consiliul de redacție a termenilor contractului și a plății la timp a chiriei și a proclamării inspiratoare a unui curs de inovare de către Președintele și Guvernul Federației Ruse, noul director de la NIIAA ne-a informat despre evacuarea Consiliul de redacție „din cauza nevoilor de producție”. Aceasta cu o scădere a numărului de angajați la NIIAA de aproape 8 ori și eliberarea corespunzătoare a spațiului, și în ciuda faptului că suprafața ocupată de redacție nu a reprezentat nici măcar o sutime de procent din suprafețele vaste ale NIIAA.

Am fost adăpostiți de MIREA, unde ne aflăm în ultimii cinci ani. Mișcarea de două ori este același lucru cu arderea o dată, se spune. Dar editorii țin și vor rezista cât vor putea. Și poate exista atâta timp cât revista „Inventator și inovator” citeste si scrie.

Încercând să ajungem la un număr mai mare de persoane interesate cu informații, am actualizat site-ul revistei, făcându-l, în opinia noastră, mai informativ. Digitalizăm publicațiile din anii anteriori, începând cu 1929 anul - momentul înființării revistei. Lansăm o versiune electronică. Dar principalul lucru este ediția pe hârtie IR.

Din păcate, numărul de abonați, singura bază financiară a existenței IR, atât organizațiile cât și persoanele, este în scădere. Și numeroasele mele scrisori despre susținerea revistei către liderii guvernamentali de diferite grade (ambele președinți ai Federației Ruse, prim-miniștri, ambii primari ai Moscovei, ambii guvernatori ai regiunii Moscovei, guvernatorul Kubanului meu natal, șefii celor mai mari companii ruse). ) nu a dat niciun rezultat.

În legătură cu cele de mai sus, Redactorii ar dori să vă roage pe voi, cititorii noștri: susțineți revista, desigur, dacă este posibil. Mai jos este publicată o chitanță prin care puteți transfera bani pentru activități statutare, adică publicarea unei reviste.