Машина стирлинга: Устройство и принцип работы двигателя Стирлинга, модификации

Содержание

Устройство и принцип работы двигателя Стирлинга, модификации

Новые двигатели современного автомобилестроения почти достигли своего пика, кажется уже нечего усовершенствовать. Добавление в систему ДВС турбонаддува повышает мощность, но уменьшает ресурс двигателя, оно и понятно, объем двигателя небольшой, а из него выжимают мощь, как у мотора большего объема, но без турбины. Инженеры автоиндустрии начинают перебирать все возможные направления в развитие двигателестроения. Некоторые разрабатывают супертопливо, некоторые ищут нестандартные конструкции силового агрегата, некоторые планируют создать современный двигатель на базе двигателя Роберта Стирлинга, который был создан в 19 веке. Сейчас продаются сувениры ДВС, купить двигатель Стирлинга можно и на алиэкспресс.

Содержание статьи:

    1. Схема работы ДВС Стирлинга:
    2. Плюсы двигателя Стирлинга.
    3. Минусы конструкции ДВС Стирлинга.
    4. КПД.
    5. Опыт использования двигателя.
    6. Видео.

 

Схема работы двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга — это устройство, которое преобразует внешнюю энергию в полезную механическую. Это достигается за счет изменения температуры жидкости или газа, циркулирующие в замкнутой системе двигателя.

Кто понимает физические законы, тому легко понять принцип работы любого двигателя. Что касается данного силового агрегата, то схема его выглядит следующим образом: внизу устройства устройства находится газ, например, воздух, который нагревается и расширяясь толкает поршень. Затем горячий воздух попадает в верхнюю часть ДВС и охлаждается радиатором. Избыточное давление, которое толкало поршень снижается, и поршень опускается, затем воздух опять нагревается и поднимает поршень. Так повторяются циклы.

 

Три основных варианта двигателя Стирлинга

Модификация Альфа

Мотор устроен таким образом, что он имеет и горячий цилиндр-поршень, и холодный цилиндр-поршень. Горячий поршень толкается от расширения воздуха, а холодный расположен в системе охлаждения и движется от остывания воздуха.

Модификация Бета

Данная конструкция предполагает, что цилиндр и поршень нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой. Поршень толкает в сторону холодной части, а вытеснитель толкает в сторону горячей. Регенератор перемещает остывший воздух в горячий рабочий объем цилиндра.

 

Модификация Гамма

Устройство данной модификации состоит из двух цилиндров и поршней. Имеет регенератор циркуляции газа. Один цилиндр горячий с одной стороны и холодный с другой, в нем поршень и вытеснитель. Второй цилиндр полностью холодный, там только поршень.

Плюсы двигателя Стирлинга

Основной плюс такого типа силового агрегата — это то, что может работать на разных видах топлива. На практике было испытано следующее: во внешнюю камеру устройства подавался сначала бензин, потом дизель, потом метан, потом сырая нефть и растительное масло. Все это делалось без остановки двигателя и он продолжал успешно работать.

Также большим плюсом по сравнению с обычными двух тактными или четыерхтактрыми двигателями внутреннего сгорания является то, что двигателю Стирлинга не нужно дополнительное навесное оборудование, такое как газораспределительный механизм, коробка переключения передач, стартер.

Ресурс двигателя Стирлинга — больше 100 тысяч работы без остановки.

Немаловажный плюс — бесшумность работы. Такой двигатель не нуждается в удалении отработанного газа. В нем не может быть детонации двигателя, вибрация практически отсутствует.

Конструкция двигателя Бета

Преимущество для окружающей среды — это двигатель, который не загрязняет экологию, а значит это залог здоровья.

 

Минусы двигателя Стирлинга

Невозможно в настоящее время массовое применения данного вида двигателя. Для таких агрегатов требуется большие радиаторы охлаждения. Теплообменник должен быть сделать из материалов, устойчивых к высоким температурным воздействиям.

 

Коэффициент полезного действия

КПД от разности температур в двигателе может достигать около 70%. По циклу Карно на графике КПД выглядит следующим образом.

На практике был установлен 4-х цилиндровый двигатель Стирлинга на автомобиль был установлен вначале 20 века и выдал 35% КПД.

Американская автомобильная компания Mechanical Technology Inc (Меканикал Технолоджи Инкопорейтед) создает двигатели Стирлинга. Их ДВС выдают КПД 43,5%.

 

Примеры успешного применения двигателей Стирлинга

Во второй половине 20 века несколько компаний начали разрабатывать моторы Стирлинга и устанавливать их на легковые автомобили. Успешные модели оказались у таких компаний, как Ford Motor Company, Volkswagen Group, UNITED STIRLING (Швеция), General Motors, модель Стирлинга «Philips 4-125DA» (Нидерланды).

 

Видео

Фильм «Роберт Стирлинг и его двигатель».

Как работает двух цилиндровый вакуумный двигатель.

Автор публикации

15 Комментарии: 25Публикации: 324Регистрация: 04-03-2016

Двигатель Стирлинга — Энциклопедия журнала "За рулем"

Всего около ста лет назад двигателям внутреннего сгорания пришлось в жестокой конкурентной борьбе завоевывать то место, которое они занимают в современном автомобилестроении. Тогда их превосходство отнюдь не представлялось столь очевидным, как в наши дни. Действительно, паровая машина — главный соперник бензинового мотора — обладала по сравнению с ним огромными достоинствами: бесшумностью, простотой регулирования мощности, прекрасными тяговыми характеристиками и поразительной «всеядностью», позволяющей работать на любом виде топлива от дров до бензина. Но в конечном итоге экономичность, легкость и надежность двигателей внутреннего сгорания взяли верх и заставили примириться с их недостатками, как с неизбежностью.

В 1950-х годах с появлением газовых турбин и роторных двигателей начался штурм монопольного положения, занимаемого двигателями внутреннего сгорания в автомобилестроении, штурм, до сих пор не увенчавшийся успехом. Примерно в те же годы делались попытки вывести на сцену новый двигатель, в котором поразительно сочетается экономичность и надежность бензинового мотора с бесшумностью и "всеядностью" паровой установки. Это - знаменитый двигатель внешнего сгорания, который шотландский священник Роберт Стирлинг запатентовал 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081).

Физика процесса

Принцип действия всех без исключения тепловых двигателей основан на том, что при расширении нагретого газа совершается большая механическая работа, чем требуется на сжатие холодного. Чтобы продемонстрировать это, достаточно бутылки и двух кастрюль с горячей и холодной водой. Сначала бутылку опускают в ледяную воду, а когда воздух в ней охладится, горлышко затыкают пробкой и быстро переносят в горячую воду. Через несколько секунд раздается хлопок и нагреваемый в бутылке газ выталкивает пробку, совершая механическую работу. Бутылку можно снова возвратить в ледяную воду — цикл повторится.

в цилиндрах, поршнях и замысловатых рычагах первой машины Стирлинга почти в точности воспроизводился этот процесс, пока изобретатель не сообразил, что часть тепла, отнимаемого у газа при охлаждении, можно использовать для частичного подогрева. Нужна лишь какая-то емкость, в которой можно было бы запасать тепло, отнятое у газа при охлаждении, и снова отдавать ему при нагревании.
Но, увы, даже это очень важное усовершенствование не спасло двигатель Стирлинга. К 1885 году достигнутые здесь результаты были весьма посредственны: 5—7 процентов к.п.д., 2 л. с. мощности, 4 тонны веса и 21 кубометр занимаемого пространства.
Двигатели внешнего сгорания не были спасены даже успехом другой конструкции, разработанной шведским инженером Эриксоном. В отличие от Стирлинга, он предложил нагревать и охлаждать газ не при постоянном объеме, а при постоянном давлении. 8 1887 году несколько тысяч небольших эриксоновских двигателей отлично работало в типографиях, в домах, на шахтах, на судах. Они наполняли водонапорные баки, приводили а действие лифты. Эриксон пытался даже приспособить их для привода экипажей, но они оказались чересчур тяжелыми. В России до революции большое количество таких двигателей выпускалось под названием «Тепло и сила».
Однако попытки увеличить мощность до 250 л. с. окончились полным провалом. Машина с цилиндром диаметром 4,2 метра развивала меньше 100 л. е., огневые камеры прогорели, и судно, на котором были установлены двигатели, погибло.
Инженеры без сожаления распрощались с этими слабосильными мастодонтами как только появились мощные, компактные и легкие бензомоторы и дизели. И вдруг, в 1960-е, спустя почти 80 лет о «стирлингах» и «эриксонах» (будем условно называть их так по аналогии с дизелем) заговорили как о грозных соперниках двигателей внутреннего сгорания. Разговоры эти не утихают и поныне. Чем же объясняется такой крутой поворот во взглядах?

Цена методичности

Когда узнаешь о старой технической идее, возродившейся в современной технике, сразу же возникает вопрос: что же препятствовало ее осуществлению раньше? В чем состояла та проблема, та «зацепка», без решения которой она не могла проложить себе дорогу в жизнь? И почти всегда выясняется, что своим возрождением старая идея обязана либо новому технологическому методу, либо новой конструкции, до которой не додумались предшественники, либо новому материалу. Двигатель внешнего сгорания можно считать редчайшим исключением.
Теоретические расчеты показывают, что к.п.д. «стирлингов» и «эриксонов» могут достигать 70 процентов — больше, чем у любого другого двигателя. А это значит, что неудачи предшественников объяснялись второстепенными, в принципе устранимыми факторами. Правильный выбор параметров и областей применения, скрупулезное исследование работы каждого узла, тщательная обработка и доводка каждой детали позволили реализовать преимущества цикла. Уже первые экспериментальные образцы дали КПД 39 процентов! (к.п.д. бензиновых двигателей и дизелей, которые отрабатывались годами, соответственно 28—30 и 32—35 процентов.) Какие же возможности «просмотрели» в свое время и Стирлинг и Эриксон?

той самой емкости, в которой попеременно то запасается, то отдается тепло. Расчет регенератора в те времена был просто невозможен: науки о теплопередаче не существовало. Его размеры принимались на глазок, а как показывают расчеты, КПД двигателей внешнего сгорания очень сильно зависит от качества регенератора. Правда, его плохую работу можно в определенной степени компенсировать повышением давления.
Вторая причина неуспеха была в том, что первые установки работали на воздухе при атмосферном давлении: их размеры получались огромными, а мощности — малыми.
Доведя к.п.д. регенератора до 98 процентов и заполнив замкнутый контур сжатым до 100 атмосфер водородом или гелием, инженеры наших дней увеличили экономичность и мощность «стирлингов», которые даже в таком виде показали к.п.д. более высокий, чем у двигателей внутреннего сгорания.
Уже одного этого было бы достаточно, чтобы говорить об установке двигателей внешнего сгорания на автомобилях. Но только высокой экономичностью отнюдь еще не исчерпываются достоинства этих возрожденных из забвения машин.

Как работает Стирлинг

Принципиальная схема двигателя внешнего сгорания

:
1 — топливная форсунка;
2 — выпускной патрубок;
3 — элементы воздухоподогревателя;
4 — подогреватель воздуха;
5 — горячие газы;
6 — горячее пространство цилиндра;
7 — регенератор;
8 — цилиндр;
9 — ребра охладителя;
10 — холодное пространство;
11 — рабочий поршень;
12 — ромбический привод;
13 — шатун рабочего поршня;
14 — синхронизирующие шестерни;
15 — камера сгорания;
16 — трубки нагревателя;
17 — горячий воздух;
18 — поршень-вытеснитель;
19 — воздухоприемник;
20 — подвод охлаждающей воды;
21 — уплотнение;
22 — буферный объем;
23 — уплотнение;
24 — толкатель поршня-вытеснителя;
25 — толкатель рабочего поршня;
26 — ярмо рабочего поршня;
27 — палец ярма рабочего поршня;
28 — шатун поршня-вытеснителя;
29 — ярмо поршня-вытеснителя;
30 — коленчатые валы.
Красный фон - контур нагрева;
точечный фон — контур охлаждения

В современной конструкции «стирлинга», работающего на жидком топливе, — три контура, имеющих между собой лишь тепловой контакт. Это контур рабочего тела (обычно водорода или гелия), контур нагрева и контур охлаждения. Главное назначение контура нагрева — поддерживать высокую температуру в верхней части рабочего контура. Контур охлаждения поддерживает низкую температуру в нижней части рабочего контура. Сам контур рабочего тела замкнут.

Контур рабочего тела. В цилиндре 8 движутся два поршня — рабочий 11 и поршень-вытеснитель 18. Движение рабочего поршня вверх приводит к сжатию рабочего тела, движение его вниз вызывается расширением газа и сопровождается совершением полезной работы. Движение поршня-вытеснителя вверх выжимает газ в нижнюю, охлаждаемую полость цилиндра. Движение же его вниз соответствует нагреванию газа. Ромбический привод 12 сообщает поршням перемещение, соответствующее четырем тактам цикла ({на схеме показаны эти такты).
Такт I — охлаждение рабочего тела. Поршень-вытеснитель 18 движется вверх, выжимая рабочее тело через регенератор 7, в котором запасается тепло нагретого газа, в нижнюю, охлаждаемую часть цилиндра. Рабочий поршень 11 находится в НМТ.
Такт II — сжатие рабочего тела. Энергия, запасенная в сжатом газе буферного объема 22, сообщает рабочему поршню 11 движение вверх, сопровождающееся сжатием холодного рабочего тела.
Такт III — нагревание рабочего тела. Поршень-вытеснитель 18, почти примкнув к рабочему поршню 11, вытесняет газ в горячее пространство через регенератор 7, в котором к газу возвращается тепло, запасенное при охлаждении.
Такт IV — расширение рабочего тела — рабочий такт. Нагреваясь в горячем пространстве, газ расширяется и совершает полезную работу. Часть ее запасается в сжатом газе буферного объема 22 для последующего сжатия холодного рабочего тела. Остальное снимается с валов двигателя.
Контур нагрева. Воздух вентилятором нагнетается в воздухоприемник 19, проходит через элементы 3 подогревателя, нагревается и попадает в топливные форсунки. Получившиеся горячие газы нагревают трубки 16 нагревателя рабочего тела, обтекают элементы 3 подогревателя и, отдав свое тепло воздуху, идущему на сжигание топлива, выбрасываются через выпускной патрубок 2 в атмосферу.
Контур охлаждения. Вода через патрубки 20 подается в нижнюю часть цилиндра и, обтекая ребра 9 охладителя, непрерывно охлаждает их.

"Стирлинги" вместо ДВС

Первые же испытания, проведенные пол-века назад, показали, что «стирлинг» почти идеально бесшумен. У него нет карбюратора, форсунок с высоким давлением, системы зажигания, клапанов, свечей. Давление в цилиндре, хотя и повышается почти до 200 атм, но не взрывом, как в двигателе внутреннего сгорания, а плавно. На двигателе не нужны глушители. Ромбовидный кинематический привод поршней полностью уравновешен. Никаких вибраций, никакого дребезжания.
Говорят, что, даже приложив руку к двигателю, не всегда удается определить, работает он или нет. Эти качества автомобильного двигателя особенно важны, ибо в крупных городах остро стоит проблема снижения шума.
А вот другое качество — «всеядность». По сути дела, нет такого источника тепла, который не годился бы для привода «стирлинга». Автомобиль с таким двигателем может работать на дровах, на соломе, на угле, на керосине, на ядерном горючем, даже на солнечных лучах. Он может работать на теплоте, запасенной в расплаве какой-нибудь соли или окисла. Например, расплав 7 литров окиси алюминия заменяет 1 литр бензина. Подобная универсальность не только сможет всегда выручить водителя, попавшего в беду. Она разрешит остро стоящую проблему задымления городов. Подъезжая к городу, водитель включает горелку и расплавляет соль в баке. В черте города топливо не сжигается: двигатель работает на расплаве.
А регулирование? Чтобы сбавить мощность, достаточно выпустить из замкнутого контура двигателя в стальной баллон нужное количество газа. Автоматика сразу же уменьшает подачу топлива так, чтобы температура оставалась постоянной независимо от количества газа. Для повышения мощности газ нагнетается из баллона снова в контур.
Вот только по стоимости и по весу «стирлинги» пока уступают двигателям внутреннего сгорания. На 1 л. с. у них приходится 5 кг, что намного больше, чем у бензинового и дизельного моторов. Но не следует забывать, что это еще первые, не доведенные до высокой степени совершенства модели.
Теоретические расчеты показывают, что при прочих равных условиях "стирлинги" требуют меньших давлений. Это — важное достоинство. И если у них найдутся еще и конструктивные преимущества, то не исключено, что именно они окажутся самым грозным соперником двигателей внутреннего сгорания в автомобилестроении. А вовсе не турбины.

"Стирлинг" от компании GM

Серьезная работа по усовершенствованию двигателя внешнего сгорания, начавшаяся через 150 лет после его изобретения, уже принесла свои плоды. Предложены различные конструктивные варианты двигателя, работающего по циклу Стирлинга. Есть проекты моторов с наклонной шайбой для регулирования хода поршней, запатентован роторный двигатель, в одной из роторных секций которого происходит сжатие, в другой — расширение, а подвод и отвод тепла осуществляется в соединяющих полости каналах. Максимальное давление в цилиндрах отдельных образцов доходит до 220 кГ/см2, а среднее эффективное давление — до 22 и 27 кГ/см2 и более. Экономичность доведена до 150 г/л.с./час.
Наибольшего прогресса достигла компания General Motors, которая в 1970-е годы построила V-образный «стирлинг» с обычным кривошипно-шатунным механизмом. Один цилиндр у него рабочий, другой — компрессионный. В рабочем находится только рабочий поршень, а поршень-вытеснитель — в компрессионном цилиндре. Между цилиндрами расположены подогреватель, регенератор и охладитель. Угол сдвига фаз, иначе говоря угол отставания одного цилиндра от другого, у этого «стирлинга» равен 90°. Скорость одного поршня должна быть максимальной в тот момент, когда скорость другого равна нулю (в верхней и нижней мертвых точках). Смещение фаз в движении поршней достигается расположением цилиндров под углом 90°. Конструктивно это самый простой «стирлинг». Но он уступает двигателю с ромбическим кривошипным механизмом в уравновешенности. Для полного уравновешивания сил инерции в V-образном двигателе число его цилиндров должно быть увеличено с двух до восьми.

Принципиальная схема V-образного «стирлинга»:
1 — рабочий цилиндр;
2 — рабочий поршень;
3 — подогреватель;
4 — регенератор;
5 — теплоизолирующая муфта;
6 — охладитель;
7 — компрессионный цилиндр.

Рабочий цикл в таком двигателе протекает следующим образом.
В рабочем цилиндре 1 газ (водород или гелий) нагрет, в другом, компрессионном 7 — охлажден. При движении поршня в цилиндре 7 вверх газ сжимается — такт сжатия. В это время начинает двигаться вниз поршень 2 в цилиндре 1. Газ из холодного цилиндра 7 перетекает в горячий 1, проходя последовательно через охладитель 6, регенератор 4 и подогреватель 3 — такт нагревания. Горячий газ расширяется в цилиндре

Электростанции на двигателе Стирлинга — простота, экономичность и

Экология потребления.Наука и техника:Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой и эффективностью.

Менее ста лет назад двигатели внутреннего сгорания пытались завоевать свое законное место в конкурентной борьбе среди прочих имеющихся машин и движущихся механизмов. При этом в те времена превосходство бензинового двигателя не являлось столь очевидным. Существующие машины на паровых двигателях отличались бесшумностью, великолепными для того времени характеристиками мощности, простотой обслуживания, возможностью использования различного вида топлива. В дальнейшей борьбе за рынок двигатели внутреннего сгорания благодаря своей экономичности, надежности и простоте взяли верх.

Дальнейшая гонка за совершенствования агрегатов и движущих механизмов, в которую в середине 20 века вступили газовые турбины и роторные разновидности двигателей, привела к тому, что несмотря на верховенство бензинового двигателя были предприняты попытки ввести на «игровое поле» совершенно новый вид двигателей — тепловой, впервые изобретенный в далеком 1861 году шотландским священником по имени Роберт Стирлинг. Двигатель получил название своего создателя.

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА: ФИЗИЧЕСКАЯ СТОРОНА ВОПРОСА

Для понимания, как работает настольная электростанция на Стирлинге, следует понимать общие сведения о принципах работы тепловых двигателей. Физически принцип действия заключается в использовании механической энергии, которая получается при расширении газа при нагревании и его последующем сжатии при охлаждении. Для демонстрации принципа работы можно привести пример на основе обычной пластиковой бутыли и двух кастрюль, в одной из которых находится холодная вода, в другой горячая.

При опускании бутылки в холодную воду, температура которой близка к температуре образования льда при достаточном охлаждении воздуха внутри пластиковой емкости ее следует закрыть пробкой. Далее, при помещении бутыли в кипяток, спустя некоторое время пробка с силой «выстреливает», поскольку в данном случае нагретым воздухом была совершена работа во много раз большая, чем совершается при охлаждении. При многократном повторении опыта результат не меняется.

Первые машины, которые были построены с использованием двигателя Стирлинга, с точностью воспроизводили процесс, демонстрирующийся в опыте. Естественно механизм требовал усовершенствования, заключающееся в применении части тепла, которое терял газ в процессе охлаждения для дальнейшего подогрева, позволяя возвращать тепло газу для ускорения нагревания.

Но даже применение этого новшества не могло спасти положение дел, поскольку первые «Стирлинги» отличались большими размерами при малой вырабатываемой мощности. В дальнейшем не раз предпринимались попытки модернизировать конструкцию для достижения мощности в 250 л.с. приводили к тому, что при наличии цилиндра диаметром 4,2 метра, реальная выходная мощность, которую выдавала электростанция на Стирлинге (Stirling) в 183 кВт на деле составляла всего 73 кВт.

Все двигатели Стирлинга работают по принципу цикла Стирлинга, включающего в себя четыре основные фазы и две промежуточные. Основными являются нагрев, расширение, охлаждение и сжатие. В качестве стадии перехода рассматриваются переход к генератору холода и переход к нагревательному элементу. Полезная работа, совершаемая двигателем, строится исключительно на разнице температур нагревающей и охлаждающей частей.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ СТИРЛИНГА

Современная инженерия различает три основных вида подобных двигателей:

  • альфа-стирлинг, отличие которого в двух активных поршнях, расположенных в самостоятельных цилиндрах. Из всех трех вариантов данная модель отличается самой высокой мощностью, обладая самой высокой температурой нагревающегося поршня;
  • бета-стирлинг, базирующийся на одном цилиндре, одна часть которого горячая, а вторая холодная;
  • гамма-стирлинг, имеющий кроме поршня еще и вытеснитель.

Производство электростанции на Стирлинге будет зависеть от выбора модели двигателя, что позволит учесть всю положительные и отрицательные стороны подобного проекта.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Благодаря своим конструктивным особенностям данные двигатели обладают рядом преимуществ, но при этом не лишены недостатков.

Настольная электростанция Стирлинга, купить которую невозможно в магазине, а только у любителей, самостоятельно осуществляющих сбор подобных устройств, относятся:

  • большие размеры, которые вызваны потребностью к постоянному охлаждению работающего поршня;
  • использование высокого давления, что требуется для улучшения характеристик и мощности двигателя;
  • потеря тепла, которая происходит за счет того, что выделяемое тепло передается не на само рабочее тело, а через систему теплообменников, чей нагрев приводит к потере КПД;
  • резкое снижение мощности требует применения особых принципов, отличающихся от традиционных для бензиновых двигателей.

Наряду с недостатками, у электростанций, функционирующих на агрегатах Стирлинга, имеются неоспоримые плюсы:

  • любой вид топлива, поскольку как любые двигатели, использующие энергию тепла, данный двигатель способен функционировать при разнице температур любой среды;
  • экономичность. Данные аппараты могут стать прекрасной заменой паровым агрегатам в случаях необходимости переработки энергии солнца, выдавая КПДна 30% выше;
  • экологическая безопасность. Поскольку настольная электростанция кВт не создает выхлопного момента, то она не производит шума и не выбрасывает в атмосферу вредных веществ. В виде источника получения мощности выступает обычное тепло, а топливо выгорает практически полностью;
  • конструктивная простота. Для своей работы Стирлинг не потребует дополнительных деталей или приспособлений. Он способен самостоятельно запускаться без использования стартера;
  • повышенный ресурс работоспособности. Благодаря своей простоте, двигатель может обеспечить не одну сотню часов беспрерывной эксплуатации.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ СТИРЛИНГА

Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой, при этом эффективность прочих видов тепловых агрегатов существенно ниже при аналогичных условиях. Очень часто подобные агрегаты применяются в питании насосного оборудования, холодильных камер, подводных лодок, батарей, аккумулирующих энергию.

Одним из перспективных направлений области использования двигателей Стирлинга являются солнечные электростанции, поскольку данный агрегат может удачно применяться для того, чтобы преобразовывать энергию солнечных лучей в электрическую. Для осуществления этого процесса двигатель помещается в фокус зеркала, аккумулирующего солнечные лучи, что обеспечивает перманентное освещение области, требующей нагрева. Это позволяет сфокусировать солнечную энергию на малой площади. Топливом для двигателя в данном случае служит гелии или водород. опубликовано econet.ru 

 

Двигатель внешнего сгорания Стирлинга: устройство, принципы работы и 3 модификации

В наше время индустрия автомобилестроения достигла такого уровня развития, при котором без базовых научных принципов сложно достичь улучшения конструкции традиционных двигателей внутреннего сгорания. Это вынудило конструкторов всё больше обращать внимание на проекты альтернативных силовых установок. Инженерные центры и автоконцерны подошли к этому вопросу по-разному. Одни сосредоточились на создании адаптации к серийному выпуску электрических и гибридных моделей силовой установки. Другие делают вложения в разработку двигателей, потребляющих топливо из возобновляемых источников.

Одним из перспективных источников механической энергии для автомобилей является двигатель внешнего сгорания, разработанный уроженцем Шотландии Робертом Стирлингом пару веков назад. Двигатель внешнего сгорания Стирлинга по принципу работы сильно отличается от привычного для всех ДВС. Но на какое-то время после разработки о нём благополучно забыли.

Содержание статьи

История создания

В 1816 году уроженец Шотландии Роберт Стирлинг запатентовал тепловую машину, которую сегодня называют в честь своего создателя. Однако сама идея двигателей горячего воздуха была придумана вовсе не им. Но первый осознанный проект по созданию такого агрегата реализовал именно Стирлинг. Он усовершенствовал систему, добавив в неё очиститель, в технической литературе называвшийся теплообменником. Благодаря этому сильно возросла производительность мотора благодаря удержанию его в тепле. Эта модель для того времени была признана самой прочной, поскольку никогда не взрывалась.

Несмотря на такой быстрый успех продвижения модели, в начале двадцатого столетия от дальнейшего развития двигателя внешнего сгорания отказались из-за его себестоимости в пользу двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель Стирлинга: принцип работы и модификации

Принцип работы любого теплового мотора заключается в том, что для получения газа в расширенном состоянии нужны немалые механические усилия. В качестве наглядного примера можно привести опыт с двумя кастрюлями, согласно которому их наполняют холодной и горячей водой. Опускают в холодную воду бутылку с закрученной пробкой. После этого бутылку переносят в горячую воду. При таком перемещении газ в бутылке совершает механическую работу и выталкивает пробку из горлышка. Первая модель двигателя внешнего сгорания работала по точно такому же принципу. Однако позже создатель осознал, что часть выделяемого тепла можно использовать для подогрева. Производительность агрегата от этого только возросла. Чуть позже инженер из Швеции Эриксон усовершенствовал конструкцию, выдвинув идею об охлаждении и нагревании газа при постоянном давлении вместо объёма. Это позволило двигателю «продвинуться по карьерной лестнице» и начать использоваться в шахтах и типографиях. Для экипажей и транспортных средств агрегат оказался слишком тяжёлым.

На рисунке наглядно отображается рабочий цикл двигателя Стирлинга.

Как работает двигатель Стирлинга? Он преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу. Этот процесс происходит за счёт изменения температуры газа или жидкости, циркулирующих в замкнутом объёме. В нижней части агрегата рабочее вещество нагревается, увеличивается в объёме и выталкивает поршень вверх. Горячий воздух поступает в верхнюю часть мотора и охлаждается с помощью радиатора. Давление рабочего тела понижается, а поршень опускается для повторения всего цикла. Система полностью герметична, благодаря чему рабочее вещество не расходуется, а лишь перемещается внутри цикла.

Кроме того, существуют моторы с открытым циклом, в которых регулирование потоком реализуется с помощью клапанов. Эти модели называют двигателем Эриксона. В целом принцип работы двигателя внешнего сгорания схож с ДВС. При низких температурах в нём происходит сжатие и наоборот. Нагрев же осуществляется по-разному. Тепло в двигателе внешнего сгорания подводится через стенку цилиндра извне. Стирлинг догадался применять периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Этот поршень перемещает газы с одной полости цилиндра в другую. При этом с одной стороны постоянно поддерживаются низкие температуры, а с другой — высокие. При перемещении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость. Система вытеснителя в двигателе соединена с рабочим поршнем, который сжимает газ в холоде и позволяет расширяться в тепле. Полезная работа совершается как раз благодаря сжатию в более низких температурах. Непрерывность обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом. Особых границ между стадиями цикла не наблюдается. Благодаря этому КПД двигателя Стирлинга не уменьшается.

Некоторые детали работы двигателя

В теории подводить энергию в двигатель внешнего сгорания может любой источник тепла (солнце, электричество, топливо). Принцип работы тела двигателя заключается в использовании гелия, водорода или воздуха. Термическим максимально возможным КПД обладает идеальный цикл. КПД при этом составляет от 30 до 40 %. Эффективный регенератор может обеспечить более высокий КПД. Встроенные теплообменники обеспечивают регенерацию, обмен и охлаждение в современных двигателях. Их преимуществом является работа без масел. В целом смазки двигателю необходимо немного. Среднее давление в цилиндре варьируется от 10 до 20 МПа. Необходима хорошая уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

Согласно теоретическим расчётам эффективность двигателя Стирлинга сильно зависима от температуры и может достигать даже 70 %. Самые первые реализованные в металле образцы двигателя обладали низким КПД, поскольку варианты теплоносителя были неэффективны и ограничивали максимальную температуру нагрева, отсутствовали конструкционные материалы, устойчивые к высокому давлению. Во второй половине XX века двигатель с ромбическим приводом во время испытаний превысил показатель 35 % КПД на водном теплоносителе и с температурой 55 градусов по Цельсию. Совершенствование конструкции в некоторых экспериментальных образцах позволило достичь практически 39 % КПД. Почти все современные бензиновые двигатели, имеющие аналогичную мощность, обладают КПД 28 — 30 %. Турбированные дизели достигают около 35 %. Самые современные образцы двигателей Стирлинга, разработанные компанией Mechanical Technology Inc в США, показывают эффективность до 43 %.

После освоения жаропрочной керамики и других инновационных материалов появится возможность ещё сильнее увеличить температуру среды. КПД может при таких условиях достичь даже 60 %.

Существует несколько модификаций двигателя внешнего сгорания Стирлинга.

Модификация «Альфа»

Такой двигатель состоит из горячего и холодного раздельных силовых поршней, находящихся в собственных цилиндрах. К цилиндру с горячим поршнем поступает тепло, а холодный располагается в охлаждающем теплообменнике.

Модификация «Бета»

В этом варианте двигателя цилиндр, в котором расположился поршень, с одной стороны нагревается, а другой охлаждается. Внутри цилиндра двигаются вытеснитель и силовой поршень. Вытеснитель предназначен для изменения объёма рабочего газа. Регенератор же выполняет возвращение остывшего рабочего вещества в нагретую полость двигателя.

Модификация «Гамма»

Вся нехитрая конструкция модификации «Гамма» выполнена из двух цилиндров. Первый из них полностью холодный. В нём совершает движение силовой поршень. А второй — холодный только с одной стороны, а с другой — нагретый. Он служит для перемещения механизма вытеснителя. Регенератор циркуляции холодного газа в этой модификации может быть общим для обоих цилиндров и быть включённым в конструкцию вытеснителя.

Преимущества двигателя внешнего сгорания

Этот вид двигателей неприхотлив в плане топлива, поскольку основой его работы является перепад температур. Чем вызван этот перепад — особого значения не имеет. Двигатель Стирлинга имеет простую конструкцию и не нуждается в дополнительных системах и навесном оборудовании (стартер, коробка передач). Некоторые особенности устройства двигателя являются гарантией долгого срока эксплуатации: двигатель может работать непрерывно в течении примерно ста тысяч часов. Ещё одним серьёзным преимуществом двигателя внешнего сгорания является бесшумность. Она обусловлена тем, что в цилиндрах отсутствует детонация и нет необходимости в выводе отработавших газов. Особенно выделяется по этому параметру модификация «Бета». Её конструкция оснащена ромбовидным кривошипно-шатунным механизмом, который обеспечивает отсутствие вибраций во время работы. И, наконец, экологичность. В цилиндрах двигателя отсутствуют процессы, способные негативно влиять на окружающую среду.

При выборе альтернативных источников тепла (энергии солнца) двигатель Стирлинга превращается в разновидность экологически чистого силового агрегата.

Недостатки двигателя внешнего сгорания

Массовый выпуск таких двигателей в настоящее время невозможен. Основная проблема — это материалоёмкость конструкции. Охлаждение рабочего тела двигателя требует установку радиаторов с большими объёмами. Вследствие этого увеличиваются размеры. Использование сложных видов рабочего тела вроде водорода или гелия поднимает вопрос о безопасности двигателя. Теплопроводность и температурная стойкость должны быть на высоком уровне. Тепло к рабочему объёму поступает через теплообменники. Таким образом, часть тепла теряется по дороге. При изготовлении теплообменники приходится использовать термостойкие металлы. При этом металлы должны быть устойчивы к высокому давлению. Все эти материалы стоят дорого и долго обрабатываются. Принципы изменения режимов двигателя внешнего сгорания сильно отличаются от традиционных. Требуется разработка специальных управляющих устройств. Изменение мощности вызывается изменением давления в цилиндрах и угла фаз между вытеснителем и силовым поршнем. Также можно изменить ёмкость полости с рабочим телом.

Примеры реализации двигателей внешнего сгорания на автомобилях

Работоспособные модели такого двигателя были выпущены в свет, несмотря на все сложности изготовления. В 50 года XX века у автомобилестроительных компаний появилась заинтересованность в этой разновидности силового агрегата. В основном реализацией двигателей Стирлинга на автомобилях занимались Ford Motor Company и Volkswagen Group. Шведская компания UNITED STIRLING разработала такой двигатель, в котором разработчики старались чаще использовать серийные агрегаты и узлы (коленвал, шатуны). Был разработан четырёхцилиндровый V-образный двигатель, обладавший удельной массой 2,4 кг/кВт. Аналогичной массой обладает компактный дизель. Двигатель попробовали устанавливать на семитонные грузовые фургоны.

Наиболее выделяющимся успешным образцом стал Philips 4-125DA, доступный для установки на легковые автомобили. Рабочая мощность двигателя составляла 173 лошадиных силы. Размеры несильно отличались от обычного бензинового ДВС.

Компания General Motors разработала восьмицилиндровый V-образный двигатель внешнего сгорания с серийным кривошипно-шатунным механизмом. В 1972 году ограниченная версия автомобилей Ford Torino оснащалась таким двигателем. Причём расход топлива снизился на целых 25 % по сравнению с предыдущими моделями. Сегодня несколько зарубежных компаний пытаются совершенствовать конструкцию этого двигателя с целью адаптации для серийного производства и установки на легковые автомобили.

Выводы

В случае, если недостатки двигателя внешнего сгорания будут устранены, то этот вид силового агрегата придёт на смену ДВС и даже электромоторам. Но ввиду высокой стоимости материалов, сложности их обработки и громоздкости конструкции, двигатель внешнего сгорания пока не может выпускаться массово. Возможно, когда-нибудь будут разработан дешёвый жаростойкий и устойчивый к давлению материал, который будет использоваться при изготовлении двигателя Стирлинга, а пока вся конструкция обходится производителям гораздо дороже, чем обычный ДВС. Удачи и лёгких дорог!

 

конструкция, принцип работы, делаем своими руками

В 1816 году преподобный Роберт Стирлинг, стремившийся создать более безопасную альтернативу паровым двигателям, котлы которых часто взрывались из-за высокого давления пара и доступных в то время примитивных материалов, изобрёл новое устройство. Как и другие похожие агрегаты, двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию в механическую. Его существенная особенность заключаются в том, что это разновидность двигателя внешнего сгорания. Это значит, что в нём используется фиксированное количество рабочего тела, обычно воздуха, а тепло, потребляемое им, подводится извне. Это позволяет устройству работать практически на любом источнике тепла, включая ископаемое топливо, горячий воздух, солнечную, химическую и ядерную энергию. Он также может работать с очень низкими температурными перепадами.

Конструкция двигателя Стирлинга

Агрегаты бывают разных форм, большинство из которых — варианты четырёх базовых конфигураций, главные их части следующие:

  1. Источник тепла. Он может быть любой: от огня, производимого горящим углем или дровами, до солнечной света, концентрируемого гелиостатами, поскольку фактическое сгорание топлива не нужно, используется только разница температур между радиатором и источником тепла.
  2. Газ, или рабочее тело, постоянно находится в закрытом баллоне внутри машины. Это может быть гелий, обычных воздух, водород, а также любое другое доступное вещество, которое не меняет своей формы при нагреве и охлаждении. Его основная задача — передать тепловую энергию.
  3. Радиатор. Нужен для охлаждения горячего газа.
  4. Поршни и цилиндры, между которыми движутся газовые заслонки, которые при нагреве расширяются, а при охлаждении сжимаются перед тем, как весь цикл повторится.
  5. Теплообменник, или регенератор. Расположен между радиатором и тепловым источником. Нагретый газ, проходя мимо, отдаёт часть своего тепла, а возвращаясь забирает его. Без этого узла тепло будет уходить, то есть тратиться впустую.

Как работает двигатель Стирлинга

Если рассматривать рабочую схему двигателя Стирлинга на примере альфа-конфигурации, где фиксированное количество воздуха или другого рабочего тела заключено в два цилиндра, один из которых горячий, а другой — холодный, перемещается между ними вперёд и назад. Газ нагревается и расширяется в горячем цилиндре, охлаждается в холодном, там же он сжимается, по ходу отдавая энергию для выполнения механической работы.

Надо отметить, что два поршня соединены с коленчатым валом, но их движения не совпадают по фазе на 90 ° между верхней и нижней частями. Поэтапно это выглядит следующим образом:

  1. Рабочее тело, расширяясь от нагрева, толкает горячий поршень к нижней части цилиндра, поворачивая коленчатый вал. Расширение продолжается, заставляя газ двигаться к холодному цилиндру. Поршень внутри холодного цилиндра, который находится на четверть оборота позади горячего поршня, также толкается вниз.
  2. Газ в максимальном объёме. Импульс маховика на коленчатом валу толкает поршень в горячем цилиндре к вершине его хода, заставляя большую часть газа попадать в холодный цилиндр, толкая холодный поршень вниз. В холодном цилиндре газ охлаждается, давление падает.
  3. Когда горячий поршень достигает вершины своего хода, почти весь газ теперь переместился в холодный цилиндр, где охлаждение продолжается, и рабочее тело сжимается, снижая давление ещё больше, что позволяет холодному поршню подняться. Сила импульса маховика сжимает газ и направляет его обратно к горячему цилиндру.
  4. На этом этапе рабочая жидкость, достигая своего минимального объема, подаётся в горячий цилиндр, где начинает толкать горячий поршень вниз. Газ снова нагревается, его давление увеличивается, он расширяется, толкая горячий поршень вниз во время рабочего хода, и цикл начинается снова.

Регенератор, расположенный в воздушном канале между двумя поршнями, не строго необходим в конструкции двигателя Стирлинга, но служит для повышения эффективности двигателя. Обычно это металлическая или керамическая матрица с большой площадью поверхности, способная поглощать или отдавать тепло. С ее помощью можно снизить расход топлива и повысить общую эффективность рабочего цикла. Канал для переноса газа между двумя цилиндрами по существу мертвое пространство, часто он остается максимально коротким.

Двигатели Стирлинга использовались в различных формах с 1930-х годов в качестве движущей силы для целого ряда транспортных средств с двигателями мощностью 75 кВт и более. Несмотря на то, что ранние разработки были предназначены для автомобильной промышленности, из-за своей низкой удельной мощности двигатель Stirling больше подходит для стационарного применения, а в последние годы его стали больше использовать для производства электрической энергии:

  1. Идеально подходит для использования небольшими комбинированными теплоэнергетическими установками для сбора отработанного тепла. Генераторы двигателя Стирлинга с выходной электрической мощностью от 1 кВт до 10 кВт доступны для бытового применения, а отработанное тепло используется котлом центрального отопления. Общая тепловая эффективность этих установок может достигать 80%.
  2. В некоторых странах такие устройства используются для выработки электроэнергии из тепловой энергии.

Как сделать самостоятельно

Несмотря на кажущуюся простоту, сделать двигатель Стирлинга своими руками в домашних условиях непросто. На это нужно потратить немного времени, уделяя внимание деталям. Никакие станки не потребуются. Вот несколько советов для тех, кто решился на эксперимент.

  1. Создание цилиндра. Можно использовать ёмкость из нержавеющей стали, диаметр которой около 95 мм, а высота 235 мм. Этот материал выдерживает сильный нагрев. Не стоит заменять его на алюминиевую банку. Для изготовления диафрагмы подойдёт пластиковая крышка.
  2. Охладители. Подойдут нескольких жестяных банок диаметром 150 мм. Чтобы сделать водовыпускное отверстие, можно использовать сантехнические детали.
  3. Поршень. Его легко изготовить из проволоки. Понадобится вата, выполненная из нержавеющей стали, которую нужно намотать на сетку из того же материала.
  4. Коленчатый вал — самое сложное. Он должен быть прямым с жесткими изгибами. Нужны подшипники, латунные соединители и 4-миллиметровая стальная катанка.
  5. Маховик. Стальной круг 4 мм толщиной и 170 мм в диаметре, который нужно навинтить на коленчатый вал.
  6. Диафрагма. Понадобится отрезок тонкой резины, её нужно растянуть и нагреть, чтобы придать форму. Как шаблон подойдёт выпуклая пластиковая крышка.
  7. Статор. Содержит примерно одинаковые катушки из медной проволоки. Затем их нужно приклеить к фанерному диску, который будет привинчен к боковой части двигателя.

Когда катушки будут готовы, стоит проверить, что у всех одинаковое сопротивление, а провод без разрывов.

Двигатель Стирлинга. Виды и конструкции. Устройство и работа

Современная автомобильная промышленность достигла такого уровня, что без серьезных исследований невозможно добиться кардинальной модернизации в конструкции двигателей внутреннего сгорания. Это способствовало тому, что конструкторы стали обращать внимание на альтернативные разработки силовых установок, таких как двигатель Стирлинга.

Одни автоконцерны сконцентрировали свои силы на разработке и подготовке к выпуску в серию электрических и гибридных автомобилей, другие инженерные центры затрачивают финансовые средства в проектирование двигателей на альтернативном топливе, изготовленном из возобновляемых источников. Существуют другие различные разработки двигателей, которые в будущем могут стать новым двигателем для различных средств транспорта.

Таким возможным источником энергии механического движения для автомобильного транспорта будущего может стать двигатель внешнего сгорания, изобретенный в 19 веке ученым Стирлингом.

Устройство и принцип работы

Двигатель Стирлинга выполняет преобразование тепловой энергии, получаемой из внешнего источника, в механическое движение благодаря изменению температуры жидкости, циркулирующей в закрытом объеме.

В первое время после изобретения такой двигатель существовал в виде машины, действующей на принципе теплового расширения.

В цилиндре тепловой машины воздух перед расширением нагревался, перед сжатием охлаждался. Вверху цилиндра 1 находится водяная рубашка 3, дно цилиндра непрерывно нагревается огнем. В цилиндре расположен рабочий поршень 4, имеющий уплотнительные кольца. Между поршнем и дном цилиндра расположен вытеснитель 2, передвигающийся в цилиндре со значительным зазором.

Воздух, находящийся в цилиндре, перекачивается вытеснителем 2 к дну поршня или цилиндра. Вытеснитель движется под действием штока 5, проходящего через уплотнение поршня. Шток в свою очередь приводится в действие эксцентриковым устройством, вращающимся с запаздыванием на 90 градусов от привода поршня.

В позиции «а» поршень расположен в нижней точке, а воздух находится между поршнем и вытеснителем, охлаждается стенками цилиндра.

В следующей позиции «б» вытеснитель перемещается вверх, а поршень остается на месте. Воздух, находящийся между ними, выталкивается ко дну цилиндра, охлаждаясь.

Позиция «в» — рабочая. В ней воздух нагревается дном цилиндра, расширяется и поднимает два поршня к верхней мертвой точке. После выполнения рабочего хода вытеснитель опускается ко дну цилиндра, выталкивая воздух под поршень, и охлаждаясь.

В позиции «г» охлажденный воздух готов к сжатию, и поршень перемещается от верхней точки к нижней. Так как работа сжатия охлажденного воздуха меньше, чем работа расширения нагретого воздуха, то образуется полезная работа. Маховик при этом служит своеобразным аккумулятором энергии.

В рассмотренном варианте двигатель Стирлинга обладает малым КПД, так как теплота воздуха после рабочего хода должна отводиться через стенки цилиндра в охлаждающую жидкость. Воздух за один ход не успевает снизить температуру на необходимую величину, поэтому необходимо было продлить время охлаждения. Из-за этого скорость мотора была маленькой. Термический КПД был также незначительным. Тепло отработанного воздуха уходило в охлаждающую воду и терялось.

Разные конструкции

Существуют различные варианты устройства силовых агрегатов, действующих по принципу Стирлинга.

Конструкция исполнения «Альфа»

Этот двигатель включает в себя два отдельных рабочих поршня. Каждый поршень расположен в отдельном цилиндре. Холодный цилиндр находится в теплообменнике, а горячий нагревается.

Конструкция исполнения «Бета»

Цилиндр с поршнем охлаждается с одной стороны, и нагревается с противоположной стороны. В цилиндре перемещается силовой поршень и вытеснитель, служащий для уменьшения и увеличения объема рабочего газа. Регенератор выполняет обратное перемещение остывшего газа в нагретое пространство двигателя.

Конструкция исполнения «Гамма»

Вся система состоит из двух цилиндров. Первый цилиндр весь холодный. В нем перемещается рабочий поршень, Второй цилиндр с одной стороны нагретый, а с другой – холодный, и предназначен для передвижения вытеснителя. Регенератор для перекачки охлажденного газа может являться общим для двух цилиндров, либо может быть включен в устройство вытеснителя.

Преимущества
  • Как и множество двигателей внешнего сгорания, двигатель Стирлинга способен функционировать на разном топливе, так как для него важно наличие перепада температуры. При этом не важно, каким топливом он вызван.
  • Двигатель имеет простое устройство, и не нуждается во вспомогательных системах и навесных устройствах (коробка передач, ремень ГРМ, стартер и т.д.).
  • Особенности конструкции обеспечивают длительную эксплуатацию: больше 100 тысяч часов постоянной работы.
  • Работа двигателя Стирлинга не создает большого шума, так как внутри двигателя не происходит детонация топлива, и отсутствует выпуск отработанных газов.
  • Исполнение «Бета», снабженное кривошипно-шатунным устройством в виде ромба, является наиболее сбалансированным механизмом, который при функционировании не создает вибрацию.

  • В цилиндрах мотора не возникают процессы, оказывающие вредное воздействие на природную среду. При подборе оптимального источника тепла мотор Стирлинга может стать экологически чистым устройством.
Недостатки
  • При значительных положительных характеристиках быстрое серийное производство двигателей Стирлинга нереально по некоторым причинам. Основной вопрос в материалоемкости устройства. Чтобы охлаждать рабочее тело, необходим большой радиатор, что значительно увеличивает габариты и вес оборудования.
  • Сегодняшний уровень технологий дает возможность двигателю Стирлинга конкурировать по свойствам с новыми бензиновыми двигателями за счет использования сложных типов рабочего тела (водород или гелий), находящихся под очень большим давлением. Это значительно повышает опасность использования таких двигателей.
  • Серьезная проблема эксплуатации связана с проблемами температурной стойкости стальных сплавов и их теплопроводности. Тепло подходит к рабочему пространству с помощью теплообменников. Это приводит к значительным потерям тепла. Также теплообменник должен производиться из термоустойчивых сплавов, которые также должны быть устойчивы к повышенному давлению. Соответствующие этим условиям материалы очень сложны в обработке и имеют высокую стоимость.
  • Принципы перехода двигателя Стирлинга на другие режимы функционирования также существенно отличаются от привычных принципов. Для этого необходимо создание специальных устройств управления. Например, для изменения мощности нужно менять угол фаз между силовым поршнем и вытеснителем, давление в цилиндрах, либо изменить емкость рабочего объема.
Двигатель Стирлинга и его использование

При необходимости создания преобразователя тепла компактных размеров можно вполне использовать мотор Стирлинга. При этом эффективность других аналогичных двигателей значительно ниже.

  • Универсальные источники электричества. Моторы Стирлинга могут преобразовывать тепло в электричество. Существуют проекты солнечных электроустановок с применением таких двигателей. Их используют как автономные электростанции для туристов. Некоторые производители изготавливают генераторы, действующие от газовой конфорки. Существуют также проекты генераторов, которые работают от радиоизотопных источников тепла.
  • Насосы. Если в контуре системы отопления установлен насос, то эффективность отопления значительно возрастает. В системах охлаждения также устанавливают насосы. Электрический насос может выйти из строя, к тому же, он потребляет электрическую энергию. Насос, действующий по принципу Стирлинга, решает этот вопрос. Двигатель Стирлинга для перекачивания жидкостей будет проще обычной схемы, так как вместо поршня может применяться сама перекачиваемая жидкость, служащая также для охлаждения.
  • Холодильное оборудование. В конструкции всех холодильников используется принцип тепловых насосов. Некоторые производители холодильников планируют устанавливать на свои изделия двигатель Стирлинга, которые будут очень экономичны. Рабочим телом будет выступать воздух.
  • Сверхнизкие температуры. Для сжижения газов такие моторы очень эффективны. Их использование более выгодное, чем турбинные устройства. Также двигатель Стирлинга применяется в устройствах для охлаждения датчиков точных приборов.

  • Солнечные электростанции. Электрическую энергию можно получать путем преобразования энергии солнца. Для этого могут применяться двигатели Стирлинга, которые устанавливают в фокус зеркала так, чтобы место нагрева непрерывно освещалось лучами солнца. Отражатель управляется по мере перемещения солнца, энергия которого концентрируется на малой площади. При этом происходит отражение излучения зеркалами около 92%. Рабочим телом двигателя служит чаще всего гелий или водород.
  • Аккумуляторы тепла. С помощью устройства Стирлинга можно резервировать тепловую энергию, используя теплоаккумуляторы на основе расплавов солей. Такие устройства имеют запас энергии, превосходящий химические аккумуляторы, и имеют меньшую стоимость. Применяя для регулировки мощности увеличение и уменьшение угла фазы между двумя поршнями, можно накапливать механическую энергию, осуществляя торможение двигателя. При этом двигатель служит тепловым насосом.
  • Автомобилестроение. Несмотря на сложности, существуют действующие модели мотора Стирлинга, использующиеся для автомобилей. Заинтересованность в таком двигателе, подходящем для автомобиля, возникла еще в прошлом веке. Разработки в этом направлении проводили английские и немецкие автоконцерны. В Швеции также был разработан двигатель Стирлинга, в котором применялись унифицированные серийные агрегаты и узлы. В результате получился 4-цилиндровый мотор, параметры которого сравнимы с характеристиками небольшого дизельного двигателя. Этот двигатель был успешно испытан в качестве силового агрегата для многотонного грузовика.

Сегодня исследования установок Стирлинга для подводных, космических и других установок, а также проектирование основных двигателей проводятся во многих зарубежных странах. Такой высокий интерес к моторам Стирлинга стал итогом интереса общественности в борьбе с загрязнением атмосферы, шумом и сохранением природных энергетических источников.

Похожие темы:
Модель двигателя Стирлинга

DIY Модель двигателя Парового Электрогенератора со светодиодной подсветкой Научные развивающие игрушки для детей | Двигатель Стирлинга | Двигатель Стирлинга ВоздухДвигатель Стирлинга

DIY Air Модель двигателя Стирлинга паровая мощность электрический генератор машина со светодиодной подсветкой научные развивающие игрушки для детей

Это двигатель внешнего сгорания, для непрерывного сжигания топлива расширяющийся воздух будет работать как среда для работы поршня, затем расширяющийся воздух будет охлаждаться в холодной камере; Он будет многократно повторять этот процесс.

Характеристики:
Двигатель Стирлинга - это тепловой двигатель, который работает за счет циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа (рабочего тела) при различных температурах, так что происходит чистое преобразование тепловой энергии в механическую работу.
Это также генератор электроэнергии, мощность может загораться мини-светодиодной лампой.
Процесс преподавания и обучения станет более интуитивным и интересным.
Хорошо собран, нужно просто установить светодиодную лампу и подготовить спирт.
Самым большим преимуществом двигателя внешнего сгорания является то, что его мощность и эффективность не зависят от высоты, даже на большой высоте он работает хорошо.
Изготовлен из изысканного алюминиевого сплава и стекла.

Технические характеристики:
Материал: алюминиевый сплав и стекло
Скорость: до 1200 об / мин
Размер изделия: 15,5 * 8 * 8,8 см / 6,1 * 3,1 * 3,5 дюйма
Вес изделия: 470 г / 16,6 унций
Размер упаковки: 19,3 * 11 * 13,7 см / 7,6 * 4,3 * 5,4 дюйма
Вес упаковки: 616 г / 21.7 унций

Список пакетов:
1 * Комплект модели двигателя Стирлинга
1 * Запасная конвейерная лента
1 * Запасная трубка
1 * Руководство пользователя (на английском языке)

Примечание:
1. Стекло не должно подвергаться воздействию воды после нагревания, иначе он расколется.
2. Если спирт пролился, потушите пожар влажной тканью.
3. Дети до 12 лет должны находиться в сопровождении взрослых при использовании этого продукта.








Доставка:

1.Мы гарантируем отправку товара в течение 24-72 часов после подтверждения оплаты, за исключением праздников.
2. Мы отправляем почтой Китая, HKpost EMS, DHL, FedEx, по вашему выбору при размещении заказов.
3. Если вы не получили товар через 45 дней, пожалуйста, свяжитесь с нами. Мы приложим все усилия, чтобы решить эту проблему.
4. Мы не несем ответственности за задержки, вызванные таможней, импортными пошлинами, налогами или другими таможенными сборами.

Гарантия:

1. На все товары действует гарантия 1 год.Если ваша покупка не соответствует товарному качеству, не соответствует назначению или не соответствует описанию, мы можем убедиться, что ваши проблемы решены.
2. В случае ошибочно отправленных товаров, пожалуйста, свяжитесь с нами в течение 48 часов после доставки. Мы организуем доставку нужных товаров или возврат всей вашей оплаты.
3. Для дефектных или неисправных продуктов, пожалуйста, сделайте фотографии или видео, мы повторно отправим или вернем деньги после подтверждения.

Современное применение двигателей Стирлинга

Современное применение двигателей Стирлинга

Их практическое применение сегодня

Комбинированный двигатель теплоэлектростанции, произведенный Wudag в Германии.Двигатели Стирлинга зеленые, а топки синие.

Вы, наверное, говорите себе что-то вроде этого: «Если двигатели Стирлинга такие крутые, то для чего они используются сегодня?»

Сегодня двигатели Стирлинга используются как в игрушках и вентиляторах для дровяной печи, так и в комбинированных теплоэлектростанциях для предприятий и в самых бесшумных и смертоносных подводных лодках в море.

Итак, какие применения описаны в этой статье?

На этой странице показаны ТОЛЬКО двигатели Стирлинга, которые являются легкодоступными продуктами.Он не включает исследовательские проекты или исторические двигатели Стирлинга.

Я также писал о том, почему некоторые специфические области применения двигателей Стирлинга, такие как двигатели для вашей машины и эффективные солнечные двигатели Стирлинга, вряд ли также будут популярны.

Щелкните или коснитесь ссылок ниже, чтобы перейти в этот раздел:

  1. Игрушки
  2. Учебные пособия
  3. Вентилятор для дровяной печи
  4. Теплоэлектроцентраль
  5. Пример крутой 3D-печати
  6. Подводная мощь
  7. Кондиционирование и охлаждение
  8. Криокулеры
  9. Социальное обеспечение ученых и инженеров
  10. Инвестиционные мошенничества
  11. Двигатели Стирлинга для легковых автомобилей - никогда
  12. Солнечные генераторы - эффективные и по завышенной цене
  13. Двигатели Стирлинга для ядерной энергетики дальнего космоса

Игрушки

Игрушки с двигателем Стирлинга могут очаровывать, и это было верно с тех пор, как их изобрел Роберт Стирлинг.

Есть еще старинные игрушки-двигатели Стирлинга, которые были построены вскоре после того, как Роберт Стирлинг изобрел двигатель.

Самый старый из существующих старинных двигателей Стирлинга

Старинная игрушечная модель двигателя Стирлинга, около 1910 г.

Обычно они работают на спиртовом пламени, и существуют тысячи вариантов возможных конструкций двигателей.

Мои личные фавориты с визуальной точки зрения - это те, в которых просто много движущихся частей.

Низкотемпературные игрушки

Я также большой поклонник низкотемпературных двигателей Стирлинга, которые могут работать как от чашки горячей воды, так и от тепла ваших рук.

Двигатель Стирлинга Eco Power

Цены начинаются от 30 долларов и увеличиваются до той суммы, которую вы хотите заплатить.

Учебные пособия

Двигатели Стирлинга помогают безопасно привлекать студентов

Двигатель Стирлинга ММ-7

Двигатели Стирлинга занимают особое место в университетских и школьных аудиториях.

Это особенно верно для двигателей Стирлинга с низким перепадом температур, которые могут работать, не заполняя классную комнату парами окиси углерода.

Есть что-то вдохновляющее в том, как двигатель работает от тепла чашки с горячей водой или от тепла вашей руки. Эти двигатели привлекают студентов, изучающих естественные науки и инженерные науки, к более глубокому интересу и пониманию всех типов двигателей.

Физические и инженерные лаборатории могут особенно выиграть от оснащенного прибором лабораторного двигателя Стирлинга, который может работать без вытяжного шкафа и без риска утечки угарного газа.

Вентилятор для дровяной печи

Одна из больших проблем при использовании дровяной печи для обогрева дома заключается в том, что рядом с печью обычно слишком жарко, а в других частях комнаты слишком холодно.

Очевидно, вам нужен способ перемещать воздух по дому, и в некоторых случаях вы будете использовать дровяную печь в месте, где нет электричества или вы просто не хотите ее использовать по какой-то причине.

Вот где блистают вентиляторы дровяных печей Стирлинга. У нас есть подробная страница антикварных и современных вентиляторов Стирлинга, которые могут вам понравиться.

Перемещение воздуха без электричества

Вы можете купить вентиляторы для дровяной печи, чтобы плавно перемещать воздух по комнате без электричества.

Просто установите вентилятор на дровяную печь, подождите, пока он нагреется, переверните лопасти вентилятора, и вы получите вентилятор, который мягко и бесшумно перемещает воздух по комнате.

Не ждите, что это будет двигать воздух, как сильный электрический вентилятор. Но если у вас есть дровяная печь и вы читаете это, вам, возможно, понравится использовать вентилятор двигателя Стирлинга, чтобы сделать температуру в вашей комнате более равномерной.

Теплоэлектроцентраль

Комбинированный теплоэнергетический двигатель в доме производства Ökofen¹

Одна из проблем всех типов двигателей в том, что они недостаточно эффективны.Каждый раз, когда из выхлопной трубы двигателя выходят горячие газы, этот поток горячего выхлопа - это энергия, за которую вы заплатили, но не смогли использовать.

Но что, если бы вы могли настроить движок так, чтобы вы одновременно делали две важные для вас вещи? Например, производство электричества и горячая вода для обогрева дома.

Сегодня на рынке представлено несколько компаний с продуктами, которые производят электричество, а также вырабатывают горячую воду для отопления домов и зданий, а также для бытовых или коммерческих нужд в горячей воде.

Возможно, вам понравится читать о рекомендуемых нами комбинированных теплоэнергетических двигателях.

Пример крутой 3D-печати

[фото 1]

Когда 3D-принтеры впервые стали доступны, я сразу понял, что их можно использовать для создания двигателя Стирлинга. Многие другие люди тоже.

Единственный вопрос заключался в том, какую часть движка вы действительно можете напечатать? Очевидно, что наиболее интересным и сложным было бы распечатать весь движок без необходимости в непечатаемых частях.

Двигатели с частичной печатью

Первые несколько напечатанных двигателей Стирлинга, которые я видел, были напечатаны лишь частично.

Они использовали шарикоподшипники для маховика и несколько металлических деталей, а также очень гладкий графитовый поршень марки Airpot, работающий в стеклянном цилиндре.

В первых двигателях Стирлинга, напечатанных на 3D-принтере, было много дорогих закупленных компонентов.

Я знал, что было бы намного интереснее, если бы кто-нибудь нашел способ распечатать весь движок.

Я также потратил много времени на разработку собственных двигателей Стирлинга, напечатанных на 3D-принтере. Это было нелегко.

Самый крутой пример 3D-печати за всю историю

Двигатель Стирлинга, полностью напечатанный на 3D-принтере, разработанный Доном Клукасом.

К счастью, Дон Клукас из Крайст-Черч, Новая Зеландия, придумал, как напечатать весь двигатель Стирлинга, вообще не используя никаких приобретенных компонентов.

Дон ранее проектировал комбинированный теплоэнергетический двигатель Стирлинга Whispergen, поэтому он был опытным конструктором двигателей Стирлинга, и выяснение того, как напечатать весь двигатель Стирлинга без необходимости покупать дополнительные компоненты, было почти чудом.

Распечатайте двигатель для каждого ученика

Теперь, если в вашей школе есть 3D-принтер, и вы хотите провести в классе эксперимент с двигателями Стирлинга, вы можете просто распечатать его для каждого ученика в классе.

Это намного интереснее, чем наличие нескольких двигателей для студентов.

Решение Дона печатной проблемы поршня

Самая сложная часть при печати всего 3D-двигателя Стирлинга - это поршень. Современные принтеры не позволяют печатать поршень малого диаметра с достаточной точностью, чтобы он работал.

Дон решил напечатать поршень, который работает как сильфон. На изображении выше поршень белый. Его веб-сайт называется "Проекты для печати", и на него есть ссылка со страницы ссылок на двигатель Стирлинга.

Submarine Power

Submarine Power - Воздушно-независимая силовая установка

ВМС США наняли для участия в военных играх подводные лодки шведской конструкции производства SAAB (ранее Kockums). Их бесшумные подводные лодки, использующие двигатели Стирлинга, оказались «смертоносными» при моделировании.

Двигатели

Стирлинга превосходны там, где люди очень высоко ценят тишину.

Поскольку двигатели Стирлинга могут быть практически бесшумными, они идеально подходят для питания подводных лодок.

Шведская компания-производитель подводных лодок SAAB (ранее Kockums) добавила двигатель Стирлинга к своим подводным лодкам классов Gotland и Södermanland.

Дизель + Аккумуляторы + Стирлинг

Двигатель Стирлинга, который SAAB использует для шведских подводных лодок класса Gotland.

Эти подводные лодки используют так называемые воздушно-независимые двигательные установки, позволяющие им оставаться под водой в полной боевой готовности до нескольких недель.

По сути, это дизель-электрические подводные лодки, которые просто могут продлить срок эксплуатации (до двух недель) с помощью двигателя Стирлинга, дополняющего батареи.

Двигатели

Стирлинга также устанавливаются на японские подводные лодки класса Soryu и, по слухам, используются в некоторых новых китайских подводных лодках².

Кондиционер

Это не сразу становится очевидным, если посмотреть на двигатель Стирлинга, но любой двигатель Стирлинга можно превратить в тепловой насос, прикрепив электродвигатель к выходному валу и запустив электродвигатель.

Конечно, двигатели Стирлинга с низким перепадом температур, которые были разработаны для работы при небольших перепадах температур, будут давать лишь небольшие перепады температур, когда они приводятся в действие двигателем.

Так что не пытайтесь делать это с двигателем Стирлинга с низким перепадом температур.

Попробуйте запустить двигатель с подогревом пламени

Но если вы прикрепите электродвигатель к выходному валу любого двигателя Стирлинга, предназначенного для работы при более высоких перепадах температур, и запустите электродвигатель, одна сторона станет горячей, а другая - холодной.

Это можно сделать даже с очень простыми моделями, так что попробуйте.

Двигатели Стирлинга можно использовать в качестве кондиционеров

Очевидно, что специализированные кулеры будут работать лучше, чем двигатели, которые были преобразованы в кулеры.

Если вы хотите построить систему для кондиционирования воздуха в доме, вам придется конкурировать с хорошо зарекомендовавшей себя технологией охлаждения с паровым циклом, цена которой снижалась на протяжении многих поколений производства.

Таким образом, поскольку большинство людей принимают решения о покупке новых холодильников и кондиционеров в основном на основе первоначальной закупочной цены, и поскольку новый кондиционер с двигателем Стирлинга, вероятно, будет изначально дороже, это не то приложение, которое вы, вероятно, увидите в широком использовании. в любое время скоро.

Но были построены кондиционеры и холодильники с двигателями Стирлинга.

Но в чем действительно проявляется технология цикла Стирлинга, так это там, где другие технологии не могут легко конкурировать, например, в криокулерах.

Криокулеры

Криоохладитель производства Janis³, используемый в статическом обменном газе.

Если вы хотите достичь очень низких температур для охлаждения электроники для достижения сверхпроводимости или для исследовательских целей, двигатели Стирлинга, специально разработанные для охлаждения, являются отличным выбором.

Охладители

, подобные этому, были первоначально разработаны компанией Phillips Electronics в 1950-х годах и продолжают продаваться и использоваться сегодня.

Если вам нужен он для вашего промышленного применения, они доступны.

Двухступенчатые охладители Стирлинга могут обеспечивать температуру примерно до 20 градусов Кельвина, что достаточно для сжижения водорода и неона.

Социальное обеспечение ученых и инженеров

По этому поводу, похоже, я несерьезно, но на самом деле это так.

Определенная сумма государственного бюджета на исследования ежегодно расходуется на проекты по разработке новых технологий. Это вопрос государственной политики.

На протяжении многих лет, когда я интересовался двигателями Стирлинга, я видел, как люди подавали заявки и получали правительственные гранты на исследования для разработки двигателей Стирлинга.

Почему это проблема?

Проблема с этим финансируемым государством исследованием заключается в том, что оно редко приводит к появлению новых продуктов, которые люди покупают.Продукты часто разрабатываются с учетом высокого уровня эффективности, сложности и стоимости, что делает невозможным их производство и коммерческую продажу.

Возьмем, к примеру, компанию Sunpower из Афин, штат Огайо.

За эти годы они разработали множество интересных продуктов, но попробуйте найти любой из них на рынке сегодня. Вы действительно не можете.

Заказчик - следующий правительственный грант на исследования

Sunpower потратила столько лет на создание интересных продуктов, которые так и не вышли на рынок, что я могу предположить, что они действительно не собирались выводить продукты на рынок.

Вместо этого они создали эти продукты, чтобы получить следующий раунд государственных денег на исследования.

В этом нет ничего плохого, просто помните, что государственные субсидии редко приводят к появлению новых продуктов.

Если вас интересует, почему исследовательские проекты часто не приводят к появлению новых продуктов, прочтите мою страницу о том, почему двигатели Стирлинга не пользуются большей популярностью.

Инвестиционное мошенничество

Множество производителей двигателей Стирлинга приходили и уходили за эти годы.И технологии, и рынки сложны, поэтому я полагаю, что отчасти этого следует ожидать.

Но есть особый тип компаний, которые приходили и уходили, и у которых, кажется, никогда не было никаких намерений делать что-либо, кроме сбора денег от инвесторов и выплаты высоких зарплат директорам.

У них всегда красивые сайты и красивые офисы. Часто у них даже есть прототип, который они купили у разработчика.

Но, похоже, не было никакой реальной попытки вывести двигатели Стирлинга на рынок с некоторыми из этих мошенников / компаний.

Как они делают это реальным

Прототип обычно покупается у инженера, который потратил на его разработку огромное количество времени.

Он продает это мошенникам, говоря, что они собираются вывести его продукт на рынок, обладая превосходным маркетинговым опытом.

Они фотографируют его, создают красивый веб-сайт, публикуют глянцевые брошюры, собирают много денег от инвесторов и исчезают в истории.

Цикл мошенничества и исчезновения, кажется, повторяется

Это случалось так много раз, что я впадаю в депрессию каждый раз, когда вижу новую.

Итак, мошенники, найдите, пожалуйста, другой технологический центр, в котором работают ваши мошенники.

Очевидно, что нужны новые деньги инвесторов для разработки двигателя Стирлинга правильного типа, но компании с историей наличия хорошего маркетингового персонала и отсутствия инженерного персонала, вероятно, не из тех, кто выводит на рынок новые продукты для двигателей Стирлинга.

Почему двигатели Стирлинга в автомобилях маловероятны

Двигатели Стирлинга имеют смысл для множества применений, но автомобильные двигатели к их числу не относятся.

Почему?

  1. Они медленно запускаются
  2. Сложно быстро изменить уровень мощности
  3. Они не ускоряются быстро
  4. Они тяжелее и дороже
Двигатели Стирлинга любят работать с постоянной скоростью
Двигатели

Стирлинга не подходят для тех, кто хочет быстро перейти от «0 до 60».

Они лучше работают на постоянной скорости, поэтому, если вам нужно быстро разогнаться, когда загорается зеленый свет, двигатели Стирлинга не для вас.

Все эти вещи, а также тот факт, что они дороже, чем типичный двигатель внутреннего сгорания, делают их плохим выбором для автомобилей.

Гибридные автомобили

Теперь, когда мы видим все больше гибридных автомобилей, все больше людей задумываются о том, какое влияние может оказать двигатель Стирлинга.

Двигатели

Стирлинга имеют смысл в качестве источника энергии в некоторых электрических гибридных автомобилях, но, опять же, они имеют тенденцию быть тяжелыми.

Если вам удастся решить проблему с весом, они могут подойти.

Солнечные генераторы

А как насчет двигателей Стирлинга для солнечной энергии?

Кажется довольно очевидным, что двигатели Стирлинга можно использовать для работы на концентрированной солнечной энергии.

Проблема с этим подходом состоит в том, что инженерные программы по разработке этих двигателей обычно ставили целью высокую эффективность. Это означает, что будут использоваться дорогие жаропрочные сплавы, и к тому времени, когда двигатель заработает, как ожидалось, будет слишком дорого конкурировать с солнечными элементами.

Concentrating sunshine производит высокотемпературные двигатели, в которых должны использоваться дорогие высокотемпературные металлы, и, хотя в этой области было проведено много исследований, на сегодняшний день на рынке нет коммерческих продуктов.

Двигатели Стирлинга с ядерной установкой для дальнего космоса

Двигатели Стирлинга могут работать на любом виде тепла. Что касается двигателя, тепло от ядерного изотопа так же хорошо, как и любой другой вид тепла.

Это было хорошо исследовано в так называемых радиоизотопных генераторах Стирлинга для использования в исследованиях космоса.

Важно, когда спутники не приближаются к Солнцу

Легко представить, что солнечные элементы можно использовать повсюду в космосе, но это невозможно.

По мере того, как спутник улетает все дальше от орбиты Земли вокруг Солнца, солнечной плотности просто недостаточно для питания электроники спутника, и вам нужен другой метод производства энергии.

Для этого были разработаны двигатели

Стирлинга, использующие радиоактивный изотоп в качестве источника тепла, подключенного к двигателю Стирлинга.

Больше энергии из того же плутония

Двигатели Стирлинга, сконфигурированные таким образом, могут производить примерно в три раза больше электроэнергии, чем они могли бы получить с помощью термоэлектрического устройства⁴.

Двигатели могут быть разработаны для работы в течение четырех лет без какого-либо обслуживания.

Sunpower of Athens Ohio, создает их для НАСА.

Пожалуйста, прокомментируйте ниже

Спасибо, что прочитали эту страницу.

Пожалуйста, оставьте свои вопросы, комментарии или предложения ниже.

Не забудьте заглянуть на другие наши страницы, посвященные двигателям Стирлинга «Сделай сам».


¹ Фото: Ökofen

²Фарли, Р. (2018). «Воздушно-независимые силовые подводные лодки: малозаметность, дешевизна и будущее?» Национальный интерес. Вашингтон, округ Колумбия, Центр национальных интересов. Получено с http://nationalinterest.org/blog/the-buzz/air-independent-propulsion-submarines-stealth-cheap-the-24245

.

³ Фото: Янис

⁴Шрайбер, Дж., И Вонг, В. (2007). Усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга для космических исследований и исследовательских миссий НАСА. Кливленд, Огайо: Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Источник: https://web.archive.org/web/201209209/http://www.grc.nasa.gov/WWW/TECB/RPS_ASRG_%20Handout.pdf

⁵ Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. (Апрель 2018 г.). Исследовательский центр Гленна НАСА. Получено с https://tec.grc.nasa.gov/rps/stirling-research-lab/advanced-stirling-convertor/

.

[фото 1] изображение частично напечатанного двигателя Стирлинга с графитовым поршнем в стеклянном цилиндре.

FAQ

Часто задаваемые вопросы:
Польский перевод

  1. Как работают двигатели Стирлинга?
  2. Действительно ли двигатели Стирлинга самые эффективные из возможных?
  3. Если двигатели Стирлинга настолько эффективны, почему у меня нет одного в машине?
  4. А кем вообще был преподобный Роберт Стирлинг?
  5. Какие двигатели Стирлинга используются сегодня?
  6. Кто изобрел этот тип двигателя Стирлинга?
  7. В мире есть тысячи источников тепла с низкой разницей температур. Почему бы вам не построить двигатель, работающий на полную мощность, который их использует?
  8. Производит ли американская компания Стирлинга какие-либо двигатели Стирлинга полной мощности? Если нет, планируете ли вы их построить?
  9. Где я могу купить двигатель Стирлинга мощностью от 5 до 25 кВт для дома, автомобиля, лодки и т. Д.который будет работать на любом топливе, от коровьей щепы до солнечного света, и будет конкурентоспособен по цене с генератором Honda такой же мощности?
  10. Можно ли построить хороший двигатель Стирлинга, начав с небольшого блока Chevy V8 или, возможно, воздушного компрессора, и переоборудовав его в двигатель Стирлинга?
  11. Могу ли я использовать некоторые из ваших фотографий или рисунков на моем сайте или в печати?
  12. Я хочу узнать больше о двигателях Стирлинга, что мне делать?

Вопросы и ответы:

  1. Q: Как работают двигатели Стирлинга? A: Двигатели Стирлинга могут быть трудными для понимания.Вот ключевые моменты. Каждый двигатель Стирлинга имеет герметичный цилиндр, одна часть которого горячая, а другая холодная. Рабочий газ внутри двигателя (который часто представляет собой воздух, гелий или водород) перемещается с помощью механизма с горячей стороны на холодную. Когда газ нагревается, он расширяется и толкает поршень вверх. Когда он возвращается в холодную сторону, он сжимается. Правильно спроектированные двигатели Стирлинга имеют два импульса мощности на оборот, что может обеспечить их очень плавную работу. Двумя наиболее распространенными типами являются двухпоршневые двигатели Стирлинга и буйковые двигатели Стирлинга.Двухпоршневой двигатель Стирлинга имеет два силовых поршня. Двигатель Стирлинга буйкового типа имеет один силовой поршень и поршень буйка.

    Тип буйка:
    Здесь показан двигатель Стирлинга буйкового типа. Пространство под поршнем буйка непрерывно нагревается источником тепла. Пространство над поршнем буйка непрерывно охлаждается. Поршень буйка перемещает воздух (вытесняет воздух) с горячей стороны на холодную. Двигатель Стирлинга для кофейных чашек MM-1 является двигателем этого типа.Однако нельзя нагревать MM-1 с помощью источника тепла, более горячего, чем кипящая вода.


    Дополнительная деталь:
    Неподвижные иллюстрации
    Анимированные иллюстрации

    Двухпоршневой двигатель:
    Здесь показан двухпоршневой двигатель Стирлинга. Пространство над горячим поршнем непрерывно нагревается источником тепла. Пространство над холодным поршнем непрерывно охлаждается.


    Дополнительная деталь:
    Стоп-иллюстрации
    Анимированные иллюстрации
    Флэш-анимация

  2. Q: Действительно ли двигатели Стирлинга самые эффективные из возможных? A: В середине 1800-х годов очень умный француз по имени Сади Карно выяснил максимально возможную эффективность любой тепловой машины.Это формула, подобная этой (Температура горячей стороны - Температура холодной стороны) / Температура горячей стороны x 100 равна максимальной теоретической эффективности. Конечно, температуру нужно измерять в градусах Кельвина или Ренкина. Двигатели Стирлинга (с идеальной регенерацией) соответствуют этому циклу. Реальные двигатели Стирлинга могут достигать 50 процентов от максимального теоретического значения. Это невероятно высокий процент!
  3. Q: Если двигатели Стирлинга настолько эффективны, почему у меня нет одного в моей машине? A: Лучший ответ на этот вопрос - включить двигатель ММ-1 после того, как он наберет нужную скорость.Обратите внимание, что он продолжает работать около минуты. Хотя создать двигатель Стирлинга, который остановится мгновенно, очень просто, в мире нет ничего, что можно сделать, чтобы запустить его мгновенно. Когда я сажусь в машину, я хочу, чтобы она завелась немедленно (если не раньше) и чтобы можно было сжечь резину с шин, когда я выхожу с парковки! Двигатели Стирлинга не могут этого сделать. Несмотря на эти ограничения, Ford, GM и American Motors Corp. потратили миллионы долларов на разработку двигателей Стирлинга для автомобилей еще в 1970-х годах.Форд даже построил Стирлинг, который мог уехать от обочины (с относительно небольшой мощностью) через двадцать секунд после поворота ключа зажигания! Было построено и испытано множество прототипов. Затем в 1980-х годах цены на нефть упали, и люди начали покупать машины побольше. Внезапно исчезла веская причина для создания двигателя, который был бы значительно более эффективным, чем двигатели внутреннего сгорания, но не запускался бы мгновенно. Вот фотография AMC Spirit 1979 года. На нем была установлена ​​экспериментальная силовая установка двигателя Стирлинга, получившая название «Р-40».Дух был способен сжигать бензин, дизельное топливо или бензин. Двигатель P-40 Stirling обещал меньшее загрязнение окружающей среды, увеличение пробега на 30% и тот же уровень производительности, что и стандартный двигатель внутреннего сгорания автомобиля. [Из «Введение в двигатели Стирлинга»] Французская научно-исследовательская суб-сага оснащена двигателем Стирлинга. Двигатели Стирлинга также отлично работают в качестве вспомогательных генераторов / обогревателей на яхтах, где ценится их бесшумность и имеется хорошая охлаждающая вода. Они также будут очень хорошо работать в самолетах, где воздух становится холоднее, когда самолет набирает высоту.Не существует авиационной силовой установки (включая реактивные), которая улучшала бы какие-либо условия эксплуатации от набора высоты. Двигатели Стирлинга не будут терять столько мощности при подъеме, как поршневые двигатели или реактивные двигатели. Кроме того, не хотели бы вы иметь бесшумные самолеты с очень эффективными двигателями, которые также имеют чрезвычайно низкий уровень вибрации?
  4. Q: Кто вообще был преподобным Робертом Стирлингом? A: Роберт Стирлинг был священником Шотландской церкви, которого интересовало не только благополучие их душ, но и здоровье тел своих прихожан.Он изобрел двигатель Стирлинга (он назвал его «воздушным двигателем»), потому что паровые двигатели его времени часто взрывались, убивая и калечат тех, кому не повезло стоять рядом. Двигатели Роберта Стирлинга не могли взорваться и производили больше мощности, чем используемые в то время паровые двигатели. В 1816 году он получил свой первый патент на новый тип «воздушного двигателя». Созданные им двигатели и последующие за ними в конечном итоге стали известны как «двигатели горячего воздуха» и продолжали называться двигателями горячего воздуха до 1940-х годов, когда в качестве рабочей жидкости использовались другие газы, такие как гелий и водород.Роберт Стирлинг всю свою жизнь был активным министром и изобретателем. Возможно, самым важным его изобретением был «регенератор» или «экономайзер», как он это называл. Сегодня это используется в двигателях Стирлинга и во многих других промышленных процессах для экономии тепла и повышения эффективности промышленности.
  5. Q: Какие двигатели Стирлинга используются сегодня? A: Современное применение двигателей Стирлинга невидимо для всех. За последние годы было построено много исследовательских двигателей, но только в трех областях двигатели Стирлинга оказали огромное влияние.Есть двигатели Стирлинга на подводных лодках, машины Стирлинга, используемые в качестве криокулеров, и двигатели Стирлинга в классах. Криогеника - это наука о чрезвычайно холодных вещах, а двигатели Стирлинга - один из инструментов, с помощью которых можно сделать вещи очень холодными. Это не очевидно, но двигатель Стирлинга - обратимое устройство. Если вы нагреете один конец и охладите другой, вы получите механическую работу, но если вы включите механическую работу, подключив электродвигатель, один конец станет горячим, а другой - холодным.Если вы правильно сконструируете машину, холодный конец будет очень холодным. Фактически, были созданы кулеры Стирлинга, которые охлаждают ниже 10 градусов Кельвина. Кулеры Micro Stirling производятся в больших количествах для охлаждения инфракрасных чипов до температуры 80 градусов Кельвина для использования в приборах ночного видения.
  6. Q: Кто изобрел этот тип двигателя Стирлинга? A: Немного истории: В 1983 году Иво Колин, профессор Загребского университета в тогдашней Югославии, продемонстрировал первый двигатель Стирлинга, который мог работать при небольших перепадах температур.После того, как он опубликовал то, что он сделал, доктор Джеймс Сенфт, профессор математики в Университете Висконсин-Ривер-Фолс, построил первые двигатели, подобные MM-1. Модель MM-1 была бы невозможна без работы этих двух людей. Идея MM-1 пришла из новаторского ума Дэррила Филлипса. Все детальное проектирование и инженерные работы для ММ-1 были выполнены Брентом Ван Арсделлом, президентом American Stirling Company.
  7. Q: В мире есть тысячи источников тепла с низкой разницей температур, почему бы вам не построить двигатель на полной мощности, который их использует? A: Двигатели Стирлинга, работающие при небольших перепадах температур, имеют тенденцию быть очень большими по мощности, которую они вырабатывают.Хотя мы явно могли создавать двигатели, которые вырабатывают мощность и работают при небольших перепадах температур, вот почему мы этого не сделали. По мере того, как разница температур, доступная для работы двигателя Стирлинга, уменьшается, размер двигателя, необходимый для данного количества мощности, увеличивается. Например, обратите внимание на нашу прекрасную модель ММ-6. Этот двигатель работает на тепле вашей теплой руки и выдает неизмеримо малую мощность. Могут быть созданы двигатели, вырабатывающие мощность и работающие при небольших перепадах температур, но они будут большими (обычно непрактично большими) для той мощности, которую они вырабатывают.Хорошим общим правилом является то, что если горячая сторона двигателя не превышает 500 град. F. (260 ° C) двигатель будет слишком громоздким для той мощности, которую он выдает.

  8. Q: Строит ли американская компания Stirling какие-либо двигатели Стирлинга полной мощности? Если нет, планируете ли вы их построить? A: В настоящее время мы производим только учебные и демонстрационные двигатели Стирлинга. Мы хотели бы построить двигатели Стирлинга, производящие энергию, но в настоящее время у нас нет ресурсов для финансирования такого проекта.

  9. Q: Где я могу купить двигатель Стирлинга мощностью от 5 до 25 кВт для дома, автомобиля, лодки и т. Д., Который будет работать на любом топливе, от коровьих стружек до солнечного света, и будет по цене конкурентоспособен с аналогичным генератором Honda вместимость? A: Когда я пишу это в марте 2002 года, вы не можете получить такой двигатель. Есть несколько двигателей Стирлинга, доступных для тех, у кого военный или внушительный коммерческий бюджет. Есть также один двигатель мощностью 750 Вт, предназначенный для обогрева и питания яхт и удаленных жилых домов.Подробности см. На странице с ссылками. Хотя было бы очень хорошо, если бы такой двигатель существовал по цене за кВт, которая была бы конкурентоспособна с бензиновыми или дизельными двигателями, поначалу это, вероятно, нереально. Бензиновые и дизельные генераторы производятся миллионами. Когда двигатель Стирлинга мощностью от 5 до 25 кВт впервые выйдет на рынок, он будет производиться в гораздо меньших количествах и, несомненно, будет стоить больше за кВт, чем бензиновые и дизельные двигатели конкурентов.

  10. Q: Можно ли построить хороший двигатель Стирлинга, начав с небольшого блока Chevy V8 или, возможно, воздушного компрессора и преобразовав его в двигатель Стирлинга? A: Это много раз пробовали разные люди, и пришли к выводу, что на самом деле это не очень помогает.В своей книге «Создание двигателей Стирлинга» Энди Росс описывает преобразование автомобильного фреонового компрессора в двигатель Стирлинга. Вывод Энди и других заключается в том, что, хотя этот подход можно заставить работать, слишком много компромиссов, когда вы начинаете с некоторых частей, которые были созданы для другого использования. Вы могли бы с таким же успехом построить всю машину, как специально построенный двигатель Стирлинга.
  11. Q: Могу ли я использовать некоторые из ваших фотографий или рисунков на моем веб-сайте или в печати? A: Да, в большинстве случаев.Вы всегда можете использовать изображения наших двигателей в Интернете, если вы добавите ссылку на нашу домашнюю страницу https://www.stirlingengine.com. В печати вы можете использовать наши изображения, если вы распечатываете фото-кредит, в котором говорится: «Используется с разрешения www.stirlingengine.com». Если вы хотите повторно опубликовать наш контент другими способами, позвоните нам или напишите нам по электронной почте.
  12. Q: Я хотел бы узнать больше о двигателях Стирлинга, что мне делать? A: Мы предлагаем приобрести экземпляр «Вокруг света от двигателя Стирлинга» как очень хороший обзор двигателей Стирлинга.Но лучший способ по-настоящему понять двигатели Стирлинга - это взять в руки один из наших прозрачных двигателей и внимательно посмотреть, как он работает. Так что наслаждайтесь нашим веб-сайтом, но не забудьте вернуться и просмотреть наш магазин двигателей Стирлинга.

Как работают двигатели Стирлинга?

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 апреля 2020 г.

Двигатели работают в нашем мире с Промышленная революция: сначала грязные паровые машины, работающие на угле, затем более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время реактивные двигатели в самолетах.Основная концепция двигателя - то, что использует разницу между высокой и низкой температурой. один - не изменился за пару сотен лет, хотя иногда люди все же придумывают небольшие улучшения, которые сделайте процесс немного быстрее или эффективнее. Один двигатель ты возможно, в последнее время много слышал о двигателе Стирлинга, что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и перерабатывает тот же воздух или газ в снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной.В команде Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям, двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но на самом деле они с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования Возобновляемая энергия. На этом фото вы можете увидеть массив зеркал. концентрация солнечного тепла на двигателе Стирлинга, вырабатывающем электричество. Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Что такое двигатель?

Двигатели для транспортных средств или заводских машин являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для выпуска тепловая энергия, которая используется для производства газ расширяется и охлаждается, толкает поршень, поверните колесо и заведите машину. Двигатели бывают двух основных типов: двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят топливо в одном месте и выработка энергии в другой части такая же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные) сжигать топливо и производить мощность в одном и том же месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах).И то и другое типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляя газ расширяться, а затем остывать. Чем больше разница температур (между газом при самый горячий и самый холодный), тем лучше работает двигатель. Теория того, как двигатель работает на основе науки термодинамики (буквально «как движется тепло») и теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются. газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде, чем мы узнаем, что такого хорошего Двигатели Стирлинга, это помогает, если мы знаем, что такого плохого Паровые двигатели.Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает вода, пока она не закипит и не станет паром. Пар движется по трубе к цилиндру через открытый входной клапан, где он толкает поршень и водит колесо. Затем входной клапан закрывается, а выходной клапан открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Паровозы, такие как у этого локомотива, являются примерами. двигателей внешнего сгорания.Огонь, который обеспечивает энергию путем горения (1), находится снаружи (вне) цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть бойлер (2), преобразующий тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ питания движущейся машины особенно неэффективным и неудобным.Но это было нормально в те дни, когда угля было в изобилии и никого не волновало нанесение ущерба планете.

Проблем со steam много двигателей, но вот четыре наиболее очевидных. Во-первых, котел что заставляет пар работать под высоким давлением, и есть риск что он может взорваться (взрывы котла были серьезной проблемой с очень ранней паровой двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то расстояние от цилиндра, поэтому энергия теряется на получение тепла от один к другому.В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще достаточно горячий, поэтому он содержит потраченную впустую энергию. В-четвертых, потому что пар выбрасывается из цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные количество воды, а также топлива. (Вот почему у паровозов для остановки у бортовых цистерн с водой.)

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, который преодолеет эти проблемы? Предположим, мы избавимся от котла (что решит риск взрыва) и использовать тепло от огня для питания двигатель напрямую.Тогда вместо использования пара для передачи тепловой энергии от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к огонь и используйте обычный воздух (или другой простой газ) для перемещения тепла энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда назвал двигатели горячего воздуха .) Если мы закроем этот воздух в закрытую трубу, то один и тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию от огня и выпустив его в цилиндр, решаем проблему двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды.Наконец, почему бы и нет добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы горячий воздух проходил обратно и далее, его энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в повысить общую эффективность. Это основные способы, которыми Двигатель Стирлинга лучше парового двигателя. Вы иногда увидите Двигатели Стирлинга описываются как "замкнутый цикл регенеративного тепла". двигателей ", что является очень кратким выражением того, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют запечатанный объем газа для отвода тепла обратно и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они используйте теплообменники, чтобы сохранить часть тепла, которое в противном случае теряться в каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровом двигателе).

Простой или сложный?

Некоторые говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то это так же, как и великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но более богатые, более сложные и потенциально очень запутанные, пока вы их действительно не разберетесь. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube покажите, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом.На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за тем, как он работает снаружи: вам нужно хорошо подумать о цикле шагов, которые он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается. от того, что происходит в обычном паровом двигателе.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала посмотрев на компоненты, которые он содержит, затем подумайте о том, что они делают, и, наконец, рассмотрев более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Маленькие компактные двигатели Стирлинга, подобные этому, могут работать от крошечных перепады тепла - даже если положить кому-то руки и отвести тепло, которое они содержат. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Каковы основные части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как вытеснительный двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга).Это ключевые части:

Источник тепла

Источник тепла - это источник энергии, от которого двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь. огонь в солнечное зеркало, концентрирующее тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга описываются как двигатели внешнего сгорания, они не должны вообще использовать сжигание (фактическое сжигание топлива): они просто нужна разница в температуре источника тепла (откуда берется энергия) и радиатор (где он попадает).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга, используя тепло от чашки кофе, теплая ладонь чьей-то руки или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, выделяемая двигателем, исходит от любой разницы температур между источником тепла и теплом тонуть. Сказав это, стоит помнить, что крошечный двигатель Стирлинга, приводимый в движение что-то вроде чашки кофе, просто потому, что он содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Иллюстрация: Основные части вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Внутри машины в закрытом баллоне постоянно находится объем газа. Это может быть обычный воздух, водород, гелий или другое легкодоступное вещество, которое остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия операции, через которые он проходит). Его единственная цель - отвести тепловую энергию от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, который приводит в движение машину, а затем снова вернуться к подобрать еще.Газ, перемещающий тепло, иногда называют рабочим телом.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом в источник тепла. Обычно это какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который отводит отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня - это один из более очевидных вещей, которые отличает их от других двигателей.В общей конструкции под названием двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, есть два одинаковых поршня и цилиндра, а газовые челноки назад и вперед между ними, нагревание и расширение, затем охлаждение и сжатие, прежде чем цикл повторится.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой объемным (или бета) двигателем Стирлинга, имеется один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (зеленого цвета), задача которого заключается в перемещении газа между источником тепла и радиатором. В отличие от обычного поршня в паровом двигателе, буйковый уровень устанавливается очень свободно (с небольшим свободным пространством между край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад.Также имеется рабочий поршень (темно-синего цвета), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, которая приводит в движение независимо от того, какой двигатель работает. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелый маховик прикреплен для наращивания импульс и поддерживать бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень буйка постоянно движутся, но они не совпадают (одна четверть цикла или 90 ° по фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень буйка всегда находится на одну четверть цикла (90 °) на вперед рабочего поршня.

Теплообменник

Также известный как регенератор, теплообменник находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла, за которую держится регенератор. Когда газ движется обратно, он снова улавливает это тепло. Без регенератора это тепло было бы потеряно в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга иметь несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Итого

Как паровой двигатель или двигатель внутреннего сгорания, Стирлинг двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя серия основных операций, известная как ее цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга буйкового типа. На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит то, что газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках перемещается от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно.Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для привода механизма, приводимого в действие двигателем, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повторяться. Работа зеленого поршня буйка заключается в перемещении газа от горячей стороны цилиндра (слева) к холодной стороне (справа) и обратно. Работая в команде, два поршня гарантируют, что тепловая энергия многократно перемещается от источника к раковине и преобразуется в полезную механическую работу.

Подробнее

  1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) заканчивается справа в более холодном конце цилиндра.По мере того, как он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня движутся внутрь (к центру).
  2. Передача и регенерация: Поршень буйка перемещается вправо, а охлажденный газ перемещается вокруг него к более горячей части цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделял.
  3. Нагрев и расширение: Большая часть газа (показанная красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра.Он нагревается огнем (или другим источником тепла), поэтому его давление повышается, и он расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и все, что приводит в действие двигатель. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую (и работает).
  4. Передача и охлаждение: Поршень буйка перемещается влево, а горячий газ перемещается вокруг него к более холодной части цилиндра справа. Объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор (теплообменник), отдавая часть своей энергии по пути.Теперь цикл завершен и готов к повторению.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому месту, где он был запущен, это не симметричный процесс: энергия постоянно отводится от источника и откладывается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ объем работы над рабочим поршнем, когда он расширяется, но поршень выполняет меньше работы, сжимая охлажденный газ и возвращая его в исходное положение.

Теоретически

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, если простой паровой двигатель может обойтись только одним? Почему все эти отдельные ступени? Почему бы не упростить все это?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам необходимо понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с законами газа (основные законы классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа относятся к).Самый известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (сохранение тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

  1. Изотермическое сжатие (при постоянной температуре): наш этап (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается, поскольку он отдает тепло в сток.
  2. Изометрический (постоянный объем) нагрев: наш этап (2), описанный выше, на котором объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего предыдущего тепла.
  3. Изотермическое (при постоянной температуре) расширение: наш этап (3) выше, на котором газ поглощает энергию из источника, его объем увеличивается, а его давление уменьшается, а температура остается постоянной.
  4. Изометрическое (постоянный объем) охлаждение: наш этап (4) выше, на котором объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор и охлаждается.

Настоящий двигатель Стирлинга работает по более сложной, менее идеальной версии этого цикла, которая выходит за рамки данной статьи. Достаточно просто отметить, что четыре этапа не разделены жестко, а сливаются друг с другом. Если вам интересно, об этом можно прочитать в статье Википедии о цикле Стирлинга.

Некоторые альтернативные анимации

  • В Википедии есть еще одна анимация двигателя Стирлинга бета-типа (хотя и красиво нарисован, за ним трудно следить, потому что этапы рядом не поясняются).
  • MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но сопровождающее объяснение довольно минимально.
  • Лучшее из всех: на сайте есть отличная анимация и объяснение. Animated Engines, превосходный веб-сайт с множеством понятных и простых страниц, посвященных всем другим движкам, которые стоит изучить. Мне нравится, что все движки выполнены в одном простом стиле, поэтому вы можете легко их сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: Хотя инженеры пытались установить на автомобили двигатели Стирлинга, эксперименты не увенчались успехом.Двигателю Стирлинга нужно время, чтобы набрать скорость, и он не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для питания автомобиля чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом направлении: автомобили будущего, скорее всего, будут приводиться в действие электродвигателями или топливными элементами. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, требующих непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-то горячее и что-то холодное.Они идеально подходят для солнечных электростанций, где тепло Солнца играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и высокоэффективные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые должны обеспечивать стабильные поставки электроэнергии. Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга. используя их в качестве основы для компактного домашнего электроснабжения генератор, получивший название Beacon 10, примерно размером с бытовую стиральную машину.

В обычном двигателе Стирлинга тепло нагревается до горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора).Как только электродвигатели могут быть реверсивно использованы как генераторы, так что вы можете поставить энергии в двигатель Стирлинга и запустить его назад, эффективно отвод тепла от радиатора и отвод его на источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криокулер» - очень эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в сверхпроводимость и электронное исследование.

Достоинства и недостатки двигателей Стирлинга

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за замкнутый цикл и регенеративный теплообменник).У них нет котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в воде и не имеют сложную систему открытия и закрытия клапанов, двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише паровых двигателей, и потому что они не обязательно предполагают сжигание топлива, они могут быть намного чище. В отличие от паровых двигателей, которые обычно сжигают уголь до кипения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов разные виды топлива.

С другой стороны, двигатели Стирлинга запускаются не мгновенно (это требуется время, чтобы очень важный теплообменник нагрелся, а маховик разгоняются), и они не так хорошо работают в режиме остановки-запуска (в отличие от внутреннего сгорания двигатели).Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло, что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Изображение: Эта иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 г.) напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложен. Два больших чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху (источник тепла и радиатор) и поршни буйка перемещаются внутри них вперед и назад.Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик. Произведение искусства из истории и прогресса парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667.

Неудивительно, что Стирлинг двигатели были изобретены шотландским священником по имени Роберт Стирлингом в 1816 году. Он надеялся создать более безопасный двигатель и эффективнее паровых двигателей, которые были разработаны около века назад Томас Ньюкомен (а позже улучшил Джеймсом Ваттом и другими). Рост объемов внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные двигатели) привел к Двигатели Стирлинга не использовались, хотя они были заново открыты Компания Philips в середине 20 века.Совсем недавно они становятся популярными на солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии. энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология получил новый импульс в 1980-х, когда Иво Колин из Университета Загреба и Джеймс Сенфт из Университета Висконсина разработали новый, очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между источник тепла и радиатор.

Узнать больше

На сайте

Статьи

Книги

Двигатели Стирлинга
Термодинамика двигателя
  • Двигатели: Введение Джона Лиска Ламли.Cambridge University Press, 1999. Хотя здесь основное внимание уделяется двигателям внутреннего сгорания, оно будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
  • «Термодинамика для чайников» Майка Паукена. Джон Вили и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение в таких вещах, как двигатели.

Видео

  • Пример двигателя Стирлинга: 2-минутная демонстрация реального двигателя Стирлинга бета-типа, подобного показанному в моей анимации выше.
  • Двигатель Стирлинга: разбираем один: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает вам различные детали внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте...

Анализ машины цикла Стирлинга (обновлено 21 марта 2016 г.)

Анализ машины цикла Стирлинга (обновлено 21 марта 2016 г.)

Анализ машины цикла Стирлинга

по Израиль Urieli ( последнее обновление 12.12.2020 )

посвящается Уильяму Т. Бил (1928-2016), изобретатель Свободнопоршневой двигатель Стирлинга,
Наставник и друг

Этот веб-ресурс предназначен для самостоятельной содержит обучающий ресурс для анализа и развития компьютерное моделирование однофазного цикла Стирлинга поршень / цилиндр машины.Он включает термодинамику, теплопередачу и поток жидкости. фрикционный анализ, и до 2012 года использовался как ресурсный материал для повышения квалификации по специальностям «Машиностроение». Курс структура была основана на книге И. Уриэли и Д. М. Берховица «Анализ двигателя цикла Стирлинга» (Адам Хильгер, 1984). Компьютер программные модули моделирования (изначально написанные на FORTRAN) имеют все обновлен и переписан в MATLAB, удобном интерактивном язык, который позволяет прямой графический вывод - важно для Анализ цикла Стирлинга.Полный набор всех м-файлов разработаны и предоставлены, и они могут быть расширены и адаптированы как необходимо для определенных конфигураций двигателя / холодильника.

Данный веб-ресурс находится под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Аналогично 3.0 США лицензия и как такое есть в свободном доступе. Комментарии и конструктивная критика приветствуется автором.

Этот учебный ресурс включает набор руководств. Компьютерные программные модули MATLAB для моделирования конкретного Стирлинга конфигурации двигателя.Полный набор m-файлов можно скачать в сжатом формате sea.zip ( морской = с вращение и двигатель a анализ). Эти модули можно дополнять и адаптировать. как требуется для моделирования конкретной конструкции двигателя. В настоящее время модули двигателя предназначены для машин Alpha, включая синусоидальный привод, привод Ross Yoke и двигатель Ross Rocker-V. Теплообменник типы включают трубчатые теплообменники, теплообменники с кольцевым зазором и щелевые теплообменники, а также Типы матриц регенератора включают сетку экрана и рулонную фольгу матрицы.Типы рабочих газов включают воздух, гелий и водород.

Обратите внимание, что цель этого учебного ресурса - научиться ценить и понимать сложность практическое моделирование рабочих характеристик машины цикла Стирлинга, в основном благодаря к процессам теплообмена. Он не предназначен в качестве альтернативы к Sage Программа для инженерного моделирования и оптимизация машин цикла Стирлинга.

___________________________________________________________________________________________
Кроме для верхнего и нижнего колонтитулов Университета Огайо, включая их графику, Анализ машины цикла Стирлинга, Израиль Уриэли находится под лицензией Creative Общедоступное авторское право - Некоммерческое использование - Совместное использование 3.0 США Лицензия

Как сделать свои собственные двигатели Стирлинга, планы и комплекты • Двигатель Стирлинга своими руками

☰ Меню Основы двигателя Стирлинга

Как сделать планы двигателей Стирлинга своими руками, основы цикла тепловых двигателей и множество самодельных примеров.

Эта информация предназначена для того, чтобы помочь вам принять более обоснованные решения при выборе двигателя Стирлинга своими руками. Кроме того, чтобы помочь вам понять различные типы двигателей Стирлинга и принципы их работы.

Изображение Arsdell (собственная работа) [GFDL или CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0], через Wikimedia Commons

Что такое двигатель Стирлинга?

Двигатель Стирлинга - это тепловой двигатель с замкнутым циклом. Обычно он полностью изолирован от внешней среды и работает над расширением и сжатием газа (обычно воздуха), который заключен в герметичном двигателе. Топливо не проходит через двигатель, как в обычном двигателе внутреннего сгорания. Это означает, что нет ни впуска, ни выпуска.

Одна сторона двигателя нагревается, а другая охлаждается. Это заставляет газ проходить циклы расширения и сжатия. Это означает, что он может производить движение, преобразовывая тепловую энергию непосредственно в кинетическую энергию или механическую работу.

Двигатель снаружи показывает только его движущиеся части, источник тепла и источник охлаждения. Помните, что топливо не проходит через двигатель, потому что он полностью герметичен снаружи.

Есть много типов двигателей Стирлинга.Есть двигатели высокого давления, которые используются в коммерческих целях. Есть восстановленные двигатели низкого давления, которые используются для демонстрации. Есть настольные модели двигателей, созданные любителями и студентами.

Вы можете найти модели или комплекты почти для всех конфигураций двигателей Стирлинга, включая двигатели LTD (низкотемпературный дифференциал). LTD может работать на тепле ладони.

Используемые виды топлива

Двигатель Стирлинга традиционно классифицируется как двигатель внешнего сгорания.Хотя при правильном применении любой источник тепла будет работать на двигатель Стирлинга. Это означает, что источник тепла не ограничивается только сгоранием.

Вот список некоторых возможных источников тепла:

  • Солнечная энергия
  • Геотермальная энергия
  • Атомная энергия
  • Уголь
  • Бензин
  • Алкоголь
  • Природный газ
  • Пропан
  • Дерево
  • Все, что сгорит

Различные типы тепловых двигателей

Английский пользователь Википедии Эндрю.Эйнсворт [GFDL или CC-BY-SA-3.0], через Wikimedia Commons

Тепловые двигатели обычно считаются двигателями Стирлинга. Они названы в честь Роберта Стирлинга, изобретателя, который в 1816 году создал первый практичный и пригодный для использования тепловой двигатель. Однако существует много типов тепловых двигателей или двигателей внешнего сгорания, разработанных многими другими изобретателями. Некоторые из них используют пар в качестве газообразного рабочего тела. Другие используют воду под высоким давлением, ограниченную таким образом, чтобы она не превращалась в пар.

Имена для поиска

  • Двигатель горячего воздуха Робинсона
  • Двигатель горячего воздуха Хейнрици
  • Двигатель Ericsson
  • Двигатель Malone
  • Двигатель цикла Ренкина

Основные сведения о работе

YK Times на en.wikipedia [GFDL, CC-BY-SA-3.0 или CC-BY-2.5], из Wikimedia Commons

Во многих двигателях Стирлинга давление газа внутри двигателя почти равно внешнему атмосферному давлению.Есть фиксированная масса газа, обычно воздуха, гелия или водорода. Когда вы нагреваете двигатель снаружи, газ расширяется и выталкивает поршень. Когда вы его охлаждаете, газ сжимается, и поршень возвращается внутрь под действием внешнего атмосферного давления. Это преобразует тепловую энергию в механическую энергию или работу.

Но нагрев всего двигателя и его охлаждение неэффективны. Потому что для этого потребовалось бы, чтобы источник нагрева и охлаждения снова и снова перемещался в исходное положение.Поэтому должен быть способ одновременно нагревать и охлаждать двигатель. Это достигается перемещением или циклической сменой газа внутри двигателя от горячей стороны к холодной.

Вытеснитель механически перемещает газ между нагретым участком и охлаждаемым участком. Вытеснитель представляет собой легкий поршень, который не контактирует с внутренней частью двигателя Стирлинга. Газ может двигаться вдоль буйка. Он движется вперед и назад, занимая пространство внутри двигателя, перемещая газ из стороны в сторону.

Когда поплавок находится на холодной стороне, газ выталкивается на горячую сторону и расширяется. Когда вытеснитель находится на горячей стороне, газ выталкивается на холодную сторону и сжимается. Это упрощенное объяснение цикла Стирлинга, который представляет собой тип термодинамического цикла. Это циклическое действие необходимо правильно рассчитать. Его можно механически синхронизировать по-разному. Вот почему существует так много типов и конфигураций тепловых двигателей.

Типы двигателей Стирлинга

  • Двигатель Alpha Stirling
  • Бета Двигатель Стирлинга
  • Gamma Stirling двигатель
  • Двигатель Стирлинга со свободным поршнем
  • Роторно-поршневой двигатель Стирлинга
  • Низкотемпературный двигатель

Отличное видео, объясняющее некоторые принципы работы двигателя Гамма Стирлинга.

Детали теплового двигателя

Вот краткое описание частей двигателя Стирлинга.Чтобы помочь вам лучше понять, что входит в самодельный двигатель Стирлинга.

Теплообменник горячей стороны

Это горячая сторона двигателя, с которой контактирует внешний источник тепла. Обычно это внешняя стенка камеры расширения и сжатия. Это также точка контакта для охлажденного газа. Иногда, чтобы собрать как можно больше тепла, площадь поверхности увеличивают с помощью внутренних или внешних ребер. Это работает как радиатор.

Теплообменник холодной стороны

Это часть двигателя, с которой контактирует нагретый газ.Он передает тепло газа наружному воздуху или охлаждающей жидкости. У него также могут быть плавники для повышения эффективности. В зависимости от конфигурации двигателя теплообменник холодной стороны может находиться на противоположном конце того же цилиндра, что и теплообменник горячей стороны, или на другой части двигателя.

Регенератор

Расположение регенератора зависит от конфигурации двигателя. Обычно регенератор представляет собой внутренний теплообменник, который временно хранит тепло, которое в противном случае было бы потеряно между горячим и холодным теплообменниками.Иногда вытеснитель изготавливается из материалов, которые позволяют ему также действовать как регенератор. Регенераторы внедрены в попытке повысить эффективность.

Поплавок

Это часть двигателя, которая перемещает или вытесняет газ (рабочую жидкость) из горячего теплообменника в холодный теплообменник.

Радиатор

Обычно используется на холодной стороне, это может быть простая внешняя стенка двигателя, контактирующая с температурой окружающего воздуха.Хотя добавление ласт более эффективно. Также можно добавить радиатор, чтобы задействовать воду или охлаждающую жидкость.

Маховик

По отношению к двигателю маховик представляет собой большое тяжелое колесо. Он механически связан с поршнем (поршнями) двигателя. Его задача - придать машине импульс и помочь выполнить цикл Стирлинга на всем его протяжении. В большинстве тепловых двигателей используется маховик.

Поршень

Поршень обычно такой же, как и любой другой поршень, который скользит внутри цилиндра.Хотя есть некоторые конструкции двигателей Стирлинга, в которых в качестве силового поршня используется гибкая мембрана. Поршень выталкивается, когда рабочая жидкость (газ) расширяется настолько, что превышает внешнее атмосферное давление. Этому действию часто помогает использование маховика.

Видео самодельного двигателя Стирлинга своими руками

Конфигурации

Альфа Стирлинга

Alpha Stirling имеет два силовых поршня, отдельные теплообменники горячего и холодного, регенератор и маховик.Теплообменник с горячей стороны содержит поршень, а теплообменник с холодной стороны содержит поршень. Обычно буйковый уровнемер не используется. Между двумя поршнями обычно существует большая разница температур. Это означает более высокую эффективность и преобразование большего количества энергии в работу. Alpha Stirling обычно предлагает более высокое соотношение мощности и веса и более быстрое вращение в минуту.

Бета-Стирлинг

Бета-модель Стирлинга имеет один силовой поршень и вытеснитель, которые используют один цилиндр.Теплообменники горячей и холодной воды также имеют один и тот же цилиндр. Один конец нагревается, а другой - остывает. Силовой поршень и вытеснитель часто соединяются маховиком.

Гамма Стирлинг

Gamma Stirling - это вариация Beta Stirling. Он имеет два цилиндра, один для силового поршня и один для буйка. Цилиндр силового поршня расположен вдоль той стороны цилиндра, в которой находится поршень буйка.Газ проходит через небольшой порт между двумя цилиндрами. Силовой поршень и вытеснитель часто соединяются маховиком. Некоторые используют регенератор, а некоторые нет.

Двигатель с кольцевой балкой

Двигатель Стирлинга Ringbom является разновидностью Бета-двигателя Стирлинга. Он также имеет два цилиндра и один силовой поршень. Силовой поршень расположен в собственном цилиндре, который расположен вдоль той стороны цилиндра, в которой находится поршень буйка. Силовой поршень - единственный поршень, соединенный с маховиком.Буйковый уровнемер не подключен к силовому поршню или маховику. Вместо этого он может двигаться бесплатно. Поршень буйка плавно поднимается при расширении и опускается при сжатии.

Свободный поршень Stirling

Двигатель Стирлинга со свободным поршнем - относительно новая разработка. Обычно он соответствует поршневой системе Стирлинга типа Beta. Но маховика или механической связи такого типа нет. Скорее всего, они будут использоваться для выработки электроэнергии или для охлаждения.Это потому, что они только отвечают взаимностью. Это означает, что они идеально подходят для линейных генераторов переменного тока. Обычно это двигатели высокого давления.

Наддув

Норберт Шницлер (собственная работа) [GFDL или CC-BY-SA-3.0], через Wikimedia Commons

Повышение рабочего давления помогает увеличить мощность и эффективность. Это означает, что двигатель запускается с большей массой газа. Чем больше молекул газа, тем больше тепла и больше работы можно делать.Philips MP1002 CA имеет рабочее давление выше атмосферного. Устройство на этом видео имеет начальное давление около 200 фунтов на квадратный дюйм. и рабочее давление около 160 фунтов на кв. дюйм .. Но это также означает, что двигатель должен быть сделан из более прочного материала и иметь более толстые стенки. Более толстые стенки затрудняют передачу тепла газу внутри двигателя. В большинстве имеющихся в продаже двигателей Стирлинга используется газ под давлением.

Тепловой двигатель, заставляющий замерзнуть

Термодинамический цикл Стирлинга можно запустить в обратном направлении с помощью внешнего источника энергии.Это приведет к нагреву одной стороны и охлаждению другой стороны. Проще говоря, двигатель Стирлинга может быть тепловым насосом. При вращении двигателя через его механические циклы газ внутри него сжимается и расширяется, нагревается и охлаждается соответственно. Охлаждение с помощью цикла Стирлинга в настоящее время коммерчески используется для криогеники и охлаждения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *