Главная » Разное » Роторный двигатель стирлинга

Роторный двигатель стирлинга


СТИРЛИНГ ПО-РОССИЙСКИ | Наука и жизнь

Ограниченные запасы углеводородного топлива и высокие цены на него заставляют инженеров искать замену двигателям внутреннего сгорания. Российский изобретатель предлагает простую конструкцию двигателя с внешним подводом теплоты, который рассчитан на любой вид топлива, даже на нагрев солнечными лучами. Создатель проекта двигателя Виталий Максимович Нисковских - конструктор, широко известный специалистам-металлургам не только в нашей стране, но и за рубежом. Он автор более 200 изобретений в области оборудования по разливке стали, один из основателей отечественной школы проектирования машин непрерывного литья криволинейных заготовок (МНЛЗ). Сегодня 36 таких машин, изготовленных под руководством В. М. Нисковских на Уралмаше, работают на металлургических комбинатах России, а также в Болгарии, Македонии, Пакистане, Словакии, Финляндии, Японии. Роторный двигатель внешнего сгорания состоит из двух цилиндров, соединенных двумя ветками трубопроводов - высокого и низкого давления (для наглядности роторы разнесены, хотя в действительности они находятся на одном валу).

‹

›

В 1816 году шотландец Роберт Стирлинг изобрел двигатель с внешним подводом теплоты. Широкого распространения изобретение в то время не получило - слишком сложной была конструкция по сравнению с паровой машиной и появившимися позже двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Однако в наши дни вновь возник острый интерес к двигателям Стирлинга. Постоянно появляется информация о новых разработках и попытках наладить их массовое производство. Например, на голландской фирме "Филипс" построили несколько модификаций двигателя Стирлинга для большегрузных автомобилей. Двигатели внешнего сгорания ставят на судах, на небольших электростанциях и ТЭЦ, а в перспективе собираются оснащать ими космические станции (там их предполагают использовать для привода электрогенераторов, поскольку двигатели способны работать даже на орбите Плутона).

Двигатели Стирлинга имеют высокий кпд, могут работать с любым источником теплоты, бесшумны, в них не расходуется рабочее тело, в качестве которого обычно применяют водород или гелий. Двигатель Стирлинга мог бы успешно использоваться на атомных подводных лодках.

В цилиндры работающего двигателя внутреннего сгорания вместе с воздухом обязательно заносятся частицы пыли, вызывающие износ трущихся поверхностей. В двигателях с внешним подводом теплоты такое исключено, поскольку они абсолютно герметичны. Кроме того, смазка не окисляется и требует замены значительно реже, чем в ДВС.

Двигатель Стирлинга, если его использовать как механизм с внешним приводом, превращается в холодильный агрегат. В 1944 году в Голландии образец такого двигателя раскрутили с помощью электромотора, и температура головки цилиндра вскоре понизилась до -190°С. Подобные устройства успешно используют для сжижения газов.

И все же сложность системы кривошипов и рычагов в поршневых двигателях Стирлинга ограничивает их применение.

Проблему можно решить, заменив поршни роторами. Основная идея изобретения состоит в том, что на общем валу установлены два рабочих цилиндра разной длины с эксцентриковыми роторами и подпружиненными разделительными пластинами. Полость нагнетания (условно - сжатия) малого цилиндра соединена с полостью расширения большого цилиндра через канавки в разделительных пластинах, трубопровод, теплообменник-регенератор и нагреватель, а полость расширения малого цилиндра - с полостью нагнетания большого цилиндра через регенератор и холодильник.

Двигатель работает следующим образом. В каждый момент времени из малого цилиндра в ветвь высокого давления поступает некоторый объем газа. Чтобы заполнить полость нагнетания большого цилиндра и при этом сохранить давление, газ нагревают в регенераторе и нагревателе; его объем увеличивается, и давление остается постоянным. То же, но "с обратным знаком" происходит в ветви низкого давления.

Из-за разницы в площадях поверхности роторов возникает результирующая сила F=∆p(Sб-S м), где ∆p - разность давлений в ветвях высокого и низкого давлений; Sб - рабочая площадь большого ротора; Sм - рабочая площадь малого ротора. Эта сила вращает вал с роторами, и рабочее тело непрерывно циркулирует, последовательно проходя через всю систему. Полезный рабочий объем двигателя равен разности объемов двух цилиндров.

См. в номере на ту же тему

А. ДУБРОВСКИЙ - Классический четырехтактный…

Роторные двигатели внешнего сгорания

Первые тепловые машины созданные человечеством были машинами внешнего сгорания. Они широко (для того времени) использовались в различных  отраслях промышленности и на транспорте. Как правило, основой преобразования энергии газа во вращательное движение была кинематика поршневого двигателя с кривошипно-шатунным механизмом. После создания двигателей внутреннего сгорания, сфера применения двигателей с внешним подводом тепла значительно сократилась. В последнее время в связи с развитием  технологии, появлением новых материалов появились перспективы реализовать потенциальные возможности двигателей  внешнего сгорания. Их относительная экологическая чистота, возможность применения помимо традиционного другого разнообразного топлива  или источников тепла (солнечной, ядерной энергии) меньшая шумность возродила интерес к ним.

Одним из самых конструктивно и технологически проработанным (не считая турбин)  двигателем внешнего сгорания является двигатель Стирлинга, который к тому же имеет довольно высокий теоретический (до 70 %) КПД. Правда, основные модификации  (альфа, бета, гамма) таких двигателей конструктивно сложны и громоздки, а схема преобразования теплоты, содержащейся в топливе, предполагает значительные потери механической энергии, и небольшую по сравнению с обычным ДВС, удельную мощность. Кроме того, сложно решить  вопросы уплотнения и    герметизации рабочего тела. И попытки обойти эти проблемы в существующих схемах, даже с учетом новых технологий, пока не привели к созданию конкурентоспособной  с обычным ДВС силовой установки.

Авторы предлагают варианты схем построения двигателей внешнего сгорания, лишенных, на их взгляд,  некоторых из вышеописанных, существенных недостатков. Такие схемы позволяют иметь высокие удельные характеристики двигателей, меньшие требования к уплотнениям, использование распространенных компонент в качестве рабочего тела и более низкие значения средних давлений цикла без потери эффективности. Тип расширительной машины  и схемы построения двигателя позволяют иметь два важных свойства.

 Первое – однонаправленностьпроцесса  исключает потери, связанные с изменением направления  движения рабочего тела. Возвратно–поступательное движение поршневой машины (большинство построенных двигателей имеет этот тип кинематики), создает  и  соответственное движение рабочего тела. А это,  при больших паразитных объемах и на высоких частотах вращения, приводит  к уменьшению   перемещаемой массы рабочего тела в системе согласно тактам цикла. В существующих двигателях с возвратно поступательным движением, порции рабочего тела не могут в цикле находится более чем в двух смежных тактах.  Приходится резко ограничивать объемы теплообменников и трубопроводов. Ограничение объемов теплообменников  свою очередь ведет к  снижению скорости теплообмена. И тогда, для построения двигателей с высокими удельными характеристиками полученных за счет значительных оборотов, надо   использовать рабочее тело с большим коэффициентом теплопередачи (водород, гелий). А  ограничение объемов трубопроводов приводит  к большим газодинамическим потерям (уменьшение проходного сечения).

Однонаправленность, же позволяет иметь в устоявшемся режиме относительно  постоянную скорость рабочего тела в системе и темне позволяет пружинить рабочим телом, что значительно уменьшает потери от паразитных объемов. Используя это свойство можно иметь в теплообменнике 2-3 «порций» рабочего тела. Отсюда,  при сквозном проходе рабочего тела по закольцованному контуру, время теплообмена можно увеличить в 2-3 раза, и при этом  иметь более развитую  площадь теплообмена за счет больших теплообменников. А это в свою очередь увеличит и скорость теплообмена. Похожие схемы имеют двигатель Нисковских и частично Цвауэра.

Второе –  параллелизм,  кратно увеличивающий (при равном количестве рабочих тактов в единицу времени) время такта в цикле т.к. каждый такт в параллельных секциях происходит   одновременно и синфазно, что приводит и соответственному увеличению  времени теплообмена. К примеру, это время вчетверо больше, чем в существующих двигателях Стирлинга любой модификации с последовательным чередованием тактов  цикла.  И это качество, при равных условиях, позволяет иметь меньшую  скорость рабочего тела, тем самым значительно уменьшая и газодинамические потери.

  В итоге, реализуя оба свойства длительность теплообмена   можно увеличить на порядок. А это  – повышение удельных показателей двигателей использующих доступный газ, к примеру азот  (воздух) на уровень двигателей, где в качестве рабочего тела используется вещество с большим коэффициентом передачи теплоты (водород и гелий). И поэтому появляется возможность создания относительно дешевых двигателей с высокими удельными характеристиками, с меньшими требованиями к уплотнениям, с функцией  компенсации потери рабочего тела(воздух) и поддержании среднего давления цикла посредством подкачки (компрессор с независимым приводом или от двигателя, ресивер и т.д.) из атмосферы. Кроме того, более высокая масса воздуха (по сравнению с водородом), при однонаправленном движения  рабочего тела, способствует накоплении энергии, чем выравниваются возникающие пульсации потока.

 Естественно в качестве рабочего тела можно использовать и другие газы, а с применением  водорода или  гелия можно кратно увеличить удельную мощность (за счет оборотов)   по отношению к существующим двигателям, до пределов механических ограничений.

Сердце данных двигателей его силовая часть, основа преобразования – роторная машина расширения (Рис.1).

 

 

 

 

 

 

 Машина расширения для двигателя внешнего сгорания  содержит неподвижный корпус  представляющий полый цилиндр, который с торцов прикрыт крышками, ротор  в виде посаженного на вал  колеса и имеющего n  П-образных выдвигающихся, посредством выдвижного устройства (ВУ), пластин –лопаток расположенных в спицах. Внутренняя ободная поверхность корпуса и внешняя ободная поверхность ротора образуют n  синусоидальнообразных полостей с впускными и выпускными окнами каждая.

  Конструктивные особенности машины расширения позволяют иметь довольно значительные объемы полостей, при небольших общих габаритах. Самым оптимальным является трехлопаточный вариант, (и при  дальнейшем увеличении лопаток - кратно трем) обеспечивающий при минимальном диаметре ротора максимальное значение опорной части лопаток при  их полном выдвижении, и наибольшую величину этого выдвижения.

Механизм ВУ обладает несложной кинематикой и суть вспомогательное устройство, а не элемент преобразования энергии, и служит для согласования выдвижения лопаток с углом поворота ротора. Механизм ВУ не подвергается большим динамическим нагрузкам  и не является  источником значительных механических потерь.

 Герметизацию полостей машины расширения можно обеспечить путем лабиринтных уплотнений. В внутриободном пространстве ротора можно иметь избыточное давление без потерь КПД ( в отличии альфа модификаций, где подпоршневое давление в картере уменьшает КПД). Лопатки находятся в закрытых (изолированных от внутриободного пространства ротора) каналах расположенных в спицах с выходом только в рабочие полости и  соединенных с элементами ВУ (толкателями) через легко уплотняемые штоки. Последние, в свою очередь, могут быть защищены гофрированными втулками от масла. Внутриободное пространство ротора в свою очередь должно быть отделено (не показано) от подверженного  смазке около осевого пространства (где расположены элементы ВУ). В каналах лопаток (лучше с выталкивающей стороны) расположены желобки, для подвода рабочего тела к тыльной грани лопаток, что бы избежать  тормозящего разряжения.

                        Работа машины расширения осуществляется следующим образом (Рис.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рабочее тело  через впускное окно  подается в рабочую полость  и, воздействуя на заднюю грань (по ходу вращения) лопатки, заставляет ротор  вращаться. А в дальнейшем  лопатка своей передней гранью выталкивает отработанное рабочее тело через выпускное окно, чем обеспечивается  его прямоточное движение внутри расширительной машины.

Построение двигателя как комбинации нескольких размещенных на одном валу модулей (секций машин расширения) с подобранными объемами полостей и расположением зон нагрева и охлаждения, позволяет задать  любой термодинамический цикл его работы (с учетом параметров рабочего тела, конструкционных материалов, и используемого топлива), к примеру  цикл Стирлинга, Эриксона и т.д. Варианты схем построения двигателей ограниченны только рациональностью и здравым смыслом и показывают гибкость данной конструкции.

Классический цикл Стирлинга  реализуется в двигателе, в котором  на всех этапах цикла используется  только газообразное рабочее тело с четырьмя переменными объемами и с использованием регенераторов (Рис3. схема построения).

 

 

 

 

 

 

 

 

 Двигатель составлен из последовательно расположенных на одном валу  секций-модулей  Si  (где i = 1,2…k), каждая из которых имеет  N полостей  определенного (условного) объема Vi. И двигатель состоит из двух четко разделенных частей.  Одна – нагревается (горячая) Dh, а другая – охлаждается (холодная) Dc.. Участки корпуса и ротора, принадлежащие к разным частям, теплоизолированы друг от друга.  Основные элементы Ву (кривошипы, коромысло) расположены в «холодной» части двигателя. Водило с расположенными на нем элементами, организующими качание вала выдвижного устройства,  может быть общим для всех секций двигателя. А вал ВУ проходит по геометрической оси через общий полый вал роторов модулей  и «поэтажно» имеет рычаги с толкателями лопаток. Этим обеспечивается синфазное выдвижение лопаток  всех модулей.  Каждая часть состоит из  двух секций S. Соотношение объемовVполостей соответствующих секций Si (модулей), ( V1 = V2, V3 = V4для цикла Стирлинга).  Выпускные окна  полостей одной секции (Si)последовательно соединены трубопроводами с впускными окнами  другой Si+1 (последующей по циклу). А так, как не имеет значения, из какой полости секции (Si) рабочее тело перейдет в конкретную полость следующей по циклу секции (Si+1), то можно  выходы одной секции и   входы следующей свести в один коллектор  кольцевого типа, охватывающий двигатель и исполняющий роль теплообменника, причем   значительная  площадь его поверхности  будет этому способствовать. В определенном месте (в соответствии с термодинамическим циклом) в  разрез трубопроводов противонаправленных потоков рабочего тела вставлены вращающиеся вокруг своей оси дисковые регенераторы (регенератор) рабочеготела Rg 1.  Регенераторимеет радиальное разделение его насадок на секторы теплоизоляционными продольными пластинами (в поперечном разрезе –  как цитрусовые). Трубопроводы различных направлений (относительно зон нагрева и охлаждения), в разрез которых вставлен диск-кассета,  чередуясь, последовательно разнесены с учетом направления вращения диска с насадками (причем на один диск могут подводится трубопроводы от нескольких полостей, или их общего коллектора). Скорость вращения диска регенератора  и толщина насадок должна быть согласована со скоростью вращения ротора, с учетом привода от двигателя (возможный и независимый привод). Задавая направленность рабочего тела (подсоединением трубопроводов к соответствующим сторонам диска регенератора), можно еще  использовать и резонансный эффект.

Для предотвращения потерь связанных с холостым проходом рабочего тела рабочих полостей, в модуле расширения (или в других модулях в зависимости от цикла), при нахождении лопаток в зоны перехода, нужна перекрывающая задвижка перед впускным окном соответствующего модуля. Диск регенератора также может исполнять роль запирающей задвижки, перекрывающей трубопровод в момент прохождения лопаткой зону перехода, когда соответствующий сектор будет  глухо закрыт пластиной.

 Нагрев рабочего тела происходит в нагревателе Hот любого источника тепла ((в представленном – горелки). Охлаждение рабочего тела в холодильнике С посредством  охлаждающей жидкости с последующим отводом тепла через радиатор Rd.  Нагрев и охлаждение также захватывают стенки  модулей в соответствии расположении последних  в определенных  зонах (частях ) двигателя.  Для более эффективного использования тепла рабочего тела  служит и  предварительный теплообменник НС 1 выравнивающий  температуру отходящего и входящего потока  рабочего тела. Для регулировки мощности служит золотник Z , управляемый посредством  штока,  и перепускной канал, соединяющий выпускной трубопровод секции  S1 с впускным. Выдвигаясь, при регулировании, золотник отсекает часть потока рабочего тела выходящего из модуля «холодного» отдела и следующего в «теплый»  и возвращает во входящий трубопровод данного модуля. Тем самым определяется количество рабочего тела проходящего через зону нагрева, что  и  соответственно влияет на изменение мощности с высокой степенью реакции.

Подвод воздуха к горелкам (для источников тепла требующих кислород) происходит посредством нагнетателя, через воздушный  регенератор Rg 2( построенного аналогично Rg 1) и  встроенного в противонаправленные каналы подвода воздуха и отвода  отработанных газов. Тем самым идет подогрев воздуха к горелкам и уменьшаются тепловые потери. Для той же цели  также используется  и воздушный предварительный теплообменник НС 2. Такая обвязка позволяет максимально исключить (уменьшить) тепловые потери.

В данном исполнении термодинамический цикл, благодаря синфазности выдвижения лопаток будет более полно соответствовать теоретическому циклу Стирлинга.

Полезная работа двигателя будет

L= Pср. h (V2 –V1) – Pср.c(V3 – V4) – Lспр.

   где, Pср. h   - среднее давление в горячем отделе

           Pср.c  - среднее давление в холодном отделе

Pср. h   = Pср.c *(T2 ) / (T1 ) ,

где T1  - температура (K) холодильника ( в отделе C),     T2 – температура (K) нагревателя (в отделе H)

            L спр.  – работа сил механического, газодинамического и др. сопротивления.

 Мы уже отмечали гибкость системы для  построения двигателей по различным термодинамическим циклам. И, как вариант, исключим одну малую «горячую» секцию с условным объемом  V2.Образующая система с подобранными объемами V1, V3. V4. и рабочим процессом при трех тактах  будет реализовывать следующий термодинамический (в теории естественно) цикл.

Это естественно, приведет к некоторой потере эффективности. Но, помимо упрощения конструкции двигателя и снижения его массогабаритных показателей, можно иметь важное преимущество. В «горячей» области в секции с условным объемом  V3, давление, перед  и после лопатки существенно не различимо (естественно будут определенные незначительные отклонения). Отсюда  в самой термически нагруженной части двигателя значительно упрощаются требования к уплотнениям лопаток. Достаточно иметь технологические зазоры (как в турбине) между стенками рабочей полости и торцами лопатки. Это возможно, так как выдвижение лопаток согласованно с углом поворота ротора. А в оставшихся «холодной» секции с почти «комнатной» температурой, проблемы уплотнений (включая материал изготовления) решить значительно проще.

 

Также можно позволяют построить  паровой двигатель с использованием регенераторов (общий вид рис.1).

В двигателе, в качестве рабочего тела используются  две компоненты, одна  постоянно пребывающая в цикле в газообразном состоянии - газовый носитель, и компоненты  изменяющей свое фазовое состояние. Газовая составляющая в двухобъемном варианте, может и не является рабочим телом. Это несущая и вспомогательная субстанция позволяющая использовать регенераторы в паровой машине. И газовая составляющая изначально находится при повышенном давлении.

Для построения данного двигателя используем две секции (модуля), первая S1 с условным объемом  V1 является насосом газовой составляющей, а вторая  S3 с условным большим объемом V3-  непосредственно машина расширения (Рис.5).

 

Рабочее тело (в газообразном состоянии) с газовым носителем, пройдя  после расширения  регенератор Rg 1, в конденсаторе-сепараторе Cs, конденсируется и становится жидкостью, а газовая составляющая попадает в малую «холодную» секцию S1 (V1).

 На выходе этой секции перед регенератором или  через открытый торец его обода  компоненты опять смешиваются, там жидкообразная распыляется  форсункой F, а газовая несущая позволяет создавать направленность потока и осуществляет перенос компоненты  изменяющей фазовое состояние.

Трубопровод перед регенератором разделен камеры таким образом сначала в первой камере (по чередованию прохождения насадки) происходит смешивание компонент. Пройдя регенератор жидкая составляющая опять становится газом (паром), и поступает через нагреватель в зону расширения всекцию  S3 (V3). В итоге получается паровая машина с регенераторами, где газовая составляющая  является постоянной компонентой замкнутого цикла. Форсунка Fa расположенная в зоне нагрева служит для максимально быстрого изменения – акселерации (увеличения) мощности.

 Если задействовать в паровой машине три секции(и более) получим   более перспективное направление – двигатели, использующие  смешанное двухкомпонентное рабочее тело. Здесь газовая компонента суть рабочее тело, иуже будет совершать работу, содействуя приросту КПД.  Наиболее перспективным выглядит двухкомпонентный двигатель и с тремя секциями S1,S3,S4 с условными объемами V1,   V3 , V4 (Рис.6).

Основным достоинством такого рабочего тела является возможность получения при существующих уровнях среднего давления рабочего тела  удельной мощности, почти в 2 раза большей, чем в случае однокомпонентного газового топлива. Кроме того, процессы парообразования и конденсации, наблюдаемые при фазовом переходе компонентов, характеризуется высокими коэффициентами теплоотдачи. Поэтому процессы сжатия и расширения в большей степени приближенны к изотермическим, чем в цикле с газовым рабочим телом.  Важно и то, что при этом значительно (на две-три сотни градусов) снижается  максимальная температура цикла и  начальное давление газообразного рабочего тела. При этом чувствительность мощности двигателя к изменению «мертвого» объема оказывается чрезвычайно низкой.

Таким образомширокий выбор вариантов построения двигателя с определенным циклом, способом организации рабочего процесса, при однонаправленном движением рабочего тела, в сочетании с простотой расширительной машины и использованием вращающихся регенераторов позволяет с помощью дешевых и доступных материалов добиться повышения  КПД и удельных характеристик двигателя. Сохраняя при этом уже известные достоинства  двигателей данного типа– малошумность, «всеядность», высокий крутящий момент в очень широком диапазоне частот вращения выходного вала, увеличенный ресурс и низкие затраты на обслуживание  при длительной эксплуатации.  А указанные способы регулирования мощности  позволяют применять данный двигатель не только в качестве стационарной силовой установки, но и стать реальной  альтернативой мобильным (транспортным)  ДВС.

       Литература.

  1. Уокер Г. Пер.с англ. – М.: Машиностроение,1985.
  2. Г.Т.Ридер, Ч.Хупер.. М., Наука, 1986.
  3. Двигатели Стирлинга / [В.Н. Даниличев, С.И. Ефимов, В.А. Звонок и др.]; под ред. М.Г. Круглова. – М.: «Машиностроение», 1977.
  4. Патент РФ 2454546. Роторный преобразователь энергии и двигатель внешнего сгорания с его      использованием.  Чантурия И.Г., Чантурия О.Г.

                                                                                                     О.ЧАНТУРИЯ, И.ЧАНТУРИЯ.


Роторный двигатель с внешним подводом тепла - Двигатели Стирлинга

3 часа назад, deed сказал:

  Вы представили несколько вариантов, а говорите как об одном. 

Я показал, что давно в теме. Вариант паровой машины не нуждается в непрерывности (там отсечка). Непрырывность нужна для цикла Стирлинга.  Никак не пойму почему цикл, вы связываете исключительно с поршневыми машинами. Цикл можно реализовать и другим способом.  

Почему Стирлинг?

первое- высокий  КПД цикла (естественно с регенератором) до 70% . а также дальнейшее использование тепла.

второе -экологичность. (в 10-100 раз по разным показателям). А сейчас визг по этому поводу страшный. И даже в ущерб экономичности.

третье- возможность предварительного удельного увеличения мощности. Предварительно накачав давление мы кратное увеличиваем мощность.  К примеру при предварительном  100 атм. будет в 10 раз больше, чем 10 атм. (есть некоторая нелинейность, но не сильная). При том же объеме двигателя. Естественно надо усиливать элементы преобразования.

четвертое -ровный крутящий момент, нет необходимости в коробке передач (в крайнем случае двухступенчатая).

пятое, шестое и т.д. -малошумность. отсутствие ударных нагрузок, многотопливность и т.д.

3 часа назад, deed сказал:

Я как не видел преимуществ в применении, например,  к автомобилям   схемы по типу Стирлинга  так и не вижу.

 

Непрерывность потока, одна и та же масса РТ  и его скорость потока  в переменных объемах.

А приводит к нулевой зависимости от мертвых объемов.  Я могу больше развить тему, но если вы в курсе про машины стирлинга, я все сказал.

4 часа назад, deed сказал:

Уплотнения как для Стирлинга так и для других схем основной элемент это утечки через  апексы и другие подобные утечки. Н

 

Двигатели могут быть разные. СУ для генератора (постоянные обороты) потребность регулирования отсутствует или со слабой реакцией -хватает изменения интенсивности горения. Для транспортных судно, под.лодки или авто- разные требования. 

Поэтому и удельные показатели различные.

К примеру при 1 МПа ср.эффективного давления, это  3-3,5 МПа максимального.(  для  стирлинга ).

У ванкеля пиковое давление может быть  вдвое больше (и апексы справляются).

Почитайте Уокера. там главная  проблема стирлингов в другом- теплообмен. 

4 часа назад, deed сказал:

вашего ротора и теплообменников на 100КВт

Для ДВС у которого 30% тепло улетает в стенки. при температуре горения ТВС -2300-2500 С рубашка охлаждения не очень большая.

Для стирлингов радиаторы втрое превосходят ДВС (равной мощности). Но 60-65 % КПД и экологичность (и другие бонусы) слишком привлекательны.

 

Роторный двигатель стирлинга

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям с внешним подводом теплоты.

Известен роторный двигатель RadMax (http://peswiki.com/index.php/Directory:Regi Technologies:RadMax rotary_engine), (http://www.membrana.ru/particle/10949). Роторный двигатель RadMax отличает завидная простота. В нем всего два вида подвижных деталей: один ротор (это толстый диск, установленный на оси мотора, с 12 радиальными прорезями) и 12 одинаковых лопаток - тонких прямоугольных пластинок. Ротор с пластинками вращается в корпусе с вырезом сложной формы, при этом пластинки двигаются в прорезях вверх-вниз (вдоль оси мотора), а над ротором и под ним образуются переменные объемы, в которых и осуществляются впуск, сжатие, рабочий ход и выхлоп. При этом за один оборот вала в RadMax происходит 24 рабочих хода, против двух в четырехцилиндровом четырехтактном ДВС. Недостаток двигателя RadMax, он не может работать в режиме двигателя Стирлинга. Что является негативным ограничением, так как теоретический кпд у двигателей Стирлинга наивысший среди всех известных двигателей.

Известен роторный двигатель, патент РФ №2255235, с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержащий, по крайней мере, два разных по объему цилиндра, например с обкатывающимися по внутренней рабочей поверхности цилиндров роторами, расположенными на одном эксцентриковом валу, и с разделительными пластинами, при этом полость нагнетания малого цилиндра соединена каналом с полостью расширения большого цилиндра через теплообменник и нагреватель, а полость расширения малого цилиндра соединена каналом с полостью нагнетания большого цилиндра через теплообменник и холодильник.

Недостатком такой схемы является большая сложность изготовления эффективного теплообменника, отдать максимально тепло одного потока рабочего тела другому, в то же время, находясь в разных каналах, задача трудная, а от этого зависит кпд двигателя. Другое дело - теплообмен осуществлять в одном канале: при прохождении рабочего тела сначала в одну сторону отдавать тепло, затем в другую сторону, забирая тепло в том же канале.

Техническим результатом настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков и повышение эффективности работы двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что роторный двигатель Стирлинга с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержит, по меньшей мере, два ротора на одном валу, которые размещены в соответствующих цилиндрических корпусах, при этом ротор состоит из цилиндра, выполненного заодно с шайбой, и вращается в цилиндрическом корпусе с выполненными в нем радиальными прорезями, в которые установлены пластины с вырезами, надетыми на шайбу ротора, с возможностью перемещения взад-вперед вдоль оси двигателя при вращении ротора, при этом ротор, пластины и корпус образуют переменные объемы, в которых происходят рабочие циклы двигателя Стирлинга, каждый из переменных объемов, образованных вокруг одного ротора, соединяется каналами с переменными объемами, образованными вокруг другого ротора, при этом каналы соединяют объемы, расположенные со сдвигом 90 градусов один относительно другого, а один ротор повернут относительно другого ротора на 180 градусов.

Изобретение поясняется при помощи чертежей.

На фиг. 1 показан общий вид роторов на валу;

На фиг. 2 – поперечный разрез двигателя по пластинам.

Описываемый двигатель содержит пластины 1 с вырезами, надетыми на шайбу 2 сложной формы. Шайба выполнена заодно с цилиндром 3 ротора. При этом пластины 1 перемещаются взад-вперед вдоль оси двигателя в радиальных прорезях корпуса 4.

Основная идея изобретения состоит в том, что у роторного двигателя Стирлинга (РДС) с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением - на общем валу установлены как минимум два ротора, состоящие из цилиндра, на каждом из которых находится как единое целое шайба сложной формы.

Каждый ротор вращается в цилиндрическом корпусе, например, с 12 внутренними радиальными прорезями, в которых расположены пластины 1 с вырезами под шайбу 2 сложной формы. Роторы вращаются в цилиндрических корпусах 4, соединенных между собой, при этом пластины 1, одетые вырезами на шайбу 2, двигаются в прорезях а над роторами, под цилиндрами и между пластинами 1 при вращении роторов образуются по 24 переменных объема на каждый ротор, в которых и происходят рабочие циклы РДС. Один ротор относительно другого повернут на 180 градусов, поэтому РДС идеально уравновешен, так как все возникающие силы возвратно-поступательного движения пластин 1 с вырезами в результате вращения роторов уравновешиваются. Каждый из 24 переменных объемов, образованных вокруг одного ротора, соединяется каналами с соответствующими переменными объемами вокруг другого ротора, при этом эти каналы соединяют переменные объемы, расположенные со сдвигом на 90 градусов относительно друг друга. В каналах могут быть установлены проволочные или иные рекуператоры, которые берут на себя основную тепловую нагрузку. Получается 24 переменных объема с участием одного ротора, которые соединены с 24 переменными объемами с участием другого ротора. Такое соединение, при нагреве всего объема вокруг первого ротора в первом цилиндре и охлаждении всего объема вокруг второго ротора в следующем цилиндре создает постоянный вращательный момент. Этот вращательный момент существует всегда, пока есть разница температур первого цилиндра с ротором по отношению ко второму цилиндру с ротором. РДС является обратимой машиной, если вращать роторы, один цилиндр будет разогреваться, а другой будет охлаждаться. Технология изготовления РДС благодаря конструкции по сравнению со всеми известными двигателями внутреннего и внешнего сгорания намного проще и дешевле. На выходе РДС получается вращательное движение, а проблема уплотнения вращающегося вала до 20 МПа сегодня успешно решена (мертвый объем РДС, т.е. объем, не участвующий в тепловом преобразовании, минимален). Также можно вращающий момент передавать из РДС магнитной муфтой, что вообще исключает потери рабочего тела.

Роторный двигатель стирлинга с внешним подводом теплоты, с рабочим телом, находящимся в нем под избыточным давлением, содержащий, по меньшей мере, два ротора на одном валу, которые размещены в соответствующих цилиндрических корпусах, при этом ротор состоит из цилиндра, выполненного заодно с шайбой, и вращается в цилиндрическом корпусе с выполненными в нем радиальными прорезями, в которые установлены пластины с вырезами, надетыми на шайбу ротора, с возможностью перемещения взад-вперед вдоль оси двигателя при вращении ротора, при этом ротор, пластины и корпус образуют переменные объемы, в которых происходят рабочие циклы двигателя Стирлинга, каждый из переменных объемов, образованных вокруг одного ротора, соединяется каналами с переменными объемами, образованными вокруг другого ротора, при этом каналы соединяют объемы, расположенные со сдвигом 90 градусов один относительно другого, а один ротор повернут относительно другого ротора на 180 градусов.

Двигатель Стирлинга - Журнал АКВА-ТЕРМ

Опубликовано: 28 сентября 2012 г.

744

Очень тесно к современной тенденции использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) примыкает возможность реализации этой энергии в полезных целях с помощью двигателя Стирлинга. Данный двигатель представляет собой одну из вариаций двигателя внешнего сгорания и в силу этой особенности может быть легко переведен на работу от ВИЭ без вреда для экологии.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Это изобретение имеет довольно давнюю историю. Шотландский священник Роберт Стирлинг запатентовал двигатель, который с тех пор носит его имя, еще в 1816 г., однако двигатели аналогичного принципа действия были известны и раньше – с конца XVII в. По сути, Роберт Стирлинг лишь усовершенствовал их, сделав конструкцию более энергоэффективной.

Двигатель Стирлинга – тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело расширяется и сужается в замкнутом объеме вследствие периодического нагревания и охлаждения и совершает работу за счет притока тепловой энергии из внешней среды. Та особенность, что энергия подводится к рабочему телу из внешней среды, создает возможность для работы двигателя Стирлинга не только на энергии, выделяемой при сжигании топлива, но и от любого источника тепла, в том числе от ВИЭ.

Простейший двигатель Стирлинга представляет собой герметичный цилиндр, заполненный газом или жидкостью, внутри которого размещаются вытеснительный и рабочий поршни. Поршень-вытеснитель также имеет форму цилиндра, диаметр которого меньше внутреннего диаметра большего цилиндра настолько, что между их стенками остается небольшой зазор, по которому может перетекать газ или жидкость, заполняющая цилиндр. Рабочий поршень размещается за вытеснительным и толкает маховик, с которым связаны оба поршня по принципу кривошипно-шатунного механизма. Внешний цилиндр двигателя подогревается с одного конца. При этом рабочее тело (газ, жидкость) нагревается практически при постоянном объеме, затем рабочее тело расширяется при постоянной температуре, совершая работу и толкая рабочий поршень. Рабочее тело перемещается поршнем-вытеснителем в холодную зону, где происходит охлаждение при почти постоянном объеме.

Движение рабочего поршня сдвинуто на 90° относительно движения поршня-вытеснителя. В зависимости от знака этого сдвига машина может быть двигателем или тепловым насосом. При нулевом сдвиге машина не производит никакой работы (кроме потерь на трение).

Если физико-химические характеристики рабочего тела и цилиндра подобраны так, что в процессе цикла «расширение-сжатие» материал рабочего тела проходит через фазовый переход, работа двигателя может быть весьма эффективной, но потребует высокого давления внутри цилиндра.
Стирлинг усовершенствовал двигатель за счет введения в него так называемого «эконома» – теплообменника-рекуператора или регенератора, который удерживает тепло в теплой части двигателя, в то время как рабочее тело охлаждается. Тем самым рекуператор (регенератор, эконом) повышает производительность двигателя. Рекуператор двигателя Стирлинга может представлять собой камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа или жидкости). Газ или жидкость рабочего тела, проходя через наполнитель рекуператора в одну сторону, отдает (или приобретает) тепло, а при движении в другую сторону отбирает (или отдает) его.

По термодинамической эффективности идеальный цикл Стирлинга не уступает циклу Карно, состоит из четырех фаз и разделен двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. При переходе от теплого источника к холодному происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. При этом изменяется давление, за счет чего можно получить полезную работу. Нагрев и охлаждение рабочего тела (участки 4 и 2) производится рекуператором. В идеале количество тепла, отдаваемое и отбираемое рекуператором, одинаково. Полезная работа производится только за счет изотерм и зависит от разницы температур нагревателя и охладителя.

Рекуператор может быть внешним, а может размещаться на поршне-вытеснителе, что делает габаритные размеры и вес двигателя меньше. Роль рекуператора выполняет также зазор между вытеснителем и стенками цилиндра. При большой длине цилиндра надобность в дополнительном рекуператоре вообще исчезает, но появляются значительные потери на преодоление вязкости рабочего тела.

В зависимости от особенностей конструкции, в том числе от размещения рекуператора, различают несколько типов двигателя Стирлинга.

Типы двигателя Стирлинга


Традиционно выделяют альфа-, бета- и гамма-Стирлинг.

Альфа-Стирлинг содержит два раздельных силовых поршня (горячий и холодный) в раздельных цилиндрах. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. У данного типа двигателя отношение мощности к объему достаточно велико, но высокая температура «горячего» поршня создает определенные технические проблемы.

В альфа-Стирлинге рекуператор может быть только внешним. Он монтируется последовательно с теплообменником, в котором происходит нагрев рабочего тела, со стороны холодного поршня.

Работа бета-Стирлинга описана выше как пример наиболее простого двигателя Стирлинга. Цилиндр всего один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через регенератор. Регенератор может быть внешним, как часть теплообменника, или может быть совмещен с поршнем-вытеснителем.
В конструкцию гамма-Стирлинга входят два цилиндра, а также поршень и «вытеснитель». В холодном цилиндре движется поршень, с которого снимается мощность. Во втором цилиндре, горячем с одного конца и холодным с другого, движется поршень-вытеснитель. Регенератор может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор является частью вытеснителя.

Существуют и другие разновидности двигателя Стирлинга. Одним из самых интересных современных решений является роторный двигатель Мухина – наиболее компактный в ряду двигателей Стирлинга. Одним из его достоинств является отказ от кривошипно-шатунного механизма.

Преимущества и недостатки

Двигатель Стирлинга в XIX в. создавался и рассматривался как взрывобезопасная альтернатива паровым двигателям. Он действительно безопасен в этом отношении, но это не единственное его преимущество.

Как все двигатели внешнего сгорания, двигатель Стирлинга может работать от любого перепада температур. Это определяет и возможность создания двигателей Стирлинга, совсем не наносящих при работе вреда экологии. Его конструкция проста, значительно проще двигателей внутреннего сгорания, предусматривающих газораспределительные системы для сжигания топлива, системы пуска двигателя и др. Двигатель Стирлинга при работе производит очень мало шума, значительно меньше, чем любые двигатели внутреннего сгорания. Безаварийный ресурс двигателя очень высок, этому способствует простота конструкции и отсутствие «уязвимых» узлов, которые, например, могут засоряться при сжигании топлива (в роторном двигателе Стирлинга, как говорилось выше, отсутствует даже кривошипно-шатунный механизм). Наконец, двигатель Стирлинга характеризуется достаточно высоким КПД.

Несмотря на указанные преимущества, двигатель Стирлинга не получил такого широкого распространения, как например, газо-поршневые или газо-турбинные двигатели внутреннего сгорания. Его недостатки перевешивали до настоящего времени вроде бы очевидные преимущества. Основным из недостатков двигателей Стирлинга считается высокая материалоемкость производства машин необходимой мощности. Рабочее тело двигателя Стирлинга необходимо охлаждать, что приводит к существенному увеличению массы и габаритных размеров установки за счет увеличенных радиаторов. Достижение характеристик двигателя уровня двигателей внутреннего сгорания требует высокого давления (свыше 100 атм) в цилиндре.
Однако в последнее время, когда большое внимание уделяется экологическим характеристикам оборудования, применение двигателей Стирлинга может значительно расшириться, причем в различных сферах.

Применение и перспективы

В настоящее время рядом зарубежных фирм (Philips, STM Inc., Daimler Benz, Solo, United Stirling) начато производство двигателей Стирлинга, технические характеристики которых уже сейчас превосходят ДВС и газотурбинные установки. Эти двигатели имеют эффективный КПД (до 45 %), удельную массу от 3,8 до 1,2 кг/кВт, ресурс до 40 тыс. ч и мощность от 3 до 1200 кВт.

С 60-х гг. прошлого века двигатели Стирлинга начали применять на подводных лодках. Пионером на этом направлении выступила Швеция. В настоящее время шведские кораблестроители уже отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок путем врезания дополнительного отсека, в котором и размещается новая двигательная установка. Двигатели Стирлинга позволяют подводным лодкам находиться под водой без всплытия до 20 суток. Подобные двигатели установлены также в новейших японских подводных лодках.

Одно из важнейших и самых перспективных применений двигателей Стирлинга – выработка электроэнергии. В данном случае большое значение имеет универсальность этих двигателей в отношении источника энергии и возможность работать при перепадах температур в таких диапазонах, где двигатели внутреннего сгорания применяться не могут. В частности, рассматриваются варианты применения двигателей Стирлинга для выработки электроэнергии в космосе. Такой двигатель, работающий на радиоактивных изотопах, разработан в NASA.
Большие надежды возлагаются на использование двигателей Стирлинга для преобразования солнечной энергии в электрическую. В этой установке солнечной электростанции двигатель Стирлинга устанавливается в фокусе параболического зеркала таким образом, чтобы отраженные лучи солнца постоянно фокусировались на зоне нагрева. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В качестве рабочего тела для таких двигателей Стирлинга используется водород или гелий. Эффективность выработки электроэнергии на этих установках (Sandia) достигает 31,25 %.

Компания Stirling Solar Energy строит в Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию, представляющую собой батарею из параболических солнечных установок, оснащенных двигателями Стирлинга. Выпускаются также и небольшие солнечные электростанции с двигателями Стирлинга, которыми могут пользоваться даже туристы. Фирмой Alisson разработан и построен космический вариант солнечной установки с двигателем Стирлинга мощностью 5 кВт (КПД 37,5 %). В качестве источника теплоты используется параболический лепестковый концентратор диаметром 5,8 м, создающий в приемнике температуру 947 К. В ловушке приемника излучения устанавливается тепловой аккумулятор, отдающий тепло фазового превращения при постоянной температуре на теневых участках орбиты полета. Такая установка долгое время работала на одном из искусственных спутников Земли типа Gemini. В России РКК «Энергия», РНЦ им. Келдыша разрабатывали солнечную энергетическую установку для МКС «Альфа» на основе ДС мощностью 10 кВт и 36-лепесткового солнечного концентратора диаметром 10 м. Двигатель Стирлинга был создан и испытан на одном из предприятий Санкт-Петербурга в 2001 г.

Просматриваются интересные перспективы применения двигателя Стирлинга в тепловых насосах. Обычно в состав теплонасосной установки включается циркуляционный насос, который перекачивает теплоноситель по контуру, имеющему значительную протяженность. Агрегат, совмещающий двигатель Стирлинга и тепловой насос Стирлинга («стирлинг-стирлинг»), может изменить ситуацию. Двигатель Стирлинга отдает в систему отопления бросовое тепло от «холодного» цилиндра, а полученная механическая энергия используется для подкачки дополнительного тепла, которое забирается из окружающей среды. В теплонасосе «стирлинг-стирлинг» совершенно отсутствуют рабочие поршни. Перепады давления, возникающие в двигателе, применяются непосредственно для перекачки тепла тепловым насосом. Внутреннее пространство агрегата герметично и позволяет использовать рабочее тело под очень высоким давлением. Согласно проведенным расчетам тепловой насос «стирлинг-стирлинг» в идеале должен на каждую калорию сожженного газа добавлять еще 3–10 кал из ВИЭ. При испытаниях эта величина оказалась меньше, и пока опыты по использованию таких устройств прекращены.

Поскольку двигатели Стирлинга могут применяться для превращения в электроэнергию любого вида теплоты, для России значительный интерес представляет возможность серийного производства электрогенераторов средней мощности (от 3 до 500 кВт) с двигателями Стирлинга, работающими на местных видах топлив, в том числе и на биомассе. В данном случае в качестве местного топлива могут использоваться торф, уголь, сланцы, отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности и др.

В настоящее время рядом компаний (Philips, STM Inc., Daimler Benz, Solo, United Stirling) начато производство двигателей Стирлинга, технические характеристики которых превосходят двигатели внутреннего сгорания и газотурбинные установки. Эти двигатели характеризуются КПД до 45 %, удельной массой от 3,8 до 1,2 кг/кВт, рабочим ресурсом до 40 тыс. ч и мощностью от 3 до 1200 кВт.

Журнал "Аква-Терм" №3 (67), 2012
 


вернуться назад

Читайте также:

Так в чем же проблемы изготовления двигателя Стирлинга с высоким КПД? Двигатель Стирлинга (1 гиф).

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, 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 КПД на 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.

Видео материал: YouTube.com/watch?v=fRY6rkuw3LA

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.

Современное автомобилестроение вышло на такой уровень развития, при котором без фундаментальных научных исследований практически невозможно достигнуть кардинальных улучшений в конструкции традиционных моторов внутреннего сгорания. Такая ситуация вынуждает конструкторов обратить внимание на альтернативные проекты силовых установок . Одни инженерные центры сосредоточили свои силы на создании и адаптации к серийному выпуску гибридных и электрических моделей, другие автоконцерны вкладывают средства в разработку двигателей на топливе из возобновляемых источников (например, биодизель на рапсовом масле). Существуют и другие проекты силовых агрегатов, которые в перспективе могут стать новым стандартным движителем для транспортных средств.

Среди возможных источников механической энергии для автомобилей будущего следует назвать двигатель внешнего сгорания, который был изобретен в середине XIX века шотландцем Робертом Стирлингом в качестве тепловой расширительной машины.

Схема работы

Двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу за счет изменения температуры рабочего тела (газа или жидкости), циркулирующего в замкнутом объеме.

В общем виде схема работы устройства выглядит следующим образом: в нижней части двигателя рабочее вещество (например, воздух) нагревается и, увеличиваясь в объеме, выталкивает поршень вверх. Горячий воздух проникает в верхнюю часть мотора, где охлаждается радиатором. Давление рабочего тела снижается, поршень опускается для следующего цикла. При этом система герметична и рабочее вещество не расходуется, а только перемещается внутри цилиндра.

Существует несколько вариантов конструкции силовых агрегатов, использующих принцип Стирлинга.

Стирлинг модификации «Альфа»

Двигатель состоит из двух раздельных силовых поршней (горячего и холодного), каждый из которых находится в своем цилиндре. К цилиндру с горячим поршнем подводится тепло, а холодный цилиндр расположен в охлаждающем теплообменнике.

Стирлинг модификации «Бета»

Цилиндр, в котором находится поршень, нагревается с одной стороны и охлаждается с противоположного конца. В цилиндре двигается силовой поршень и вытеснитель, предназначенный для изменения объема рабочего газа. Обратное перемещение остывшего рабочего вещества в горячую полость двигателя выполняет регенератор.

Стирлинг модификации «Гамма»

Конструкция состоит из двух цилиндров. Первый - полностью холодный, в котором движется силовой поршень, а второй, горячий с одной стороны и холодный с другой, служит для перемещения вытеснителя. Регенератор для циркуляции холодного газа может быть общим для обоих цилиндров или входить в конструкцию вытеснителя.

Преимущества двигателя Стирлинга

Как и большинство моторов внешнего сгорания, Стирлингу присуща многотопливность : двигатель работает от перепада температуры, независимо от причин его вызвавших.

Интересный факт! Однажды была продемонстрирована установка, которая функционировала на двадцати вариантах топлива. Без остановки двигателя во внешнюю камеру сгорания подавались бензин, дизельное топливо, метан, сырая нефть и растительное масло - силовой агрегат продолжал устойчиво работать.

Двигатель обладает простотой конструкции и не требует дополнительных систем и навесного оборудования (ГРМ, стартер, коробка передач).

Особенности устройства гарантируют длительный эксплуатационный ресурс: более ста тысяч часов непрерывной работы.

Двигатель Стирлинга бесшумен , так как в цилиндрах не происходит детонация и отсутствует необходимость вывода отработанных газов. Модификация «Бета», оснащенная ромбическим кривошипно-шатунным механизмом, является идеально сбалансированной системой, которая в процессе работы не имеет вибраций.

В цилиндрах двигателя не происходят процессы, которые могут оказать негативное воздействие на окружающую среду. При выборе подходящего источника тепла (например, солнечная энергия) Стирлинг может быть абсолютно экологически чистым силовым агрегатом.

Недостатки конструкции Стирлинга

При всем наборе положительных свойств немедленное массовое применение двигателей Стирлинга невозможно по следующим причинам:

Основная проблема заключается в материалоемкости конструкции. Охлаждение рабочего тела требует наличия радиаторов большого объема, что существенно увеличивает размеры и металлоемкость изготовления установки.

Нынешний технологический уровень позволит двигателю Стирлинга сравниться по характеристикам с современными бензиновыми моторами только за счет применения сложных видов рабочего тела (гелий или водород), находящихся под давлением более ста атмосфер. Этот факт вызывает серьезные вопросы как в области материаловедения, так и обеспечения безопасности пользователей.

Немаловажная эксплуатационная проблема связана с вопросами теплопроводности и температурной стойкости металлов. Тепло подводится к рабочему объему через теплообменники, что приводит к неизбежным потерям. Кроме того, теплообменник должен быть изготовлен из термостойких металлов, устойчивых к высокому давлению. Подходящие материалы очень дороги и сложны в обработке.

Принципы изменения режимов двигателя Стирлинга также кардинально отличаются от традиционных, что требует разработки специальных управляющих устройств. Так, для изменения мощности необходимо изменить давление в цилиндрах, угол фаз между вытеснителем и силовым поршнем или повлиять на емкость полости с рабочим телом.

Один из способов управления скоростью вращения вала на модели двигателя Стирлинга можно увидеть на следующем видео:

Коэффициент полезного действия

В теоретических расчетах эффективность двигателя Стирлинга зависит от разницы температур рабочего тела и может достигать 70% и более в соответствии с циклом Карно.

Однако первые реализованные в металле образцы обладали крайне невысоким КПД по следующим причинам:

  • неэффективные варианты теплоносителя (рабочего тела), ограничивающие максимальную температуру нагрева;
  • потери энергии на трение деталей и теплопроводность корпуса двигателя;
  • отсутствие конструкционных материалов, устойчивых к высокому давлению.

Инженерные решения постоянно совершенствовали устройство силового агрегата. Так, во второй половине XX века четырехцилиндровый автомобильный двигатель Стирлинга с ромбическим приводом показал на испытаниях КПД равный 35% на водном теплоносителе с температурой 55 °C.Тщательная проработка конструкции, применение новых материалов и доводка рабочих узлов обеспечили КПД экспериментальных образцов в 39%.

Примечание! Современные бензиновые двигатели аналогичной мощности обладают коэффициентом полезного действия на уровне 28-30%, а турбированные дизели в пределах 32-35%.

Современные образцы двигателя Стирлинга, такие как созданный американской компанией Mechanical Technology Inc, демонстрируют эффективность до 43,5%. А с освоением выпуска жаропрочной керамики и аналогичных инновационных материалов появится возможность значительного повышения температуры рабочей среды и достижения КПД в 60%.

Примеры успешной реализации автомобильных Стирлингов

Несмотря на все сложности, известно немало работоспособных моделей двигателя Стирлинга, применимых для автомобилестроения.

Заинтересованность в Стирлинге, подходящем для установки в автомобиль, появилась в 50-е годы XX века. Работу в данном направлении вели такие концерны, как Ford Motor Company, Volkswagen Group и другие.

Компания UNITED STIRLING (Швеция) разработала Стирлинг, в котором максимально использовались серийные узлы и агрегаты, выпускаемые автопроизводителями (коленчатый вал, шатуны). Получившийся в результате четырехцилиндровый V-образный мотор обладал удельной массой 2,4 кг/кВт, что сравнимо с характеристиками компактного дизеля. Данный агрегат был успешно опробован в качестве силовой установки семитонного грузового фургона.

Одним из успешных образцов является четырехцилиндровый двигатель Стирлинга нидерландского производства модели «Philips 4-125DA», предназначавшийся для установки на легковой автомобиль. Мотор имел рабочую мощность 173 л. с. в размерах, аналогичных классическому бензиновому агрегату.

Значительных результатов добились инженеры компании General Motors, построив в 70-х годах восьмицилиндровый (4 рабочих и 4 компрессионных цилиндра) V-образный двигатель Стирлинга со стандартным кривошипно-шатунным механизмом.

Аналогичной силовой установкой в1972 году оснащалась ограниченная серия автомобилей Ford Torino , расход топлива у которой снизился на 25% по сравнению с классической бензиновой V-образной восьмеркой.

В настоящее время более полусотни зарубежных компаний ведут работы по совершенствованию конструкции двигателя Стирлинга в целях его адаптации к массовому выпуску для нужд автомобилестроения. И если удастся устранить недостатки данного типа двигателей, в то же время сохранив его преимущества, то именно Стирлинг, а не турбины и электромоторы, придет на смену бензиновым ДВС.

Цикл Стирлинга считается непременной принадлежностью именно двигателя Стирлинга. В то же время, детальное изучение принципов работы множества созданных на сегодняшний день конструкций, показывает, что значительная часть из них имеет рабочий цикл, отличный от цикла Стирлинга. Например, альфа-стирлинг с поршнями разного диаметра имеет цикл, более похожий на цикл Эрикссона. Бета- и гамма-конфигурации, имеющие достаточно большой диаметр штока у поршня-вытеснителя, также занимают некое промежуточное положение между циклами Стирлинга и Эрикссона.

При движении вытеснителя в бета-конфигурации изменение состояния рабочего тела происходит не по изохоре, а по наклонной линии, промежуточной между изохорой и изобарой. При некотором отношении диаметра штока к общему диаметру вытеснителя можно получить изобару (это отношение зависит от рабочих температур). В этом случае поршень, который ранее был рабочим, играет лишь вспомогательную роль, а настоящим рабочим становится шток вытеснителя. Удельная мощность такого двигателя оказывается примерно в 2 раза большей, чем в привычных стирлингах, ниже потери на трение, т. к. давление на поршень более равномерно. Схожая картина в альфа-стирлингах с разным диаметром поршней. Двигатель с промежуточной диаграммой может иметь нагрузку, равномерно распределённую между поршнями, т. е. между рабочим поршнем и штоком вытеснителя.

Важным преимуществом работы двигателя по циклу Эрикссона или близкому к нему является то, что изохора заменена на изобару или близкий к ней процесс. При расширении рабочего тела по изобаре не происходит никаких изменений давления, никакого теплообмена, кроме передачи тепла от рекуператора рабочему телу. И этот нагрев тут же совершает полезную работу При изобарном сжатии происходит отдача тепла рекуператору.
В цикле Стирлинга при нагреве или охлаждении рабочего тела по изохоре происходят потери тепла, связанные с изотермическими процессами в нагревателе и охладителе.

Конфигурация

Инженеры подразделяют двигатели Стирлинга на три различных типа:

  • Альфа-Стирлинг - содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень - горячий, другой - холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. У данного типа двигателя отношение мощности к объёму достаточно велико, но, к сожалению, высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые технические проблемы.

Регенератор находится между горячей частью соединительной трубки и холодной.

  • Бета-Стирлинг - цилиндр всего один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через регенератор. Регенератор может быть внешним, как часть теплообменника, или может быть совмещён с поршнем-вытеснителем.
  • Гамма-Стирлинг - тоже есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра - один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор является частью вытеснителя.

Также существуют разновидности двигателя Стирлинга не попадающие под вышеуказанные три классических типа:

  • Роторный двигатель Стирлинга - решены проблемы герметичности (патент Мухина на герметичный ввод вращения (ГВВ), серебряная медаль на международной выставке в Брюсселе «Эврика-96») и громоздкости (нет кривошипно-шатунного механизма, т.к. двигатель роторный) .

Недостатки

  • Материалоёмкость - основной недостаток двигателя. У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массо-габаритных показателей силовой установки за счёт увеличенных радиаторов.
  • Для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и специальные виды рабочего тела - водород, гелий.
  • Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно , а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплобменник работает в очень напряжённых условиях теплопередачи, и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, весьма трудно. Чем выше площадь теплообмена, тем меньше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе. Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно реагирует на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске.
  • Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы, отличные от тех, которые применялись в двигателях внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.

Преимущества

Тем не менее, двигатель Стирлинга имеет преимущества, которые вынуждают заниматься его разработкой.

  • «Всеядность» двигателя - как все двигатели внешнего сгорания (вернее - внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от почти любого перепада температур: например, между разными слоями воды в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печи и т. д.
  • Простота конструкции - конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач. Однако, как уже отмечалось выше, он обладает большей материалоёмкостью.
  • Увеличенный ресурс - простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
  • Экономичность - в случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги иногда дают больший КПД (до 31,25 %), чем тепловые машины на пару.
  • Бесшумность двигателя - стирлинг не имеет выхлопа, а значит - не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).
  • Экологичность - сам по себе стирлинг не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.

Применение

Двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного тока

Двигатель Стирлинга применим в случаях, когда необходим компактный преобразователь тепловой энергии, простой по устройству, либо когда эффективность других тепловых двигателей оказывается ниже: например, если разницы температур недостаточно для работы паровой или газовой турбины.

Термоакустика – раздел физики о взаимном преобразовании тепловой и акустической энергии. Он образовался на стыке термодинамики и акустики. Отсюда такое название. Наука эта очень молодая. Как самостоятельная дисциплина она возникла в конце 70-х годов прошлого века, когда швейцарец Никалаус Ротт закончил работу над математическими основами линейной термоакустики. И всё же она возникла не на пустом месте. Её возникновению предществовали открытия интересных эффектов, которые мы просто обязаны рассмотреть.

С ЧЕГО ЭТО НАЧИНАЛОСЬ
Термоакустика имеет длинную историю, которая берёт своё начало более двух веков назад.

Первые официальные записи о колебаниях, порождаемых теплом, сделаны Хиггинсом в 1777 г. Он экспериментировал с открытой стеклянной трубкой, в которой акустические колебания возбуждались с помощью водородной горелки, расположенной определённым образом. Этот опыт вошёл в историю, как «поющее пламя Хиггинса».

Рисунок 1. Поющее пламя Хиггинса

Однако, современным физикам более известен другой эксперимент, получивший название «трубка Рийке». В процессе своих опытов Рийке создал новый музыкальный инструмент из органной трубки. Он заменил водородное пламя Хиггинса на подогреваемый проволочный экран и экспериментально показал, что самый сильный звук рождается в том случае, когда экран расположен на расстоянии четверти трубки от её нижнего конца. Колебания прекращались, если накрыть верхний конец трубки. Это доказывало, что для получения звука необходима продольная конвективная тяга. Работы Хиггинса и Рийке позже послужили основой для зарождения науки о горении, которая сегодня применяется везде, где используется это явление от

Рисунок 2. Трубка Рийке.

горения пороховых шашек до ракетных двигателей. Явлениям, протекающим в трубке Рийке посвящены тысячи диссертаций во всём мире, но интерес к этому устройству не ослабевает до сих пор.

В 1850 г. Сондхаусс обратился к странному явлению, которое наблюдают в своей работе стеклодувы. Когда шарообразное утолщение из горячего стекла гонит воздух в холодный конец трубки стеклодува, генерируется чистый звук. Анализируя явление, Сондхаусс обнаружил, что звук генерируется, если нагревать шарообразное утолщение на конце трубки. При этом звук изменяется с изменением длины трубки. В отличие от трубки Рийке трубка Сондхаусса не зависела от конвективной тяги.

Рисунок 3. Трубка Сондхаусса.

Похожий эксперимент позже осуществил Таконис. В отличие от Сондхаусса он не подогревал конец трубки, а охлаждал его криогенной жидкостью. Это доказывало, что для генерации звука важен не подогрев, а перепад температур.
Первый качественный анализ колебаний, вызванных теплом, был дан в 1887 г. Лордом Рэлеем. Сформулированное Рэлеем объяснение перечисленных выше явлений сегодня известно термоакустикам как принцип Рэлея. Он звучит примерно так: «Если газу передать тепло в момент наибольшего сжатия или отобрать тепло в момент наибольшего разряжения, то это стимулирует колебания. » Несмотря на свою простоту, эта формулировка полностью описывает прямой термоакустический эффект, то есть преобразование тепловой энергии в энергию звука.

Вихревой эффект

Вихревой эффект (эффект Ранка-Хилша, англ. Ranque-Hilsch Effect ) - эффект разделения газа или жидкости при закручивании в цилиндрической или конической камере на две фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре - закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в другую сторону, чем на периферии. Впервые эффект открыт французским инженером Жозефом Ранком в конце 20-х годов при измерении температуры в промышленном циклоне. В конце 1931 г Ж.Ранк подает заявку на изобретенное устройство, названное им «Вихревой трубой» (в литературе встречается как труба Ранке). Получить патент удается только в 1934 году в Америке (Патент США № 1952281). В настоящее время реализован ряд аппаратов, в которых используется вихревой эффект, вихревых аппаратов. Это «вихревые камеры» для химического разделения веществ под действием центробежных сил и «вихревые трубы», используемые как источник холода.

С 1960-х годов вихревое движение является темой множества научных исследований. Регулярно проводятся специализированные конференции по вихревому эффекту, например, в Самарском аэрокосмическом университете.

Существуют и применяются вихревые теплогенераторы и микрокондиционеры.

В этом мире есть вещи гениальные, непостижимые и совершенно нереальные. Настолько нереальные, что кажутся артефактами из некой параллельной Вселенной. К числу таких артефактов наряду с двигателем Стирлинга, вакуумной радиолампой и чёрным квадратом Малевича в полной мере относится т.н. "турбина Тесла".
Вообще говоря отличительная черта всех подобных вещей - абсолютная простота. Не упрощённость, а именно простота. То есть как в творениях Микеланджело - отсутствует всё лишнее, какие-то технические или смысловые "подпорки", чистое сознание, воплощённое "в железе" или выплеснутое на холст. И при всём при этом абсолютная нетиражность. Чёрный Квадрат - это своего рода "орт" искусства. Второго такого написанного другим художником быть не может.

Всё это в полной мере относится и к турбине Тесла. Конструктивно она представляет собой несколько (10-15) тонких дисков, укреплённых на оси турбины на небольшом расстоянии друг от друга и помещённые в кожух, напоминающий милицейский свисток.

Не стоит и объяснять, что дисковый ротор намного более технологичен и надёжен, чем даже "колесо Лаваля", я уж молчу о роторах обычных турбин. Это первое достоинство системы. Второе состоит в том, что в отличие от других типов турбин, где для ламинаризации течения рабочего тела необходимо принимать специальные меры. В турбине Тесла рабочее тело (которым может быть воздух, пар или даже жидкость) течёт строго ламинарно. Поэтому потери на газодинамическое трение в ней сведены к нулю: КПД турбины составляет 95%.

Правда следует иметь в виду, что КПД турбины и КПД термодинамического цикла - несколько разные вещи. КПД турбины можно охарактеризовать, как отношение энергии, преобразуемой в механическую энергию на валу ротора турбины к энергии рабочего цикла (то есть разнице начальной и конечной энергий рабочего тела). Так КПД современных паровых турбин так же весьма высок - 95-98%, однако КПД термодинамического цикла в силу ряда ограничений не превышает 40-50%.

Принцип действия турбины основан на том, что рабочее тело (допустим - газ), закручиваясь в кожухе, за счёт трения "увлекает" за собой ротор. При этом отдавая часть энергии ротору, газ замедляется, и благодаря возникающей при взаимодействии с ротором кориолисовой силе, подобно чаинкам в чае "скатывается" к оси ротора, где имеются специальные отверстия, через которые осуществляется отвод "отработанного" рабочего тела.
Турбина Тесла, как и турбина Лаваля преобразует кинетическую энергию рабочего тела. То есть превращение потенциальной энергии (например сжатого воздуха или перегретого пара) в кинетическую необходимо произвести до подачи на ротор турбины с помощью сопла. Однако турбина Лаваля, имея в целом достаточно высокий КПД, оказывалась крайне неэффективной на низких оборотах, что заставляло конструировать редукторы, размеры и масса которых многократно превышали размеры и массы самой турбины. Фундаментальным отличием турбины Тесла является тот факт, что она вполне эффективно работает в широком диапазоне частот вращения, что позволяет соединять её вал с генератором непосредственно. Кроме того, турбина Тесла легко поддаётся реверсированию.

Интересно, что сам Никола Тесла позиционировал своё изобретение, как способ высокоэффективного использования геотермальной энергии, которую он считал энергией будущего. Кроме того турбина без каких-либо переделок может превратиться в высокоэффективный вакуумный насос - достаточно раскрутить её вал от другой турбины или электродвигателя.

Технологичность турбины Тесла позволяет изготавливать её варианты буквально из чего угодно: дисковый ротор можно сделать из старых компакт-дисков или "блинов" от вышедшего из строя компьютерного "винчестера". При этом мощность такого двигателя не смотря на "игрушечные" материалы и габариты получается весьма внушительной. Кстати о габаритах: двигатель мощностью 110 л.с. был не больше системного блока нынешнего персонального компьютера.

Устройства на эффекте Ранка

Эффект Ранка с самого начала привлекал изобретателей кажущейся простотой технической реализации - в самом деле, простейшая реализация вихревой трубы представляет собой кусок трубы самый обычной, куда с одной стороны внутрь тангенциально подаётся исходный поток, а на противополжном торце установлена кольцевая диафрагма, и из её внутреннего отверстия выходит охлаждённая часть потока, а из щели между внешним краем диафрагмы и внутренней поверхностью трубы - его горячая часть. Однако на самом деле не всё так просто - добиться эффективного разделения удаётся далеко не всегда, да и КПД таких установок обычно заметно уступает широко распространённым компрессорным тепловым насосам. Кроме того, обычно параметры установки на эффекте Ранка рассчитаны для конкретной мощности, определяемой скоростью и расходом вещества исходного потока, и когда параметры входного потока отклоняются от оптимальных значений, КПД вихревой трубы существенно ухудшается. Тем не менее следует заметить, что возможности некоторых установок на эффекте Ранка внушают уважение - например, рекордное охлаждение, которого удалось достигнуть на одной ступени, составляет более 200°С!

Впрочем, с учётом нашего климата, гораздо больший интерес представляет использование эффекта Ранка для обогрева, да при этом ещё хотелось бы и не выходить за рамки «подручных средств».

Суть эффекта Ранка

При движении потока газа или жидкости по плавно поворачивающей поверхности трубы у её внешней стенки образуется область повышенного давления и температуры, а у внутренней (либо в центре полости, если газ закручен по поверхности цилиндрического сосуда) - область пониженной температуры и давления. Это достаточно хорошо известное явление называется эффектом Ранка по имени открывшего его в 1931 г. французского инженера Жозефа Ранка (G.J.Ranque, иногда пишут «Ранке»), или эффектом Ранка-Хилша (немец Robert Hilsh продолжил исследование этого эффекта во второй половине 1940-х годов и улучшил эффективность вихревой трубы Ранка). Конструкции, использующие эффект Ранка, представляют собой разновидность теплового насоса, энергия для функционирования которого берётся от нагнетателя, создающего поток рабочего тела на входе трубы.

Парадоксальность эффекта Ранка заключается в том, что центробежные силы во вращающемся потоке направлены наружу. Как известно, более тёплые слои газа или жидкости имеют меньшую плотность и должны подниматься вверх, а в случае цетробежных сил - стремиться к центру, более холодные имеют большую плотность и, соответственно, должны стремиться к периферии. Между тем при большой скорости вращающегося потока всё происходит с точностью до наоборот!

Эффект Ранка проявляется как для потока газа, так и для потока жидкости, которая, как известно, является практически несжимаемой и потому фактор адиабатического сжатия / расширения к ней неприменим. Тем не менее, в случае жидкости эффект Ранка обычно выражен значительно слабее - возможно, именно по этой причине, да и очень малая длина свободного пробега частиц затрудняет его проявление. Но это верно, если оставаться в рамках традиционной молекулярно-кинетической теории, а у эффекта могут быть и совсем другие причины.

На мой взгляд, на данный момент наиболее полное и достоверное научное описание эффекта Ранка представлено в статье А.Ф.Гуцола (в формате pdf). Как ни удивительно, в своей основе его выводы о сути явления совпадают с полученными нами «на пальцах». К сожалению, он оставляет без внимания первый фактор (адиабатическое сжатие газа у внешнего радиуса и расширение у внутреннего), который, на мой взгляд, весьма существенен при использовании сжимаемых газов, правда, действует он только внутри устройства. А второй фактор А.Ф.Гуцол называет «разделением быстрых и медленных микрообъёмов».

Двигатель Стирлинга – двигатель с внешним подводом тепла. Внешний подвод тепла – это очень удобно, когда есть необходимость использовать в качестве источника тепла не органические виды топлива. Например, можно использовать солнечную энергию, геотермальную энергию, бросовое тепло с различных предприятий.

Приятная особенность цикла Стирлинга – это то, что его КПД равен КПД цикла Карно . Естественно у реальных двигателей Стирлинга эффективность ниже и зачастую намного. Двигатель Стирлинга начал своё существование с устройства, имеющего множество подвижных деталей, таких как поршни, шатуны, коленчатый вал, подшипники . К тому же еще и ротор генератора крутился (Рисунок 1).


Рисунок 1 – Двигатель Стирлинга альфа типа

Посмотрите на двигатель Стирлинга Альфа типа. При вращении вала поршни начинают перегонять газ то из холодного в горячий цилиндр, то наоборот, из горячего в холодный. Но они не просто перегоняют, а ещё и сжимают и расширяют. Совершается термодинамический цикл. Можно мысленно представить на картинке, что когда вал повернётся так, что ось, на которую крепятся шатуны, окажется вверху, то это будет момент наибольшего сжатия газа, а когда внизу, то расширения. Правда это не совсем так из-за тепловых расширений и сжатий газа, но примерно всё же всё это так.

Сердцем двигателя является так называемое ядро, которое состоит из двух теплообменников – горячего и холодного и между ними находится регенератор. Теплообменники обычно делаются пластинчатыми, а регенератор – это чаще всего стопка, набранная из металлической сетки. Зачем нужны теплообменники понятно – нагревать и охлаждать газ, а зачем нужен регенератор? А регенератор – это настоящий тепловой аккумулятор. Когда горячий газ движется в холодную сторону, он нагревает регенератор и регенератор запасает тепловую энергию. Когда газ движется из холодной на горячую сторону, то холодный газ подогревается в регенераторе и таким образом это тепло, которое без регенератора бы безвозвратно ушло на нагрев окружающей среды, спасается. Так что, регенератор – крайне необходимая вещь. Хороший регенератор повышает КПД двигателя примерно в 3,6 раза.

Любителям, которые мечтают построить подобный двигатель самостоятельно, хочу рассказать подробнее про теплообменники. Большинство самодельных двигателей Стирлинга, из тех что я видел, вообще не имеют теплообменников (я про двигатели альфа типа). Теплообменниками являются сами поршни и цилиндры. Один цилиндр нагревается, другой охлаждается. При этом площадь теплообменной поверхности, контактирующей с газом совсем мала. Так что, есть возможность значительно увеличить мощность двигателя, поставив на входе в цилиндры теплообменники. И даже на рисунке 1 пламя направлено прямиком на цилиндр, что в заводских двигателях не совсем так.

Вернёмся к истории развития двигателей Стирлинга. Итак, пускай двигатель во многом хорош, но наличие маслосъёмных колец и подшипников снижало ресурс двигателя и инженеры напряжённо думали, как его улучшить, и придумали.

В 1969 году Вильям Бейл исследовал резонансные эффекты в работе двигателя и позже смог сделать двигатель, для которого не нужны ни шатуны ни коленчатый вал. Синхронизация поршней возникала из-за резонансных эффектов. Этот тип двигателей стал называться свободнопоршневым двигателем (Рисунок 2).


Рисунок 2 – Свободнопоршневой двигатель Стирлинга

На рисунке 2 показан свободнопоршневой двигатель бета типа. Здесь газ переходит из горячей области в холодную, и наоборот, благодаря вытеснителю (который движется свободно), а рабочий поршень совершает полезную работу. Вытеснитель и поршень совершают колебания на спиральных пружинах, которые можно видеть в правой части рисунка. Сложность в том, что их колебания должны быть с одинаковой частотой и с разностью фаз в 90 градусов и всё это благодаря резонансным эффектам. Сделать это довольно трудно.

Таким образом, количество деталей уменьшили, но при этом ужесточились требования к точности расчётов и изготовления. Но надёжность двигателя, несомненно, возросла, особенно в конструкциях, где в качестве вытеснителя и поршня применяются гибкие мембраны. В таком случае в двигателе вообще отсутствуют трущиеся детали. Электроэнергию, при желании, с такого двигателя можно снимать с помощью линейного генератора.

Но и этого инженерам оказалось не достаточно, и они начали искать способы избавиться не просто от трущихся деталей, а вообще от подвижных деталей. И они нашли такой способ.

В семидесятых годах 20-го века Петер Цеперли понял, что синусоидальные колебания давления и скорости газа в двигателе Стирлинга, а также тот факт, что эти колебания находятся в фазе, невероятно сильно напоминают колебания давления и скорости газа в бегущей звуковой волне (рис.3).


Рисунок 3 - График давления и скорости бегущей акустической волны, как функция времени. Показано, что колебания давления и скорости находятся в фазе.

Эта идея пришла Цеперли не случайно, так как до него было множество исследований в области термоакустики, например, ещё сам лорд Рэлей в 1884 качественно описал это явление.

Таким образом, он предложил вообще отказаться от поршней и вытеснителей, и использовать только лишь акустическую волну для контроля над давлением и движением газа. При этом получается двигатель без движущихся частей и теоретически способный достичь КПД цикла Стирлинга, а значит и Карно. В реальности лучшие показатели – 40-50 % от эффективности цикла Карно (Рисунок 4).


Рисунок 4 – Схема термоакустического двигателя с бегущей волной

Можно видеть, что термоакустический двигатель с бегущей волной – это точно такое же ядро, состоящее из теплообменников и регенератора, только вместо поршней и шатунов здесь просто закольцованная труба, которая называется резонатором. Да как же работает этот двигатель, если в нём нет никаких движущихся частей? Как это возможно?

Для начала ответим на вопрос, откуда там берётся звук? И ответ – он возникает сам собой при возникновении достаточной для этого разницы температур между двумя теплообменниками. Градиент температуры в регенераторе позволяет усилить звуковые колебания, но только определённой длины волны, равной длине резонатора. С самого начала процесс выглядит так: при нагреве горячего теплообменника возникают микро шорохи, возможно даже потрескивания от тепловых деформаций, это неизбежно. Эти шорохи – это шум, имеющий широкий спектр частот. Из всего этого богатого спектра звуковых частот, двигатель начинает усиливать то звуковое колебание, длина волны которого, равна длине трубы – резонатора. И неважно насколько мало начальное колебание, оно будет усилено до максимально возможной величины. Максимальная громкость звука внутри двигателя наступает тогда, когда мощность усиления звука с помощью теплообменников равна мощности потерь, то есть мощности затухания звуковых колебаний. И эта максимальная величина порой достигает огромных величин в 160 дБ. Так что внутри подобного двигателя действительно громко. К счастью, звук наружу выйти не может, так как резонатор герметичен и по этому, стоя рядом с работающим двигателем, его еле слышно.

Усиление определённой частоты звука происходит благодаря всё тому же термодинамическому циклу – циклу Стирлинга, который осуществляется в регенераторе.


Рисунок 5 – Стадии цикла грубо и упрощённо.

Как я уже писал, в термоакустическом двигателе вообще нет движущихся частей, он генерирует только акустическую волну внутри себя, но, к сожалению, без движущихся частей снять с двигателя электроэнергию невозможно.

Обычно добывают энергию из термоакустических двигателей с помощью линейных генераторов. Упругая мембрана колеблется под напором звуковой волны высокой интенсивности. Внутри медной катушки с сердечником, вибрируют закрепленные на мембране магниты. Вырабатывается электроэнергия.

В 2014 году Kees de Blok, Pawel Owczarek и Maurice Francois из предприятия Aster Thermoacoustics показали, что для преобразования энергии звуковой волны в электроэнергию, годится двунаправленная импульсная турбина, подключенная к генератору .


Рисунок 6 – Схема импульсной турбины

Импульсная турбина крутится в одну и ту же сторону вне зависимости от направления потока. На рисунке 6 схематично изображены лопатки статора по бокам и лопатки ротора посередине.
А так турбина выглядит у них в реальности:


Рисунок 7 – Внешний вид двунаправленной импульсной турбины

Ожидается, что применение турбины вместо линейного генератора сильно удешевит конструкцию и позволит увеличить мощность устройства вплоть до мощностей типичных ТЭЦ, что невозможно с линейными генераторами.

Что ж, будем продолжать пристально следить за развитием термоакустических двигателей.

Список использованных источников

М.Г. Круглов. Двигатели Стирлинга. Москва «Машиностроение», 1977.
Г. Ридер, Ч. Хупер. Двигатели Стирлинга. Москва «Мир», 1986.
Kees de Blok, Pawel Owczarek. Acoustic to electric power conversion, 2014.

- тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Хронологию событий, связанную с разработкой двигателей времен 18 века, вы можете наблюдать в интересной статье - "История изобретения паровых машин" . А эта статья посвящена великому изобретателю Роберту Стирлингу и его детищу.

История создания...

Патент на изобретение двигателя Стирлинга как ни странно принадлежит шотландскому священнику Роберту Стирлингу. Его он получил 27 сентября 1816 года. Первые «двигатели горячего воздуха» стали известны миру ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Одним из важных достижений Стирлинга является добавление очистителя, прозванный им же самим "экономом".

В современной же научной литературе этот очиститель имеет совсем другое название - «рекуператор». Благодаря ему производительность двигателя растет, поскольку очиститель удерживает тепло в тёплой части двигателя, а рабочее тело в то же время охлаждается. Благодаря этому процессу эффективность системы значительно возрастает. Рекуператор представляет из себя камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа). Газ, проходит через наполнитель рекуператора в одну сторону, отдаёт (или приобретает) тепло, а при движении в другую сторону отбирает (отдаёт) его. Рекуператор может быть и внешним по отношению к цилиндрам и может быть размещён на поршне-вытеснителе в бета- и гамма-конфигурациях. Габариты и вес машины в этом случае меньше. В коей мере роль рекуператора выполняется зазором между вытеснителем и стенками цилиндра (если цилиндр длинный, то надобности в таком устройстве нет вообще, однако появляются значительные потери из-за вязкости газа). В альфа-стирлинге рекуператор может быть только внешним. Он монтируется последовательно с теплообменником, в котором со стороны холодного поршня, происходит нагрев рабочего тела.

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 % инвестировала фирма "Филипс". Поскольку двигатель Стирлинга имеет много преимуществ, то в эпоху паровых машин он был широко распространён.

Недостатки.

Материалоёмкость - основной недостаток двигателя. У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массо-габаритных показателей силовой установки за счёт увеличенных радиаторов.

Для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и специальные виды рабочего тела - водород, гелий.

Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплообменник работает в очень напряжённых условиях теплопередачи, и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, весьма трудно. Чем выше площадь теплообмена, тем меньше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе. Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно реагирует на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске.

Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы, отличные от тех, которые применялись в двигателях внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.

Преимущества.

Тем не менее, двигатель Стирлинга имеет преимущества, которые вынуждают заниматься его разработкой.

«Всеядность» двигателя - как все двигатели внешнего сгорания (вернее - внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от почти любого перепада температур: например, между разными слоями в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печи и т. д.

Простота конструкции - конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач. Однако, как уже отмечалось выше, он обладает большей материалоёмкостью.

Увеличенный ресурс - простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.

Экономичность - в случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги иногда дают больший КПД (до 31,25 %), чем тепловые машины на пару.

Бесшумность двигателя - стирлинг не имеет выхлопа, а значит - не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).

Экологичность - сам по себе стирлинг не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.

Альтернатива паровым двигателям.

В 19 веке инженеры пытались создать безопасную альтернативу паровым двигателям того времени, из-за того что котлы уже изобретенных двигателей часто взрывались, не выдерживая высокого давления пара и материалов, которые совсем не подходили для их изготовления и постройки. Двигатель Стирлинга стал хорошей альтернативой, поскольку он мог преобразовывать в работу любую разницу температур. В этом и заключается основной принцип работы двигателя Стирлинга. Постоянное чередование нагревания и охлаждения рабочего тела в закрытом цилиндре приводит поршень в движение. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. Но так же проводились опыты и с водой. Главная особенность двигателя Стирлинга с жидким рабочим телом является малые размеры,большие рабочие давления и высокая удельная мощность. Также существует Стирлинг с двухфазным рабочим телом. Удельная мощность и рабочее давление в нем тоже достаточно высоки.

Возможно, из курса физики вы помните, что при нагревании газа его объём увеличивается, а при охлаждении - уменьшается. Именно это свойство газов и заложено в основе работы двигателя Стирлинга. Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который не уступает циклу Карно по термодинамической эффективности, и в некотором роде даже обладает преимуществом. Цикл Карно состоит из мало отличающихся между собой изотерм и адиабат. Практическая реализация такого цикла сложна и малоперспективна. Цикл Стирлинга позволил получить практически работающий двигатель в приемлемых габаритах.

Всего в цикле Стирлинга четыре фазы, разделённые двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. При переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, который находится в цилиндре. В ходе этого процесса изменяется давление из чего и можно получить полезную работу. Полезная работа производится только за счет процессов, проходящих с постоянной температурой, то есть зависит от разницы температур нагревателя и охладителя, как в цикле Карно.

Конфигурации.

Инженерами подразделяются двигатели Стирлинга на три различных типа:

Превью - увеличение по клику.

Содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень - горячий, другой - холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, а цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. Отношение мощности к объёму достаточно велико, однако высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые технические проблемы.

Бета-Стирлинг - цилиндр один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через регенератор. Регенератор может быть внешним, как часть теплообменника, или может быть совмещён с поршнем-вытеснителем.

Есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра - один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор является частью вытеснителя.

Двигатель Стирлинга – принцип работы. Низкотемпературный двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга, принцип работы которого качественно отличается от привычного для всех ДВС, когда-то составлял последнему достойную конкуренцию. Однако на какое-то время о нем забыли. Как этот мотор используется сегодня, в чем заключается принцип его действия (в статье можно найти также чертежи двигателя Стирлинга, наглядно демонстрирующие его работу), и каковы перспективы применения в будущем, читайте ниже.

История

В 1816 году в Шотландии Робертом Стирлингом была запатентована тепловая машина, названная сегодня в честь своего изобретателя. Первые двигатели горячего воздуха были изобретены еще до него. Но Стирлинг добавил в устройство очиститель, который в технической литературе называется регенератором, или теплообменником. Благодаря ему производительность мотора возрастала при удерживании агрегата в тепле.

Двигатель признали наиболее прочной паровой машиной из имеющихся на тот момент, так как он никогда не взрывался. До него на других моторах такая проблема возникала часто. Несмотря на быстрый успех, в начале двадцатого столетия от его развития отказались, так как он стал менее экономичным, по сравнению с появившимися тогда другими двигателями внутреннего сгорания и электродвигателями. Однако Стирлинг еще продолжал применяться в некоторых производствах.

Двигатель внешнего сгорания

Принцип работы всех тепловых моторов заключается в том, что для получения газа в расширенном состоянии необходимы большие механические усилия, чем при сжатии холодного. Для наглядной демонстрации этого можно провести опыт с двумя кастрюлями, наполненными холодной и горячей водой, а также бутылкой. Последнюю опускают в холодную воду, затыкают пробкой, затем переносят в горячую. При этом газ в бутылке начнет выполнять механическую работу и вытолкнет пробку. Первый двигатель внешнего сгорания основывался на этом процессе полностью. Правда, позже изобретатель понял, что часть тепла можно применять для подогрева. Таким образом, производительность значительно возросла. Но даже это не помогло двигателю стать распространенным.

Позже Эриксон, инженер из Швеции, усовершенствовал конструкцию, предложив охлаждать и нагревать газ при постоянном давлении вместо объема. В результате немало экземпляров стало использоваться для работы в шахтах, на судах и в типографиях. Но для экипажей они оказались слишком тяжелыми.

Двигатели внешнего сгорания от Philips

Подобные моторы бывают следующих типов:

  • паровой;
  • паротурбинный;
  • Стирлинга.

Последний вид не стали развивать из-за небольшой надежности и остальных не самых высоких показателей по сравнению с появившимися другими типами агрегатов. Однако в 1938 году компания Philips возобновила работу. Двигатели стали служить для приводов генераторов в неэлектрофицированных районах. В 1945 году инженеры компании нашли им обратное применение: если вал раскручивать электромотором, то охлаждение головки цилиндров доходит до минус ста девяносто градусов по Цельсию. Тогда решено было применять в холодильных установках усовершенствованный двигатель Стирлинга.

Принцип работы

Действие мотора заключается в работе по термодинамическим циклам, в которых при разной температуре происходит сжатие и расширение. При этом регулирование потоком рабочего тела реализуется за счет изменяющегося объема (или давления – в зависимости от модели). Таков принцип работы большинства подобных машин, которые могут иметь разные функции и конструктивные схемы. Двигатели могут быть поршневыми или роторными. Машины с их установками работают в качестве тепловых насосов, холодильников, генераторов давления и так далее.

Помимо этого, есть моторы с открытым циклом, где регулирование потоком реализуется посредством клапанов. Именно их называют двигателями Эриксона, кроме общего названия имени Стирлинга. В ДВС полезная работа осуществляется после предварительного сжатия воздуха, впрыска топлива, нагрева полученной смеси вперемешку со сгоранием и расширения.

Двигатель Стирлинга принцип работы имеет такой же: при низкой температуре происходит сжатие, а при высокой – расширение. Но по-разному осуществляется нагрев: тепло подводится через стенку цилиндра извне. Поэтому он и получил название двигателя внешнего сгорания. Стирлинг применял периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Последний перемещает газ с одной полости цилиндра в другую. С одной стороны, температура постоянно низкая, а с другой – высокая. При передвижении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость, а вниз – возвращается в горячую. Сначала газ отдает много тепла холодильнику, а затем от нагревателя получает столько же, сколько отдал. Между нагревателем и холодильником размещается регенератор – полость, наполненная материалом, которому газ отдает тепло. При обратном течении регенератор возвращает его.

Система вытеснителя соединена с рабочим поршнем, сжимающим газ в холоде и позволяющим расширяться в тепле. За счет сжатия в более низкой температуре происходит полезная работа. Вся система проходит четыре цикла при прерывистых движениях. Кривошипно-шатунный механизм при этом обеспечивает непрерывность. Поэтому резких границ между стадиями цикла не наблюдается, а КПД двигателя Стирлинга не уменьшается.

Учитывая все вышесказанное, напрашивается вывод, что этот двигатель является поршневой машиной с внешним подводом тепла, где рабочее тело не покидает замкнутое пространство и не заменяется. Чертежи двигателя Стирлинга хорошо иллюстрируют устройство и принцип его действия.

Детали работы

Солнце, электричество, ядерная энергия или любой другой источник тепла может подводить энергию в двигатель Стирлинга. Принцип работы его тела заключается в применении гелия, водорода или воздуха. Идеальный цикл обладает термическим максимально возможным КПД, равным от тридцати до сорока процентов. Но с эффективным регенератором он сможет работать и с более высоким КПД. Регенерацию, нагрев и охлаждение обеспечивают встроенные теплообменники, работающие без масел. Следует отметить, что смазки двигателю нужно очень мало. Среднее давление в цилиндре составляет обычно от 10 до 20 МПа. Поэтому здесь требуется отличная уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

Сравнительная характеристика

В большинстве работающих сегодня двигателей подобного рода используется жидкое топливо. При этом непрерывное давление легко контролировать, что способствует снижению уровня выбросов. Отсутствие клапанов обеспечивает бесшумную работу. Мощность с массой сопоставимы моторам с турбонаддувом, а удельная мощность, получаемая на выходе, равна показателю дизельного агрегата. Скорость и крутящий момент не зависят друг от друга.

Затраты на производство двигателя гораздо выше, чем на ДВС. Но при эксплуатации получается обратный показатель.

Преимущества

Любая модель двигателя Стирлинга имеет много плюсов:

  • КПД при современном проектировании может доходить до семидесяти процентов.
  • В двигателе нет системы высоковольтного зажигания, распределительного вала и клапанов. Его не нужно будет регулировать в течение всего срока эксплуатации.
  • В Стирлингах нет того взрыва, как в ДВС, который сильно нагружает коленвал, подшипники и шатуны.
  • В них не бывает того эффекта, когда говорят, что «двигатель заглох».
  • Благодаря простоте прибора его можно эксплуатировать в течение длительного времени.
  • Он может работать как на дровах, так и с ядерным и любым другим видом топлива.
  • Сгорание происходит вне мотора.

Недостатки

  • Главным минусом конструкции является ее материалоемкость.
  • Рабочее тело нужно охлаждать, из-за чего габариты существенно увеличиваются.
  • Для получения равных с ДВС характеристик необходимо использовать высокое давление.
  • К рабочему телу тепло подводят через стенки теплообменников, у которых ограниченная теплопроводность.
  • Чтобы изменить мощность двигателя, изменяют объем буферной емкости, среднее давление рабочего тела, фазного угла между вытеснителем и поршнем.

Применение

В настоящее время двигатель Стирлинга с генератором используют во многих областях. Это универсальный источник электрической энергии в холодильниках, насосах, на подводных лодках и солнечных электрических станциях. Именно благодаря применению различного вида топлива имеется возможность его широкого использования.

Возрождение

Эти двигатели снова стали развиваться благодаря компании Philips. В середине двадцатого века с ней заключила договор General Motors. Она вела разработки для применения Стирлингов в космических и подводных устройствах, на судах и автомобилях. Вслед за ними другая компания из Швеции, United Stirling, стала заниматься их развитием, включая и возможное использование на легковых автомобилях.

Сегодня линейный двигатель Стирлинга применяется на установках подводных, космических и солнечных аппаратов. Большой интерес к нему вызван из-за актуальности вопросов ухудшения экологической обстановки, а также борьбы с шумом. В Канаде и США, Германии и Франции, а также Японии идут активные поиски по развитию и совершенствованию его использования.

Будущее

Явные преимущества, которые имеет поршневой и роторный двигатель Стирлинга, заключающиеся в большом ресурсе работы, применении разного топлива, бесшумности и малой токсичности, делают его очень перспективным на фоне мотора внутреннего сгорания. Однако с учетом того, что ДВС на протяжении всего времени совершенствовали, он не может быть легко смещен. Так или иначе, именно такой двигатель сегодня занимает лидирующие позиции, и сдавать их в ближайшее время не намерен.

Двигатель Стирлинга - Automatyka.pl

Сердечно приветствую!

Меня пригласили представить вам мое изобретение, прототип которого находится в завершающей стадии строительства.

Буду благодарен за любые комментарии и «подсказки» ...

Начнем с основного определения тепловой машины. Польский термодинамик Станислав Охендушко определил тепловую машину как «машину, которая преобразует часть подаваемого тепла в механическую работу и может делать это без перебоев».
Эффективность, с другой стороны, представляет собой скалярную безразмерную физическую величину, которая определяет степень, в которой устройство, организм или процесс преобразует энергию в одной форме в энергию в другой форме.

А теперь немного истории.
Как известно, промышленная революция началась в Англии с паровых двигателей. В начале 19 века их строили все больше и больше, с все более высокими параметрами - я имею в виду в основном рабочее давление пара. К сожалению, материаловедение находилось в зачаточном состоянии, и были доступны только кованое железо, медь и ее сплавы, а также чугун.Электричества и технических газов еще не было - все эти материалы были приклепаны или приклепаны. Как мы знаем - Бессемер объявил о процессе производства стали только в 1856 году - поэтому до тех пор строительство все более крупных паровых машин приводило к очень частым авариям и катастрофам. Ежегодно в Англии в таких несчастных случаях гибнут представители пола рабочих.

Именно здесь в истории промышленности появился шотландский пастор Роберт Стирлинг. Он решил решить эту проблему, построив тепловую машину с высоким КПД, но без использования высокого давления и пара в качестве рабочего тела.Он запатентовал свою идею в 1816 году.
Решение было простым и элегантным - гениальным!

Стирлинг использовал в своем двигателе общеизвестное физическое явление. Если нагреть герметичный резервуар - газ внутри повысит свое давление. Если тот же резервуар охладится, давление снизится. Стирлинг добавил к этому резервуару подвижный поршень, не касающийся стенок контейнера. Поршень использовался только для того, чтобы «протолкнуть» воздух от холода к нагретой стенке.По-польски такой «свободный» поршень называется «вытеснитель». Также необходимо было соединить «бак» с классическим пневмоприводом трубкой и с помощью маховиков и шатунов соединить штоки поршня вытеснителя с поршневой шток рабочего привода, реализующий классическую положительную обратную связь

Это очень элегантное решение быстро распространилось по всему миру. Двигатели Стирлинга использовались для привода токарных, фрезерных станков, вентиляторов, насосов и шлифовальных машин.Мало кто знает, что первые по-настоящему «автоматические» вертушки приводились в движение двигателями Стирлинга. К сожалению, как это происходит в технологии, несмотря на их преимущества, о которых будет сказано ниже, эти двигатели в конечном итоге были заменены двигателями внутреннего сгорания и электрическими двигателями. Двигатели Stirlig выпускались во многих интересных конфигурациях до 20-х и 30-х годов ХХ века!

С некоторым сожалением, достопочтенный Роберт Стирлинг в конце своей жизни написал, что «если бы бессемеровская сталь была изобретена 30 лет назад, мои двигатели стали бы широко использоваться сейчас»...

Начало 1950-х дало в этой области "искру". В ближайшее время Philips внедрила портативный генератор энергии с двигателем Стирлинга. Он выглядел как переносные генераторы с двигателями внутреннего сгорания, известными сегодня. Под топливным баком находился небольшой ящик, в котором располагалась бензиновая горелка Primus. Чтобы запустить двигатель, нужно было запустить примус, дождаться, пока двигатель достигнет правильной разницы температур, и потянуть за шнур стартера.Устройство давало мощность «целых» 200 Вт, и, хотя оно было революционным по своей идее, его производство было быстро прекращено.

Теперь снова будет короткий «обучающий запах». Возвращаемся к началу или эффективности. Потому что самое интересное в двигателе Стирлинга то, что его рабочий цикл очень близок к идеальному циклу Карно. Следовательно, его КПД - самый высокий из всех тепловых двигателей!
Прошу прощения - так было до недавнего времени, - потому что только в последние несколько лет, благодаря достижениям в области материаловедения и использованию электроники и турбонаддува, двигатели внутреннего сгорания, как бензиновые, так и дизельные двигатели, «немного превзошли» двигатели Стирлинга в этом отношении. поле.

Следовательно, из-за его высокого КПД, низкого уровня шума и того факта, что это двигатель «на любом топливе» - потому что он имеет внешнее сгорание - стоит присмотреться к этому изобретению почти двухсотлетней давности. .

Главный недостаток двигателя Стирлинга - высокая стоимость изготовления. Причина в довольно сложной конструкции - все эти поршни, шатуны, эксцентрики, фазы газораспределения ...
Но, несмотря на этот недостаток, двигатели Стирлинга по-прежнему являются предметом исследований не только любителей и экологов, но и серьезных научных центров. мир! Поскольку такой двигатель делает нас независимыми от ископаемого топлива или использования «внешнего» сгорания, напримерсырой нефти, у нас есть большие возможности повлиять на ее наиболее экономичную переработку в работу двигателя!
В последние двадцать лет промышленность медленно «возвращается» к двигателям Стирлинга.

Шведы построили несколько подводных лодок с двигателями Стирлинга. Часть «тепла» этого двигателя нагревается за счет экзотермической химической реакции соединения хлора с натрием с образованием поваренной соли.

Ведутся работы по использованию этих двигателей в промышленных когенерационных системах, то есть везде, где у нас есть среда с высокой температурой, и в дальнейшем производственном цикле мы должны охлаждать эту среду, напримерв классической градирне.

НАСА разработало двигатель по интересующей нас концепции, нагреваемый за счет реакции радиоактивного элемента. Такие двигатели уже установлены в космических аппаратах, которые будут летать в удаленные от Солнца регионы нашей системы.

Началось производство бытовых генераторов с классическим двигателем Стирлинга. Газ, подаваемый в дом для обогрева, сначала нагревает двигатель, который производит электричество для дома. Итак, у нас есть два в одном - энергетическая среда, то есть газ, используется как для обогрева, так и для «освещения».

Очень интересно то, что любой «классический» двигатель Стирлинга может работать «наоборот». То есть цикл Карно обратим. То есть двигатель, приводимый в действие внешним механическим источником, например энергией электродвигателя или ветряной турбины, «производит» высокую и, соответственно, низкую температуру на своих рабочих поверхностях. Двигатели Стирлинга, работающие таким образом, в настоящее время используются для достижения температур, близких к абсолютному нулю. В настоящее время это самый дешевый способ достижения низких температур в лабораторных и промышленных масштабах!

Но вернемся к моим приключениям с этим двигателем.Это началось в средней школе в середине 70-х годов. В «Молодом технике», на который я подписался, была - возможно, единственная на тот момент - статья о двигателях Стирлинга с подробным описанием такого двигателя, который Philips использовала в портативном генераторе энергии, произведенном в начале 1950-х годов. Между прочим, у меня возникла идея устранить все шатуны и поршни в классическом двигателе Стирлинга и заставить его работать, используя только вращение его компонентов.
И как я уже писал выше, более широкое использование обсуждаемых двигателей невозможно без снижения их стоимости, а значит, упрощения конструкции такого двигателя.

На протяжении многих лет, как во время учебы, так и в профессиональной деятельности, мне приходилось много раз рисовать схемы «своего двигателя» и многим объяснять принцип работы. Он всегда заканчивал тем, что говорил: «Это не сработает!» Почему? Потому что это настолько просто, что если бы это работало, мы бы уже обычно использовали такие движки!

После чего я забыл о своей идее на долгие годы.
Около двух лет назад я случайно наткнулся на сайт, посвященный двигателям Стирлинга. Я начал искать, надеясь найти где-нибудь «свою» идею. И чем дольше я искал, тем больше удивлялся, что нигде не нашел. В то же время я начал несколько «хобби» проб, которые привели к практической проверке моей идеи.

Весной 2010 года я набрался храбрости и завязал переписку с человеком - назовем его «Власть Стирлинга».Я отправил в Власть чертежи, схемы и информацию. После двух недель ожидания я получил очень положительное заключение и предложение быстро запатентовать мое решение в связи с его новаторством.

Безпоршневой роторный двигатель в соответствии с концепцией Вонсовского (версия № 2 = WASE2) представляет собой тип теплового двигателя внешнего сгорания. Разница температур на поверхностях двигателя превращается в механическую работу. Идея, лежащая в основе идеи, состоит в том, чтобы легко соединить отдельные модули последовательно-параллельно, чтобы сформировать плоские панели.Каждая панель имеет индивидуальный генератор / генератор /.

Двигатель чрезвычайно прост в сборке, поэтому стоимость его производства будет очень низкой (высокая стоимость была основным недостатком предыдущих решений).
Панель может использоваться для восстановления энергии, потерянной при промышленном производстве / когенерации /, в качестве источника энергии для гибридного автомобиля, а также в качестве генератора энергии, который можно легко использовать везде, где есть разница температур.

Источником тепла может быть любой вид тепловой энергии: от всех классических органических топлив, до ядерной энергии, геотермальной энергии, химической экзотермической реакции.

Двигатель Стирлинга нуждается в охлаждении - в связи с тем, что это «дифференциальный» двигатель, т.е. его эффективность зависит от разницы температур на его рабочих поверхностях. Его можно охладить водой, воздухом или любой другой эндотермической химической реакцией.

Патентная процедура началась в мае.Наконец-то моя заявка уже принята, и сейчас идет процедура бронирования моей идеи в других странах, а может еще и серийное производство ...

Параллельно идет работа по созданию "полупромышленного" двигателя. По моим оценкам, можно достичь выходной мощности около 800–1000 Вт. При разнице температур около 300 ° C. Я не обошелся без испытаний прототипов для определения фактического КПД. Первый двигатель будет использоваться для оптимизации нескольких параметров, что позволит улучшить его характеристики в последующих моделях.

Двигатель, над которым я работаю, является «мутацией» моей идеи двигателя, созданной 30 лет назад. Прототип (WASE1) также запатентован. Я начну работать над ней после того, как наберусь опыта на текущей модели. WASE1 - по отношению к WASE2 намного проще, содержит больше половины элементов. При массовом производстве он также должен быть намного дешевле. Однако это требует большой точности, чего невозможно добиться «в домашних условиях».

Я знаю, что разрабатываются различные интересные решения этой проблемы.Я надеюсь, что моя идея - шаг в этом направлении. Мне кажется, что мое решение должно радикально снизить затраты на производство этих моторов. Потому что мне удалось удалить все сложные поршни, шатуны из классического двигателя Стирлинга - сводя все к вращательному движению, с модульной конструкцией такого двигателя ...
Анджей Вонсовский

PS1
Теоретически возможно, что подходящая панель состоящий из «моих» двигателей, его можно было использовать для обогрева или охлаждения жилых домов или производственных цехов.Но это всего лишь теория.
:)

PS2
Просто для удовлетворения вашего любопытства.
Теоретический КПД двигателя Стирлинга составляет 30-40%
Практический - особенно для небольших агрегатов - 15-30%

Классический бензиновый двигатель имеет КПД 30% - только недавно этот КПД «подскочил» до 40-54. %

Современная электростанция с паротурбинными агрегатами имеет КПД около 60% - при условии хорошего качества топлива и при учете электростанции в целом.
Не следует путать с КПД отдельных элементов электростанции, КПД которой в настоящее время достигает 92% (турбина, котел, генератор)...

Потому что когда мы складываем потери при передаче электроэнергии и потери при добыче и доставке топлива - тогда действительно начинаются интересные выводы ...

.

Беспоршневой двигатель - нашумевшая технология из Польши

Анджей Вонсовски - это человек, имя которого я советую запомнить, потому что вскоре оно может быть внесено в энциклопедию. Почему? Что ж, он изобретатель беспоршневого двигателя, благодаря которому мы сможем недорого и эффективно отапливать целые дома в ближайшем будущем.

Анджей Вонсовский - это человек, имя которого я советую запомнить, потому что вскоре оно может быть внесено в энциклопедию. Почему? Что ж, он изобретатель беспоршневого двигателя, благодаря которому мы сможем недорого и эффективно отапливать целые дома в ближайшем будущем.

Все началось более трех десятилетий назад, когда г-н Вонсовский был на последнем курсе средней школы и его задачей было подготовить материал по термодинамике. В «Молодой техник» он прочитал подробную статью о двигателе Стирлинга, который восходит к середине 19 века и использовался Philips в портативном генераторе энергии в 1950-х годах. В своем двигателе Стирлинг использует общеизвестное физическое явление - если мы нагреем герметичный контейнер, то давление газа внутри него повысится.

Если эта же емкость охладится - давление упадет. Стирлинг добавил к этому контейнеру подвижный поршень, не касающийся стенок контейнера. Поршень использовался только для того, чтобы «протолкнуть» воздух от холода к нагретой стенке. Также необходимо было соединить «емкость» с классическим пневмоприводом и с помощью маховиков и шатунов соединить штоки поршня буйка со штоком рабочего цилиндра, реализовав классическую положительную обратную связь. Гениально просто, правда?

0141X Мой двигатель Стирлинга - часть 1 (введение)

Двигатели Stirlig служили приводом для токарных станков, шлифовальных машин, насосов, вентиляторов и даже первых поворотных столов! В начале 20 века на смену им пришли электрические двигатели и двигатели внутреннего сгорания.Как уже упоминалось, в 1950-х годах Philips вернула двигатель к жизни - за короткое время она представила портативный генератор энергии, приводимый в действие двигателем Стирлинга. Топливного бака не было, зато был небольшой ящик, в котором находилась газовая горелка Primus. Чтобы запустить двигатель, нужно было запустить примус, дождаться, пока двигатель достигнет правильной разницы температур, и потянуть за шнур стартера. Устройство давало ему мощность в 200 Вт, и, хотя оно было революционным по своей концепции, его производство было быстро прекращено.

0161X Мой двигатель Стирлинга - часть 2 (идея)

Во время написания статьи г-н Вонсовски придумал идею устранить все шатуны и поршни в классическом двигателе Стирлинга и заставить его работать, используя только вращение его компонентов. . Он написал об этой идее, а затем забыл об этой теме - точно так же, как мир технологий снова отказался от двигателей Стирлинга, но последние два десятилетия возродили концепцию 19-го века.

Примеры? Вот и все - шведы построили несколько подводных лодок с двигателями Стирлинга.Часть «тепла» этого двигателя нагревается за счет экзотермической химической реакции соединения хлора с натрием с образованием поваренной соли. Кроме того, НАСА разработало двигатель по интересующей нас концепции, нагреваемый за счет реакции радиоактивного элемента. Такие двигатели уже установлены в космических аппаратах, которые будут летать в удаленные от Солнца регионы нашей системы.

0169P Мой двигатель Стирлинга - часть 3 (приложение)

Кроме того, ведутся работы по использованию этих двигателей в промышленных когенерационных системах, т.е. везде, где у нас есть среда с высокой температурой, и в дальнейшем производственном цикле нам необходимо охлаждение это, напримерв классической градирне. Также было начато производство бытовых генераторов с классическим двигателем Стирлинга. Газ, подаваемый в дом для обогрева, сначала нагревает двигатель, который вырабатывает электроэнергию для бытовых нужд. Итак, у нас есть два в одном - энергетическая среда, то есть газ, используется как для обогрева, так и для «освещения».

[цитата] Года два назад совершенно случайно я наткнулся на сайт, посвященный двигателям Стирлинга. Я начал искать, надеясь найти где-нибудь «свою» идею.И чем дольше я искал, тем больше удивлялся, что нигде не нашел. В то же время я начал "хобби" пробовать, что привело к практической проверке моей идеи. [/ Quote]

0171P My Stirling Engine - part 4 eng.

Прорыв произошел весной прошлого года, когда Адам Вонсовски связался со знающим человеком и прислал ей чертежи, схемы и информацию о безпоршневом двигателе Стирлинга. Этому человеку настолько понравилась концепция, что он посоветовал запатентовать идею - патентная процедура еще не завершена, поэтому давайте представим изобретение.Безпоршневой роторный двигатель по концепции Вонсовского (версия № 2 = WASE2) представляет собой тип теплового двигателя внешнего сгорания. Разница температур на поверхностях двигателя превращается в механическую работу. Идея, лежащая в основе идеи, состоит в том, чтобы легко соединить отдельные модули последовательно-параллельно, чтобы сформировать плоские панели. Каждая панель имеет индивидуальный генератор (генератор переменного тока).

Панель может использоваться для рекуперации энергии, потерянной в промышленном производстве (когенерация), в качестве источника энергии для гибридного автомобиля, а также в качестве генератора энергии, который можно легко использовать в домашнем хозяйстве или даже на нем... на Луне! Двигатель чрезвычайно прост в сборке, поэтому стоимость его производства будет очень низкой (высокая стоимость была основным недостатком предыдущих решений). Применяется: когенерационные системы, гибридные автомобили, переносные электрогенераторы.

Модель двигателя Стирлинга

Источником тепла может быть любой тип тепловой энергии: от всех классических органических топлив, через ядерную энергию, геотермальную энергию, химические экзотермические реакции (например,соединение натрия с хлором с образованием поваренной соли). Двигатель Стирлинга требует охлаждения - в связи с тем, что это «дифференциальный» двигатель, то есть его эффективность зависит от разницы температур на его рабочих поверхностях. Его можно охладить водой, воздухом или любой другой эндотермической химической реакцией. Проголосовал за изобретателя:

[цитата] Ведутся работы по созданию «полупромышленного» двигателя. Я считаю, что можно достичь выходной мощности около 800-1000 Вт. Этот первый двигатель будет использоваться для оптимизации нескольких параметров, что улучшит его характеристики в последующих моделях.Двигатель, над которым я работаю, - это «мутация» моего представления о двигателе 30-летней давности. Прототип (WASE1) также запатентован. Я начну работать над ней после того, как наберусь опыта на текущей модели. WASE1 - по отношению к WASE2 намного проще, содержит больше половины элементов. При массовом производстве он также должен быть намного дешевле. Однако это требует высокой точности изготовления, чего невозможно достичь «дома» [/ quote]

Теоретически возможно, чтобы соответствующая панель, состоящая из этих двигателей, могла быть использована для отопления или охлаждения домов или производственных цехов.Но это всего лишь теория. Однако дело все еще продолжается, и мы надеемся, что сможем представить следующие этапы работы г-на Вонсовского в Gadgetmania.

.

Революционный двигатель польского производства - Отопление

Анджей Вонсовски из Жешува разработал необычный патент на двигатель, который может работать практически от любого источника энергии. Все началось невинно, с короткой презентации в средней школе почти 30 лет назад. Это вдохновило его на создание устройства, которое могло произвести революцию в современной энергетической отрасли.

В основе конструкции Анджея Вонсовского лежит модель двигателя Стирлинга, созданная в начале XIX века.Уже тогда это было эпохальное изобретение. Его КПД был более чем в 4 раза выше, чем у паровых машин того времени. При этом его эксплуатация стала безопаснее. Вонсовский решил очень просто улучшить изобретение. Он удалил ненужные детали и применил технологии, предлагаемые нам современными технологиями. Он назвал свой двигатель WASE2 (Wąsowski Andrzej Stirling Engine 2). В настоящее время совместно с Технологическим университетом Жешува проводятся испытания и исследования, которые позволят собрать полностью функциональный прототип.При благоприятных обстоятельствах первый экземпляр должен быть готов в течение 2 месяцев. Мы говорим о деталях модернизированного двигателя Стирлинга с его создателем и инженером Анджеем Вонсовски.

Рис. 1. Двигатель WASE2 на этапе сборки, фото: Анджей Вонсовски

Двигатель находится на стадии проектирования или уже разработан?

Анджей Вонсовский: Двигатель находится на стадии сборки прототипа. В настоящее время собран один двухкамерный моторный модуль.Были проведены опрессовки и несколько термических испытаний. Таких модулей в сборке еще два. Пневматический двигатель находится в стадии модернизации - поскольку ранее изготовленная версия не соответствовала предполагаемым параметрам.

Как проще всего объяснить, как работает ваш двигатель?

Анджей Вонсовский: Двигатель Стирлинга - это один из тепловых двигателей внешнего сгорания. Таким образом, существует источник тепла вне двигателя, а не как в бензиновых двигателях, которые являются двигателями внутреннего сгорания.Двигатель Стирлинга работает по простому принципу физики. Если герметичный резервуар с рабочим газом, например воздухом, нагреть, давление внутри резервуара повысится. Если тот же резервуар охлаждается, давление соответственно уменьшится.
Классический двигатель Стирлинга состоит из двух цилиндров и соответствующих поршней. Цилиндр смесителя имеет одну сторону с подогревом, а с другой - с охлаждением. Поршень внутри не касается стенок цилиндра - он только служит для «проталкивания» воздуха от «холодной» стенки к «горячей» и наоборот.Такой «свободный» поршень называется «вытеснитель» - по-английски «вытеснитель». Движения поршня «толкают» рабочий газ от холодной к горячей стенке, в результате чего давление в цилиндре соответственно увеличивается и уменьшается. Это переменное давление подается через трубку к рабочему цилиндру, который представляет собой обычный цилиндр с воздухом. Благодаря соответствующему механическому соединению штоков поршней обоих исполнительных механизмов мы получаем положительную обратную связь, которая позволяет преобразовывать разницу температур между стенками смесителя в механическую работу.
Довольно сложная механическая система классического двигателя Стирлинга - его главный недостаток, потому что такой двигатель состоит из множества частей, он большой и поэтому дорогой.
Моя идея состоит в том, чтобы удалить все сложные поршни, шатуны, эксцентрики и просто заставить все вращаться. Такой двигатель состоит из двух герметичных цилиндров. Каждый цилиндр имеет эксцентрично расположенный вращающийся плунжер. Цилиндры с вращающимися вытеснителями могут быть размещены последовательно или параллельно друг другу.Таким образом, в случае «последовательного» соединения - на общей оси - два грузила находятся в двух отдельных герметичных цилиндрах. Плунжеры не совпадают по фазе друг с другом. Благодаря этому, если нагреть одну сторону цилиндров и охладить противоположную, то, поворачивая ось, на которой расположены грузила, мы получаем избыточное давление в одном цилиндре одновременно. А во втором цилиндре одновременно есть вакуум. Это чередующееся избыточное и отрицательное давление «выравнивается» с помощью системы из четырех соответствующим образом сконфигурированных пневматических клапанов, обеспечивая постоянное избыточное и отрицательное давление на выходе из этого пневматического выпрямителя.Точно так же, как это делается с выпрямительными мостами, при получении постоянного напряжения от переменного напряжения, которое есть в розетке. Этот постоянный перепад давления передается на пневмодвигатель, который находится на той же оси, что и два вращающихся поршня. Получаем положительную обратную связь, т.е. механическую работу общей оси, мощность которой зависит только от разницы температур между стенками цилиндров.

Рис. 2. Работа двигателя WASE2, фото: Анджей Вонсовски

Судя по всему, двигатель должен достичь мощности 800-1000 Вт.Подскажите, что можно снабдить такой энергией?

Анджей Вонсовский: Я предполагаю, что один строящийся модуль будет иметь выходную мощность, которой должно хватить, например, для привода портативного генератора энергии.
Кроме того, важна эффективность двигателя Стирлинга. Ученые во всем мире все еще работают над такими двигателями, потому что это двигатель, который может работать практически на любом топливе и, что, возможно, самое главное, потому что это двигатель, который имеет теоретическую эффективность всех тепловых двигателей! Первый прототип, построенный Робертом Стирлингом в 1816 году, имел КПД около 16%.Самые эффективные паровые машины тогда имели КПД не более 4%! Я предполагаю, что у моего прототипа будет больше возможностей, чем у изобретения Р. Стирлинга, но что - это выяснится после исследования, которое будет проводиться в Технологическом университете Жешува. Как правило, чем больше разница температур, тем выше эффективность. При разнице в 100 ° C она составляет 27%, при 200 ° C = 42%, а при 300 ° C = 52%. Конечно, нельзя произвольно повышать температуру «горячей» стороны двигателя, потому что начинаются материальные проблемы, а значит значительно возрастают его затраты.Поэтому важно иметь как можно более низкую температуру «холодной» части, т.е. необходим большой охладитель.
В 1960-х годах американские автомобильные концерны совместно купили патент компании Philips на Стирлинг. Было выпущено несколько очень успешных автомобилей с этими двигателями. Почему они не пошли в производство? Две причины. Один - очень дешевая нефть - оказалось, внедрять новую технологию невыгодно. Вторая - не до конца решенная проблема радиатора. Он должен был быть большим, потому что с маленькой машиной он отлично работал на Аляске, но в Калифорнии было хуже!
Сегодня двигатели внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные) более эффективны, чем двигатели Стирлинга.Однако это было так недавно, в основном благодаря турбокомпрессорам, электронике и компьютерному управлению. Но главное преимущество двигателя Стирлинга - это двигатель, работающий на любом виде топлива, то есть энергии. От химического до геотермального и заканчивая атомным. К тому же это тихий двигатель, поэтому шведы строили подводные лодки с такими двигателями, и почти вечный - потому что процесс сгорания происходит вне двигателя.

Сколько времени нужно на изготовление одного двигателя? Будет ли это конвейерное производство, а точнее заказ? И на кого в первую очередь будет нацелен продукт: на отдельных клиентов или отрасль, и если да, то на какие отрасли?

Анджей Вонсовски: Прототип изготовлен из стандартных, общедоступных деталей.Предположение о модульном соединении отдельных блоков в своего рода плоские панели позволит адаптировать их размер к индивидуальным потребностям клиента. Создание определенной серии двигателей и соответствующих панелей позволит производить массовое и дешевое производство.
Двигатель в первую очередь предназначен для промышленного применения. Везде, где в производственном процессе присутствует рабочая среда, например пар, который необходимо сначала нагреть, а затем охладить в следующем цикле.
Такой двигатель также может успешно использоваться для производства электроэнергии в частных домах.Имея один вид энергии, например, природный газ, мы можем использовать этот газ для обогрева дома и в то же время «производить» необходимую электроэнергию и отправлять излишки ее обратно в сеть. Подобное решение успешно внедряет в США новозеландская компания Whispergen. За исключением того, что их двигатель Стирлинга чрезвычайно сложен и, следовательно, очень дорог.
Второе потенциальное и распространенное применение - это производство электроэнергии во всех местах, где она в настоящее время отсутствует: от стран третьего мира, через горы и полярные регионы до кемпинга или рабочего участка.
Еще один потенциальный покупатель - это любой, кому нужно производить электроэнергию там, где ее нет. Мы можем получить достаточно высокую температуру горячей части, сжигая любое химическое топливо из нефти, древесины, пеллет, соломы с помощью химической энергии - радиоактивной, геотермальной, солнечной или экзотермической реакции, например, соединения натрия с хлором.
Этот двигатель также можно использовать в электромоторных транспортных средствах, гибридных, в качестве дополнительного источника энергии.

Какова, по вашему мнению, будет рыночная цена образца двигателя?

Анджей Вонсовский: Сложно судить, но он должен быть сопоставим с портативными электрогенераторами с классическими бензиновыми двигателями.

Есть ли у движка вашей идеи ограничения? И как долго это может работать?

Анджей Вонсовски: Фактически, единственными быстроизнашивающимися деталями являются уплотнения вала и подшипник. Следует исходить из того, что эти 5-10 лет без замены подшипников мотор должен работать без сбоев.


Рис. 3. Элементы двигателя WASE2, фото: Анджей Вонсовски

Источник: www.reo.pl

.

(PDF) ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ МИКРОКОГЕНЕРАЦИИ С ДВИГАТЕЛЕМ. ЧАСТЬ I

Page 48 Rynek Energii Nr 4 (119) - 2015

[15] Директива 2012/27 / EU Европейского Парламента и Совета от 25 октября 2012 года по энергоэффективности -

cy, изменяющая Директивы 2009 / 125 / EC и 2010/30 / EU и отменяющие Директивы 2004/8 / EC и

2006/32 / EC.

[16] Директива 2004/8 / EC Европейского парламента и Совета от 11 февраля 2004 г.о продвижении когенерации

на основе полезного спроса на тепло на внутреннем рынке энергии и внесении поправок в

, вносящих поправки в Директиву 92/42 / EEC.

[17] Карабулут Х., Хусейн, Ючесу С., Джынар К., Аксой Ф .: Экспериментальное исследование по разработке

двигателя Стирлинга β-типа для источников тепла с низкой и умеренной температурой. Прикладная энергия 2009;

86: 68–73.

[18] Ли Т., Давэй Тан, Ли З., Ду Дж., Чжоу Т., Цзя Ю.: Разработка и испытание двигателя Стирлинга, работающего на отработанных газах

, для системы микро-ТЭЦ. Прикладная теплотехника 2012; 33–34: 119–123.

[19] Ренци М., Брэндони Ч .: Исследование и применение регенеративного когенерационного устройства Стирлинга, основанного на массовом сжигании био-

. Прикладная теплотехника 2014; 67: 341–351.

[20] Рогдакис Э.Д., Антонакос Г. Д., Коронаки И.П .: Термодинамический анализ и экспериментальное исследование

когенерационной установки Solo V161 Stirling.Энергия 2012; 45: 503–511.

[21] Шрипакагорн А., Шрикам Ч.: Конструкция и характеристики двигателя Стирлинга с умеренным перепадом температур.

Возобновляемая энергия 2011; 36: 1728–1733.

[22] Гарсия Д., Гонсалес М.А., Прието Дж. И., Эрреро С., Лопес С., Месонеро И., Вилласанте С.: Характеристика

мощности и эффективности подсистем двигателя Стирлинга, Applied Energy, Vol. 121 , стр. 51–63, 2014.

[23] Милевски М., Дисеполи Г., Дезидери У.: Моделирование характеристик MCFC для различных составов топлива и окислителя

, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 39, pp. 11713–11721, 2014.

[24] Милевски Дж., Свирски К.: Моделирование поведения ТОТЭ с помощью искусственной нейронной сети. Т. 34, вып. 13,

с. 5546–5553, 2009.

[25] Национальный фонд охраны окружающей среды и управления водными ресурсами - http://www.nfosigw.gov.pl/ - доступ

05.12.2015.

ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ МИКРОКОГЕНЕРАЦИИ С ДВИГАТЕЛЕМ ДВИГАТЕЛЯ

Ключевые слова: двигатель Стирлинга, система микрокогенерации, стендовые испытания.

Резюме. Повышение энергоэффективности является ключевым элементом для государств-членов Европейского Союза при сокращении

выбросов CO2 и преобразовании энергии из ископаемого топлива. Директивы 2012/27 / UE, 2009/28 / WE, 2004/8 / EC информируют

о шагах, которые следует предпринять, и о технологии, которую следует выбрать для повышения энергоэффективности на

. Среди рассмотренных технологий распределенной генерации должны быть включены устройства, специально предназначенные для использования в

домашних хозяйствах, среди прочего устройства, производящие электроэнергию и тепло коммунальных предприятий в сочетании -

мкТЭЦ (микрокомбинированное тепло и электроэнергия), особенно мкТЭЦ. с двигателем Стирлинга.В данной статье представлены результаты испытаний

мкТЭЦ с двигателем Стирлинга. Способы управления (изменением среднего давления

в рабочей камере и температуры верхнего источника тепла) работоспособностью системы мкТЭЦ с двигателем Стир-

линг для наиболее часто используемых рабочих газов, в том числе : гелий, азот, воздух и аргон.

В данной статье показаны разомкнутые и замкнутые кривые индикатора, полученные в результате исследований на испытательном стенде двигателя Стирлинга типа Alpha-

.

Адриан Хмелевски, mgr inż. - Варшавский технологический университет, факультет автомобилей и строительных машин, ассистент института

для транспортных средств. Его исследовательские интересы связаны с моделированием и исследованием источников распределенной генерации,

сотрудничества возобновляемых источников энергии с накоплением энергии и функционированием рынка электроэнергии.

Эл. Почта: [email protected].

Роберт Гумински, доктор инż. - Варшавский технологический университет, факультет автомобилей и машин, доцент

в Институте транспортных средств.Его научные интересы касаются надежности, эксплуатации и безопасности

технических средств.

Камил Любиковски, M.Sc. - выпускник факультета автомобильной и строительной техники Варшавского технологического университета,

докторант Автомобильного института. Его научные интересы связаны с исследованием систем микрокогенерации.

Jędrzej Mączak, dr hab. Англ. - Варшавский технологический университет, факультет автомобилей и строительных машин. Область его научных интересов - диагностика машин и устройств.В своей исследовательской работе он также занимается обменом данными и управлением между устройствами в распределенной сети (Интернет вещей).

Пшемыслав Шулим, M.Sc. - Варшавский технологический университет, факультет автомобилей и строительных машин, ассистент института -

Транспортные средства. Его исследовательские интересы связаны с технической диагностикой, в частности, магнитными методами,

, а также автономными транспортными средствами, управлением и связью между устройствами с использованием протоколов связи

m.в: CAN, CANOpen, FlexRay, LIN, ZigBee.

.

Современные применения машин Стирлинга | RynekInstalacyjny.pl

Машины Стирлинга изначально строились как двигатели, а с развитие этой технологии, они также используются как холодильники и насосы теплый. Многочисленные преимущества этого решения делают его реальная альтернатива применяемым в настоящее время классическим технологиям.

Развитие цивилизации тесно связано с производством энергии. С самого начала промышленной революции наиболее доступное ископаемое топливо было основным источником энергии.Однако интенсивная эксплуатация этих видов топлива приводит, с одной стороны, к быстрому истощению их ресурсов, а с другой - к выбросу загрязняющих веществ в окружающую среду. Поэтому поиск новых источников энергии и методов ее преобразования в настоящее время сосредоточен на возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная энергия и биотопливо.

На рубеже девятнадцатого и двадцатого веков люди искали эффективные технологии, позволяющие эффективно преобразовывать тепло, которое легко генерировать, в механическую работу. Помимо хорошо известных паровых машин, разработанных в 18 веке,и изобрел в девятнадцатом веке двигатели внутреннего сгорания, которые реализуют циклы Отто и дизеля, в начале девятнадцатого века была построена интересная термодинамическая машина, которая выполняла цикл на замкнутой части газа. Этот цикл и машина, в которой он выполняется, были названы в честь изобретателя, шотландского священника Роберта Стирлинга.

Читать статью Линзы Френеля - концентрация солнечного излучения »

Двигатель Стирлинга (защищен патентом Англии № 4081 от 1816 г.) впервые использовался для удаления воды из карьера. Несмотря на теоретическую эффективность цикла, равную эффективности цикла Карно, развитие этой технологии в последующие годы не было таким динамичным, как у двигателей внутреннего сгорания или паровых двигателей. Основными причинами были трудности, связанные с материальными ограничениями (частые отказы) и, по тем временам, сложный (трудно описываемый) термодинамический процесс.

Прогресс в области материаловедения, особенно во второй половине 20 века., а развитие компьютерных технологий и, следовательно, возможность использования численных вычислительных методов означало, что большинство технических проблем, возникших более 100 лет назад, теперь носят исторический характер. Ученые и инженеры возвращаются к концепции машины Стирлинга, потому что ее особенности, такие как высокая энергоэффективность, компактная и относительно простая конструкция, гибкость в выборе источника питания и экологически нейтрального рабочего тела, практически идеально вписывающиеся в современные условия.

Таким образом, забытое сооружение, построенное почти двухсотлетней давности, которое на момент своего создания превосходило возможности тогдашней технологии, сейчас переживает настоящий ренессанс в виде растущего числа коммерческих внедрений в различные области техники - от охлаждающих устройств до промышленных двигателей.

Производство устройств цикла Стирлинга все еще довольно дорогое, в основном потому, что они предлагаются небольшими сериями. Высокая стоимость обусловлена ​​особыми рабочими параметрами этих устройств (высокое давление и рабочая температура), что напрямую выражается в относительно высоких ценах, особенно на прототипы.Производители стремятся снизить затраты за счет использования новых материалов в современных конструкциях и поиска оптимальных рабочих параметров при пониженном среднем давлении в рабочей камере.

Двигатели Стирлинга в газовых конденсационных котлах »

Пример впечатляющего коммерческого применения - двигатель Стирлинга Kockums мощностью 75 кВтэ, который использовался на подводных лодках в качестве генератора энергии [5].

Термодинамические основы работы и устройство машины Стирлинга

Двигатель Стирлинга - двигатель внешнего сгорания.Это означает, что процесс сгорания происходит вне двигателя, в отличие от поршневых двигателей внутреннего сгорания, в которых сгорание происходит внутри камеры. Подведенное извне тепло передается рабочему телу через теплообменник, что дает возможность использовать любое топливо для привода устройства.

Двигатель

может работать не только на жидком топливе и газе, как в случае классических поршневых двигателей, но и на твердом топливе, таком как биомасса или уголь.На базе двигателей Стирлинга также производятся солнечные батареи с КПД до 45%.

С точки зрения термодинамики машина Стирлинга представляет собой устройство, реализующее цикл, теоретически называемый набором из четырех термодинамических превращений (две изотермы и две изохоры - рис. 1). В этом цикле масса газа, замкнутая в рабочем пространстве, циклически перемещается с одновременным изменением давления. Этот процесс выполняется в идеальной машине Стирлинга, предполагая, что цилиндры также являются теплообменниками, а регенератор - обратимым устройством.Такой идеальный регенератор должен иметь нулевой баланс энергии в течение одного цикла (Q2-3 - Q4-1).

Такое представление устройства основано на предположении, что определенная часть газа движется в рабочем пространстве, претерпевая последовательные термодинамические превращения. В случае реальной машины Стирлинга такой анализ нефизический и приводит к ошибкам даже в случае чисто теоретических соображений.

В реальном устройстве рабочий газ ограничен пространством, состоящим из цилиндров и теплообменников, включая регенератор.В процессе работы устройства газ движется в рабочем пространстве и претерпевает изменения. Однако он никогда полностью не покидает какой-либо элемент рабочего пространства. Другими словами, рабочее тело остается во время цикла во всех составляющих пространствах рабочей камеры при температуре, зависящей от них.

.

Автомобиль на пару? Это может быть будущее автомобильной модели

.

Паровой двигатель ассоциируется с медленными и дымящимися локомотивами. На самом деле их КПД редко превышал 10%. Вопреки тому, что может показаться, развитие парового привода не остановилось. В настоящее время такие двигатели не наносят вреда окружающей среде и имеют в несколько раз более высокий КПД, чем раньше.

Принцип действия паровой машины

Паровоз (www.petervaldivia.com)

Поршневой паровой двигатель работает за счет расширения перегретого пара, производимого в котле. На рисунках выше показан поршневой двигатель двойного действия, который использовался в старинных локомотивах. В верхней части двигателя находится ГРМ, в нижней - рабочий поршень.

В свою очередь:

  1. Водяной пар поступает под давлением через открытый впускной канал.
  2. Перемещает поршень.
  3. В какой-то момент клапан (золотник) закрывается, и пар продолжает толкать поршень, расширяясь.
  4. После сброса давления поршень реверсирует, и пар выходит из цилиндра.

Преимущества паровой машины

Паровая машина относится к двигателям с внешним сгоранием , т. Е. Сгоранием, которое не происходит в цилиндре. В результате процесс сгорания может быть точным, а выброс вредных компонентов выхлопных газов - & hairsp; - & hairsp; - низким. Также не пренебрежительно можно сказать, что многотопливная емкость & hairsp; - & hairsp; все, что можно сжечь, является хорошим источником энергии для такого двигателя.

Еще одно преимущество - форма кривой крутящего момента. Он максимален на оборотах, близких к нулю, что позволяет отказаться от коробки передач. Паровой двигатель также тише своего конкурента внутреннего сгорания.

Ванкель - недооценен?

Современные решения

Паровые двигатели проигрывают двигателям внутреннего сгорания из-за низкого КПД и длительного времени запуска. Трудно представить себе машину с угольным котлом и лопатой для заправки.Современные идеи переместились в сторону жидкого топлива и эффективных горелок.

Одним из примеров является ZEE - Zero Emission Engine . Концептуальный агрегат был представлен примерно в 2001 году как трехцилиндровый паровой двигатель мощностью 50 кВт. Прототип был установлен на Skoda Fabia первого поколения. Он имел вместимость 992 см 3 , и на каждый цилиндр приходилось по две горелки мощностью по 36 кВт каждая. На приведенном ниже графике показаны характеристики двигателя, работающего при давлении пара 50 бар и температуре 500 градусов Цельсия.

Производительность паровой машины ZEE

Заметен высокий крутящий момент . достигается уже при 200 об / мин. Максимальный общий КПД, превышающий 23%, на 2–3 выше, чем у паровозов конструкции и волос, - к сожалению, все еще ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания. Справедливости ради нужно сказать, что высокий уровень физической подготовки сохраняется практически по всем характеристикам.

Дизайн полностью современный.Керамические пористые горелки примерно в 10 раз меньше обычных горелок. Вода течет по замкнутому контуру - лак для волос - конечно, доливать ее не нужно.

Будущее

Сегодня паровые двигатели не могут конкурировать с двигателями внутреннего сгорания. Это может измениться вместе с введением новых стандартов выбросов или сокращением (в пользу других видов топлива) добычи сырой нефти. Тогда конкурентоспособными станут газовые турбины и двигатели Стирлинга .Последние, также известные как двигатели горячего воздуха, особенно впечатляют своей эффективностью и бесшумной работой. Однако они не могут достичь такой большой мощности, как паровые агрегаты.

Источник: IAV • Двигатель с нулевым выбросом • Петервальдивия

.

Design and Civil Engineering - Недооцененный двигатель Stirling

Страница 1 из 3


В тот день, когда должна была состояться попытка запуска первого прототипа двигателя, вся мастерская с раннего утра пребывала в состоянии волнения и любопытства, в настроении, как перед каким-то очень важным событием. . Двигатель на испытательном стенде выглядел великолепно. Тонкий, плавный, без генератора, стартера, магнето и карбюратора. Никаких торчащих аксессуаров и запутанных проводов.В случае с двигателем мастер поправляет еще кое-что. Момент напряжения при нагревании цилиндра. Готовый минуту назад прототип может оказаться неисправным или показать свои возможности. Температура повышается. Движение маховика и двигатель запускается. Люди, собравшиеся у испытательного стенда, были на высоте. Слезы заблестели в его глазах, и через минуту двигатель остановился. Отверстие в поршне ... Надо было сделать его из бальзы, а не из дезодоранта Lamborghini. Магический бренд не работал. Пластик расплавился. Воздушный шар из Китая тоже оказался некачественным.Проволока для забора и деревянная обшивка показали свои способности, как и леска Stilon. Свечу надо было сначала вынуть ...

Ryszard Romanowski


«Игрушка» из банки (рабочая), схема

Приколы ... может, немножко. Разобрался в описании запуска двигателя автомобиля CWS от инж. Józef Chaciński из 1923 года, чтобы показать, что существует тепловая машина, работающая модель которой может быть построена из мусора за 15 минут, и ее первый запуск можно испытать аналогичным образом.
Роберт Стирлинг

Это устройство было изобретено в 1816 году проповедником Робертом Стирлингом. Вероятно, над ее текстами позаботился выдающийся знаток Евангелия. Бог дает нам все, просто нужно уметь это использовать. После Ватерлоо и Венского конгресса Англия не была благоприятной почвой для изобретателей и философов. Двигатель, внутри которого ничего не происходит и который тянет энергию где-то сбоку, может показаться чем-то вроде дьявола или, по крайней мере, Наполеона. Паровая машина Ватта уже была достаточно удивительной.

Загадочные корабли
Скандинавы заинтересовались изобретением шотландского священнослужителя. В 1833 году дешевую лицензию купил Эрикссон, гражданин страны, которая, кроме промысла сельди и протестантских суеверий, ничем не выделялась. Он справедливо полагал, что двигатель Стирлинга, «приклеенный» к паровому двигателю, будет генерировать дополнительную мощность, а гибрид этого значительно повысит эффективность устройства.

Одно из возможных применений, как сообщается, управляет

Почему никто в остальном мире не разработал это изобретение - загадка, которую однажды может разгадать какой-нибудь философ технологий.На паровых машинах, электрических двигателях и двигателях внутреннего сгорания были сломаны скоростные барьеры, которые сохранились до наших дней. Мы ездим на нефтепродуктах - экстрактах из туш растений и животных. Пока чистая энергия куда-то испаряется. Солнечное излучение хотело бы нагреть горячий цилиндр двигателя Стирлинга, но не могло его найти. Вместо этого есть «дружелюбные» заправочные станции. Столько философии.

.

Смотрите также