1. Въведение ............................................... ............................................. 3.
2. История ................................................. ............................................. 4.
3. описание ............................................... .......................................... 4.
4. Конфигурация ................................................. ................................... 6.
5. Недостатъци ............................................... ..................................... .. 7.
6. Предимства ................................................. ............................... 7.
7. Приложение ................................................. ................................... Осем
8. Заключение ................................................... ......................................... единадесет
9. Списък на препратките ............................................... ................................... .. 12
Въведение
В началото на XXI век човечеството изглежда в бъдеще с оптимизъм. Има най-високи аргументи за това. Научната мисъл не стои на място. Днес предлагаме все по-нови разработки. Въведение в нашия живот все повече и по-икономични, екологични и обещаващи технологии.
Това се отнася преди всичко алтернативният двигател и използването на така наречените "нови" алтернативни видове гориво: вятър, слънце, вода и други енергийни източници
Благодарение на двигателите на всякакъв вид видове, човек получава енергия, светлина, топлина и информация. Двигателите са сърце, което бие в такта с развитието на съвременната цивилизация. Те осигуряват растеж на производството, намаляват разстоянията. Общи мотори в момента вътрешно горене Има редица недостатъци: тяхната работа е придружена от шум, вибрации, те разпределят вредни похарчени газове, като по този начин замърсяват нашата природа и консумират много гориво. Но днес вече има алтернатива. Класът на двигателите, в ущърб на който са минимални двигатели. Те работят върху затворен цикъл, без непрекъснати микро експлозии в работните цилиндри, практически без разпределение на вредни газове и горивото, което се нуждаят от много по-малко
Измислени много преди двигателя с вътрешно горене и дизеловия двигател, двигателят на Стърлинг беше незаслужено забравен
Възраждането на интереса към двигателите на Стърлинг обикновено се свързва с дейностите на Philips. Работата по проектирането на двигателите с малки горива започна в компанията в средата на 30-те години на ХХ век. Целта на работата е да се създаде малък електрически генератор с ниско ниво на шум и термично задвижване за захранване на радиооборудването в световните райони с липсата на редовни източници на електроснабдяване. През 1958 г. генералните двигатели са сключили лицензионно споразумение с Philips и тяхното сътрудничество продължи до 1970 година. Развитието се свързва с използването на хищни двигатели за космически и подводни електроцентрали, автомобили и кораби, както и за стационарни енергийни системи. Шведската компания Обединение Стърлинг, която фокусира усилията си главно върху двигателите превозно средство Голяма товароподемност, разпределена интереса им в областта на двигателите за пътнически автомобили. Настоящият интерес към двигателя на Стърлинг беше съживен само по време на така наречената "енергийна криза". Тогава това беше особено привлекателно изглеждаше потенциалните възможности на този двигател по отношение на икономическото потребление на обикновеното течно гориво, което изглеждаше много важно поради увеличаването на цените на горивата
История
Стърлинг двигател е първитен патентован от шотландския свещеник Робърт Стърлинг на 27 септември 1816 г. (английски патент No. 4081). Въпреки това, първите елементарни "двигатели за горещи въздуха" са известни в края на XVII век, дълги преди Стърлинг. Постигането на Стърлинг е добавянето на по-чист, който нарича икономика. В съвременната научна литература този чист се нарича "регенератор" (топлообменник). Той увеличава производителността на двигателя, като държи топлината в топлото част на двигателя, докато работната течност се охлажда. Този процес е много подобряващ ефективността на системата. През 1843 г. Джеймс Стърлинг използва този двигател във фабриката, където е работил като инженер по това време. През 1938 г. Philips инвестира в двигател с капацитет повече от двеста конска сила и напредък от повече от 30%. Двигателят на Стърлинг има много предимства и е широко разпространен в ерата на парни машини.
Описание
Двигателят на Стърлинг - топлинна машина, в която течността или газообразното работно тяло се движи в затворен обем, видът на двигателя е променлива външно гориво. Въз основа на периодично отопление и охлаждане на работната течност с извличането на енергия от появата на промени в обема на работния флуид. Тя може да работи не само от гориво за гориво, но и от всеки източник на топлина.
През XIX век инженерите искат да създадат безопасна алтернатива на паровите двигатели от това време, чиито котли често се експлодират поради високо налягане на пара и неподходящи материали за тяхното изграждане. Една добра алтернатива на парни машини се появи със създаването на двигатели с хиллинг, което може да превърне всякаква разлика в температурата. Основният принцип на експлоатация на двигателя на стридинг непрекъснато се редува и охлажда работната течност в затворен цилиндър. Обикновено въздушните действа като работна течност, но се използват и водород и хелий. В редица експериментални проби, фреони са тествани, азотен диоксид, втечнен пропан-бутан и вода. В последния случай водата остава в течно състояние във всички области на термодинамичния цикъл. Една характеристика на стрилинг с течна работна флуид е малка размера, висока специфична мощност и голямо работно налягане. Също така се разбърква с двуфазен работен течност. Той се характеризира и с висока специфична мощност, високо работно налягане.
От термодинамиката е известно, че налягането, температурата и обемът на газ са взаимосвързани и следват закона на идеалните газове
Където:- P - налягане на газ;
- V - обем на газ;
- n - броя на газовите къртици;
- R е универсална газова константа;
- Т-температура на газа в Келвин.
Това означава, че когато се нагрява газ, нейният обем се увеличава и по време на охлаждането - намалява. Това свойство на газовете се основава на работата на двигателя на Стърлинг.
Двигателят на Стърлинг използва цикъла на стрилинг, който не е по-нисък от цикъла на карно в зависимост от термодинамичната ефективност и дори има предимство. Факт е, че цикълът на Карно се състои от малко по-различна изотерма и Адибат. Практическото прилагане на този цикъл е просто както е описано. Цикълът на Стърлинг направи възможно да се получи практически работен двигател при приемливи размери.
Цикълът на Стърлинг се състои от четири фази и се разделя на две преходни фази: нагряване, разширяване, преход към източник на студ, охлаждане, компресия и преход към източник на топлина. Така, когато се движите от топъл източник до студен източник, има разширение и компресия на газа в цилиндъра. Разликата в обемът на газа може да се превърне в експлоатация, отколкото и двигателят на стрилинг е включен. Бета-тип клетъчен цикъл на двигателя на Beta:
1
|
2
|
3
|
4
|
където: a - чисто бутало; Б - работно бутало; C - маховик; D - пожар (отоплителна площ); Електронни охлаждащи ръбове (зона за охлаждане).
- Външният източник на топлина се загрява газ в долната част на топлообменния цилиндър. Създаването на налягането е натискане на работното бутало (имайте предвид, че ежедневното бутало е свързано със стените).
- Маховикът избутва ежедневното бутало надолу, като по този начин се движи нагрята от дъното до охлаждащата камера.
- Въздухът се охлажда и се свива, спуска се буталото.
- Тигелското бутало се издига нагоре, като по този начин се движи охладеният въздух в долната част. И цикълът се повтаря.
В машината на Стърлинг работното бутално движение се измести 90 ° спрямо движението на буталото. В зависимост от знака на тази смяна, машината може да бъде двигател или термопомпа. Когато Shift 0, машината не произвежда никаква работа (с изключение на загубите на триене) и не го произвежда.
Бета стриллинг - Цилиндърът е само един, горещ от единия край и студ от другата. Вътре в цилиндъра, буталото се движи (от което се отстранява захранването) и "изпускател", промяна на обема на горещата кухина. Газът се изпомпва от студена част на цилиндъра в гореща през регенератора. Регенераторът може да бъде външен, част от топлообменника или комбиниран с буталото.
Гама Стърлинг "Има и бутало и" изместване ", но в същото време две цилиндри са едно студено (има бутало, от което се отстранява захранването), а вторият горещ от единия край и студ от другия (" разпръсквачът " - Там се движи. Регенераторът свързва горещата част на втория цилиндър със студ и в същото време като първия (студен) цилиндър.
Съвременният автомобил стартира на това ниво на развитие, в което без фундаментални научни изследвания е почти невъзможно да се постигнат основни подобрения в проектирането на традиционните двигатели с вътрешно горене. Такава ситуация принуждава дизайнерите да обърнат внимание проекти за алтернативни електроцентрали. Някои инженерни центрове фокусираха силата си върху създаването и адаптирането към серийното освобождаване на хибридните и електрическите модели, други автоконтбари инвестират в разработването на двигатели на гориво от възобновяеми източници (например биодизел върху рапично масло). Има и други проекти на силни агрегати, които в бъдеще могат да бъдат ново стандартно задвижване на превозното средство.
Сред възможните източници на механична енергия за автомобила на бъдещето трябва да се нарече двигателят на външното изгаряне, който е изобретен в средата на XIX век от шотландски Робърт Стърлинг като машина за топлинна разширение.
Схема на работа
Двигателят на Стърлинг преобразува топлинната енергия, доставяна отвън, за полезна механична работа Поради Промени в работната температура(газ или течност), циркулиращ в затворен обем.
В общ Схемата на устройството е както следва: в долната част на двигателя, работното вещество (например въздух) се нагрява и се увеличава в силата на звука, избутва буталото нагоре. Горещият въздух прониква в горната част на двигателя, където радиаторът се охлажда. Налягането на работния флуид намалява, буталото се понижава за следващия цикъл. В същото време системата на херметичната и работното вещество не се консумира, а се движат само вътре в цилиндъра.
Има няколко опции за проектиране на електрическите единици, които използват принципа на Стърлинг.
Модификации на Стърлинг "Алфа"
Двигателят се състои от две отделни бутала на захранването (гореща и студена), всяка от които е в нейния цилиндър. Топлината се подозира в горещия бутален цилиндър, а студеният цилиндър се намира в охлаждащия топлообменник.
Промени "Бета"
Цилиндърът, в който се намира буталото, се загрява от едната страна и се охлажда от противоположния край. Цилиндърът премества буталото на захранването и разпръсквателя, предназначени да променят обема на работния газ. Обратното движение на охладеното работно вещество в горещата кухина на двигателя изпълнява регенератора.
Modelling модификации "гама"
Дизайнът се състои от два цилиндъра. Първият е напълно студен, в който мощност буталото се движи, а вторият, горещ от едната страна и студ от друга, служи за преместване на изместването. Регенератор за циркулация на студен газ може да бъде често за двата цилиндри, или да се въведе дизайн на изместване.
Предимства на двигателя на Стърлинг
Като повечето външни двигатели с вътрешно горене, стриллинг присъщи многообразие: Двигателят преминава от спада на температурата, независимо от причинените причини.
Интересен факт!След като инсталацията е доказана, която работи за двадесет горивни версии. Без спиране на двигателя към външната горивна камера, бензинът се сервира, дизелово гориво, метан, суров петрол и растително масло - енергийната единица продължава да работи постоянно.
Двигателят има Простолност и не изисква допълнителни системи и шарнирно оборудване (времена, стартер, скоростна кутия).
Характеристиките на устройството гарантират дълъг експлоатационен ресурс: повече от сто хиляди часа непрекъсната работа.
Beslling Beshum Beshum, като детонация не се среща в цилиндрите и няма нужда да се извличат отрядните газове. Модификацията на "бета", оборудвана с ромбичен механизъм за свързване, е идеална балансирана система, която няма вибрации по време на работа.
В двигателите не се появяват цилиндрите, които могат да имат отрицателно въздействие върху околната среда. При избора на подходящ източник на топлина (например, слънчевата енергия) разбъркването може да бъде абсолютно природосъобразен Захранващо устройство.
Недостатъци на дизайна на Стърлинг
С целия набор от положителни свойства, незабавното масово използване на двигателите на Стърлинг е невъзможно поради следните причини:
Основният проблем е материалното потребление на строителство. Охлаждането на работния флуид изисква наличието на радиатори на големи обем, които значително увеличават размера и метала-капацитета на инсталацията.
Настоящото технологично ниво ще позволи на двигателя на стридинг, в сравнение с характеристиките с модерни бензинови двигатели, само поради използването на сложни работни тела (хелий или водород) под налягане повече от сто атмосфери. Този факт причинява сериозни проблеми както в областта на материалите, така и в областта на безопасността на потребителите.
Важен оперативен проблем е свързан с проблемите на топлопроводимостта и трайността на температурата на металите. Топлината се доставя на работния обем чрез топлообменници, което води до неизбежни загуби. В допълнение, топлообменникът трябва да бъде изработен от топлоустойчиви метали, устойчиви на високо налягане. Подходящи материали са много скъпи и сложни в обработката.
Принципите на смяна на режимите на двигателя на Стърлинг също са фундаментално различни от традиционните, което изисква разработването на специални контролни устройства. Така че, за да промените силата, е необходимо да сменяте налягането в цилиндрите, ъгъла на фазите между изместването и буталото на захранването или засягат капацитета на кухината с работната течност.
Един от начините за контрол на скоростта на въртене на шахтата на модела на двигателя на Slirling може да се види в следното видео:
Ефективност
При теоретичните изчисления, ефективността на двигателя на стринглинг зависи от разликата в температурата на работния флуид и може да достигне 70% или повече в съответствие с цикъла на карно.
Въпреки това, първите проби, прилагани в метала, притежават изключително ниска ефективност поради следните причини:
- неефективни варианти на охлаждащата течност (работна течност), които ограничават максималната температура на нагряване;
- загуба на енергия за частични части и топлопроводимост на корпуса на двигателя;
- липсата на структурни материали, устойчиви на високо налягане.
Инженерните решения постоянно подобряват устройството агрегат на властта. Така че, през втората половина на четирицилиндровата кола на XX век стъртинг двигател с ромбично задвижване, показан върху тестове за ефективност, равна на 35% На воден охладител с температура от 55 ° C. Успешното изграждане на дизайна, използването на нови материали и довършителни работи на работните звена е осигурено чрез ефективността на експерименталните проби в 39%.
Забележка! Съвременните бензинови двигатели с подобна мощност имат ефективност при 28-30% и дизелови двигатели с турбокомпресор в рамките на 32-35%.
Модерни проби от двигатели на Стърлинг, като механичната технология INC, създадена от американската компания, демонстрират ефективност до 43.5%. И с развитието на производството на топлоустойчива керамика и подобни иновативни материали, ще бъде възможно значително да се увеличи температурата на работната среда и постигане на ефективността от 60%.
Примери за успешното внедряване на автомобилни стила
Въпреки всички трудности, има много работещи модели на двигателя на Стърлинг, приложими към автомобилната индустрия.
Интересът към Стърлинг, подходящ за монтаж в колата, се появи в 50-те години на XX век. Работата в тази посока беше опасенията като Ford Motor Company, Volkswagen Group и други.
United Stirling (Швеция) е разработил стрилинг, в който серийни възли и агрегати, произведени от автомобили (колянов вал, свързващи пръчки), са максимално използвани. Полученият четирицилиндров V-образен двигател притежаваше специфична маса от 2.4 kg / kW, която е сравнима с характеристиките на компактния дизелов двигател. Тази единица е успешно тествана като електроцентрала на семитния товарен ван.
Един от успешните проби е четирицилиндров двигател стриллинг на нидерландия, произведен от модела на Philips 4-125DA, който е предназначен за инсталиране кола. Моторът имаше работен капацитет от 173 литра. от. по размер, подобен на класически петролен агрегат.
Инженерите на General Motors са постигнали значителни резултати, вградени през 70-те години на осем цилиндъра (4 работници и 4 компресиращи цилиндри) V-образен хируллинг двигател със стандартен механизъм за свързване на манивела.
Подобна мощност в 1972 година оборудван с ограничена серия кола Ford. Торино.Разходът на гориво е намалял с 25% в сравнение с класическия бензин V-образен осем.
Понастоящем повече от горивни чуждестранни компании работят за подобряване на дизайна на двигателя на Стърлинг, за да се адаптират към масовото освобождаване за нуждите на автомобилната индустрия. И ако е възможно да се премахнат недостатъците на този тип двигатели, като същевременно запазва своите предимства, той се разбърква, а не турбин и електрически двигатели, ще стигне до промяна на бензина.
Влошаването на глобалните проблеми, изискващи спешно решение (изчерпване на природните ресурси, замърсяване атмосфер И т.н.), воден в края на 20-ти век до необходимостта от приемане на редица международни и руски законодателство в областта на екологията, управлението на околната среда и енергоспестяването. Основните изисквания на тези закони са насочени към намаляване на емисиите на CO2, спестяване на ресурси и енергоспестяване, превода на двигателния транспорт до екологосъобразни моторни горива и др.
Един от обещаващите начини за решаване на тези проблеми е развитието и широкото въвеждане на енергообработващи системи на базата на двигатели (машини) на Стърлинг. Принципът на експлоатация на такива двигатели е предложен през 1816 г. от шотландски Робърт Стърлинг. Това са машини, работещи на затворен термодинамичен цикъл, в който цикличните процеси на компресия и експанзия се появяват при различни нива на температура и контролът на потока на работния флуид се извършва чрез промяна на обема.
Двигателят на Стърлинг е уникална топлинна машина, тъй като нейната теоретична мощност е равна на максималната мощност на термичните машини (Carno Cycle). Работи за сметка на топлинната експанзия на газ, последвано от компресия на газ по време на охлаждането. Двигателят съдържа някакъв постоянен обем на работещия газ, който се движи между "студената" част (обикновено имаща температура на околната среда) и "гореща" част, която се нагрява чрез изгаряне на различни горива или за сметка на други източници на топлина. Отоплението е направено навън, така че двигателят на стринглинг принадлежи към външни двигатели с вътрешно горене (DVPT). Тъй като в сравнение с двигателя, в двигателите с порив, процесът на горивен се извършва извън работните цилиндри и е равновесител, работният цикъл се осъществява в затворен вътрешен контур при сравнително ниско налягане в цилиндрите на двигателя, гладкото естество на Топло-хидравлични процеси на работната течност на вътрешната верига и в отсъствието на вентили за механизъм за газоразпределение.
Трябва да се отбележи, че производството на двигатели на Стърлинг вече е започнало в чужбина, спецификации които са по-добри от инсталациите за двигатели и газови турбини (GTU). Така че, двигателите на "Philips", "STM Inc.", "Daimler Benz", "Solo", "United Stringling" с капацитет от 5 до 1200 kW имат KP. Повече от 42%, работният ресурс е повече от 40 хиляди часа и специфичната маса от 1,2 до 3.8 kg / kW.
В световните прегледи за енергоспестяващи техники, двигателят на Стърлинг се счита за най-обещаващ през 21-ви век. Ниско ниво Шум, ниска токсичност на отработените газове, способността за работа по различни горива, голям ресурс, добри характеристики Въртящ момент - всичко това прави двигателите на Стърлинг по-конкурентоспособни в сравнение с DVS.
Къде могат да се преливат двигателите?
В районите на Русия могат да се използват автономни енергийни инсталации с двигатели с хиллинг (генератори на стриллинг), където няма резерви на традиционна енергия и газ. Като гориво може да се използва торф, дърво, шисти, биогаз, въглища, отпадъци. селско стопанство и производството на дървен материал. Съответно, проблемът изчезва с енергийното снабдяване на много региони.
Такива енергийни инсталации са екологично чисти, като концентрация вредни вещества В горивните продукти почти два порядъка са по-ниски от тези на дизеловите електроцентрали. Ето защо, генераторите на разбъркване могат да бъдат инсталирани в непосредствена близост до потребителя, което ще позволи да се отървете от загубите за предаване на електроенергия. 100 KW Power Generator може да осигури електричество и топлина местност С население от повече от 30-40 души.
Автономните енергийни инсталации с газови двигатели ще бъдат широко използвани в петролната и газовата промишленост на Руската федерация при разработването на нови области (особено в условията на далечния север и рафта на арктическите морета, където има сериозен енергиен транспорт на проучване , пробиване, заваряване и други работи). Като гориво може да се използва суров природен газ, преминаване на кондензат на петрол и газ може да се използва тук.
Сега в Руската федерация всяка година изчезва до 10 милиарда кубически метра. свързан газ. Трудно е да се събере и скъпо, да се използва като моторно гориво за двигатели с вътрешно горене, което е невъзможно поради непрекъснато променящия се фракционен състав. Така че газът не замърсява атмосферата, той просто гори. В същото време, използването му като моторно гориво ще даде значителен икономически ефект.
3-5 KW мощност инсталация е препоръчително да се използва в системи за автоматизация, комуникация и катодни защита на газопроводите на багажника. И по-мощни (от 100 до 1000 kW) - за електрическо и топлоснабдяване на големи часовници на Газовиков и нефтени. Инсталации над 1 хил. КW могат да се прилагат върху съоръжения за пробиване на петрол и газ.
Проблеми на създаването на нови двигатели
Двигателят, предложен от самия Робърт Стърлинг, имаше значителни масови характеристики и нисък KP. Благодарение на сложността на процесите в такъв двигател, свързан с непрекъснатото движение на буталата, първият опростен математически апарат е разработен само през 1871 г. от Пражкия професор в Шмид. Предложеният от тях метод за изчисление се основава на идеалния модел на цикъла на стриллинг и позволява на двигателя да създава двигатели с KP. до 15%. Само до 1953 г. холандските фиктори са създадени първите високопроизводителни двигатели, които са по-добри от характеристиките на двигателите с вътрешно горене.
В Русия се правят опити за създаване на местни двигатели с мехурчета, но успехът не е имал. Има няколко основни проблема, които ограничават развитието и широкото им използване.
На първо място, това е създаването на адекватен математически модел на проектиране на машината на Стърлинг и съответния метод на изчисление. Сложността на изчислението се определя от сложността на прилагането на термодинамичния цикъл на стриллинг в реални машини поради нестационар на топлината и обмена на маса в вътрешния контур - поради непрекъснатото движение на буталата.
Няма адекватни математически модели и методи за изчисление - основната причина за неуспехите на редица чуждестранни и местни предприятия в развитието на двата двигателя и хладилните машини на Стърлинг. Без точното математическо моделиране, регулирането на проектираните машини се превръща в многогодишни изтощителни експериментални изследвания.
Друг проблем е да се създадат проекти на отделни възли, усложнения с уплътнения, регулиране на енергията и др. Трудностите на конструктивното изпълнение се дължат на използваните работни органи, които използват хелий, азот, водород и въздух. Хелий, например, има суперфункция, която диктува повишените изисквания за запечатване на работни бутала и др.
Третият проблем е високо ниво на производствена технология, необходимостта от прилагане на топлоустойчиви сплави и метали, нови методи за тяхното заваряване и запояване.
Отделен въпрос е производството на регенератор и дюзи, за да се гарантира, от една страна, висока топлинна енергия, а от друга - ниско хидравлично съпротивление.
Вътрешно развитие на машини за стривлинг
В момента Русия е натрупала достатъчно научен потенциал за създаване на високоефективни двигатели с хил. Значителни резултати бяха постигнати в изследователския център за иновации в стрилинг технологията LLC. Специалисти проведоха теоретични и експериментални проучвания за разработване на нови методи за изчисляване на високоефективни двигатели с хиллинг. Основните направления на работата са свързани с употребата на двигатели с цилинг в когенерационни инсталации и системи за използване на топлината на отработените газове, например в mini-chp. В резултат на това бяха създадени разработване на техники и прототип на 3 kW двигатели.
Специално внимание в хода на изследването бе отделено на развитието на индивидуалните събрания на машини с стривлинг и тяхното конструктивно изпълнение, както и създаването на нови схеми Инсталации на различни функционални цели. Предлага се технически решения Като се вземат предвид факта, че стривлинг машините са по-евтини за увеличаване на икономическата ефективност на използването на нови двигатели в сравнение с традиционните преобразуватели на енергия.
Производството на двигатели с центринг е икономически подходящо, като се отчита практически неограниченото търсене на екологосъобразно и високоефективно енергийно оборудване както в Русия, така и в чужбина. Въпреки това, без участието и подкрепата на държавата и големия бизнес, техния проблем серийно производство Тя не може да бъде решена изцяло.
Как да помогнем на производството на двигатели на Стърлинг в Русия?
Очевидно иновативната дейност (особено развитието на основните иновации) е сложен и рискован вид икономическа дейност. Ето защо тя трябва да разчита на механизма на държавната подкрепа, особено "в началото", последван от прехода към обикновените пазарни условия.
Механизмът за създаване на широкомащабно производство на машини с хиллинг и енергообработващи системи, базирани на тях, може да включва:
- пряко финансиране на иновативни проекти на иновативни проекти върху машини с стривлинг;
- непреки мерки за подпомагане чрез освобождаване на продукти, произведени от проекти с ДДС и други данъци на федерални и регионални нива през първите две години, както и предоставянето на данъчен кредит на такива продукти за следващите 2-3 години (Като се има предвид, че разходите за развитие, фундаментално нови продукти са неподходящи, за да бъдат включени в цената, т.е. в разходите на производителя или потребителите);
- Изключение от облагаемата база за навеждането на приноса на предприятието за финансиране на проектите с стриллинг.
В бъдеще, на етапа на устойчиво развитие на енергийното оборудване, основано на машини с стривлинг на вътрешните и чуждестранните пазари, попълване на капитал за разширяване на производството, техническото преоборудване и подкрепа на следващите проекти за производство на нови видове оборудване да се извършват от печалби и продажби на акции на успешно разработени производствени, търговски банки за кредитиране, както и привличане на чуждестранни инвестиции.
Може да се предположи, че поради наличието на технологична база и натрупания научен потенциал в проектирането на машини с стривлинг, в разумна финансова и техническа политика, Русия може вече в близко бъдеще да стане световен лидер в производството на нови екологично производство приятелски и високоефективни двигатели.
Във външните двигатели с вътрешно горене, процесът на гориво гориво и източникът на термична експозиция са отделени от работното устройство. Тази категория обикновено включва пара и газови турбини, както и двигатели с раздробяване. Първите прототипи на такива инсталации са предназначени преди повече от два века и се използват през почти XIX век.
Когато са необходими мощни и икономични енергийни инсталации за бързо развиващата се индустрия, дизайнерите излязоха със замяна с експлозивни парни двигатели, където работното тяло беше под високо налягане на пара. Така имаше външни двигатели с вътрешно горене, които са били разпределени в началото на XIX век. Само след няколко десетилетия двигателите на вътрешно горене се променят. Те струват значително по-евтини като широко разпространена.
Но днес дизайнерите все повече гледат на външните двигатели с вътрешно горене, освободени от широкото използване. Това се обяснява с техните предимства. Основното предимство е, че такива инсталации не се нуждаят от добре почистено и скъпо гориво.
Външните двигатели за горене са непретенциозни, въпреки че досега техните разходи и разходи за поддръжка са доста скъпи.
Двигателят на Стърлинг
Един от най-известните представители на семейството на двигателите с вътрешно горене е машина за стридинг. Тя е изобретана през 1816 г., многократно е подобрена, но след това за дълго време бе забравено забравено. Сега двигателят на Стърлинг получи второто раждане. Успешно се използва дори при проучване на външното пространство.
Работата на машината на Стърлинг се основава на затворен термодинамичен цикъл. Периодичните процеси на компресия и разширяване тук отиват при различни температури. Контролът на работния процес възниква чрез промяна на обема му.
Стърлинг двигател може да работи като термопомпа, генератор на налягане, охладителни устройства.
В този двигател При ниска температура има компресия на газ и с висока експанзия. Периодичната промяна в параметрите се дължи на използването на специална бутала, която има функция на дивелиране. Топлината до работната течност в същото време се доставя с навънпрез стената на цилиндъра. Тази функция дава право
Въпреки тяхната висока производителност модерен двигател Вътрешното изгаряне започва да възпрепятства. Неговата. P. D. достигна, може би, нейното ограничение. Шумът, вибрацията, отравящите въздушни газове и други недостатъци, присъщи на това, правят учените да търсят нови решения, преразглеждат възможностите за дълго време "забравени" цикли. Един от "съживените" двигатели се разбърква.
Обратно през 1816 г., шотландският свещеник и ученият Робърт Стърлинг патентовават двигателя, в който гориво и въздух влизат в зоната на горене, никога не попадат в цилиндъра. Те горят, просто отопляват работния газ, разположен в него. Това даде причина да назовем изобретението на Стърлинг чрез външен двигател с вътрешно горене.
Робърт Стърлинг построи няколко двигателя; Последният имаше капацитет от 45 литра. от. И работи в мината в Англия повече от три години (до 1847 г.). Тези двигатели бяха много тежки, заемат много място и външно приличаха на пара.
За навигация двигателите с вътрешно горене за първи път се прилагат през 1851 г. от шведски Джон Ериксон. Корабът Erickson, построен от тях безопасно пресече Атлантическия океан от Америка в Англия с електроцентрала, състояща се от четири външни двигатели с вътрешно горене. В епохата на парни машини това е усещане. но power Point. Ериксон разработи само 300 литра. с., не 1000, както се очаква. Двигателите имаха огромни размери (диаметър на цилиндъра 4.2 m, бутален ход 1.8 м). Консумацията на въглища се оказа не по-малка, отколкото в парни машини. Когато корабът дойде в Англия, се оказа, че двигателите не са подходящи за по-нататъшна работа, тъй като те се бореха на дъното на цилиндрите. За да се върнете в Америка, трябваше да заместя двигателите с обикновен парен двигател. На връщане корабът падна в инцидент и потъна с целия екипаж.
Ниски двигатели с вътрешно горене в края на миналия век бяха използвани в къщи за изпомпване на вода, в печатните къщи, в промишлени предприятия, включително в завода "Санкт Петербург" (сега "руски дизел"), те са били инсталирани в малки съдилища. Стърлинг е произведен в много страни, включително в Русия, където те се наричат \u200b\u200b"топлина и сила". Те ги оценяват за подъл и безопасността на работата, отколкото се различават от парни превозните средства.
С развитието на двигателите с вътрешно горене за затворени стегнати. В енциклопедичния речник, Brockaua и Efron, за тях е написано следното: "Безопасността от експлозиите е основната благоприятна страна на калоричните машини, благодарение на която могат да се използват, ако намерят нови материали по-добре да ги изграждат и смажат. "
Случаят обаче е не само в отсъствието на съответните материали. Все още имаше неизвестни, съвременни принципи на термодинамиката, по-специално еквивалентността на топлината и работата, без които е невъзможно да се определят най-големите съотношения на основните елементи на двигателя. Топлообменниците са направени с малка повърхност, поради което двигателите са работили с прекомерно високи температури и бързо се провалиха.
Опитите за подобряване на разбъркването бяха взети след Втората световна война. Най-съществено от тях са, че работният газ започна да се прилага, компресиран до 100 атм и да не се използва въздух, но водород, който има по-висок коефициент на топлопроводимост, нисък вискозитет и освен това, не окислителни смазочни материали.
Устройство на външен двигател с вътрешно горене в неговия модерно видео схематично показани на фиг. 1. В затворен от едната страна, цилиндърът е два бутала. Горна бутало-цел за ускоряване на процеса на периодично отопление и охлаждане на работния газ. Това е куха цилиндър от неръждаема стомана, слабо проводима топлина и се движи под действието на прът, свързан с механизъм за свързване на коляно.
Долното бутало е работник (на фигурата е показана в напречното сечение). Предава усилията за свързващия механизъм чрез кухия прът, в който преминава осцилаторът. Работното бутало е оборудвано със запечатващи пръстени.
Под работното бутало има буферен контейнер, образувайки възглавница, която извършва функцията на маховицата - изглажда нередността на въртящия момент поради избора на енергията на енергията по време на работния инсулт и връщането му към шахтата на двигателя по време на компресията удар. За да изолира обемът на цилиндъра от заобикалящото пространство, сервирайте тип "опаковане". Това са каучукови тръби, прикрепени с единия край на пръчката, а другият в случая.
Горната част на цилиндъра влиза в контакт с нагревателя и дъното - с хладилника. Съответно, той се отличава с "горещи" и "студени" обеми, които се докладват свободно с помощта на тръбопровод, в който се намира регенераторът (топлообменник). Регенераторът се пълни с шлифоване с малък диаметър тел (0.2 mm) и има висок топлинен капацитет (например, към. Р. Г. Финал Регенератори надвишава 95%).
Работният поток на двигателя на Стърлинг може да се извършва без изместване, базирано на използването на управляващия дистрибутор на операционната такса.
В долната част на двигателя има механизъм за свързване, който служи за преобразуване на буталото на буталото в ротационното движение на вала. Характеристика на този механизъм е наличието на две колянови валове, свързани с две предавки със спирални зъби, въртящи се един към друг. Родът на осцилатора е свързан с колянови валове през долния рокер и прикачени свързващи пръчки. Работната бутална пръчка се свързва с коляновите валове през горния рокер и прикачени свързващи пръчки. Системата на идентични свързващи пръта образува подвижен деформируем ромб, откъде и името на това предаване е ромбич. Ромбичният трансмисия осигурява необходимата фазова смяна, когато буталото се движи. Той е напълно балансиран, не възниква странични усилия за бутални пръти.
В пространството, ограничено, работно бутало, е работещ газ - водород или хелий. Общият обем газ в цилиндъра не зависи от положението на изместващия. Промените в обема, свързани с компресия и разширяване на работния газ, се дължат на движението на работното бутало.
Когато двигателят работи, горната част на цилиндъра се нагрява постоянно, например от горивната камера, в която се инжектира течно гориво. Дъното на цилиндъра непрекъснато се охлажда, например, студена вода, изпомпва се през водна риза около цилиндъра. Затворен цикъл на Стърлинг се състои от четири часовника, показани на фиг. 2.
Такт I - охлаждане. Работното бутало е в крайно по-ниско положение, движещите се. В същото време работният газ тече от "горещия" обем над изместването в "студения" обем под него. Преминавайки по пътя през регенератора, работният газ му дава част от топлината си и след това се охлажда в "студения" сием.
Такт II - компресия. Изхвърлянето остава в горната позиция, работното бутало се движи нагоре, притискайки работния газ при ниски температури.
TACT III - Отопление. Работното бутало е в горната позиция, изхвърлянето се движи надолу. В същото време, компресиран студен работен газ се втурва от изместването до освобождаващото пространство над него. На пътя работният газ преминава през регенератора, където е предварително загрята, тя попада в "горещата" кухина на цилиндъра и се загрява още по-силна.
Tact IV - разширение (работа). Отопление, работният газ се разширява, докато преместването на изместването и с него работещо бутало. Прави полезна работа.
Стърлинг има затворен цилиндър. На фиг. 3, и се показва диаграма на теоретичния цикъл (диаграма v - p). Съгласно оста на абсцисата, обемът на цилиндъра се отлага по оста на ординатата - налягането в цилиндъра. Първият такт е изотермична I-II, а вторият възниква при постоянен обем II-III, третата изотермална III-IV, четвъртата - с постоянно количество IV-I. Тъй като налягането по време на разширяването на топъл газ (III-iv) е по-голям от налягането по време на компресирането на студен газ (I-II), тогава работата по разширяване е по-скоро компресионна работа. Полезната експлоатация на цикъла може да бъде графично изобразена под формата на криволинеен квадратил I-II-III-IV.
В действителния процес, буталото и разпръсквачът се движат непрекъснато, тъй като те са свързани с механизъм за свързване на коляно, така че диаграмата на валидния цикъл е закръглена (фиг. 3, б).
Теоретичен към. P. D. strling двигател е 70%. Проучванията показват, че на практика е възможно да се получи k. P. D., равен на 50%. Това е значително повече от най-добрите газови турбини (28%), бензинови двигатели (30%) и дизелови двигатели (40%).
Стърлинг може да работи върху бензин, керосин, дизел, газообразен и дори твърдо гориво. В сравнение с други двигатели, той има по-мек и почти безмълвен курс. Тя се обяснява с това ниско съотношение на компресия (1.3 ÷ 1.5), освен това, налягането в цилиндъра се увеличава гладко, а не експлозия. Продуктите на горенето също са достъпни без шум, тъй като изгарянето се извършва постоянно. Те са относително малко токсични компоненти в тях, тъй като изгарянето на горивото се осъществява непрекъснато и с постоянен излишък на кислород (α \u003d 1,3).
Стърлинг с ромбично предаване е напълно балансиран, вибрациите не се срещат в него. Това качество, по-специално, беше взето под внимание от американските инженери, които са създали едноцилиндър с една цилиндъра на изкуствен спътник на земята, където дори малките вибрации и непроходими могат да доведат до загуба на ориентация.
Един от проблематичните проблеми остава охлаждане. При стринглинг с отработени газове се прилага само 9% от топлината, получена от горивото, така че, например, при инсталирането му трябва да се направи радиатор около 2,5 пъти повече, отколкото когато се използва бензинов двигател Същата сила. Задачата се решава по-лесна за доставка на инсталации, където ефективно охлаждане Осигурено чрез неограничено количество сложна вода.
На фиг. 4 показва рязане на двуцилиндров котел Филипс с капацитет от 115 литра. от. С 3000 rpm с хоризонтално положение на цилиндрите. Общият работен обем на всеки цилиндър е 263 cm3. Буталите, разположени противоположно, са свързани с две траверси, което позволява напълно да се уравновесява газовите сили и без буферни обеми. Нагревателят е направен от тръби около горивната камера, за които преминава работният газ. Охладителят сервира тръбен хладилник, през който ранените водни помпи. Двигателят има две колянозърнестисвързан с гребния вал през червячните предавки. Височината на двигателя е само 500 mm, което позволява да се монтира под подови настилки и по този начин да се намалят размерите на машинното отделение.
Силата на Стърлинг се регулира главно чрез промяна на налягането на работния газ. В същото време, за да се поддържа температурата на константата на нагревателя, и захранването с гориво също се регулира. Почти всички източници на топлина са подходящи за външния двигател на горенето. Важно е тя да може да превърне енергията с ниска температура в полезна работа, които не са способни на двигатели с вътрешно горене. От кривата на фиг. 5 Може да се види, че при температура на нагревател само от 350 ° С. С. Стърлинг е равномерно на ≈ 20%.
Стърлинг е икономичен - специфичният разход на гориво е само 150 g / l. от. час. В енергийната инсталация на "двигателя стринглинг-батерия", която се използва на американски земни спътници, термичната батерия е хидравличен литий, който абсорбира топлината по време на периода "осветление" и я дава разбъркване, когато сателитът е на сянката на сянката на земята. На сателита двигателят служи за шофиране на генератор от 3 kW с капацитет 2400 rpm.
Създаден е опитен скутер с стрилинг и топлина. Използването на топлина и разбъркване на батерията на подводницата позволява да отиде в потопена позиция няколко пъти по-дълго.
Литература
- 1. Смирнов Г.В. Двигатели за външни горивки. "Знание", М., 1967.
- 2. Д-р IR. Р. I. Meijer. Der philips - Stirlingmotor, MTZ, N 7, 1968.
- 3. Къртис Антъни. Горещ въздух и вятърът на промяната. Двигателят на Стърлинг и неговото възраждане. Мотор (Engl.), 1969, (135), N 3488.
