1. Úvod ............................................... ........................................... 3.
2. Historie ............................................... ........................................... 4.
3. Popis ............................................... ........................................ 4.
4. Konfigurace ............................................... ................................... 6.
5. Nevýhody ............................................... ...................................... ..
6. Výhody ............................................... ............................... 7.
7. Aplikace ............................................... ................................... osm
8. Závěr ............................................... ....................................... jedenáct
9. Seznam odkazů ............................................. ................................... .. 12.
Úvod
Na začátku XXI století se lidstvo v budoucnu dívá s optimismem. Existují na tom nejvyšší argumenty. Vědecká myšlenka na místě stojí. Dnes nabízíme stále více nového vývoje. Je zde úvod do našeho života stále ekonomičtější, šetrné k životnímu prostředí a slibným technologiím.
To platí především alternativní motor a použití tzv. "Nové" alternativní typy paliva: vítr, slunce, voda a jiné zdroje energie
Díky motory všech druhů typů člověk dostane energie, světlo, teplo a informace. Motory jsou srdcem, které bije v taktu s vývojem moderní civilizace. Poskytují růst výroby, snižují vzdálenosti. Běžné motory v současné době s vnitřním spalováním Existuje celá řada nedostatků: jejich práce je doprovázena hlukem, vibracemi, přidělují škodlivé vyhořelé plyny, čímž znečišťuje naši povahu a spotřebovávají spoustu paliva. Ale dnes je již alternativa. Třída motorů, z nichž újma je minimální - Stirling Motory. Pracují na uzavřeném cyklu, bez nepřetržitých mikropodniků v pracovních válcích, prakticky bez alokace škodlivých plynů a paliva, které potřebují mnohem méně
Vynalezl dlouho před spalovacím motorem a vznětovým motorem, stirling motor nebyl nezapomenutelný
Oživení zájmu ve Stirlingových motorech je obvykle spojen s činností společnosti Philips. Práce na designu Stirlingových motorů malé moci začaly ve společnosti v polovině 30. let dvacátého století. Účelem práce bylo vytvořit malý elektrický generátor s nízkým hlukem a tepelným pohonem pro napájení rádiového vybavení ve světových okresech s nedostatkem pravidelných zdrojů napájení. V roce 1958 uzavřely generální motory do licenční smlouvy s Philips a jejich spolupráce pokračovala až do roku 1970. Vývoj byl spojen s použitím Stirlingových motorů pro prostor a ponorky elektráren, automobilů a lodí, stejně jako pro stacionární systémy dodávek energie. Švédská společnost United Stirling, která zaměřila své úsilí především na motory vozidlo velká nosnost, distribuovala své zájmy na oblast motorů pro osobní automobily. Současný zájem o motor Stirling byl oživen pouze v době takzvaného "energetické krize". Poté se zdálo, že obzvláště atraktivní potenciální schopnosti tohoto motoru s ohledem na hospodářskou spotřebu běžného kapalného paliva, která se zdála velmi důležitá z důvodu zvýšení cen pohonných hmot
Dějiny
Stirling motor byl poprvé patentován skotským knězem Robertem Stirlingem 27. září 1816 (anglický patent č. 4081). První elementární "horké motory" byly známy na konci XVII století, dlouho před Stirlingem. Dosažení Stirlingu je přídavek čističe, který nazýval hospodářství. V moderní vědecké literatuře se tento čistič nazývá "regenerátor" (výměník tepla). Zvyšuje výkon motoru, zatímco drží teplo v teplé části motoru, zatímco pracovní tekutina se ochladí. Tento proces se hodně zlepšuje účinnost systému. V roce 1843 použil James Stirling tento motor v továrně, kde v té době pracoval jako inženýr. V roce 1938, Philips investoval do Stirlingova motoru s kapacitou více než dvě stě koná síně a postup o více než 30%. Stirling motor má mnoho výhod a byl rozšířený v éře parních strojů.
Popis
Stirlingův motor - tepelný stroj, ve kterém kapalný nebo plynný pracovní těleso se pohybuje v uzavřeném objemu, typ motoru je variabilní vnější spalování. Na základě periodického vytápění a chlazení pracovní tekutiny s extrakcí energie z výskytu změn v objemu pracovní kapaliny. To může pracovat nejen spalování paliva, ale také z jakéhokoliv zdroje tepla.
V XIX století, inženýři chtěli vytvořit bezpečnou alternativu k parním motorům té doby, jejichž kotle byly často explodovány v důsledku vysokého tlaku páry a nevhodných materiálů pro jejich konstrukci. Dobrá alternativa k parní stroje se objevila s vytvořením Stirlingových motorů, které by mohly transformovat libovolný rozdíl v teplotě. Hlavním principem provozu stirlingového motoru je neustále střídavým ohřevem a chlazením pracovní kapaliny v uzavřeném válci. Obvykle se vzduch působí jako pracovní tekutina, ale také vodík a helium se také používají. V řadě experimentálních vzorků byly freony testovány, oxidem dusíkem, zkapalněný propan-butanem a vodou. V posledně uvedeném případě zůstává voda v kapalném stavu ve všech oblastech termodynamického cyklu. Funkce Stirlingu s kapalnou pracovní tekutinou je malé velikosti, vysoký specifický výkon a velký provozní tlak. Rovněž míchá dvoufázovou pracovní tekutinu. Vyznačuje se také vysokým specifickým výkonem, vysokým provozním tlakem.
Z termodynamiky je známo, že tlak, teplota a objem plynu jsou propojeny a dodržovány zákonem ideálních plynů
Kde:- P - tlak plynu;
- V - objem plynu;
- n - počet plynů plynu;
- R je univerzální plynová konstanta;
- T - teplota plynu v Kelvinu.
To znamená, že při vyhřívaném plynu se jeho objem zvyšuje a během chlazení se snižuje. Tato vlastnost plynů je založena na provozu Stirlingova motoru.
Stirling engine používá Stirlingový cyklus, který není nižší než Carno cyklus podle termodynamické účinnosti a dokonce má výhodu. Faktem je, že Carno Cyclo se skládá z malého jiného izotermie a adiabátu. Praktická implementace tohoto cyklu je jednoduše popsáno. Stirlingový cyklus umožnil získat prakticky pracovní motor v přijatelných rozměrech.
Stirlingový cyklus se skládá ze čtyř fází a děleno dvěma přechodnými fázemi: topení, expanze, přechod na studený zdroj, chlazení, komprese a přechod k zdroje tepla. Když se tedy pohybuje z teplého zdroje do studeného zdroje, je tedy expanze a stlačení plynu ve válci. Rozdíl v objemech plynu může být změněn v provozu než a stirlingový motor se zabývá. Provozní cyklus stirlingového motoru BETA typu:
1
|
2
|
3
|
4
|
kde: A - čistý píst; B - Pracovní píst; C - setrvačník; D - oheň (topná plocha); E - Chladicí hrany (chladicí plocha).
- Vnější zdroj tepla ohřívá plyn v dolní části válce výměny tepla. Vytáčení tlaku tlačí pracovní píst (všimněte si, že příležitostný píst je spojen se stěnami).
- Setrvačník tlačí neformální píst dolů, čímž se pohybuje vyhřívaný vzduch ze dna do chladicí komory.
- Vzduch se ochladí a zmenšuje se píst snižuje dolů.
- Crucible píst se zvedne, čímž se pohybuje ochlazený vzduch do spodní části. A cyklus se opakuje.
Ve Stirlingu stroj pracující pístový pohyb posunul o 90 ° vzhledem k pohybu pístu-pohádku. V závislosti na znamení tohoto posunu může být stroj motor nebo tepelné čerpadlo. Při posunu 0, stroj nevytváří žádnou práci (s výjimkou ztrát tření) a nevytváří ji.
Beta Stirling. - Válec je pouze jeden, horký od jednoho konce a zima z druhé. Uvnitř válce se píst pohybuje (z nichž je napájení odstraněno) a "posunovač", mění objem horké dutiny. Plyn je čerpán z studené části válce do horkého regenerátoru. Regenerátor může být externí, část výměník tepla, nebo v kombinaci s pístem-posuvníkem.
Gamma Stirling. "Existuje také píst a" posunovač ", ale zároveň jsou dva válce jedna zima (tam je píst, ze kterého je síla odstraněna), a druhý horký od jednoho konce a studené z druhé (" posunutý posunovač) "Tam se pohybuje. Regenerátor spojuje horkou část druhého válce se studeným a ve stejnou dobu jako první (studený) válec.
Moderní automobilový průmysl zahájil na této úrovni vývoje, ve kterém bez základního vědeckého výzkumu je téměř nemožné dosáhnout základních zlepšení návrhu tradičních spalovacích motorů. Taková situace nutí návrháře, aby věnovala pozornost alternativní projekty elektrárny. Některá inženýrská centra zaměřila svou sílu o vytváření a přizpůsobení se sériovým uvolňováním hybridních a elektrických modelů, další autokontraky investují do vývoje motorů na palivo z obnovitelných zdrojů (například bionafty na řepkovém oleji). Existují i \u200b\u200bdalší projekty síly agregátů, které v budoucnu mohou být novým standardním pohonem vozidla.
Mezi možnými zdroji mechanické energie pro auto budoucnosti by měl být volán motor vnějšího spalování, který byl vynalezen uprostřed XIX století Scottish Robert Stirling jako tepelný rozšiřující stroj.
Schéma práce
Stirling motor převádí tepelnou energii dodávanou zvenčí, aby byla užitečná mechanická práce Kvůli Změny pracovní teploty(plyn nebo kapalina) cirkulující v uzavřeném objemu.
V všeobecné Schéma zařízení je následující: Ve spodní části motoru se pracovní látka (například vzduch) zahřívá a zvyšuje se v objemu, tlačí píst nahoru. Horký vzduch proniká v horní části motoru, kde je chladič chlazen. Tlak pracovní kapaliny se snižuje, píst je snížen pro další cyklus. Současně není systém hermetické a pracovní látky konzumován, ale pouze se pohybuje uvnitř válce.
Existuje několik možností designu pro napájecí jednotky, které používají princip stirlingu.
Stirling modifikace "alfa"
Motor se skládá ze dvou samostatných výkonových pístů (horkých i studených), z nichž každá je ve svém válci. Teplo je podezření na horký pístový válec a studený válec je umístěn v chladicím výměníku tepla.
Stirling modifikace "beta"
Válec, ve kterém je píst umístěn, zahřívá se na jedné straně a ochladí se z opačného konce. Válec se pohybuje výkonový píst a posuv, navržený pro změnu objemu pracovního plynu. Reverzní pohyb chlazené pracovní látky v horké dutině motoru provádí regenerátor.
Stirling modifikace "gamma"
Konstrukce se skládá ze dvou válců. První je zcela zima, ve kterém pohyby výkonu pístu a druhý, horký na jedné straně a studené na druhé, slouží k pohybu posuvu. Regenerátor cirkulace za studena může být běžný jak pro válce nebo vstoupit do designu posunutí.
Výhody Stirlingova motoru
Stejně jako většina vnějších spalovacích motorů, Stirling Inherent multiplicita: Motor běží z poklesu teploty, bez ohledu na příčiny způsobené.
Zajímavý fakt!Jakmile byla instalace prokázána, která provozována pro dvaceti palivových verzí. Bez zastavení motoru do vnější spalovací komory byl podáván benzín, nafta, metan, surový olej a rostlinný olej - výkonová jednotka pokračovala v práci neustále.
Motor má SIFECTIESSECTION DESIGN a nevyžaduje další systémy A sklopné vybavení (načasování, startér, převodovka).
Vlastnosti zařízení zaručují dlouhý provozní zdroj: více než sto tisíc hodin nepřetržitého provozu.
Stirling Engine Beshum, protože detonace se nevyskytuje ve válcích a není třeba odvodit vyhořelé plyny. Modifikace "beta", vybavená mechanismem propojování rhomentu, je ideálním vyváženým systémem, který během provozu nemá vibrace.
Ve válcích motoru nedochází, což může mít negativní dopad na životní prostředí. Při výběru vhodného zdroje tepla (například solární energie) může být míchání přátelský k životnímu prostředí Napájecí jednotka.
Nevýhody Stirling Design
S veškerou sadou pozitivních vlastností je okamžité masové použití stirlingových motorů nemožné z následujících důvodů:
Hlavním problémem je materiálová spotřeba konstrukce. Chlazení pracovní tekutiny vyžaduje přítomnost velkých objemových radiátorů, což významně zvyšuje velikost a kapacitu pro kovovou kapacitu.
Současná technologická úroveň umožní stirlingovým motorům porovnat podle vlastností moderních benzínových motorů pouze v důsledku použití komplexních pracovních těles (helia nebo vodíku) pod tlakem více než sto atmosfér. Tato skutečnost způsobuje vážné problémy v oblasti materiálů, tak bezpečnosti uživatelů.
Důležitým provozním problémem je spojen s problematikou tepelné vodivosti a teplotní trvanlivosti kovů. Teplo je dodáváno do pracovního objemu prostřednictvím výměníků tepla, což vede k nevyhnutelným ztrátám. Kromě toho musí být výměník tepla vyroben z tepelně odolných kovů odolných vůči vysokému tlaku. Vhodné materiály jsou velmi drahé a komplexní ve zpracování.
Principy změny režimů Stirlingova motoru jsou také v zásadě odlišné od tradičního, což vyžaduje vývoj speciálních řídicích zařízení. Pro změnu napájení je nutné změnit tlak ve válcích, úhel fází mezi posuvníkem a výkonovým pístem nebo ovlivnit kapacitu dutiny s pracovní kapalinou.
Jedním ze způsobů, jak ovládat rychlost otáčení hřídele na modelu Stirling Engine Model lze vidět v následujícím videu:
Účinnost
V teoretických výpočtech, účinnost stirlingového motoru závisí na rozdílu při teplotě pracovní kapaliny a může dosáhnout 70% nebo více v souladu s Carno Cycle.
První vzorky implementované v kovu mají mimořádně nízkou účinnost z následujících důvodů: \\ t
- neefektivní varianty chladicí kapaliny (pracovní tekutina), které omezují maximální teplotu ohřevu;
- energetická ztráta pro třecí části a tepelná vodivost skříně motoru;
- absence konstrukčních materiálů odolných vůči vysokému tlaku.
Inženýrská řešení neustále zlepšila zařízení power Aggregate.. Takže ve druhé polovině čtyřválcového vozu XX století stirling motor s kosočtvercovým pohonem se ukázalo na testy účinnosti rovné 35% Na vodném chladivu s teplotou 55 ° C. Úspěšná konstrukce designu, použití nových materiálů a povrchová úprava pracovních jednotek byla poskytnuta účinností experimentálních vzorků v 39%.
Poznámka! Moderní benzínové motory podobné výkonu mají účinnost při 28-30% a turbodmychilých dieselových motorů do 32-35%.
Moderní vzorky Stirlingova motorů, jako je například mechanická technologie Inc vytvořená americkou společností, což dokazuje účinnost až 43,5%. A s vývojem výroby tepelně odolné keramiky a podobných inovativních materiálů, bude možné výrazně zvýšit teplotu pracovního média a dosáhnout účinnosti 60%.
Příklady úspěšné implementace automobilových stirlings
Navzdory všem potížím existuje mnoho funkčních modelů Stirlingova motoru použitelného pro automobilový průmysl.
Zájem o Stirling vhodný pro instalaci v autě se objevil v 50. letech XX století. Práce v tomto směru byly obavy jako Ford Motor Company, Volkswagen Group a další.
United Stirling (Švédsko) vyvinulo Stirling, ve kterém sériové uzly a agregáty vyráběné výrobci automobilů (klikový hřídel, spojovací tyče) se maximálně používají. Výsledný čtyřválcový motor ve tvaru písmene V, který má specifickou hmotnost 2,4 kg / kW, což je srovnatelné s charakteristikami kompaktního dieselového motoru. Tato jednotka byla úspěšně testována jako elektrárna semitulární nákladní dodávky.
Jedním z úspěšných vzorků je čtyřválcový motor Stirling z Nizozemska vyrobeného modelem Philips 4-125DA, který je určen pro instalaci auto. Motor měl pracovní kapacitu 173 litrů. z. ve velikosti podobné klasickému benzín agregát.
Generální motory inženýři dosáhli významných výsledků, postavených v osmi-válci 70. let (4 pracovníky a 4 kompresní válce) Stirlingový motor ve tvaru písmene V se standardním mechanismem spojujícího kliku.
Podobná instalace napájení v roce 1972 Vybaven omezenými sériemi auto Ford. Turín.Spotřeba paliva, která se snížila o 25% ve srovnání s klasickým benzínem ve tvaru benzínu.
V současné době pracuje více než palivové zahraniční společnosti pro zlepšení návrhu Stirlingova motoru s cílem přizpůsobit se masovému propuštění pro potřeby automobilového průmyslu. A pokud je možné odstranit nevýhody tohoto typu motorů, zároveň udržet své výhody, to se míchá, a ne turbína a elektromotory, se dostane na změnu benzínu.
Zhoršení globálních problémů vyžadujících naléhavé řešení (vyčerpání přírodních zdrojů, znečištění okolní ), vedl na konci 20. století k potřebě přijmout řadu mezinárodních a ruských právních předpisů v oblasti ekologie, environmentálního managementu a úspor energie. Hlavní požadavky těchto zákonů jsou zaměřeny na snížení emisí CO2, úspory zdroje a úspory energie, překládat motorovou přepravu do ekologicky šetrných motorových paliv atd.
Jedním z slibných způsobů, jak vyřešit tyto problémy je vývoj a rozšířené zavedení energeticky tvářivých systémů založených na motory (stroje) stirlingu. Princip fungování těchto motorů byl navržen v roce 1816 skotským Robertem Stirlingem. Jedná se o stroje pracující na uzavřeném termodynamickém cyklu, ve kterém se cyklické procesy komprese a expanze vyskytují při různých úrovních teploty, a řízení proudění pracovní tekutiny se provádí změnou objemu.
Stirling motor je unikátní tepelný stroj, protože jeho teoretický výkon se rovná maximálnímu výkonu tepelných strojů (Carno Cycle). Pracuje na úkor tepelné roztažnosti plynu, následovaný kompresí plynu během jeho chlazení. Motor obsahuje určitý konstantní objem pracovního plynu, který se pohybuje mezi "studenou" část (obvykle mající teplotu okolí) a "horkou" část, která se zahřívá spalováním různých paliv nebo na úkor jiných zdrojů tepla. Topení je vyrobeno venku, takže stirling motor patří do vnějších spalovacích motorů (DVPT). Vzhledem k tomu, že ve srovnání s motorem, ve stirlingových motorech se proces spalování provádí mimo pracovní válce a je rovnováha, pracující cyklus je implementován v uzavřeném vnitřním obrysu při relativně nízkém tlaku zvyšuje v lahví motoru, hladká povaha Heat-hydraulické procesy vnitřní pracovní kapaliny a v nepřítomnosti plynového distribučního mechanismu ventilů.
Je třeba poznamenat, že výroba stirlingových motorů již začala v zahraničí, specifikace které jsou nadřazeny instalací motoru a plynových turbín (GTU). Stirlingové motory "Philips", "Stm Inc.", "Daimler Benz", "Solo", "United Stirling" s kapacitou od 5 do 1200 kW má KP. Více než 42%, pracovní zdroj je více než 40 tisíc hodin a specifická hmotnost od 1,2 do 3,8 kg / kW.
V rámci světového hodnocení pro techniky pro tváření energie je stirling motor považován za nejslibnější v 21. století. Nízká úroveň hluk, nízká toxicita výfukových plynů, schopnost pracovat na různých palivech, velkým zdroji, dobré vlastnosti točivý moment - to vše dělá stirling motory konkurenceschopnější ve srovnání s DVS.
Kde se mohou stirling motory?
Autonomní instalace energie se Stirlingovými motory (Stirling Generátory) mohou být použity v regionech Ruska, kde nejsou žádné rezervy tradiční energie a plynu. Rašelina, dřevo, břidlice, bioplyn, uhlí, odpady mohou být použity jako palivo. zemědělství a dřevařský průmysl. Proto problém zmizí s dodávkou energie mnoha regionů.
Taková energetická zařízení jsou šetrná k životnímu prostředí jako koncentrace škodlivé látky Ve spalovacích produktech, téměř dva řády velikosti jsou nižší než u dieselových elektráren. Proto mohou být generátory míchání instalovány v těsné blízkosti spotřebitele, který umožní zbavit se ztrát pro přenos elektřiny. 100 kW generátor energie může poskytovat elektřinu a teplo lokalita S populací více než 30-40 lidí.
Autonomní energetická instalace se Stirlingovými motory budou široce používány v ropném a plynárenském průmyslu Ruské federace při rozvoji nových oborů (zejména v podmínkách dalekého severu a police Arktických moří, kde je závažná energetická přeprava průzkumu , vrtání, svařování a další práce). Jako palivo lze zde použít surový zemní plyn, průchod ropného plynu a kondenzátu plynu.
Nyní v Ruské federaci každý rok zmizí na 10 miliard metrů krychlových. související plyn. Je obtížné jej sbírat a drahé, použít jako motorové palivo pro spalovací motory, je to nemožné v důsledku neustále se měnící frakční kompozice. Takže plyn neznečišťuje atmosféru, prostě hoří. Současně, jeho použití jako motorového paliva poskytne významný ekonomický efekt.
3-5 kW Power Installation se doporučuje použít v automatizačních, komunikačních a katodových systémech na potrubí plynových plynů. A silnější (od 100 do 1000 kW) - pro elektrickou a tepelnou zásobu velkých hodinek gazovikov a olejníků. Zařízení přes 1 tisíce kW lze aplikovat na pozemní a mořské vrtné zařízení ropného a plynu průmyslu.
Problémy vytváření nových motorů
Motor navrhl Robert Stirling sám, měl významné hmotnostní rozměrové charakteristiky a nízké KP. Vzhledem ke složitosti procesů v takovém motoru spojeném s nepřetržitým pohybem pístů byl první zjednodušený matematický přístroj vyvinut pouze v roce 1871 profesorem v Praze na Schmidt. Metoda výpočtu navržená, byla založena na ideálním modelu stirlingového cyklu a umožnil motor vytvořit motory s KP. Až 15%. Pouze do roku 1953 byl nizozemský filipy vytvořen první vysoce výkonné stirlingové motory, které jsou lepší než charakteristiky spalovacích motorů.
V Rusku byly realizovány pokusy o vytvoření domácích stirlingových motorů opakovaně, ale úspěch neměl. Existuje několik základních problémů, které omezují svůj vývoj a rozšířené použití.
Nejprve je to vytvoření adekvátního matematického modelu návrhu Stirlingova stroje a odpovídajícího způsobu výpočtu. Složitost výpočtu je určena složitostí implementace termodynamického cyklu stirlingu v reálných strojích v důsledku nestacionární výměny tepla a hmotnosti ve vnitřním obrysu - vzhledem k kontinuálnímu pohybu pístů.
Žádný adekvátní matematické modely a metody výpočtu - hlavní důvod pro selhání řady zahraničních a tuzemských podniků ve vývoji motorů a chladicích strojů Stirling. Bez přesného matematického modelování je přizpůsobení promítaných strojů transformovány na trvalé vyčerpávající experimentální studie.
Dalším problémem je vytvořit návrhy jednotlivých uzlů, komplikace s těsněním, regulací výkonu atd. Obtíže konstruktivního provedení jsou způsobeny použitými pracovním tělesem, které používají helium, dusík, vodík a vzduch. Například helium má superfluiditu, která dikkutuje zvýšené požadavky na těsnění prvků pracovních pístů atd.
Třetím problémem je vysoká úroveň výrobní technologie, je potřeba aplikovat odolné odolné slitiny a kovy, nové metody pro jejich svařování a pájení.
Samostatnou otázkou je výroba regenerátoru a trysek, aby se zajistila, na jedné straně vysoké tepelné kapacity a na druhé - nízké hydraulické odolnost.
Domácí rozvoj Stirlingových strojů
V současné době Rusko nahromadil dostatečný vědecký potenciál pro vytvoření vysoce účinných Stirlingových motorů. Významné výsledky byly dosaženy ve Stirling Technology Innovation Center Center LLC. Specialisté provedli teoretické a experimentální studie pro vývoj nových metod pro výpočet vysoce účinných stirlingových motorů. Hlavní směry práce souvisí s použitím Stirlingových motorů v kogeneračních zařízeních a systémech pro použití tepla výfukových plynů, například v mini-ChP. V důsledku toho byly vytvořeny vývojové techniky a prototyp 3 kW motorů.
Zvláštní pozornost v průběhu výzkumu byla věnována rozvoji jednotlivých sestav stirlingových strojů a jejich konstruktivní realizace, jakož i vytvoření nového schémata Zařízení různých funkčních účelů. Nabídka technická řešení S ohledem na skutečnost, že stroje jsou méně nákladné zvýšit ekonomickou účinnost používání nových motorů ve srovnání s tradičními energetickými převodníky.
Výroba stirlingových motorů je ekonomicky vhodná, s přihlédnutím k prakticky neomezené poptávce po ekologicky šetrných a vysoce účinných energetických zařízeních v Rusku i v zahraničí. Bez účasti a podpory státu a velkého podnikání, jejich problém sériová produkce Nelze vyřešit v plném rozsahu.
Jak pomoci produkci Stirlingových motorů v Rusku?
Inovativní činnost (zejména rozvoj základních inovací) je samozřejmě složitý a rizikový typ ekonomické aktivity. Proto se má spoléhat na mechanismus státní podpory, zejména "na startu", následovaný přechodem na běžné tržní podmínky.
Mechanismus vytváření rozsáhlé výroby stirlingových strojů a energeticky tvarovacích systémů založených na nich by mohlo zahrnovat:
- Direct sdílet rozpočet financování inovativních projektů na Stirling stroje;
- nepřímé podpůrné opatření prostřednictvím osvobození produktů vyráběných Stirling projekty, z DPH a dalších daní ze strany federálních a regionálních úrovní v průběhu prvních dvou let, jakož i poskytování daňového úvěru na těchto produktech pro další 2-3 roky (Vzhledem k tomu, že náklady na vývoje zásadně nové produkty jsou nevhodné zahrnout do své ceny, tj. V nákladech výrobce nebo spotřebitele);
- Výjimka z zdanitelného základu na vázání příspěvku podniku k financování Stirlingových projektů.
V budoucnu, ve fázi udržitelného rozvoji energetických zařízení založených na strážních strojích na domácích i zahraničních trzích, doplnění kapitálu pro rozšíření výroby, technického re-vybavení a podpory dalších projektů pro výrobu nových typů zařízení Provádět zisky a prodej akcií úspěšně vyvinutých výrobních, úvěrových zdrojů komerčních bank, jakož i přitahování zahraničních investic.
Může se předpokládat, že vzhledem k přítomnosti technologické základny a akumulovaného vědeckého potenciálu v konstrukci Stirlingových strojů, v přiměřené finanční a technické politice může Rusko již v blízké budoucnosti stát se světovým lídrem ve výrobě nových ekologicky přátelské a vysoce účinné motory.
V externích spalovacích motorech je proces spalování paliva a zdroj tepelné expozice odděleny od pracovní jednotky. Tato kategorie obvykle zahrnuje parní a plynové turbíny, stejně jako Stirlingovy motory. První prototypy takových zařízení byly navrženy před více než dvěma stoletími a používané v celém téměř XIX století.
Když byly potřebné silné a ekonomické energetické instalace pro rychle se rozvíjející průmysl, návrháři přišli s náhradou s výbušnými parními motory, kde pracující těleso bylo pod vysokým tlakem páry. Takže tam byly vnější spalovací motory, které byly distribuovány na začátku XIX století. Pouze za několik desetiletí se motory vnitřního spalování změnily. Nákladní náklady významně levnější jako jejich rozšířené.
Dnes se dnes návrháři stále více dívají na vnější spalovací motory vydané z rozšířeného použití. To je vysvětleno jejich výhodami. Hlavní výhodou je, že taková instalace nepotřebují dobře vyčištěné a drahé palivo.
Externí spalovací motory jsou nenáročné, i když dosud jejich stavební a údržbové náklady poměrně drahé.
Stirlingův motor
Jedním z nejznámějších zástupců rodiny externích spalovacích motorů je Stirling Machine. Byla vynalezena v roce 1816, to bylo opakovaně vylepšeno, ale poté dlouho to bylo nezapomenuté. Nyní stirling motor obdržel druhé narození. Úspěšně se používá i při zkoumání vesmíru.
Práce Stirlingova stroje je založena na uzavřeném termodynamickém cyklu. Periodické komprese a expanzní procesy zde jdou při různých teplotách. Ovládání pracovního postupu dochází změnou objemu.
Stirling motor může pracovat jako tepelné čerpadlo, generátor tlaku, chladicí zařízení.
V tento motor Při nízké teplotě je komprese plynu a s vysokou expanzí. Periodická změna parametrů dochází v důsledku použití speciálního pístu, který má funkci posuvu. Teplo na pracovní tekutinu současně je dodáváno s mimo, přes stěnu válce. Tato funkce dává právo
Navzdory vysokému výkonu moderní engine Vnitřní spalování začíná bránit. Jeho. P. D. Stejně jako jeho limit. Hluk, vibrace, otravovací vzduchové plyny a další nevýhody, které jsou inherentní, aby vědci hledali nová rozhodnutí, revidují možnosti dlouhodobé "zapomenuté" cykly. Jeden z "oživených" motorů se míchá.
Zpět v roce 1816, skotský kněz a vědec Robert Stirling patentoval motor, ve kterém palivo a vzduch vstupující do spalovací zóny, nikdy nespadají do válce. Vypálí, jen vytápí pracovní plyn umístěný v něm. To dalo důvod pojmenovat vynález stirlingu vnějším spalovacím motorem.
Robert Stirling postavil několik motorů; Poslední má kapacitu 45 litrů. z. A pracoval v dolu v Anglii déle než tři roky (do roku 1847). Tyto motory byly velmi těžké, obsadily spoustu místa a navenek podobala parní vozidla.
Pro navigaci, externí spalovací motory byly poprvé aplikovány v roce 1851 Swede Johnem Ericksonem. Ericksonova plavidla postavená je bezpečně překročila Atlantský oceán z Ameriky do Anglie s elektrárnou sestávající ze čtyř vnějších spalovacích motorů. Ve věku parních strojů to byl pocit. ale power Point. Erickson vyvinul pouze 300 litrů. s., ne 1000, podle očekávání. Motory měly obrovské velikosti (průměr válce 4,2 m, pístový zdvih 1,8 m). Spotřeba uhlí se ukázalo být menší než u parních automatů. Když se plavidlo došlo do Anglie, ukázalo se, že motory nejsou vhodné pro další provoz, protože bojovali dna válců. Pro návrat do Ameriky jsem musel nahradit motory běžným parním strojem. Na cestě zpět loď spadla do nehody a potopila se se všemi posádkami.
Nízkopodlažní vnější spalovací motory na konci minulého století byly použity v domech pro čerpací vodu, v tiskárnách, v průmyslových podnicích, včetně v Petrohradě Nobelovy rostliny (nyní "ruská dieselová nafta"), byly instalovány v malých soudů. Stirling byl vyroben v mnoha zemích, včetně v Rusku, kde se nazývají "teplo a síla". Ocenili je za záludnou a bezpečnost díla, než se lišily od parních vozidel.
S vývojem spalovacích motorů pro Stirlings zapomenuté. V encyklopedickém slovníku, Brockaua a Efron, následující je uveden o ně: "Bezpečnost z výbuchů je hlavní příznivá strana kalorických strojů, díky, že se mohou dostat do použití, pokud najdou nové materiály lepší stavět a mazat je. "
Případ však nejen v nepřítomnosti příslušných materiálů. Byly stále neznámé, moderní principy termodynamiky, zejména ekvivalence tepla a práce, bez které nebylo možné určit největší poměry hlavních prvků motoru. Výměníky tepla byly vyrobeny s malým povrchem, což je důvod, proč motory pracovaly s exorbitálně vysokými teplotami a rychle selhaly.
Pokusy o zlepšení míchání byly pořízeny po druhé světové válce. Nejdůležitějším z nich bylo, že pracovní plyn byl aplikován stlačený na 100 ATM a používat žádný vzduch, ale vodík, který má vyšší koeficient tepelné vodivosti, nízkou viskozitu a navíc ne oxidující maziva.
Zařízení externího spalovacího motoru v jeho moderní video schematicky znázorněno na Obr. 1. V uzavřeném na jedné straně je válec dvě písty. Upper - pístně za účelem urychlení procesu periodického vytápění a chlazení provozního plynu. Jedná se o dutý uzavřený válec z nerezové oceli, špatně vodivé teplo, a pohybuje se pod účinkem tyče spojené s mechanismem spojování kliku.
Dolní píst je pracovníkem (na obrázku je zobrazen v průřezu). Přenáší úsilí mechanismu spojování kliky přes dutou tyč, uvnitř které prochází oscilátorová tyč. Pracovní píst je vybaven těsnicími kroužky.
Pod pracovním pístem je pufrový kontejner, který tvoří polštář, který provádí funkci setrvačníku - vyhlazuje nepravidelnost točivého momentu v důsledku výběru energie energie během pracovního zdvihu a vracet jej do hřídele motoru během komprese mrtvice. Chcete-li izolovat objem válce z okolního prostoru, podávejte typ "balicí punčochy". Jedná se o gumové trubice připojené o jeden konec k tyči a druhý k případu.
Vrchol válce přichází do styku s ohřívačem a dnem - s chladničkou. V souladu s tím se vyznačuje "horkými" a "studenými" svazky, které jsou volně hlášeny pomocí potrubí, ve kterém je regenerátor umístěn (výměník tepla). Regenerátor je naplněn broušením s vodičem malého průměru (0,2 mm) a má vysokou tepelnou kapacitu (například na. P. D. FilIpe regenerátoři přesahují 95%).
Pracovní postup stirlingového motoru může být prováděn bez posunutí, na základě použití distributora provozního náboje.
Ve spodní části motoru je k dispozici mechanismus spojování kliku, který slouží k převodu pístu pístu do rotačního pohybu hřídele. Funkce tohoto mechanismu je přítomnost dvou klikových střídanů spojených dvou ozubených kol se spirálovými zuby, které se otáčí směrem k sobě. Rod oscilátoru je spojena s klikovými střídače přes spodní kolébkové a vezmé spojovací tyče. Pracovní pístní tyč se připojuje k klikovým střídanům přes horní kolébkové a tažené spojovací tyče. Systém identických spojovacích tyčí tvoří pohyblivé deformovatelné kosočtverce, odkud a název tohoto přenosu je kosočtverec. Rhombičtí převodovka poskytuje potřebný fázový posun, když se píst pohybuje. Je to naprosto vyvážené, nevystraňuje boční úsilí na pístních tyčích.
Ve vesmíru, omezeném, pracovním pístu, je pracovní plyn - vodík nebo helium. Celkový objem plynu v válci nezávisí na poloze posuvu. Změny objemu spojeného s kompresí a expanzí pracovního plynu se vyskytují v důsledku pohybu pracovního pístu.
Když je motor běží, horní část válce je neustále zahřívána, například ze spalovací komory, do které je injikováno kapalné palivo. Spodní část válce je neustále chlazen například studená voda, čerpané vodní košile obklopující válec. Uzavřený stirlingový cyklus se skládá ze čtyř hodin zobrazených na OBR. 2.
TACT I - Chlazení. Pracovní píst je v extrémní nižší poloze, posunovač se pohybuje nahoru. Zároveň proudí pracovní plyn z "horkého" objemu přes posuvu v "studeném" objemu pod ním. Průchod podél cesty přes regenerátor, pracovní plyn mu dává část jeho tepla a pak se ochladí v "studeném" objemu.
TACT II - komprese. Displar zůstává v horní poloze, pracovní píst se pohybuje nahoru, stlačení pracovního plynu při nízkých teplotách.
TACT III - Topení. Pracovní píst je v horní poloze, posunutí se pohybuje dolů. Ve stejné době, stlačený studený pracovní plyn spěchá pod posunovačem k osvobozujícímu prostoru nad ním. Na silnici, pracovní plyn prochází regenerátorem, kde je předehřátá, spadá do "horké" dutiny válce a zahřívá ještě silnější.
Tact IV - rozšíření (práce). Vytápění, pracovní plyn se rozšiřuje, při pohybu posuvu a s ním pracující píst dolů. Dělá užitečnou práci.
Stirling má uzavřený válec. Na Obr. 3 a zobrazí se schéma teoretického cyklu (diagram V - P). Podle osy abscisy je objem válce odložen podél osy sendinátového tlaku ve válci. První takt je izotermický I-II, druhý se vyskytuje při konstantním objemu II-III, třetího izotermického III-IV, čtvrtého - s konstantním množstvím IV-I. Vzhledem k tomu, že tlak během expanze horkého plynu (III-IV) je větší než tlak během komprese chladného plynu (I-II), pak je práce expanze více kompresní práce. Užitečným ovládáním cyklu může být graficky zobrazen ve formě křivočarního čtyřúhelník I-II-II-II-II-II-IV.
Ve skutečném procesu se píst a posuvník pohybují kontinuálně, protože jsou spojeny s mechanismem spojování kliku, takže schéma platného cyklu je zaoblené (obr. 3, b).
Teoretický. P. D. Stirling motor je 70%. Studie ukázaly, že v praxi je možné získat k. P. D., rovný 50%. To je podstatně více než nejlepší plynové turbíny (28%), benzínové motory (30%) a dieselových motorů (40%).
Stirling může pracovat na benzínu, petroleju, nafty, plynném a dokonce s pevným palivem. Ve srovnání s jinými motory má měkčí a téměř tichý kurz. To je vysvětleno tímto nízkým kompresním poměrem (1,3 ÷ 1,5), navíc tlak ve válce se hladce zvyšuje a ne výbuch. Spalovací produkty jsou také k dispozici bez hluku, protože spalování dochází neustále. Jsou v nich relativně málo toxických složek, protože spalování paliva dochází kontinuálně a s konstantním přebytkem kyslíku (α \u003d 1,3).
Stirling s kosočtvercovou převodovkou je zcela vyvážené, vibrace se nevyskytují v něm. Tato kvalita, zejména, byla zohledněna americkými inženýry, kteří navázali jednoválcový stirling na umělém satelitu Země, kde i malé vibrace a neprůkazitelné mohou vést ke ztrátě orientace.
Jedna z problematických otázek zůstává chlazen. Ve stirlingu s výfukovými plyny, je uvedeno pouze 9% tepla získaného z paliva, například při jeho instalaci, by to muselo vytvořit radiátor asi 2,5 krát více než při použití benzínový motor Stejný výkon. Úkol je vyřešen snadněji dodávat instalace, kde efektivní chlazení Poskytovány neomezeným množstvím složité vody.
Na Obr. 4 znázorňuje řez dvouválcový válec kotlový motor Phillips s kapacitou 115 litrů. z. S 3000 ot / min s vodorovnou polohou válců. Celkový pracovní objem každého válce je 263 cm3. Písty se umístěné, jsou připojeny ke dvěma traverzám, které umožňují plně vyrovnávat plynové síly a dělat bez objemu pufru. Ohřívač je vyroben z trubek obklopujících spalovací komoru, pro kterou pracuje pracovní plyn. Chladič slouží trubkovité chladničce, kterými se zraněná vodní čerpadla. Motor má dva klikové hřídelepřipojen k veslovacímu hřídeli přes šnekové převody. Výška motoru je pouze 500 mm, což umožňuje instalaci pod podlahou, čímž se sníží rozměry prostoru stroje.
Stirling Power je regulována především změnou tlaku pracovního plynu. Současně pro udržení teploty konstanty ohřívače a přívod paliva je také nastavitelná. Téměř jakékoli zdroje tepla jsou vhodné pro vnější spalovací motor. Je důležité, aby mohla změnit nízkoteplotní energii do užitečné operace, která nejsou schopna spalovacích motorů. Z křivky na Obr. 5 Je vidět, že při teplotě topení pouze 350 ° C C. P. Stirling je rovné ≈ 20%.
Stirling je ekonomický - specifická spotřeba paliva je pouze 150 g / l. z. hodina. V instalaci energie "motoru Stirling-baterie", která se používá na amerických satelitech Země, je tepelná baterie hydraulický lithium, která absorbuje teplo během období "osvětlení" a dává mu míchání, když je satelit na straně stínu ze země. Na satelitu se motor slouží k pohonu generátoru 3 kW s kapacitou 2400 ot / min.
Vytvořil zkušený skútr se Stirlingem a tepelnou baterií. Použití tepelné a stirlingové baterie na ponorce umožňuje jít v ponořené poloze několikrát déle.
Literatura
- 1. Smirnov G.V. Externí spalovací motory. "Znalosti", M., 1967.
- 2. Dr. Dr. IR. R. I. Meijer. DER Philips - Stirlingmotor, MTZ, N 7, 1968.
- 3. Curtis Anthony. Horký vzduch a vítr změny. Stirling motor a jeho oživení. Motor (Engl.), 1969, (135), n 3488.
