Combustie externă a motorului. Ce sunt motoarele cu combustie externă. Principiul operațiunii motorului

1. Introducere ............................................... ............................................ 3.

2. Istorie ............................................... .............................................. 4.

3. Descriere ............................................... ........................................ 4.

4. Configurare ............................................... ................................... 6.

5. Dezavantaje ............................................... ........................................ 7.

6. Avantaje ............................................... ................................ 7.

7. Aplicație ............................................... ................................... opt

8. Concluzie ............................................... ........................................... unsprezece

9. Lista de referințe ............................................. ................................... .. 12.

Introducere

La începutul secolului XXI, omenirea arată în viitor cu optimismul. Există cele mai mari argumente despre el. Gândirea științifică nu este în picioare în poziție. Astăzi oferim mai multe și mai multe evoluții noi. Există o introducere în viața noastră din ce în ce mai economică, ecologică și mai promițătoare.

Acest lucru se aplică, mai presus de toate, motorului alternativ și utilizarea așa-numitelor tipuri alternative de combustibil: vânt, sol, apă și alte surse de energie

Datorită motoarelor de tot felul de tipuri, o persoană primește energie, lumină, căldură și informații. Motoarele sunt o inimă care bate în tact cu dezvoltarea civilizației moderne. Acestea oferă creșterea producției, reduceți distanțele. Motoare comune în prezent combustie interna Există o serie de defecte: munca lor este însoțită de zgomot, vibrații, alocă gaze dăunătoare, poluând astfel natura noastră și consumă o mulțime de combustibil. Dar astăzi există deja o alternativă la ei. Clasa de motoare, din detrimentul cărora este motoarele minime. Ei lucrează pe un ciclu închis, fără micro-explozii continue în cilindrii de lucru, practic fără alocarea de gaze nocive și combustibilul de care au nevoie mult mai puțin

Inventat cu mult înainte de motorul cu combustie internă și motorul diesel, motorul de agitare a fost nemetentic uitat

Revigorarea interesului pentru motoarele de agitare este de obicei asociată cu activitățile Philips. Lucrările la proiectarea motoarelor de agitare a puterii mici au început în cadrul companiei la mijlocul anilor 30 din secolul al XX-lea. Scopul lucrării a fost crearea unui mic generator electric cu zgomot redus și unitate termică pentru alimentarea echipamentelor radio în raioanele lumii cu lipsa surselor regulate de alimentare cu energie electrică. În 1958, General Motors a intrat într-un acord de licențiere cu Philips, iar cooperarea lor a continuat până în 1970. Evoluțiile au fost asociate cu utilizarea motoarelor de agitare pentru centralele electrice spațiale și submarine, mașinile și navele, precum și pentru sistemele staționare de alimentare cu energie. Compania suedeză sa Unite Stirling, care și-a concentrat eforturile în principal pe motoarele vehicul Capacitatea de încărcare mare, distribuirea intereselor lor în zona motoarelor autoturisme. Interesul prezent al motorului Stirling a fost reînviat numai în timpul așa-numitei "crize energetice". Atunci a fost că deosebit de atractiv părea capabilităților potențiale ale acestui motor cu privire la consumul economic de combustibil lichid obișnuit, care părea foarte important datorită creșterii prețurilor la combustibili

Istorie

Motorul Stirling a fost primul patentat de preotul scoțian Robert Stirling pe 27 septembrie 1816 (brevetul englez nr. 4081). Cu toate acestea, primele "motoare cu aer cald" elementar au fost cunoscute la sfârșitul secolului al XVII-lea, cu mult înainte de agitare. Realizarea Stirling este adăugarea unui detergent, pe care îl numește economie. În literatura științifică modernă, acest curățitor este numit "regenerator" (schimbător de căldură). Crește performanța motorului în timp ce țineți căldura în partea caldă a motorului, în timp ce fluidul de lucru este răcit. Acest proces îmbunătățește mult eficiența sistemului. În 1843, James Stirling a folosit acest motor la fabrica, unde a lucrat ca inginer în acel moment. În 1938, Philips a investit într-un motor de agitare cu o capacitate de mai mult de două sute de cai putere și de a avansa mai mult de 30%. Motorul Stirling are multe avantaje și a fost larg răspândită în epoca mașinilor de aburi.

Descriere

Motorul lui Stirling - o mașină de căldură în care corpul de lucru lichid sau gazos se deplasează într-un volum închis, tipul de motor este variabil combustie externă. Pe baza încălzirii și răcirii periodice a fluidului de lucru cu extracția de energie din apariția modificărilor din volumul fluidului de lucru. Poate funcționa nu numai din arderea combustibilului, ci și din orice sursă de căldură.

În secolul al XIX-lea, inginerii au vrut să creeze o alternativă sigură la motoarele cu aburi din acel moment ale căror cazane au fost adesea explodate din cauza presiunii ridicate a aburului și a materialelor necorespunzătoare pentru construcția lor. O bună alternativă la mașinile de aburi au apărut cu crearea motoarelor de agitare, care ar putea transforma orice diferență de temperatură. Principiul principal al funcționării motorului Stirling este în mod constant alternând încălzirea și răcirea fluidului de lucru într-un cilindru închis. De obicei, aerul acționează ca un fluid de lucru, dar sunt utilizate și hidrogen și heliu. Într-o serie de eșantioane experimentale, au fost testate Freoni, dioxid de azot, propan-butan lichefiat și apă. În acest din urmă caz, apa rămâne în stare lichidă în toate zonele ciclului termodinamic. O caracteristică a Stirling cu un fluid de lucru lichid este dimensiuni mici, o putere specifică ridicată și o presiune mare de funcționare. De asemenea, se agită cu un fluid de lucru în două faze. De asemenea, este caracterizată de o putere specifică ridicată, o presiune ridicată de funcționare.

De la termodinamică se știe că presiunea, temperatura și volumul gazului sunt interconectate și urmează legea gazelor ideale

Unde:

• P - presiunea gazului;
• V - Volumul gazului;
• n - numărul de moli de gaz;
• R este o constantă universală de gaz;
• T - temperatura gazului în Kelvin.

Aceasta înseamnă că, atunci când este încălzit gaz, volumul său crește și în timpul răcirii - scade. Această proprietate a gazelor se bazează pe funcționarea motorului Stirling.

Motorul Stirling utilizează ciclul de agitare, care nu este inferior ciclului Carno în funcție de eficiența termodinamică și chiar are un avantaj. Faptul este că ciclul Carno este alcătuit dintr-o mică izotermă și adiabat. Implementarea practică a acestui ciclu este pur și simplu așa cum este descris. Ciclul de agitare a făcut posibilă obținerea unui motor practic de lucru în dimensiuni acceptabile.

Ciclul de agitare constă din patru faze și împărțit la două faze de tranziție: încălzire, expansiune, tranziție la sursa rece, răcire, compresie și tranziție la sursa de căldură. Astfel, atunci când se deplasează de la o sursă caldă la o sursă rece, există o expansiune și comprimare a gazului în cilindru. Diferența în volumele de gaz poate fi transformată în funcționare decât și motorul de agitare este cuplat. Ciclu de funcționare a motorului de tip beta:

1

2

3

4

unde: un piston curat; b - piston de lucru; C - Flywheel; D - foc (zona de încălzire); E - margini de răcire (zona de răcire).

1. Sursa exterioară a căldurii încălzește gazul în partea inferioară a cilindrului de schimb de căldură. Presiunea creată este împingerea pistonului de lucru (rețineți că pistonul casual este legat de pereți).
2. Flywheelul împinge pistonul casual în jos, mișcând astfel aerul încălzit de jos în camera de răcire.
3. Aerul se răcește și se micsorează, pistonul coboară în jos.
4. Pistonul de creuzet se ridică, mutați astfel aerul răcit în partea inferioară. Și ciclul se repetă.

În mașina de agitare, mișcarea pistonului de lucru a deplasat 90 ° față de mișcarea disprețului de piston. În funcție de semnul acestei schimbări, aparatul poate fi un motor sau o pompă de căldură. Când Shift 0, aparatul nu produce nici o lucrare (cu excepția pierderilor de frecare) și nu o produce.

Beta Stirling. - Cilindrul este doar unul, fierbinte de la un capăt și rece de la celălalt. În interiorul cilindrului, pistonul se mișcă (de la care este îndepărtat puterea) și "deplasatorul", schimbând volumul de cavitate fierbinte. Gazul este pompat dintr-o parte rece a cilindrului în fierbinte prin regenerator. Regeneratorul poate fi o parte externă a schimbătorului de căldură sau combinată cu dispozitivul de deplasare cu piston.

Gamma Stirling. "Există, de asemenea, un piston și" deplasare ", dar în același timp două cilindri sunt o răceală (există un piston din care este îndepărtată puterea), iar al doilea fierbinte de la un capăt și rece de la celălalt (" deplasatorul " "se mișcă acolo. Regeneratorul leagă partea fierbinte a celui de-al doilea cilindru cu frig și în același timp cu primul cilindru (rece).

Automotive moderne a lansat acest nivel de dezvoltare, în care, fără cercetări științifice fundamentale, este aproape imposibil să se realizeze îmbunătățiri fundamentale în proiectarea motoarelor tradiționale de combustie internă. O astfel de situație forțează designerii să acorde atenție proiecte alternative de centrale electrice. Unele centre de inginerie au concentrat puterea lor asupra creării și adaptării la eliberarea serială a modelelor hibride și electrice, alți autocontraceri investesc în dezvoltarea motoarelor pe combustibil din surse regenerabile (de exemplu, biodieselul pe ulei de rapiță). Există și alte proiecte de agregate de forță, care în viitor pot fi o nouă propulsie standard a vehiculului.

Printre posibilele surse de energie mecanică pentru mașina viitorului, motorul arderii externe ar trebui să fie numit, care a fost inventat în mijlocul secolului al XIX-lea de scoțianul Robert Stirling ca o mașină de expansiune termică.

Schema de lucru

Motorul Stirling transformă energia termică furnizată din exterior, la utilă munca mecanica Din cauza Temperatura de lucru se schimbă(gaz sau lichid) care circulă într-un volum închis.

ÎN general Schema dispozitivului este după cum urmează: În partea de jos a motorului, substanța de lucru (de exemplu, aerul) este încălzită și, în creștere în volum, împinge pistonul în sus. Aerul cald pătrunde în partea superioară a motorului în care radiatorul este răcit. Presiunea fluidului de lucru scade, pistonul este redus pentru următorul ciclu. În același timp, sistemul ermetic și substanța de lucru nu este consumat, ci se mișcă numai în interiorul cilindrului.

Există mai multe opțiuni de proiectare pentru unitățile de alimentare care utilizează principiul Stirling.

Stirling Modificări "Alpha"

Motorul constă din două pistoane de putere separate (calde și reci), fiecare dintre acestea fiind în cilindrul său. Căldura este suspectată la cilindrul pistonului fierbinte, iar cilindrul rece este localizat în schimbătorul de căldură de răcire.

Stirling Modificări "beta"

Cilindrul în care este localizat pistonul, se încălzește pe o parte și se răcește de la capătul opus. Cilindrul deplasează pistonul de putere și deplasatorul, conceput pentru a schimba volumul gazului de lucru. Mișcarea inversă a substanței de lucru răcite în cavitatea fierbinte a motorului efectuează regeneratorul.

Stirling Modificări "gamma"

Designul este alcătuit din două cilindri. Primul este complet rece, în care pistonul de putere se mișcă, iar al doilea, fierbinte pe o parte și rece pe cealaltă, servește la deplasarea deplasorului. Regeneratorul de circulație a gazelor reci pot fi comune pentru ambele butelii, fie introduceți designul de deplasare.

Avantajele motorului Stirling

Cum ar fi cele mai multe motoare de combustie externă, amestecând inerente multiplicitate: Motorul rulează de la scăderea temperaturii, indiferent de cauzele cauzate.

Fapt interesant!Odată ce a fost demonstrată instalația, care a funcționat timp de douăzeci de versiuni de combustibil. Fără oprirea motorului în camera de combustie exterioară, benzina a fost servită, combustibil diesel, metan, țiței și ulei vegetal - unitatea de putere a continuat să funcționeze constant.

Motorul are Designul de simplificare și nu necesită sisteme suplimentare și echipamente articulate (calendarul, starterul, cutia de viteze).

Caracteristicile dispozitivului garantează o resursă operațională lungă: mai mult de o sută de mii de ore de funcționare continuă.

Stirlarea motorului Beshum, deoarece detonarea nu apare în cilindri și nu este nevoie să obțineți gaze uzate. Modificarea "beta", echipată cu un mecanism de legătură cu manivela rombică, este un sistem echilibrat ideal, care nu are vibrații în timpul funcționării.

În cilindrii motorului nu apar, ceea ce poate avea un impact negativ asupra mediului. Când alegeți o sursă de căldură adecvată (de exemplu, energia solară) poate fi absolut prietenos cu mediul Unitate de alimentare.

Dezavantaje ale proiectului Stirling

Cu tot setul de proprietăți pozitive, utilizarea imediată în masă a motoarelor de agitare este imposibilă din următoarele motive:

Principala problemă este consumul material de construcție. Răcirea fluidului de lucru necesită prezența radiatoarelor cu volum mare, ceea ce crește semnificativ dimensiunea și capacitatea metalică a instalației.

Nivelul tehnologic actual va permite ca motorul de agitare să fie comparat în funcție de caracteristicile cu motoarele moderne de benzină numai datorită utilizării corpurilor de lucru complexe (heliu sau hidrogen) sub presiune mai mult de o sută de atmosfere. Acest fapt provoacă probleme serioase atât în \u200b\u200bdomeniul materialelor, cât și în siguranța utilizatorilor.

O problemă operațională importantă este asociată cu problemele de conductivitate termică și durabilitatea temperaturii metalelor. Căldura este furnizată volumului de lucru prin schimbătoare de căldură, ceea ce duce la pierderi inevitabile. În plus, schimbătorul de căldură trebuie să fie realizat din metale rezistente la căldură rezistente la presiune ridicată. Materialele adecvate sunt foarte scumpe și complexe în procesare.

Principiile schimbării modurilor motorului Stirling sunt, de asemenea, fundamentale diferite de tradiționale, ceea ce necesită dezvoltarea unor dispozitive speciale de control. Deci, pentru a schimba puterea, este necesar să se schimbe presiunea în cilindri, unghiul fazelor dintre deplasator și pistonul de putere sau să afecteze capacitatea cavității cu fluidul de lucru.

Una dintre modalitățile de control al vitezei de rotație a arborelui pe modelul motorului Stirling poate fi văzută în următorul videoclip:

Eficienţă

În calculele teoretice, eficiența motorului Stirling depinde de diferența de temperatură a fluidului de lucru și poate ajunge la 70% sau mai mult în conformitate cu ciclul Carno.

Cu toate acestea, primele eșantioane implementate în metal au avut o eficiență extrem de scăzută din următoarele motive:

• variante ineficiente ale lichidului de răcire (fluid de lucru) care limitează temperatura maximă de încălzire;
• pierderea de energie pentru piesele de frecare și conductivitatea termică a cazului motorului;
• absența materialelor structurale rezistente la presiune ridicată.

Soluțiile de inginerie au îmbunătățit constant dispozitivul agregatul de putere. Deci, în a doua jumătate a mașinii de patru cilindri din secolul al XX-lea motorul Stirling cu o unitate de rombică a fost prezentat pe teste de eficiență egală cu 35% Pe un lichid de răcire apos cu o temperatură de 55 ° C. Construirea reușită a proiectului, utilizarea de materiale noi și finisarea unităților de lucru a fost asigurată de eficiența probelor experimentale în 39%.

Notă! Motoarele moderne de benzină de putere similară au o eficiență la 28-30%, și motoare diesel turbocompresor în termen de 32-35%.

Probele moderne de motor a motorului, cum ar fi tehnologia mecanică Inc creată de compania americană, demonstrează eficiența până la 43,5%. Și cu dezvoltarea producției de ceramică rezistentă la căldură și materiale inovatoare similare, va fi posibilă creșterea semnificativă a temperaturii mediului de lucru și atingerea eficienței a 60%.

Exemple de implementare cu succes a starilurilor auto

În ciuda tuturor dificultăților, există o mulțime de modele funcționale ale motorului Stirling aplicabil industriei automobilelor.

Interesul de a stopare adecvat pentru instalarea în mașină a apărut în anii '50 din secolul XX. Lucrarea în această direcție a fost preocupările companiei Ford Motor, Grupul Volkswagen și altele.

United Stirling (Suedia) a dezvoltat Stirling, în care nodurile și agregatele seriale fabricate de automobile (arbore cotit, tije de legătură) sunt folosite maxim. Motorul în formă de V rezultat cu patru cilindri posedă o masă specifică de 2,4 kg / kW, care este comparabilă cu caracteristicile motorului diesel compact. Această unitate a fost testată cu succes ca centrala electrică a vagonului de încărcare semitulară.

Unul dintre eșantioanele de succes este motorul cu patru cilindri care se agită din Olanda produs de modelul Philips 4-125DA, care este destinat instalării o mașină. Motorul avea o capacitate de lucru de 173 de litri. din. în dimensiune similară cu cea clasică agregatul pe benzină.

Inginerii General Motors au obținut rezultate semnificative, construite în anii '70 cu opt cilindri (4 lucrători și 4 cilindri de compresie) cu un motor de agitare în formă de V, cu un mecanism standard de conectare.

Instalare similară de alimentare în 1972 echipat cu o serie limitată masina Ford. Torino.Consumul de combustibil a scăzut cu 25% în comparație cu gasiul clasic în formă de opt.

În prezent, mai mult decât combustibilul străine lucrează pentru a îmbunătăți proiectarea motorului Stirling pentru a se adapta la eliberarea de masă pentru nevoile industriei auto. Și dacă este posibil să se elimine dezavantajele acestui tip de motoare, păstrând în același timp avantajele sale, este agitarea, și nu o turbină și motoare electrice vor ajunge la o schimbare de benzină.

Agravarea problemelor globale care necesită o soluție urgentă (epuizarea resurselor naturale, poluarea înconjurător etc.), a condus la sfârșitul secolului al XX-lea, necesității de a adopta o serie de legislație internațională și rusă în domeniul ecologiei, managementului de mediu și economii de energie. Principalele cerințe ale acestor legi vizează reducerea emisiilor de CO2, economisirea resurselor și energiei, traducerea transportului auto către combustibili cu motor ecologici etc.

Una dintre modalitățile promițătoare de a rezolva aceste probleme este dezvoltarea și introducerea pe scară largă a sistemelor de formare a energiei bazate pe motoare (mașini) de agitare. Principiul funcționării acestor motoare a fost propus în 1816 de Robert ScoThert Stirling. Acestea sunt mașinile care funcționează pe un ciclu termodinamic închis, în care procesele ciclice de comprimare și expansiune apar la diferite niveluri de temperatură, iar controlul fluxului fluidului de lucru este realizat prin schimbarea volumului său.

Motorul Stirling este o mașină de căldură unică, deoarece puterea sa teoretică este egală cu puterea maximă a mașinilor termice (ciclul Carno). Funcționează în detrimentul expansiunii termice a gazului, urmată de comprimarea gazului în timpul răcirii sale. Motorul conține un volum constant de gaz de lucru, care se mișcă între partea "rece" (de obicei, având temperatura ambiantă) și o parte "fierbinte", care este încălzită prin arderea diferiților combustibili sau în detrimentul altor surse de căldură. Încălzirea este realizată în exterior, astfel încât motorul de agitare aparține motoarelor de combustie externă (DVPT). Deoarece, în comparație cu motorul, în motoarele de amestecare, procesul de combustie este realizat în afara cilindrilor de lucru și este echilibrul, ciclul de lucru este implementat într-un contur interior închis la o presiune relativ scăzută în cilindrii motorului, natura netedă a Procesele hidraulice termo-hidraulice ale fluidului de lucru al circuitului interior și în absența supapelor unui mecanism de distribuție a gazelor.

Trebuie remarcat faptul că producția de motoare Stirling a început deja în străinătate, specificații care sunt superioare instalațiilor de turbină cu motor și gaze (GTU). Deci, motoarele de agitare "Philips", "STM Inc.", "Daimler Benz", "solo", "United Stirling" cu o capacitate de la 5 la 1200 kW are KP. Mai mult de 42%, resursa de lucru este mai mare de 40 mii ore și masa specifică de la 1,2 la 3,8 kg / kW.

În revizuirile lumii pentru tehnicile de formare a energiei, motorul Stirling este considerat cel mai promițător din secolul XXI. Zgomot redus, toxicitate scăzută a gazelor de eșapament, abilitatea de a lucra la diferiți combustibili, o resursă mare, caracteristici bune Cuplu - Toate acestea fac ca motoarele de agitare să fie mai competitive în comparație cu DVS.

Unde se poate stârni motoarele?

Instalațiile de energie autonome cu motoare Stirling (generatoare de agitare) pot fi utilizate în regiunile Rusiei, unde nu există rezerve de energie și gaze tradiționale. Puteți utiliza turbă, lemn, șist, biogaz, cărbune, deșeuri agricole și industria de prelucrare a lemnului ca combustibil. În consecință, problema dispare cu aprovizionarea cu energie a multor regiuni.

Astfel de instalații de energie sunt ecologice, ca o concentrație substanțe dăunătoare În produsele de combustie, aproape două ordine de mărime sunt mai mici decât cele ale centralelor electrice diesel. Prin urmare, generatoarele de agitare pot fi instalate în imediata apropiere a consumatorului, ceea ce va permite scăderea pierderilor pentru transmisia de energie electrică. Un generator de 100 kW poate oferi electricitate și căldură orice locație cu o populație de mai mult de 30-40 de persoane.

Instalațiile de energie autonome cu motoare Stirling vor fi utilizate pe scară largă în industria de petrol și gaze a Federației Ruse atunci când se dezvoltă noi domenii (în special în condițiile din nordul îndepărtat și raftul mărilor arctice, în cazul în care există un transport serios de explorare a energiei , foraj, sudare și alte lucrări). Ca combustibil, se poate folosi aici un gaz natural brut, gazele de petrol și condensul de gaze.

Acum, în Federația Rusă, în fiecare an dispare la 10 miliarde de metri cubi. m gaz asociat. Este dificil să o colectați și costisitoare, să utilizați ca combustibil motor pentru motoarele cu combustie internă, este imposibilă datorită compoziției fracționare în continuă schimbare. Astfel încât gazul nu poluează atmosfera, pur și simplu arde. În același timp, utilizarea sa ca combustibil motor va da un efect economic semnificativ.

Instalarea de energie 3-5 kW este recomandabilă să se utilizeze în sistemele de automatizare, comunicare și protecție catodică pe conductele de gaz de trunchi. Și mai puternic (de la 100 la 1000 kW) - pentru alimentarea electrică și de căldură a ceasurilor mari de Gazovikov și ulei de ulei. Instalațiile de peste 1 mii KW pot fi aplicate pe instalațiile de foraj de la sol și de mare ale industriei de petrol și gaze.

Probleme de creare a unor motoare noi

Motorul propus de Robert Stirling însuși a avut caracteristici mass-dimensionale semnificative și KP scăzut. Datorită complexității proceselor într-un astfel de motor asociat mișcării continue a pistoanelor, primul aparat matematic simplificat a fost dezvoltat numai în 1871 de profesorul de la Praga la Schmidt. Metoda de calcul propusă de acestea sa bazat pe modelul ideal al ciclului de agitare și a permis motorului să creeze motoare cu KP. până la 15%. Doar până în 1953 filmele olandeze au fost create primele motoare de agitare de înaltă performanță, care sunt superioare caracteristicilor motoarelor cu combustie internă.

În Rusia, încercările de a crea motoare interne de stimeling au fost întreprinse în mod repetat, dar succesul nu a avut. Există mai multe probleme de bază care își restrânge dezvoltarea și utilizarea pe scară largă.

În primul rând, este crearea unui model matematic adecvat al designului mașinii de agitare și metoda corespunzătoare de calcul. Complexitatea calculului este determinată de complexitatea implementării ciclului termodinamic de agitare în mașinile reale datorită nonstarității căldurii și schimbului de masă în conturul interior - datorită mișcării continue a pistoanelor.

Lipsa modelelor matematice adecvate și a metodelor de calcul este principalul motiv pentru eșecurile unui număr de întreprinderi străine și interne în dezvoltarea atât a motoarelor, cât și a mașinilor de refrigerare Stirling. Fără exact modelarea matematică Finisarea mașinilor proiectate se transformă în studii experimentale de epuizare perene.

O altă problemă este de a crea desenele nodurilor individuale, complicații cu sigilii, reglarea puterii etc. Dificultățile de execuție constructivă se datorează organelor de lucru utilizate, care utilizează heliu, azot, hidrogen și aer. Heliu, de exemplu, are superfluididitate care dictează cerințe sporite pentru elementele de etanșare ale pistoanelor de lucru etc.

A treia problemă este un nivel ridicat de tehnologie de producție, necesitatea de a aplica aliaje și metale rezistente la căldură, metode noi pentru sudare și lipire.

O întrebare separată este fabricarea unui regenerator și a duzei pentru a asigura, pe de o parte, capacitatea ridicată de căldură și pe cealaltă - rezistență hidraulică scăzută.

Dezvoltarea internă a mașinilor Stirling

În prezent, Rusia a acumulat un potențial științific suficient pentru a crea motoare de agitare extrem de eficiente. Rezultatele semnificative au fost realizate în Centrul de Cercetare a Innovației Tehnologiei Stirling LLC. Specialiștii au efectuat studii teoretice și experimentale pentru a dezvolta noi metode pentru calcularea motoarelor de agitare extrem de eficiente. Principalele direcții de lucru sunt legate de utilizarea motoarelor de agitare în instalațiile de cogenerare și sistemele de utilizare a căldurii gazelor de eșapament, de exemplu, în Mini-CHP. Ca rezultat, au fost create tehnici de dezvoltare și prototip de 3 motoare de 3 kW.

O atenție deosebită în cursul cercetării a fost plătită dezvoltării adunării individuale ale mașinilor Stirling și a executării lor constructive, precum și crearea de noi scheme Instalații de diverse scopuri funcționale. Soluțiile tehnice propuse, ținând seama de faptul că mașinile de agitare sunt mai puțin costisitoare pentru a crește eficiența economică a aplicării noilor motoare în comparație cu convertoarele tradiționale de energie.

Producția motoarelor de agitare este adecvată din punct de vedere economic, ținând seama de cererea practic nelimitată de echipamente energetice ecologice și eficiente atât în \u200b\u200bRusia, cât și în străinătate. Cu toate acestea, fără participarea și susținerea statului și a afacerilor mari, problema producției lor de masă nu poate fi rezolvată integral.

Cum să ajutăm producția de motoare Stirling în Rusia?

Evident, activitatea inovatoare (în special dezvoltarea inovațiilor de bază) este un tip complex și riscant de activitate economică. Prin urmare, trebuie să se bazeze pe mecanismul de sprijinire a statului, în special "la început", urmată de tranziția la condițiile de piață obișnuite.

Mecanismul de creare a producției la scară largă a mașinilor de agitare și a sistemelor de formare a energiei pe baza acestora ar putea include:
- finanțarea bugetară directă a proiectelor inovatoare asupra mașinilor Stirling;
- măsuri de sprijin indirect prin eliberarea produselor fabricate de proiectele de agitare, de la TVA și alte impozite ale nivelurilor federale și regionale în primii doi ani, precum și furnizarea unui credit fiscal pentru astfel de produse pentru următorii 2-3 ani (Având în vedere că costurile de dezvoltare, produsele fundamentale noi sunt inadecvate incluzând în prețul său, adică în cheltuielile producătorului sau consumatorului);
- excepție de la baza impozabilă privind încorporarea contribuției întreprinderii la finanțarea proiectelor Stirling.

În viitor, în stadiul progresului durabil al echipamentelor energetice bazate pe mașinile de stimeling pe piețele interne și externe, reaprovizionarea capitalului pentru a extinde producția, re-echipamentele tehnice și sprijinul următoarelor proiecte de producție de noi tipuri de echipamente pot să fie efectuată de profiturile și vânzările de acțiuni de producție dezvoltată cu succes, băncile comerciale de resurse de credit, precum și atragerea investițiilor străine.

Se poate presupune că, datorită prezenței unei baze tehnologice și a unui potențial științific acumulat în proiectarea mașinilor Stirling, într-o politică financiară și tehnică rezonabilă, Rusia poate deja în viitorul apropiat să devină lider mondial în producția de noi ecologice motoare prietenoase și extrem de eficiente.

În motoarele cu combustie externă, procesul de combustie a combustibilului și sursa expunerii termice sunt separate de unitatea de lucru. Această categorie include, de obicei, turbine cu aburi și gaze, precum și motoarele de agitare. Primele prototipuri ale unor astfel de instalații au fost concepute pentru mai mult de două secole în urmă și folosite pe parcursul secolului al XIX-lea.

Atunci când au fost necesare instalații de energie puternice și economice pentru industria în curs de dezvoltare rapidă, designerii au venit cu înlocuirea cu motoare cu aburi explozive, unde corpul de lucru a fost sub presiune ridicată de abur. Deci, au existat motoare cu combustie externă care au fost distribuite la începutul secolului al XIX-lea. Doar în câteva decenii, motoarele de combustie internă au ajuns să se schimbe. Ele costă semnificativ mai ieftine ca pe scară largă.

Dar astăzi designerii se uită din ce în ce mai mult la motoarele cu combustie externă eliberate de utilizarea pe scară largă. Acest lucru este explicat prin avantajele lor. Principalul avantaj este că astfel de instalații nu au nevoie de combustibil bine curățat și scump.

Motoarele cu combustie externă sunt nepretențioase, deși până în prezent costurile lor de construcție și de întreținere sunt destul de scumpe.

Motorul lui Stirling

Unul dintre cei mai renumiți reprezentanți ai familiei motoarelor cu combustie externă este o mașină de agitare. Ea a fost inventată în 1816, a fost îmbunătățită în mod repetat, dar după aceea a fost uitată de mult timp. Acum motorul Stirling a primit a doua naștere. Este utilizat cu succes chiar și atunci când explorați spațiul cosmic.

Lucrarea mașinii Stirling se bazează pe un ciclu termodinamic închis. Procesele de compresie și expansiune periodice merg aici la temperaturi diferite. Controlul fluxului de lucru are loc prin schimbarea volumului său.

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

ÎN acest motor La temperaturi scăzute există o comprimare a gazului și cu extinderea ridicată. Schimbarea periodică a parametrilor are loc datorită utilizării unui piston special având o funcție a deplaserii. Căldura la fluidul de lucru în același timp este furnizată din exterior, prin peretele cilindrului. Această caracteristică dă dreptul

În ciuda performanței lor ridicate motor modern Combustia internă începe să obstrucționeze. A lui. P. D. a atins, poate, limita lui. Zgomotul, vibrația, gazele de aer și alte dezavantaje inerente inerente a face oamenii de știință să caute noi decizii, să revizuiască posibilitățile de multă ciclică "uitate". Unul dintre motoarele "reînviat" se agită.

În 1816, preotul scoțian și omul de știință Robert Stirling au brevetat motorul în care combustibilul și aerul care intră în zona de combustie, nu se încadrează niciodată în interiorul cilindrului. Ei ard, doar încălzi gazul de lucru situat în ea. Acest lucru a dat motive să numească invenția de agitare de către un motor cu combustie externă.

Robert Stirling a construit mai multe motoare; Ultimul a avut o capacitate de 45 de litri. din. Și a lucrat la mine în Anglia timp de mai mult de trei ani (până în 1847). Aceste motoare au fost foarte grele, au ocupat o mulțime de vehicule cu abur seamănă în exterior.

Pentru navigație, motoarele cu combustie externă au fost aplicate pentru prima dată în 1851 de Swede John Erickson. Vasul Erickson construit de ei a traversat în siguranță Oceanul Atlantic din America în Anglia cu o centrală electrică formată din patru motoare cu combustie externă. În epoca mașinilor de aburi a fost o senzație. dar power Point Erickson a dezvoltat doar 300 de litri. cu., nu 1000, așa cum era de așteptat. Motoarele au avut dimensiuni uriașe (diametrul cilindrului de 4,2 m, cursa pistonului 1,8 m). Consumul de cărbune sa dovedit a fi nu mai puțin decât în \u200b\u200bmașinile cu aburi. Când nava a venit în Anglia, sa dovedit că motoarele nu sunt potrivite pentru o funcționare ulterioară, deoarece au luptat cu fundul cilindrilor. Pentru a reveni la America, a trebuit să înlocuiesc motoarele cu un motor cu abur obișnuit. Pe drumul spre spate, nava a căzut într-un accident și sa scufundat cu tot echipajul.

Motoarele cu combustie externă redusă la sfârșitul secolului trecut au fost folosite în case pentru pomparea apei, în casele de tipărire, la întreprinderile industriale, inclusiv la Planta Nobel Sf. Petersburg (acum "Diesel rusesc"), au fost instalate în mici instanțele judecătorești. Stirul a fost produs în multe țări, inclusiv în Rusia, unde au fost numiți "căldură și rezistență". Ei le-au apreciat pentru masca și siguranța lucrării decât au diferit de vehiculele cu aburi.

Odată cu dezvoltarea motoarelor cu combustie internă pentru starlings uitate. În dicționarul enciclopedic, Brockaua și Efron, următorul este scris despre ei: "Siguranța de la explozii este principala parte favorabilă a mașinilor calorice, datorită căruia pot intra în uz dacă găsesc materiale noi mai bine pentru a construi și a le lubrifia. "

Cu toate acestea, cazul nu numai în absența materialelor relevante. Mai erau încă necunoscute, principiile moderne ale termodinamicii, în special echivalența căldurii și a muncii, fără de care era imposibil să se determine cele mai mari raporturi ale elementelor principale ale motorului. Schimbătoarele de căldură au fost făcute cu o suprafață mică, motiv pentru care motoarele au lucrat cu temperaturi exorbitante și au eșuat rapid.

Încercările de a îmbunătăți agitarea au fost luate după cel de-al doilea război mondial. Cele mai esențiale dintre ele au fost că gazul de lucru a început să fie aplicat comprimat la 100 atm și nu utilizează aer, dar hidrogen având un coeficient de conductivitate termică mai mare, vâscozitate scăzută și, în plus, nu lubrifianți oxidanți.

Dispozitivul motorului de combustie externă în forma sa modernă este prezentat schematic în fig. 1. În închis pe o parte, cilindrul este două pistoane. Piston în scopuri superioare pentru a accelera procesul de încălzire periodică și răcirea gazului de operare. Este un cilindru din oțel inoxidabil închis, o căldură slab conductivă și se mișcă sub acțiunea unei tije asociate cu un mecanism de conectare la manivela.

Pistonul inferior este un lucrător (în figura este prezentat în secțiune transversală). Transmite efortul către mecanismul de conectare a craniului prin tija goală, în interiorul căruia trece tija oscilatorului. Pistonul de lucru este echipat cu inele de etanșare.

Sub pistonul de lucru există un container tampon, formând o pernă care îndeplinește funcția Flywheel - netezirea neregulii cuplului datorită selecției energiei energiei în timpul accidentului de lucru și returnându-l la arborele motorului în timpul compresiei accident vascular cerebral. Pentru a izola volumul cilindrului din spațiul înconjurător, servește un tip de "stocare înfășurare". Acestea sunt tuburi de cauciuc atașate de un capăt la tijă, iar cealaltă la carcasă.

Partea superioară a cilindrului intră în contact cu încălzitorul, iar partea de jos - cu frigiderul. În consecință, se distinge prin volumele "cald" și "reci" care sunt raportate în mod liber prin intermediul unei conducte în care se află regeneratorul (schimbător de căldură). Regeneratorul este umplut cu o șlefuire cu un sârmă cu diametru mic (0,2 mm) și are o capacitate mare de căldură (de exemplu, la. P. D. FILIPE Regeneratoarele depășesc 95%).

Fluxul de lucru al motorului Stirling poate fi efectuat fără deplasare, pe baza utilizării distribuitorului de bobină de încărcare de funcționare.

În partea inferioară a motorului există un mecanism de legătură cu manivela, care servește la transformarea mișcării cu piston a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui. O caracteristică a acestui mecanism este prezența a două arbori cotiți conectați prin două geee cu dinți spirală care se rotesc unul spre celălalt. Tija oscilatorului este asociată cu arborii cotiți prin rotația inferioară și prin tije de legătură tractate. Tija de piston de lucru se conectează la arborii cotiți prin tijele de legătură de sus și prin tije de legătură tractate. Sistemul de tije de legătură identice formează un romb deformabil mobil, de unde și numele acestei transmisii este rombic. Transmisia de rombică oferă schimbarea necesară de fază atunci când pistonul se mișcă. Este complet echilibrat, nu apar eforturi laterale asupra tijelor de pistoane.

În spațiu, limitat, pistonul de lucru, este un gaz de lucru - hidrogen sau heliu. Volumul total de gaz din cilindru nu depinde de poziția deplasorului. Modificările volumului asociate cu comprimarea și extinderea gazului de lucru apar datorită mișcării pistonului de lucru.

Când motorul funcționează, partea superioară a cilindrului este încălzită în mod constant, de exemplu, din camera de combustie, în care se injectează combustibilul lichid. Partea inferioară a cilindrului este răcită în mod constant, de exemplu, apă rece, pompată printr-o cămașă de apă care înconjoară cilindrul. Un ciclu închis de agitare constă din patru ceasuri prezentate în fig. 2.

Tact I - răcire. Pistonul de lucru este în poziția inferioară extremă, deplasatorul se deplasează. În același timp, gazul de lucru curge din volumul "fierbinte" peste deplasator în volumul "rece" sub el. Trecerea de-a lungul căii prin regenerator, gazul de lucru îi dă o parte din căldură și apoi se răcește în volumul "rece".

Tact II - Compresie. Displaierul rămâne în poziția superioară, pistonul de lucru se deplasează, stoarcerea gazului de lucru la temperaturi scăzute.

Tact III - Încălzire. Pistonul de lucru este în poziția superioară, deplasatorul se mișcă în jos. În același timp, un gaz de lucru rece se aprinde de sub deplasare la spațiul eliberat de deasupra lui. Pe drum, gazul de lucru trece prin regenerator, unde este preîncălzit, se încadrează în cavitatea "fierbinte" a cilindrului și se încălzește chiar mai puternică.

Tact IV - Extensie (de lucru). Încălzire, gazul de lucru se extinde, în timp ce mutați deplasatorul și cu el un piston de lucru în jos. Face muncă utilă.

Stirul are un cilindru închis. În fig. 3, este afișată o diagramă a ciclului teoretic (diagrama v-p). Conform axei Abscisa, volumul cilindrului este amânat, de-a lungul axei presiunii ordonate în cilindru. Primul tact este izotermic I-II, al doilea are loc la un volum constant de II-III, al treilea izotermic III-IV, al patrulea - cu o cantitate constantă de IV-I. Deoarece presiunea în timpul expansiunii gazului fierbinte (III-IV) este mai mare decât presiunea în timpul comprimării gazului rece (I-II), atunci lucrarea de expansiune este mai multă muncă de compresie. Funcționarea utilă a ciclului poate fi portretizată grafic sub forma unui cvadran quadrangle de curvilinan I-III-IV.

În procesul real, pistonul și deplasatorul se mișcă continuu, deoarece acestea sunt asociate cu un mecanism de legătură cu manivela, astfel încât diagrama ciclului valid este rotunjită (figura 3, b).

Teoretic la. P. D. Motorul Stirling este de 70%. Studiile au arătat că, în practică, este posibil să se obțină un k. P. D., egal cu 50%. Acest lucru este semnificativ mai mare decât cele mai bune turbine cu gaz (28%), motoare cu benzină (30%) și motoare diesel (40%).

Stirul poate lucra pe benzină, kerosen, motorină, gaze și chiar combustibil solid. În comparație cu alte motoare, are un curs mai moale și aproape silențios. Se explică prin acest raport de compresie scăzută (1,3 ÷ 1,5), în plus, presiunea din cilindru crește fără probleme și nu o explozie. Produsele de combustie sunt, de asemenea, disponibile fără zgomot, deoarece arderea are loc în mod constant. Acestea sunt relativ puține componente toxice în ele, deoarece arderea combustibilului are loc continuu și cu un exces constant de oxigen (α \u003d 1,3).

Stirul cu transmisie rombică este complet echilibrat, vibrațiile nu apar în ea. Această calitate, în special, a fost luată în considerare de inginerii americani care au stabilit un singur cilindru să se amestece pe un satelit artificial al Pământului, unde chiar și vibrațiile mici și impasibile pot duce la pierderea orientării.

Una dintre problemele problematice rămâne răcirea. În agitare cu gaze de eșapament, se administrează numai 9% din căldura obținută din combustibil, deci, de exemplu, atunci când îl instalați, ar trebui să facă un radiator de aproximativ 2,5 ori mai mult decât atunci când este utilizat motor pe benzina Aceeași putere. Sarcina este rezolvată mai ușoară pe instalațiile de nave, unde răcirea eficientă este asigurată de o cantitate nelimitată de apă complicată.

În fig. 4 prezintă o secțiune a unui motor cu două cilindri Philips cu o capacitate de 115 litri. din. Cu 3000 rpm cu o poziție orizontală a cilindrilor. Volumul total de lucru al fiecărui cilindru este de 263 cm3. Pistoanele aflate situate în mod opus sunt conectate la două traverse, care au permis să echilibreze pe deplin forțele de gaz și să facă fără volume tampon. Încălzitorul este făcut din tuburi care înconjoară camera de combustie pentru care gazele de lucru trece. Răcitorul servește un frigider tubular prin care pompele de apă rănite. Motorul are două arbori cotițiconectat la arborele de vânătoare prin intermediul uneltelor de vierme. Înălțimea motorului este de numai 500 mm, care îi permite să fie instalată sub pardoseală și, astfel, reduce dimensiunile compartimentului mașinii.

Puterea de agitare este reglată în principal prin schimbarea presiunii gazului de lucru. În același timp, pentru a menține temperatura constantă a încălzitorului, iar alimentarea cu combustibil este de asemenea reglabilă. Aproape orice surse de căldură sunt potrivite pentru motorul de combustie externă. Este important ca acesta să poată transforma energia la temperatură scăzută în funcționarea utilă, care nu sunt capabili de motoare cu combustie internă. Din curbă din fig. 5 Se poate observa că la o temperatură a încălzitorului de numai 350 ° C. C. P. Stirling este chiar egal cu ≈ 20%.

Stirul este economic - consumul specific de combustibil este de numai 150 g / l. din. ora. În instalația de energie a "bateriei de agitare a motorului", care este utilizată pe sateliții americani de pământ, o baterie termică este un litiu hidraulic, care absoarbe căldura în timpul perioadei de "iluminare" și îi dă agitarea atunci când satelitul se află pe partea de umbră al Pamantului. Pe satelit, motorul servește pentru a conduce un generator de 3 kW cu o capacitate de 2400 rpm.

A creat un scuter experimentat cu bateria Stirling și Heat. Utilizarea bateriei de căldură și a bateriei de agitare pe submarin îi permite să meargă într-o poziție scufundată de mai multe ori mai lungă.

Literatură

• 1. Smirnov G.V. Motoarele cu combustie externă. "Cunoaștere", M., 1967.
• 2. Dr. Ir. R. I. Meijer. Der Philips - Stirlingmotor, MTZ, N 7, 1968.
• 3. Curtis Anthony. Aer cald și vântul de schimbare. Motorul Stirling și renașterea acestuia. Motor (Engl.), 1969, (135), N 3488.