Til at begynde med er Stirling -efternavnet ret almindeligt i både England og Skotland. Det vil sige, hvis der er Stirling Castle, hvorfor så ikke "Mr. Stirling"? Og netop sådan en person - den skotske præst Robert Stirling modtog den 27. september 1816 et britisk patent på en motor, der ikke havde noget at gøre med en dampmaskine! Desuden viste motoren, der blev opkaldt efter ham, at være unik, da den kunne fungere fra enhver varmekilde!
Robert Stirling.
I 1843 brugte sønnen James Stirling sin fars motor på en fabrik, hvor han arbejdede som ingeniør. Nå, allerede i 1938 blev der skabt stirirlings med en kapacitet på op til 200 hk. og en effektivitet på 30 procent.
Driftsprincippet for denne motor er at skiftevis opvarmning og køling af arbejdsvæsken i en helt lukket cylinder. Normalt er arbejdsmediet luft, men hydrogen og helium samt freoner, nitrogendioxid, flydende propan-butan og endda vand kan bruges. Desuden forbliver den flydende under hele den termodynamiske cyklus. Det vil sige, at motorens design er ekstremt enkelt og bruger gassernes velkendte egenskab: deres volumen stiger fra opvarmning, og fra køling falder den.
En af de mange hjemmelavede sterlings.
Stirling -motoren bruger … "Stirling -cyklussen", som med hensyn til dens termodynamiske effektivitet ikke blot ikke er værre end Carnot -cyklussen, men endda har nogle fordele. Under alle omstændigheder er det "Stirling -cyklus", der giver dig mulighed for at få en fungerende motor fremstillet af en almindelig dåse på bare et par timer.
Beta Stirling -enhed.
Selve "Stirling -cyklussen" omfatter fire hovedfaser og to overgangsfaser: opvarmning, ekspansion, overgang til en kold kilde, køling, komprimering og overgang til en varmekilde. Nå, vi får nyttigt arbejde i processen med at udvide mængden af opvarmet gas.
Fase 1.
Fase 2.
Fase 3.
Fase 4.
Arbejdscyklussen for beta -type Stirling -motor: a - forskydningstempel; b - arbejdsstempel; c - svinghjul; d - brand (varmeområde); e - køleribber (køleområde).
Det fungerer sådan: der er to cylindre og to stempler. En ekstern varmekilde - og de kan endda brænde træ, selv en gasbrænder, endda sollys - øger temperaturen på gassen i den nederste del af varmevekslingscylinderen. Tryk opstår, og det skubber arbejdsstemplet opad, og forskydningstemplet passer ikke tæt mod cylindervæggene. Endvidere skubber svinghjulet det nedad.
Stirling skema fra en dåse.
I dette tilfælde kommer varm luft fra bunden af cylinderen ind i kølekammeret. I arbejdskammeret afkøles det imidlertid og trækker sig sammen, og så styrter arbejdsstemplet ned. Forskydningstemplet bevæger sig opad, og dermed bevæger den afkølede luft sig til bunden. Cyklussen gentages således. I Stirling forskydes arbejdsstempelets bevægelse 90 ° i forhold til forskydningstemplet.
Foto af en omrøring fra en dåse.
Over tid dukkede mange forskellige designs af "styling" op, opkaldt efter bogstaverne i det græske alfabet: alfa, beta, gamma, der har forskelle i arbejdscyklussen. De grundlæggende forskelle mellem dem er små og koger ned til cylinderernes placering og stemplernes størrelse.
Stirling motor med lineær generator.
Alpha Stirling har to separate kraftstempler i forskellige cylindre: varme og kolde. Cylinderen med det varme stempel er placeret i varmeveksleren, der har en højere temperatur, og cylinderen med det kolde stempel i henholdsvis den koldere. Regeneratoren (dvs. varmeveksleren) er placeret mellem den varme del og den kolde del.
Beta Stirling har kun en cylinder, varm i den ene ende og kold i den anden. Stemplet bevæger sig inde i cylinderen (hvorfra strømmen fjernes) og forskydningsorganet, som ændrer volumenet på dets varme zone. Gas pumpes til cylinderens varme ende fra cylinderens kolde ende gennem en regenerator.
Gamma Stirling har også et stempel og et forskydningsorgan, og to cylindre - kolde (hvor stemplet bevæger sig, hvorfra strømmen fjernes) og varmt (hvor henholdsvis forskydningen bevæger sig). Regeneratoren er ekstern, i dette tilfælde forbinder den den varme del af den anden cylinder med den kolde og samtidig med den første (kolde) cylinder. Den interne regenerator er i dette tilfælde en del af fortrængeren.
Der er varianter af Stirling -motoren, der ikke falder ind under disse tre klassiske typer: for eksempel den roterende Stirling -motor, hvor lækageproblemerne er løst, og der ikke er nogen krankmekanisme, da den er roterende.
Hvad er godt ved stirlings, og hvorfor er de dårlige? Først og fremmest er de altædende og kan bruge enhver temperaturforskel, herunder forskellen mellem forskellige lag af vand i havet. Forbrænding i dem er af konstant karakter, hvilket sikrer effektiv forbrænding af brændstof, hvilket betyder, at dets miljøvenlighed er højere. Desuden har den ingen udstødning. Mindre støjniveau - ingen "eksplosioner" i cylindrene. Mindre vibrationer, for eksempel med en beta -omrøring. Arbejdsvæsken forbruges ikke ved styling. Motoren er yderst enkel, den kræver ikke gasfordelingsmekanismer. En starter er ikke nødvendig, ligesom en gearkasse ikke er nødvendig.
Enkelheden og fraværet af en række "sarte" noder giver "stirling" en hidtil uset ydeevne for alle andre motorer i titusinder og hundredtusinder af timers kontinuerlig drift.
Svensk ubåd "Gotland".
Stirlings er meget økonomiske. Således giver omdannelse af solenergi til elektricitet ved omrøring en højere effektivitet (op til 31, 25%) end varmemotorer, der kører på damp. Til dette er "stylingen" sat i fokus for det parabolske spejl, der "følger" solen, så dens cylinder konstant opvarmes. Det var på sådan en installation i Californien, at ovenstående resultat blev opnået i 2008, og nu er der bygget en stor solstation på stirlingerne. Du kan vedhæfte dem til skallen af højovne og så vil den kontinuerlige smeltning af råjern give os en masse … billig energi, for nu er denne varme spildt!
Der er generelt kun en ulempe ved styling. Det kan blive overophedet, og så vil det straks mislykkes. For at opnå høj effektivitet skal gassen desuden være under meget højt tryk i cylinderen. Hydrogen eller helium. Og dette er en enestående præcision af pasform for alle sine arbejdsenheder og et specielt højtemperaturfedt. Nå, dimensionerne … forbrændingskammeret er ikke nødvendigt. Stirling kan ikke leve uden hende! Og dette er en ekstra volumen og et system med isolering og køling!
Soryu er en japansk ubåd drevet af Stirling -motorer.
Imidlertid vil ændringen i prioriteterne sandsynligvis bane vejen for Stirling -motorerne. Hvis vi sætter miljøvenlighed i spidsen, så vil det være muligt at sige farvel til forbrændingsmotoren en gang for alle. Derudover er der sat store forhåbninger til dem om oprettelsen af lovende solkraftværker. De bruges allerede som autonome generatorer til turister. Og nogle virksomheder har etableret produktionen af sterling, der arbejder fra en konventionel gasovnbrænder. NASA overvejer også muligheder for Stirling-baserede kraftgeneratorer, der drives af nukleare og radioisotopiske varmekilder. Især er det planlagt at bruge en sådan styling, kombineret med en elektrisk generator, i rumekspeditionen til Titan planlagt af NASA.
"Jeg kuld" - layoutet.
Det er interessant, at hvis du starter Stirling -motoren i omvendt tilstand, det vil sige drejer svinghjulet fra en anden motor, så fungerer det som en kølemaskine (omvendt Stirling -cyklus), og det er disse maskiner, der viste sig at være meget effektive til fremstilling af flydende gasser.
Nå, nu, da vi har et militærsted, bemærker vi, at Stirlings blev testet på svenske ubåde tilbage i 60'erne i forrige århundrede. Og så i 1988 blev Stirlings hovedmotoren i ubåden i Nakken-klassen. Med dem sejlede hun under vandet i mere end 10.000 timer. "Nakken" blev efterfulgt af de serielle ubåde af typen "Gotland", som blev de første ubåde udstyret med Stirling -motorer, som giver dem mulighed for at blive under vand i op til 20 dage. I dag har alle ubåde fra den svenske flåde stirlingmotorer, og svenske skibsbyggere har udarbejdet den originale teknologi til at installere sådanne motorer på konventionelle ubåde ved at skære i dem et ekstra rum med et nyt fremdriftssystem. De kører på flydende ilt, som derefter bruges i båden til vejrtrækning, og det bemærkes, at de har meget lave støjniveauer. De ovennævnte mangler (størrelse og køleproblem) på et ubåds krigsskib er ikke signifikante. Svenskernes eksempel syntes japanerne værdig opmærksomhed, og nu er Stirlings også på de japanske ubåde i "Soryu" -klassen. Det er disse motorer, der i dag betragtes som de mest lovende enkeltmotorer til alle modeller til 5. generations ubåde.
Og sådan ser stylingen af en studerende ved Penza State University Nikolai Shevelev ud.
Nå, nu lidt om hvilken slags … "dårlig ungdom" vi har. Den 1. september kommer jeg til studerende - kommende motoringeniører, jeg stiller dem traditionelle spørgsmål, hvad de læser (praktisk talt ingenting!), Hvad de er vilde med (med dette er situationen ikke meget bedre, men for det meste er benene optaget, ikke hovedet!), Hvilke tekniske tidsskrifter er de kendt - "Young Technician", "Model Designer", "Science and Technology", "Popular Mechanics" … (ingen!), og så fortæller en elev mig, at han er glad for motorer. En ud af 20, men det er allerede noget! Og så fortæller han mig, at han selv har lavet Stirling -motoren. Jeg ved, hvordan man laver sådan en motor af en almindelig dåse, men så viste det sig, at han gjorde noget meget mere effektivt. Jeg siger: "Bring det!" - og han bragte. "Beskriv hvordan du gjorde det!" - og han beskrev, og jeg kunne så godt lide hans "essay", at jeg præsenterer det her uden ændringer eller forkortelser.
Arbejdets begyndelse er”kreativt kaos”.
”Jeg har altid godt kunne lide teknologien, men især motorerne. Jeg er engageret i vedligeholdelse, reparation og tilpasning med stor interesse. Efter at have lært om Stirling -motoren, blev jeg fascineret af den som ingen anden motor. Stylingens verden er så mangfoldig og stor, at det simpelthen er umuligt at beskrive alle mulige muligheder for dens udførelse. Ingen anden motor vil give en sådan variation med hensyn til design og vigtigst af alt evnen til at lave den selv.
Jeg havde ideer til at lave en model af en motor af en dåse og andre improviserede midler, men det var ikke i mine regler at gøre "anyhow and from what it got". Derfor besluttede jeg at tage denne opgave seriøst for at begynde med at forberede teoretisk. Jeg studerede litteraturen på Internettet, men søgningen gav ikke det ønskede resultat: gennemgangsartikler og videoer, mangel på tegninger til modellerne af denne motor. De færdige modeller blev solgt til en for høj pris. Derudover et stort ønske om at lave alting selv, forstå driftsprincippet, fejlsøge og udføre test, få nyttigt arbejde fra denne motor og endda forsøge at finde dets anvendelse i økonomien.
"At vende forretningen!" (Som en klog studerende filmede han hele arbejdsprocessen som et minde. Nuværende, borgerlige, dokumentariske fotografiske beviser … og her er de!)
Jeg spurgte rundt på fora, og de delte litteraturen med mig. Det var bogen "Stirling Engines" (Forfattere: G. Ryder og C. Hooper). Det afspejlede hele historien om denne type motorbygning, hvorfor den hurtige udvikling stoppede, og hvor disse motorer stadig bruges. Fra bogen lærte jeg mere detaljeret alle de processer, der forekommer i motoren, fandt svarene på spørgsmålene af interesse. Det var interessant at læse, men jeg ville øve mig. Selvfølgelig var der ingen tegninger af garagemodeller såvel som på Internettet, ja selvfølgelig, bortset fra en model fra en dåse og skumgummi.
Til min store lykke sendte personen, der solgte stylingmodellerne, et kursus om at lave sådanne modeller, han lagde det op på det tidspunkt for $ 20, jeg skrev til ham og betalte for kurset. Efter at have set alle videoerne, hvor hver af dem forklarede en bestemt type styling, besluttede jeg mig for at lave præcis den høje temperatur styling af gammatypen. Da han interesserede mig med sit design, egenskaber og udseende. Fra videokurset lærte jeg det omtrentlige forhold mellem cylinderdiameter, stempeldiametre, hvilke frigange, ruhed der skulle være, hvilke materialer der skulle bruges til fremstilling, nogle af konstruktionens nuancer. Men ingen steder var størrelserne på forfatterens motorer tilgængelige, kun omtrent forholdet mellem størrelserne på noderne.
Jeg bor selv i en landsby, kan man sige i forstæderne, min mor er revisor, og min far er tømrer, så det var på en eller anden måde upassende at henvende sig til dem for at få råd om at bygge en motor. Og jeg henvendte mig til min nabo, Gennady Valentinovich, for at få hjælp, han arbejdede på det nu kollapsede KZTM -anlæg i Kuznetsk.
Generelt bragte Gennady Valentinovich den næste dag mig et aluminiumsemne på cirka 1 m langt og cirka 50 mm i diameter. Jeg var meget glad, savede de emner, jeg havde brug for, og dagen efter gik jeg i skole for at forsøge at skærpe varmeren og køleskabet til min forbrændingsmotor. Jeg skærpede mig på en træningsdrejebænk (som bedstefar Lenin arbejdede på).
Selvfølgelig var der ingen nøjagtighed der, den ydre del af varmelegemet viste sig at være ganske god, men selve den cylindriske del under stemplet var på en kegle. Trudovik forklarede mig, at den kedelige fræser bøjer, da maskinen til sådanne ting er ret lille og svag. Spørgsmålet opstod, hvad jeg skulle gøre næste gang … Det var heldigt, at min mor på det tidspunkt arbejdede som bogholder hos en privat virksomhed, som var et tidligere bilværksted. Valery Aleksandrovich (direktøren for dette anlæg) viste sig at være en vidunderlig person og hjalp mig meget, jeg fik allerede en professionel sovjetisk maskine og en vender, der hjalp mig. Tingene gik sjovere, og bogstaveligt talt en uge senere var næsten alt klar, monteringen af motoren begyndte. Der var interessante øjeblikke i konstruktionen, for eksempel: akslen, som svinghjulet blev presset på, blev givet til præcisionsmekanikværkstedet på et andet anlæg (for at opnå den nødvendige nøjagtighed for lejerne); køleskabet blev skærpet på en drejebænk, og stederne til fastgørelseselementerne blev lavet med en fræsemaskine, svinghjulet blev slebet på en kværn. Det var meget interessant og spændende for mig. Arbejderne på fabrikken troede, at jeg var studerende og skriver en slags videnskabeligt arbejde. Jeg sad på fabrikken til sent på aftenen, og de bragte mig hjem i Valery Alexandrovichs officielle bil. Motoren blev startet i en stor kreds af fabriksarbejdere, alle var meget interesserede. Lanceringen lykkedes, men motoren kørte dårligt.
Resultatet kroner aftalen! Hjørnet på stativet blev brændt under test.
Mangler blev afsløret, plasthængslerne blev udskiftet med fluoroplastiske, svinghjulet blev lettere og afbalanceret, stemplet modtog en fluoroplastisk vedhæftet fil til lavere varmeoverførsel, og køleskabet blev med et større køleområde. Efter finjustering har motoren forbedret sin tekniske ydeevne betydeligt.
Jeg var selv glad. Når venner kommer til mit hus, er det første, de gør, at komme hen til ham, bede ham om at starte. Gennady Valentinovich kørte for at vise stylingen til sit arbejde, alle var meget interesserede, de behøvede ikke engang at ringe til nogen, alle henvendte sig, kiggede og interesserede sig."
Navnet på den unge mand er Nikolai Shevelev, og han er leder af gruppen. Jeg tog ham til dekanen, og vi tre havde en rigtig god snak. Og så huskede jeg statistikken om, at kun 2% af verdens befolkning er nok til at fremme menneskeheden på vejen til videnskabelig og teknologisk fremgang. Jeg tællede det samlede antal studerende og indså, at … det er ikke nødvendigt at bekymre sig for meget. Med mennesker som Nikolai vil fremskridt stadig være garanteret for os!
