Alustuseks on Stirlingi perekonnanimi üsna levinud nii Inglismaal kui ka Šotimaal. See tähendab, et kui seal on Stirlingi loss, siis miks mitte ka "härra Stirling"? Ja just selline inimene - Šoti preester Robert Stirling sai 27. septembril 1816 Suurbritannia patendi mootorile, millel polnud aurumasinaga mingit pistmist! Pealegi osutus tema nime saanud mootor ainulaadseks, kuna see võis töötada mis tahes soojusallikast!
Robert Stirling.
1843. aastal kasutas tema poeg James Stirling oma isa mootorit tehases, kus ta töötas insenerina. Noh, juba 1938. aastal loodi keeristid võimsusega kuni 200 hj. ja efektiivsus on 30 protsenti.
Selle mootori tööpõhimõte on vaheldumisi soojendada ja jahutada töövedelikku täielikult suletud silindris. Tavaliselt on töökeskkonnaks õhk, kuid kasutada saab vesinikku ja heeliumi, samuti freoone, lämmastikdioksiidi, veeldatud propaan-butaani ja isegi vett. Lisaks jääb see kogu termodünaamilise tsükli vältel vedelaks. See tähendab, et mootori konstruktsioon on äärmiselt lihtne ja kasutab gaaside tuntud omadust: nende maht suureneb kuumutamisel ja jahutamisel väheneb.
Üks paljudest omatehtud sterlingitest.
Stirlingi mootor kasutab … "Stirlingi tsüklit", mis oma termodünaamilise efektiivsuse poolest pole mitte ainult halvem kui Carnot'i tsükkel, vaid sellel on isegi mõned eelised. Igal juhul on see "Stirlingi tsükkel" see, mis võimaldab teil saada tavalisest plekkpurgist töötava mootori vaid paari tunniga.
Beeta Stirlingi seade.
Stirlingi tsükkel ise sisaldab nelja põhifaasi ja kahte üleminekufaasi: kuumutamine, paisumine, üleminek külmaallikale, jahutamine, kokkusurumine ja üleminek soojusallikale. Noh, me saame kasulikku tööd kuumutatud gaasi mahu laiendamise protsessis.
Faas 1.
2. etapp.
3. etapp.
4. etapp.
Beeta -tüüpi Stirlingi mootori töötsükkel: a - kolb; b - töökolb; c - hooratas; d - tulekahju (küttepiirkond); e - jahutusribid (jahutusala).
See toimib nii: on kaks silindrit ja kaks kolbi. Väline soojusallikas - ja need võivad olla isegi puidu põletamine, isegi gaasipõleti, isegi päikesevalgus - suurendab gaasitemperatuuri soojusvahetusballooni alumises osas. Tekib rõhk ja see surub töökolvi ülespoole ning nihutuskolb ei sobi tihedalt silindri seinte vastu. Edasi surub kerimine hooratas selle alla.
Stirlingu skeem plekkpurgist.
Sel juhul siseneb ballooni põhjast kuum õhk jahutuskambrisse. Töökambris see aga jahtub ja tõmbub kokku ning siis tormab töökolb alla. Nihutuskolb liigub ülespoole ja seega liigub jahtunud õhk põhja. Seega tsüklit korratakse. Stirlingis nihutatakse töökolvi liikumine nihkekolvi suhtes 90 ° võrra.
Foto segamispurgist plekkpurgist.
Aja jooksul ilmus palju erinevaid "stiilide" kujundusi, mis said nime kreeka tähestiku tähtede järgi: alfa, beeta, gamma, millel on töötsüklis erinevusi. Põhilised erinevused nende vahel on väikesed ja tulenevad silindrite paigutusest ja kolbide suurusest.
Stirlingmootor lineaarse generaatoriga.
Alpha Stirlingil on kaks erinevat kolvi erinevates silindrites: kuum ja külm. Kuuma kolviga silinder asub soojusvahetis, mille temperatuur on kõrgem, ja külma kolviga silinder vastavalt külmemas. Regeneraator (st soojusvaheti) asub kuuma osa ja külma osa vahel.
Beta Stirlingil on ainult üks silinder, ühes otsas kuum ja teises külm. Kolb liigub silindri (millest eemaldatakse võimsus) ja nihutaja sees, mis muudab selle kuuma tsooni helitugevust. Gaas pumbatakse silindri kuuma otsa ballooni külmast otsast läbi regeneraatori.
Gamma Stirlingil on ka kolb ja nihutaja ning kaks silindrit - külm (kus kolb liigub, millest võimsus eemaldatakse) ja kuum (kus nihutaja liigub vastavalt). Regeneraator on väline, sel juhul ühendab see teise silindri kuuma osa külmaga ja samaaegselt esimese (külma) silindriga. Sisemine regeneraator on sel juhul nihutaja osa.
Stirlingi mootoril on sorte, mis ei kuulu nende kolme klassikalise tüübi alla: näiteks pöörlev Stirlingi mootor, milles lekkeprobleemid on lahendatud ja väntmehhanism puudub, kuna see on pöörlev.
Mis on stirlingides head ja miks need on halvad? Esiteks on nad kõigesööjad ja võivad kasutada mis tahes temperatuuride erinevust, sealhulgas ookeani erinevate veekihtide vahelist erinevust. Põlemine neis on pideva iseloomuga, mis tagab kütuse tõhusa põlemise, mis tähendab, et selle keskkonnasõbralikkus on suurem. Pealegi pole sellel heitgaase. Väiksem müratase - balloonides pole "plahvatusi". Vähem vibratsiooni, näiteks beeta -segamisega. Stiilimisel ei tarbita töövedelikku. Mootori konstruktsioon on äärmiselt lihtne, see ei vaja gaasijaotusmehhanisme. Starterit pole vaja, nagu pole vaja ka käigukasti.
Lihtsus ja paljude "õrnade" sõlmede puudumine annavad "segamisele" kõigi teiste mootorite jaoks enneolematu jõudluse kümnete ja sadade tuhandete tundide pideva töötamise korral.
Rootsi allveelaev "Gotland".
Stringid on väga ökonoomsed. Seega annab päikeseenergia muundamine segamiseks elektrienergiaks suurema kasuteguri (kuni 31, 25%) kui aurul töötavad soojusmasinad. Selleks on "stiil" seatud paraboolse peegli fookusele, mis "järgneb" päikesele, nii et selle silinder on pidevalt kuumutatud. Ülaltoodud tulemus saadi 2008. aastal Californias sellisel paigaldisel ja nüüd on ehitamisel suur päikeseenergiajaam. Saate need kõrgahjude kesta külge kinnitada ja siis annab malmi pidev sulatamine meile palju … odavat energiat, sest nüüd läheb see kuumus raisku!
Stiilimisel on üldiselt ainult üks puudus. See võib üle kuumeneda ja siis ebaõnnestub see kohe. Lisaks peab kõrge efektiivsuse saavutamiseks gaas olema silindris väga kõrge rõhu all. Vesinik või heelium. Ja see on kõigi tööüksuste erakordne sobivus ja spetsiaalne kõrge temperatuuriga määre. Noh, mõõtmed … põlemiskambrit pole vaja. Stirling ei saa ilma temata elada! Ja see on lisamaht ning isolatsiooni- ja jahutussüsteem!
Soryu on Jaapani allveelaev, mis töötab Stirlingi mootoritega.
Prioriteetide muutmine aga sillutab tõenäoliselt teed Stirlingi mootoritele. Kui seame esiplaanile keskkonnasõbralikkuse, siis on võimalik sisepõlemismootoriga lõplikult hüvasti jätta. Lisaks pannakse neile suuri lootusi lootustandvate päikeseelektrijaamade loomiseks. Neid kasutatakse juba turistide autonoomsete generaatoritena. Ja mõned ettevõtted on loonud naelsterlingi tootmise, mis töötab tavalisest gaasiahju põletist. NASA kaalub ka võimalusi Stirlingis asuvatele tuuma- ja radioisotoopide soojusallikatest elektritootjatele. Eelkõige on kavas sellist stiili koos elektrigeneraatoriga kasutada NASA kavandatud kosmoseekspeditsioonil Titani.
"Ma pesakond" - paigutus.
Huvitav on see, et kui käivitate Stirlingi mootori tagurpidi režiimis, st pöörate hooratast teisest mootorist, siis töötab see külmutusmasinana (Stirlingi vastupidine tsükkel) ja just need masinad osutusid väga tõhusaks veeldatud gaaside tootmiseks.
Nüüd, kuna meil on sõjaväeobjekt, märgime, et Stirlingsit testiti Rootsi allveelaevadel juba eelmise sajandi 60ndatel. Ja siis 1988. aastal sai Stirlingsist Nakken-klassi allveelaeva peamootor. Nendega purjetas ta vee all üle 10 000 tunni. "Nakkenile" järgnesid "Gotlandi" tüüpi seeriaallveelaevad, millest said esimesed Stirlingi mootoritega varustatud allveelaevad, mis võimaldavad neil vee all viibida kuni 20 päeva. Tänapäeval on kõigil Rootsi mereväe allveelaevadel segamismootorid ja Rootsi laevaehitajad on välja töötanud algse tehnoloogia selliste mootorite paigaldamiseks tavapärastele allveelaevadele, lõigates nendesse uue tõukejõusüsteemiga täiendava sektsiooni. Need töötavad vedela hapniku abil, mida seejärel kasutatakse paadis hingamiseks, ja märgitakse, et nende müratase on väga madal. Noh, ülalmainitud puudused (suurus ja jahutusprobleem) allveelaeva sõjalaeval ei ole märkimisväärsed. Rootslaste eeskuju tundus jaapanlastele tähelepanu väärivat ja nüüd on Stirlingid ka "Soryu" klassi Jaapani allveelaevadel. Just neid mootoreid peetakse tänapäeval 5. põlvkonna allveelaevade kõige lootustandvamaks ühemoodiliseks üksikmootoriks.
Ja nii näeb välja Penza Riikliku Ülikooli tudengi Nikolai Shevelevi stiil.
Noh, nüüd natuke sellest, millised … "halvad noored" meil on. 1. septembril tulen tudengite juurde - tulevased mootoriinsenerid, esitan neile traditsioonilisi küsimusi, mida nad loevad (praktiliselt mitte midagi!), Mis neile meeldib (sellega pole olukord palju parem, kuid enamasti on jalad hõivatud, mitte pea!), Milliseid tehnilisi ajakirju nad teavad - "Noor tehnik", "Mudelidisainer", "Teadus ja tehnoloogia", "Populaarne mehaanika" … (pole!) ja siis ütleb üks õpilane mulle, et ta on meeldib mootoritele. Üks 20 -st, aga see on juba midagi! Ja siis ta ütleb mulle, et tegi Stirlingi mootori ise. Ma tean, kuidas sellist mootorit tavalisest plekkpurgist teha, aga siis selgus, et ta tegi midagi palju tõhusamat. Ma ütlen: "Tooge!" - ja ta tõi. "Kirjelda, kuidas sa seda tegid!" - ja ta kirjeldas ning mulle meeldis tema "essee" nii väga, et esitan selle siin ilma muudatuste ja lühenditeta.
Töö algus on “loominguline kaos”.
„Mulle on tehnoloogia, aga eriti mootorid, alati meeldinud. Tegelen suure huviga hoolduse, remondi ja kohandamisega. Olles õppinud Stirlingi mootorist, olin sellest lummatud nagu ükski teine mootor. Stiilimaailm on nii mitmekesine ja suur, et selle teostamise kõiki võimalikke võimalusi on lihtsalt võimatu kirjeldada. Ükski teine mootor ei anna nii mitmekesisust disaini osas ja mis kõige tähtsam, ise valmistamise võimalust.
Mul oli ideid teha plekkpurgist ja muudest improviseeritud vahenditest mootori mudel, kuid minu reeglite kohaselt ei olnud seda teha „niikuinii ja sellest, millest see sai”. Seetõttu otsustasin seda ülesannet tõsiselt võtta, alustades teoreetilisest ettevalmistamisest. Uurisin kirjandust Internetis, kuid otsing ei toonud soovitud tulemust: ülevaateartiklid ja videod, selle mootori mudelite jooniste puudumine. Valmis mudelid müüdi liiga kõrge hinnaga. Lisaks suur soov teha kõike ise, mõista tööpõhimõtet, siluda ja läbi viia teste, saada sellest mootorist kasulikku tööd ja isegi proovida leida selle kasutamine majanduses.
"Pöörake äri!" (Nutikas õpilane filmis ta mälestuseks kogu tööprotsessi. Olevik, kodanik, dokumentaalsed fototõendid … ja siin nad on!)
Küsisin foorumites ringi ja nad jagasid minuga kirjandust. See oli raamat "Stirling Engines" (Autorid: G. Ryder ja C. Hooper). See kajastas kogu seda tüüpi mootorite ehitamise ajalugu, miks kiire areng seiskus ja kus neid mootoreid kasutatakse siiani. Raamatust õppisin üksikasjalikumalt kõiki mootoris toimuvaid protsesse, leidsin vastused huvipakkuvatele küsimustele. Seda oli huvitav lugeda, aga tahtsin harjutada. Muidugi ei olnud garaažimudelite jooniseid, nagu ka Internetis, noh, muidugi, välja arvatud purgist ja vahtkummist mudel.
Minu suureks õnneks postitas stiilimudelite müüja kursuse selliste mudelite tegemise kohta, ta pani selle sel ajal üles 20 dollari eest, ma kirjutasin talle ja maksin kursuse eest. Pärast kõigi videote vaatamist, millest igas ta selgitas teatud tüüpi stiili, otsustasin teha täpselt gammatüübi kõrge temperatuuriga stiili. Kuna ta huvitas mind oma disaini, omaduste ja välimusega. Videokursuselt sain teada silindri läbimõõdu ligikaudse suhte, kolvi läbimõõdud, millised peaksid olema vahed, karedus, milliseid materjale tootmisel kasutada, mõned ehitusnüansid. Kuid kusagil polnud saadaval autori mootorite suurusi, ainult ligikaudne sõlmede suuruste suhe.
Ma ise elan külas, võib öelda, et äärelinnas, mu ema on raamatupidaja ja isa on puusepp, seega oli kuidagi kohatu nende poole pöörduda, et saada nõu mootori ehitamiseks. Ja ma pöördusin abi saamiseks oma naabri Gennadi Valentinovitši poole, ta töötas Kuznetskis praegu lagunenud KZTM tehases.
Üldiselt tõi Gennadi Valentinovitš järgmisel päeval mulle umbes 1 m pikkuse ja umbes 50 mm läbimõõduga alumiiniumist tooriku. Olin väga õnnelik, saagisin vajalikud toorikud maha ja järgmisel päeval läksin kooli, et proovida sisepõlemismootori küttekeha ja külmkappi teritada. Teritasin treeningpingil (mille kallal töötas vanaisa Lenin).
Loomulikult polnud seal täpsust, kütteseadme välimine osa osutus üsna heaks, kuid silindriline osa ise kolvi all oli koonusel. Trudovik selgitas mulle, et igav lõikur paindub, kuna selliste asjade masin on üsna väike ja nõrk. Tekkis küsimus, mida edasi teha … Oli õnn, et mu ema töötas toona raamatupidajana eraettevõttes, mis oli endine autoremonditehas. Valeri Aleksandrovitš (selle tehase direktor) osutus imeliseks inimeseks ja aitas mind palju, mulle anti juba professionaalne nõukogude masin ja treider, kes mind aitas. Asjad läksid lõbusamaks ja sõna otseses mõttes nädal hiljem oli peaaegu kõik valmis, algas mootori kokkupanek. Ehituses oli huvitavaid momente, näiteks: võll, millele hooratas suruti, anti teise tehase täppismehaanika töökojale (et saada laagritele vajalikku täpsust); külmkapp teritati treipingil ja kinnituskohtade kohad tehti freespingiga, hooratas lihviti veski peal. See oli minu jaoks väga huvitav ja põnev. Tehase töötajad arvasid, et olen tudeng ja kirjutan mingit teaduslikku tööd. Istusin tehases hiliste õhtutundideni ja nad tõid mind Valeri Aleksandrovitši ametiautoga koju. Mootor käivitati suures tehasetöötajate ringis, kõik olid väga huvitatud. Käivitamine õnnestus, kuid mootor töötas halvasti.
Tulemus kroonib tehingu! Stendi nurk põles katsetamise ajal.
Ilmnesid puudused, plasthinged asendati fluoroplastilistega, hooratas kergendati ja tasakaalustati, kolb sai väiksema soojusülekande jaoks fluoroplastilise kinnituse ja külmik sai suurema jahutusalaga. Pärast peenhäälestust on mootor oma tehnilist jõudlust oluliselt parandanud.
Olin ise rõõmus. Kui sõbrad minu majja tulevad, tulevad nad esimese asjana tema juurde ja paluvad tal alustada. Gennadi Valentinovitš sõitis oma loomingule stiili näitama, kõik olid väga huvitatud, neil polnud isegi vaja kellelegi helistada, kõik lähenesid, vaatasid ja tundsid huvi."
Noormehe nimi on Nikolai Shevelev ja ta on rühma juht. Ma viisin ta dekaani juurde ja me kolmekesi rääkisime väga hästi. Ja siis meenus mulle statistika, et ainult 2% maailma elanikkonnast on piisav, et edendada inimkonda teaduse ja tehnoloogia arengu teel. Lugesin kokku õpilaste arvu ja sain aru, et … pole vaja liiga palju muretseda. Selliste inimestega nagu Nikolai on edasiminek meie jaoks endiselt tagatud!
