Om mee te begin, is die van Stirling baie algemeen in Engeland en Skotland. Dit wil sê, as daar 'n Stirling -kasteel is, waarom nie 'meneer Stirling' nie? En net so 'n persoon - die Skotse priester Robert Stirling het op 27 September 1816 'n Britse patent gekry vir 'n enjin wat niks met 'n stoomenjin te doen het nie! Boonop blyk die enjin wat na hom vernoem is uniek te wees, aangesien dit van enige hittebron kan werk!
Robert Stirling.
In 1843 gebruik sy seun James Stirling sy pa se enjin in 'n fabriek waar hy as ingenieur gewerk het. Wel, reeds in 1938 is stuurstene met 'n kapasiteit van tot 200 pk geskep. en 'n doeltreffendheid van 30 persent.
Die beginsel van werking van hierdie enjin is om die verwarming en verkoeling van die werkvloeistof in 'n heeltemal geslote silinder afwisselend af te wissel. Gewoonlik is die werkmedium lug, maar waterstof en helium, sowel as freons, stikstofdioksied, vloeibare propaan-butaan en selfs water kan gebruik word. Boonop bly dit vloeibaar gedurende die termodinamiese siklus. Dit wil sê, die ontwerp van die enjin is uiters eenvoudig en gebruik die bekende eienskap van gasse: hul volume neem toe deur te verhit, en deur afkoeling neem dit af.
Een van die vele tuisgemaakte sterlings.
Die Stirling -enjin gebruik … die "Stirling -siklus", wat in terme van sy termodinamiese doeltreffendheid nie net slegter is as die Carnot -siklus nie, maar selfs voordele inhou. Dit is in elk geval die 'Stirling -siklus' waarmee u binne enkele ure 'n werkende enjin uit 'n gewone blik kan maak.
Beta Stirling -toestel.
Die "Stirling -siklus" self bevat vier hooffases en twee oorgangsfases: verwarming, uitbreiding, oorgang na 'n koue bron, verkoeling, kompressie en oorgang na 'n hittebron. Ons kry nuttige werk in die proses om die volume verhitte gas uit te brei.
Fase 1.
Fase 2.
Fase 3.
Fase 4.
Die werksiklus van die beta -tipe Stirling -enjin: a - verplasing suier; b - werkende suier; c - vliegwiel; d - vuur (verwarmingsarea); e - koelvinne (koelarea).
Dit werk so: daar is twee silinders en twee suiers. 'N Eksterne bron van hitte - en dit kan selfs hout wees, selfs 'n gasbrander, selfs sonlig - verhoog die temperatuur van die gas in die onderste deel van die hitte -uitruilingsilinder. Druk ontstaan en dit druk die werkende suier opwaarts, en die verplasing suier pas nie styf teen die silinderwande nie. Verder stoot die vliegwiel dit af.
Stirling -skema uit 'n blikblik.
In hierdie geval kom warm lug van die onderkant van die silinder in die koelkamer. In die werkkamer koel dit egter af en trek dit saam, en dan jaag die werkende suier af. Die verplasing suier beweeg opwaarts, en sodoende beweeg die afgekoelde lug na die onderkant. Die siklus word dus herhaal. In die Stirling word die beweging van die werkende suier met 90 ° verskuif relatief tot die verplasing suier.
Foto van 'n roer uit 'n blik.
Na verloop van tyd verskyn baie verskillende ontwerpe van "styling", vernoem na die letters van die Griekse alfabet: alfa, beta, gamma, wat verskille in die pligsiklus het. Die fundamentele verskille tussen hulle is klein en kom neer op die rangskikking van die silinders en die grootte van die suiers.
Stirling -enjin met lineêre alternator.
Alpha Stirling het twee afsonderlike krag suiers in verskillende silinders: warm en koud. Die silinder met die warm suier is in die warmtewisselaar, wat 'n hoër temperatuur het, en die silinder met die koue suier in die kouer een. Die regenerator (dit wil sê die warmtewisselaar) is tussen die warm deel en die koue deel geleë.
Beta Stirling het slegs een silinder, warm aan die een kant en koud aan die ander kant. Die suier beweeg binne -in die silinder (waaruit die krag verwyder word) en die verplasing, wat die volume van sy warm sone verander. Gas word vanaf die koue kant van die silinder deur 'n regenerator na die warm kant van die silinder gepomp.
Gamma Stirling het ook 'n suier en 'n verplasing, en twee silinders - koud (waar die suier beweeg waaruit krag verwyder word) en warm (waar die verplasing onderskeidelik beweeg). Die regenerator is ekstern, in hierdie geval verbind dit die warm deel van die tweede silinder met die koue en terselfdertyd met die eerste (koue) silinder. Die interne regenerator is in hierdie geval deel van die verplasing.
Daar is verskillende variëteite van die Stirling -enjin wat nie onder hierdie drie klassieke tipes val nie: byvoorbeeld die roterende Stirling -enjin, waarin die lekkasieprobleme opgelos word en daar nie 'n krukmeganisme is nie, aangesien dit draai.
Wat is goed aan sterringe en waarom is dit sleg? In die eerste plek is hulle omnivore en kan hulle enige temperatuurverskil gebruik, insluitend die tussen verskillende lae water in die see. Verbranding daarin is konstant, wat 'n doeltreffende verbranding van brandstof verseker, wat beteken dat die omgewingsvriendelikheid daarvan hoër is. Boonop het dit geen uitlaatgasse nie. Minder geraasvlak - geen "ontploffings" in die silinders nie. Minder vibrasie, byvoorbeeld, met 'n beta -roering. Die werkvloeistof word nie deur stilering verbruik nie. Die ontwerp van die enjin is uiters eenvoudig, dit benodig geen gasverspreidingsmeganismes nie. 'N Voorgereg is nie nodig nie, net soos 'n ratkas nie nodig is nie.
Die eenvoud en die afwesigheid van 'n aantal "delikate" knooppunte bied die "roer" 'n ongekende prestasie vir alle ander enjins in tien en honderde duisende ure se aaneenlopende werking.
Sweedse duikboot "Gotland".
Stirings is baie ekonomies. Die omskakeling van sonenergie in elektrisiteit deur middel van roering gee dus 'n hoër doeltreffendheid (tot 31, 25%) as hitte -enjins wat op stoom werk. Hiervoor is die "stilering" ingestel op die fokus van die paraboliese spieël, wat die son "volg" sodat sy silinder voortdurend verhit word. Dit was op so 'n installasie in Kalifornië dat die bogenoemde resultaat in 2008 verkry is, en nou is daar 'n konstruksie van 'n groot sonkragstasie op die sterre. U kan dit aan die dop van die hoogoonde heg en dan sal die voortdurende smelt van varkyster ons baie gee … goedkoop energie, want hierdie hitte is nou vermors!
Daar is oor die algemeen net een nadeel aan stilering. Dit kan oorverhit word en dan sal dit onmiddellik misluk. Boonop moet die gas onder hoë druk in die silinder wees om 'n hoë doeltreffendheid te behaal. Waterstof of helium. En dit is 'n buitengewone pasvorm van al sy werkende eenhede en 'n spesiale vet op hoë temperatuur. Die afmetings … die verbrandingskamer is nie nodig nie. Stirling kan nie sonder haar lewe nie! En dit is 'n ekstra volume en 'n stelsel van isolasie en verkoeling!
Soryu is 'n Japannese duikboot wat deur Stirling -enjins aangedryf word.
Die verandering in prioriteite sal egter waarskynlik die weg baan vir die Stirling -enjins. As ons omgewingsvriendelikheid op die voorgrond stel, is dit moontlik om vir een keer vir altyd die binnebrandenjin te groet. Daarbenewens word groot hoop op hulle gevestig vir die oprigting van belowende sonkragaanlegte. Hulle word reeds gebruik as outonome kragopwekkers vir toeriste. En sommige ondernemings het die produksie van pund, wat werk uit 'n konvensionele gasoondbrander, gevestig. NASA oorweeg ook opsies vir kragopwekkers op Stirling wat deur kern- en radio-isotoop-hittebronne aangedryf word. In die besonder word beplan om hierdie styl, tesame met 'n elektriese kragopwekker, te gebruik in die ruimte -ekspedisie na Titan wat deur NASA beplan is.
"Ek rommel" - die uitleg.
Dit is interessant dat as u die Stirling -enjin in die omgekeerde modus begin, dit wil sê, die vliegwiel van 'n ander enjin draai, dan werk dit as 'n verkoelingmasjien (omgekeerde Stirling -siklus), en dit was hierdie masjiene wat baie effektief was vir die vervaardiging van vloeibare gasse.
Nou, aangesien ons 'n militêre terrein het, let ons op dat Stirlings in die 60's van die vorige eeu op Sweedse duikbote getoets is. En in 1988 word die Stirlings die belangrikste enjin van die duikboot van die Nakken-klas. Saam met hulle vaar sy meer as 10 000 uur onder water. Die "Nakken" is gevolg deur die reeks duikbote van die tipe "Gotland", wat die eerste duikbote geword het wat toegerus is met Stirling -enjins, wat hulle in staat stel om tot 20 dae onder water te bly. Vandag het alle duikbote van die Sweedse vloot roermotors, en Sweedse skeepsbouers het die oorspronklike tegnologie vir die installering van sulke enjins op konvensionele duikbote uitgewerk deur 'n ekstra kompartement met 'n nuwe aandrywingstelsel daarin te sny. Hulle werk op vloeibare suurstof, wat dan in die boot gebruik word om asem te haal, en daar word opgemerk dat hulle baie lae geraasvlakke het. Bogenoemde tekortkominge (grootte en verkoelingsprobleem) op 'n duikboot oorlogskip is nie beduidend nie. Die voorbeeld van die Swede was vir die Japannese waardig om aandag te gee, en nou is die Stirlings ook op die Japannese duikbote van die "Soryu" -klas. Dit is hierdie enjins wat vandag beskou word as die mees belowende all-mode enjins vir 5de generasie duikbote.
En so lyk die styl van 'n student van die Penza State University Nikolai Shevelev.
Wel, nou 'n bietjie oor watter soort … 'slegte jeug' ons het. Op 1 September kom ek by studente - toekomstige ingenieursingenieurs, ek vra tradisionele vrae, wat hulle lees (feitlik niks!), Waarvoor hulle mal is (hiermee is die situasie nie veel beter nie, maar meestal is die bene besig, nie die hoof nie!), watter tegniese tydskrifte is hulle bekend - "Young Technician", "Model Designer", "Science and Technology", "Popular Mechanics" … (geen!), en dan vertel een student dat hy lief vir enjins. Een uit 20, maar dit is al iets! En dan vertel hy my dat hy self die Stirling -enjin gemaak het. Ek weet hoe om so 'n enjin uit 'n gewone blikblik te maak, maar toe blyk dit dat hy iets baie meer effektief gedoen het. Ek sê: "Bring dit!" - en hy het gebring. "Beskryf hoe jy dit gedoen het!" - en hy beskryf, en ek hou so baie van sy "opstel" dat ek dit hier aanbied sonder enige veranderinge of afkortings.
Die begin van die werk is 'kreatiewe chaos'.
'Ek het nog altyd van die tegnologie gehou, maar veral van die enjins. Ek is met groot belangstelling besig met onderhoud, herstel en aanpassing. Nadat ek geleer het oor die Stirling -enjin, was ek gefassineer deur dit soos geen ander enjin nie. Die stylwêreld is so uiteenlopend en groot dat dit eenvoudig onmoontlik is om alle moontlike opsies vir die uitvoering daarvan te beskryf. Geen ander enjin bied so 'n verskeidenheid in terme van ontwerp nie, en bowenal die vermoë om dit self te maak.
Ek het idees gehad om 'n model van 'n enjin te maak uit 'n blik en ander geïmproviseerde middele, maar dit was nie in my reëls om 'in elk geval en van wat dit gekry het' te doen nie. Daarom het ek besluit om hierdie taak ernstig op te neem, om te begin met teoretiese voorbereiding. Ek het die literatuur op die internet bestudeer, maar die soektog het nie die gewenste resultaat opgelewer nie: resensie -artikels en video's, die gebrek aan tekeninge vir die modelle van hierdie enjin. Die voltooide modelle is teen 'n te hoë prys verkoop. Daarbenewens 'n groot begeerte om alles self te maak, die beginsel van werking te verstaan, ontfouting en toetse uit te voer, nuttige werk uit hierdie enjin te kry en selfs die gebruik daarvan in die ekonomie te probeer vind.
"Besigheid verander!" (Hy was 'n slim student en het die hele werk as 'n aandenking verfilm. Huidige, burgerlike, dokumentêre fotografiese bewyse … en hier is hulle!)
Ek het rondgevra op die forums, en hulle het die lektuur met my gedeel. Dit was die boek "Stirling Engines" (Skrywers: G. Ryder en C. Hooper). Dit weerspieël die hele geskiedenis van hierdie tipe enjinbou, waarom die vinnige ontwikkeling opgehou het en waar hierdie enjins nog steeds gebruik word. Uit die boek het ek meer geleer van al die prosesse wat in die enjin plaasvind, die antwoorde gevind op die vrae wat van belang is. Dit was interessant om te lees, maar ek wou oefen. Natuurlik was daar geen tekeninge van motorhuismodelle, sowel as op die internet nie, natuurlik, behalwe vir 'n model uit 'n blik en skuimrubber.
Tot my groot geluk het die persoon wat die stylmodelle verkoop het, 'n kursus oor die maak van sulke modelle geplaas; hy het dit destyds vir $ 20 opgestel, het ek aan hom geskryf en die kursus betaal. Nadat ek na al die video's gekyk het, waarin elkeen 'n sekere tipe stilering verduidelik het, het ek besluit om presies die hoë temperatuur-stilering van die gamma-tipe te doen. Aangesien hy my interesseer met sy ontwerp, kenmerke en voorkoms. Uit die videokursus het ek die benaderde verhouding tussen die silinderdiameter, die suierdiameters, die speling, die ruwheid, die materiaal wat gebruik moet word by die vervaardiging, 'n paar nuanses van die konstruksie, geleer. Maar nêrens was die grootte van die skrywer se enjins beskikbaar nie, slegs ongeveer die verhouding tussen die groottes van die nodusse.
Ek woon self in 'n dorp, kan 'n mens in die voorstede sê, my ma is 'n rekenmeester, en my pa is 'n timmerman, so dit was op die een of ander manier onvanpas om hulle te raadpleeg vir die bou van 'n enjin. En ek het my na my buurman, Gennady Valentinovich, gewend vir hulp, hy het gewerk by die ineengestorte KZTM -aanleg in Kuznetsk.
Oor die algemeen het Gennady Valentinovich die volgende dag vir my 'n aluminiumblankie van ongeveer 1 m lank en ongeveer 50 mm in deursnee vir my gebring. Ek was baie bly, het die spasies wat ek nodig gehad het, afgesaag, en die volgende dag het ek skool toe gegaan om die verwarmer en yskas vir my binnebrandenjin te probeer skerp maak. Ek het skerpgemaak op 'n opleidingsdraaibank (waaraan oupa Lenin gewerk het).
Daar was natuurlik geen akkuraatheid nie; die buitenste deel van die verwarmer was redelik goed, maar die silindriese deel self onder die suier was op 'n kegel. Trudovik het aan my verduidelik dat die vervelige snyer buig, aangesien die masjien vir sulke dinge taamlik klein en swak is. Die vraag het ontstaan wat ek volgende moet doen … Dit was gelukkig dat my ma destyds as rekenmeester by 'n private onderneming gewerk het, wat 'n voormalige motorherstelfabriek was. Valery Aleksandrovich (die direkteur van hierdie plant) was 'n wonderlike persoon en het my baie gehelp; ek was reeds voorsien van 'n professionele Sowjetmasjien en 'n draaier wat my gehelp het. Dinge het lekkerder gegaan, en letterlik 'n week later was amper alles gereed, die montering van die motor het begin. Daar was interessante oomblikke in die konstruksie, byvoorbeeld: die as waarop die vliegwiel ingedruk is, is aan die werkswinkel vir presisiemeganika by 'n ander fabriek gegee (om die nodige akkuraatheid vir die laers te verkry); die yskas is op 'n draaibank geslyp, en die plekke vir die bevestigingsmiddels is gemaak met 'n freesmasjien, die vliegwiel is op 'n slypmasjien gemaal. Dit was vir my baie interessant en opwindend. Die werkers by die fabriek het gedink ek is 'n student en skryf 'n soort wetenskaplike werk. Ek het tot laat die aand by die fabriek gesit, en hulle het my huis toe gebring in Valery Alexandrovich se amptelike motor. Die enjin is in 'n groot groep fabriekswerkers ingeskakel, almal was baie geïnteresseerd. Die bekendstelling was suksesvol, maar die enjin was swak.
Die resultaat kroon die ooreenkoms! Die hoek van die staanplek is tydens die toets verbrand.
Tekortkominge is aan die lig gebring, die plastiek skarniere is vervang met fluoroplastiese, die vliegwiel is ligter en gebalanseerd, die suier het 'n fluoroplastiese bevestiging gekry vir 'n laer hitte -oordrag, en die yskas het 'n groter verkoeling gebied. Na die fyn afstelling het die enjin sy tegniese prestasie aansienlik verbeter.
Ek was self verheug. As vriende by my huis kom, is die eerste ding wat hulle doen om na hom te kom, hom te vra. Gennady Valentinovich het gery om die styl aan sy werk te wys, almal was baie geïnteresseerd, hulle hoef nie eers iemand te bel nie, almal kom nader, kyk en stel belang."
Die naam van die jong man is Nikolai Shevelev, en hy is die hoof van die groep. Ek het hom na die dekaan geneem, en ons drie het baie lekker gesels. En dan onthou ek die statistieke dat slegs 2% van die wêreldbevolking genoeg is om die mensdom op die pad van wetenskaplike en tegnologiese vooruitgang te bevorder. Ek het die totale aantal studente getel en besef dat … u nie te veel hoef te bekommer nie. Met mense soos Nikolai sal vordering steeds vir ons gewaarborg word!
