Движок стирлинга

Расположено на веб-сайте 12.03.2009.

5 Вступление КАФЕДРЫ ПРОГНОЗОВ

двигатель стирлингаХороший денек, почетаемые читатели.

Наша серия выпусков про авто была бы не полной, если б не разглядели авто на движке наружного сгорания, которые были выдуманы в 1816 году шотландским священником Робертом Стирлингом.

Побудительным мотивом изобретателя было неограниченное количество травм, которые получали рабочие на производствах эры промышленной революции в Великобритании.

История техники докладывает только об одном опыте строительства автомобилей

на базе использования этого мотора. Это вышло в 1972 году. Изображения этого автомобиля я не нашёл, зато отыскалась очень увлекательная статья русского инноваторского центра, которую я с наслаждением представляю сейчас.

Для квалифицированного чтения предлагаю маленькой общеобразовательный экскурс в эту область, которую я оформил в виде дайджеста из нескольких цитат.

Цитата: «…двигатель Стирлинга — одна из самых узнаваемых альтернатив паровой машине. Но в то время стирлинги не отыскали развития из-за низкой надежности и относительно низких характеристик. И о их практически запамятовали. Но в 1938 году по инициативе известной голландской компании Philips работа над стирлингами возобновилась. Инженеры компании решили приспособить автономные движки для привода генераторов в «неэлектрифицированных» районах — чтоб продавать там свои радиотовары. Расчеты проявили, что на теоретическом уровне КПД мотора Стирлинга существенно выше других моторов. Стирлинги отличались бесшумной работой, экономичностью и всеядностью: головка цилиндров могла обогреваться и дровами, и углем, и даже солнечными лучами. А стационарное «наружное горение» определяло высшую экологичность. В 1945 году инженеры конторы Philips отыскали стирлингу оборотное применение — раскрутив вал мотора электромотором, они вызвали остывание головки цилиндров до минус 190°С! Эта особенность мотора Стирлинга отыскала применение в промышленных холодильных установках. А в 1972 году был построен экспериментальный автомобиль с 4-х цилиндровым стирлингом, но далее тестов дело не пошло. Но южноамериканское аэрокосмическое агентство NASA отыскало возможность использовать стирлинги в составе электрических станций для работы в космосе…»Различают движки наружного сгорания: паровой двигатель, паротурбинный двигатель, двигатель Стирлинга

Моторы Стирлинга. ВИДЕ0КЛИП

двигатель стирлингадвигатель стирлинга

Источник тепла нагревает газ в правой части теплообменного цилиндра. Газ разширяется и через трубку оказывает давление на рабочий поршень. Поршень опускается, толкает шатун и поворачиает маховик. При всем этом сразу в право двигатется вытеснительный поршень. Он теснит газ из нагревающейся части теплообменного цилиндра в его прохладную часть, которая имеет охлаждающееся оребрение. Теплообменный поршень заполнен теплоизолирующим материалом. Газ остывает, создавая оборотное усилие на рабочий поршень, поршень движется вверх и цикл повторяется с начала.

двигатель стирлинга

Стирлинга двигатель, двигатель наружного сгорания, двигатель с наружным подводом и регенерацией термический энергии, преобразуемой в полезную механическую работу. С. д. назван по имени британского изобретателя Р. Стирлинга (R. Stirling; 1790-1878), который в 1816-40 сделал двигатель с незамкнутым циклом, работавший на подогреваемом воздухе. двигатель имел неидеальный регенератор (теплообменник), был массивным и тяжёлым, вследствие чего не нашёл внедрения. Современый С. д. работает по замкнутому регенеративному циклу (циклу Стирлинга), состоящему из поочередно чередующихся 2-ух изотермических и 2-ух изохорических процессов. Рабочее тело С. д. — гелий либо водород под давлением 10-14 Мн/м2 (100-140 кгс/см2) — находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется, а только изменяет объём при нагревании и охлаждении. Регенератор вроде бы делит это место на верхнюю (жаркую) и нижнюю (прохладную) полости (рис. 1). К верхней полости тепло подводится от нагревателя, от нижней отводится охладителем, в каком циркулирует вода. В цилиндре С. д. находятся 2 поршня — рабочий и вытеснитель. Жгучая и прохладная полости соединяются меж собой каналами, проходящими через нагреватель, регенератор и охладитель. Рабочий цикл С. д. осуществляется за 4 такта (рис. 2).

Отношение мощности к массе у мотора Стирлинга сравнимо с аналогичным показателем дизельного мотора с турбонаддувом. Удельная мощность на выходе такая же, как и у дизельного мотора. Вращающий момент фактически не находится в зависимости от скорости. двигатель Стирлинга реагирует на конфигурации нагрузки аналогично дизелю, но просит более сложной системы регулировки, он более сложен, чем обыденные термические движки. Цена его производства выше цены производства ДВС, но, расходы на эксплуатацию еще меньше

Технологии, разработанные в 1816 году шотландцем Робертом Стирлингом, работают и сейчас! Цикл Стирлинга употребляет наружный источник тепла, которым может быть что угодно — сгорающий бензин, солнечная энергия либо даже тепло, производимое компостными микробами. Снутри цилиндров горения горючего нет!!! Главные свойства мотора Стирлинга — экономичность, низкие уровни производимых при работе шумов и вибраций, возможность использовать разные виды горючего и малая токсичность отработавших газов. Сейчас движки Стирлинга употребляются исключительно в неких очень специализированных областях, к примеру, в подводных лодках либо как вспомогательные генераторы на яхтах, где требуется тишь.

двигатель стирлингадвигатель стирлингадвигатель стирлинга

Флэш с веб-сайта.

Ещё одна цитата: «…Развитие хоть какой техники идёт оковём неуклонного её усложнения, и, невзирая на возросшую себестоимость, оно всегда, прямо либо косвенно, оправдывает себя. Есть способности усовершенствования и двухтактных ДВС, устанавливаемых, в главном, на байках. Они выдают существенно огромную чем четырёхтактные ДВС мощность и разгонную динамику за счёт наименьшего холостого хода поршней и сопутствующего ему сопротивления инерции и трения.

Но сегодняшние двухтактники более «прожорливые», потому что вкупе с отработавшими газами в выхлопную трубу у их вылетает часть топливовоздушной консистенции, поступающей в это время в цилиндр для следующего сжигания. Разумно к существующему циклу добавить краткосрочную фазу принудительной (при помощи турбо наддува) вентиляции цилиндра, отчасти охлаждающей его изнутри обычным воздухом в исходный момент оборотного хода поршня, с тем, чтоб предупредить выбросы и обеспечить усовершенствованные условия сгорания более обогащённой топливовоздушной консистенции, впускаемой в цилиндр только после закрытия выпускного клапана.

Время от времени на подводных лодках и в космосе, в шахтах и тоннелях, на массивных электрических станциях и в комнатных критериях, уже употребляются очень экологичные движки Стирлинга, изобретённые аж в 1817 году. У их в полностью замкнутом пространстве под огромным давлением (200-500 атмосфер) инертный газ (гелий) греется от печки с наружным подводом тепла (расширяется), а с другой стороны цилиндра, уже в особенном холодильнике, он же охлаждается, т. е. уменьшает собственный объём. Возникающая разница давления над поршнем и под ним толкает этот поршень, потом в работу вступают другие цилиндры либо употребляется припасённая энергия вращающегося маховика. Заместо поршней могут работать и турбины.

«Стирлинг» может работать на любом горючем: твёрдом, водянистом, газообразном, от энергии солнца, атомного реактора и, вообщем, от всех источников тепла, даже не связанных с горением.(выделено КП) Благодаря высокому наибольшему вращающему моменту на низких оборотах «Стирлинг» способен преодолевать значимые перегрузки и при всем этом, в отличие от обыденных моторов, он не глохнет, и позволяет обойтись даже без коробки либо вариатора.

Сравнительная мощность, КПД, экономичность, нетребовательность к горючему и смазке, неприхотливость и простота обслуживания, универсальность внедрения, бесшумность, лёгкий пуск в прохладное время года, долговечность, малый удельный вес и компактность, низкая себестоимость, надёжность и многие другие характеристики прибыльно отличают моторы Стирлинга от обычных движков внутреннего сгорания.
Производители серийных автомобилей практически не интересуются владеющими воистину умопомрачительными чертами «Стирлингами» из-за сравнимо неспешной их разгонной динамики. Но в той же гибридной силовой установке в паре с электродвигателем (через бесступенчатый вариатор) «Стирлинг» полностью бы мог прижиться на любом автомобиле. (ВЫДЕЛЕНО КП)

Ввиду прогрессирующего роста цен на нефть и неминуемого глобального энергетического и экологического кризиса есть смысл почаще ворачиваться к самым разным методам экономии горючего, пусть несколько подзабытым, но, с привлечением современных технологий, открывающих очень перспективные перспективы…»

Ещё одна цитата: «…Движки Стирлинга посодействуют развивающимся странам
Размещено: 26.10.2006, 11:15

двигатель стирлингаЮжноамериканская компания Infinia до конца текущего года рассчитывает окончить разработку конструкции новых электрогенераторов для развивающихся государств, построенных на базе так именуемых движков Стирлинга.

двигатель Стирлинга (наружного сгорания) представляет собой термическую машину, способную работать от хоть какого источника тепла, к примеру, от сжигаемого горючего либо энергии солнечных лучей. 1-ые простые движки наружного сгорания были известны ещё в конце XVII века, но в первый раз запатентовал их шотландский священник Роберт Стирлинг 27 сентября 1816 года. Механизм работы мотора Стирлинга заключается в повсевременно чередующихся циклах нагрева и остывания газа в закрытом цилиндре. При нагреве газ расширяется и двигает рабочий поршень. Этот поршень опускается, толкает шатун и поворачивает маховик. Сразу меняется положение так именуемого вытеснительного поршня, который перемещает газ из нагретой в прохладную зону. Газ остывает и делает оборотное усилие на рабочий поршень. Вытеснитель потом перемещает газ в жаркую зону, и весь цикл повторяется. В роли газа может употребляться обыденный воздух, водород либо гелий.

Движки Стирлинга разрабатывались в качестве кандидатуры паровым машинам, котлы которых часто взрывались из-за очень высочайшего давления либо некачественных материалов. Но в компании Infinia считают, что движки наружного сгорания, сделанные ещё два века вспять, могут отыскать применение и в наши деньки. Установка, разрабатываемая спецами Infinia, будет использовать энергию Солнца. В отличие от обычных солнечных батарей, коэффициент полезного деяния которых составляет от 12 до 15 процентов и изредка добивается 22 процентов, КПД установки Infinia на базе мотора Стирлинга будет составлять более 24 процентов.

Как докладывает CNET News, в установке Infinia будет применяться особая «тарелка» для аккумуляции солнечной энергии, которая будет нагревать газ и приводить в действие двигатель Стирлинга. Мощность всей установки составит около трёх кв. Коммерческие поставки электрогенераторов компания Infinia планирует начать в 2008 году. Об их цены пока ничего не сообщается…»

Перечень веб-сайтов по этой теме:
ttp://www.geocities.com/Yosemite/Rapids/2068/TW.html
http://m.webring.com/hub?ring=stirling
http://www.geocities.com/Yosemite/Rapids/2068/dlink.html
http://www.hotairengines.com/hot_air_engines.htm.
http://www.infiniacorp.com/main.htm

Приятного чтения,

Юрий Даниловский.

Российский Stirling. Новые способности старенькых систем.
Под редакцией — Сергей Иванов © «The Russian Engineering»
Применены материалы порталов
ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологии» http://stirling.ru и SOLO http://www.stirling-engine.de

Машины Стирлинга — это машины, работающие по замкнутому термодинамическому циклу, в каком циклические процессы сжатия и расширения происходят при разных уровнях температур, а управление потоком рабочего тела осуществляется методом конфигурации его объема. В качестве рабочего тела употребляются газообразные природные вещества (гелий, азот, сухой воздух и др.). Термодинамический цикл рассматриваемых машин был предложен в 1816 году шотландцем Робертом Стирлингом. С середины 19 века словосочетание «машина Стирлинга» стало обширно употребляться как в традиционной термодинамике, так и бытовом обиходе. Цикл Стирлинга состоит из 2-ух изотерм и 2-ух изохор. Наличие 2-ух изотерм определяет равенство термодинамической эффективности безупречного цикла Стирлинга и цикла Карно. Потому машины, работающие по циклу Стирлинга, одни из самых высокоэффективных машин в мире. К плюсам машин, работающих по циклу Стирлинга, следует отнести высшую степень экологической чистоты как самих рабочих тел машин Стирлинга, так и отработанных сред, возникающих при их эксплуатации, также энергетическую эффективность.

Машины СТИРЛИНГА — новое перспективное направление в развитии российского машиностроения.

До недавнешнего времени системы автономного энергоснабжения, использовавшие классические тепломеханические агрегаты, удовлетворяли существующему уровню развития общества и техники. Но обострение общенациональных, глобальных заморочек, требующих срочного решения (истощение природных ресурсов; надвигающийся энергетический кризис; загрязнение среды; уменьшение озонового слоя Земли; усиление «парникового эффекта» и т.д) привело к необходимости принятия в конце XX века ряда больших интернациональных и русских законодательных актов в области экологии, природопользования и сбережения энергии. Главные требования этих законов ориентированы на сокращение выбросов СО2, прекращение производства озоноразрушающих веществ и фреона R-12, как холодильного агента для парокомпрессионных холодильных машин (ПКХМ), ресурсо — и сбережение энергии, перевод автотранспорта на экологически незапятнанные моторные горючего и т.д..

Большие масштабы, удорожание производства топливно — энергетических ресурсов и растущее загрязнение среды выдвинули на 1-ый план задачку поиска новых технологий энергопреобразования, разработки новейшей техники на базе высокоэффективных термодинамических циклов, внедрение новых видов горючего, новых рабочих тел и т.д., другими словами создание таких экологически незапятнанных энергосистем, которые бы обеспечивали ублажение нужд индустрии и населения при малых издержек вещественных ресурсов. Вместе с другими подходами, в решении стоящих перед Русской Федерацией экологических и энергетических заморочек, более многообещающим методом является разработка и обширное внедрение энергопреобразующих систем на базе машин, работающих по прямому и оборотному циклам Стирлинга (машины Стирлинга).

В текущее время создано огромное количество компоновочных схем и конструктивного выполнения отдельных узлов машин Стирлинга. Так, только одних приводов понятно более 18 типов. Но более обширное распространение получили машины Стирлинга, выполненные по a , b , g — схемам. Конструктивно, машины Стирлинга представляют собой удачное сочетание в одном агрегате компрессора, детандера и теплообменных устройств: теплообменника нагрузки (нагревателя либо конденсатора), регенератора и холодильника.

На последних европейских и глобальных форумах по современному состоянию и перспективам развития машин, работающих по циклу Стирлинга, отмечалось, что разработка производства машин Стирлинга за рубежом стопроцентно освоена. Решены трудности уплотнений двигающихся деталей, выбора материалов, пайки теплообменников и т.д. Ввиду этого, вместе с обычным применением движков и криогенных машин Стирлинга для военных целей (переконденсация низкокипящих жидкостей, остывание сенсоров инфракрасного излучения, анаэробных систем автономного энергоснабжения и т.д.), многообещающими направлениями числятся применение холодильных машин Стирлинга на уровне умеренного холода для хранения пищевых товаров и систем кондиционирования воздуха, внедрение движков Стирлинга в когенерационных установках, термических насосах в системах децентрализованного теплоснабжени и т.д.

Доказательством растущего энтузиазма к машинам Стирлинга служит тот факт, что начиная с 1982 года раз в пару лет проводится интернациональная конференция по движкам Стирлинга, а в г. Оснабрюк (Германия) раз в два года проходит Европейский форум по движкам Стирлинга. Не считая того раз в год в США проходит конференция, посвященная преобразованию разных видов энергии, на которой работает секция по движкам Стирлинга. В Англии сотворено общество по исследованию движков Стирлинга, членами которого являются выше 300 ученых всего мира. Обществом ежеквартально, начиная с 1996 года, издается журнальчик » UK Stirling News «. В США ежеквартально, начиная с 1978 года, издается журнальчик » Stirling Machine World «. Раз в год издается одна-две книжки, посвященные машинам Стирлинга.

Принципными особенностями цикла Стирлинга являются:

-цикл характеризуется нестационарными во времени параметрами потоков рабочего тела в каждой точке системы. Фактически это значит, что машина Стирлинга, рабочие полости которой входят в один объем, безизбежно должна быть машиной с повторяющимся конфигурацией объемов сжатия и расширения, т.е. поршневой машиной. В виду этого преимущественные области внедрения таких машин — малые и средние мощности;
-цикл предназначен только для работы с газообразным рабочим телом. Чтоб размеры машин при данной мощности были применимы, а наружный и внутренний термообмен рабочего тела в этих критериях проходил довольно отлично, давление в машине должно быть значительно выше атмосферного. По этим же причинам рабочее тело обязано иметь малую вязкость, может быть огромную теплопроводимость и теплоемкость, не много зависящую от давления (по другому возникнут огромные собственные утраты в регенераторе вследствие разных термических эквивалентов теплообменивающихся потоков);
-в цикле регенерация тепла позволяет работать в большенном интервале температур (верхняя и нижняя температуры цикла) при относительно малых отношениях давлений сжатия и расширения;
-для реализации цикла в качестве рабочих тел могут быть применены водород, гелий, азот, воздух и другие газообразные вещества. Внедрение в качестве рабочего тела газов с высочайшим значением газовой неизменной (R), к примеру водорода либо гелия, позволяет получать в машинах Стирлинга эксергетический* к.п.д. выше 50%;
-универсальность цикла, на его базе может быть создание как преобра-зователей прямого цикла, так и оборотного цикла.

· ( примечание КП. Про «эксергетические способы анализа»,: это подход, опирающийся на внедрение термодинамических потенциалов при анализе процессов перевоплощения энергии в системе см. 1,2,3.)

Цикл Стирлинга в преобразователе прямого цикла состоит из 4 процессов: — процесс изотермического сжатия, теплота от рабочего тела с температурой Т сж передается окружающей среде; — процесс при неизменном объеме, теплота от насадки регенератора передается рабочему телу; — процесс изотермического расширения, теплота от наружного источника с температурой Т max передается рабочему телу; — процесс при неизменном объеме, теплота от рабочего тела передается насадке регенератора.

Цикл Стирлинга в преобразователе оборотного цикла также состоит из 4 процессов. Различие с движком заключается в том, что температура наружного источника, от которого подводится теплота в процессе расширения, ниже, чем температура рабочей воды, отводящей теплоту в процессе сжатия. В случае холодильной машины, теплота отводится из прохладной полости в процессе расширения 3 ’-4’. Работа сжатия (площадь 1-2-5-6) как для мотора, так и для холодильной машины одна и та же. Работа расширения (площадь 4’-3’-5-6) в холодильной машине меньше работы сжатия, и для реализации данного цикла нужна энергия, подводимая от наружного источника, эквивалентная площади 1-2-3’-4’. При переходе из полости сжатия в полость расширения в процессе 2-3’ температура рабочего тела миниатюризируется, в а процессе 4’-1 соответственно возрастает.

Машины, работающие по прямому циклу Стирлинга — двигатель Стирлинга

В глобальных обзорах по энергопреобразующей технике, двигатель Стирлинга рассматривается как двигатель, владеющий большими способностями для предстоящей разработки. Малый уровень шума, малая токсичность отработанных газов, возможность работы на раз-личных топливах, большой ресурс, сравнимые размеры и масса, отличные свойства вращающегося момента — все эти характеристики дают возможность машинам Стирлинга в последнее время существенно потеснить движки внутреннего сгорания (ДВС). двигатель Стирлинга относится к классу движков с наружным подводом теплоты (ДВПТ). В связи с этим, по сопоставлению с ДВС, в движках Стирлинга процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров и протекает более сбалансированно, рабочий цикл реализуется в замкнутом внутреннем контуре при относительно малых скоростях увеличения давления в цилиндрах мотора, плавном нраве теплогидравлических процессов рабочего тела внутреннего контура, при отсутствии газораспределительного механизма клапанов. Стоит отметить, что рядом забугорных компаний начато создание движков, технические свойства которых уже на данный момент превосходят ДВС и газотурбинные установки (ГТУ).

90° V-двухцилиндровый мотор Стирлинга Германской компании SOLO » СОЛО Стирлинг 161 »

двигатель стирлингадвигатель Стирлинга является уникальной термический машиной, так как его теоретическая эффективность равна наибольшей эффективности термических машин (эффективность цикла Карно). Он работает за счет термического расширения газа, за которым следует сжатие газа после его остывания. двигатель Стирлинга содержит некий неизменный объем рабочего газа, который перемещается меж «прохладной» частью (обычно находящейся при температуре среды) и «жаркой» частью, которая обычно греется за счет сжигания хоть какого вида горючего либо других источников теплоты. Нагрев делается снаружи, потому двигатель Стирлинга относят к движкам наружного сгорания. К началу 90-х годов прошедшего столетия работы по созданию движков Стирлинга проводились такими известными фирмами, как ‘Philips» (Нидерланды), «Дженерал моторс Co», «Форд Motor Co», «NASA Lewis Research Center», «Los Alamos National Laboratory» (США), «MAN-MBW» (Германия), «Митсубиши Electric Corp.», «Toshiba Corp.» (Япония). В течение последнего десятилетия к работам по созданию движков Стирлинга приступили также в «Daimler Benz» и «Cummins Power Generation» (СPG) и ряд других больших компаний.

Машины, работающие по оборотному циклу Стирлинга — холодильные машины Стирлинга.

Одним из более многообещающих направлений развития холодильной техники в XXI веке является создание и применение холодильных машин Стирлинга умеренного холода (ХМС УХ). На теоретическом уровне эффективность холодильных машин Стирлинга умеренного холода равна эффективности безупречной холодильной машины, работающей по циклу Карно. В качестве рабочих тел для машин Стирлинга оборотного цикла могут применяться вещества, стопроцентно отвечающие требованиям Венской конвенции по охране озонового слоя и Монреальского протокола по озоноразрушающим субстанциям. Потому обширное внедрение холодильных машин Стирлинга умеренного холода уже в последнее время позволило бы в комплексе «эффективность + экологи-ческая чистота» решить делему сотворения соответственных современным требованиям систем холодоснабжения. Современный спектр производства данных машин колеблется от 1 до 100 кВт, что обеспечивает их внедрение в системах холодоснабжения в почти всех областях индустрии и торговле. Преимуществами ХМС УХ являются: высочайшее значение холодильного коэффициента, широкий спектр использования в области умеренного холода (от 0 до -80 0С) и экологическая чистота рабочих тел (гелий, водород, азот, воздух). За рубежом уже начато серийное создание холодильных машин Стирлинга умеренного холода по собственной эффективности и экологической чистоте превосходящих имеющиеся холодильные машины, работающие по другим циклам, в том числе и парокомпрессионные холодильные машины.

Анализ современной забугорной научно-технической инфы позволяет утверждать, что в промышленно продвинутых странах в последние 10 лет начались насыщенные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по подготовке к серийному производству холодильных машин Стирлинга. Уже на данный момент на забугорные рынки начало поступать новое холодильное оборудование с внедрением машин данного цикла. Броским примером перспективности холодильных машин Стирлинга является начало серийного производства с 2004 года таким гигантом, как южнокорейская компания «LG Electronic Inc» домашних холодильников на базе холодильных машин Стирлинга с линейным приводом.

Трудности сотворения высокоэффективных машин Стирлинга.

Забугорный опыт сотворения современных высокоэффективных машин Стирлинга указывает, что без четкого математического моделирования рабочих процессов и рационального конструирования главных узлов, доводка проектируемых машин преобразуется в долголетние изнурительные экспериментальные исследования. В текущее время западные конторы, ведущие разработки в данной области, в главном опираются на теоретические и экспериментальные исследования собственных научных подразделений, технических институтов либо делают технопарки по разработки отдельных типов машин Стирлинга. Дальше, это сложность конструктивного выполнения отдельных узлов, задачи в области уплотнений, регулирования мощности и т.д. Особенности конструктивного выполнения обуславливаются используемыми рабочими телами. Так, к примеру, гелий, обладает сверхтекучестью, что определяет завышенные требования к уплотняющим элементам рабочий поршней, штока вытеснителя и т.д. Формирование вида многообещающих, предполагаемых к производству машин Стирлинга нереально без разработки новых технических решений главных узлов. 3-я неувязка — это высочайший уровень технологии производства. Данная неувязка связана с необходимостью внедрения в машинах Стирлинга жаростойких сплавов и цветных металлов, их сварки и пайки. Отдельный вопрос изготовка регенератора и насадки для него, для обеспечения с одной стороны высочайшей теплоемкости, а другой стороны, низкого гидравлического сопротивления. Все это просит высочайшей квалификации рабочего персонала и современного технологического оборудования.

В заключении, говоря о дилеммах сотворения машин Стирлинга, нужно сделать два вывода:
— высочайшая наукоемкость данной области техники является главным сдерживающим фактором широкого распространения машин, работающих по циклу Стирлинга;
— фуррор в разработке конкурентоспособных на мировом рынке машин Стирлинга может быть достигнут только как итог синтеза высочайшего уровня исследований, кропотливой конструктивной проработки главных узлов машин Стирлинга и передовой технологии производства.

Анализ российских разработок в области машин Стирлинга.

Перспективность производства и широкого внедрения машин Стирлинга в разных областях российскей экономики обоснована наличием в Рф более чем 30-ти летнего технологического опыта, скопленного при производстве криогенных газовых машин Стирлинга. Фирмами-производителями холодильного оборудования с криогенными машинами Стирлинга являются ОАО «Машиностроительный завод «Арсенал», НПО «Гелиймаш» и др. Но, стоит отметить, что выпускаемые этими предприятиями КГМ Стирлинга, не являются русскими разработками, а представляют собой копии криогенных машин, ранее выпускаемых голландскими фирмами «N.V. Philips Gloeilampenfabrieken» («Филипс») и «Werkspoor».

В Рф не один раз предпринимались пробы сотворения российских движков и холодильных машин Стирлинга, но они, из-за отсутствия адекватных способов расчета и проблем денежного порядка, сурового фуррора не имели. Так, на АОЗТ «АРСМАШ» с 1991 по 1994 год проводились работы по исследованию многообещающих холодильных установок для авторефрижераторной техники. Проведенный анализ показал, что в качестве более многообещающего холодильного агрегата может выступать только холодильная машина Стирлинга. В виду этого были сделаны бывалые эталоны холодильных машин производительностью до 5 кВт, работающих в спектре от 285 К до 230 К, которые по эффективности и массогабаритным чертам соответствовали современным ПКХМ для авторефрижераторной техники. Была разработана проектно-сметная и конструкторская документация на ее серийное изготовка. Но в связи с общим спадом в экономике и финансовыми трудностями заказчика работы по данному проекту были остановлены.

В 1996 году на ОАО «Машиностроительный завод «АРСЕНАЛ», в рамках контракта с ГП ГОКБ «Прожектор» были начаты работы по теме «Исследование и разработка электроагрегатов на базе многотопливных движков Стирлинга». Обозначенная тема заходила под шифром «Стирлинг» в всеохватывающую НИР «Передвижка», включенную постановлением Правительства РФ от 02.03.96 N 227-15 в муниципальный заказ. Из-за отсутствия реального финансирования из федерального бюджета данные работы не были завершены в полном объеме.

В 1997-1998 гг., на ОАО «МЗ»АРСЕНАЛ» был разработан пакет документов на заявку о включении в Федеральную программку реструктуризации и конверсии оборонных компаний темы: «Разработка и создание производства экологически незапятнанных движков с наружным подводом теплоты, рефрижераторов, термических насосов и анаэробных энергоустано-вок на базе цикла Стирлинга». Проект не предугадывал дополнительных строй работ, так как выпуск новейшей продукции планировалось выполнить за счет загрузки высвободившихся после конверсии производственных мощностей завода. При удачной реализации вышеуказанного проекта планировалось к 2004 го-ду сделать мелкосерийное создание движков и холодильных машин Стирлинга производительностью до 100 кВт. Но, данные работы из-за отсутствия финансирования пока не реализованы.

В текущее время сложилась довольно феноминальная ситуация, которая состоит в том, что Наша родина обладает долголетним опытом и технологией производства машин Стирлинга, но не имеет опыта собственных разработок, серийно выпускаемых машин Стирлинга. Данная ситуация обоснована в главном тем обстоятельством, что в последние 15 лет в Рф из-за экономического кризиса сложилась очень неблагоприятная инноваторская атмосфера, в почти всех русских научных организациях, в каких ранее велись работы по теме сотворения машин Стирлинга, к примеру, МВТУ им. Баумана, ВНИИГТ, ОмПИ (ТУ), СПбГТУ (Политехнический институт), ЦНИДИ и др., исследования из-за денежных проблем были вполне прекращены. В то же время за рубежом конкретно за последние 15 лет были достигнуты более значительные результаты в разработке высокоэффективных машин Стирлинга.

«Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-технологии».

Беря во внимание перспективность машин Стирлинга, спецами ООО «Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг — технологии» в последние годы был проведен ряд теоретико — экспериментальных исследовательских работ, в итоге которых была разработана новенькая методология проектирования и расчета машин данного цикла. Данная методология содержит в себе несколько «ноу-хау», посреди которых: уникальный способ двухуровневой многопараметрической оптимизации машин Стирлинга; структурный синтез машин Стирлинга на базе способа функцио-нально-эксергетического анализа сложных тепломеханических устройств; наилучшее конструирование на базе ТРИЗ ( выделено КП). Разработанная методология проектирования и расчета машин Стирлинга позволяет уменьшить сроки сотворения новых типов машин Стирлинга до 1,5-2 лет, с эффективностью, соответственной наилучшим мировым аналогам

На основании предложенных технических решений, спецами ООО «Инновационно — исследовательский центр «Стирлинг — технологии» только за 1994-2003 году было подано более 150 заявок на предполагаемые изобретения. Повышенное внимание уделялось проработке отдельных узлов машин Стирлинга и их конструктивного выполнения, также, созданию новых принципных схем установок различного многофункционального предназначения. Практика показала, что наилучшее конструирование позволит в значимой степени сокра-тить суммарную удельную цена машин при их опытнейшем изготовлении и серийном производстве. Предлагаемые технические решения, с учетом того, что машины Стирлинга наименее дороги в эксплуатации, позволяют повысить их экономическую рентабельность по сопоставлению классическими преобразователями энергии. Предстоящее обширное распространение машин Стирлинга будет связано с развитием теории проектирования многоцилиндровых машин данного цикла, что позволит создавать движки и холодильные машины производительностью до 1000 кВт.

Когенерационные установоки с многотопливными движками Стирлинга.

Стирлинг-когенерация — новенькая разработка для комбинированного производства электроэнергии и тепла, на базе движков Стирлинга, при которой энергия охлаждающей воды и отработанных газов употребляется для нужд теплоснабжения потребителей. Эффективность внедрения мотора Стирлинга в когенерационных установках, по сопоставлению с ДВС, обоснована особенностью его термического баланса. Утраты теплоты с отработанными газами и в охлаждающую воду для мотора Стирлинга составляет, соответственно, 10% и 40%, что с учетом более высочайшего к.п.д. самого мотора, позволяет создавать малогабаритные и высокоэффективные когенерационные установки.

Когенерационная установка мощностью 9,5 кВт электронной энергии и 30 кВт термический энергии.

Достоинства использования когенерационных установок с движками Стирлинга на местном горючем в регионах РФ:

—Независимость от конъюнктуры рынка нефти и природного газа.
—Возможность загрузки местных компаний на создание оборудования для заготовки и переработки местного горючего.
—Отсутствие необходимости сотворения хранилищ для припасов углеводородного горючего и его транспортировки.
—Отсутствие необходимости прокладки и обслуживания электросетей при электрификации отдаленных районов.
—Значительное сокращение расходов региональных бюджетов на закупку привозного горючего.
—Значительное сокращение расходов компаний нефтегазового комплекса на закупку привозного горючего за счет использования в качестве моторного горючего попутного нефтяного газа.

1..Цена 1 кВт/ч производимой электроэнергии при помощи когенерационной установки будет составлять от 30 до 50 коп., что в 2-3 раза дешевле имеющихся тарифов. ( выделено КП)
2..Приблизительно в 2 раза возрастает ресурс преобразователя прямого цикла когенерационной установки, по сопоставлению с ДВС.
3..При сгорании горючего содержание СО в обработанных газах в 3 раза ниже и существенно ниже содержание NO и СH, что соответствует самым жестким мировым экологическим эталонам.
4..Срок окупаемости когенерационных установок 2,5 года.

Модернизация котельных агрегатов в мини — ТЭЦ на базе внедрения мотора Стирлинга.

ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологии» — компания, работающая в области сотворения высокоэффективных нововведений для теплоэнергетического комплекса РФ. Спецами компании разработана новенькая, не имеющая в мире аналогов, разработка перевода имеющихся котельных станций теплоснабжения в мини-ТЭЦ за счет движков Стирлинга.
двигатель стирлинга
Пример сборки оборудования при модернизации котельного агрегата в мини — ТЭЦ на базе внедрения утилизационной установки с движком Стирлинга.

двигатель стирлинга

Без конфигурации имеющейся конструкции котельной станции теплоснабжения, установка в дымопроводе котельного агрегата нагревателя мотора Стирлинга позволяет производить преобразование теплоты уходящих дымовых газов в полезную механическую и электронную энергию. Утилизация теплоты уходящих газов при помощи мотора Стирлинга является более многообещающим направлением увеличения экономичности котельного агрегата. Предлагаемая разработка может быть отлично применена при модернизации котельных различной мощности. Приобретенная электронная энергия может быть применена как для покрытия потребностей в электроэнергии на собственные нужды котельной, так и выработки электроэнергии во внешнюю электросеть. Финансовая эффективность использования утилизационных установок с движками Стирлинга при модернизации котельных станций теплоснабжения:
1.Цена 1 кВтч производимой электроэнергии при помощи утилизационной установки с движком Стирлинга в 8 раза дешевле имеющихся тарифов центрального электроснабжения.
2.Срок окупаемости инвестиций при модернизации котельных в мини-ТЭЦ на базе внедрения утилизационных установок с движком Стирлинга не превосходит 3 лет, зависимо от начальных технико-экономических данных.

Внедрение биомассы при применении мотора Стирлинга.

Пример сборки твёрдотопливной установки с движком Стирлинга ООО «ИИЦ «Стирлинг-технологии».

двигатель стирлинга

Немецкая компания «SOLO Stirling Engine» занимается разработкой систем Стирлинг — Когенерации с конкретным внедрением твердого горючего, в большей степени древесной породы, но сталкивается с некими трудностями, как к примеру удаление шлака из камеры сгорания либо предотвращение спекания частиц горючего. Исследования с помощью Газогенератора летом 1998 проявили, что произведенный там древесный газ, улучшает процесс сжигания твёрдого горючего и смол. Композиция Газогенератора с Стирлинг — Когенерацией является высоко действенным устройством, потому что жаркий газ получаемый из Газогенератора не нуждается в охлаждении для внедрения в Стирлинг — Когенерации.
Спецы ООО «Инновационно — исследовательский центр «Стирлинг — технологии» в Рф, тоже интенсивно занимаются разработкой подобных систем, к примеру проектирование энергоснабжения коттеджного города с внедрением движков Стирлинга, работающих на генераторном газе из торфа. В тоже время ведуться разработки твёрдотопливных установок с движком Стирлинга, работающих на древесной щепе, угле и угольной пыли, торфе, сланцах, отходах сельского хозяйства и навозе, бытовом мусоре и т.д..

Солнечные энергосистемы.

Солнечная версия мотора «Стирлинг 161», Германской конторы SOLO системы (EURODISH).

двигатель стирлингаСолнечная версия мотора Стирлинг 161 употребляется меж тем несколькими производителями в разных исполнениях. На испанском солнечном плато de Алмерию с 1997 работают 6 систем. В рамках поддержанного ЕС проекта в сотрудничестве с Schlaich Bergermann und Partner und MERO Raumsysteme GmbH, не считая всего остального, сейчас строится новое поколение системы Dish Стирлинг 10 кВт. Целью проекта является сокращение стоимостей финансовложений до 5.000 евро / кв. При всем этом опять вступает в действие Стирлинг 161 при модификациях в Receiver, Cavity и корпусе. Свойства нового Dish/Стирлинга системы (EURODISH): номинальная производительность СОЛО «Стирлинг 161» 10,0кВт брутто, поперечник солнечного зеркала 8,5м. В Alanya, центр исследования солнечной энергии Турции сделал Kombassan холдинг — компанию, которая строит на предварительных работах Cummins. Работы очень интенсивны и демонстрируют отличные результаты.

ПОСЛЕСЛОВИЕ КАФЕДРЫ ПРОГНОЗОВ

Вопросы, которые у меня появляются — естественны для избранного контекста обзора истории автопромышленности.

Может ли повториться это техническое решение в критериях современных реалий экономического кризиса, когда все стараются «сберегать»?

Разглядим варианты:

1. Мотор Стирлинга как единственный двигатель для автомобиля. Развитие сценария — «всеядный автомобиль».

Мой ответ — нет. В мире довольно пока и нефти и газа. В производстве и обслуживании бензиновых- дизельных ДВС занято столько людей и капиталов, что гласить о парадоксе «подрыва» я не вижу серьёзных оснований.

2.Может ли быть построен гибрид по схеме «Хоть какое топливо- Мотор — Стирлинга- электромотор»?

Очень схожий сценарий пробовали воплотить в 1965 году в авиации.

Цитата: «…Самолёт Ил-18П был сотворен на базе серийного самолёта Ил-18 в 1965 году. В отличие от макета, на самолёте отказались от использования турбовинтовых движков АИ-20. В качестве силовой установки использовалась разработанная в НИИ Газодинамики им. Стечкина уникальная по своим чертам паротурбинная установка, с прямоточным нагревом пара. Подогретый в паронагревателях пар, разгоняясь в соплах расширительного аппарата, крутил паровую турбину, от вала которой приводился в движение генератор переменного тока. Воздушные винты самолёта приводились в движение от 4 электродвигателей с питанием от генератора. Самолет проектировался в расчете на ядерное горючее….»

Тут в качестве «электростанции» употреблялся агрегат с КПД 15-18%. Естественно, это меньше того, что сулит мотор Стирлинга, но эти сведения в печати колеблются в оценках от 40 до 70%.

Самолёт ИЛ -18П сам по для себя — загадка. У меня есть предположение, что это был некоторый розыгрыш либо специально сделанная дезинформация, утечка которой может отвлечь валютные ресурсы соперников в неэффективное направление.

Такие примеры были в истории техники. К примеру, сначала 70ых годов, было принято решение развивать в СССР вычислительную технику по пути огромных виртуальных машин серии ЕС. Я до сего времени помню прекрасный афоризм собственного педагога по программированию на Ассемблере: «Машины серии ЕС есть лучший пример научно-технической диверсии США против СССР».

Это был тупиковый путь развития вычислительной техники, который средствами западных СМИ и опытными действиями спецслужб стал для нас магистральным и добавил нашего отставания в развитии производства компов. Большие средства были истрачены «не туда».

Может быть ситуация с паровым самолётом есть что-то схожее.

Ответ КП на вариант 2: «чуть ли». Обоснования те же, что и в варианте 1.

3. Может ли быть построен гибрид по схеме «ДВС + рекуперация термический энергии при помощи мотора Стирлинга»? У бензинового- дизельного ДВС 70-75%

энергии горючего уходит в тепло и трение.

Сходу появляется развилка, подвариант А: получить на борту два вида механической энергии: от ДВС и от Стирлинга? подвариант Б : Получить на борту механику от ДВС и электроэнергию для электромотора.

Если вариант Б укладывается в общую концепцию проектирования многих современных гибридных автомобилей, где процессы рекуперации считают, целеполагающими, то варианту А огромного количества примеров устойчивого фуррора привести не могу. двигатель стирлинга

В этих дирижаблях 1958ого и 1966 года использовались ДВА вида подъёмной силы: архимедова и от эффекта Магнуса. Как мы лицезреем, эти технические решения появились после заката эпохи воздухоплавания. И мы ничего не знаем об их настоящих свойствах. Только факты о проведённых НИОКР.

Можно, естественно гласить о том, что Парусно- винтообразное судно либо пароход с гребными колёсами и парусами сразу являются такими примерами, но они всё же не полностью корректны, т.к. энергия ветра в этих этим системах всё-таки находится в Надсистеме и может употребляться независимо, а вариант А, всё-таки предполагает утилизацию термический энергии, которая создаётся снутри ТС в процессе использования.

Говоря о моторах Стирлинга можно надежды на то, что они могут получить импульс развития от кризиса как всеядные мелкие электростанции, но чуть ли они «проникнут» в автомобиль. Окклюзия водорода и гелия, проникновение этих веществ через железные стены, растворение их в металле — явление далековато не академическое, а полностью техническое. Большие рабочие давления в купе с транспортной вибрацией тоже принуждает полагать огромные препядствия с обходом противоречия: «для роста долговечности нужны толстые стены, но это уменьшает теплопередающие возможности стен и наращивает вес мотора».

Мы совершенно не обсудили другое свойство этих умопомрачительных машин. Возможность использовать их и как термические насосы. Это калоритные проявления принципа инверсии, которым изобилует история всех машин, где есть нагревание, но об этом можно гласить часами. Создадим как-нибудь отдельный выпуск об этом.

С почтением,

Ведущий рубрики КП, Юрий Даниловский.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *