Стирлинг-лаборатория • просмотр темы — паровой движок стирлинга альфа-типа

http://www.popmech.ru/part/?articleid=1730

И так я поглядел статью и желаю отыскать в продаже эту штуковину либо отыскать детали, для самостоятельной сборки либо достать чертежи.

«»»

Воздушная машина преподобного Стирлинга

К седьмому небу

Дмитрий Мамонтов

Март 2007

19 сентября 1816 года, выдержав все положенные экзамены и испытательный срок, Роберт Стирлинг был назначен священником церкви Лэй-Кирк в Килмарноке (Шотландия). Но славу он заслужил совсем не чтением проповедей.

двигатель Стирлинга может стать красивым украшением письменного стола

Довольно зажечь спиртовку, и он практически бесшумно, с легким шелестом, раскручивается до рабочих оборотов

Юный пастор отличался незаурядным инженерным талантом. Во время учебы в институте Роберт работал над кандидатурой паровой машине. Легенда говорит, что его целью было уменьшить риск для рабочих: паровые машины нередко взрывались из-за низкого свойства деталей. Через неделю после предназначения в Килмарнок Роберт подал заявку на получение патента на «Устройство для экономии тепла». Конкретно оно послужило сердечком машины, прославившей имя Стирлинга.

Хотя сила пара была известна уже более 100 лет, теория термических машин находилась в зачаточном состоянии. Только в 1824 году Сади Карно опубликовал собственный именитый труд «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», где сделал два принципиальных вывода: во-1-х, движущая сила машин появляется не из поглощенного тепла, а из перекачанного от жаркого тела к прохладному, а во-2-х, мощность машин вырастает с повышением различия температуры меж жарким и прохладным телами.Эти выводы в форме второго начала термодинамики оказали большущее воздействие на конструкцию термических машин.

Но в 1818 году, когда совместно со своим другом Томасом Мортоном и младшим братом Джеймсом Стирлинг выстроил для откачки воды из каменоломни первую машину, работающую без пара (с воздухом в качестве рабочего тела), работ Карно еще не было. Все же Стирлинг совсем интуитивно выстроил двигатель практически с очень вероятной термодинамической эффективностью! В отличие от цикла Карно, рабочий цикл машины Стирлинга состоит из 2-ух изотерм (линий неизменной температуры) и 2-ух изохор (линий неизменного объема). В координатах T-S (температура–энтропия) он смотрится совсем не прямоугольным. Тогда каким же образом удается достигнуть теоретического максимума эффективности? Все дело в том самом патентованном «Устройстве для экономии тепла», либо, как его принято именовать в современной технике, регенераторе.

Машина Стирлинга – это двигатель наружного сгорания, в нем нет клапанов, а рабочее тело остается газообразным и циркулирует в замкнутом объеме. Он может работать при очень малой разнице температур от хоть какого источника тепла – от газовых горелок до солнечных концентраторов и даже тепла рук (последнее обожают показывать педагоги физики во время лекций по термодинамике). Конструкция машин ординарна, газ находится снутри под низким давлением, потому они более неопасны, чем паровые машины. При низких температурах двигатель Стирлинга даже более эффективен (в отличие от ДВС, бензинового двигателя). И он практически бесшумен, что может быть критично в неких случаях (к примеру, при движении субмарин в подводном состоянии).

Есть у этих движков и недочеты. Во-1-х, даже при довольно большенном теоретическом и практическом КПД для реализации большой мощности двигатель должен рассеивать огромное количество тепла, а это приводит к повышению размеров и возникновению массивных радиаторов остывания. Для роста мощности приходится наращивать разницу температур и давление рабочего тела, а это усложняет конструкцию. В отличие от ДВС, он не может «стартовать» сходу – для начала работы ему нужно достигнуть достаточной различия температур меж жаркой и прохладной частями. Вобщем, это типично для всех типов движков наружного сгорания, а «стирлинг» стартует все таки еще резвее, чем, скажем, паровая машина. Мощность работающего мотора Стирлинга очень тяжело оперативно поменять, разве что добавлением рабочего тела (такие решения есть, но приводят к усложнению конструкции). Кстати, воздух далековато не самое действенное рабочее тело. Водород благодаря собственной высочайшей теплопроводимости, теплоемкости и низкой вязкости еще более эффективен, но он имеет тенденцию проникать через уплотнители и к тому же огнеопасен (также достаточно нередко в качестве рабочего тела употребляют гелий).

Таким макаром, если нам не надо нередко запускать и останавливать машину, также поменять ее мощность и при всем этом у нас есть источник тепла, не плохое остывание и неограниченный размер – навряд ли существует что-то более подходящее, чем двигатель Стирлинга.

При жизни изобретателя двигатель не очень удачно пробовал соперничать с паровыми машинами. Один из движков мощностью в полсотни лошадиных сил с КПД около 10% (что превышало аналогичный показатель паровых машин), построенный Робертом и его младшим братом Джеймсом, пару лет проработал в литейном цехе в Данди посреди 1840-х. Потом жаркий цилиндр разорвался: тогда не было жаропрочных сталей, потому сделать надежные и долговременные детали машин из мягенького железа было проблематично. Вобщем, то же самое относилось и к паровым машинам. Может быть, потому Роберт Стирлинг в одном из собственных писем 1876 года особо отмечал значимость изобретения Генри Бессемера – процесса, который позволял получать не мягкое железо, а твердую и крепкую сталь, делающую паровые машины существенно более неопасными. Стирлинг выражал надежду, что сталь даст новейшую жизнь и его «машинам на воздухе». Но узреть этого он уже не успел – 6 июня 1878 года изобретатель погиб в шотландском городе Галстон в Восточном Айршире.

Сначала XX века на сцену вышли движки внутреннего сгорания, и машины Стирлинга, казалось бы, навечно остались в истории. Но в 1950-х к ним вновь появился энтузиазм благодаря голландской компании Philips, создавшей на базе конструкции Стирлинга эффективную криогенную машину (двигатель Стирлинга может работать как термический насос, преобразовывая механическую работу и перекачивая тепло от 1-го тела к другому). На данный момент и движки, и холодильные машины Стирлинга, реализованные на современном уровне, выпускаются многими большими компаниями. Они позволяют использовать хоть какое горючее (и вообщем любые источники тепла) и при всем этом более эффективны (КПД может достигать практически 40–45%) и существенно более экологичны, тихи и надежны, чем ДВС.

Альфа, бета, палитра

Как работает двигатель Стирлинга (альфа-тип): один из цилиндров повсевременно подогревается, а 2-ой охлаждается

Движки Стирлинга по конструкции делятся на три типа. У альфа-типа имеется два цилиндра, жаркий и прохладный, меж которыми размещен регенератор. У мотора бета-типа цилиндр всего один, жаркий с 1-го конца и прохладный с другого. Снутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и вытеснитель, изменяющий объем жаркой полости. Газ перекачивается из прохладной части цилиндра в жаркую через регенератор. У гамма-типа тоже есть поршень и вытеснитель, но при всем этом два цилиндра – один прохладный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а 2-ой жаркий с 1-го конца и прохладный с другого (там движется вытеснитель). Регенератор соединяет жаркую часть второго цилиндра с прохладной и сразу с первым (прохладным) цилиндром.

КПД термических машин

Диаграмма T-S (температура-энтропия) термодинамических циклов

Работа хоть какой термический машины идет по определенному замкнутому термодинамическому циклу, состоящему из 4 процессов: сжатия, подвода тепла, расширения и отвода тепла. Каждый процесс может быть: адиабатическим (изоэнтропическим) – без термообмена с окружающей средой; изотермическим – при неизменной температуре; изохорным (изометрическим) – при неизменном объеме; изобарическим – при неизменном давлении. Зная термодинамический цикл мотора, можно подсчитать его наибольший теоретический КПД без учета трения и других утрат. Посреди всех циклов очень вероятный КПД имеет цикл Карно, состоящий из 2-ух адиабат и 2-ух изотерм, также цикл Стирлинга из 2-ух изотерм и 2-ух изохор (их теоретические эффективности в безупречном случае равны).

«»»(С)

Добавить комментарий

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