Двигатель стирлинга своими картинками

Содержание

1. Что такое двигатель Стирлинга и как его сделать своими руками
2. Конструкция двигателя Стирлинга
3. Как работает двигатель Стирлинга
4. Как сделать самостоятельно
5. Мощный двигатель Стирлинга
6. Схема работы двигателя Стирлинга
7. Три основных варианта двигателя Стирлинга
8. Модификация Альфа
9. Модификация Бета
10. Модификация Гамма
11. Плюсы двигателя Стирлинга
12. Минусы двигателя Стирлинга
13. Коэффициент полезного действия
14. Примеры успешного применения двигателей Стирлинга
15. Видео
16. Двигатель Стирлинга для автономного электроснабжения дома

Что такое двигатель Стирлинга и как его сделать своими руками

Дата публикации: 12 ноября 2019

В 1816 году преподобный Роберт Стирлинг, стремившийся создать более безопасную альтернативу паровым двигателям, котлы которых часто взрывались из-за высокого давления пара и доступных в то время примитивных материалов, изобрёл новое устройство. Как и другие похожие агрегаты, двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию в механическую. Его существенная особенность заключаются в том, что это разновидность двигателя внешнего сгорания. Это значит, что в нём используется фиксированное количество рабочего тела, обычно воздуха, а тепло, потребляемое им, подводится извне. Это позволяет устройству работать практически на любом источнике тепла, включая ископаемое топливо, горячий воздух, солнечную, химическую и ядерную энергию. Он также может работать с очень низкими температурными перепадами.

Конструкция двигателя Стирлинга

Агрегаты бывают разных форм, большинство из которых — варианты четырёх базовых конфигураций, главные их части следующие:

1. Источник тепла. Он может быть любой: от огня, производимого горящим углем или дровами, до солнечной света, концентрируемого гелиостатами, поскольку фактическое сгорание топлива не нужно, используется только разница температур между радиатором и источником тепла.
2. Газ, или рабочее тело, постоянно находится в закрытом баллоне внутри машины. Это может быть гелий, обычных воздух, водород, а также любое другое доступное вещество, которое не меняет своей формы при нагреве и охлаждении. Его основная задача — передать тепловую энергию.
3. Радиатор. Нужен для охлаждения горячего газа.
4. Поршни и цилиндры, между которыми движутся газовые заслонки, которые при нагреве расширяются, а при охлаждении сжимаются перед тем, как весь цикл повторится.
5. Теплообменник, или регенератор. Расположен между радиатором и тепловым источником. Нагретый газ, проходя мимо, отдаёт часть своего тепла, а возвращаясь забирает его. Без этого узла тепло будет уходить, то есть тратиться впустую.

Как работает двигатель Стирлинга

Если рассматривать рабочую схему двигателя Стирлинга на примере альфа-конфигурации, где фиксированное количество воздуха или другого рабочего тела заключено в два цилиндра, один из которых горячий, а другой — холодный, перемещается между ними вперёд и назад. Газ нагревается и расширяется в горячем цилиндре, охлаждается в холодном, там же он сжимается, по ходу отдавая энергию для выполнения механической работы.

Надо отметить, что два поршня соединены с коленчатым валом, но их движения не совпадают по фазе на 90 ° между верхней и нижней частями. Поэтапно это выглядит следующим образом:

1. Рабочее тело, расширяясь от нагрева, толкает горячий поршень к нижней части цилиндра, поворачивая коленчатый вал. Расширение продолжается, заставляя газ двигаться к холодному цилиндру. Поршень внутри холодного цилиндра, который находится на четверть оборота позади горячего поршня, также толкается вниз.
2. Газ в максимальном объёме. Импульс маховика на коленчатом валу толкает поршень в горячем цилиндре к вершине его хода, заставляя большую часть газа попадать в холодный цилиндр, толкая холодный поршень вниз. В холодном цилиндре газ охлаждается, давление падает.
3. Когда горячий поршень достигает вершины своего хода, почти весь газ теперь переместился в холодный цилиндр, где охлаждение продолжается, и рабочее тело сжимается, снижая давление ещё больше, что позволяет холодному поршню подняться. Сила импульса маховика сжимает газ и направляет его обратно к горячему цилиндру.
4. На этом этапе рабочая жидкость, достигая своего минимального объема, подаётся в горячий цилиндр, где начинает толкать горячий поршень вниз. Газ снова нагревается, его давление увеличивается, он расширяется, толкая горячий поршень вниз во время рабочего хода, и цикл начинается снова.

Регенератор, расположенный в воздушном канале между двумя поршнями, не строго необходим в конструкции двигателя Стирлинга, но служит для повышения эффективности двигателя. Обычно это металлическая или керамическая матрица с большой площадью поверхности, способная поглощать или отдавать тепло. С ее помощью можно снизить расход топлива и повысить общую эффективность рабочего цикла. Канал для переноса газа между двумя цилиндрами по существу мертвое пространство, часто он остается максимально коротким.

Двигатели Стирлинга использовались в различных формах с 1930-х годов в качестве движущей силы для целого ряда транспортных средств с двигателями мощностью 75 кВт и более. Несмотря на то, что ранние разработки были предназначены для автомобильной промышленности, из-за своей низкой удельной мощности двигатель Stirling больше подходит для стационарного применения, а в последние годы его стали больше использовать для производства электрической энергии:

1. Идеально подходит для использования небольшими комбинированными теплоэнергетическими установками для сбора отработанного тепла. Генераторы двигателя Стирлинга с выходной электрической мощностью от 1 кВт до 10 кВт доступны для бытового применения, а отработанное тепло используется котлом центрального отопления. Общая тепловая эффективность этих установок может достигать 80%.
2. В некоторых странах такие устройства используются для выработки электроэнергии из тепловой энергии.

Как сделать самостоятельно

Несмотря на кажущуюся простоту, сделать двигатель Стирлинга своими руками в домашних условиях непросто. На это нужно потратить немного времени, уделяя внимание деталям. Никакие станки не потребуются. Вот несколько советов для тех, кто решился на эксперимент.

1. Создание цилиндра. Можно использовать ёмкость из нержавеющей стали, диаметр которой около 95 мм, а высота 235 мм. Этот материал выдерживает сильный нагрев. Не стоит заменять его на алюминиевую банку. Для изготовления диафрагмы подойдёт пластиковая крышка.
2. Охладители. Подойдут нескольких жестяных банок диаметром 150 мм. Чтобы сделать водовыпускное отверстие, можно использовать сантехнические детали.
3. Поршень. Его легко изготовить из проволоки. Понадобится вата, выполненная из нержавеющей стали, которую нужно намотать на сетку из того же материала.
4. Коленчатый вал — самое сложное. Он должен быть прямым с жесткими изгибами. Нужны подшипники, латунные соединители и 4-миллиметровая стальная катанка.
5. Маховик. Стальной круг 4 мм толщиной и 170 мм в диаметре, который нужно навинтить на коленчатый вал.
6. Диафрагма. Понадобится отрезок тонкой резины, её нужно растянуть и нагреть, чтобы придать форму. Как шаблон подойдёт выпуклая пластиковая крышка.
7. Статор. Содержит примерно одинаковые катушки из медной проволоки. Затем их нужно приклеить к фанерному диску, который будет привинчен к боковой части двигателя.

Когда катушки будут готовы, стоит проверить, что у всех одинаковое сопротивление, а провод без разрывов.

Источник

Мощный двигатель Стирлинга

Новые двигатели современного автомобилестроения почти достигли своего пика, кажется уже нечего усовершенствовать. Добавление в систему ДВС турбонаддува повышает мощность, но уменьшает ресурс двигателя, оно и понятно, объем двигателя небольшой, а из него выжимают мощь, как у мотора большего объема, но без турбины. Инженеры автоиндустрии начинают перебирать все возможные направления в развитие двигателестроения. Некоторые разрабатывают супертопливо, некоторые ищут нестандартные конструкции силового агрегата, некоторые планируют создать современный двигатель на базе двигателя Роберта Стирлинга, который был создан в 19 веке. Сейчас продаются сувениры ДВС, купить двигатель Стирлинга можно и на алиэкспресс.

Схема работы двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга — это устройство, которое преобразует внешнюю энергию в полезную механическую. Это достигается за счет изменения температуры жидкости или газа, циркулирующие в замкнутой системе двигателя.

Кто понимает физические законы, тому легко понять принцип работы любого двигателя. Что касается данного силового агрегата, то схема его выглядит следующим образом: внизу устройства устройства находится газ, например, воздух, который нагревается и расширяясь толкает поршень. Затем горячий воздух попадает в верхнюю часть ДВС и охлаждается радиатором. Избыточное давление, которое толкало поршень снижается, и поршень опускается, затем воздух опять нагревается и поднимает поршень. Так повторяются циклы.

Три основных варианта двигателя Стирлинга

Модификация Альфа

Мотор устроен таким образом, что он имеет и горячий цилиндр-поршень, и холодный цилиндр-поршень. Горячий поршень толкается от расширения воздуха, а холодный расположен в системе охлаждения и движется от остывания воздуха.

Модификация Бета

Данная конструкция предполагает, что цилиндр и поршень нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой. Поршень толкает в сторону холодной части, а вытеснитель толкает в сторону горячей. Регенератор перемещает остывший воздух в горячий рабочий объем цилиндра.

Модификация Гамма

Устройство данной модификации состоит из двух цилиндров и поршней. Имеет регенератор циркуляции газа. Один цилиндр горячий с одной стороны и холодный с другой, в нем поршень и вытеснитель. Второй цилиндр полностью холодный, там только поршень.

Плюсы двигателя Стирлинга

Основной плюс такого типа силового агрегата — это то, что может работать на разных видах топлива. На практике было испытано следующее: во внешнюю камеру устройства подавался сначала бензин, потом дизель, потом метан, потом сырая нефть и растительное масло. Все это делалось без остановки двигателя и он продолжал успешно работать.

Также большим плюсом по сравнению с обычными двух тактными или четыерхтактрыми двигателями внутреннего сгорания является то, что двигателю Стирлинга не нужно дополнительное навесное оборудование, такое как газораспределительный механизм, коробка переключения передач, стартер.

Ресурс двигателя Стирлинга — больше 100 тысяч работы без остановки.

Немаловажный плюс — бесшумность работы. Такой двигатель не нуждается в удалении отработанного газа. В нем не может быть детонации двигателя, вибрация практически отсутствует.

Конструкция двигателя Бета

Преимущество для окружающей среды — это двигатель, который не загрязняет экологию, а значит это залог здоровья.

Минусы двигателя Стирлинга

Невозможно в настоящее время массовое применения данного вида двигателя. Для таких агрегатов требуется большие радиаторы охлаждения. Теплообменник должен быть сделать из материалов, устойчивых к высоким температурным воздействиям.

Коэффициент полезного действия

КПД от разности температур в двигателе может достигать около 70%. По циклу Карно на графике КПД выглядит следующим образом.

На практике был установлен 4-х цилиндровый двигатель Стирлинга на автомобиль был установлен вначале 20 века и выдал 35% КПД.

Американская автомобильная компания Mechanical Technology Inc (Меканикал Технолоджи Инкопорейтед) создает двигатели Стирлинга. Их ДВС выдают КПД 43,5%.

Примеры успешного применения двигателей Стирлинга

Во второй половине 20 века несколько компаний начали разрабатывать моторы Стирлинга и устанавливать их на легковые автомобили.

Успешные модели оказались у таких компаний, как Ford Motor Company, Volkswagen Group, UNITED STIRLING (Швеция), General Motors, модель Стирлинга «Philips 4-125DA» (Нидерланды).

Видео

Фильм «Роберт Стирлинг и его двигатель».

Как работает двух цилиндровый вакуумный двигатель.

Источник

Двигатель Стирлинга для автономного электроснабжения дома

Вот уже более 200 лет известен так называемый двигатель внешнего сгорании, изобретенный Робертом Стирлингом:

Схема двигателя достаточно простая, в ней меньше деталей и узлов, в отличие от двигателя внутреннего сгорания. В его конструкции рабочее вещество (как правило, воздух) движется по замкнутому контуру и не является расходным веществом. Подводится только тепло в систему. В отличие от парового двигателя, турбины или ДВС, где в систему нужно подводить и отводить рабочее вещество (вода, пар, жидкое топливо). Двигатель Стирлинга может работать на любом источнике получения тепла: дрова, уголь, газ.

Схема двигателя Стирлинга:

И анимация процесса работы:

Больше подводится тепла – быстрее передвижения поршня и вращение вала. Так же эта схема внешнего сгорания может иметь достаточно высокий КПД – до 90%.

Если задать поиск по картинкам в интернете, Вы увидите лишь демонстрационные или настольные модели, модели-самоделки, которые в лучшем случае вращают небольшой генератор, способный заряжать разве что мобильный телефон.

Практически ни одной промышленной или серийной модели. Удалось все же найти английскую модель газового котла, работающие от природного газа с функцией выработки электроэнергии двигателем Стирлинга:

Называется WhisperGen (бесшумный генератор) Пишут, что в 2012г. в Европе было установлено до 400 таких установок. Стоимость: 1,5 тыс. Евро.

Работает от газа. Электрическая мощность: от 2 до 9 кВт. Частота вращения двигатели 1500 об/мин. Вес: 470 кг. Стоимость: 4125 Евро (не известно на какую дату).

Но в основном, поиск Вам выдаст вот такие фотографии сувенирных моделей или самоделок:

Если сувениры – просто демонстрация этой схемы, то вторые – хоть могут вырабатывать электроэнергию с нагревом цилиндра свечкой или спиртовкой.

Можно приобрести себе такой сувенир:

Как такое возможно, что при универсальности (работе на различном топливе), простоте конструкции и при возможности масштабирования в размере — двигатель Стирлинга остается давно забытым двигателем, который так и не получил распространения?

В той же Англии в конце 19в. изготавливали промышленные образцы, которые использовали как водяные насосы:

Это двигатель Стирлинга 1895г. Работает от дровяного котла, в котором можно сжигать и уголь. Информация про этот дошедший до нас экземпляр в ролике, взятом с передачи канала Discovery:

Минусов у такого двигателя только два: время на разогрев и большие габариты при небольшой мощности.

Судя по размерам, двигатель способен вращать не только насос, но и генератор (через ременную повышающую передачу). А это уже путь к автономности любого объекта в удаленных лесных районах.

Думаю, что монополизм в области энергоносителей не пустил в жизнь этот двигатель. Получать прибыль от продажи топлива для ДВС гораздо выгоднее, чем просто производить установки для автономного электро и теплоснабжения.

Но пиролиз для получения горючего (а тем более, очищенного от загрязнений) газа – это более сложный путь. И к тому же ресурс двигателя внутреннего сгорания сокращается. Двигатель Стирлинга аналогичных пиролизному котлу размеров для привода генератора – это конструкция проще. Может быть как привод для насоса, генератора, подъемного механизма.

В середине 20 в. еще не все удаленные деревни в нашей стране были с централизованным электричеством. Привод генераторов от двигателей Стирлинга решал бы их вопросы. Почему не выпускали такие установки? Хотя пиролизные котлы ставили на грузовики тысячами! Возможно, не знали или никто из инженеров не предложил. Или есть «подводные камни» в процессе работы таких установок?

Давайте предположим, что сложностей нет и возможно произвести двигатель Стирлинга, работающий от небольшого котла. Котел, допустим, на 20-30 кВт тепловой мощности для отопления дома. Часть тепла от отопительного котла отбираем на работу двигателя и привод электрогенератора. Пусть 5 кВт – этого достаточно для освещения и питания электроприборов.

На мой взгляд, идеальная схема. Установка бы пользовалась спросом для строительства баз отдыха в удаленных местах. Создание фермерских хозяйств без доступа к электросетям – тоже упрощается. Построив биогазовую установку, можно получить источник энергии для котла.

Установку можно сделать в разных габаритах: переносная для туризма, стационарная — для зданий. При желании можно большинство отопительных котлов оборудовать такими двигателями для привода генератора. Можно поставить на варочную панель дровяной печи. В холодный период будет экономия на электроэнергии. Либо использовать как резервный источник электричества. Что думаете – напишите в комментариях…

Фотография взята из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки

Подписывайтесь на канал, добавляйте его в закладки браузера (Ctrl+D). Впереди много интересной информации.

Источник

Двигатель Стирлинга – принцип работы. Низкотемпературный двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга, принцип работы которого качественно отличается от привычного для всех ДВС, когда-то составлял последнему достойную конкуренцию. Однако на какое-то время о нем забыли. Как этот мотор используется сегодня, в чем заключается принцип его действия (в статье можно найти также чертежи двигателя Стирлинга, наглядно демонстрирующие его работу), и каковы перспективы применения в будущем, читайте ниже.

История

В 1816 году в Шотландии Робертом Стирлингом была запатентована тепловая машина, названная сегодня в честь своего изобретателя. Первые двигатели горячего воздуха были изобретены еще до него. Но Стирлинг добавил в устройство очиститель, который в технической литературе называется регенератором, или теплообменником. Благодаря ему производительность мотора возрастала при удерживании агрегата в тепле.

Двигатель признали наиболее прочной паровой машиной из имеющихся на тот момент, так как он никогда не взрывался. До него на других моторах такая проблема возникала часто. Несмотря на быстрый успех, в начале двадцатого столетия от его развития отказались, так как он стал менее экономичным, по сравнению с появившимися тогда другими двигателями внутреннего сгорания и электродвигателями. Однако Стирлинг еще продолжал применяться в некоторых производствах.

Двигатель внешнего сгорания

Принцип работы всех тепловых моторов заключается в том, что для получения газа в расширенном состоянии необходимы большие механические усилия, чем при сжатии холодного. Для наглядной демонстрации этого можно провести опыт с двумя кастрюлями, наполненными холодной и горячей водой, а также бутылкой. Последнюю опускают в холодную воду, затыкают пробкой, затем переносят в горячую. При этом газ в бутылке начнет выполнять механическую работу и вытолкнет пробку. Первый двигатель внешнего сгорания основывался на этом процессе полностью. Правда, позже изобретатель понял, что часть тепла можно применять для подогрева. Таким образом, производительность значительно возросла. Но даже это не помогло двигателю стать распространенным.

Позже Эриксон, инженер из Швеции, усовершенствовал конструкцию, предложив охлаждать и нагревать газ при постоянном давлении вместо объема. В результате немало экземпляров стало использоваться для работы в шахтах, на судах и в типографиях. Но для экипажей они оказались слишком тяжелыми.

Двигатели внешнего сгорания от Philips

Подобные моторы бывают следующих типов:

• паровой;
• паротурбинный;
• Стирлинга.

Последний вид не стали развивать из-за небольшой надежности и остальных не самых высоких показателей по сравнению с появившимися другими типами агрегатов. Однако в 1938 году компания Philips возобновила работу. Двигатели стали служить для приводов генераторов в неэлектрофицированных районах. В 1945 году инженеры компании нашли им обратное применение: если вал раскручивать электромотором, то охлаждение головки цилиндров доходит до минус ста девяносто градусов по Цельсию. Тогда решено было применять в холодильных установках усовершенствованный двигатель Стирлинга.

Принцип работы

Действие мотора заключается в работе по термодинамическим циклам, в которых при разной температуре происходит сжатие и расширение. При этом регулирование потоком рабочего тела реализуется за счет изменяющегося объема (или давления – в зависимости от модели). Таков принцип работы большинства подобных машин, которые могут иметь разные функции и конструктивные схемы. Двигатели могут быть поршневыми или роторными. Машины с их установками работают в качестве тепловых насосов, холодильников, генераторов давления и так далее.

Помимо этого, есть моторы с открытым циклом, где регулирование потоком реализуется посредством клапанов. Именно их называют двигателями Эриксона, кроме общего названия имени Стирлинга. В ДВС полезная работа осуществляется после предварительного сжатия воздуха, впрыска топлива, нагрева полученной смеси вперемешку со сгоранием и расширения.

Двигатель Стирлинга принцип работы имеет такой же: при низкой температуре происходит сжатие, а при высокой – расширение. Но по-разному осуществляется нагрев: тепло подводится через стенку цилиндра извне. Поэтому он и получил название двигателя внешнего сгорания. Стирлинг применял периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Последний перемещает газ с одной полости цилиндра в другую. С одной стороны, температура постоянно низкая, а с другой – высокая. При передвижении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость, а вниз – возвращается в горячую. Сначала газ отдает много тепла холодильнику, а затем от нагревателя получает столько же, сколько отдал. Между нагревателем и холодильником размещается регенератор – полость, наполненная материалом, которому газ отдает тепло. При обратном течении регенератор возвращает его.

Система вытеснителя соединена с рабочим поршнем, сжимающим газ в холоде и позволяющим расширяться в тепле. За счет сжатия в более низкой температуре происходит полезная работа. Вся система проходит четыре цикла при прерывистых движениях. Кривошипно-шатунный механизм при этом обеспечивает непрерывность. Поэтому резких границ между стадиями цикла не наблюдается, а КПД двигателя Стирлинга не уменьшается.

Учитывая все вышесказанное, напрашивается вывод, что этот двигатель является поршневой машиной с внешним подводом тепла, где рабочее тело не покидает замкнутое пространство и не заменяется. Чертежи двигателя Стирлинга хорошо иллюстрируют устройство и принцип его действия.

Детали работы

Солнце, электричество, ядерная энергия или любой другой источник тепла может подводить энергию в двигатель Стирлинга. Принцип работы его тела заключается в применении гелия, водорода или воздуха. Идеальный цикл обладает термическим максимально возможным КПД, равным от тридцати до сорока процентов. Но с эффективным регенератором он сможет работать и с более высоким КПД. Регенерацию, нагрев и охлаждение обеспечивают встроенные теплообменники, работающие без масел. Следует отметить, что смазки двигателю нужно очень мало. Среднее давление в цилиндре составляет обычно от 10 до 20 МПа. Поэтому здесь требуется отличная уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

Сравнительная характеристика

В большинстве работающих сегодня двигателей подобного рода используется жидкое топливо. При этом непрерывное давление легко контролировать, что способствует снижению уровня выбросов. Отсутствие клапанов обеспечивает бесшумную работу. Мощность с массой сопоставимы моторам с турбонаддувом, а удельная мощность, получаемая на выходе, равна показателю дизельного агрегата. Скорость и крутящий момент не зависят друг от друга.

Затраты на производство двигателя гораздо выше, чем на ДВС. Но при эксплуатации получается обратный показатель.

Преимущества

Любая модель двигателя Стирлинга имеет много плюсов:

• КПД при современном проектировании может доходить до семидесяти процентов.
• В двигателе нет системы высоковольтного зажигания, распределительного вала и клапанов. Его не нужно будет регулировать в течение всего срока эксплуатации.
• В Стирлингах нет того взрыва, как в ДВС, который сильно нагружает коленвал, подшипники и шатуны.
• В них не бывает того эффекта, когда говорят, что «двигатель заглох».
• Благодаря простоте прибора его можно эксплуатировать в течение длительного времени.
• Он может работать как на дровах, так и с ядерным и любым другим видом топлива.
• Сгорание происходит вне мотора.

Недостатки

• Главным минусом конструкции является ее материалоемкость.
• Рабочее тело нужно охлаждать, из-за чего габариты существенно увеличиваются.
• Для получения равных с ДВС характеристик необходимо использовать высокое давление.
• К рабочему телу тепло подводят через стенки теплообменников, у которых ограниченная теплопроводность.
• Чтобы изменить мощность двигателя, изменяют объем буферной емкости, среднее давление рабочего тела, фазного угла между вытеснителем и поршнем.

Применение

В настоящее время двигатель Стирлинга с генератором используют во многих областях. Это универсальный источник электрической энергии в холодильниках, насосах, на подводных лодках и солнечных электрических станциях. Именно благодаря применению различного вида топлива имеется возможность его широкого использования.

Возрождение

Эти двигатели снова стали развиваться благодаря компании Philips. В середине двадцатого века с ней заключила договор General Motors. Она вела разработки для применения Стирлингов в космических и подводных устройствах, на судах и автомобилях. Вслед за ними другая компания из Швеции, United Stirling, стала заниматься их развитием, включая и возможное использование на легковых автомобилях.

Сегодня линейный двигатель Стирлинга применяется на установках подводных, космических и солнечных аппаратов. Большой интерес к нему вызван из-за актуальности вопросов ухудшения экологической обстановки, а также борьбы с шумом. В Канаде и США, Германии и Франции, а также Японии идут активные поиски по развитию и совершенствованию его использования.

Будущее

Явные преимущества, которые имеет поршневой и роторный двигатель Стирлинга, заключающиеся в большом ресурсе работы, применении разного топлива, бесшумности и малой токсичности, делают его очень перспективным на фоне мотора внутреннего сгорания. Однако с учетом того, что ДВС на протяжении всего времени совершенствовали, он не может быть легко смещен. Так или иначе, именно такой двигатель сегодня занимает лидирующие позиции, и сдавать их в ближайшее время не намерен.

Модель двигателя Стирлинга в Национальном музее Шотландии

Наука и технологии

Изучите наши коллекции

Назад

Двигатель Стирлинга работает на горячем воздухе, а не на паре. Его революционная технология, которой уже более 200 лет, сегодня стала еще более актуальной.

Галерея Energize на уровне 5, Галереи науки и техники.

Файл фактов о двигателе Стирлинга

Дата

Сделано изобретателем вскоре после его первоначального патента 1816

Сделано

Rev. Robert Stirling

Сделано из

Wood, Metal и Leadling

Dimes Dimes

, металл и кожа

DIMESTISTIONS

, MEATLE и LEATHER

DIMENTISTIONS

.

Высота 730 мм, ширина 320 мм, глубина 290 мм; Диаметр маховика 310мм; Вес 4,75 кг

Артикул музея

T.1975.66

На выставке

Energise, уровень 5, Национальный музей Шотландии

Знаете ли вы?

Системы двигателей Стирлинга, установленные на подводных лодках, могут увеличить период пребывания под водой с нескольких дней до недель, а также сделать их намного тише — два больших преимущества, когда секретность имеет первостепенное значение.

Модель теплового двигателя Стирлинга

Модель теплового двигателя Роберта Стирлинга, сделанная изобретателем во время его первоначального патента в 1816 году.

Две модели двигателя Стирлинга

В Национальном музее Шотландии хранится самый ранний из известных образцов двигателя Стирлинга, одна из двух существующих сегодня действующих моделей, созданных преподобным Робертом Стирлингом. Она была подарена Эдинбургскому университету Стирлингом не позднее 1825 года, а вторая модель была подарена Университету Глазго в 1827 году.

Зарегистрировано, что двигатель Эдинбургского университета использовался Джоном Лесли, заведующим кафедрой естественной философии, в качестве демонстрации в классе. Первоначально она была предоставлена ​​музею в 19 веке.60-х годов, прежде чем в 1975 году был подарен на сохранение. До того, как выставиться в галерее Energize, это был самый востребованный объект из коллекции «Технологии» в хранилище. Модель остается в замечательном состоянии для своего возраста, отчасти это может быть связано с тем, что она не демонстрировалась и не ремонтировалась в той же степени, что и образец из Глазго.

Модель воздушного двигателя Роберта Стирлинга в Хантерианском музее, Глазго.

Модель, подаренная Университету Глазго, хранилась в хранилище в течение 20 лет, прежде чем в 1847 году она была вновь обнаружена Уильямом Томсоном, позже лордом Кельвином. Она использовалась им в его новаторских исследованиях основ термодинамики. Университетские записи показывают, что он все еще работал и регулярно использовался для демонстраций лекций в 1870-х годах, через 30 лет после того, как Томсон впервые нашел и отремонтировал его. Этот образец сейчас выставлен в Хантерианском музее Университета Глазго.

Художественная концепция энергетической системы на поверхности Марса. Кредиты: НАСА.

Творение Стирлинга часто упускают из виду, но это был революционный двигатель. В нем рассказывается история не только о творчестве и инновациях, но и о гуманитарных усилиях по улучшению условий труда в промышленности в 19 веке. Это также история долговечности технической концепции, и по мере того, как традиционные виды топлива становятся все более дефицитными, идеи преподобного Роберта Стирлинга 200 с лишним лет назад актуальны сегодня как никогда раньше.

Завод по производству тарелок Стирлинга в Фениксе, Аризона

Завод по производству тарелок-Стирлинга в Марикопе компании United Sun Systems International Ltd.

Владелец этой фотографии разрешил использовать эту фотографию в Википедии. Письмо с письменным одобрением было перенаправлено по адресу разрешения[email protected] и разрешения[email protected].

Больше похоже на это

Изображение в заголовке: Художественная концепция ядерной энергетической системы на поверхности Марса. Кредиты: НАСА

Теги

• История
• Наука и техника
• Промышленность и машиностроение
• Космос
• Энергия

Восемь важных анимаций двигателя Стирлинга —

Чтобы помочь вам понять двигатели Стирлинга

Двигатель Стирлинга ромбической конфигурации.

Может быть трудно понять, как работают двигатели Стирлинга, потому что они сильно отличаются от бензиновых и дизельных двигателей.

Надеюсь, эти анимации облегчат понимание двигателей Стирлинга.

Какие анимации сюда включены?

Анимации, которые я включил в этот список, являются, на мой взгляд, наиболее важными конфигурациями двигателей Стирлинга, но существует множество других возможных конфигураций.

Нажмите на любую из этих ссылок, чтобы перейти непосредственно к этой анимации:

1. Двигатель Стирлинга с ромбовидным приводом
2. Двигатель Стирлинга бета-типа
3. Низкотемпературная разность двигателей Стирлинга
4. Гамма Двигатель Стирлинга
5. Двухпоршневой двигатель Стирлинга Gamma
6. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга
7. Альфа Двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга с ромбическим приводом

Двигатель Стирлинга ромбической конфигурации. Эти двигатели могут быть сбалансированы по массе на 100%.

У меня давняя любовь к легко работающим машинам. Вот почему мне нравится конфигурация двигателя Стирлинга с ромбическим приводом.

Эта конфигурация может быть сбалансирована по массе на 100%.

Это не означает, что если вы построите его, он будет идеально сбалансирован с первого раза, но он может быть идеально сбалансирован, если вы построите его тщательно, и это важно.

Ромбические двигатели Стирлинга могут работать под давлением

Мне также нравится ромбическая конфигурация, потому что ее относительно легко создать под давлением. Это важно для получения большей мощности от двигателя Стирлинга любого размера и веса.

Важно отметить, что рабочая газовая часть ромбического и бета-двигателя Стирлинга идентична. Отличие в приводном механизме.

Все ромбические двигатели также являются бета-версиями

Все двигатели Стирлинга с ромбическими приводами являются бета-конфигурациями, но некоторые двигатели бета-конфигураций используют другие приводные механизмы.

Эти анимации показывают немного другую настройку регенератора, но это не главное отличие.

Внимательно посмотрите на поршень на анимации выше и ниже в течение минуты. Вы заметите, что относительное движение поршня идентично, несмотря на то, что механизмы, производящие это движение, сильно различаются.

Двигатель Стирлинга бета-типа

Это анимация двигателя Стирлинга бета-типа, где все помещается в один цилиндр. Нагрев и охлаждение происходят непрерывно, а не импульсно, как вы можете подумать из этой анимации.

Бета-конфигурация двигателя Стирлинга обычно использовалась в старинных водяных насосах и бытовых двигателях.

Это отличная конфигурация для тяжелых и медленно вращающихся чугунных двигателей, но она не работает, если вы пытаетесь сделать двигатель, который работает намного быстрее.

Нагрев и охлаждение непрерывны

Глядя на эту анимацию выше, вы можете подумать, что нагрев вверху (красные стрелки, указывающие вниз) и охлаждение внизу (красная и синяя стрелки, указывающие влево) прерывистый, как работа двигателя внутреннего сгорания.

Но это всего лишь особенность этой анимации. Настоящие двигатели Стирлинга непрерывно нагреваются на горячем конце и непрерывно охлаждаются на холодном конце.

Низкотемпературный разностный двигатель Стирлинга

Это анимация двигателя Стирлинга вытеснительного типа, похожая на наш двигатель Стирлинга Coffee Cup.

Низкотемпературные двигатели Стирлинга (двигатели LTD Стирлинга, если вам нравятся сокращения) технически являются гамма-конфигурациями, но они настолько отличаются от высокотемпературных двигателей Стирлинга, что заслуживают отдельной категории.

Эти двигатели, как правило, рассчитаны на работу при перепаде температур менее 100°C, и у них относительно очень широкий и короткий цилиндр вытеснителя.

American Stirling производит ряд низкотемпературных моделей двигателей Стирлинга с той же базовой конфигурацией, что и на анимации выше.

Использование низкотемпературных разностных двигателей Стирлинга

Низкотемпературные разностные двигатели в основном используются в учебных целях и в качестве игрушек.

Это связано с тем, что при использовании этой конфигурации трудно получить значительную мощность от двигателя данного размера.

Да, в мире полно бесплатных низкотемпературных источников тепла, но двигатели, необходимые для извлечения энергии из этого тепла, имеют тенденцию быть большими для той мощности, которую они производят.

Если ваш компьютер может отображать Flash, у нас есть хорошая Flash-анимация нашего двигателя MM-1 / MM-5 Coffee Cup Stirling.

Гамма двигателя Стирлинга

Это гамма-анимация двигателя Стирлинга. Эта конфигурация популярна в моделях и старинных водяных насосах.

Гамма Двигатели Стирлинга были популярны в старинных двигателях для домашнего использования и для перекачки воды.

Они остаются популярной конфигурацией для моделей.

Анимация выше особенно хорошо показывает разницу между поршнем и буйком. Синий поршень герметичен, и рабочий газ (часто воздух) давит на этот поршень вверх и вниз.

Зеленый буек выше имеет посадку с зазором, и рабочий газ обтекает его. Газ не давит на вытеснитель.

Двигатели, подобные этому холму, имеют эффект регенерации, даже если двигатель не имеет специально разработанного регенератора.

Двухпоршневой двигатель Стирлинга Gamma

Анимация двухпоршневого двигателя Стирлинга.

Помните, я говорил вам, что существует множество различных конфигураций двигателей Стирлинга?

Гамма-анимация непосредственно выше, по сути, такая же, как показанная ранее гамма-анимация двигателя Стирлинга, в основном оранжево-желтая, но с другим механизмом ее работы.

Бесплатный поршневой двигатель Стирлинга

Это общедоступная бесплатная анимация поршневого двигателя Стирлинга от НАСА. Пожалуйста, щелкните правой кнопкой мыши на нем и сохраните его на свой компьютер и не стесняйтесь использовать его где угодно. Часть двигателя находится справа, а линейный генератор — слева.

Я очень люблю свободнопоршневые двигатели Стирлинга, и вот почему:

Представьте, что вы могли бы придумать способ взять всю сложность двигателя с ромбическим приводом и все проблемы с балансировкой бета-двигателя и просто избавиться от них?

Что, если бы вы могли сконструировать двигатель Стирлинга, в котором можно было бы легко создать давление, и все, что вам нужно было бы сделать (после того, как вы проработали детали), это подавать природный газ на одном конце и отключать электричество на другом конце?

Было бы круто?

Уильям Бил – изобретение Sunpower

В 1964 году Уильям Бил, профессор машиностроения Университета Огайо в Афинах, штат Огайо, сделал именно это.

Это изобретение должно было изменить мир, но не изменило его.

Sunpower получила много государственных денег на исследования, все прототипы работали, и вся интеллектуальная собственность была усовершенствована, но ничего так и не было обнародовано.

Есть хорошая книга о свободнопоршневых двигателях Стирлинга

Была опубликована хорошо написанная книга об истории свободнопоршневых двигателей Стирлинга компании Sunpower под названием «Следующая великая вещь». К сожалению, они так и не опубликовали книгу о том, как проектировать свободнопоршневые двигатели Стирлинга.

А как их конструировать было непонятно! Уильям Бил знал, и несколько инженеров Sunpower знали, но знание того, как проектировать двигатель Стирлинга этого класса, так и не получило широкого распространения.

Возможно, вы напишете книгу по дизайну

Срок действия оригинальных патентов давно истек, так что будем надеяться, что кто-нибудь найдет их и напишет руководство по дизайну.

Может быть, ты будешь тем, кто знает! Нет «они», которые делают такие вещи. Только ты, я и другой парень.

Двигатель Стирлинга Alpha

Это двигатель Стирлинга альфа-конфигурации. Обратите внимание на два поршня и разворот на 90 градусов. Красный — горячий, синий — холодный

Двигатель Стирлинга в альфа-конфигурации мне не нравится, потому что он механически сложен и рабочий газ проходит по длинной трубе.

Преимущество этого типа конструкции в том, что можно легко отделить горячие части от холодных. Эту конфигурацию используют охладители Стирлинга и некоторые мощные двигатели.

Популярно среди машинистов на дому

Многие люди, пытающиеся переоборудовать другие машины, например, компрессоры кондиционера, в двигатели Стирлинга, в итоге получают конфигурацию alpha.

Некоторые из серийно выпускаемых двигателей Стирлинга используют эту конфигурацию, поэтому ее можно заставить работать, но очень легко добиться того, чтобы скорость газа внутри передаточной трубы приблизилась к скорости звука, а внутренние аэродинамические потери были высокими.