Aluksi Stirlingin sukunimi on melko yleinen sekä Englannissa että Skotlannissa. Eli jos on Stirlingin linna, niin miksi ei "herra Stirling"? Ja juuri sellainen henkilö - skotlantilainen pappi Robert Stirling sai 27. syyskuuta 1816 brittiläisen patentin moottorille, jolla ei ollut mitään tekemistä höyrykoneen kanssa! Lisäksi hänen mukaansa nimetty moottori osoittautui ainutlaatuiseksi, koska se voisi toimia mistä tahansa lämmönlähteestä!
Robert Stirling.
Vuonna 1843 hänen poikansa James Stirling käytti isänsä moottoria tehtaassa, jossa hän työskenteli insinöörinä. No, jo vuonna 1938 luotiin jopa 200 hv: n kapasiteettia. ja hyötysuhde on 30 prosenttia.
Tämän moottorin toimintaperiaate on vuorotteleva lämmitys ja jäähdytys käyttönesteessä täysin suljetussa sylinterissä. Yleensä työväliaine on ilma, mutta voidaan käyttää vetyä ja heliumia sekä freoneja, typpidioksidia, nesteytettyä propaanibutaania ja jopa vettä. Lisäksi se pysyy nestemäisenä koko termodynaamisen syklin ajan. Toisin sanoen moottorin rakenne on erittäin yksinkertainen ja siinä käytetään kaasujen tunnettua ominaisuutta: niiden tilavuus kasvaa lämmityksestä ja jäähdytys pienenee.
Yksi monista kotitekoisista sterleistä.
Stirling -moottori käyttää … "Stirling -sykliä", joka termodynaamisen tehokkuutensa suhteen ei ole vain huonompi kuin Carnot -sykli, mutta sillä on jopa joitain etuja. Joka tapauksessa "Stirling -sykli" antaa sinulle mahdollisuuden saada toimiva moottori, joka on valmistettu tavallisesta tölkistä vain parissa tunnissa.
Beta Stirling -laite.
"Stirling -sykli" sisältää neljä päävaihetta ja kaksi siirtymävaihetta: lämmitys, laajennus, siirtyminen kylmään lähteeseen, jäähdytys, puristus ja siirtyminen lämmönlähteeseen. No, saamme hyödyllistä työtä lämmitetyn kaasun tilavuuden laajentamisessa.
Vaihe 1.
Vaihe 2.
Vaihe 3.
Vaihe 4.
Beta -tyyppisen Stirling -moottorin työjakso: a - iskutilavuusmäntä; b - työmäntä; c - vauhtipyörä; d - palo (lämmitysalue); e - jäähdytysrivat (jäähdytysalue).
Se toimii näin: on kaksi sylinteriä ja kaksi mäntää. Ulkoinen lämmönlähde - ja ne voivat olla jopa polttavaa puuta, jopa kaasupoltin, jopa auringonvalo - nostaa kaasun lämpötilaa lämmönvaihtosylinterin alaosassa. Paine nousee ja työntää työmäntää ylöspäin, ja sylinterimäntä ei sovi tiukasti sylinterin seiniä vasten. Lisäksi vauhtipyörä työntää sitä alaspäin.
Stirling -järjestelmä tinapurkista.
Tässä tapauksessa kuuma ilma sylinterin pohjasta tulee jäähdytyskammioon. Työkammiossa se kuitenkin jäähtyy ja supistuu, ja sitten työmäntä juoksee alas. Sylinterimäntä liikkuu ylöspäin ja siten jäähtynyt ilma siirtyy pohjaan. Sykli toistetaan näin. Stirlingissä työmännän liike on siirtynyt 90 ° suhteessa siirtymämäntään.
Kuva sekoituksesta tinapurkista.
Ajan myötä ilmestyi monia erilaisia "muotoilumalleja", jotka on nimetty kreikkalaisten aakkosten kirjainten mukaan: alfa, beta, gamma, joilla on eroja käyttöjaksossa. Peruserot niiden välillä ovat pieniä ja johtuvat sylinterien järjestelystä ja männien koosta.
Stirling -moottori lineaarisella laturilla.
Alpha Stirlingissä on kaksi erillistä voimamäntää eri sylintereissä: kuuma ja kylmä. Sylinteri, jossa on kuuma mäntä, sijaitsee lämmönvaihtimessa, jossa on korkeampi lämpötila, ja sylinteri, jossa on kylmä mäntä, vastaavasti kylmemmässä. Regeneraattori (eli lämmönvaihdin) sijaitsee kuuman ja kylmän osan välissä.
Beta Stirlingissä on vain yksi sylinteri, kuuma toisesta päästä ja kylmä toisesta. Mäntä liikkuu sylinterin (josta virta katkaistaan) ja sylinterin sisällä, mikä muuttaa sen kuuman vyöhykkeen tilavuutta. Kaasu pumpataan sylinterin kuumaan päähän sylinterin kylmästä päästä regeneraattorin kautta.
Gamma Stirlingissä on myös mäntä ja sylinteri ja kaksi sylinteriä - kylmä (missä mäntä liikkuu, josta virtaa poistetaan) ja kuuma (missä syrjäytin liikkuu). Regeneraattori on ulkoinen, tässä tapauksessa se yhdistää toisen sylinterin kuuman osan kylmään ja samanaikaisesti ensimmäisen (kylmän) sylinterin kanssa. Sisäinen regeneraattori on tässä tapauksessa osa syrjäytintä.
Stirling -moottorissa on lajikkeita, jotka eivät kuulu näiden kolmen klassisen tyypin piiriin: esimerkiksi pyörivä Stirling -moottori, jossa vuoto -ongelmat on ratkaistu ja jossa ei ole kampiakselia, koska se on pyörivä.
Mitä hyötyä pyörteistä on ja miksi ne ovat huonoja? Ensinnäkin ne ovat kaikkiruokaisia ja voivat käyttää mitä tahansa lämpötilaeroa, mukaan lukien valtameren eri vesikerrosten väliset erot. Niiden palaminen on luonteeltaan jatkuvaa, mikä takaa polttoaineen tehokkaan palamisen, mikä tarkoittaa, että sen ympäristöystävällisyys on parempi. Lisäksi siinä ei ole pakokaasua. Alhaisempi melutaso - ei "räjähdyksiä" sylintereissä. Vähemmän tärinää, esimerkiksi beetasekoittimella. Muotoilu ei kuluta työnestettä. Moottorin rakenne on erittäin yksinkertainen, se ei vaadi kaasunjakelumekanismeja. Käynnistintä ei tarvita, kuten vaihteistoakaan.
Yksinkertaisuus ja useiden "herkkien" solmujen puuttuminen tarjoavat "sekoittamiselle" ennennäkemättömän suorituskyvyn kaikille muille moottoreille kymmenien ja satojen tuhansien tuntien jatkuvassa käytössä.
Ruotsalainen sukellusvene "Gotland".
Stirlingit ovat erittäin taloudellisia. Siten aurinkoenergian muuntaminen sähköksi sekoittamalla antaa paremman hyötysuhteen (jopa 31, 25%) kuin höyryllä toimivat lämpömoottorit. Tätä varten "muotoilu" asetetaan parabolisen peilin keskelle, joka "seuraa" aurinkoa niin, että sen sylinteri kuumenee jatkuvasti. Edellä mainittu tulos saatiin vuonna 2008 Kaliforniassa tällaisella laitoksella, ja nyt on rakennettu suuri aurinkokenno. Voit kiinnittää ne masuuneiden kuoreen ja sitten jatkuva raakaraudan sulatus antaa meille paljon … halpaa energiaa, koska nyt tämä lämpö on hukkaan!
Tyylillä on yleensä vain yksi haitta. Se voi ylikuumentua ja epäonnistua heti. Lisäksi korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi kaasun on oltava erittäin korkeassa paineessa sylinterissä. Vetyä tai heliumia. Ja tämä on poikkeuksellinen kaikkien työyksiköiden sopivuus ja erityinen korkean lämpötilan rasva. No, mitat … polttokammio ei ole tarpeen. Stirling ei voi elää ilman häntä! Ja tämä on ylimääräinen tilavuus ja eristys- ja jäähdytysjärjestelmä!
Soryu on japanilainen sukellusvene, jota käyttävät Stirling -moottorit.
Prioriteettien muutos kuitenkin todennäköisesti tasoittaa tietä Stirlingin moottoreille. Jos asetamme ympäristöystävällisyyden etusijalle, on mahdollista sanoa hyvästit polttomoottorille lopullisesti. Lisäksi heillä on suuria toiveita lupaavien aurinkovoimaloiden luomisesta. Niitä käytetään jo matkailijoiden itsenäisinä generaattoreina. Ja jotkut yritykset ovat perustaneet punnan tuotannon, joka toimii perinteisellä kaasu -uunipolttimella. NASA harkitsee myös vaihtoehtoja Stirling-pohjaisiin voimageneraattoreihin, jotka toimivat ydin- ja radioisotooppilämmönlähteillä. Erityisesti aiotaan käyttää tällaista muotoilua yhdessä sähkögeneraattorin kanssa NASAn suunnittelemassa avaruusretkellä Titaniin.
"Pentue" - asettelu.
On mielenkiintoista, että jos käynnistät Stirling -moottorin käänteisessä tilassa, eli käännät vauhtipyörää toisesta moottorista, se toimii jäähdytyskoneena (käänteinen Stirling -sykli), ja juuri nämä koneet osoittautuivat erittäin tehokkaiksi nesteytettyjen kaasujen tuottamiseen.
No, nyt, koska meillä on armeijan sivusto, huomaamme, että Stirlings testattiin ruotsalaisilla sukellusveneillä jo viime vuosisadan 60 -luvulla. Ja sitten vuonna 1988 Stirlingsistä tuli Nakken-luokan sukellusveneen päämoottori. Heidän kanssaan hän purjehti veden alla yli 10000 tuntia. Nakkenin jälkeen seurasivat Gotlannin tyyppiset sukellusveneet, joista tuli ensimmäiset Stirling -moottorilla varustetut sukellusveneet, joiden avulla ne voivat olla veden alla jopa 20 päivää. Nykyään kaikilla Ruotsin laivaston sukellusveneillä on sekoitusmoottorit, ja ruotsalaiset laivanrakentajat ovat kehittäneet alkuperäisen tekniikan asentaa tällaiset moottorit tavanomaisiin sukellusveneisiin leikkaamalla niihin ylimääräisen osaston, jossa on uusi käyttövoimajärjestelmä. Ne käyttävät nestemäistä happea, jota käytetään sitten veneessä hengittämiseen, ja on huomattava, että niiden melutaso on erittäin alhainen. No, edellä mainitut puutteet (koko ja jäähdytysongelma) sukellusveneen sota-aluksessa eivät ole merkittäviä. Ruotsalaisten esimerkki näytti japanilaisille huomionarvoiselta, ja nyt Stirlings ovat myös "Soryu" -luokan japanilaisissa sukellusveneissä. Juuri näitä moottoreita pidetään nykyään lupaavimpina viidennen sukupolven sukellusveneiden yksimuotoisina moottoreina.
Ja tältä näyttää Penza State Universityn opiskelijan Nikolai Shevelevin muotoilu.
No, nyt vähän siitä, millaisia … "huonoja nuoria" meillä on. 1. syyskuuta tulen oppilaiden luo - tulevat moottoriinsinöörit, kysyn heiltä perinteisiä kysymyksiä, mitä he lukevat (käytännössä ei mitään!), Mistä he pitävät (tämän vuoksi tilanne ei ole paljon parempi, mutta enimmäkseen jalat ovat kiireisiä, ei pää!), Mitä teknisiä lehtiä he tietävät - "nuori teknikko", "mallisuunnittelija", "tiede ja tekniikka", "suosittu mekaniikka" … (ei mitään!), ja sitten yksi opiskelija kertoo minulle, että hän on tykkää moottoreista. Yksi 20: stä, mutta se on jo jotain! Ja sitten hän kertoo minulle, että hän teki Stirling -moottorin itse. Tiedän kuinka tehdä tällainen moottori tavallisesta tölkistä, mutta sitten kävi ilmi, että hän teki jotain paljon tehokkaampaa. Minä sanon: "Tuokaa!" - ja hän toi. "Kuvaile, miten teit sen!" - ja hän kuvaili, ja pidin hänen "esseestään" niin paljon, että esitän sen täällä ilman muutoksia tai lyhenteitä.
Työn alku on "luova kaaos".
- Olen aina pitänyt tekniikasta, mutta erityisesti moottoreista. Teen huoltoa, korjausta ja räätälöintiä suurella mielenkiinnolla. Opittuani Stirling -moottorista, olin kiinnostunut siitä kuin mikään muu moottori. Muotoilun maailma on niin monipuolinen ja suuri, että on yksinkertaisesti mahdotonta kuvata kaikkia mahdollisia vaihtoehtoja sen toteuttamiseksi. Mikään muu moottori ei tarjoa tällaista vaihtelua suunnittelun suhteen, ja mikä tärkeintä, kyky tehdä se itse.
Minulla oli ajatuksia tehdä moottorimalli tölkistä ja muista improvisoiduista keinoista, mutta sääntöjeni mukaan ei ollut tehdä "joka tapauksessa ja siitä, mitä se sai". Siksi päätin ottaa tämän tehtävän vakavasti, aluksi valmistautua teoreettisesti. Tutkin kirjallisuutta Internetissä, mutta haku ei tuottanut toivottua tulosta: tarkastella artikkeleita ja videoita, piirustuksia tämän moottorin malleihin. Valmiit mallit myytiin liian korkealla hinnalla. Lisäksi suuri halu tehdä kaikki itse, ymmärtää toimintaperiaate, debug ja suorittaa testejä, saada hyödyllistä työtä tästä moottorista ja jopa yrittää löytää sen käyttö taloudessa.
"Liikkeen kääntäminen!" (Taitava opiskelija, hän kuvasi koko työprosessin muistoksi. Nykyinen, kansalainen, dokumentaarinen valokuvallinen todiste … ja tässä ne ovat!)
Kysyin foorumeilta, ja he jakoivat kirjallisuutta kanssani. Se oli kirja "Stirling Engines" (Tekijät: G. Ryder ja C. Hooper). Se heijasti tämän tyyppisen moottorirakennuksen koko historiaa, miksi nopea kehitys pysähtyi ja missä näitä moottoreita käytetään edelleen. Kirjasta opin yksityiskohtaisemmin kaikki moottorissa tapahtuvat prosessit, löysin vastaukset kiinnostaviin kysymyksiin. Se oli mielenkiintoista lukea, mutta halusin harjoitella. Tietenkin ei ollut piirustuksia autotallimalleista, samoin kuin Internetissä, tietenkin, paitsi tölkin ja vaahtomuovin malli.
Suureksi onnekseni muotoilumallien myyjä julkaisi kurssin tällaisten mallien tekemisestä, hän laittoi sen tuolloin hintaan 20 dollaria, kirjoitin hänelle ja maksoin kurssin. Katsottuani kaikki videot, joista jokaisessa hän selitti tietyn tyyppisen tyylin, päätin tehdä täsmälleen gammatyypin korkean lämpötilan muotoilun. Koska hän kiinnosti minua suunnittelullaan, ominaisuuksillaan ja ulkonäöllään. Videokurssilta opin sylinterin halkaisijan likimääräisen suhteen, männän halkaisijat, mitä välyksiä, karheutta pitäisi olla, mitä materiaaleja valmistuksessa käytetään, joitakin rakentamisen vivahteita. Mutta missään ei ollut saatavilla tekijän moottoreiden kokoja, vain suunnilleen solmujen koon suhde.
Itse asun kylässä, voisi sanoa esikaupunkialueella, äitini on kirjanpitäjä ja isäni puuseppä, joten oli jotenkin sopimatonta kääntyä heidän puoleensa neuvoja moottorin rakentamisesta. Ja käännyin naapurini Gennadi Valentinovitšin puoleen saadakseni apua, hän työskenteli nyt romahtaneessa KZTM -tehtaassa Kuznetskissa.
Yleensä seuraavana päivänä Gennadi Valentinovich toi minulle noin 1 m pitkän ja noin 50 mm halkaisijaltaan alumiinisen aihion. Olin erittäin onnellinen, sahattiin tarvitsemani aihiot ja seuraavana päivänä menin kouluun yrittämään teroittaa polttomoottorini lämmitintä ja jääkaappia. Teroitin harjoittelusorvilla (jossa isoisä Lenin työskenteli).
Tietenkään siellä ei ollut tarkkuutta, lämmittimen ulompi osa osoittautui varsin hyväksi, mutta itse sylinterimäinen osa männän alla oli kartiossa. Trudovik selitti minulle, että tylsä leikkuri taipuu, koska tällaisten asioiden kone on melko pieni ja heikko. Heräsi kysymys, mitä tehdä seuraavaksi … Onneksi äitini työskenteli tuolloin kirjanpitäjänä yksityisessä yrityksessä, joka oli entinen autokorjaamo. Valery Aleksandrovich (tämän tehtaan johtaja) osoittautui ihanaksi ihmiseksi ja auttoi minua paljon, minulle oli jo toimitettu ammattimainen neuvostoliiton kone ja kääntäjä, joka auttoi minua. Asiat menivät hauskemmaksi, ja kirjaimellisesti viikkoa myöhemmin melkein kaikki oli valmista, moottorin kokoaminen alkoi. Rakentamisessa oli mielenkiintoisia hetkiä, esimerkiksi: akseli, johon vauhtipyörä painettiin, annettiin toisen tehtaan tarkkuusmekaniikan korjaamolle (laakereiden tarvittavan tarkkuuden saavuttamiseksi); jääkaappi teroitettiin sorvilla ja kiinnittimien paikat tehtiin jyrsinkoneella, vauhtipyörä hiottiin hiomakoneella. Se oli erittäin mielenkiintoista ja jännittävää minulle. Tehtaan työntekijät luulivat minun olevan opiskelija ja kirjoitan jonkinlaista tieteellistä työtä. Istuin tehtaalla myöhään iltaan, ja he toivat minut kotiin Valeri Aleksandrovitšin virka -autolla. Moottori käynnistettiin suuressa tehtaan työntekijöiden piirissä, kaikki olivat erittäin kiinnostuneita. Käynnistys onnistui, mutta moottori toimi huonosti.
Tulos kruunaa sopimuksen! Telineen kulma paloi testin aikana.
Puutteet paljastettiin, muoviset saranat korvattiin fluoroplastisilla, vauhtipyörä kevennettiin ja tasapainotettiin, mäntä sai fluoroplastisen kiinnityksen pienemmälle lämmönsiirrolle ja jääkaapissa oli suurempi jäähdytysalue. Hienosäädön jälkeen moottori on parantanut merkittävästi teknistä suorituskykyään.
Itse olin iloinen. Kun ystävät tulevat luokseni, ensimmäinen asia, jonka he tekevät, ovat hänen luokseen, pyydä häntä aloittamaan. Gennadi Valentinovich ajoi näyttämään tyylinsä työlleen, kaikki olivat erittäin kiinnostuneita, heidän ei tarvinnut edes soittaa jollekin, kaikki lähestyivät, katsoivat ja kiinnostuivat."
Nuoren miehen nimi on Nikolai Shevelev, ja hän on ryhmän johtaja. Vein hänet dekaanin luo, ja me kolme puhuimme erittäin hyvin. Ja sitten muistin tilastot, joiden mukaan vain 2% maailman väestöstä riittää edistämään ihmiskuntaa tieteen ja tekniikan kehityksen tiellä. Laskin opiskelijoiden kokonaismäärän ja ymmärsin, että … ei tarvitse huolehtia liikaa. Nikolain kaltaisten ihmisten kanssa edistys on edelleen taattu meille!
