Двигун Стірлінга

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

 Електрогенератор з двигуном Стірлінга. Робочою речовиною служить водень.
Електрогенератор з двигуном Стірлінга. Робочою речовиною служить водень.

Двигун Стірлінга (ДС)тепловий двигун, що працює за циклом Стирлінга. У 1816 році Роберт Стірлінг запантентував цей тип двигуна.

Зміст

[ред.] Особливості

Двигун, що працює за циклом Стірлінга, відрізняється від двигунів внутрішнього згорання, тим що робоче тіло переміщається у пристрої за замкнуним контуром. Тепло передається у систему, і відбирається з системи через стінки. Немає згорання всередині системи, і як наслідок, відсутні стрибки тиску, які супроводжують процес згорання.

Оскільни робоча речовина переміщається за замкненим контуром, у системі повині бути присутні дві робочі камери. За звичай робочий об'єм у цих камерах змінюється за допомогою поршнів, поршні звязані між собою за допомогою механічної передачі.

[ред.] Переваги двигуна Стірлінга

Двигун при роботі створює менше шуму, ніж двигуни внутрішнього згорання, оскільки відсутня детонація. Відсутність детонації також позначаються на довговічності конструкції.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) для двигуна, що працює за циклом Стірлінга, як і для двигуна, що працює за циклом Карно, залежить лише від різниці температур нагрівача T2 і холодильника T2.

\eta={T_1-T_2 \over T_2}

[ред.] Недоліки двигунів Стірлінга

 Двигун Стірлінга з ромбоєдричним механізмом єднання поршнів (розробка фірми Philips).
Двигун Стірлінга з ромбоєдричним механізмом єднання поршнів (розробка фірми Philips).

ДС має високий коефіцієнт корисної дії при використанні у конструкції регенератора тепла. Це збільшує вагу і ціну конструкції.

Оскільки у системі присутні дві робочі комори, об'єм яких змінюється поршнями, то для ефективної роботи, необхідна складна система, що зв'язує поршні.

[ред.] Застосування двигунів Стірлінга

Високий коефіцієнт корисної дії привертає увагу інженерів до цього типу двигунів. Принцип дії не залежить від джерела тепла — це може бути атомний реактор, або горнятко кави [[1]].

Цікавим є застосування ДС для перетворення сонячного тепла [[2]].

Застосування ДС як електрогенератора для війскового підводного човна, дозволило конкурувати з атомними субмаринами за тривалістю автономного плавання [[3]].

[ред.] Зовнішні посилання

Приклад двигуна Стірлінга, збудованого з бляшанок [[4]]

Тут можна знайти інформацію про різні конструкції ДС [[5]]




Двигун Стірлінга – це поршневий двигун із зовнішнім підведенням теплоти, в якому робоче тіло перебуває у замкненому контурі і під час роботи двигуна не змінюється.

Ідеальний термодинамічний цикл Стірлінга має термічний ККД, що дорівнює ККД теоретичного циклу Карно. Але фактично забезпечити високий ККД двигуна Стірлінга можливо тільки за наявності ефективного регенератора. Питома потужність двигуна Стірлінга (потужність на одиницю робочого об’єму) відповідає потужності дизеля.

Зрештою, зупинимось на будові і принципі роботи двигуна Стірлінга. Однією з можливих його конструкцій є розташування його циліндрів під кутом 90°.

У кожному циліндрі переміщується поршень: у гарячому – робочий, в холодному - витискувач. Поршні з’єднано із кривошипом колінчастого валу шатунами. Гаряча порожнина сполучається з холодною через регенератор і охолоджувач. Регенератор є тепловим акумулятором, призначеним для запобігання втратам теплоти. Він сприймає теплоту робочого тіла при перетіканні з гарячої порожнини в холодну і віддає її при зворотному перетіканні робочого тіла. Матеріал регенератора повинен мати високу теплоємність та низьку теплопровідність, щоб уникнути передачі теплоти до охолоджувача. Охолоджувач сприймає основну частину теплоти, яка відводиться від двигуна, що зумовлено замкненим циклом двигуна Стірлінга. Порівняно з дизелем, у систему охолодження двигуна Стірлінга відводиться вдвічі більше теплоти, тому й продуктивність системи охолодження має бути вдвічі вищою.

Під час руху поршня до верхньої мертвої точки відбувається стискання повітря в усіх порожнинах двигуна, робоче тіло через регенератор, де відбирає накопичену теплоту, перетікає у гарячу порожнину. Теплота до робочого тіла в гарячій порожнині підводиться ззовні крізь стінки циліндра, від продуктів згорання, що утворюються в камері згорання. Нагрівання робочого тіла в гарячій порожнині зумовлює підвищення його тиску в усіх сполучених між собою порожнинах двигуна. Під дією цього тиску робочий поршень переміщується до нижньої мертвої точки, здійснюючи робочий хід, а робоче тіло проходить через регенератор, віддає йому частину теплоти, охолоджується в охолоджувачі і потрапляє до холодної порожнини. Через зниження температури зменшується тиск. Далі цей цикл повторюється. Регулювання потужності може здійснюватись у різні способи. Наприклад, зміною додаткового об’єму, для чого двигун обладнують додатковим поршнем з ґвинтовою передачею.

Двигуни Стрілінга мають вагомі переваги порівняно з двигунами внутрішнього згорання, такі як:

1. незначна витрата мастильних матеріалів;

2. дуже низькі викиди основних шкідливих речовин, на порядок нижчі за ДВЗ, завдяки сталому згоранню палива у сприятливих умовах;

3. незначна шумність двигуна Стіргінга, що пояснюється відсутністю механізму газорозподілу, а також плавним неперервним процесом згорання, на відміну від вибухоподібного згорання в циліндрах ДВЗ;

4. невеликий обсяг технічного обслуговування;

5. а також абсолютна різнопаливність двигуна Стірлінга.