Za začetek je priimek Stirling precej pogost tako v Angliji kot na Škotskem. Se pravi, če obstaja grad Stirling, zakaj potem ne bi bil "gospod Stirling"? In prav takšna oseba - škotski duhovnik Robert Stirling je 27. septembra 1816 prejel britanski patent za motor, ki ni imel nič skupnega s parnim strojem! Še več, motor, poimenovan po njem, se je izkazal za edinstvenega, saj je lahko deloval iz katerega koli vira toplote!
Robert Stirling.
Leta 1843 je njegov sin James Stirling uporabil očetov motor v tovarni, kjer je delal kot inženir. No, že leta 1938 so nastali stiirlings z zmogljivostjo do 200 KM. in učinkovitost 30 odstotkov.
Načelo delovanja tega motorja je izmenično segrevanje in hlajenje delovne tekočine v popolnoma zaprtem cilindru. Običajno je delovni medij zrak, lahko pa uporabimo vodik in helij ter freone, dušikov dioksid, utekočinjen propan-butan in celo vodo. Poleg tega ostaja tekoč skozi ves termodinamični cikel. To pomeni, da je zasnova motorja izjemno preprosta in uporablja dobro znano lastnost plinov: njihov volumen se pri segrevanju poveča, pri hlajenju pa se zmanjša.
Eden od številnih domačih šterlingov.
Stirlingov motor uporablja … "Stirlingov cikel", ki glede na svojo termodinamično učinkovitost ni le slabši od Carnotovega cikla, ampak ima celo nekatere prednosti. Vsekakor pa "Stirlingov cikel" omogoča, da v samo nekaj urah dobite delujoč motor iz navadne pločevinke.
Beta Stirling naprava.
Sam "Stirlingov cikel" vključuje štiri glavne faze in dve prehodni: ogrevanje, širjenje, prehod na hladen vir, hlajenje, stiskanje in prehod na vir toplote. No, koristno delo dobimo v procesu povečanja prostornine ogrevanega plina.
1. faza.
2. faza.
Faza 3.
4. faza
Delovni cikel Stirlingovega motorja beta: a - delovni bat; b - delovni bat; c - vztrajnik; d - požar (ogrevalno območje); e - hladilna rebra (hladilno območje).
Deluje tako: dva cilindra in dva bata. Zunanji vir toplote - in to so lahko celo kurjenje lesa, celo plinski gorilnik, celo sončna svetloba - poveča temperaturo plina v spodnjem delu cilindra za izmenjavo toplote. Nastane pritisk in potisne delovni bat navzgor, premični bat pa se ne prilega tesno ob stene valja. Nadalje ga vztrajnik, ki se pomika, potisne navzdol.
Stirling shema iz pločevinke.
V tem primeru vroč zrak z dna jeklenke vstopi v hladilno komoro. V delovni komori pa se ohladi in skrči, nato pa delovni bat hiti navzdol. Premični bat se premika navzgor in tako se ohlajen zrak premakne na dno. Cikel se tako ponovi. V Stirlingu se gib delovnega bata premakne za 90 ° glede na premik bata.
Fotografija mešanja iz pločevinke.
Sčasoma se je pojavilo veliko različnih modelov "stylinga", poimenovanih po črkah grške abecede: alfa, beta, gama, ki se razlikujejo v delovnem ciklu. Temeljne razlike med njimi so majhne in se nanašajo na razporeditev jeklenk in velikost batov.
Stirlingov motor z linearnim alternatorjem.
Alpha Stirling ima dva ločena bata v različnih valjih: vroč in hladen. Cilinder z vročim batom se nahaja v toplotnem izmenjevalniku, ki ima višjo temperaturo, jeklenka s hladnim batom pa v hladnejšem. Regenerator (tj. Izmenjevalnik toplote) se nahaja med vročim in hladnim delom.
Beta Stirling ima samo en valj, vroč na enem koncu in hladen na drugem. Bat se premika znotraj cilindra (iz katerega odvzame moč) in izpodrivalnika, ki spreminja prostornino njegove vroče cone. Plin se črpa na vroč konec jeklenke s hladnega konca jeklenke skozi regenerator.
Gamma Stirling ima tudi bat in izpodrivalec ter dva cilindra - hladen (kjer se bat premika, od katerega se odvzame moč) in vroč (kjer se premika premikač). Regenerator je zunanji, v tem primeru povezuje vroč del drugega valja s hladnim in hkrati s prvim (hladnim) cilindrom. Notranji regenerator je v tem primeru del izpodrivalnika.
Obstajajo sorte Stirlingovega motorja, ki ne spadajo pod te tri klasične vrste: na primer rotacijski Stirlingov motor, pri katerem se rešijo težave s puščanjem in ni ročičnega mehanizma, saj je rotacijski.
Kaj je dobro pri mešanicah in zakaj so slabe? Najprej so vsejedi in lahko uporabljajo katero koli temperaturno razliko, tudi tisto med različnimi plastmi vode v oceanu. Izgorevanje v njih je stalne narave, kar zagotavlja učinkovito zgorevanje goriva, kar pomeni, da je njegova prijaznost do okolja višja. Poleg tega nima izpušnih plinov. Manjša raven hrupa - brez "eksplozij" v jeklenkah. Manj vibracij, na primer z beta mešanjem. Delovna tekočina se ne porabi pri oblikovanju. Zasnova motorja je izjemno preprosta, ne potrebuje mehanizmov za distribucijo plina. Zaganjalnik ni potreben, tako kot menjalnik ni potreben.
Enostavnost in odsotnost številnih "občutljivih" vozlišč zagotavljajo "mešanje" brez primere za vse ostale motorje v več deset in sto tisoč urah neprekinjenega delovanja.
Švedska podmornica "Gotland".
Stirlings so zelo ekonomični. Tako pretvorba sončne energije v električno z mešanjem daje večji izkoristek (do 31, 25%) kot toplotni motorji, ki delujejo na paro. Za to je "styling" nastavljen v središču paraboličnega ogledala, ki "sledi" soncu, tako da se njegov valj nenehno segreva. Na takšni napravi v Kaliforniji je bil leta 2008 dosežen zgornji rezultat, zdaj pa na mešalnikih gradijo veliko sončno postajo. Lahko jih pritrdite na lupino plavžev in potem nam bo neprekinjeno taljenje surovega železa dalo veliko … poceni energije, saj je zdaj ta toplota zapravljena!
Na splošno je pri oblikovanju le ena pomanjkljivost. Lahko se pregreje in potem takoj odpove. Poleg tega mora biti za doseganje visokega izkoristka plin pod zelo visokim pritiskom v jeklenki. Vodik ali helij. In to je izjemna natančnost prileganja vseh njegovih delovnih enot in posebne visokotemperaturne masti. No, mere … zgorevalna komora ni potrebna. Stirling ne more živeti brez nje! In to je dodatna prostornina in sistem izolacije in hlajenja!
Soryu je japonska podmornica, ki jo poganjajo Stirlingovi motorji.
Vendar bo sprememba prednostnih nalog verjetno utirala pot Stirlingovim motorjem. Če v ospredje postavimo prijaznost do okolja, potem se bo mogoče enkrat za vselej posloviti od motorja z notranjim zgorevanjem. Poleg tega se nanje polagajo veliki upi za nastanek obetavnih sončnih elektrarn. Uporabljajo se že kot avtonomni generatorji za turiste. Nekatera podjetja so vzpostavila proizvodnjo sterlingov, ki delujejo iz običajnih gorilnikov na plinsko peč. NASA razmišlja tudi o možnostih za Stirlingove generatorje energije, ki jih poganjajo jedrski in radioizotopski viri toplote. Zlasti se načrtuje uporaba takšnega stylinga skupaj z električnim generatorjem v vesoljski ekspediciji na Titan, ki jo načrtuje NASA.
"Smetam" - postavitev.
Zanimivo je, da če zaženete Stirlingov motor v vzvratnem načinu, torej obrnete vztrajnik iz drugega motorja, potem bo deloval kot hladilni stroj (povratni Stirlingov cikel) in prav ti stroji so se izkazali za zelo učinkovite za proizvodnjo utekočinjenih plinov.
No, zdaj, ko imamo vojaško stran, ugotavljamo, da so bili Stirlings testirani na švedskih podmornicah že v 60. letih prejšnjega stoletja. Leta 1988 so Stirlings postali glavni motor podmornice razreda Nakken. Z njimi je več kot 10.000 ur plula pod vodo. "Nakkenu" so sledile serijske podmornice tipa "Gotland", ki so postale prve podmornice, opremljene s Stirlingovimi motorji, kar jim omogoča, da ostanejo pod vodo do 20 dni. Danes imajo vse podmornice švedske mornarice mešane motorje, švedski ladjedelniki pa so razvili prvotno tehnologijo namestitve takšnih motorjev na običajne podmornice, tako da so vanj zarezali dodaten prostor z novim pogonskim sistemom. Delujejo na tekočem kisiku, ki se nato v čolnu uporablja za dihanje, opaženo pa je, da imajo zelo nizko raven hrupa. No, zgoraj omenjene pomanjkljivosti (problem velikosti in hlajenja) na podmorniški bojni ladji niso pomembne. Primer Švedov se je Japoncem zdel vreden pozornosti, zdaj pa so Stirlingovi tudi na japonskih podmornicah razreda "Soryu". Prav ti motorji danes veljajo za najbolj obetavne enomotorne motorje za vse vrste podmornic 5. generacije.
Takole izgleda stajling študenta državne univerze Penza Nikolaja Sheveleva.
No, zdaj pa kar nekaj o tem, kakšno … "slabo mladost" imamo. 1. septembra pridem k študentom - bodočim inženirjem inženirjev, jim postavljam tradicionalna vprašanja, kaj berejo (praktično nič!), Kaj jim je všeč (s tem stanje ni veliko boljše, vendar so večinoma noge zaposlene, ne glava!), Katere tehnične revije poznajo - "Mladi tehnik", "Oblikovalec modelov", "Znanost in tehnologija", "Priljubljena mehanika" … (nobenega!), potem pa mi en študent pove, da je rad motorje. Eden od 20, ampak to je že nekaj! In potem mi pove, da je Stirlingov motor izdelal sam. Vem, kako iz običajne pločevinke narediti tak motor, potem pa se je izkazalo, da je naredil nekaj veliko bolj učinkovitega. Rečem: "Prinesi!" - in prinesel je. "Opiši, kako ti je to uspelo!" - in opisal je, njegov "esej" pa mi je bil tako všeč, da ga predstavljam tukaj brez kakršnih koli sprememb ali okrajšav.
Začetek dela je "ustvarjalni kaos".
»Tehnologija mi je bila vedno všeč, predvsem pa motorji. Z velikim zanimanjem se ukvarjam z vzdrževanjem, popravilom in prilagajanjem. Ko sem izvedel za Stirlingov motor, me je navdušil kot noben drug motor. Svet oblikovanja je tako raznolik in velik, da je preprosto nemogoče opisati vse možne možnosti za njegovo izvedbo. Noben drug motor ne bo dal takšne raznolikosti v smislu oblikovanja, in kar je najpomembneje, zmožnosti, da ga naredite sami.
Imel sem zamisli, da bi izdelal model motorja iz pločevinke in drugih improviziranih sredstev, vendar v mojih pravilih ni bilo, da se "tako ali tako in iz tega, kar je dobil". Zato sem se odločil, da bom to nalogo vzel resno, za začetek s teoretsko pripravo. Študiral sem literaturo na internetu, vendar iskanje ni prineslo želenega rezultata: pregled člankov in videoposnetkov, pomanjkanje risb za modele tega motorja. Končni modeli so bili prodani po previsoki ceni. Poleg tega obstaja velika želja, da vse naredite sami, razumete načelo delovanja, odpravite napake in opravite teste, pridobite koristno delo s tem motorjem in celo poskusite najti njegovo uporabo v gospodarstvu.
"Obračanje posla!" (Pameten študent, ves proces dela je posnel za spomin. Sedanji, državljan, dokumentarni fotografski dokazi … in tu so!)
Vprašal sem po forumih in z mano so delili literaturo. To je bila knjiga "Stirlingovi motorji" (avtorja: G. Ryder in C. Hooper). Odražalo je vso zgodovino te vrste gradnje motorjev, zakaj se je hiter razvoj ustavil in kje se ti motorji še vedno uporabljajo. Iz knjige sem podrobneje izvedel vse procese, ki se pojavljajo v motorju, našel odgovore na vprašanja, ki nas zanimajo. Bilo je zanimivo brati, vendar sem želel vaditi. Seveda ni bilo risb garažnih modelov, pa tudi na internetu, no, seveda, razen modela iz pločevinke in penaste gume.
Na mojo veliko srečo je oseba, ki je prodajala modele za oblikovanje, objavila tečaj o izdelavi takšnih modelov, takrat jo je postavil za 20 dolarjev, pisal sem mu in plačal tečaj. Po ogledu vseh video posnetkov, v vsakem od katerih je razložil določeno vrsto stylinga, sem se odločil, da naredim natančno visokotemperaturni styling tipa gama. Ker me je zanimal s svojo zasnovo, značilnostmi in videzom. Iz video tečaja sem izvedel približno razmerje med premerom cilindra, premerom bata, kakšne morajo biti zračnosti, hrapavost, katere materiale uporabiti pri izdelavi, nekatere odtenke gradnje. A nikjer ni bilo na voljo velikosti avtorskih motorjev, le približno razmerje velikosti vozlišč.
Sam živim v vasi, bi lahko rekli v predmestju, mama je računovodja, oče pa mizar, zato se je nekako neprimerno obrniti na njih za nasvet o izdelavi motorja. In za pomoč sem se obrnil na soseda, Gennadyja Valentinoviča, ki je delal v zdaj propadli tovarni KZTM v Kuznetsku.
Na splošno mi je naslednji dan Gennady Valentinovich prinesel aluminijasto slepo stranico dolžine približno 1 m in premera približno 50 mm. Bil sem zelo vesel, odrezal sem praznine, ki sem jih potreboval, in naslednji dan sem šel v šolo, da bi poskušal izostriti grelec in hladilnik za motor z notranjim zgorevanjem. Ostril sem na stružnici (na kateri je delal dedek Lenin).
Seveda tam ni bilo natančnosti, zunanji del grelca se je izkazal za precej dobrega, toda sam cilindrični del pod batom je bil na stožcu. Trudovik mi je razložil, da se dolgočasni rezalnik upogne, saj je stroj za take stvari precej majhen in šibek. Pojavilo se je vprašanje, kaj storiti naprej … Imela sem srečo, da je moja mama takrat delala kot računovodja v zasebnem podjetju, ki je bilo nekdaj tovarna za popravilo avtomobilov. Valery Aleksandrovich (direktor tega obrata) se je izkazal za čudovito osebo in mi je veliko pomagal, že sem dobil profesionalni sovjetski stroj in stružnico, ki mi je pomagala. Stvari so šle bolj zabavno in dobesedno teden dni kasneje je bilo skoraj vse pripravljeno, začela se je montaža motorja. Pri gradnji so bili na primer zanimivi trenutki: gred, na katero je bil pritisnjen vztrajnik, je bila predana delavnici za natančno mehaniko v drugem obratu (da bi dobili potrebno natančnost za ležaje); hladilnik je bil nabrušen na stružnici, mesta za pritrdilne elemente pa z rezkalnim strojem, vztrajnik je bil zmlet na brusilniku. Zame je bilo zelo zanimivo in vznemirljivo. Delavci v tovarni so mislili, da sem študent in pišem nekakšno znanstveno delo. V tovarni sem sedel do poznega večera in domov so me pripeljali v službenem avtu Valerija Aleksandroviča. Motor se je zagnal v velikem krogu tovarniških delavcev, vsi so bili zelo zainteresirani. Izstrelitev je bila uspešna, vendar je motor slabo deloval.
Rezultat kroni posel! Vogal stojala je med preskusom pogorel.
Pokazale so se pomanjkljivosti, plastični tečaji so bili zamenjani s fluoroplastičnimi, vztrajnik je bil olajšan in uravnotežen, bat je dobil fluoroplastični nastavek za nižji prenos toplote, hladilnik pa je postal z večjo hladilno površino. Po natančni nastavitvi je motor znatno izboljšal svoje tehnične zmogljivosti.
Tudi sam sem bil navdušen. Ko pridejo prijatelji k meni, najprej pridejo do njega in ga prosijo, naj začne. Gennady Valentinovich se je odpeljal, da bi styling pokazal svojemu delu, vsi so bili zelo zainteresirani, sploh jim ni bilo treba nekoga poklicati, vsi so pristopili, pogledali in se zanimali."
Mladenič se imenuje Nikolaj Ševelev in je vodja skupine. Odpeljal sem ga k dekanu in vsi trije smo se zelo dobro pogovarjali. In potem sem se spomnil statistike, da je le 2% svetovnega prebivalstva dovolj za napredovanje človeštva po poti znanstvenega in tehnološkega napredka. Preštela sem skupno število študentov in ugotovila, da … ni treba preveč skrbeti. Z ljudmi, kot je Nikolaj, nam bo napredek še vedno zagotovljen!
