Стърлинг машини - това
В XIX век инженери искат да се създаде по-безопасна алтернатива на парни двигатели на времето, чиито котли често избухна поради пара под високо налягане и неподходящи материали в тяхната структура. Една добра алтернатива на парни двигатели се появява със създаването на Стирлинг, което би могло да се превърне в работа всеки температурната разлика. Основният принцип на двигателя Стърлинг непрекъснато се редуват отопление и охлаждане на работния флуид в затворен цилиндър. Обикновено въздуха служи ролята на работния флуид. но също използва водород и хелий. Няколко експериментални проби са били тествани фреони, азотен диоксид, течен пропан-бутан и вода. В последния случай, водата остава в течно състояние във всички области на термодинамичния цикъл. Стърлинг характеристика на течния работна течност е по малък размер, висока плътност на мощността и високи експлоатационни налягания.
От термодинамиката е известно, че налягане. температура и обем на газ са свързани помежду си и да следват закона на идеалните газове.
където Р - газ под налягане
V - обем на газ
п - брой молове от газ
R - универсална газова константа
температура на газа в Келвин - T
Това означава, че отопление на газ увеличава обема си, и при охлаждане - се намалява. Този газ имот е в основата на работата на двигателя на Стърлинг.
Двигателят Стърлинг използва цикъл на Стърлинг. което не е по-малък от термодинамична ефективност на цикъла на Карно. и дори има предимството. Фактът, че цикълът на Карно се състои от няколко различни изотерми и горещини. Практическо прилагане на този цикъл необещаващо. Стирлингов цикъл се оставя да се получи почти работата на двигателя в приемливи размери. Stirling цикъл се състои от четири етапа и разделена на две преходни фази: отопление, разширяване, преход към студения източник, охлаждане, компресия и преминаването към източника на топлина. По този начин, по време на прехода от топло източник на студен източник се разширява и компресиране на газ в цилиндъра. обеми разликата от газ могат да бъдат превърнати в работа, точно това, което двигателят Стърлинг. По-долу е работен цикъл на Стърлинг двигател β-тип
където: а - бутало преместване; б - на работното бутало; с - маховик; г - пожар (отопление региона) на; д - охлаждащите ребра (охлаждане площ);
1) Външен източник на топлина загрява газа в долната част на топлообмен цилиндъра. Генериран налягане избутва работното бутало нагоре (имайте предвид, че буталото изместване е монтирана свободно към стените).
2) маховик изместване избутва буталото надолу, като по този начин преместване на горещия въздух от дъното на камерата за охлаждане.
3) въздуха охлажда и договори, буталото се придвижва надолу.
4) изместване буталото се повдига, като по този начин преместване на охладен въздух в долната част. И цикълът се повтаря.
машина движение Стърлинг на работното бутало е изместен на 90 градуса спрямо движението на буталото за избутване. В зависимост от знака на смяна на машината може да бъде двигател или термопомпа. Когато промяната на 0 машина не вършиш никаква работа (с изключение на загубите от триене) и не го произвеждат.
конфигурация
Инженерите Стирлинг са разделени в три различни вида:
- Алфа Stirling съдържа два отделни захранващи бутала в отделни бутилки. Един бутало - горещо, а другият - супер. Цилиндър с бутало е в топлообменника горещо при по-висока температура, като цилиндър бутало студена е в студена топлообменник. В този тип на мощността на двигателя обемно съотношение да е достатъчно голям, но за съжаление, Alpha Stirling редица технически проблеми, причинени от висока температура "горещи" бутало и изолация.
Схематичен разрез на бета stirlinga ромбично механизъм
Pink - гореща цилиндър кухина, тъмно сиво - студена цилиндър кухина (жълти дисплеи подаване и отвеждане охладителните тръби) тъмно зелено - топлоизолационния линейни между различните краища на цилиндъра, тъмно зелено - заместителя синьо - работното бутало, Blue - маховици
Не се изписва: външен нагревател и външен охладител. В тази структура, на буталото-избутване конфигуриран без регенератор.
- Бета Стърлинг двигател има бета-цилиндров тип е само един, горещо в единия край, а другия студа. Вътре в цилиндъра се движат бутало (от която прекъсване на захранването) и "за избутване", който променя размера на гореща кухина. Газ се изпомпва от студения край на цилиндъра, в горещия регенератора. Регенератора може да бъде външна част на топлообменника, или в комбинация с бутало-заместителя.
- Гама Stirling Y тип гама също има бутало и "гориво", но в този случай двата цилиндъра - един студен (има се движи бутало, от която се отстранява силата), а вторият горещо в единия край и студен на другите ( "изместващи" там се движи) , Регенератор свързва горещата страна на втория цилиндър да се охлади и едновременно с първата (студен) цилиндъра.
недостатъци
Основният недостатък на двигателя - разходът на материали.
Като цяло, двигател с външно горене, и по-специално Стърлинг двигател работно средство за да се охлаждат, а това води до значително увеличаване на теглото и размера параметри на централата се дължи на повишените радиатори.
За изпълнение, конкурентни в сравнение с ICE е необходимо да се прилага с високо налягане (над 100 атм) и специфичните видове работния флуид - водород, хелий. Топлината не се доставят на работната течност директно, но само през стената на топлообменника. Стените имат ограничен топлопроводимост, поради което ефективността е по-ниска, отколкото може да се очаква. Hot teplobmennik работи в много интензивни топлинни условия, както и при много високи налягания, които изискват използването на висококачествени и скъпи материали. Топлообменник, който ще отговаря на противоречивите изисквания е много трудно. Колкото по-висок топлинен обмен района, по-ниска загуба на топлина. По този начин увеличаване на размера и обема на топлообменника работна течност, която не участва в работата.
Тъй като източник на топлина се изхвърля извън Двигателят реагира бавно на промени в топлинния поток доставени на цилиндър и не може веднага да се получи желаният мощност при стартиране. За бързо променя мощността на двигателя се използва чрез методи, различни от тези, използвани в двигатели с вътрешно горене: буферен резервоар с променлив обем, промяна в среда работна течност в камерите за налягане, промяната на фазовия ъгъл между работното бутало и избутване. В последния случай, реакцията на двигателя към действие за контрол на водача е почти мигновен.
предимства
Въпреки това, двигателят Стърлинг има предимства, които са принудени да му развитие.
- Двигател Pantophagy Както всички двигател с външно горене (или по-скоро - външна топлоизолация вход) Стърлинг може да работи на диференциалната температура между различните слоеве на океана, от слънцето, ядрена или изотопен нагревател, въглища, или печка на дърва и т.н. Този фактор е пряко свързано с .. ефективността на двигателя в широк смисъл - тя позволява да се замени скъпи горива с цел по-евтини алтернативи.
- проста структура Stirling липсва много от елементите на конвенционални двигатели: запалителна система, свещ, карбуратора, клапани, изпускателни тръби. Той се яви самостоятелно и не се нуждае от стартер. Неговите характеристики дават възможност да се отървете от скоростната кутия.
- Липсата на увеличаване на ресурсите на много "нежни" единици предоставят безпрецедентна позволява Стирлинг до друг ресурс в размер на десетки и стотици хиляди часа непрекъсната работа.
- В случай на ефективността на преобразуване на слънчевата енергия Стърлинг понякога дават по-висока ефективност (до 31.25%), отколкото топлинни двигатели за двойка. [1]
- Стърлинг опазване на околната среда може да се използва като източник на топлина за топлинни акумулатори стопени соли. Тези батерии превъзхождат на запасите от енергия химически батерии и по-евтини от тях. Използване на управлението на захранването за промяна на фазовия ъгъл между буталата, могат да се натрупат на механичната енергия, спиране на двигателя. В този случай, моторът се превръща в термопомпата.
- Тих Стърлинг двигател не е отработен, така че - никакъв шум. Бета-Стърлинг ромбична двигател устройство е идеално балансиран и с достатъчно високо качество на производство, дори не е нужно да вибрации (вибрация амплитуда е по-малък от 0.0038 mm).
приложение
Стърлинг двигател с линеен генератор AC
Универсални захранващи източници
Стирлинг могат да се използват за преобразуване на електрическа енергия от топлина. Те се възлага надеждите си върху създаването на соларни инсталации. Те се използват като самостоятелни генератори за туристи. Някои компании произвеждат генератори, които работят на газови горелки на пещта. НАСА обмисля варианти за генератори, базирани на Стърлинг работи по ядрени и радиоактивни изотопи с източници на топлина.
Ефективността на отоплителни или охладителни системи се увеличава, ако помпата е монтирана в контур принуден доставката на охлаждащата течност. Монтаж на електрическата помпа намалява способността за оцеляване на системата и в дома неприятно, че Ел "ветрове" най-малко една малка, но значителна сума. Помпата използва принципа на Стърлинг двигател, решава този проблем.
Стърлинг за течности може да бъде много по-лесно обичайната схема "двигател-помпа". В Стирлинг двигател работното бутало вместо работната течност може да се използва който едновременно служи за охлаждане на работния флуид.
stirlinga базирани помпа може да се използва за изпомпване на вода в напоителните канали от слънчевата топлина, за хранене на топла вода от слънчев колектор в къщата (в топлина акумулатор отопление опитайте настроен възможно най-ниски, така че водата е в радиаторите от гравитацията).
Стърлинг-помпа може да се използва за изпомпване на химикали, защото абсолютно непроницаемо.
Термопомпите могат значително да запишете на отопление. Обикновено се използват термопомпи задвижвани от електричество. Но в някои страни електрическа енергия, произведена от топлоелектрически централи, които горят природен газ, въглища, мазут и получената калориите, получени в тази термопомпа е не по-малко от тази, получена от изгарянето на газ. Unit, където комбинираното Стърлинг двигател и Стърлинг термопомпата, което прави ситуацията по-благоприятни. Стърлинг двигател дава на отпадната топлина отоплителна система от "студен" цилиндър, и получената механична енергия се използва, за да сменяте части от допълнителна топлина, която се вземат от околната среда. Hybrid термопомпа "Стърлинг-Стърлинг" е по-просто от състава на двете Стирлинг двигатели. Устройството е напълно липсата на работни бутала. капки за налягане, които се случват в двигателя се използват пряко за прехвърляне на топлина от термопомпата. Вътрешен prostaranstvo запечатана единица и позволява използването на работния флуид при много високо налягане.
Изчисленията показват, че идеалният термопомпата "Стърлинг-Стърлинг" за всяка калория изгорял газ може да се добавят още 3 до 10 калории от околната среда. На практика, тази стойност е по-ниска. Експерименти, свързани с употребата на такива устройства са били прекратени.
Почти всички хладилници използват едни и същи термопомпи. Що се отнася до системи за охлаждане на съдбата си е повече от щастлив. Редица производители на домашни хладилници ще бъде инсталиран на вашия модел на Стърлинг. Те ще имат по-висока ефективност и ще използва обикновен въздух, тъй като работната течност.
Стърлинг бяха efektivnost за втечняване на газ. Ако нямате нужда от огромни количества на Стърлинг рентабилни от инсталация турбина.
Stirling изгодно да се използва за охлаждане на висока точност устройства сензор.
Предимства Стърлинг доведе до факта, че през първата половина на 1960-те военноморски директории посочи възможността за монтаж на подводница тип "Shourmen", произведени от въздух задвижване независим шведската Стърлинг. Въпреки това, нито "Shourmeny", нито ги последва "Нака" и "Vesterotlandy" тези централи не са получили. Едва през 1988 г., подводница тип главоболие "Nacka" се превръща в двигател Стирлинг. С тях той премина под водата на повече от 10 000 часа. С други думи, това е шведите, открити в подводно корабостроене ера спомагателни анаеробно задвижване. И ако "Нака" - първият прототип кораба от този подклас, тип подводница "Готланд" станаха първите производствени лодки с Стирлинг, които им позволяват да останат под вода в продължение на 20 дни без прекъсване. За момента, всички флот подводници, снабдени с Стирлинг Швеция и шведски корабостроители са вече добре доказани технологии оборудват тези двигатели подводници от допълнително отделение вмъкване, в който се намира на новата система за задвижване.