Вероятно мнозина от посетителите са чували, а предполагам немалко са и запознати с прословутият двигател. Иска ми се чрез настоящия пост да обърнем малко внимание (заслужено според мен) на принципа на работа, и възможните му приложения.

По същество. Най-общо казано Двигателят на Стирлинг представлява топлинна машина (движи се с температурна разлика), а видът двигатели към който принадлежи – двигател с външно горене, какъвто е и парният, но за разлика от него работи със затворен цикъл (няма изпускане на работен флуид в околната среда, поради което няма такива загуби), използва се и свиването на флуида (в никоя друга топлинна машина не се прави), работният флуид е всъщност газ (може въздух), няма клапани, безшумен е, и може да работи при доста по-ниски температурни разлики.

Открит през 1816 година, от Робърт Стирлинг, поради това е известен по-късно като Стирлингов двигател.

Как работи? Известно е, че газовете при нагряване се разширяват, а при охлаждане се свиват. Нека си представим, че разполагаме с хермртизиран цилиндър с бутало, примерно амортисьор или запушена спринцовка (желателно от някогашните стъклени), в който имаме някакъв газ. Ако поставим цилиндъра в гореща вода, разширяващият се газ ще избута буталото навън. При охлаждане настъпва обратният процес. Ако обаче свържем буталото с механизъм, така че при движението си да премества целият цилиндър от топло място на студено и обратно, вече имаме работещ прототип. Има такива решения, но по-разпространеният начин е да се застави газът да циркулира в затворен обем, поделен на студена и гореща част и при разширяването и свиването си да извършва работа. Като представеният на анимацията механизъм.

Състои се от два съединени цилиндъра с различно сечение и две бутала. По-малкото е силовото бутало, онова което разширяващият се газ избутва. А по-голямото? Нарича се изместващо бутало (displacer). По-наблюдателните ще забележат, че не се докосва до стените на цилиндъра. Не е грешка. Работата му е да измести равен на него обем газ в обратна на движението му посока. Газът минава именно през тази „междина“. Очевидно е, че буталото трябва да е обемно и леко. Също така и да е добър топлоизолатор, защото то е и преграда между студената и горещата част от машината/ Буталата са свързани едно с друго чрез рейки и с маховик по начин, осигуряващ оптималната работа на двигателя.

Използват се всякакви газове – въздух, водород, азот, фреон. Не знам за пропан-бутан, но няма пречка да работи.

Конструкции. Разнообразни. Като се почне от показаната, мине се през други подобни бутални, мине се през вариант с радиално разположени спринцовки върху колело, потопено наполовина във вода (аналолог на двигателя „Гном“), аналог на Ванкеловия двигател, турбина, свободно бутало без маховик, та чак до двигатели с течни бутала (чието бутало е течност). За последния по-екзотичен пример можем да посочим абсорбционен хладилник (на Айнщайн), където циркулацията на амоняка и водата в контура се осъщестява не чрез конвекция, а именно по този принцип.

И последно, което може би е по-малко известен факт, но е редно да се каже, е че Стирлинговите двигатели са обратими. Ако му развъртите маховика ще получите температурна разлика. Може да се използва за охладител или топлинна помпа. На практика обаче не става с всички видове.

Не казх нищо за минусите. Работи на малка температурна разлика, но понеже е топлинна машина КПД-то зависи от гадната разлика. Т.е. по-добре е да е по-висока. Повечето такива двигатели се нуждаят от 400ºС за да работят, но при такива условия и при механични напрежения се оказва, че само метал е подходящ като материал за работещите модели. Поради топлопроводимостта на металите обаче се получава „утечка” по корпуса и дисплейсъра от горещата към студената част на машината, въпреки изолацията на „съединението”, т.е. изтича топлина без да се извършва работа. Също така не са много материалите, които уплътняват ефективно (за силовото бутало) при такива температурни разлики. Поради тези причини може да се окаже по-рентабилно да се направи двигател, работещ с 200 ºС, но при който някои ключови детайли могат да се направят от пластмаса. На този вариант са се спрели инженерите от Cool Energy, за които писах в предишния си пост.

Смятам че темата е поизчерпана, но ще се радвам някой да допълни нещо, съзнателно пропуснах да говоря с формули, но предлагам нещо по-добро от типа „Направи си сам“. Прилагам това. Много отдавна съм го свалил, надявам се да няма проблем с правата. Още повече че е част от комплект (конструктор), но който има повече хъз да изобретява ще се справи. С немския ме няма, но съм готов да преведа английската част, ей така за идеята ако има сериозни изобретатели, а езика се окаже проблем. Само срещу снимка на модела като стане.

Материали: http://greentech-bg.net/?p=4173

• Предишна
• Следваща