Σε κινητήρες εξωτερική καύσηη διαδικασία καύσης καυσίμου και η πηγή θερμικής επίδρασης διαχωρίζονται από την εγκατάσταση εργασίας. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει συνήθως ατμοστρόβιλους και αεριοστρόβιλους, καθώς και κινητήρες Stirling. Πρώτα πρωτότυπα παρόμοιες εγκαταστάσειςσχεδιάστηκαν πριν από δύο και πλέον αιώνες και χρησιμοποιήθηκαν σχεδόν σε ολόκληρο τον 19ο αιώνα.

Όταν μια ταχέως αναπτυσσόμενη βιομηχανία χρειαζόταν ισχυρούς και οικονομικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, οι σχεδιαστές κατέληξαν σε μια αντικατάσταση των εκρηκτικών ατμομηχανών, όπου το λειτουργικό ρευστό ήταν ατμός υπό υψηλή πίεση. Κάπως έτσι εμφανίστηκαν οι κινητήρες εξωτερικής καύσης, που διαδόθηκε ευρέως στις αρχές του 19ου αιώνα. Μόνο μερικές δεκαετίες αργότερα αντικαταστάθηκαν από κινητήρες εσωτερικής καύσης. Κοστίζουν σημαντικά λιγότερο, γι' αυτό και χρησιμοποιήθηκαν ευρέως.

Αλλά σήμερα, οι σχεδιαστές εξετάζουν όλο και πιο προσεκτικά τους κινητήρες εξωτερικής καύσης που έχουν ξεφύγει από την ευρεία χρήση. Αυτό οφείλεται στα πλεονεκτήματά τους. Το κύριο πλεονέκτημα είναι ότι τέτοιες εγκαταστάσεις δεν απαιτούν ιδιαίτερα καθαρό και ακριβό καύσιμο.

Οι κινητήρες εξωτερικής καύσης είναι ανεπιτήδευτοι, αν και η κατασκευή και η συντήρησή τους εξακολουθούν να είναι αρκετά δαπανηρές.

Ο κινητήρας του Stirling

Ενα από τα πολλά διάσημους εκπροσώπουςοικογένεια κινητήρων εξωτερικής καύσης - Κινητήρας Stirling. Εφευρέθηκε το 1816, βελτιώθηκε αρκετές φορές, αλλά στη συνέχεια ξεχάστηκε άδικα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τώρα ο κινητήρας Stirling έχει αναγεννηθεί. Χρησιμοποιείται με επιτυχία ακόμη και στην εξερεύνηση του διαστήματος.

Η λειτουργία της μηχανής Stirling βασίζεται σε έναν κλειστό θερμοδυναμικό κύκλο. Περιοδικές διαδικασίες συμπίεσης και διαστολής λαμβάνουν χώρα εδώ σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Η ροή εργασίας ελέγχεται αλλάζοντας τον όγκο της.

Ο κινητήρας Stirling μπορεί να λειτουργήσει ως αντλία θερμότητας, γεννήτρια πίεσης ή συσκευή ψύξης.

Σε αυτόν τον κινητήρα, σε χαμηλές θερμοκρασίες, το αέριο συμπιέζεται και σε υψηλές θερμοκρασίες, διαστέλλεται. Περιοδικές αλλαγές στις παραμέτρους συμβαίνουν μέσω της χρήσης ειδικού εμβόλου που έχει λειτουργία εκτοπιστή. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμότητα παρέχεται στο ρευστό εργασίας από το εξωτερικό, μέσω του τοιχώματος του κυλίνδρου. Αυτή η δυνατότητα δίνει το δικαίωμα

Ατμομηχανές, που χρησιμοποιήθηκαν ευρέως τον δέκατο ένατο αιώνα, δεν παρείχαν επαρκή ασφάλεια κατά τη λειτουργία τους. Οι μηχανισμοί είχαν πολλαπλά σχεδιαστικά ελαττώματα και δεν άντεχαν υψηλή πίεσηατμού, που οδήγησε σε ρήξεις του λέβητα. , που κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1816 από έναν Σκωτσέζο ιερέα ονόματι Robert Stirling, έγινε μια καλή απόφασηγια εκείνη την εποχή. Η μοναδικότητά του συνίστατο στη χρήση ενός ειδικού καθαριστή (αναγεννητής) σε παλαιότερα γνωστούς «κινητήρες θερμού αέρα».

Το παρουσιαζόμενο διάγραμμα απεικονίζει σε προσιτή μορφή τη δομή του μηχανισμού εμβόλου και τη σειρά λειτουργίας του.

Η ουσία της εφεύρεσης του Stirling

Στο διάγραμμα, ο θερμικός κινητήρας αποτελείται από δύο κυλίνδρους, συμπίεσης και λειτουργίας. Αριστερά και σωστη πλευραο επιμήκης κύλινδρος χωρίζονται από ένα θερμομονωτικό τοίχωμα. Στο εσωτερικό υπάρχει ειδικό έμβολο μετατόπισης, το οποίο δεν έρχεται σε επαφή με τα πλαϊνά τοιχώματα.

1. Η θερμότητα παρέχεται στην αριστερή πλευρά της συσκευής, η ψύξη παρέχεται στη δεξιά.
2. Όταν το έμβολο κινείται προς τα αριστερά, ζεστός αέραςαναγκάζεται στην ψυχρή δεξιά ζώνη και ψύχεται.
3. Ταυτόχρονα, ο όγκος του αερίου μειώνεται.
4. Το έμβολο εργασίας ανασύρεται προς τα αριστερά.
5. Όταν το έμβολο μετατόπισης κινείται προς τα δεξιά κρύος αέραςαναγκάζεται στην καυτή ζώνη, όπου θερμαίνεται και διαστέλλεται.
6. Σπρώχνει το έμβολο εργασίας προς τα δεξιά.
7. Τα έμβολα εργασίας και μετατόπισης συνδέονται μεταξύ τους μέσω στροφαλοφόρος άξωνμε γωνία μετατόπισης 90 μοιρών.

Σημαντικό: – πρόκειται για μηχανισμό τύπου εμβόλου με θερμότητα που παρέχεται από εξωτερική πηγή. Το υγρό εργασίας της συσκευής είναι συνεχώς μέσα περιορισμένος χώροςκαι δεν μπορεί να αντικατασταθεί. ΠΡΟΣ ΠΑΡΑΔΟΣΗ απαιτούμενη ποσότηταΜπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ακόλουθες πηγές θερμότητας:

• ηλεκτρική ενέργεια;
• Ήλιος;
• πυρηνική ενέργεια κ.λπ.

Ιστορία ανάπτυξης κινητήρων εξωτερικής καύσης

Σε αντίθεση με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICE), όπου η ενέργεια απελευθερώνεται ως αποτέλεσμα της επέκτασης του όγκου του αέρα κατά την καύση μείγματα καυσίμων, εδώ το υλικό εργασίας θερμαίνεται μέσω των εξωτερικών τοιχωμάτων του κυλίνδρου. Από εδώ προέρχεται η ονομασία «κινητήρας εξωτερικής καύσης».

Χάρη στην εμφάνιση ενός στοιχείου αναγέννησης στη σχεδίαση του κινητήρα, η θερμότητα διατηρείται στη ζώνη δράσης για μεγάλο χρονικό διάστημα ενώ ψύχεται το υγρό εργασίας, γεγονός που συμβάλλει σε σημαντική αύξηση της απόδοσης του κινητήρα. Η εφεύρεση κατέστησε δυνατή την αύξηση της αποτελεσματικότητας των μηχανισμών και άρχισε να χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική παραγωγή.

Με τον καιρό, οι συσκευές Stirling έχασαν τη δημοτικότητά τους, αλλά λόγω αδράνειας συνέχισαν να χρησιμοποιούνται σε μερικές βιομηχανίες. Οι ατμομηχανές έχουν δώσει τη θέση τους στο ηγετικό βήμα στους μηχανισμούς νέας γενιάς:

• ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ;
• ατμομηχανές;
• ηλεκτροκινητήρες.

Τα πλεονεκτήματα των θερμικών συσκευών άρχισαν να θυμούνται ξανά μόνο τον εικοστό αιώνα. Οι καλύτερες ομάδες μηχανικών εμπλέκονται στην εισαγωγή των κινητήρων Stirling στις σύγχρονες εξελίξεις διάσημους κατασκευαστέςΑμερική, Σουηδία, Ιαπωνία κ.λπ.

Πώς λειτουργεί ένας θερμικός κινητήρας Stirling;

Η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα εξωτερικής καύσης είναι η συνεχής αλλαγή των τρόπων λειτουργίας - θέρμανση / ψύξη του υλικού εργασίας που βρίσκεται σε περιορισμένο χώρο. Με βάση τους νόμους της φυσικής, όταν ένα αέριο θερμαίνεται, ο όγκος του αυξάνεται και όταν η θερμοκρασία μειώνεται, μειώνεται ανάλογα. Η ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας εξαρτάται από τον συντελεστή μεταβολής του όγκου του ρευστού εργασίας.

Ο όρος «υγρό εργασίας» σημαίνει τις ακόλουθες ουσίες:

1. Αέρας.
2. Αέριο (ήλιο, υδρογόνο, φρέον, διοξείδιο του αζώτου).
3. Υγρό (νερό, υγροποιημένο βουτάνιο ή προπάνιο).

Πεδίο εφαρμογής κινητήρων εξωτερικής καύσης

Ως αποτέλεσμα των επακόλουθων βελτιώσεων στη σχεδίαση του κινητήρα, το αέριο θερμαίνεται/ψύχεται με σταθερή πίεση στο σύστημα (αντί να διατηρείται ο όγκος). Αυτή η εφεύρεση ενός μηχανικού από τη Σουηδία ονόματι Erickson κατέστησε δυνατή τη δημιουργία κινητήρων που προορίζονταν για χρήση από εργάτες σε ορυχεία, τυπογραφεία, πλοία κ.λπ.

Οι κινητήρες εξωτερικής καύσης χρησιμοποιούνταν συχνά για να τροφοδοτούν γεννήτριες σε περιοχές όπου δεν υπήρχε ηλεκτρική τροφοδοσία.

Ενδιαφέρον: Το 1945, ενθουσιώδεις εφευρέτες της Philips σκέφτηκαν την αντίστροφη εφαρμογή των θερμικών συσκευών. Κατά το ξετύλιγμα του άξονα ηλεκτρικός κινητήρας, η κυλινδροκεφαλή ψύχεται στους μείον 190°C. Αυτό κατέστησε δυνατή τη χρήση του βελτιωμένου εμβολοφόρου κινητήρα εξωτερικής καύσης Stirling σε ψυκτικές μονάδες.

Είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν κινητήρες Stirling αντί για κινητήρες εσωτερικής καύσης;

Εταιρία General Motorsαπό το δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα άρχισε να εισάγει stirling σε σχήμα V στην παραγωγή για μηχανισμοί στροφάλου. Κατά τη δοκιμή κινητήρων εξωτερικής καύσης, παρατηρήθηκε ότι λειτουργούν τέλεια χωρίς ήχους ή θόρυβο. Δεν υπάρχει καρμπυρατέρ, σύστημα ανάφλεξης, μπεκ που απαιτούν υψηλή πίεση, μπουζί, βαλβίδες κ.λπ. Για να δημιουργηθεί επαρκής πίεση στους κυλίνδρους του κινητήρα, δεν χρειάζεται να εκραγεί το καύσιμο, όπως σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης. Χρησιμοποιώντας αυτοκίνητα εξοπλισμένα με κινητήρες εξωτερικής καύσης, μπορεί να λυθεί το πρόβλημα που σχετίζεται με τη μείωση του θορύβου στις μεγάλες πόλεις.

Ως αποτέλεσμα των δοκιμών, εντοπίστηκαν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των κινητήρων εξωτερικής καύσης.

• Πλεονεκτήματα αυτών των συσκευών:
• αθόρυβη λειτουργία (δεν χρειάζεται να εγκαταστήσετε σιγαστήρα).
• χωρίς κραδασμούς?
• δεν χρειάζεται να δημιουργηθεί υψηλή πίεση στο σύστημα.
• ευελιξία, ικανότητα εργασίας από διάφορες πηγές θερμότητας.
• ευκολία προσαρμογής.

Τα μειονεκτήματα των κινητήρων περιλαμβάνουν:

• σχετικά μεγάλο βάρος της δομής.
• χαμηλή απόδοση?
• υψηλό κόστος του μηχανισμού.

Απλοποιημένο διάγραμμα V- διαμορφωμένος κινητήραςεξωτερική καύση:

Ένας από τους κυλίνδρους του κινητήρα λειτουργεί (1), ο άλλος, αντίστοιχα, είναι συμπίεσης (7). Κάθε ένα από αυτά έχει το δικό του έμβολο (2). Στο κεντρικό τμήμα του διαγράμματος υπάρχουν: ψυγείο (6), εναλλάκτης θερμότητας (4), ένα θερμαντικό στοιχείο(3). Στο μέγιστη ταχύτηταένα από τα έμβολα, το άλλο ταυτόχρονα είναι σε ακίνητη κατάσταση, η ταχύτητά του είναι μηδέν. Η γωνία μετατόπισης φάσης είναι 90°, λόγω της αμοιβαίας κάθετης διάταξης των κυλίνδρων.

Πώς λειτουργεί ένας κινητήρας εξωτερικής καύσης και πού χρησιμοποιείται;

Παρά το γεγονός ότι οι κινητήρες Stirling ξεχάστηκαν για κάποιο διάστημα, σύγχρονη παραγωγήΌταν δημιουργούνται νέες τροποποιήσεις, μια εξαιρετική εφεύρεση αποκτά νέα δημοτικότητα. τεχνίτεςεκτιμούν τα πλεονεκτήματα των κινητήρων εξωτερικής καύσης και κατασκευάζουν διάφορες συσκευές μόνες τους στο σπίτι με βάση τη χρήση τους. Για την κατασκευή του θερμική μηχανήτο κάνετε μόνοι σας στο σπίτι χρησιμοποιούνται εργαστήρια διάφορα υλικάκαι διαθέσιμα εργαλεία:

1. Μεγάλα και μεσαία δοχεία δανεισμένα από το νοικοκυριό.
2. Ρουλεμάν από παλιούς μηχανισμούς.
3. Δίσκοι.
4. Μεταλλικές ράβδοι διαφόρων διαμέτρων για άξονες, ράφια.
5. Φύλλα από μέταλλο, ξύλινες σανίδες για την κατασκευή πλατφορμών.

Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται σε νοικοκυριόγια την εκτέλεση μιας μεγάλης ποικιλίας εργασιών:

1. Παραγωγή ηλεκτρική ενέργειασε μικρή κλίμακα.
2. Δημιουργία θερμικής ενέργειας.

Ποσότητες ισχύος ορισμένων δειγμάτων σπιτικές μηχανές Stirling, αρκετό για τακτοποίηση ηλεκτρικό δίκτυοκαι παροχή θέρμανσης σε ιδιωτικές κατοικίες, μικρά σχολεία, ιατρικά κτίρια, αθλητικές εγκαταστάσεις, εργαστήρια παραγωγής κ.λπ.

Οι αυτοδημιούργητοι κινητήρες λειτουργούν από διάφορες πηγές θερμότητας:

• φυσικό αέριο;
• καυσόξυλα?
• κάρβουνο;
• τύρφη;
• προπάνιο και άλλα καύσιμα τοπικής παραγωγήςή ορυκτά.

Λόγω της απλότητας του σχεδιασμού, οι οικιακές θερμικές συσκευές δεν απαιτούν τακτικά συντήρησημονάδα. Η καύση του καυσίμου πραγματοποιείται έξω από το σώμα του κυλίνδρου, επομένως το υγρό εργασίας δεν μολύνεται με προϊόντα καύσης και δεν συσσωρεύονται επιβλαβείς εναποθέσεις στα εσωτερικά τοιχώματα του εξοπλισμού.

Σε σύγκριση με έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης, αυτός ο σχεδιασμός περιλαμβάνει τα μισά κινούμενα εξαρτήματα και εξαρτήματα. Εδώ, απαιτείται πολύ λιγότερη λίπανση για τη φροντίδα των γρήγορα φθαρμένων στοιχείων. Απαιτήσεις ποιότητας λιπαντικά- ελάχιστο.

Δεν χρειάζεται να αγοράσετε ακριβό εξοπλισμό για τη σύνδεση του ηλεκτρικού δικτύου με τους καταναλωτές. Η σύνδεση των καλωδίων στο ηλεκτρικό δίκτυο πραγματοποιείται με απλές, γνωστές μεθόδους.

Μηχανές εξωτερικής καύσης που κατασκευάζονται σε συνθήκες διαβίωσης, τοποθετούνται εύκολα σε επίπεδες περιοχές καλυμμένες με χαλίκι, χωρίς ισχυρή στερέωση. Αυτές οι εγκαταστάσεις δεν υπόκεινται σε επιβλαβείς ατμοσφαιρικές επιδράσεις. Για διασφάλιση αδιάλειπτης σταθερή λειτουργίαο κινητήρας δεν απαιτεί ειδικό προστατευτικό περίβλημα.

Οι μηχανές εξωτερικής καύσης άρχισαν να χρησιμοποιούνται όταν οι άνθρωποι χρειάζονταν μια ισχυρή και οικονομική πηγή ενέργειας. Πριν από αυτό, χρησιμοποιούνταν ατμομηχανές, αλλά ήταν εκρηκτικές επειδή χρησιμοποιούσαν ζεστό ατμό υπό πίεση. Στις αρχές του 19ου αιώνα αντικαταστάθηκαν από συσκευές με εξωτερική καύση και μερικές δεκαετίες αργότερα εφευρέθηκαν οι ήδη γνώριμες συσκευές εσωτερικής καύσης.

Προέλευση συσκευών

Τον 19ο αιώνα, η ανθρωπότητα αντιμετώπισε το πρόβλημα ότι οι λέβητες ατμού εξερράγησαν πολύ συχνά και είχαν επίσης σοβαρές σχεδιαστικά ελαττώματα, γεγονός που έκανε τη χρήση τους ανεπιθύμητη. Η λύση βρέθηκε το 1816 από τον Σκωτσέζο ιερέα Ρόμπερτ Στέρλινγκ. Αυτές οι συσκευές μπορούν επίσης να ονομαστούν "κινητήρες θερμού αέρα", οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν τον 17ο αιώνα, αλλά αυτός ο άνθρωπος πρόσθεσε έναν καθαριστή στην εφεύρεση, που τώρα ονομάζεται αναγεννητής. Έτσι, ο κινητήρας εξωτερικής καύσης Stirling ήταν ικανός να αυξήσει σημαντικά την παραγωγικότητα της εγκατάστασης, καθώς διατηρούσε τη θερμότητα σε ένα ζεστό χώρο εργασίας ενώ το υγρό εργασίας ψύχονταν. Εξαιτίας αυτού, η λειτουργική απόδοση ολόκληρου του συστήματος έχει αυξηθεί σημαντικά.

Εκείνη την εποχή, η εφεύρεση χρησιμοποιήθηκε αρκετά ευρέως και βρισκόταν σε άνοδο στη δημοτικότητά της, αλλά με την πάροδο του χρόνου δεν χρησιμοποιήθηκε πλέον και ξεχάστηκε. Ο εξοπλισμός εξωτερικής καύσης αντικαταστάθηκε από ατμομηχανές και μηχανές, αλλά ήδη γνώριμες, με εσωτερική καύση. Θυμήθηκαν ξανά μόνο τον 20ό αιώνα.

Λειτουργία εγκατάστασης

Η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα εξωτερικής καύσης είναι ότι εναλλάσσει συνεχώς δύο στάδια: θέρμανση και ψύξη του ρευστού εργασίας σε περιορισμένο χώρο και παραγωγή ενέργειας. Αυτή η ενέργεια προκύπτει λόγω του γεγονότος ότι ο όγκος του ρευστού εργασίας αλλάζει συνεχώς.

Τις περισσότερες φορές, η ουσία εργασίας σε τέτοιες συσκευές είναι ο αέρας, αλλά είναι επίσης δυνατή η χρήση ηλίου ή υδρογόνου. Ενώ η εφεύρεση βρισκόταν στο στάδιο ανάπτυξης, ουσίες όπως το διοξείδιο του αζώτου, τα φρέον και το υγροποιημένο προπάνιο-βουτάνιο χρησιμοποιήθηκαν ως πειράματα. Σε ορισμένα δείγματα προσπάθησαν ακόμη και να χρησιμοποιήσουν συνηθισμένο νερό. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο κινητήρας εξωτερικής καύσης, ο οποίος εκτοξεύτηκε με το νερό ως ουσία εργασίας, διακρίθηκε από το γεγονός ότι είχε αρκετά υψηλή ειδική ισχύ, υψηλή πίεση και ο ίδιος ήταν αρκετά συμπαγής.

Ο πρώτος τύπος κινητήρα. "Αλφα"

Το πρώτο μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Alpha του Stirling. Η ιδιαιτερότητα του σχεδιασμού του είναι ότι διαθέτει δύο έμβολα ισχύος που βρίσκονται σε ξεχωριστούς κυλίνδρους. Το ένα από αυτά είχε αρκετά υψηλή θερμοκρασία και ήταν ζεστό, το άλλο, αντίθετα, ήταν κρύο. Μέσα στον εναλλάκτη θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας υπήρχε ένα ζεστό ζεύγος κυλίνδρου-εμβόλου. Ο κρύος ατμός ήταν μέσα σε έναν εναλλάκτη θερμότητας σε χαμηλή θερμοκρασία.

Τα κύρια πλεονεκτήματα των θερμικών μηχανών εξωτερικής καύσης ήταν ότι είχαν υψηλή ισχύ και όγκο. Ωστόσο, η θερμοκρασία του ζεστού ατμού ήταν πολύ υψηλή. Εξαιτίας αυτού, προέκυψαν ορισμένες τεχνικές δυσκολίες στη διαδικασία κατασκευής τέτοιων εφευρέσεων. Αναγεννών αυτής της συσκευήςπου βρίσκεται μεταξύ των θερμών και ψυχρών σωλήνων σύνδεσης.

Δεύτερο δείγμα. "Βήτα"

Το δεύτερο δείγμα ήταν το μοντέλο Beta του Stirling. Βασικά διαφορά σχεδιασμούήταν ότι υπήρχε μόνο ένας κύλινδρος. Το ένα άκρο του λειτουργούσε ως ζεστό ζευγάρι, ενώ το άλλο άκρο παρέμενε κρύο. Μέσα σε αυτόν τον κύλινδρο κινήθηκε ένα έμβολο, από το οποίο μπορούσε να αφαιρεθεί η ισχύς. Υπήρχε επίσης ένας εκτοπιστής στο εσωτερικό, ο οποίος ήταν υπεύθυνος για την αλλαγή της έντασης του ζεστού χώρου εργασίας. Αυτός ο εξοπλισμός χρησιμοποιούσε αέριο που αντλήθηκε από μια ψυχρή ζώνη σε μια θερμή ζώνη μέσω ενός αναγεννητή. Αυτός ο τύπος κινητήρα εξωτερικής καύσης είχε αναγεννητή με τη μορφή εξωτερικού εναλλάκτη θερμότητας ή συνδυαζόταν με έμβολο εκτοπιστή.

Το ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΜΟΝΤΕΛΟ. "Γάμα"

Η τελευταία ποικιλία αυτού του κινητήραέγινε το Gamma του Stirling. Αυτός ο τύπος διακρίθηκε όχι μόνο από την παρουσία ενός εμβόλου και ενός εκτοπιστή, αλλά και από το γεγονός ότι ο σχεδιασμός του περιελάμβανε ήδη δύο κυλίνδρους. Όπως και στην πρώτη περίπτωση, ένα από αυτά ήταν κρύο και χρησιμοποιήθηκε για απογείωση ρεύματος. Όμως ο δεύτερος κύλινδρος, όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, ήταν κρύος στο ένα άκρο και ζεστός στο άλλο. Εδώ κινήθηκε ο εκτοπιστής. Ο κινητήρας με έμβολο εξωτερικής καύσης διέθετε επίσης αναγεννητή, ο οποίος θα μπορούσε να είναι δύο τύπων. Στην πρώτη περίπτωση, ήταν εξωτερικό και συνέδεε τέτοια δομικά μέρη όπως η θερμή ζώνη του κυλίνδρου με την ψυχρή, καθώς και με τον πρώτο κύλινδρο. Ο δεύτερος τύπος είναι ένας εσωτερικός αναγεννητής. Εάν χρησιμοποιήθηκε αυτή η επιλογή, συμπεριλήφθηκε στη σχεδίαση του εκτοπιστή.

Η χρήση Stirlings δικαιολογείται εάν χρειάζεται ένας απλός και μικρός μετατροπέας θερμικής ενέργειας. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί εάν η διαφορά θερμοκρασίας δεν είναι αρκετά μεγάλη για χρήση αερίου ή ατμοστρόβιλοι. Αξίζει να σημειωθεί ότι σήμερα τέτοια δείγματα έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται συχνότερα. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται αυτόνομα μοντέλαγια τουρίστες που μπορούν να εργαστούν από καυστήρα αερίου.

Τρέχουσα χρήση συσκευών

Φαίνεται ότι μια τόσο παλιά εφεύρεση δεν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σήμερα, αλλά αυτό δεν είναι έτσι. Η NASA έχει παραγγείλει έναν κινητήρα εξωτερικής καύσης τύπου Stirling, αλλά πυρηνικές και ραδιοϊσότοπες πηγές θερμότητας πρέπει να χρησιμοποιούνται ως ουσία λειτουργίας. Επιπλέον, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για τους ακόλουθους σκοπούς:

• Η χρήση αυτού του μοντέλου κινητήρα για την άντληση υγρού είναι πολύ πιο εύκολη από τη χρήση μιας συμβατικής αντλίας. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο γεγονός ότι το ίδιο το αντλούμενο υγρό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως έμβολο. Επιπλέον, θα κρυώσει επίσης το υγρό εργασίας. Για παράδειγμα, αυτός ο τύπος «αντλίας» μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την άντληση νερού σε κανάλια άρδευσης χρησιμοποιώντας ηλιακή θερμότητα.
• Ορισμένοι κατασκευαστές ψυγείων έχουν την τάση να εγκαθιστούν τέτοιες συσκευές. Το κόστος παραγωγής μπορεί να μειωθεί και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ψυκτικό μέσο συνηθισμένος αέρας.
• Εάν συνδυάσετε έναν κινητήρα εξωτερικής καύσης αυτού του τύπου με μια αντλία θερμότητας, μπορείτε να βελτιστοποιήσετε τη λειτουργία του δικτύου θέρμανσης στο σπίτι.
• Τα Stirling χρησιμοποιούνται με μεγάλη επιτυχία σε υποβρύχια του Σουηδικού Ναυτικού. Το γεγονός είναι ότι ο κινητήρας λειτουργεί με υγρό οξυγόνο, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την αναπνοή. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για ένα υποβρύχιο. Επιπλέον, τέτοιος εξοπλισμός έχει επαρκή χαμηλό επίπεδοθόρυβος. Φυσικά, η μονάδα είναι αρκετά μεγάλη και απαιτεί ψύξη, αλλά αυτοί οι δύο παράγοντες είναι ασήμαντοι αν μιλάμε γιαγια ένα υποβρύχιο.

Πλεονεκτήματα της χρήσης κινητήρα

Εάν χρησιμοποιούνται σύγχρονες μέθοδοι κατά το σχεδιασμό και τη συναρμολόγηση, θα είναι δυνατή η αύξηση του συντελεστή χρήσιμη δράσηκινητήρας εξωτερικής καύσης έως 70%. Η χρήση τέτοιων δειγμάτων συνοδεύεται από τα ακόλουθα θετικές ιδιότητες:

• Παραδόξως, η ροπή σε μια τέτοια εφεύρεση είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την ταχύτητα περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα.
• Σε αυτό μονάδα ισχύοςλείπουν στοιχεία όπως το σύστημα ανάφλεξης και το σύστημα βαλβίδων. Επίσης δεν υπάρχει εκκεντροφόρος.
• Είναι πολύ βολικό ότι καθ 'όλη τη διάρκεια της χρήσης δεν θα χρειαστεί να ρυθμίσετε και να διαμορφώσετε τον εξοπλισμό.
• Αυτά τα μοντέλα κινητήρων δεν μπορούν να σταματήσουν. Η απλούστερη σχεδίαση της συσκευής της επιτρέπει να χρησιμοποιείται για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα σε εντελώς αυτόνομη λειτουργία.
• Σχεδόν οτιδήποτε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας, από καυσόξυλα μέχρι καύσιμα ουρανίου.
• Φυσικά, σε έναν κινητήρα εξωτερικής καύσης η διαδικασία καύσης των ουσιών πραγματοποιείται εξωτερικά. Αυτό διασφαλίζει ότι το καύσιμο καίγεται πλήρως και ελαχιστοποιείται η ποσότητα των τοξικών εκπομπών.

Ελαττώματα

Φυσικά, κάθε εφεύρεση δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα. Αν μιλάμε για τα μειονεκτήματα τέτοιων κινητήρων, είναι τα εξής:

1. Λόγω του γεγονότος ότι η καύση συμβαίνει έξω από τον κινητήρα, η θερμότητα που προκύπτει απομακρύνεται μέσω των τοιχωμάτων του ψυγείου. Αυτό μας αναγκάζει να αυξήσουμε τις διαστάσεις της συσκευής.
2. Κατανάλωση υλικού. Προκειμένου να δημιουργηθεί ένα συμπαγές και αποδοτικό μοντέλο του κινητήρα Stirling, είναι απαραίτητο να έχετε υψηλής ποιότητας ανθεκτικό στη θερμότητα χάλυβα που να μπορεί να αντέξει υψηλή πίεση και υψηλή θερμοκρασία. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει χαμηλή θερμική αγωγιμότητα.
3. Θα πρέπει να το αγοράσετε ως λιπαντικό ειδικό φάρμακο, μιας και το συνηθισμένο κοκ στο υψηλές θερμοκρασίες, που επιτυγχάνονται στον κινητήρα.
4. Για να αποκτήσετε μια αρκετά υψηλή ειδική ισχύ, θα χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε είτε υδρογόνο είτε ήλιο ως ουσία εργασίας.

Υδρογόνο και ήλιο ως καύσιμο

Παραλαβή υψηλή ισχύς, φυσικά, είναι απαραίτητο, αλλά πρέπει να καταλάβετε ότι η χρήση υδρογόνου ή ηλίου είναι αρκετά επικίνδυνη. Το υδρογόνο, για παράδειγμα, είναι αρκετά εκρηκτικό από μόνο του και σε υψηλές θερμοκρασίες δημιουργεί ενώσεις που ονομάζονται μεταλλοϋδρίτες. Αυτό συμβαίνει όταν το υδρογόνο διαλύεται στο μέταλλο. Με άλλα λόγια, είναι ικανό να καταστρέψει τον κύλινδρο από μέσα.

Επιπλέον, τόσο το υδρογόνο όσο και το ήλιο είναι πτητικές ουσίες που χαρακτηρίζονται από υψηλή διεισδυτική ικανότητα. Για να το θέσω απλά, διαρρέουν από σχεδόν κάθε στεγανοποίηση αρκετά εύκολα. Και απώλεια ουσίας σημαίνει απώλεια πίεσης λειτουργίας.

Περιστροφικός κινητήρας εξωτερικής καύσης

Η καρδιά μιας τέτοιας μηχανής είναι μια περιστροφική μηχανή διαστολής. Για κινητήρες με εξωτερικός τύποςκαύση, αυτό το στοιχείο παρουσιάζεται με τη μορφή ενός κοίλου κυλίνδρου, ο οποίος καλύπτεται και στις δύο πλευρές με καπάκια. Ο ίδιος ο ρότορας μοιάζει με τροχό, ο οποίος είναι τοποθετημένος σε έναν άξονα. Διαθέτει επίσης έναν ορισμένο αριθμό ανασυρόμενων πλακών σχήματος U. Για την επέκτασή τους χρησιμοποιείται ειδική ανασυρόμενη συσκευή.

Κινητήρας εξωτερικής καύσης Lukyanov

Ο Yuri Lukyanov είναι ερευνητής στο Πολυτεχνικό Ινστιτούτο Pskov. Εδώ και αρκετό καιρό αναπτύσσει νέα μοντέλα κινητήρων. Ο επιστήμονας προσπάθησε να βεβαιωθεί ότι τα νέα μοντέλα στερούνταν στοιχεία όπως κιβώτιο ταχυτήτων, εκκεντροφόρος άξονας και σωλήνας εξάτμισης. Το κύριο μειονέκτημα των συσκευών Stirling ήταν ότι ήταν πολύ μεγάλες. Ήταν αυτό το μειονέκτημα που ο επιστήμονας κατάφερε να εξαλείψει αντικαθιστώντας τις λεπίδες με έμβολα. Αυτό βοήθησε στη μείωση του μεγέθους ολόκληρης της δομής αρκετές φορές. Μερικοί άνθρωποι λένε ότι μπορείτε να φτιάξετε έναν κινητήρα εξωτερικής καύσης με τα χέρια σας.

Μόλις πριν από εκατό περίπου χρόνια, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης έπρεπε να κερδίσουν τη θέση που κατέχουν στη σύγχρονη αυτοκινητοβιομηχανία μέσω του σκληρού ανταγωνισμού. Τότε η υπεροχή τους δεν ήταν σε καμία περίπτωση τόσο εμφανής όσο είναι σήμερα. Πράγματι, η ατμομηχανή - βασικός αντίπαλος κινητήρας βενζίνης- είχε τεράστια πλεονεκτήματα σε σύγκριση με αυτό: αθόρυβος, ευκολία ελέγχου ισχύος, εξαιρετικά χαρακτηριστικά πρόσφυσης και εκπληκτική «παμφάγα», επιτρέποντάς του να λειτουργεί σε κάθε τύπο καυσίμου από ξύλο έως βενζίνη. Αλλά τελικά, η απόδοση, η ελαφρότητα και η αξιοπιστία των κινητήρων εσωτερικής καύσης επικράτησαν και μας ανάγκασαν να συμβιβαζόμαστε με τις ελλείψεις τους ως αναπόφευκτες.
Στη δεκαετία του 1950, με την έλευση του αεριοστρόβιλοιΚαι περιστροφικοί κινητήρεςΞεκίνησε μια επίθεση στη μονοπωλιακή θέση που κατέχουν οι κινητήρες εσωτερικής καύσης στην αυτοκινητοβιομηχανία, μια επίθεση που μέχρι στιγμής δεν έχει στεφθεί με επιτυχία. Γύρω στα ίδια χρόνια, έγιναν προσπάθειες να ανέβουν στη σκηνή νέο κινητήρα, που συνδυάζει εκπληκτικά την απόδοση και την αξιοπιστία ενός βενζινοκινητήρα με την αθόρυβη και την «παμφάγα» μιας ατμομηχανής. Αυτό - διάσημος κινητήραςεξωτερικής καύσης, την οποία κατοχύρωσε ο Σκωτσέζος ιερέας Ρόμπερτ Στέρλινγκ στις 27 Σεπτεμβρίου 1816 (αγγλικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας αρ. 4081).

Φυσική της διαδικασίας

Η αρχή λειτουργίας όλων των θερμικών μηχανών χωρίς εξαίρεση βασίζεται στο γεγονός ότι όταν ένα θερμαινόμενο αέριο διαστέλλεται, εκτελείται περισσότερη μηχανική εργασία από ό,τι απαιτείται για τη συμπίεση ενός ψυχρού. Για να το αποδείξετε αυτό, το μόνο που χρειάζεστε είναι ένα μπουκάλι και δύο τηγάνια ζεστό και κρύο νερό. Αρχικά, το μπουκάλι βυθίζεται σε παγωμένο νερό και όταν ο αέρας κρυώσει, ο λαιμός βουλώνεται με πώμα και μεταφέρεται γρήγορα σε ζεστό νερό. Μετά από λίγα δευτερόλεπτα, ακούγεται ένας σκασμός και το αέριο που θερμαίνεται στη φιάλη σπρώχνει το καπάκι προς τα έξω, κάνοντας μηχανική εργασία. Το μπουκάλι μπορεί να επιστραφεί στο παγωμένο νερό και ο κύκλος θα επαναληφθεί.
Οι κύλινδροι, τα έμβολα και οι περίπλοκοι μοχλοί του πρώτου κινητήρα του Stirling αναπαρήγαγαν αυτή τη διαδικασία σχεδόν ακριβώς, έως ότου ο εφευρέτης συνειδητοποίησε ότι μέρος της θερμότητας που αφαιρέθηκε από το αέριο κατά την ψύξη μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για μερική θέρμανση. Το μόνο που χρειαζόμαστε είναι ένα είδος δοχείου στο οποίο η θερμότητα που λαμβάνεται από το αέριο κατά τη διάρκεια της ψύξης μπορεί να αποθηκευτεί και να επιστρέψει σε αυτό όταν θερμανθεί.
Αλλά, δυστυχώς, ούτε αυτή η πολύ σημαντική βελτίωση δεν έσωσε τον κινητήρα Stirling. Μέχρι το 1885, τα αποτελέσματα που επιτεύχθηκαν εδώ ήταν πολύ μέτρια: απόδοση 5-7 τοις εκατό, 2 λίτρα. Με. ισχύς, 4 τόνοι βάρος και 21 κυβικά μέτρα χώρου.
Οι κινητήρες εξωτερικής καύσης δεν σώθηκαν ούτε από την επιτυχία ενός άλλου σχεδιασμού που αναπτύχθηκε από τον Σουηδό μηχανικό Ericsson. Σε αντίθεση με τον Stirling, πρότεινε τη θέρμανση και την ψύξη του αερίου όχι σε σταθερό όγκο, αλλά σε σταθερή πίεση. 8 Το 1887, αρκετές χιλιάδες μικρές μηχανές Erickson δούλευαν τέλεια σε τυπογραφεία, σε σπίτια, σε ορυχεία και σε πλοία. Γέμισαν τις δεξαμενές νερού και έθεσαν σε λειτουργία τους ανελκυστήρες. Ο Έρικσον προσπάθησε ακόμη και να τα προσαρμόσει για να οδηγεί άμαξες, αλλά αποδείχτηκε ότι ήταν πολύ βαριά. Στη Ρωσία, πριν από την επανάσταση, κατασκευάστηκε ένας μεγάλος αριθμός τέτοιων κινητήρων με την ονομασία "Heat and Power".

Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών V. NISKOVSKIKH (Ekaterinburg).

Τα περιορισμένα αποθέματα καυσίμων υδρογονανθράκων και οι υψηλές τιμές αναγκάζουν τους μηχανικούς να αναζητήσουν αντικατάσταση για κινητήρες εσωτερικής καύσης. Ο Ρώσος εφευρέτης προτείνει έναν απλό σχεδιασμό κινητήρα με εξωτερική παροχή θερμότητας, ο οποίος είναι σχεδιασμένος για κάθε τύπο καυσίμου, ακόμη και για θέρμανση με ηλιακές ακτίνες. Ο δημιουργός του έργου κινητήρα, Vitaly Maksimovich Niskovskikh, είναι ένας σχεδιαστής ευρέως γνωστός στους ειδικούς της μεταλλουργίας όχι μόνο στη χώρα μας, αλλά και στο εξωτερικό. Είναι συγγραφέας περισσότερων από 200 εφευρέσεων στον τομέα του εξοπλισμού χύτευσης χάλυβα, ένας από τους ιδρυτές της εθνικής σχολής σχεδιασμού μηχανών για συνεχή χύτευση καμπυλωτών μπιγιετών (CCM). Σήμερα, 36 τέτοια μηχανήματα, που κατασκευάζονται υπό την ηγεσία του V. M. Niskovskikh στο Uralmash, λειτουργούν σε μεταλλουργικά εργοστάσια στη Ρωσία, καθώς και στη Βουλγαρία, τη Μακεδονία, το Πακιστάν, τη Σλοβακία, τη Φινλανδία και την Ιαπωνία.

Το 1816, ο Σκωτσέζος Robert Stirling εφηύρε έναν κινητήρα με εξωτερική παροχή θερμότητας. Η εφεύρεση δεν έγινε ευρέως διαδεδομένη εκείνη την εποχή - ο σχεδιασμός ήταν πολύ περίπλοκος σε σύγκριση με ατμομηχανήκαι κινητήρες εσωτερικής καύσης (ICEs) που εμφανίστηκαν αργότερα.

Ωστόσο, αυτές τις μέρες έχει ανανεωθεί το ενδιαφέρον για τους κινητήρες Stirling. Εμφανίζονται συνεχώς πληροφορίες για νέες εξελίξεις και προσπάθειες βελτίωσής τους μαζική παραγωγή. Για παράδειγμα, η ολλανδική εταιρεία Philips κατασκεύασε αρκετές τροποποιήσεις του κινητήρα Stirling για βαρεα ΟΧΗΜΑΤΑ. Μηχανές εξωτερικής καύσης εγκαθίστανται σε πλοία, σε μικρούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και θερμοηλεκτρικούς σταθμούς και στο μέλλον πρόκειται να εξοπλίσουν με αυτούς διαστημικούς σταθμούς (εκεί υποτίθεται ότι θα χρησιμοποιηθούν για την κίνηση ηλεκτρικών γεννητριών, αφού οι κινητήρες μπορούν να λειτουργήσουν ακόμη και στην τροχιά του Πλούτωνα).

Οι μηχανές Stirling έχουν υψηλής απόδοσης, μπορούν να λειτουργήσουν με οποιαδήποτε πηγή θερμότητας, είναι αθόρυβοι και δεν καταναλώνουν λειτουργικό ρευστό, το οποίο είναι συνήθως υδρογόνο ή ήλιο. Ο κινητήρας Stirling θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε πυρηνικά υποβρύχια.

Τα σωματίδια σκόνης εισάγονται απαραίτητα στους κυλίνδρους μιας μηχανής εσωτερικής καύσης που λειτουργεί μαζί με τον αέρα, προκαλώντας φθορά των επιφανειών τριβής. Αυτό είναι αδύνατο σε κινητήρες με εξωτερική παροχή θερμότητας, αφού είναι πλήρως σφραγισμένοι. Επιπλέον, το λιπαντικό δεν οξειδώνεται και χρειάζεται αντικατάσταση πολύ λιγότερο συχνά από ό,τι σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Ο κινητήρας Stirling, εάν χρησιμοποιηθεί ως εξωτερικά κινούμενος μηχανισμός, μετατρέπεται σε μονάδα ψύξης. Το 1944, στην Ολλανδία, ένα δείγμα ενός τέτοιου κινητήρα περιστράφηκε χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρικό κινητήρα και η θερμοκρασία της κυλινδροκεφαλής σύντομα έπεσε στους -190°C. Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται με επιτυχία για την υγροποίηση αερίων.

Και όμως η πολυπλοκότητα του συστήματος των στρόφαλων και των μοχλών εμβολοφόρους κινητήρεςΤο Stirling περιορίζει τη χρήση τους.

Το πρόβλημα μπορεί να λυθεί αντικαθιστώντας τα έμβολα με ρότορες. Η κύρια ιδέα της εφεύρεσης είναι ότι δύο κύλινδροι εργασίας διαφορετικού μήκους με έκκεντρους ρότορες και διαχωριστικές πλάκες με ελατήριο είναι εγκατεστημένοι σε έναν κοινό άξονα. Η κοιλότητα εκκένωσης (υπό όρους συμπίεσης) του μικρού κυλίνδρου συνδέεται με την κοιλότητα διαστολής του μεγάλου κυλίνδρου μέσω αυλακώσεων στις διαχωριστικές πλάκες, τον αγωγό, τον εναλλάκτη-αναγεννητή θερμότητας και τον θερμαντήρα και η κοιλότητα διαστολής του μικρού κυλίνδρου συνδέεται με την εκκένωση κοιλότητα του μεγάλου κυλίνδρου μέσω του αναγεννητή και του ψυγείου.

Ο κινητήρας λειτουργεί ως εξής. Σε κάθε χρονική στιγμή, ένας ορισμένος όγκος αερίου εισέρχεται στον κλάδο υψηλής πίεσης από τον μικρό κύλινδρο. Για να γεμίσει την κοιλότητα εκκένωσης ενός μεγάλου κυλίνδρου και να διατηρήσει την πίεση, το αέριο θερμαίνεται σε έναν αναγεννητή και έναν θερμαντήρα. ο όγκος του αυξάνεται και η πίεση παραμένει σταθερή. Το ίδιο πράγμα, αλλά με το αντίθετο πρόσημο, συμβαίνει στον κλάδο χαμηλής πίεσης.

Λόγω της διαφοράς στα εμβαδά της επιφάνειας των ρότορων, προκύπτει μια καθαρή δύναμη φά=∆Π(S β-S m), όπου ∆ Π- διαφορά πίεσης στους κλάδους υψηλής και χαμηλής πίεσης. S β- περιοχή εργασίας του μεγάλου ρότορα. S m- περιοχή εργασίας του μικρού ρότορα. Αυτή η δύναμη περιστρέφει τον άξονα με ρότορες και το ρευστό εργασίας κυκλοφορεί συνεχώς, περνώντας διαδοχικά από ολόκληρο το σύστημα. Ο χρήσιμος κυβισμός του κινητήρα ισούται με τη διαφορά στους όγκους των δύο κυλίνδρων.

Δείτε το θέμα στο ίδιο θέμα