Başlangıç olarak, Stirling soyadı hem İngiltere'de hem de İskoçya'da oldukça yaygındır. Yani, eğer Stirling Kalesi varsa, neden "Bay Stirling" olmasın? Ve tam da böyle bir kişi - İskoç rahip Robert Stirling, 27 Eylül 1816'da, buhar motoruyla ilgisi olmayan bir motor için İngiliz patenti aldı! Üstelik, adını taşıyan motorun, herhangi bir ısı kaynağından çalışabileceği için benzersiz olduğu ortaya çıktı!
Robert Stirling.
1843'te oğlu James Stirling, babasının motorunu mühendis olarak çalıştığı bir fabrikada kullandı. Eh, zaten 1938'de 200 hp'ye kadar kapasiteye sahip stiirlingler yaratıldı. ve yüzde 30 verimlilik.
Bu motorun çalışma prensibi, çalışma sıvısının tamamen kapalı bir silindirde ısıtılması ve soğutulmasıdır. Genellikle çalışma ortamı havadır, ancak hidrojen ve helyumun yanı sıra freonlar, nitrojen dioksit, sıvılaştırılmış propan-bütan ve hatta su kullanılabilir. Ayrıca termodinamik döngü boyunca sıvı kalır. Yani, motorun tasarımı son derece basittir ve gazların iyi bilinen özelliğini kullanır: hacimleri ısıtmadan artar ve soğutmadan azalır.
Birçok ev yapımı sterlinden biri.
Stirling motoru, termodinamik verimliliği açısından sadece Carnot çevriminden daha kötü olmakla kalmayıp aynı zamanda bazı avantajlara sahip olan "Stirling çevrimi"ni kullanır. Her durumda, sıradan bir teneke kutudan birkaç saat içinde çalışan bir motor elde etmenizi sağlayan "Stirling çevrimi" dir.
Beta Stirling Cihazı.
"Stirling çevrimi"nin kendisi dört ana aşama ve iki geçiş aşaması içerir: ısıtma, genleşme, soğuk kaynağa geçiş, soğutma, sıkıştırma ve bir ısı kaynağına geçiş. Isıtılmış gazın hacmini genişletme sürecinde faydalı işler alıyoruz.
Faz 1.
Faz 2.
Aşama 3.
4. Aşama
Beta tipi Stirling motorunun çalışma döngüsü: a - deplasmanlı piston; b - çalışan piston; c - volan; d - yangın (ısıtma alanı); e - soğutma kanatları (soğutma alanı).
Şu şekilde çalışır: iki silindir ve iki piston vardır. Harici bir ısı kaynağı - ve hatta yanan odun, hatta bir gaz brülörü, hatta güneş ışığı bile olabilir - ısı değişim silindirinin alt kısmındaki gazın sıcaklığını arttırır. Basınç oluşur ve çalışma pistonunu yukarı doğru iter ve yer değiştirme pistonu silindir duvarlarına sıkıca oturmaz. Ayrıca, kayan volan onu aşağı doğru iter.
Bir teneke kutudan Stirling şeması.
Bu durumda silindirin altından gelen sıcak hava soğutma odasına girer. Ancak çalışma odasında soğur ve büzülür ve ardından çalışma pistonu aşağı doğru akar. Yer değiştirme pistonu yukarı doğru hareket eder ve böylece soğutulmuş hava aşağıya doğru hareket eder. Döngü böylece tekrarlanır. Stirling'de, çalışma pistonunun hareketi, yer değiştirme pistonuna göre 90 ° kaydırılır.
Teneke kutudan bir karıştırıcının fotoğrafı.
Zamanla, Yunan alfabesinin harflerinden sonra adlandırılan birçok farklı "stil" tasarımı ortaya çıktı: görev döngüsünde farklılıklar olan alfa, beta, gama. Aralarındaki temel farklar küçüktür ve silindirlerin düzenine ve pistonların boyutuna bağlıdır.
Lineer alternatörlü Stirling motoru.
Alpha Stirling'in farklı silindirlerde iki ayrı güç pistonu vardır: sıcak ve soğuk. Sıcak pistonlu silindir, daha yüksek sıcaklığa sahip olan ısı eşanjöründe ve soğuk pistonlu silindir sırasıyla daha soğuk olanda bulunur. Rejeneratör (yani ısı eşanjörü), sıcak kısım ile soğuk kısım arasında yer alır.
Beta Stirling'in bir ucu sıcak, diğer ucu soğuk olan yalnızca bir silindir vardır. Piston, silindirin (gücün alındığı) ve sıcak bölgesinin hacmini değiştiren yer değiştiricinin içinde hareket eder. Gaz, bir rejeneratör vasıtasıyla silindirin soğuk ucundan silindirin sıcak ucuna pompalanır.
Gamma Stirling ayrıca bir pistona ve bir yer değiştiriciye ve iki silindire sahiptir - soğuk (pistonun hareket ettiği ve gücün kaldırıldığı yer) ve sıcak (sırasıyla yer değiştiricinin hareket ettiği yer). Rejeneratör haricidir, bu durumda ikinci silindirin sıcak kısmını soğuk olana ve aynı anda birinci (soğuk) silindire bağlar. Bu durumda dahili rejeneratör, yer değiştiricinin bir parçasıdır.
Stirling motorunun bu üç klasik tipin altına girmeyen çeşitleri vardır: örneğin, sızdırma problemlerinin çözüldüğü ve döner olduğu için krank mekanizmasının olmadığı rotary Stirling motoru.
Stirlingler hakkında iyi olan nedir ve neden kötüler? Her şeyden önce, omnivordurlar ve okyanustaki farklı su katmanları arasındaki sıcaklık da dahil olmak üzere herhangi bir sıcaklık farkını kullanabilirler. İçlerindeki yanma, yakıtın verimli yanmasını sağlayan, çevre dostu olmasının daha yüksek olduğu anlamına gelen sabit bir niteliktedir. Üstelik egzozu da yok. Daha az gürültü seviyesi - silindirlerde "patlama" olmaz. Örneğin, bir beta karıştırma ile daha az titreşim. Çalışma sıvısı şekillendirme ile tüketilmez. Motorun tasarımı son derece basittir, gaz dağıtım mekanizmaları gerektirmez. Dişli kutusuna ihtiyaç olmadığı gibi marş motoruna da ihtiyaç yoktur.
Sadelik ve bir dizi "hassas" düğümün yokluğu, "karıştırma"ya, diğer tüm motorlar için onlarca ve yüz binlerce saatlik sürekli çalışma sırasında benzeri görülmemiş bir performans sağlar.
İsveç denizaltısı "Gotland".
Stirlingler çok ekonomiktir. Böylece güneş enerjisinin karıştırma yoluyla elektriğe dönüştürülmesi, buharla çalışan ısı motorlarından daha yüksek verim (%31,25'e kadar) verir. Bunun için, "stil", güneşi "takip eden" parabolik aynanın odağına yerleştirilmiştir, böylece silindiri sürekli ısıtılır. Yukarıdaki sonucun 2008'de elde edildiği Kaliforniya'daki böyle bir kurulumdaydı ve şimdi karıştırıcılar üzerinde büyük bir güneş enerjisi istasyonu inşaatı var. Bunları yüksek fırınların kabuğuna bağlayabilirsiniz ve daha sonra sürekli pik demir eritme bize çok şey kazandıracaktır … ucuz enerji, çünkü şimdi bu ısı boşa harcanıyor!
Genel olarak, stilin tek bir dezavantajı vardır. Aşırı ısınabilir ve hemen başarısız olur. Ayrıca yüksek verim elde etmek için gazın silindirde çok yüksek basınç altında olması gerekir. Hidrojen veya helyum. Ve bu, tüm çalışma birimlerinin olağanüstü bir uyum hassasiyeti ve özel bir yüksek sıcaklık gresidir. Eh, boyutlar … yanma odasına ihtiyaç yoktur. Stirling onsuz yaşayamaz! Ve bu ekstra bir hacim ve bir yalıtım ve soğutma sistemidir!
Soryu, Stirling motorlarıyla çalışan bir Japon denizaltısıdır.
Ancak önceliklerdeki değişikliğin Stirling motorlarının önünü açması muhtemel. Çevre dostu olmayı ön plana koyarsak içten yanmalı motora bir kez veda etmek mümkün olacaktır. Ayrıca, gelecek vaat eden güneş enerjisi santrallerinin kurulması için onlara büyük umutlar bağlanıyor. Zaten turistler için otonom jeneratörler olarak kullanılıyorlar. Ve bazı işletmeler, geleneksel bir gazlı fırın brülöründen çalışan sterlin üretimini kurdu. NASA ayrıca nükleer ve radyoizotop ısı kaynaklarıyla çalışan Stirling tabanlı güç jeneratörleri için seçenekler düşünüyor. Özellikle, NASA tarafından planlanan Titan'a uzay gezisinde bir elektrik jeneratörü ile birleştirilmiş bu tarz bir tasarımın kullanılması planlanmaktadır.
"Ben çöp" - düzen.
Stirling motorunu ters modda çalıştırırsanız, yani volanı başka bir motordan çevirirseniz, o zaman bir soğutma makinesi olarak çalışacak (ters Stirling çevrimi) ve çok etkili olduğu ortaya çıkan bu makineler olması ilginçtir. sıvılaştırılmış gazlar üretmek için.
Pekala, şimdi, bir askeri bölgemiz olduğu için, Stirlings'in geçen yüzyılın 60'larında İsveç denizaltılarında test edildiğini not ediyoruz. Ve sonra 1988'de Stirlings, Nakken sınıfı denizaltının ana motoru oldu. Onlarla birlikte 10.000 saatten fazla su altında yelken açtı. "Nakken" i, Stirling motorlarıyla donatılmış ilk denizaltılar olan ve 20 güne kadar su altında kalmalarına izin veren "Gotland" tipi seri denizaltılar izledi. Bugün, İsveç Donanmasının tüm denizaltılarında karıştırıcı motorlar var ve İsveçli gemi yapımcıları, bu tür motorları geleneksel denizaltılara kurmak için orijinal teknolojiyi, yeni bir tahrik sistemine sahip ek bir bölme keserek geliştirdiler. Daha sonra teknede nefes almak için kullanılan sıvı oksijenle çalışırlar ve çok düşük ses seviyelerine sahip oldukları not edilir. Eh, bir denizaltı savaş gemisinde yukarıda belirtilen eksiklikler (boyut ve soğutma sorunu) önemli değil. İsveçliler örneği Japonlara dikkat çekmeye değer görünüyordu ve şimdi Stirlings de "Soryu" sınıfının Japon denizaltılarında. Bugün 5. nesil denizaltılar için en umut verici tüm modlu tek motorlar olarak kabul edilen bu motorlardır.
Ve Penza Devlet Üniversitesi Nikolai Shevelev öğrencisinin stili böyle görünüyor.
Eh, şimdi ne tür bir "kötü gençliğe" sahip olduğumuz hakkında biraz. 1 Eylül'de öğrencilere geliyorum - geleceğin motor mühendisleri, onlara geleneksel sorular soruyorum, ne okudular (neredeyse hiçbir şey!), Neye düşkünler (bununla durum çok daha iyi değil, ama çoğunlukla bacaklar meşgul, kafa değil!), Hangi teknik dergileri biliyorlar - "Genç Teknisyen", "Model Tasarımcısı", "Bilim ve Teknoloji", "Popüler Mekanik" … (yok!) ve sonra bir öğrenci bana onun olduğunu söylüyor motorlara düşkün. 20'de bir, ama bu zaten bir şey! Sonra bana Stirling motorunu kendisinin yaptığını söyledi. Sıradan bir teneke kutudan böyle bir motorun nasıl yapıldığını biliyorum, ama sonra çok daha etkili bir şey yaptığı ortaya çıktı. "Getirin!" diyorum. - ve getirdi. "Nasıl yaptığını anlat!" - ve anlattı ve ben onun "yazısını" o kadar beğendim ki, burada hiçbir değişiklik veya kısaltma olmadan sunuyorum.
İşin başlangıcı “yaratıcı kaos”tur.
Teknolojiyi her zaman sevmişimdir, ama özellikle motorları. Büyük bir ilgi ile bakım, onarım ve kişiselleştirme ile uğraşıyorum. Stirling motorunu öğrendikten sonra, başka hiçbir motorun olmadığı kadar büyülendim. Stil dünyası o kadar çeşitli ve büyüktür ki, uygulanması için tüm olası seçenekleri tanımlamak imkansızdır. Başka hiçbir motor, tasarım açısından bu kadar çeşitlilik ve en önemlisi, kendiniz yapma yeteneği vermeyecektir.
Bir teneke kutudan ve diğer doğaçlama araçlardan bir motor modeli yapmak için fikirlerim vardı, ancak "ne olursa olsun ve elde edilenden" yapmak benim kurallarımda değildi. Bu nedenle, teorik olarak hazırlanmakla başlamak için bu görevi ciddiye almaya karar verdim. İnternette literatürü inceledim, ancak arama istenen sonucu getirmedi: inceleme makaleleri ve videolar, bu motorun modelleri için çizim eksikliği. Bitmiş modeller çok yüksek bir fiyata satıldı. Ayrıca, her şeyi kendiniz yapmak, çalışma prensibini anlamak, hata ayıklamak ve testler yapmak, bu motordan faydalı işler almak ve hatta ekonomide kullanımını bulmaya çalışmak için büyük bir istek.
"İş dönüşü!" (Akıllı bir öğrenci, tüm çalışma sürecini bir hatıra olarak filme aldı. Mevcut, vatandaş, belgesel fotoğrafik kanıtlar … ve işte buradalar!)
Forumlarda sordum ve literatürü benimle paylaştılar. "Stirling Motorları" kitabıydı (Yazarlar: G. Ryder ve C. Hooper). Bu tür motor yapımının tüm tarihini, hızlı gelişimin neden durduğunu ve bu motorların hala nerede kullanıldığını yansıtıyordu. Kitaptan motorda meydana gelen tüm süreçleri daha detaylı öğrendim, merak edilen soruların cevaplarını buldum. Okumak ilginçti, ama pratik yapmak istedim. Tabii ki, bir kutu ve köpük kauçuktan bir model dışında, elbette internette olduğu gibi garaj modellerinin çizimleri de yoktu.
Büyük bir mutlulukla, styling modellerini satan kişi, bu tür modeller yapma konusunda bir kurs yayınladı, o zaman 20 dolara koydu, ona yazdım ve kurs için para ödedim. Her birinde belirli bir stil türünü açıkladığı tüm videoları izledikten sonra, tam olarak gama türünün yüksek sıcaklık stilini yapmaya karar verdim. Tasarımı, özellikleri ve görünüşü ile ilgimi çektiği için. Video kursundan silindir çapının yaklaşık oranını, piston çaplarını, boşlukların, pürüzlülüğün ne olması gerektiğini, imalatta hangi malzemelerin kullanılacağını, yapım nüanslarından bazılarını öğrendim. Ancak, yazarın motorlarının boyutları hiçbir yerde mevcut değildi, yalnızca yaklaşık olarak düğümlerin boyutlarının oranı.
Ben kendim bir köyde yaşıyorum, biri banliyölerde diyebilir, annem bir muhasebeci ve babam bir marangoz, bu yüzden bir motor inşa etme konusunda tavsiye almak için onlara başvurmak bir şekilde uygunsuzdu. Ve yardım için komşum Gennady Valentinovich'e döndüm, o şimdi Kuznetsk'teki çökmüş KZTM fabrikasında çalıştı.
Genel olarak, ertesi gün Gennady Valentinovich bana yaklaşık 1 m uzunluğunda ve yaklaşık 50 mm çapında bir alüminyum boşluk getirdi. Çok mutluydum, ihtiyacım olan boşlukları kestim ve ertesi gün içten yanmalı motorum için ısıtıcı ve buzdolabını keskinleştirmek için okula gittim. Bir eğitim torna tezgahında keskinleştim (büyükbaba Lenin'in çalıştığı).
Tabii ki, orada doğruluk yoktu, ısıtıcının dış kısmı oldukça iyi çıktı, ancak pistonun altındaki silindirik kısmın kendisi bir koni üzerindeydi. Trudovik bana, bu tür şeyler için makine oldukça küçük ve zayıf olduğu için sıkıcı kesicinin büküldüğünü açıkladı. Sonra ne yapılacağı sorusu ortaya çıktı … Annem o zamanlar eski bir araba tamir fabrikası olan özel bir işletmede muhasebeci olarak çalıştığı için şanslıydı. Valery Aleksandrovich (bu tesisin müdürü) harika bir insan olduğu ortaya çıktı ve bana çok yardımcı oldu, bana zaten profesyonel bir Sovyet makinesi ve bana yardım eden bir tornacı sağlandı. İşler daha eğlenceli geçti ve kelimenin tam anlamıyla bir hafta sonra neredeyse her şey hazırdı, motorun montajı başladı. İnşaatta ilginç anlar yaşandı, örneğin: volanın üzerine basıldığı mil, başka bir fabrikadaki hassas mekanik atölyesine verildi (rulmanlar için gerekli doğruluğu elde etmek için); buzdolabı bir torna tezgahında bilenmiş ve bağlantı elemanlarının yerleri bir freze makinesi ile yapılmış, volan bir öğütücü üzerinde taşlanmıştır. Benim için çok ilginç ve heyecan vericiydi. Fabrikadaki işçiler öğrenci olduğumu düşündüler ve bir tür bilimsel çalışma yazıyorum. Akşam geç saatlere kadar fabrikada oturdum ve beni Valery Alexandrovich'in resmi arabasıyla eve getirdiler. Motor, fabrika işçilerinden oluşan geniş bir çevrede çalıştırıldı, herkes çok ilgilendi. Fırlatma başarılı oldu, ancak motor kötü çalışıyordu.
Sonuç anlaşmayı taçlandırıyor! Test sırasında standın köşesi yandı.
Eksiklikler ortaya çıktı, plastik menteşeler floroplastik olanlarla değiştirildi, volan hafifletildi ve dengelendi, piston daha düşük ısı transferi için floroplastik bir ataşman aldı ve buzdolabı daha büyük bir soğutma alanına sahip oldu. İnce ayardan sonra, motor teknik performansını önemli ölçüde geliştirdi.
Ben kendim sevinmiştim. Arkadaşlar evime geldiklerinde ilk yaptıkları şey yanına gelip başlamasını istemek oluyor. Gennady Valentinovich işine stilini göstermek için sürdü, herkes çok ilgilendi, birini aramalarına bile gerek yoktu, herkes yaklaştı, baktı ve ilgilendi.
Genç adamın adı Nikolai Shevelev ve grubun başı. Onu dekana götürdüm ve üçümüz çok güzel bir konuşma yaptık. Sonra, dünya nüfusunun sadece %2'sinin insanlığı bilimsel ve teknolojik ilerleme yolunda ilerletmeye yeterli olduğu istatistiklerini hatırladım. Toplam öğrenci sayısını saydım ve anladım ki … çok fazla endişelenmeye gerek yok. Nikolai gibi insanlarla, ilerleme bizim için hala garantili olacak!
