Đầu tiên, họ Stirling khá phổ biến ở cả Anh và Scotland. Đó là, nếu có Lâu đài Stirling, thì tại sao không phải là "Ngài Stirling"? Và chỉ một người như vậy - linh mục người Scotland Robert Stirling, vào ngày 27 tháng 9 năm 1816, đã nhận được bằng sáng chế của Anh cho một động cơ không liên quan gì đến động cơ hơi nước! Hơn nữa, động cơ mang tên ông hóa ra là độc nhất vô nhị, vì nó có thể hoạt động từ bất kỳ nguồn nhiệt nào!
Robert Stirling.
Năm 1843, con trai của ông, James Stirling, đã sử dụng động cơ của cha mình trong một nhà máy nơi ông làm kỹ sư. Vâng, vào năm 1938, những chiếc máy bay có công suất lên đến 200 mã lực đã được tạo ra. và hiệu suất là 30 phần trăm.
Nguyên lý hoạt động của động cơ này là làm nóng và làm mát xen kẽ chất lỏng làm việc trong một xi lanh đóng hoàn toàn. Thông thường môi trường làm việc là không khí, nhưng có thể sử dụng hydro và heli, cũng như freon, nitrogen dioxide, propan-butan hóa lỏng và thậm chí cả nước. Hơn nữa, nó vẫn là chất lỏng trong suốt chu trình nhiệt động lực học. Đó là, thiết kế của động cơ cực kỳ đơn giản và sử dụng đặc tính nổi tiếng của các chất khí: thể tích của chúng tăng lên khi đốt nóng, và khi làm mát, nó giảm đi.
Một trong nhiều đồng bảng Anh tự chế.
Động cơ Stirling sử dụng … "chu trình Stirling", xét về hiệu suất nhiệt động lực học của nó, không những không kém hơn chu trình Carnot, mà thậm chí còn có một số ưu điểm. Trong mọi trường hợp, đó là "chu trình Stirling" cho phép bạn có được một động cơ hoạt động được làm từ một lon thiếc bình thường chỉ trong vài giờ.
Thiết bị Stirling Beta.
Bản thân "chu trình Stirling" bao gồm bốn giai đoạn chính và hai giai đoạn chuyển tiếp: đốt nóng, giãn nở, chuyển tiếp sang nguồn lạnh, làm lạnh, nén và chuyển tiếp sang nguồn nhiệt. Vâng, chúng tôi nhận được công việc hữu ích trong quá trình mở rộng thể tích của khí đốt nóng.
Giai đoạn 1.
Giai đoạn 2.
Giai đoạn 3.
Giai đoạn 4.
Chu trình làm việc của động cơ Stirling kiểu beta: a - dịch chuyển của piston; b - piston làm việc; c - bánh đà; d - lửa (khu vực sưởi ấm); e - cánh tản nhiệt (vùng làm mát).
Nó hoạt động như thế này: có hai xi lanh và hai piston. Nguồn nhiệt bên ngoài - và chúng thậm chí có thể đốt củi, thậm chí là lò đốt khí, thậm chí là ánh sáng mặt trời - làm tăng nhiệt độ của khí ở phần dưới của xi lanh trao đổi nhiệt. Áp suất phát sinh và nó đẩy pít-tông làm việc lên trên, và pít-tông dịch chuyển không khít với thành xylanh. Hơn nữa, bánh đà, cuộn, đẩy nó xuống.
Đề án Stirling từ một lon thiếc.
Trong trường hợp này, không khí nóng từ đáy xi lanh đi vào buồng làm mát. Tuy nhiên, trong buồng làm việc, nó nguội đi và co lại, và sau đó piston làm việc lao xuống. Piston dịch chuyển lên trên, và do đó không khí được làm mát di chuyển xuống phía dưới. Chu kỳ như vậy được lặp lại. Trong Stirling, chuyển động của piston làm việc được dịch chuyển 90 ° so với piston dịch chuyển.
Ảnh chụp một chiếc hộp thiếc.
Theo thời gian, nhiều thiết kế khác nhau về "kiểu dáng" đã xuất hiện, được đặt tên theo các chữ cái trong bảng chữ cái Hy Lạp: alpha, beta, gamma, có sự khác biệt trong chu kỳ nhiệm vụ. Sự khác biệt cơ bản giữa chúng là nhỏ và phụ thuộc vào sự sắp xếp của các xi lanh và kích thước của các piston.
Động cơ Stirling với máy phát điện tuyến tính.
Alpha Stirling có hai piston điện riêng biệt trong các xi lanh khác nhau: nóng và lạnh. Xi lanh có piston nóng nằm trong bộ trao đổi nhiệt, có nhiệt độ cao hơn và xi lanh có piston lạnh, tương ứng, ở bộ phận trao đổi nhiệt lạnh hơn. Bộ tái sinh (tức là bộ trao đổi nhiệt) nằm giữa phần nóng và phần lạnh.
Beta Stirling chỉ có một hình trụ, nóng ở một đầu và lạnh ở đầu kia. Pít tông di chuyển bên trong xi lanh (từ đó công suất được loại bỏ) và bộ chuyển vị, làm thay đổi thể tích của vùng nóng của nó. Khí được bơm đến đầu nóng của xi lanh từ đầu lạnh của xi lanh thông qua một bộ tái sinh.
Gamma Stirling cũng có một piston và một bộ chuyển vị, và hai xi lanh - lạnh (nơi piston chuyển động từ đó công suất được loại bỏ) và nóng (nơi chuyển động tương ứng). Bộ tái sinh nằm bên ngoài, trong trường hợp này nó kết nối phần nóng của xi lanh thứ hai với phần lạnh và đồng thời với xi lanh thứ nhất (lạnh). Bộ tái sinh bên trong trong trường hợp này là một phần của bộ dịch chuyển.
Có nhiều loại động cơ Stirling không thuộc ba loại cổ điển này: ví dụ, động cơ Stirling quay, trong đó các vấn đề rò rỉ được giải quyết và không có cơ cấu tay quay, vì nó quay.
Điều gì tốt về stirlings và tại sao chúng xấu? Trước hết, chúng là loài ăn tạp và có thể sử dụng bất kỳ sự chênh lệch nhiệt độ nào, bao gồm cả nhiệt độ giữa các lớp nước khác nhau trong đại dương. Quá trình đốt cháy ở chúng có tính chất liên tục, đảm bảo nhiên liệu đốt cháy hiệu quả, đồng nghĩa với việc tính thân thiện với môi trường của nó càng cao. Hơn nữa, nó không có ống xả. Độ ồn thấp hơn - không có "tiếng nổ" trong xi lanh. Ít rung hơn, ví dụ, với một stirling beta. Chất lỏng làm việc không bị tiêu hao bởi kiểu dáng. Thiết kế của động cơ cực kỳ đơn giản, nó không cần các cơ cấu phân phối khí. Không cần bộ khởi động, cũng như không cần hộp số.
Sự đơn giản và không có một số nút "tinh vi" cung cấp "stirling" với hiệu suất chưa từng có cho tất cả các động cơ khác trong hàng chục và hàng trăm nghìn giờ hoạt động liên tục.
Tàu ngầm Thụy Điển "Gotland".
Stirlings rất kinh tế. Như vậy, việc chuyển hóa quang năng thành điện năng bằng phương pháp stirling cho hiệu suất cao hơn (tới 31, 25%) so với động cơ nhiệt hoạt động bằng hơi nước. Đối với điều này, "kiểu dáng" được đặt ở tiêu điểm của gương parabol, gương "đi theo" mặt trời để hình trụ của nó được đốt nóng liên tục. Chính trong một công trình lắp đặt như vậy ở California, kết quả trên đã thu được vào năm 2008, và bây giờ có một công trình xây dựng một trạm năng lượng mặt trời lớn trên các stirlings. Bạn có thể gắn chúng vào vỏ của các lò cao và sau đó liên tục nấu chảy gang sẽ cho chúng ta rất nhiều … rẻ năng lượng, bởi vì bây giờ nhiệt này bị lãng phí!
Nói chung, chỉ có một nhược điểm về kiểu dáng. Nó có thể bị quá nóng và sau đó nó sẽ ngay lập tức bị hỏng. Ngoài ra, để đạt được hiệu suất cao, khí phải chịu áp suất rất cao trong xilanh. Hydro hoặc heli. Và đây là một độ chính xác đặc biệt của sự phù hợp với tất cả các bộ phận làm việc của nó và một loại mỡ nhiệt độ cao đặc biệt. Kích thước … buồng đốt không cần thiết. Stirling không thể sống thiếu cô ấy! Và đây là một khối lượng phụ và một hệ thống cách nhiệt và làm mát!
Soryu là tàu ngầm Nhật Bản chạy bằng động cơ Stirling.
Tuy nhiên, sự thay đổi về mức độ ưu tiên có thể sẽ mở đường cho các động cơ Stirling. Nếu chúng ta đặt yếu tố thân thiện với môi trường lên hàng đầu, thì có thể nói lời tạm biệt với động cơ đốt trong một lần và mãi mãi. Ngoài ra, họ còn đặt nhiều hy vọng vào việc tạo ra các nhà máy điện mặt trời đầy hứa hẹn. Chúng đã được sử dụng làm máy phát điện tự động cho khách du lịch. Và một số doanh nghiệp đã thành lập sản xuất đồng bảng Anh, hoạt động từ một đầu đốt lò gas thông thường. NASA cũng đang xem xét các lựa chọn cho máy phát điện dựa trên Stirling chạy bằng nguồn nhiệt hạt nhân và đồng vị phóng xạ. Đặc biệt, nó được lên kế hoạch sử dụng kiểu dáng như vậy, cùng với một máy phát điện, trong chuyến thám hiểm không gian tới Titan do NASA lên kế hoạch.
"Tôi xả rác" - bố cục.
Có một điều thú vị là nếu bạn khởi động động cơ Stirling ở chế độ đảo ngược, tức là quay bánh đà từ động cơ khác, thì nó sẽ hoạt động như một máy làm lạnh (chu trình Stirling ngược), và chính những chiếc máy này hóa ra lại rất hiệu quả. để sản xuất khí hóa lỏng.
Bây giờ, vì chúng tôi có một khu quân sự, chúng tôi lưu ý rằng Stirlings đã được thử nghiệm trên tàu ngầm Thụy Điển vào những năm 60 của thế kỷ trước. Và sau đó vào năm 1988, Stirlings trở thành động cơ chính của tàu ngầm lớp Nakken. Cùng với họ, cô đã chèo thuyền dưới nước hơn 10.000 giờ. Tiếp theo "Nakken" là các tàu ngầm nối tiếp kiểu "Gotland", trở thành những tàu ngầm đầu tiên được trang bị động cơ Stirling, cho phép chúng ở dưới nước tới 20 ngày. Ngày nay, tất cả các tàu ngầm của Hải quân Thụy Điển đều có động cơ quay và các nhà đóng tàu Thụy Điển đã tìm ra công nghệ ban đầu để lắp động cơ này trên tàu ngầm thông thường, bằng cách cắt vào chúng một khoang bổ sung với hệ thống đẩy mới. Chúng chạy bằng oxy lỏng, sau đó được sử dụng trong thuyền để thở, và có lưu ý rằng chúng có độ ồn rất thấp. Chà, những thiếu sót nêu trên (kích thước và vấn đề làm mát) trên một tàu chiến dưới mặt đất là không đáng kể. Tấm gương của người Thụy Điển đối với người Nhật dường như đáng chú ý, và giờ đây những chiếc Stirlings cũng đang có mặt trên các tàu ngầm Nhật Bản lớp "Soryu". Chính những động cơ này ngày nay được coi là động cơ đơn mọi chế độ hứa hẹn nhất cho tàu ngầm thế hệ thứ 5.
Và đây là cách tạo dáng của một sinh viên Nikolai She opensv thuộc Đại học Penza State trông như thế nào.
Chà, bây giờ khá nhiều về loại … "thanh niên xấu" chúng ta có. Vào ngày 1 tháng 9, tôi đến với sinh viên - những kỹ sư động cơ tương lai, tôi hỏi họ những câu hỏi truyền thống, họ đọc gì (thực tế là không có gì!), Họ thích gì (với tình hình này cũng không khá hơn là bao, nhưng chủ yếu là chân bận, không phải người đứng đầu!), họ biết đến những tạp chí kỹ thuật nào - "Kỹ thuật viên trẻ", "Nhà thiết kế mô hình", "Khoa học và Công nghệ", "Cơ học phổ biến" … (không có!), và sau đó một sinh viên nói với tôi rằng anh ta là thích động cơ. Một trong 20, nhưng đó đã là một cái gì đó! Và sau đó anh ấy nói với tôi rằng anh ấy đã tự chế tạo động cơ Stirling. Tôi biết làm thế nào để tạo ra một động cơ như vậy từ một cái lon thiếc bình thường, nhưng sau đó hóa ra anh ấy đã làm một việc hiệu quả hơn nhiều. Tôi nói: "Mang nó đi!" - và anh ấy đã mang. "Mô tả cách bạn đã làm điều đó!" - và anh ấy đã mô tả, và tôi thích "bài luận" của anh ấy đến nỗi tôi trình bày nó ở đây mà không có bất kỳ sự thay đổi hay viết tắt nào.
Khởi đầu của công việc là “sự hỗn loạn sáng tạo”.
“Tôi luôn thích công nghệ, nhưng đặc biệt là động cơ. Tôi tham gia vào việc bảo trì, sửa chữa và tùy chỉnh với sự quan tâm lớn. Sau khi tìm hiểu về động cơ Stirling, tôi bị cuốn hút bởi nó không khác gì động cơ. Thế giới tạo kiểu rất đa dạng và rộng lớn đến mức không thể mô tả hết các tùy chọn có thể thực hiện được. Không có động cơ nào khác có thiết kế đa dạng như vậy, và quan trọng nhất là khả năng tự chế tạo.
Tôi đã có ý tưởng làm một mô hình động cơ từ lon thiếc và các phương tiện ngẫu hứng khác, nhưng nó không nằm trong quy tắc của tôi là "dù thế nào đi nữa và từ những gì nó có được". Vì vậy, tôi quyết định thực hiện nhiệm vụ này một cách nghiêm túc, bắt đầu bằng việc chuẩn bị về mặt lý thuyết. Tôi đã nghiên cứu tài liệu trên Internet, nhưng việc tìm kiếm không mang lại kết quả như mong muốn: xem lại các bài báo và video, thiếu bản vẽ cho các mô hình của động cơ này. Các mô hình thành phẩm đã được bán với giá quá cao. Ngoài ra, mong muốn lớn để tự mình làm mọi thứ, hiểu nguyên lý hoạt động, gỡ lỗi và tiến hành các thử nghiệm, nhận được công việc hữu ích từ động cơ này và thậm chí cố gắng tìm cách sử dụng nó trong nền kinh tế.
"Chuyển hướng kinh doanh!" (Một sinh viên thông minh, anh ấy đã quay phim toàn bộ quá trình làm việc như một kỷ vật. Hiện tại, công dân, bằng chứng chụp ảnh tư liệu … và chúng đây!)
Tôi hỏi xung quanh trên các diễn đàn, và họ đã chia sẻ tài liệu với tôi. Đó là cuốn "Động cơ Stirling" (Tác giả: G. Ryder và C. Hooper). Nó phản ánh toàn bộ lịch sử của loại động cơ này, tại sao sự phát triển nhanh chóng lại dừng lại, và nơi những động cơ này vẫn được sử dụng. Từ cuốn sách, tôi đã tìm hiểu chi tiết hơn tất cả các quá trình xảy ra trong động cơ, tìm ra câu trả lời cho những câu hỏi quan tâm. Nó rất thú vị để đọc, nhưng tôi muốn thực hành. Tất nhiên, không có bản vẽ mô hình nhà để xe, cũng như trên Internet, tất nhiên, ngoại trừ một mô hình từ một cái lon và cao su xốp.
Trước niềm hạnh phúc lớn lao của tôi, người bán các mô hình tạo kiểu đã đăng một khóa học về cách làm các mô hình như vậy, anh ta đã đặt nó vào thời điểm đó với giá 20 đô la, tôi đã viết thư cho anh ta và trả tiền cho khóa học. Sau khi xem tất cả các video, trong mỗi video anh ấy giải thích về một kiểu tạo kiểu nhất định, tôi quyết định thực hiện chính xác kiểu tạo kiểu ở nhiệt độ cao của kiểu gamma. Kể từ khi anh ấy quan tâm đến tôi với thiết kế, đặc điểm và ngoại hình của anh ấy. Từ khóa học video, tôi đã học được tỷ lệ gần đúng của đường kính xi lanh, đường kính piston, khe hở, độ nhám nên là gì, vật liệu sử dụng trong sản xuất, một số sắc thái của xây dựng. Nhưng không nơi nào có được kích thước của các công cụ của tác giả, chỉ xấp xỉ tỷ lệ kích thước của các nút.
Bản thân tôi sống trong một ngôi làng, người ta có thể nói ở ngoại ô, mẹ tôi là kế toán, còn bố tôi là thợ mộc, vì vậy không hiểu sao việc tìm đến họ để xin lời khuyên về việc chế tạo động cơ. Và tôi quay sang người hàng xóm của mình, Gennady Valentinovich, để nhờ giúp đỡ, anh ấy làm việc tại nhà máy KZTM hiện đã sụp đổ ở Kuznetsk.
Nói chung, ngày hôm sau, Gennady Valentinovich mang đến cho tôi một chiếc trống bằng nhôm dài khoảng 1 m và đường kính khoảng 50 mm. Tôi mừng lắm, cưa bỏ những chỗ trống cần dùng, hôm sau tôi đến trường thử mài cái lò sưởi và tủ lạnh cho động cơ đốt trong của mình. Tôi đã mài trên một máy tiện đào tạo (trên đó ông nội của Lenin đã làm việc).
Tất nhiên, không có độ chính xác ở đó, phần bên ngoài của bộ gia nhiệt hóa ra khá tốt, nhưng bản thân phần hình trụ nằm dưới piston lại nằm trên một hình nón. Trudovik giải thích với tôi rằng máy cắt nhàm chán bị uốn cong, vì máy cho những thứ như vậy khá nhỏ và yếu. Một câu hỏi đặt ra là phải làm gì tiếp theo … Thật may mắn khi mẹ tôi lúc đó đang làm kế toán cho một doanh nghiệp tư nhân, trước đây là xưởng sửa chữa ô tô. Valery Aleksandrovich (giám đốc của nhà máy này) hóa ra là một người tuyệt vời và đã giúp đỡ tôi rất nhiều, tôi đã được cung cấp một chiếc máy chuyên nghiệp của Liên Xô và một người thợ quay đã giúp tôi. Mọi thứ diễn ra vui vẻ hơn, và theo đúng nghĩa đen một tuần sau, hầu hết mọi thứ đã sẵn sàng, quá trình lắp ráp động cơ bắt đầu. Có những khoảnh khắc thú vị trong quá trình xây dựng, ví dụ: trục, nơi bánh đà được ép, được đưa cho xưởng cơ khí chính xác ở một nhà máy khác (để có được độ chính xác cần thiết cho vòng bi); tủ lạnh được mài trên máy tiện, và các chỗ để bắt vít được làm bằng máy phay, bánh đà được mài trên máy mài. Điều đó rất thú vị và hấp dẫn đối với tôi. Các công nhân ở nhà máy nghĩ rằng tôi là một sinh viên và đang viết một loại công trình khoa học nào đó. Tôi ngồi ở nhà máy cho đến tận chiều tối, và họ đưa tôi về nhà bằng xe chính thức của Valery Alexandrovich. Động cơ được khởi động trong vòng vây đông đảo công nhân nhà máy, mọi người đều rất thích thú. Vụ phóng thành công, nhưng động cơ hoạt động kém.
Kết quả đạt được thỏa thuận! Góc chân đế bị cháy trong quá trình thử nghiệm.
Những thiếu sót đã được tiết lộ, bản lề nhựa được thay thế bằng loại nhựa dẻo fluoroplastic, bánh đà nhẹ hơn và cân bằng hơn, piston nhận được một bộ phận gắn chất liệu fluoroplastic để truyền nhiệt thấp hơn và tủ lạnh trở nên có diện tích làm mát lớn hơn. Sau khi tinh chỉnh, động cơ đã cải thiện đáng kể hiệu suất kỹ thuật.
Bản thân tôi đã rất vui mừng. Khi bạn bè đến nhà tôi, điều đầu tiên họ làm là đến gặp anh ấy, yêu cầu anh ấy bắt đầu. Gennady Valentinovich lái xe để thể hiện kiểu dáng cho tác phẩm của mình, mọi người đều rất thích thú, thậm chí họ không cần gọi ai đó, mọi người đều đến gần, nhìn và tỏ ra thích thú”.
Tên của người đàn ông trẻ tuổi là Nikolai Sheosystemv, và anh ta là người đứng đầu của nhóm. Tôi đưa anh ấy đến gặp trưởng khoa, và ba chúng tôi đã nói chuyện rất vui vẻ. Và rồi tôi nhớ đến con số thống kê rằng chỉ 2% dân số thế giới là đủ để đưa nhân loại đi theo con đường tiến bộ khoa học và công nghệ. Tôi đếm tổng số học sinh và nhận ra rằng … không cần phải lo lắng quá nhiều. Với những người như Nikolai, tiến độ sẽ vẫn được đảm bảo cho chúng tôi!
