МАЛКО ЗА СТИРЛИНГОВИЯ ДВИГАТЕЛ
July 26, 2009
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 
|
Био на автора: Георги: |
27 Jul 09
8:53 am
Свежо: (thumb up)
27 Jul 09
9:55 am
Можеш ли да ми кажеш от къде може да се закупи подобна машина? Колко пари струва, и реално какво може да захрани – като конкретно питам за динамо на кола например…
27 Jul 09
11:46 am
Виж в интернет, %100 има фирми които продават стирлингови двигатели. Повечето са американски и са малко солени. Иначе можеш и сам да си направиш, има инструкции онлайн, а и не трябва да е много трудно.
Перфектно приложение би било една голяма фокусираща леща върху този двигател, който ще е свързан с динамо/генератор. Това е може би най-лесният начин за добив на електричество от слънцето, а и по ефективност ще надмине дори и най-скъпите слънчеви панели. При добра изработка може да се направят невероятни неща.
Както каза Жоро, жалко че на тези двигатели не се обръща необходимото внимание. Може би защото са прости, но това им е една от силните черти.
27 Jul 09
1:51 pm
Свежо: Преди 10-тина дни го представихме в нашия сайт, но си заслужава да се повтори в „Свежо“.
Положителен глас (thumb up)!
27 Jul 09
6:49 pm
Вижте този линк. Има много цитирана литература и връзки:
http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine
27 Jul 09
6:52 pm
Вижте тази страница: http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine
27 Jul 09
7:17 pm
Свежо: Тези двигатели имат доста по широко приложение макар и не толковс популярни. Използват се в слънчеви централи с огледала в Испания например. В момента усилено се разработват подводници с такива двигатели например Шведската Näcken, която американците копират, руснаците и те са тръгнали по този път, за сега са по-назад. В youtube има много клипчета на тази тема, както и в Wikipedia
28 Jul 09
10:50 am
Благодаря, Васил, там наистина доста по-изчерпателна информация. Да си призная четох го, но не го ползвах за статията. Накои от нещата дето съм ги чел някога, обаче ги има като линкове там.
28 Jul 09
10:57 pm
Интересна е идеята за соларна когенерация. При фотоволтаиците с концентратори температурата на клетката може да достигне няколкостотин градуса. Една интересна идея е използването на слой от топлоносител в ролята на инфрачервен филтър. Така до клетката стига предимно лъчението което може да се преобразува в електричество, клетката се охлажда, а получената топлина се ползва в стирлингова система. Сумарното КПД на тези системи може да надвиши 50% дори при малка температурна разлика.
Между другото съм чел че стирлинговите двигатели които се разработват или продават в момента работят на 800 градуса. Ниско и среднотемпературните стирлинги малко са оставени на страна.
29 Jul 09
7:52 am
Да, готина идея.. Някаккво синьо или зелено багрило (може стопилка) да се плозва за топлоносител (в прозрачна кювета), а преминалото лъчение да се подава на Фотоволтаик.
За градусите на Стирлинг, може да. Суигурно моята инфо не е точна, логично е, само така може да се вдигне КПД-то. Но тогава растат и изискванията към материалите.
29 Jul 09
8:10 am
Между другото на второто клипче отдясно е показан точно като описания Стирлинг, работещ с фокусирана слунчева светлина. Дори май френелива леща ползват хората, доколкото помня от друг такъв клип. Казвам го за посетителите, Ангел, ти знам че го знаеш, нали си го вградил..
29 Jul 09
8:19 am
Ангел Кафазов и Ангел. Моля за извинение за объркването pls.
30 Jul 09
11:08 am
Стирлинговият мотор ще работи идеално с топлинната енергия, отделяна при Студения синтез на Флайшман и Понс
30 Jul 09
4:37 pm
Стирлинговия двигател работи идеално с всяка топлинна енергия. Има актуални разработки за когенератори използващи отпадната топлина от промилени производства. Има идеи за използването му в транспорта. А като опрем до студения синтез вероятно и там ще намери приложение. Огромното предимство на технологията е че при достатъчно висока температурна разлика КПД-то му превишава това на турбините. А стилинговия двигател не е необходимо да е огромен за да е ефективен за разлика от споменатите турбини. Според мен той ще е едно от революционните нововъведения( макар че е на 150 години като технология) което би позволило да се достигне до мечтаната децентрализирана енергетика за която толкова се коментира в екологичната литература. Представи си малък реактор със студен синтез и стирлингов двигател който да захранва една оранжерия за южни зеленчуци някъде в далечния север. Или малка геотермална инсталация работеща със стирлингов двигател имаща капацитет достатъчен да направи производството ти независимо от енергийната мрежа и от доставките на газ.
30 Jul 09
8:09 pm
Има да.., но са доста по-скъпи (Както каза Ангел Кафазов по-горе) от нормалните когенератори използващи парна турбина и/или газ турбинен двигател (последното е ДВГ). За транспорта – много преди Дийн Кеймън да си направи колата има такава разработка – 60 те години май, трябва да се провери.
Пропуснах да спомена че в Стирлингови двигатели се ползват в космическите апарати. NASA разработват и използват такива (за получаване на енергия от радиоизотопни източници (малък реактор на борда)) понеже са по-ефективни от пелтие и IR фотоволтаици, и в някои атомни подводници вместо турбина със затворен цикъл.
За ст. ядрен синтез…………..No comment
30 Jul 09
8:42 pm
Жоро, ти следиш ли новините около Студения синтез? Не разбра ли, че ВМС на САЩ финансират проекта и имат голям напредък
30 Jul 09
8:48 pm
Виж си пощата Peacekeeper, пуснах ти нещо..
Докато не вида принципа.. Не си падам по мюонния катализ..