Все |0-9 |А |Б |В |Г |Д |Е |Ж |З |И |К |Л |М |Н |О |П |Р |С |Т |У |Ф |Х |Ц |Ч |Ш |Щ |Э |Ю |Я

Каталог статей Принципы действия устройств Тепловые машины

Поиск по тегам : цикл Карно, тепловая машина, холодильная машина, вечный двигатель, Двигатель, Стирлинг


Двигатель Стирлинга

Рейтинг 3.1/5 (133 голосов)

Двигатель Стирлинга Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081).
Это устройство преобразующее тепловую энергию в механическую.
Основное отличие его от двигателя внутреннего сгорания в том, что тепловая энергия приходит к нему из вне, а не производится им непосредственно. Это и есть его самое уникальное и замечательное свойство, отличающее его от всех остальных машин.
 
Принцип действия:
допустим, мы имеем какой-то замкнутый объем воздуха в жестком корпусе с эластичной мембраной (поршнем). Нагревая корпус, воздух внутри расширится и совершит работу, выгибая мембрану наружу. И наоборот, охлаждая корпус, мембрана вогнется, опять совершив работу. Вот и весь цикл, проще не придумаешь, осталось только "автоматизировать" этот процесс.
Пример изображения
Для этого внутри корпуса двигателя размещается так называемый поршень-вытеснитель, смысл этого устройства в том, что он должен перегонять оставшийся в корпусе воздух от горячей области внизу к охлаждаемой вверху.

Пример изображения
Ну а дальше кривошипно-шатунная схема связывает поршень-вытеснитель и мембрану (или рабочий поршень) на одной оси вращения, что обеспечит нам цикличность процесса т.е. поднятие и опускание поршней.
Пример изображения
Ещё одна важная деталь на которую нужно обратить внимание заключается в том что рабочий поршень отстаёт от вытеснителя на 90 градусов по ходу вращения двигателя (у нас на рисунке как вы могли заметить вращение происходит против часовой стрелки). Это идеальный вариант соединения для такой схемы. Для большего понимания разрез реальной рабочей модели.
Пример изображения

Двигатели Стирлинга разделяются на 3 типа: Альфа, Бета, Гамма:
Пример изображения
 

Всё это были примеры низкотемпературных двигателей, поясняющих принцип работы. Промышленные Стирлинги которые используются в разных целях, от генерации электроэнергии, до говорят, движения подводных лодок выглядят совершенно по-другому. Но принцип всегда остаётся тем же - нагрев и охлаждение замкнутого объема воздуха, а ещё лучше водорода или гелия.

В заключении введения несколько изображений поясняющих принцип действия двигателя Стирлинга.
альфа тип:
Пример изображенияПример изображения
бета тип:
Пример изображения Пример изображения
гамма тип:
Пример изображения

А вот маленький Стирлинг охлаждает своей работой какой-то чип на материнской плате.
Стирлинг на метеринской плате

А так на практике выглядит бетта тип с ромбическим механизмом, самому такую сделать весьма проблематично, но для общего развития нужно иметь представление.

ромбовидный
 

Низкотемпературные модели двигателя Стирлинга

Низкотемпературные - значит работающие на минимальной разнице температур, между нагреваемой частью двигателя и охлаждаемой. Фактически, эта разница может составлять всего несколько градусов. В чем вы можете легко убедиться на основе следующих фотографий, где модель двигателя работает от тепла человеческой руки, там же показан электронный градусник, указывающий температуру между горячей и холодной стороной модели.
Единственное, надо признать, сделать такую модель самому крайне сложно, ввиду очень точной подгонки деталей, особенно пары гильза - поршень.
Таким образом любой самый минимальный источник тепла может быть использован в качестве "питания". Если осмотреться вокруг, можно найти столько зря пропадающей энергии, летом (да и зимой) - солнце, зимой - излишки отопления, всевозможная техника которая греется зря...
Вот так выглядит фирменная модель двигателя Стирлинга
Как видите основной отличительной чертой низкотемпературных движков есть наличие широкого основания у нагревателя (нижний алюминиевый диск) и охладителя (верхний диск). Понятно что это модельки и они не расчитаны на снятие с них какой то серьёзной нагрузки, они лишь демонстрируют принцип.

Двигатель Стирлинга - это устройство всеядное, в плане преобразования тепла в работу, и солнечная энергия здесь весьма кстати. Дело в том, что её очень удобно концентрировать при помощи параболических зеркальных "тарелок" в одну точку, где может достигается внушительная, по земным меркам, температура. В этой фокусной точке и размещают солнечный Стирлинг, который конвертирует это тепло в электричество, причем с очень не плохим коэффициентом, в несколько раз больше чем у солнечных батарей. В Америке, например, уже активно используются такие установки и как вы можете видеть на фото это целые поля-фермы.
Пример изображенияПример изображения
Пример изображенияПример изображения
Однако солнечный Стирлинг это не обязательно нечто огромное, как на фото выше, Стирлинги тем и уникальны, что их можно делать любых размеров и под любую тепловую нагрузку. Например, этот копирует тот же принцип концентрации что и выше, но сам уже вполне человеческих размеров.
Пример изображенияПример изображенияПример изображения
Если не пользоваться концентраторами, то внешний вид солнечного Стирлинга будет таким же, как у низкотемпературного Стирлинга, с тем лишь отличием, что нагреваемая его часть, будет окрашена в черный цвет, для лучшего поглощения тепла. Или, как на фото ниже, можно поступить ещё хитрее, нагреваемая сторона выполнена из прозрачного оргстекла, свободно проходя через которое, солнечные лучи нагревают верхнюю часть вытеснителя, а он соответственно внутренний воздух над собой.

Термоакустические Стирлинги - самые простые и самые непонятные, в плане устройства работы. Потому как представить, как там внутри образуется звуковая стоячая волна не просто. Вот так выглядит принципиальная схема (рисунка качественнее не нашел, на досуге попробую перерисовать)
Пример изображения
Деталей конечно минимум, но простота всегда обманчива. Вот так он выглятит в живую, хотя сборка конечно топорная, но что нашел то и выложил. В разборе действительно все просто.
Пример изображенияПример изображения
А это фирменные модели, почувствуйте разницу как говорится.
Пример изображенияПример изображения
Пример изображенияПример изображения
Пример изображенияПример изображения



Related items

 
 Принцип действия машины Карно