Stirling engine - prinsip kerja. The suhu rendah mesin Stirling (foto)

Stirling engine, prinsip yang secara kualitatif berbeda dari yang biasa untuk semua mesin pembakaran internal, setelah yang terakhir untuk bersaing. Namun, pada beberapa waktu lupa tentang hal itu. Seperti motor ini digunakan saat ini, apa prinsip operasi (dalam artikel juga dapat ditemukan motor Stirling gambar yang menunjukkan karyanya), dan apa yang prospek untuk penggunaan masa depan, lihat di bawah.

cerita

Pada 1816, Robert Stirling di Skotlandia telah dipatenkan mesin panas, bernama hari ini untuk menghormati penemunya. Mesin udara panas pertama diciptakan depannya. Tapi Stirling ditambahkan ke perangkat bersih yang dalam literatur teknis disebut regenerator atau penukar panas. Berkat dia, peningkatan performa mesin sambil memegang unit di panas.

Mesin mengakui mesin uap yang paling tahan lama tersedia pada saat itu, karena ia tidak pernah meledak. Sebelum dia, motor lainnya seperti masalah sering terjadi. Meskipun keberhasilan awal, pada awal abad kedua puluh, dari perkembangannya menurun, karena telah menjadi kurang efektif biaya dibandingkan dengan kemudian muncul lainnya mesin pembakaran internal dan motor listrik. Namun, Stirling masih digunakan di beberapa industri.

mesin pembakaran eksternal

Prinsip operasi dari semua mesin panas adalah bahwa kekuatan mekanik besar dibandingkan dengan kompresi dingin di negara diperluas untuk gas yang dibutuhkan. Untuk menunjukkan pengalaman ini dapat dilakukan dengan dua pot diisi dengan air dingin dan panas serta botol. Yang terakhir ini dicelupkan ke dalam air dingin, tabung konektor, kemudian ditransfer ke panas. Ketika gas dalam botol mulai melakukan pekerjaan mekanik dan menyemburkan steker. mesin pembakaran eksternal pertama berdasarkan proses sepenuhnya. Namun, kemudian penemu menyadari bahwa panas dapat digunakan untuk pemanasan. Dengan demikian, kinerja telah meningkat pesat. Tapi bahkan ini tidak membantu mesin menjadi meluas.

Kemudian Erickson, seorang insinyur dari Swedia, ditingkatkan korban desain didinginkan dan gas dipanaskan pada tekanan konstan, bukan volume. Akibatnya, banyak salinan mulai digunakan untuk bekerja di tambang, di kapal dan di cetak. Tapi untuk awak, mereka terlalu berat.

Mesin Pembakaran eksternal dari Philips

Motor ini dari jenis berikut:

• uap;
• turbin uap;
• Stirling.

Jenis terakhir tidak berkembang karena keandalan rendah dan yang lain tidak tingkat tertinggi dibandingkan dengan jenis lain dari unit muncul. Namun, pada tahun 1938, Philips telah kembali bekerja. Mesin telah menjadi digunakan untuk menggerakkan generator di daerah neelektrofitsirovannyh. Pada tahun 1945, insinyur perusahaan ini telah menemukan mereka sebaliknya menggunakan: jika poros berputar motor listrik, pendinginan dari kepala silinder datang ke minus seratus sembilan puluh derajat Celcius. Kemudian diputuskan untuk digunakan dalam sistem pendingin ditingkatkan Stirling engine.

Prinsip operasi

Tindakan motor untuk beroperasi pada siklus termodinamika, di mana terjadi di berbagai kompresi temperatur dan ekspansi. Dengan demikian regulasi aliran fluida kerja diwujudkan dengan memvariasikan volume (atau tekanan - tergantung pada model). Ini adalah prinsip mayoritas mesin ini, yang dapat memiliki fungsi yang berbeda dan skema desain. Mesin dapat reciprocating atau rotary. Mesin dengan unit mereka beroperasi sebagai pompa panas, pendingin, generator tekanan dan sebagainya.

Selain itu, ada mesin open-siklus, di mana regulasi aliran diwujudkan melalui katup. Bahwa mereka disebut mesin Erickson, selain nama umum nama Stirling. ICE pekerjaan yang berguna dilakukan setelah pra-mengompresi udara dan bahan bakar injeksi, pemanasan campuran yang dihasilkan dicampur dengan pembakaran dan ekspansi.

The Stirling Prinsip mesin bekerja adalah sama: pada suhu rendah dikompresi, dan pada tinggi - ekspansi. Namun, pemanasan yang berbeda dilakukan: panas dipasok dari luar melalui dinding silinder. Oleh karena itu, ia disebut mesin pembakaran eksternal. Stirling menggunakan perubahan suhu periodik dengan piston perpindahan. gas terakhir bergerak dari satu ruang silinder yang lain. Di satu sisi, terus suhu rendah, dan di sisi lain - yang tinggi. Ketika bergerak piston ke atas bergerak gas dari panas ke rongga dingin dan turun - kembali ke panas. gas pertama memberikan banyak panas kulkas, dan kemudian dari pemanas menerima sebanyak yang ia berikan. Antara pemanas dan regenerator kulkas terletak - rongga diisi dengan bahan yang gas melepaskan panas. Dalam regenerator arus balik mengembalikannya.

Sistem propelan terhubung dengan piston kompresi gas dalam dingin dan memungkinkan untuk memperluas di panas. Dengan kompresi pada suhu yang lebih rendah pekerjaan yang bermanfaat. Seluruh sistem berjalan empat siklus dengan gerakan intermiten. Mekanisme Crank demikian memastikan kontinuitas. Oleh karena itu, batas-batas yang tajam antara tahapan siklus tidak diamati, dan efisiensi mesin Stirling tidak menurun.

Mengingat di atas, kesimpulannya adalah bahwa mesin adalah mesin piston dengan pasokan panas eksternal, dimana fluida kerja tidak meninggalkan ruang tertutup dan tidak diganti. gambar mesin Stirling menggambarkan dengan baik perangkat dan prinsip operasinya.

rincian pekerjaan

Sun, listrik, energi nuklir atau sumber panas lainnya dapat menyediakan energi ke mesin Stirling. Prinsip operasi dari tubuhnya dalam penggunaan helium, hidrogen, atau udara. siklus termal yang sempurna memiliki efisiensi maksimum yang mungkin dari 30-40 persen. Tapi dengan regenerator yang efektif dapat bekerja dan dengan efisiensi yang lebih tinggi. Regenerasi, pemanasan dan pendinginan panas penukar menyediakan built, tanpa minyak bekerja. Perlu dicatat bahwa pelumasan mesin membutuhkan sangat sedikit. Tekanan rata-rata di silinder biasanya dari 10 sampai 20 MPa. Oleh karena itu, membutuhkan sebuah sistem penyegelan yang sangat baik dan kemungkinan minyak memasuki ruang kerja.

karakteristik komparatif

Sebagian besar pekerja mesin saat jenis ini menggunakan bahan bakar cair. Dengan demikian tekanan terus menerus dengan mudah dikontrol, sehingga mengurangi emisi. Tidak adanya katup menyediakan operasi yang tenang. Kekuatan mesin massa sebanding dengan turbocharging, kekuatan spesifik yang diperoleh pada output sama dengan indeks unit diesel. Kecepatan dan torsi yang independen satu sama lain.

Biaya produksi mesin jauh lebih tinggi dari mesin pembakaran internal. Tapi ternyata tingkat terbalik dalam operasi.

keuntungan

Setiap model mesin Stirling memiliki banyak keuntungan:

• Efisiensi di desain modern bisa sampai tujuh puluh persen.
• Dalam mesin memiliki sistem pengapian tinggi, camshaft dan katup. Tidak perlu disesuaikan selama seluruh periode operasi.
• Stirling tidak memiliki ledakan di mesin pembakaran internal, yang merupakan beban berat pada crankshaft, bearing dan batang penghubung.
• Karena mereka tidak memiliki efek itu, mengatakan bahwa "mesin macet."
• Berkat kesederhanaannya perangkat dapat dioperasikan untuk waktu yang lama.
• Hal ini dapat berjalan pada kayu, dan nuklir, dan jenis lain dari bahan bakar.
• Pembakaran terjadi di luar motor.

kekurangan

• Kerugian utama dari desain adalah konsumsi bahan.
• Fluida kerja yang akan didinginkan, karena apa dimensi secara substansial meningkat.
• Untuk ICE dengan karakteristik yang sama yang diperlukan untuk menggunakan tekanan tinggi.
• Dengan bekerja panas tubuh dipasok melalui dinding penukar panas, di mana konduktivitas termal yang terbatas.
• Untuk mengubah tenaga mesin, mengubah volume tangki penyangga, tekanan rata-rata fluida kerja, sudut fase antara displacer dan piston.

aplikasi

Saat ini, mesin generator Stirling digunakan di berbagai bidang. Ini adalah sumber serbaguna energi listrik di lemari es, pompa, kapal selam dan pembangkit listrik tenaga surya. Ini adalah melalui penggunaan berbagai jenis bahan bakar ada kemungkinan digunakan secara luas.

kebangkitan

mesin ini lagi mulai tumbuh berkat Philips. Di tengah-tengah abad kedua puluh telah menandatangani perjanjian General Motors. Dia memimpin pengembangan Stirling untuk digunakan dalam ruang dan perangkat bawah air, kapal dan mobil. Setelah mereka perusahaan lain dari Swedia, Inggris Stirling, terlibat dalam perkembangan mereka, termasuk kemungkinan penggunaan di mobil penumpang.

Hari ini mesin linear Stirling digunakan pada instalasi bawah laut, kosmik dan perangkat surya. Menarik bagi hal itu disebabkan karena relevansi isu degradasi lingkungan, serta kontrol kebisingan. Di Kanada dan Amerika Serikat, Jerman dan Perancis, dan Jepang secara aktif mencari untuk mengembangkan dan meningkatkan penggunaannya.

masa depan

Jelas keuntungan yang memiliki piston dan mesin rotary dari Stirling terdiri dalam umur panjang, penggunaan bahan bakar yang berbeda, kebisingan yang rendah dan toksisitas rendah, membuat mesin pembakaran internal yang sangat menjanjikan untuk latar belakang. Namun, mengingat fakta bahwa mesin pembakaran internal setiap saat untuk memperbaiki, hal itu tidak dapat dengan mudah diberhentikan. Bagaimanapun, ini adalah mesin saat ini menempati posisi terdepan, dan membawa mereka dalam waktu dekat tidak bermaksud untuk.