Стирлинг

[andrej]

Хочу предложить новую тему.
У ЗАО Технопарк г.Тольятти есть отличная конструкция двигателя Стирлинга , лишенная недостатков всех предшественников. Возможно строительство экологичных гибридных транспортных средств самого различного назначения. Принимаются предложения по сотрудничеству и спонсированию разработок и серийного производства.

Председатель НТС ЗАО Технопарк г.Тольятти
Гайдук Андрей Юрьевич E-mail: ay.gayduk@vaz.ru ,
Тольятти , ул. Свердлова, 24 корп. А тел. (848-2)70-70-73,70-70-74,70-70-75

[Tim]

онтересная тема, требуется больше информации, нет пищи для размышлений

[An77]

Прекрасная тема.
Хотелось бы увидеть параметры, данные по результатам испытаний.

[SergKam]

да очень интересно.
как насчет ТТХ?
поскольку ему теоретически сгодится любое горящее топливо,
есть ли возможность запитать его салярой,спиртом, маслом, угольным порошком, опилками?
(В деревне этого много, в отличии от бензина и дешевле).

[Dima555]

ВИКИПЕДИЯ
------------------------------------------------------------------------
Дви?гатель Сти?рлинга — тепловая машина, работающая не только от сжигания топлива, но от любого источника тепла, например — солнечных лучей. Относится к двигателям внешнего сгорания.

Описание:

В XIX веке инженеры хотели создать безопасную альтернативу паровым двигателям того времени, котлы которых часто взрывались из-за высоких давлений пара и неподходящих материалов их структуры. Хорошая альтернатива паровым машинам появилась с созданием двигателей Стирлинга, который мог преобразовывать в работу любую разницу температур. Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. В ряде экспериментальных образцов испытывались фреоны, двуокись азота, сжиженный пропан-бутан и вода. В последнем случае вода остается в жидком состоянии на всех участках термодинамического цикла. Особенностью стирлинга с жидким рабочим телом является малые размеры, высокая удельная мощность и большие рабочие давления.

Из термодинамики известно, что давление, температура и объём газа взаимосвязаны и следуют закону идеальных газов:
где P — давление газа
V — Объём газа
n — Количество молей газа
R — Универсальная газовая константа
Т — Температура газа в Кельвинах

Это означает, что при нагревании газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается. Это свойство газов и лежит в основе работы двигателя Стирлинга.

Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который по термодинамической эффективности не уступает циклу Карно, и даже обладает преимуществом. Дело в том, что цикл Карно состоит из мало отличающихся между собой изотерм и адиабат. Практическая реализация этого цикла малоперспективна. Цикл Стирлинга позволил получить практически работающий двигатель в приемлемых габаритах. Цикл Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. Разницу объёмов газа можно превратить в работу, чем и занимается двигатель Стирлинга.

В машине Стирлинга движение рабочего поршня сдвинуто на 90 градусов относительно движения поршня-вытеснителя. В зависимости от знака этой сдвижки машина может быть двигателем или тепловым насосом. При сдвижке 0 машина не производит никакой работы (кроме потерь на трение) и не вырабатывает ее.

Инженеры подразделяют двигатели Стирлинга на три различных типа:


Альфа СтирлингАльфа-Стирлинг Содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень — горячий, другой — холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. У данного типа двигателя отношение мощности к объёму достаточно велико, но, к сожалению, у Альфа-Стирлинга имеется ряд технических проблем, вызванных высокой температурой «горячего» поршня и его изоляции.


Бета Стирлинг У двигателя бета-типа цилиндр всего один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через регенератор. Регенатор может быть внешним, частью теплообменника, или совмещённым с поршнем-вытеснителем.


Гамма СтирлингГамма Стирлинг У гамма-типа тоже есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра — один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром.




Недостатки:
Основной недостаток двигателя - материалоёмкость.

У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массо-габаритных показателей силовой установки за счет увеличенных радиаторов.

Для получения характеристик, конкурентных по сравнению с ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и специальные виды рабочего тела - водород, гелий. Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплобменник работает в очень напряженных условиях теплопередачи, и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, весьма трудно. Чем выше площадь теплообмена, тем меньше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе.

Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно реагирует на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске. Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы, отличные от тех, которые применялись в двигателях внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.


Преимущества:
Тем не менее, двигатель Стирлинга имеет неоспоримые преимущества, которые вынуждают заниматься его разработкой.

Всеядность двигателя Как все двигатели внешнего сгорания (вернее - внешнего подвода тепла), стирлинг может работать от перепада температур между разными слоями в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печки и т.д. Этот фактор прямо связан с экономичностью двигателя в широком плане - он позволяет заменить дорогие нефтяные топлива на дешевые альтернативные.
Простота конструкции В стирлинге отсутствуют многие элементы привычных двигателей: система зажигания, свечи, карбюратор, клапана, глушитель. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартёре. Его характеристики позволяют избавиться от святая святых автомобиля - коробки передач.
Увеличенный ресурс Отсутствие многих "нежных" агрегатов позволяет стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
Экономичность Этот фактор становится в последнее время очень важным. К тому же в опытной эксплуатации автомобилей со стирлингами оказалось, что стирлинги ведут себя гораздо экономичнее при городской езде. При равный показателях мощности стирлинги практически везде давали экономию топлива по сравнению с ДВС (КПД до 46% против КПД 20% ДВС). В случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги дают гораздо больший КПД (до 31,25%), чем фотопреобразователи (10-12%). На сегодняшний день стоимость электричества, полученного от солнечного стирлинга, существенно ниже стоимости фотоэлектричества.
Экологичность Стирлинги могут использовать в качестве источника тепла теплоаккумуляторы на расплавах солей. Такие аккумуляторы превосходят по запасу энергии химические аккумуляторы и дешевле их. Используя для регулировки мощности изменение фазного угла между поршнями, можно аккумулировать механическую энергию, тормозя двигателем. В этом случае двигатель превращается в тепловой насос.
Бесшумность двигателя Как и все двигатели внешнего сгорания стирлинг не имеет выхлопа, а значит - не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).

[править] Применение

Двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного токаУниверсальные источники электроэнергии

Двигатели Стирлинга могут применяться для превращения в электроэнергию любой теплоты. На них возлагают надежды по созданию солнечных электроустановок. Их применяют как автономные генераторы для туристов. Некоторые фирмы выпускают генераторы, которые работают от конфорки газовой печи. NASA рассматривает варианты генераторов на основе стирлинга, работающие от ядерных и радиоизотопных источников тепла.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

на www.ru.youtube.com
можно посмотреть ролики на эту тему.
А самое интересное, что можно своми руками сделать (настольный, маленький) двигатель Стирлинга, КПД которого превышает ДВС самого нового ДАЖЕ ЯПОНСКОГО со всякими там WWTi или VTEC!!!

[Alex_Soroka]

Привет всем !

нашел книгу :
* Машины, работающие по циклу Стирлинга. (Stirling-cycle machines, 1973) Перевод с английского.  (М.: Энергия, 1978)
Книга посвящена новому перспективному типу тепловых машин - двигателям Стирлинга, находящим применение в энергетических и холодильных установках, тепловых насосах, а также различных транспортных и технологических устройствах. Дан термодинамический анализ цикла Стирлинга. Рассмотрены варианты конструктивного выполнения двигателей Стирлинга с регенерацией и без нее, даны методы их расчета. Даны рекомендации по применению двигателей Стирлинга в различных отраслях техники.
Книга предназначена для инженеров-теплотехников, разрабатывающих и исследующих тепловые машины.
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/U/UOKER_Grehem/_Uoker_G..html

[b-b]Особо обращаю внимание на "двигатель Била"[/b-b] - самый простой и герметичный - т.е. можно заказать воздух до 10атм и тем самым поднят КПД. Самый неприхотливый и простой в изготовлении!

...только вот понять-бы что за материал RULON ...
это часом не тефлон ???

[Nickolas]

Вот спасибо! Большое человеческое!!!
Читал эту книгу лет дцать назад, и забыл, где брал...

[Igor777]

Привет всем !

нашел книгу :
* Машины, работающие по циклу Стирлинга. (Stirling-cycle machines, 1973) Перевод с английского.  (М.: Энергия, 1978)
Книга посвящена новому перспективному типу тепловых машин - двигателям Стирлинга, находящим применение в энергетических и холодильных установках, тепловых насосах, а также различных транспортных и технологических устройствах.

Что самое любопытное, с тех пор прошло уже больше 30 лет, а Стирлинг так и остался игрушкой. Хотя у него и до этого была столетняя история. Стоит ли тратить время на то что расти никак не хочет?
Тут может быть стоило бы начать новую тему, наверное я так и сделаю. Но я тут впервые и хочу пока просто посмотреть вашу реакцию. Может быть я велосипед изобретаю. Речь пойдет о парвых двигателях. Причем не о поршневых машинах и турбинах, а о совершенно другом подходе. Тут можно развить кое какую теорию, но проще описать реальную конструкцию которую на коленке может собрать каждый. Покупаете любой пневмоинструмент с роторным пневмодвижком, (у нас на базаре, причем по дешевке встречаются на мощность от 0.2 до 10 кВт), и к впускномы и выпускному воздушным патрубкам прикручиваете две вертикальные трубы торчащие в разные стороны. Одна (нижняя) глухо закрытая с небольшам количеством воды внутри, это котел, другая (верхняя) открытая в атмосферу это обратный холодильник. Если начать греть котел, то пар проходит через пневмодвигатель и крутит его. Затем он поступает в обратный холодильник, там конденсируется и по стенкам сливается обратно в пнемодвигатель. Ну а тот в свою очередь доставляет воду обратно в котел. Получается тот же тепловой двигатель внешнего сгорания, но в отличие от Стирлинга он доступен практически для любого и без всяких жутких извращений типа сжатого до высокого давления гелия в картере, имеет неплохие удельные характеристики. Кстати КПД у него за счет того что температуру пара можно довести до сотен градусов тоже судя по всему довольно высок. Не знаю как для автомобиля, но для всяких там автономных электростанций самое то. Дешево и сердито. Туристически вариант мощностью 50 Вт на основе примуса "Шмель" у меня уже несколько лет работает. А сейчас мы пытаемся сделать гибрид из ветроколеса, электрогенератора, такого вот теплового двигателя (все это на одном валу) и теплоаккумулятора, который подогревается избыточной энергией электрогенератораи  находится там же наверху на мачте рядом с двигателем. При отсутствии ветра накопленное в теплоаккумуляторе тепло двигателем и тем же электрогенератором перегоняется обратно в электричество. Ну, а если ветра совсем уж долго нет, предусмотрен газовый подогрев. По предварительным прикидкам стоимость киловатта у такого ветряка будет на порядок ниже чем у стандартных аккумуляторных, и в отличие от ветросолнечных установок он не будет занимать много дефецитной и дорогой площади на земле. В общем интересна вам эта тема, или я, как часто уже бывало, открыл Америку?

[Михенбай]

Давно в Науке и жизни брежневских времён была фотография поляка, который на своём бензомопеде установил сзади на багажнике паровой котёл и запустил пар в цилиндр, в которм ранее сгорал бензин. в комментарии было написано что он сжигает мелкие дроав которые собирает прямо по пути по лесной дороге. Если не выбросили найду журнал и пришлю фото.

[apeks]

Я тоже видел фото этого парового мопеда.Что касается паровых машин.Не следует использовать рабочее тело которое меняет свое агрегатное состояние при работе двигателя.Иза этого КПД будет мал.Например КПД одного из лучших советских паровозов П36 был 9,9%.

[бурелом]

А если использовать в *Стирлингах* в качестве рабочего тела фреон. На пример давление R134 в диапазоне температур от 90 до -10 градусов изменяется на 31 атмосферу.

[Alex_Soroka]

А если использовать в *Стирлингах* в качестве рабочего тела фреон. На пример давление R134 в диапазоне температур от 90 до -10 градусов изменяется на 31 атмосферу.

скачайте вот эту книгу:
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/U/UOKER_Grehem/_Uoker_G..html

и почитайте там про "цикл Стирлинга" - допустимо-ли в нем применение такого вот рабочего тела.
я боюсь что "фазовые переходы" могут все испортить... особенно в морозы...

[бурелом]

Я считаю, что фазовые переходы не помеха. Для улучшения работы стирлинга применяют сжатие рабочего газа до 100 ат. А самый сжатый газ - это жидкость. Конечно жидкое рабочее тело увеличит инерцию, но зато можно будет работать при малых перепадах температур.

[Anatoly]

Фазовый переход в стирлинге использовать можно, а вот жидкое рабочее тело - вряд ли. Во всяком случае оно не применимо в стандартных типах стирлингов, где есть вытеснитель. Инертность такой системы действительно будет очень велика.
Здесь прозвучало предложение применять фреон - очень дельная мысль.
Кто реально хочет собрать стирлинг, но не имеет достаточно информации - прошу на мой сайт.
Если кто желает поделиться информацией по стирлингам - буду признателен.

[бурелом]

О стандартной схеме стирлинга речи нет. Тут нужна не стандартная компановка. Которая позволит устранить инертность жидкого рабочего тела.

[SUP-2101]

Мне тоже недавно пришла мысль о жидком рабочем теле для двигателя стирлинга. Я так понимаю, нада что-то с довольно большим температурным расширением. Какие Ваши идеи по этому поводу, что лучше применить?
Понятно, получим чугунный тихоход, но все же.

[бурелом]

Я уже писал, что лучше применять фреон. В закрытом герметично объеме фреон находится в 2 состояниях, в жидком и газообразном. Пропорция между этими состояниями зависит от температуры. Чем выше температура, тем выше давление и тем больше фреона находится в газообразном состоянии. При снижении температуры все происходит наоборот. Если фреон перемещать из горячей области сосуда в холодный, то давление в сосуде будет менятся в больших пределах. Если приделать к нему поршень и кривошип мы получим двигатель.

[SUP-2101]

На сколько мне известно, фреоны сейчас запрещены. Поправьте меня, если я неправ.
Под каким давлением его надо затолкнуть в цилиндр? Ведь в книжке написано, что чем больше давление газа, тем выше мощность. Значит его надо предварительно сжать. Жидкость в этом плане выигрывает, поскольку несжимаема (допустим), и её сжимать не надо. Вот только какую жидкость взять? Хотя-бы для примитивных експериментов с трупом двигателя от мопеда.