Sebagai permulaan, nama keluarga Stirling cukup biasa di England dan Scotland. Maksudnya, jika ada Stirling Castle, mengapa tidak "Mr. Stirling"? Dan orang seperti itu - pendeta Skotlandia Robert Stirling, pada 27 September 1816, menerima paten Britain untuk mesin yang tidak ada kaitan dengan mesin wap! Lebih-lebih lagi, mesin yang dinamakan namanya ternyata unik, kerana ia dapat berfungsi dari mana-mana sumber haba!
Robert Stirling.
Pada tahun 1843, anaknya James Stirling menggunakan mesin ayahnya di sebuah kilang di mana dia bekerja sebagai jurutera. Nah, sudah pada tahun 1938, stiirlings dengan kapasitas hingga 200 hp diciptakan. dan kecekapan 30 peratus.
Prinsip pengoperasian enjin ini adalah untuk memanaskan dan menyejukkan cecair kerja dalam silinder tertutup sepenuhnya. Biasanya medium kerja adalah udara, tetapi hidrogen dan helium, serta freon, nitrogen dioksida, propana-butana cair, dan bahkan air dapat digunakan. Lebih-lebih lagi, ia tetap cair sepanjang kitaran termodinamik. Iaitu, reka bentuk mesin sangat mudah dan menggunakan sifat gas yang terkenal: kelantangannya meningkat dari pemanasan, dan dari penyejukan, ia berkurang.
Salah satu daripada banyak sterlings buatan sendiri.
Enjin Stirling menggunakan … "Kitaran Stirling", yang, dari segi kecekapan termodinamiknya, bukan sahaja tidak lebih buruk daripada kitaran Carnot, tetapi juga mempunyai beberapa kelebihan. Walau bagaimanapun, kitaran "Stirling cycle" membolehkan anda mendapatkan enjin kerja yang diperbuat daripada tin timah biasa hanya dalam beberapa jam.
Peranti Beta Stirling.
"Stirling cycle" itu sendiri merangkumi empat fasa utama dan dua fasa peralihan: pemanasan, pengembangan, peralihan ke sumber sejuk, penyejukan, pemampatan dan peralihan ke sumber haba. Baiklah, kita mendapat kerja yang berguna dalam proses pengembangan jumlah gas yang dipanaskan.
Fasa 1.
Fasa 2.
Fasa 3.
Fasa 4.
Kitaran kerja mesin Stirling jenis beta: a - omboh anjakan; b - omboh kerja; c - roda gila; d - api (kawasan pemanasan); e - penyejuk sirip (kawasan penyejukan).
Ia berfungsi seperti ini: terdapat dua silinder dan dua omboh. Sumber haba luaran - dan mereka boleh menjadi kayu bakar, bahkan pembakar gas, bahkan cahaya matahari - meningkatkan suhu gas di bahagian bawah silinder pertukaran haba. Tekanan timbul dan mendorong omboh kerja ke atas, dan omboh sesaran tidak sesuai dengan kuat pada dinding silinder. Selanjutnya, roda gila, menatal, mendorongnya ke bawah.
Skim pengadukan dari sebuah tin.
Dalam kes ini, udara panas dari bahagian bawah silinder memasuki ruang penyejukan. Akan tetapi, di ruang kerja, ia menyejuk dan menguncup, dan kemudian omboh kerja turun. Piston anjakan bergerak ke atas, dan dengan itu udara yang disejukkan bergerak ke bawah. Oleh itu kitaran diulang. Dalam Stirling, pergerakan omboh berfungsi dipindahkan 90 ° berbanding dengan omboh sesaran.
Foto dari sebatang timah.
Seiring berjalannya waktu, banyak reka bentuk "gaya" muncul, dinamai huruf abjad Yunani: alpha, beta, gamma, yang memiliki perbezaan dalam siklus tugas. Perbezaan asas antara keduanya kecil dan mendidih pada susunan silinder dan ukuran omboh.
Mesin berpusing dengan alternator linier.
Alpha Stirling mempunyai dua piston kuasa yang terpisah dalam silinder yang berbeza: panas dan sejuk. Silinder dengan piston panas terletak di penukar panas, yang mempunyai suhu yang lebih tinggi, dan silinder dengan piston sejuk, masing-masing, berada di dalam yang lebih sejuk. Regenerator (iaitu penukar haba) terletak di antara bahagian panas dan bahagian sejuk.
Beta Stirling hanya mempunyai satu silinder, panas di satu hujung dan sejuk di hujung yang lain. Piston bergerak di dalam silinder (dari mana daya dikeluarkan) dan pemacu, yang mengubah isipadu zon panasnya. Gas dipam ke hujung silinder yang panas dari hujung selinder yang sejuk melalui regenerator.
Gamma Stirling juga mempunyai piston dan displacer, dan dua silinder - sejuk (di mana piston bergerak dari mana daya dikeluarkan) dan panas (di mana pemacu masing-masing bergerak). Regenerator adalah luaran, dalam hal ini menghubungkan bahagian panas dari silinder kedua dengan yang sejuk dan serentak dengan silinder (sejuk) pertama. Regenerator dalaman dalam kes ini adalah sebahagian daripada penyesuai.
Terdapat jenis mesin Stirling yang tidak termasuk dalam ketiga jenis klasik ini: sebagai contoh, mesin Stirling berputar, di mana masalah kebocoran diselesaikan dan tidak ada mekanisme engkol, kerana ia berputar.
Apa yang baik tentang stirling dan mengapa ia buruk? Pertama sekali, mereka omnivora dan boleh menggunakan perbezaan suhu, termasuk di antara lapisan air yang berlainan di lautan. Pembakaran di dalamnya bersifat berterusan, yang memastikan pembakaran bahan api yang cekap, yang bermaksud bahawa keramahan persekitarannya lebih tinggi. Lebih-lebih lagi, ia tidak mempunyai ekzos. Tahap kebisingan kurang - tiada "letupan" di silinder. Kurang getaran, misalnya, dengan beta stirling. Cecair kerja tidak dimakan dengan gaya. Reka bentuk enjinnya sangat mudah, ia tidak memerlukan mekanisme pengedaran gas. Permulaan tidak diperlukan, sama seperti kotak gear tidak diperlukan.
Kesederhanaan dan ketiadaan sebilangan simpul "halus" memberikan "stirling" prestasi yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk semua enjin lain dalam puluhan dan ratusan ribu jam operasi berterusan.
Kapal selam Sweden "Gotland".
Stirlings sangat menjimatkan. Oleh itu, penukaran tenaga suria menjadi elektrik dengan menggunakan stirling memberikan kecekapan yang lebih tinggi (hingga 31, 25%) daripada enjin haba yang beroperasi pada wap. Untuk ini, "gaya" ditetapkan pada fokus cermin parabola, yang "mengikuti" matahari sehingga silindernya sentiasa dipanaskan. Pada pemasangan seperti itu di California, hasil di atas diperoleh pada tahun 2008, dan sekarang terdapat pembinaan stesen solar besar di stirling. Anda boleh memasangkannya ke cangkang tungku letupan dan peleburan besi babi yang berterusan akan memberi kita banyak … tenaga yang murah, kerana sekarang panas ini terbuang!
Secara umum, hanya ada satu kekurangan gaya. Ia boleh menjadi terlalu panas dan kemudian ia akan langsung gagal. Di samping itu, untuk mencapai kecekapan tinggi, gas mesti berada dalam tekanan yang sangat tinggi di dalam silinder. Hidrogen atau helium. Dan ini adalah ketepatan yang sesuai untuk semua unit kerjanya dan gris suhu tinggi khas. Nah, dimensi … ruang pembakaran tidak diperlukan. Stirling tidak boleh hidup tanpanya! Dan ini adalah jumlah tambahan dan sistem penebat dan penyejukan!
Soryu adalah kapal selam Jepun yang dikuasakan oleh mesin Stirling.
Namun, perubahan keutamaan cenderung membuka jalan bagi mesin Stirling. Sekiranya kita mengutamakan keramahan alam sekitar, maka kita boleh mengucapkan selamat tinggal kepada mesin pembakaran dalaman untuk selamanya. Di samping itu, harapan besar ditanamkan pada mereka untuk penciptaan loji tenaga suria yang menjanjikan. Mereka sudah digunakan sebagai penjana autonomi untuk pelancong. Dan beberapa syarikat telah menghasilkan pengeluaran sterling, yang berfungsi dari pembakar ketuhar gas konvensional. NASA juga sedang mempertimbangkan pilihan untuk penjana kuasa berasaskan Stirling yang dikuasakan oleh sumber haba nuklear dan radioisotop. Khususnya, dirancang untuk menggunakan gaya seperti itu, ditambah dengan penjana elektrik, dalam ekspedisi ruang ke Titan yang dirancang oleh NASA.
"Saya sampah" - susun atur.
Sangat menarik bahawa jika anda menghidupkan mesin Stirling dalam mod terbalik, iaitu, putar roda roda dari mesin lain, maka ia akan berfungsi sebagai mesin penyejuk (kitaran Stirling terbalik), dan mesin inilah yang ternyata sangat berkesan untuk menghasilkan gas cecair.
Nah, sekarang, kerana kita mempunyai laman web ketenteraan, kita perhatikan bahawa Stirlings diuji pada kapal selam Sweden pada tahun 60-an abad yang lalu. Dan kemudian pada tahun 1988, Stirlings menjadi mesin utama kapal selam kelas Nakken. Bersama mereka, dia berlayar di bawah air selama lebih dari 10,000 jam. "Nakken" diikuti oleh kapal selam bersiri jenis "Gotland", yang menjadi kapal selam pertama yang dilengkapi dengan mesin Stirling, yang memungkinkan mereka berada di bawah air hingga 20 hari. Hari ini, semua kapal selam Angkatan Laut Sweden mempunyai motor yang berpusing, dan pembuat kapal Sweden telah mengusahakan teknologi asli memasang enjin sedemikian pada kapal selam konvensional, dengan memotongnya sebagai petak tambahan dengan sistem pendorong baru. Mereka menggunakan oksigen cair, yang kemudian digunakan di perahu untuk bernafas, dan diperhatikan bahawa mereka mempunyai tahap kebisingan yang sangat rendah. Nah, kekurangan yang disebutkan di atas (masalah saiz dan penyejukan) pada kapal perang kapal selam tidak begitu ketara. Contoh orang Sweden sepertinya patut diperhatikan oleh orang Jepun, dan sekarang Stirlings juga berada di kapal selam Jepun dari kelas "Soryu". Enjin inilah yang dianggap hari ini sebagai enjin tunggal semua mod paling menjanjikan untuk kapal selam generasi ke-5.
Begitulah rupa gaya pelajar Universiti Penza State Nikolai Shevelev.
Nah, sekarang sedikit mengenai jenis … "pemuda buruk" yang kita ada. Pada 1 September, saya menemui pelajar - jurutera mesin masa depan, saya mengemukakan soalan tradisional kepada mereka, apa yang mereka baca (hampir tidak ada apa-apa!), Apa yang mereka gemari (dengan keadaan ini tidak jauh lebih baik, tetapi kebanyakan kaki sibuk, bukan kepala!), Jurnal teknikal apa yang mereka ketahui - "Juruteknik Muda", "Pereka Model", "Sains dan Teknologi", "Mekanik Popular" … (tidak ada!), dan kemudian seorang pelajar memberitahu saya bahawa dia menggemari enjin. Satu dari 20, tetapi itu sudah menjadi sesuatu! Dan kemudian dia memberitahu saya bahawa dia membuat mesin Stirling sendiri. Saya tahu bagaimana membuat mesin seperti itu dari tin timah biasa, tetapi kemudian ternyata dia melakukan sesuatu yang jauh lebih berkesan. Saya berkata: "Bawalah!" - dan dia membawa. "Terangkan bagaimana anda melakukannya!" - dan dia menerangkan, dan saya sangat menyukai "karangannya" sehingga saya membentangkannya di sini tanpa perubahan atau singkatan.
Permulaan kerja adalah "kekacauan kreatif".
Saya selalu menyukai teknologi, tetapi terutama mesin. Saya terlibat dalam penyelenggaraan, pembaikan dan penyesuaian dengan penuh minat. Setelah mengetahui tentang mesin Stirling, saya terpesona olehnya seperti enjin yang lain. Dunia gaya sangat pelbagai dan besar sehingga mustahil untuk menggambarkan semua kemungkinan pilihan untuk pelaksanaannya. Tidak ada enjin lain yang memberikan pelbagai dari segi reka bentuk, dan yang paling penting, kemampuan membuatnya sendiri.
Saya mempunyai idea untuk membuat model mesin dari kaleng timah dan alat-alat improvisasi lain, tetapi tidak dalam peraturan saya untuk melakukan "bagaimanapun dan dari apa yang diperolehnya". Oleh itu, saya memutuskan untuk mengambil tugas ini dengan serius, untuk memulakan dengan membuat persediaan secara teori. Saya mempelajari literatur di Internet, tetapi pencarian tidak membawa hasil yang diinginkan: mengulas artikel dan video, kekurangan gambar untuk model mesin ini. Model siap dijual dengan harga yang terlalu tinggi. Di samping itu, hasrat besar untuk membuat semuanya sendiri, memahami prinsip operasi, debug dan menjalankan ujian, mendapatkan kerja berguna dari enjin ini dan bahkan berusaha untuk menggunakannya dalam ekonomi.
"Menjalankan perniagaan!" (Pelajar pintar, dia memfilmkan keseluruhan proses kerja sebagai kenang-kenangan. Sekarang, warganegara, bukti fotografi dokumentari … dan inilah dia!)
Saya bertanya-tanya di forum, dan mereka berkongsi literatur dengan saya. Itu adalah buku "Stirling Engines" (Pengarang: G. Ryder dan C. Hooper). Ini mencerminkan keseluruhan sejarah pembuatan enjin jenis ini, mengapa pengembangan pesat berhenti, dan di mana enjin ini masih digunakan. Dari buku itu, saya belajar dengan lebih terperinci semua proses yang berlaku di dalam mesin, menemui jawapan untuk soalan yang menarik. Ia menarik untuk dibaca, tetapi saya mahu berlatih. Tentu saja, tidak ada gambar model garaj, dan juga di Internet, tentu saja, kecuali model dari karet kaleng dan busa.
Saya sangat gembira, orang yang menjual model gaya membuat kursus membuat model seperti itu, dia meletakkannya pada masa itu dengan harga $ 20, saya menulis kepadanya dan membayar kursus. Setelah menonton semua video, di mana masing-masing menerangkan jenis gaya tertentu, saya memutuskan untuk melakukan gaya suhu tinggi jenis gamma. Sejak dia meminati saya dengan reka bentuk, ciri dan penampilannya. Dari kursus video, saya mengetahui nisbah anggaran diameter silinder, diameter omboh, jarak apa, kekasaran, bahan apa yang akan digunakan dalam pembuatan, beberapa nuansa pembinaan. Tetapi tidak ada ukuran mesin pengarang yang tersedia, hanya kira-kira nisbah ukuran nod.
Saya sendiri tinggal di sebuah kampung, mungkin ada yang mengatakan di pinggir bandar, ibu saya seorang akauntan, dan ayah saya seorang tukang kayu, jadi entah bagaimana tidak sesuai untuk meminta nasihat mereka untuk membina mesin. Dan saya beralih kepada jiran saya, Gennady Valentinovich, untuk meminta bantuan, dia bekerja di kilang KZTM yang kini runtuh di Kuznetsk.
Secara amnya, keesokan harinya Gennady Valentinovich membawa saya aluminium blank dengan panjang sekitar 1 m dan diameter sekitar 50 mm. Saya sangat gembira, mengosongkan tempat kosong yang saya perlukan, dan keesokan harinya saya pergi ke sekolah untuk mencuba mengasah pemanas dan peti sejuk untuk mesin pembakaran dalaman saya. Saya mengetengahkan bubut latihan (di mana datuk Lenin bekerja).
Sudah tentu, tidak ada ketepatan di sana, bahagian luar pemanas ternyata cukup bagus, tetapi bahagian silinder itu sendiri di bawah omboh berada di atas kerucut. Trudovik menjelaskan kepada saya bahawa pemotong yang membosankan membengkok, kerana mesin untuk perkara semacam itu agak kecil dan lemah. Pertanyaan timbul apa yang harus dilakukan selanjutnya … Beruntung ibu saya pada masa itu bekerja sebagai akauntan di sebuah syarikat swasta, yang merupakan bekas kilang pembaikan kereta. Valery Aleksandrovich (pengarah kilang ini) ternyata menjadi orang yang luar biasa dan banyak membantu saya, saya sudah dibekalkan dengan mesin Soviet profesional dan tukang ganti yang membantu saya. Keadaan menjadi lebih menyeronokkan, dan secara harfiah seminggu kemudian, hampir semuanya siap, pemasangan motor bermula. Terdapat saat-saat menarik dalam pembinaan, misalnya: poros, di mana roda roda ditekan, diberikan ke bengkel mekanik ketepatan di kilang lain (untuk mendapatkan ketepatan yang diperlukan untuk galas); peti sejuk diasah pada mesin bubut, dan tempat-tempat pengikat dibuat dengan mesin penggilingan, roda gila digiling pada penggiling. Ia sangat menarik dan menarik bagi saya. Pekerja-pekerja di kilang itu menganggap saya seorang pelajar dan sedang menulis karya ilmiah. Saya duduk di kilang sehingga larut malam, dan mereka membawa saya pulang dengan kereta rasmi Valery Alexandrovich. Mesinnya dihidupkan di kalangan pekerja kilang yang besar, semua orang sangat berminat. Pelancarannya berjaya, tetapi enjinnya tidak berfungsi dengan baik.
Hasilnya merangkumi kesepakatan! Sudut pendirian terbakar semasa ujian.
Kekurangan terungkap, engsel plastik diganti dengan yang fluoroplastik, roda gila ringan dan seimbang, piston menerima lampiran fluoroplastik untuk pemindahan haba yang lebih rendah, dan peti sejuk menjadi dengan kawasan penyejukan yang lebih besar. Setelah diperbaiki, enjin telah meningkatkan prestasi teknikalnya dengan ketara.
Saya sendiri gembira. Semasa rakan-rakan datang ke rumah saya, perkara pertama yang mereka lakukan adalah menghampirinya, minta dia memulakannya. Gennady Valentinovich memandu untuk menunjukkan gaya kerjanya, semua orang sangat berminat, mereka bahkan tidak perlu memanggil seseorang, semua orang mendekat, melihat, dan mengambil minat."
Nama pemuda itu adalah Nikolai Shevelev, dan dia adalah ketua kumpulan. Saya membawanya ke dekan, dan kami bertiga mempunyai perbincangan yang sangat baik. Dan kemudian saya teringat statistik bahawa hanya 2% populasi dunia yang cukup untuk memajukan umat manusia di sepanjang kemajuan sains dan teknologi. Saya mengira jumlah pelajar dan menyedari bahawa … tidak perlu terlalu risau. Dengan orang seperti Nikolai, kemajuan akan tetap terjamin bagi kita!
