Sākumā Stērlinga uzvārds ir diezgan izplatīts gan Anglijā, gan Skotijā. Tas ir, ja ir Stērlinga pils, tad kāpēc ne "Stirlinga kungs"? Un tieši tāds cilvēks - skotu priesteris Roberts Stērlings 1816. gada 27. septembrī saņēma britu patentu dzinējam, kuram nebija nekāda sakara ar tvaika dzinēju! Turklāt viņa vārdā nosauktais dzinējs izrādījās unikāls, jo varēja strādāt no jebkura siltuma avota!
Roberts Stērlings.
1843. gadā viņa dēls Džeimss Stērlings izmantoja tēva dzinēju rūpnīcā, kur viņš strādāja par inženieri. Nu jau 1938. gadā tika izveidoti virpuļvadi ar jaudu līdz 200 ZS. un efektivitāte ir 30 procenti.
Šī dzinēja darbības princips ir pārmaiņus sildīt un dzesēt darba šķidrumu pilnīgi slēgtā cilindrā. Parasti darba vide ir gaiss, bet var izmantot ūdeņradi un hēliju, kā arī freonus, slāpekļa dioksīdu, sašķidrinātu propāna-butānu un pat ūdeni. Turklāt tas paliek šķidrs visā termodinamikas ciklā. Tas ir, motora konstrukcija ir ārkārtīgi vienkārša un izmanto labi zināmo gāzu īpašību: to tilpums palielinās, sildot, bet dzesējot-samazinās.
Viens no daudzajiem mājās gatavotajiem sterliņiem.
Stērlinga dzinējs izmanto … "Stirlinga ciklu", kas termodinamiskās efektivitātes ziņā ne tikai nav sliktāks par Karno ciklu, bet tam ir pat dažas priekšrocības. Jebkurā gadījumā tas ir "Stirlinga cikls", kas ļauj iegūt darba dzinēju, kas izgatavots no parastās skārda bundžas tikai pāris stundu laikā.
Beta Stirling ierīce.
Pats Stirlinga cikls ietver četras galvenās fāzes un divas pārejas fāzes: sildīšana, izplešanās, pāreja uz aukstuma avotu, dzesēšana, saspiešana un pāreja uz siltuma avotu. Mēs iegūstam noderīgu darbu apsildāmās gāzes tilpuma paplašināšanas procesā.
1. fāze.
2. fāze.
3. fāze.
4. fāze.
Beta tipa Stirlinga dzinēja darba cikls: a - darba tilpuma virzulis; b - darba virzulis; c - spararats; d - uguns (apkures zona); e - dzesēšanas spuras (dzesēšanas zona).
Tas darbojas šādi: ir divi cilindri un divi virzuļi. Ārējs siltuma avots - un tas var būt pat dedzinoša koksne, pat gāzes deglis, pat saules gaisma - paaugstina gāzes temperatūru siltumapmaiņas cilindra apakšējā daļā. Rodas spiediens, un tas virza darba virzuli uz augšu, un pārvietošanas virzulis nav cieši pieguļošs cilindra sienām. Turklāt spararats, ritinot, nospiež to uz leju.
Stirlinga shēma no skārda kārbas.
Šajā gadījumā karsts gaiss no cilindra apakšas nonāk dzesēšanas kamerā. Darba kamerā tas tomēr atdziest un saraujas, un tad darba virzulis metas lejup. Darba virzulis virzās uz augšu, un tādējādi atdzesētais gaiss pārvietojas uz leju. Tādējādi cikls tiek atkārtots. Stērlingā darba virzuļa kustība tiek pārvietota par 90 ° attiecībā pret pārvietošanas virzuli.
Foto no maisītāja no skārda bundžas.
Laika gaitā parādījās daudz dažādu "stilu" dizainu, kas nosaukti pēc grieķu alfabēta burtiem: alfa, beta, gamma, kuriem ir atšķirības darba ciklā. Būtiskās atšķirības starp tām ir nelielas, un tās ir atkarīgas no cilindru izvietojuma un virzuļu lieluma.
Stirling dzinējs ar lineāro ģeneratoru.
Alpha Stirling ir divi atsevišķi virzuļi dažādos cilindros: karsts un auksts. Cilindrs ar karsto virzuli atrodas siltummainī, kuram ir augstāka temperatūra, un cilindrs ar auksto virzuli attiecīgi aukstākā. Reģenerators (ti, siltummainis) atrodas starp karsto daļu un auksto daļu.
Beta Stērlingam ir tikai viens cilindrs, karsts vienā galā un auksts otrā. Virzulis pārvietojas cilindra (no kura tiek atvienota jauda) un izspiedēja iekšpusē, kas maina tā karstās zonas tilpumu. Gāze tiek sūknēta uz balona karsto galu no balona aukstā gala caur reģeneratoru.
Gamma Stirlingā ir arī virzulis un pārvietošanas ierīce, un divi cilindri - auksti (kur virzulis virzās, no kura tiek atņemta jauda) un karsti (attiecīgi pārvietojas). Reģenerators ir ārējs, šajā gadījumā tas savieno otrā cilindra karsto daļu ar auksto un vienlaikus ar pirmo (auksto) cilindru. Iekšējais reģenerators šajā gadījumā ir daļa no izspiedēja.
Ir Stirlinga dzinēja šķirnes, kuras neietilpst šajos trīs klasiskajos veidos: piemēram, rotējošais Stirlinga dzinējs, kurā ir atrisinātas noplūdes problēmas un nav kloķa mehānisma, jo tas ir rotējošs.
Kas ir labs stirlings un kāpēc tie ir slikti? Pirmkārt, tie ir visēdāji un var izmantot jebkuru temperatūras starpību, ieskaitot atšķirību starp dažādiem okeāna ūdens slāņiem. Degšana tajās ir nemainīga, kas nodrošina efektīvu degvielas sadegšanu, kas nozīmē, ka tā videi draudzīgums ir augstāks. Turklāt tam nav izplūdes gāzu. Mazāks trokšņa līmenis - nav "sprādzienu" cilindros. Mazāk vibrācijas, piemēram, ar beta maisītāju. Stils neizmanto darba šķidrumu. Motora konstrukcija ir ārkārtīgi vienkārša, tai nav nepieciešami gāzes sadales mehānismi. Starteris nav vajadzīgs, tāpat kā nav nepieciešama pārnesumkārba.
Vienkāršība un vairāku "smalku" mezglu neesamība nodrošina "maisīšanu" bezprecedenta veiktspēju visiem pārējiem dzinējiem desmitiem un simtiem tūkstošu stundu nepārtrauktas darbības laikā.
Zviedru zemūdene "Gotland".
Stirlings ir ļoti ekonomisks. Tādējādi saules enerģijas pārvēršana elektroenerģijā, maisot, nodrošina lielāku efektivitāti (līdz 31, 25%) nekā siltuma dzinēji, kas darbojas ar tvaiku. Šim nolūkam "stils" ir iestatīts paraboliskā spoguļa fokusā, kas "seko" saulei tā, ka tā cilindrs tiek pastāvīgi uzkarsēts. Tieši uz šādas instalācijas Kalifornijā iepriekš minētais rezultāts tika iegūts 2008. gadā, un tagad uz stirlingam ir uzbūvēta liela saules stacija. Jūs varat tos piestiprināt pie domnu čaulas un tad nepārtraukta čuguna kausēšana mums dos daudz … lētu enerģiju, jo tagad šis siltums ir izšķiests!
Kopumā stilam ir tikai viens trūkums. To var pārkarst, un tad tas nekavējoties neizdosies. Turklāt, lai panāktu augstu efektivitāti, gāzei jābūt zem ļoti augsta spiediena balonā. Ūdeņradis vai hēlijs. Un tā ir izcila visu darba vienību montāžas precizitāte un īpaša augstas temperatūras smērviela. Nu, izmēri … sadegšanas kamera nav nepieciešama. Stērlinga nevar dzīvot bez viņas! Un tas ir papildu tilpums un izolācijas un dzesēšanas sistēma!
Soryu ir japāņu zemūdene, kuru darbina Stērlinga dzinēji.
Tomēr prioritāšu maiņa, visticamāk, pavērs ceļu Stirlinga dzinējiem. Ja priekšplānā izvirzīsim videi draudzīgumu, tad būs iespējams vienreiz uz visiem laikiem atvadīties no iekšdedzes dzinēja. Turklāt uz tām tiek liktas lielas cerības uz daudzsološu saules elektrostaciju izveidi. Tie jau tiek izmantoti kā autonomi ģeneratori tūristiem. Un daži uzņēmumi ir izveidojuši sterliņu ražošanu, kas darbojas no parastā gāzes krāsns degļa. NASA arī apsver iespējas Stērlingā bāzētiem elektroenerģijas ģeneratoriem, ko darbina kodolenerģijas un radioizotopu siltuma avoti. Jo īpaši šādu stilu kopā ar elektrisko ģeneratoru plānots izmantot NASA plānotajā kosmosa ekspedīcijā uz Titānu.
"Es metienu" - izkārtojums.
Interesanti, ka, iedarbinot Stirlinga motoru apgrieztā režīmā, tas ir, pagriežot spararatu no cita dzinēja, tad tas darbosies kā saldēšanas iekārta (reversais Stirlinga cikls), un tieši šīs mašīnas izrādījās ļoti efektīvas sašķidrinātu gāzu ražošanai.
Tagad, tā kā mums ir militāra vieta, mēs atzīmējam, ka Stirlings tika pārbaudītas Zviedrijas zemūdenēs pagājušā gadsimta 60. gados. Un tad 1988. gadā Stirlings kļuva par Nakken klases zemūdenes galveno dzinēju. Kopā ar viņiem viņa burāja zem ūdens vairāk nekā 10 000 stundu. Pēc "Nakken" sekoja sērijveida "Gotland" tipa zemūdenes, kas kļuva par pirmajām zemūdenēm, kas aprīkotas ar Stirling dzinējiem, kas ļauj tām palikt zem ūdens līdz 20 dienām. Mūsdienās visām Zviedrijas flotes zemūdenēm ir virpuļdzinēji, un zviedru kuģu būvētāji ir izstrādājuši sākotnējo tehnoloģiju šādu dzinēju uzstādīšanai uz parastajām zemūdenēm, iegriežot tajos papildu nodalījumu ar jaunu vilces sistēmu. Tie darbojas ar šķidro skābekli, ko pēc tam izmanto laivā elpošanai, un tiek atzīmēts, ka tiem ir ļoti zems trokšņa līmenis. Nu, iepriekš minētie trūkumi (izmērs un dzesēšanas problēma) uz zemūdens karakuģa nav būtiski. Zviedru piemērs japāņiem šķita uzmanības vērts, un tagad Stirlings ir arī uz "Soryu" klases japāņu zemūdenēm. Tieši šie dzinēji mūsdienās tiek uzskatīti par daudzsološākajiem viena režīma viendzinējiem 5. paaudzes zemūdenēm.
Un šādi izskatās Penzas Valsts universitātes studenta Nikolaja Ševeļeva stils.
Nu, tagad diezgan daudz par to, kāda mums ir … "sliktā jaunība". 1. septembrī es ierodos pie studentiem - topošajiem dzinēju inženieriem, uzdodu viņiem tradicionālus jautājumus, ko viņi lasa (praktiski neko!), Kas viņiem patīk (līdz ar to situācija nav daudz labāka, bet lielākoties kājas ir aizņemtas, nevis galva!), Kādi tehniskie žurnāli ir zināmi - "Jaunais tehniķis", "Modeļu dizainers", "Zinātne un tehnoloģijas", "Tautas mehānika" … (nav!), un tad viens students man saka, ka viņš ir patīk dzinēji. Viens no 20, bet tas jau ir kaut kas! Un tad viņš man stāsta, ka Stirlinga motoru izgatavojis pats. Es zinu, kā izgatavot šādu dzinēju no parastas skārda bundžas, bet tad izrādījās, ka viņš izdarīja kaut ko daudz efektīvāku. Es saku: "Atnes!" - un viņš atnesa. "Aprakstiet, kā jūs to izdarījāt!" - un viņš aprakstīja, un man viņa "eseja" tik ļoti patika, ka es to šeit pasniedzu bez jebkādām izmaiņām un saīsinājumiem.
Darba sākums ir “radošs haoss”.
“Man vienmēr ir patikušas tehnoloģijas, bet jo īpaši dzinēji. Ar lielu interesi nodarbojos ar apkopi, remontu un pielāgošanu. Uzzinājis par Stērlinga motoru, mani tas aizrāva kā neviens cits dzinējs. Stila pasaule ir tik daudzveidīga un liela, ka vienkārši nav iespējams aprakstīt visas iespējamās tā izpildes iespējas. Neviens cits dzinējs nedos tik daudzveidīgu dizainu, un pats galvenais - spēju to izgatavot pats.
Man bija idejas izgatavot dzinēja modeli no skārda bundžas un citiem improvizētiem līdzekļiem, taču manos noteikumos nebija paredzēts darīt „vienalga un no tā, ko tas ieguva”. Tāpēc es nolēmu šo uzdevumu uztvert nopietni, sākt ar teorētisku sagatavošanos. Es pētīju literatūru internetā, bet meklēšana nedeva vēlamo rezultātu: pārskata raksti un video, šī dzinēja modeļu zīmējumu trūkums. Gatavie modeļi tika pārdoti par pārāk augstu cenu. Turklāt liela vēlme visu izdarīt pats, saprast darbības principu, atkļūdot un veikt testus, iegūt noderīgu darbu no šī dzinēja un pat mēģināt atrast tā pielietojumu ekonomikā.
"Pagrieziena bizness!" (Gudrs students, viņš visu darba procesu nofilmēja kā piemiņu. Pašreizējie, pilsoņi, dokumentāli fotogrāfiskie pierādījumi … un šeit viņi ir!)
Es jautāju forumos, un viņi dalījās ar mani literatūrā. Tā bija grāmata "Stirling Engines" (Autori: G. Ryder un C. Hooper). Tas atspoguļoja visu šāda veida dzinēju būves vēsturi, kāpēc straujā attīstība apstājās un kur šie dzinēji joprojām tiek izmantoti. No grāmatas es detalizētāk uzzināju visus dzinējā notiekošos procesus, atradu atbildes uz interesējošiem jautājumiem. Bija interesanti lasīt, bet es gribēju praktizēt. Protams, nebija garāžas modeļu rasējumu, kā arī internetā, labi, protams, izņemot modeli no kārbas un putu gumijas.
Par lielu laimi, persona, kas pārdeva stila modeļus, ievietoja kursu par šādu modeļu izgatavošanu, viņš tolaik to uzlika par 20 ASV dolāriem, es viņam rakstīju un samaksāju par kursu. Pēc visu videoklipu noskatīšanās, katrā no kuriem viņš paskaidroja noteiktu stila veidu, es nolēmu veikt tieši gamma tipa augstas temperatūras veidošanu. Tā kā viņš mani interesēja ar savu dizainu, īpašībām un izskatu. No video kursa es uzzināju aptuveno cilindra diametra, virzuļa diametra attiecību, kādām jābūt atstarpēm, raupjumam, kādus materiālus izmantot ražošanā, dažas konstrukcijas nianses. Bet nekur nebija pieejami autora dzinēju izmēri, tikai aptuveni mezglu izmēru attiecība.
Es pats dzīvoju ciematā, varētu teikt, piepilsētā, mana māte ir grāmatvede, bet mans tēvs ir galdnieks, tāpēc bija neadekvāti vērsties pie viņiem pēc padoma par dzinēja būvēšanu. Un es vērsos pēc palīdzības pie kaimiņa Genādija Valentinoviča, viņš strādāja tagad sabrukušajā KZTM rūpnīcā Kuzņeckā.
Kopumā nākamajā dienā Genādijs Valentinovičs man atnesa apmēram 1 m garu un aptuveni 50 mm diametra alumīnija sagatavi. Es biju ļoti laimīga, nogriezu vajadzīgās sagataves, un nākamajā dienā es devos uz skolu, lai mēģinātu asināt sildītāju un ledusskapi savam iekšdedzes dzinējam. Asināju uz treniņvirpas (pie kuras strādāja vectēvs Ļeņins).
Protams, tur nebija precizitātes, sildītāja ārējā daļa izrādījās diezgan laba, bet pati cilindriskā daļa zem virzuļa atradās uz konusa. Trudoviks man paskaidroja, ka garlaicīgais griezējs saliecas, jo mašīna šādām lietām ir diezgan maza un vāja. Radās jautājums, ko darīt tālāk … Paveicās, ka mana māte tolaik strādāja par grāmatvedi privātā uzņēmumā, kas bija bijusī automašīnu remonta rūpnīca. Valērijs Aleksandrovičs (šīs rūpnīcas direktors) izrādījās brīnišķīgs cilvēks un man ļoti palīdzēja, man jau bija nodrošināta profesionāla padomju mašīna un virpotājs, kurš man palīdzēja. Lietas gāja jautrāk, un burtiski nedēļu vēlāk gandrīz viss bija gatavs, sākās motora montāža. Konstrukcijā bija interesanti momenti, piemēram: vārpsta, uz kuras tika piespiests spararats, tika nodota precīzijas mehānikas darbnīcai citā rūpnīcā (lai iegūtu nepieciešamo precizitāti gultņiem); ledusskapis tika uzasināts uz virpas, un stiprinājumu vietas tika izgatavotas ar frēzmašīnu, spararats tika noslīpēts uz dzirnaviņas. Man tas bija ļoti interesanti un aizraujoši. Rūpnīcas strādnieki domāja, ka esmu students un rakstu kādu zinātnisku darbu. Es sēdēju rūpnīcā līdz vēlam vakaram, un viņi mani atveda mājās ar Valērija Aleksandroviča dienesta automašīnu. Dzinējs tika iedarbināts lielā rūpnīcas darbinieku lokā, visi bija ļoti ieinteresēti. Palaišana bija veiksmīga, taču dzinējs darbojās slikti.
Rezultāts vainago darījumu! Pārbaudes laikā stenda stūris tika apdegts.
Tika atklāti trūkumi, plastmasas eņģes tika aizstātas ar fluoroplastiskām, spararats tika atvieglots un līdzsvarots, virzulis saņēma fluoroplastisku stiprinājumu zemākai siltuma pārnesei, un ledusskapis kļuva ar lielāku dzesēšanas zonu. Pēc precīzas noregulēšanas dzinējs ir ievērojami uzlabojis tehniskos rādītājus.
Es pats biju sajūsmā. Kad draugi ierodas manā mājā, pirmā lieta, ko viņi dara, ir nākt pie viņa, lūgt viņu sākt. Genādijs Valentinovičs brauca, lai parādītu savam darbam stilu, visi bija ļoti ieinteresēti, viņiem pat nevajadzēja kādam zvanīt, visi tuvojās, skatījās un interesējās."
Jaunieša vārds ir Nikolajs Ševeļevs, un viņš ir grupas vadītājs. Es aizvedu viņu pie dekāna, un mēs visi trīs ļoti labi runājām. Un tad es atcerējos statistiku, ka tikai 2% pasaules iedzīvotāju ir pietiekami, lai virzītu cilvēci uz zinātnes un tehnoloģijas progresa ceļa. Saskaitīju kopējo skolēnu skaitu un sapratu, ka … nav jāuztraucas pārāk daudz. Ar tādiem cilvēkiem kā Nikolajs progress mums joprojām būs garantēts!
