Двигатель Стирлинга - универсальный источник энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирский федеральный университет

Политехнический институт

Двигатель Стирлинга - универсальный источник энергии

Працков Илья Игоревич

Аннотация

Данная статья посвящена принципам работы, преимуществам, недостаткам и применению двигателя Стирлинга.

Ключевые слова: Двигатель Стирлинга, источники энергии, применение двигателя Стирлинга, универсальный источник энергии

В условиях современной жизни - эпохи потребления очень трудно сохранить то необходимое что у нас осталось - наши природные ресурсы. Надо задуматься, что скоро их останется очень мало, и получать энергию, без которой нам не обойтись, будет очень трудно.

Данная статья посвящается принципам работы, преимуществам, недостаткам и применению двигателя Стирлинга, который работает от разности температур и в качестве рабочего тела выступает воздух.

Принцип работы двигателя очень прост:

Работа двигателя основывается на использовании цикла Стирлинга, который по своей эффективности (термодинамической) в какой-то степени лучше, чем цикл Карно, и даже обладает преимуществом.

Дело в том, что практическое использование цикла Карно малоперспективно из-за того, что цикл представляет собой мало отличающиеся между собой изотермы и адиабаты. Использование для выполнения работы цикла Стирлинга позволило получить реально работающий двигатель в сравнительно небольших размерах.

Как же работает цикл Стирлинга?

Данный цикл состоит из четырёх фаз, которые разделены двумя другими фазами (переходными): сначала происходит нагрев, затем расширение, потом происходит переход к источнику холода, затем охлаждение, сжатие, и после, переход к источнику тепла.

По прохождении цикла (при переходе от тёплого источника к холодному) происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре, как следствие происходит изменение давления, за счёт чего можно получить полезную работу.

Нагрев и охлаждение рабочего тела производится вытеснителем. В идеале количество тепла, отдаваемое и отбираемое вытеснителем, одинаково. Полезная работа производится только за счёт изотерм, то есть зависит от разницы температур нагревателя и охладителя, как в цикле Карно.[1]

При использовании цикла Стирлинга достаточно только подводить тепло, во избежание охлаждения рабочего тела во время его расширении, и отводить тепло, выделяющееся при его сжатии.

Необходимое изменение рабочего тела обеспечивается наличием разделенных холодной и горячей полостей, по соединительным каналам между которыми под действием поршней перемещается рабочее тело.[2]

На сегодняшний день главное преимущество этого устройства заключается в том, что его можно сделать, как говорится, «в домашних условиях», и использовать его как источник электроэнергии.

Если же двигатель применять в промышленности как устройство выработки электрической энергии и использовать в качестве топлива солнце, то можно добиться колоссальной экономии денежных средств, которые в больших количествах затрачивались на оплату потребления электричества.

Из всего сказанного мною выше следует вопрос: почему же у нас в России нет производства этого устройства в промышленных масштабах?

Ведь у этого агрегата кроме недостатков (высокая материалоемкость, постоянно необходима разность температур(при чем больше разность, тем выше КПД)) есть много достоинств:

1. Первым достоинством использования двигателя Стирлинга является экологичность, она обуславливается тем, что устройство не имеет выхлопа. Как следствие отсутствия выхлопа можно отметить гораздо сниженный уровень его шума по сравнению с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Конструкция двигателя устроена так, что он не имеет каких-либо частей или процессов, которые могут загрязнять окружающую среду. Двигатель не использует (не расходует) рабочее тело. Так же экологичность устройства обуславливается экологичностью топлива. Отмечу, что реализовать практически полное сгорание топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в ДВС (в ДВС топливо (бензин или ДТ) сгорает в цилиндрах не полностью, в то время как в «стирлинге» сжиженый газ или спирт сгорают без остатка.

2. Второе достоинство - в конструкции двигателя отсутствует система высоковольтного зажигания, клапанная система и, соответственно, распределительный вал. Правильно спроектированный и изготовленный с использованием новых технологий двигатель Стирлинга не надо регулировать и настраивать в процессе всего срока эксплуатации, Стирлинг лишен этого недостатка. Кроме того, при запуске двигателя (если его применять в автомобиле) нет таких проблем как: низкий заряд аккумулятора, плохо отрегулированный (засоренный и т.д.) карбюратор, сломанный инжектор и прочее, что имеется при использовании двигателей внутреннего сгорания. Стирлинг не знает такое понятие, как " заглох двигатель". Двигатель остановиться в том случае, когда нагрузка превысит расчетную. Что бы запустить вновь, нужно сделать поворот маховика коленчатого вала.

3. Простота конструкции обеспечивает длительность работы двигателя в автономном режиме.

4. Можно использовать разные источники тепла : древесина, солнце, и так далее.

5. Топливо сгорает не внутри объема двигателя, а снаружи, тем самым обеспечивается равномерное горение топлива и полное его дожигание, что позволяет достичь максимума содержащейся в топливе энергии и минимизация выброса токсичных компонентов.

6. Двигатель Стирлинга может использоваться для преобразования солнечной энергии в электрическую.

На мой взгляд, было бы хорошо, если каждый, знал про это великое изобретение и имел возможность использовать его, при условии, что оно производилось бы в промышленных масштабах у нас в стране, и продавалось в магазинах, как например двигатели ДВС. То народ мог бы экономить посредством снижения затрат на электричество. С помощью использования принципов работы двигателя Стирлинга, можно было бы перейти на электрические двигатели для автомобилей. В мире уменьшится количество вредных выбросов в атмосферу, и, как следствие, уменьшится вред, наносимый окружающей среде, а главное, здоровью человека.

В настоящее время этот двигатель нашёл применение в Испании, где в качестве топлива используют солнечную энергию.

Кроме, как универсальный источник энергии, двигатель можно применять в разных областях, например: использовать двигатель как насос для перекачки различных жидкостей; тепловой насос, в холодильной технике; охладитель датчиков в сверхточных приборах; использование в подводных лодках и как аккумулятор энергии.

двигатель стирлинг температура воздух

Библиографический список

1. Википедия. Свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/%C4%E2%E8%E3%E0%F2%E5%EB%FC_%D1%F2%E8%F0%EB%E8%ED%E3%E0

2. МASTERAERO.RU. Каталог чертежей. Принцип работы двигателя Стирлинга. [Электронный ресурс]. URL: http://dvigatel-stirlinga.masteraero.ru/dvigatel_stirlinga_2.php

Размещено на Allbest.ru