Этапы разработки двигателя Стирлинга

Размещено на http://www.allbest.ru/

Этапы разработки двигателя Стирлинга

1 Бойназаров Бекзод Бахтиерович - ассистент,

2 Шерматов Баходиржон Алижон угли - магистр,

3 Бокиев Отабек Ойбек угли - студент;

4Нематов Тохиржон Тулкинжон угли - студент,

Двигатель Стирлинга хорошо подходит для использования во всех областях. Например, тепло может быть преобразовано в механическую энергию или электричество. Основным преимуществом этого является то, что он не выбирает тип топлива, которое он может использовать. Использование солнечной энергии может экономить энергию и не наносить вреда окружающей среде. В результате он способен удовлетворить некоторые потребности в электроэнергии. Это будет оставаться одной из самых сложных задач, когда потребление энергии растет. Одним из перспективных направлений является участие двигателей стерлингов в ряде областей в создании современных энергетических систем. Ключевые слова: двигатель Стирлинга, тип двигателя, характеристики, Гамма или Бета, период.

STIRLING ENGINE DEVELOPMENT STEPS

Boynazarov B.B.1, Shermatov B.A.2, Bokiev O.O.3, Nematov T.T.4

1Boynazarov BekzodBakhtiyorovich - Assistant,

2Shermatov Bakhodirjon Alijon ugli - Master,

3Bokiev Otabek Oybek ugli - Student;

4Nematov Tohirjon Tulkinjon ugli - Student,

FERGHANA POLYTECHNIC INSTITUTE, FERGHANA, REPUBLIC OF UZBEKISTAN

Abstract: the Stirling engine is well suited for use in all areas. For example, heat can be converted into mechanical energy or electricity. The main advantage of this is that he does not choose the type of fuel that he can use. Using solar energy can save energy and not harm the environment. As a result, it is able to satisfy some electricity needs. This will remain one of the most difficult tasks when energy consumption increases. One of the promising areas is the participation of sterling engines in a number of areas in the creation of modern energy systems.

Keywords: Stirling engine, engine type, characteristics, Gamma or Beta, period.

В результате в 1816 году Роджер Стирлинг получил патент № 4081. Новинкой данного двигателя стала "теплосберегающая" или "регенераторная" часть двигателя, которая могла улучшить рабочие характеристики двигателя. Поэтому название "двигатель Стирлинга" должно подразумевать, что используются только рекуперативные газовые двигатели замкнутого цикла. Таким образом, в таком двигателе двигатель не меняет фазу, и часть тепла, выделяемого в течение цикла, возвращается через регенератор. Первая конструкция двигателя Стирлинга была бета-типа (Т. Финкельштейн) [1]. двигатель стирлинг энергетический

Первый период разработки (1816 - 1910-е гг.)

После этого патента и до 1850-х годов Роберт Стерлинг и его брат Джеймс начали разрабатывать первую промышленную коммерциализацию двигателя Стерлинга. Параллельно многочисленные другие изобретатели и инженеры разработали другие конструкции двигателей Стирлинга для различных применений до начала 1910-х годов. В 1827 году братья Стерлинг внесли некоторые изменения в свой оригинальный дизайн, чтобы упростить механический дизайн двигателя. Из этого возник Гамма-дизайн около 1827 года (T. Finkelstein, A.J. Organ, 2001) с преимуществами и недостатками, которые он вызывает. Около 1860 года была разработана новая конструкция, включающая 4 взаимосвязанных поршня двойного действия, чтобы повысить глобальную эффективность двигателя с помощью существующих материалов и механических знаний (J. R. Senft, 1993). В 1872 году, в ходе исследований новых источников энергии, Джон Эриксон разработал первую "солнечную систему Стирлинга", известную своей конструкцией различных двигателей, которые он изобрел (Т. Финкельштейн, А. Дж. Орган, 2001). Третий основной дизайн двигателя Стирлинга, Альфа-дизайн, был изобретен в 1876 году А.К. Райдером, который предложил более простую механическую конструкцию с меньшими потерями эффективности по сравнению с гамма-конструкцией. Последнее крупное развитие этого периода наступит в 1905 году с изобретением двигателя Ringbom, который предлагает более простую и эффективную механическую конструкцию из конструкций Гамма или Бэта (J. R. Senft, 1993). Опять же, эту конструкцию можно рассматривать как предшественник другой конструкции, которая появится несколько лет спустя: двигатель Стирлинга со свободным поршнем (FPSE). В течение всего этого периода были сделаны некоторые разработки для более специфических частей двигателя, и были созданы некоторые промышленные применения, например, для морской тяги или выработки электроэнергии. Но изобретение и разработка двигателей внутреннего сгорания, которые в то время предлагали лучшую эффективность и удельную мощность, вытеснили интерес к дальнейшему развитию двигателя Стирлинга после 1910-х годов.

Второй период разработки (1940-е - 1970-е годы)

Нужно подождать до конца 1930-х годов, чтобы найти новое серьезное развитие двигателя Стирлинга. Компания Philips нуждалась в относительно портативном источнике энергии для радиостанций, который не нуждался бы в батареях. Что касается прогресса, достигнутого в области материаловедения и механики, двигатель Стирлинга был интересным вариантом и был выбран для исследований. Этот выбор был также мотивирован тем фактом, что до 1 -й мировой войны эффективность двигателя Стирлинга все еще была далека от теоретической идеальной эффективности (Carnot), поэтому возможности прогресса были очень привлекательными (T. Finkelstein, A.J. Organ, 2001). Таким образом, в период с 1940-х по 1970-е годы Philips был одним из главных игроков в разработке двигателей Стирлинга. Некоторые другие компании и организации работали над разработкой двигателей Стирлинга в течение этого периода, независимо от предыдущих разработок Philips. Среди них можно найти NASA или United Stirling AB (шведская компания, переименованная в Kockums AB с тех пор, до сих пор существующая сегодня).

Были исследованы различные области применения, от выработки электроэнергии до моторизации транспорта. Несмотря на то, что было найдено всего несколько совершенно новых концепций, в этот период были разработаны основы современного двигателя Стирлинга. Одна из наиболее важных новых концепций этого периода - это поршневой двигатель Стирлинга (FPSE), изобретенный Уильямом Билом (William Beale), работавшим в университете Огайо в 1964 году. Некоторые другие новые концепции, более или менее похожие на существующую концепцию, были также обнаружены в этот период, например, "Fluydine", разработанный C. West, который представляет собой двигатель Стирлинга, полностью основанный на жидкостных поршнях (обычно альфа-дизайн), или низкотемпературный двигатель Стирлинга, разработанный Bradley (обычно на основе гамма-конструкции) (T. Finkelstein, A.J. Орган, 2001). В конце этого периода разработка двигателей Стирлинга для Philips была сосредоточена на разработке двигателей для транспортных средств, особенно для автомобилей. После успешного проектирования и испытания двигателя Стирлинга, установленного в Ford Gran Torino в 1978 году, Philips прекратил разработку двигателей Стирлинга из-за недостатков, которые он вызвал по сравнению с I.C. двигатели (трудности при работе с переменной нагрузкой, пониженная удельная мощность, ...). Тем не менее, Philips лицензировал одного из своих старших инженеров, R.J. Meijer, для создания своей собственной компании Stirling Thermal Motors (закрытой в 2007 году и купившей и переименовавшей Stirling Biopower в том же году) для продолжения разработки двигателей Stirling (Т. Финкельштейн, A.J. Орган, 2001). Поскольку Philips была основной компанией, разрабатывающей двигатели Стирлинга в промышленных масштабах для коммерческих целей, отказ Philips от разработки двигателей Стирлинга ознаменовал начало периода, в течение которого коммерческая разработка двигателя Стирлинга не велась и который длится примерно до конца года. 1980-е гг. [1-2].

Современное развитие (с конца 1980-х годов)

Новый энергетический контекст, возникающий к концу 1980-х годов, после 2 нефтяных кризисов, перспектива дефицита энергоресурсов, растущее осознание экологических проблем наряду с доступностью новых материалов, механические знания и методы проектирования и моделирования (компьютерное моделирование и анализ) сделали исследование двигателя Стирлинга снова интересным для коммерческих применений, особенно в производстве электроэнергии. Начиная с конца предыдущего периода разработки, разработка двигателя Стирлинга проводилась в основном университетами или исследовательскими организациями, при этом было проведено несколько практических исследований для очень специфических применений, таких как, например, новые бесшумные подводные лодки (см. Веб-сайт Kockums AB). Приложения для выработки электроэнергии в настоящее время являются одним из наиболее важных коммерческих приложений двигателей Стирлинга, что оправдывает дальнейшее развитие. Например, появилось 2 основных применения: ТЭЦ (производство электроэнергии и тепла в малых и средних масштабах) и производство солнечной тепловой энергии (преобразование солнечной тепловой энергии в электрическую или механическую энергию). Чтобы получить более полное представление о последних разработках двигателя Стирлинга на коммерческом уровне, см. часть этого отчета, посвященную фактическим производителям и рынку.

На следующем рисунке приведены основные этапы разработки двигателя Стирлинга.

1-период 2-период 3-период

Рис. 1: График разработки двигателя Стирлинга [1]

1- 1807: сэр Дж. Кейли; 2--1816: Патент Р. Стирлинга на газовый двигатель закрытого регенерационного цикла (бета-дизайн); 3-1827: Гамма дизайн братьев Стирлинг; 4-1872: первая солнечная система Стирлинга Дж. Эрикссон; 5-1876: Альфа-дизайн А.К. Райдера; 6-1905: дизайн Ringbom; 7-1938: новый интерес Philips к двигателям Стирлинга; 8-1964: поршневой двигатель Стирлинга W. Beale без поршня; 9-1978: конец развития Philips двигателей Стирлинга; 10- Начало 1990-х годов: новый интерес к двигателю Стирлинга

Для получения более подробной информации об истории двигателя Стирлинга и двигателя горячего воздуха в целом, читатель может взглянуть на книгу Роберта Сиера (Robert Sier, 2000) и книгу Теодора Финкельштейна и Алана Дж. Органа (T. Finkelstein, AJ Organ, 2001) на История двигателей Стирлинга [1-16].

Список литературы / References

1. Башелье Камиль. Двигатели Стирлинга. Обзор технологий. Научная работа. Июль, 2009.

2. Сьер Роберт, 2000. Тепловые калорические и стирлинговые двигатели. Том первый: история; Л.А. Майр. Великобритания; ISBN 0 9526417 1 2.

3. Уокер Г., 1973. Машины цикла Стирлинга. Кларендон пресс. Оксфорд. Пресса Оксфордского университета. OCLC номер 26463852.

4. Исмоилов И.К., Туйчиев З.З., Байназаров Б.Б., Турсунов Д.А., Эралиев Х.А., Аппаков Д.Ш. Повышение коэффициента полезного действия в результате изменения магнитодвижущей силы обмоток машин переменного тока // "Проблемы современной науки и образования", 2019. № 11 (144). Часть 1. Ст. 54-58.

5. Туйчиев З.З., Исмоилов И.К., Турсунов Д.А., Бойназаров Б.Б. Проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения // Проблемы науки. Москва. № 10 (46), 2019. Ст. 15-18.

6. Узбеков М.О., Туйчиев З.З, Бойназаров Б.Б., Турсунов Д.А., Халилова Ф.А. Исследование термического сопротивления солнечного воздухонагревателя с металлической стружкой // Научно-технический журнал "Энергосбережение и водоподготовка", 2019 г. № 4. С. 29-33 (05.00.00 № 97. РИНЦ 2018, IF:0,32).

7. Бойназаров Б.Б., Турсунов И.М., Рахмонов М.Д., Умаров И.А., Махкамов А.Б. Generating electricity using sterling engines at condensing heat stations // "International scientific review of the problems and prospects of modern science and education" (Boston. USA. October 22-23, 2019). Р. 39-42.

8. Халилова Ф.А., Бойназаров Б.Б. Характеристика дугогасящих реакторов, применяемых для компенсации емкостных токов замыкания // Проблемы науки. Москва. № 10 (46), 2019. Ст. 11-15.

9. Жабборов Т.К., Насретдинова Ф.Н., Назиржонова Ш.С., Хомиджонов З.М., Рахимов М.Ф., Бойназаров Б.Б. Использованж системы аскуэ для повышeния энepгeтичeской эффeктивности прощссов анализа потpeблeния элeктpоэнepгии // Вестник науки и образования, 2019. № 19 (73). Часть 2. С. 13-16.

10. Жабборов Т.К., Насретдинова Ф.Н., Бойназаров Б.Б., Эргашев К.Р. Электрические цепи содержащие нелинейные элементы и методы их расчёта // Вестник науки и образования, 2019. № 19 (73).Часть 2. С. 10-13.

11. Бойназаров Б.Б., Шерматов Б.А., Неъматов Ш.М. Методы расчета потерь мощности в электрических сетях // Проблемы современной науки и образования, 2019. № 12 (145). Часть 2. Ст. 76-80.

12. Эралиев Х.А., Латипова М.И., Бойназаров Б.Б., Абдуллаев А.А., Ахмаджонов А.Э. Восстановление разреженного состояния в сравнении с обобщенной оценкой максимального правдоподобия энергосистемы // Проблемы современной науки и образования, 2019. № 12 (145). Часть 2. Ст. 80-85.

13. Eraliyev A. Kh., Tuychiyev Z.Z., Eraliyev Kh.A., Ne 'matov Sh.M. Problems of protection during the massive penetration of renewable energy sources in power systems // Наука, техника и образование, 2019. № 10 (63). Ст. 26-31.

14. Nasretdinova F.N., Uzbekov M.O. Overview of the main types of solar air heaters // International Scientific Review № 1 (43) / International Scientific Review of the Problems and Prospects of Modern Science and Education: XLI International Scientific and Practical Conference (Boston. USA - 30 January, 2018).

15. Пономаренко О.И., ХолиддиновИ.Х. Автоматизированная система анализа и управления качеством электроэнергии на предприятиях электрических сетей // Автоматизация и IT В Энергетике, 2017. 7, 46-50.

16. Eraliyev A. Kh., Hamidjonov Z.M., Rakhimov M.F., Abdullaev A.A. Increasing efficiency of turbo generators in heat electric centers // EUROPEAN SCIENCE, 2019. № 6 (48). Ст. 37-41.

Размещено на Allbest.ru