Birinchidan, Stirling familiyasi Angliyada ham, Shotlandiyada ham keng tarqalgan. Ya'ni, agar Stirling qal'asi bo'lsa, unda nima uchun "janob Stirling" emas? Va aynan shunday odam - Shotlandiya ruhoniysi Robert Stirling 1816 yil 27 sentyabrda bug 'dvigateliga hech qanday aloqasi bo'lmagan dvigatel uchun Britaniya patentini oldi! Bundan tashqari, uning nomi bilan atalgan dvigatel o'ziga xos bo'lib chiqdi, chunki u har qanday issiqlik manbasidan ishlashi mumkin edi!
Robert Stirling.
1843 yilda uning o'g'li Jeyms Stirling muhandis bo'lib ishlagan zavodda otasining dvigatelidan foydalangan. Xo'sh, allaqachon 1938 yilda quvvati 200 ot kuchiga teng stirlinglar yaratilgan. va samaradorligi 30 foiz.
Bu dvigatelning ishlash printsipi ishchi suyuqlikni butunlay yopiq tsilindrda almashtirish va sovutishdir. Odatda ishchi muhit havo, lekin vodorod va geliy, shuningdek freonlar, azot dioksidi, suyultirilgan propan-butan va hatto suvdan foydalanish mumkin. Bundan tashqari, u termodinamik tsikl davomida suyuq bo'lib qoladi. Ya'ni, dvigatelning dizayni juda sodda va ma'lum bo'lgan gazlarning xususiyatlaridan foydalanadi: ularning hajmi qizib ketganda, soviganida esa kamayadi.
Ko'plab uy qurilishi sterlinglaridan biri.
Stirling dvigatelida termodinamik samaradorligi jihatidan nafaqat Karnot tsiklidan yomonroq, balki ba'zi afzalliklarga ega bo'lgan "Stirling tsikli" ishlatiladi. Qanday bo'lmasin, aynan "Stirling tsikli" bir necha soat ichida oddiy qalay qutisidan ishlaydigan dvigatelni olish imkonini beradi.
Beta Stirling qurilmasi.
"Stirling tsikli" o'zi to'rtta asosiy bosqichni va ikkita o'tish davrini o'z ichiga oladi: isitish, kengaytirish, sovuq manbaga o'tish, sovutish, siqish va issiqlik manbaiga o'tish. Xo'sh, biz isitiladigan gaz hajmini kengaytirish jarayonida foydali ishlarga ega bo'lamiz.
1 -bosqich.
2 -bosqich.
3 -bosqich.
4 -bosqich.
Beta tipli Stirling dvigatelining ish aylanishi: a - joy almashtirish pistoni; b - ishlaydigan piston; c - volan; d - olov (isitish maydoni); e - sovutish qanotlari (sovutish maydoni).
Bu shunday ishlaydi: ikkita tsilindr va ikkita piston bor. Tashqi issiqlik manbai - va ular hatto o'tinni yoqib yuborishi mumkin, hatto gaz yoqish moslamasi, hatto quyosh nuri - issiqlik almashinadigan silindrning pastki qismidagi gazning haroratini oshiradi. Bosim paydo bo'ladi va u ishchi pistonni yuqoriga suradi va siljish devorlariga siljish pistoni mahkam o'rnashmaydi. Bundan tashqari, aylantiruvchi volan uni pastga itaradi.
Kalay qutidan stirling sxemasi.
Bunday holda, silindrning pastki qismidan issiq havo sovutish kamerasiga kiradi. Ammo ish kamerasida u soviydi va qisqaradi, keyin esa ishchi piston pastga tushadi. O'zgarish pistoni yuqoriga qarab siljiydi va shu tariqa sovutilgan havo pastga siljiydi. Shunday qilib, tsikl takrorlanadi. Stirlingda ishchi pistonning harakatlanishi siljish pistoniga nisbatan 90 ° ga siljiydi.
Kalay qutisidan chayqalayotgan fotosurat.
Vaqt o'tishi bilan yunon alifbosidagi harflar nomi bilan atalgan "uslublar" ning turli xil dizaynlari paydo bo'ldi: alfa, beta, gamma, ular ish tsiklida farq qiladi. Ularning orasidagi asosiy farqlar kichik va silindrlarning joylashishiga va pistonlarning o'lchamiga qadar.
Chiziqli alternatorli Stirling dvigateli.
Alfa Stirlingda har xil tsilindrlarda ikkita alohida piston bor: issiq va sovuq. Issiq pistonli tsilindr yuqori haroratga ega bo'lgan issiqlik almashtirgichda va sovuq pistonli tsilindr sovuqda joylashgan. Rejenerator (ya'ni issiqlik almashtirgich) issiq va sovuq qism o'rtasida joylashgan.
Beta Stirling faqat bitta tsilindrga ega, bir uchida issiq, ikkinchisida sovuq. Piston silindr ichida harakat qiladi (undan quvvat o'chiriladi) va uning issiq zonasi hajmini o'zgartiradigan joy almashtirgich. Gaz silindrning sovuq uchidan regenerator orqali tsilindrning issiq uchiga pompalanadi.
Gamma Stirlingda ham piston va joy almashtirgich mavjud, ikkita tsilindr - sovuq (bu erda piston harakatlanuvchi kuch o'chiriladi) va issiq (mos ravishda joy almashtirgich harakatlanadi). Rejenerator tashqi, bu holda u ikkinchi tsilindrning issiq qismini sovuq bilan va bir vaqtning o'zida birinchi (sovuq) tsilindr bilan bog'laydi. Bu holda ichki regenerator joy almashtirgichning bir qismidir.
Stirling dvigatelining uchta klassik turiga kirmaydigan navlari bor: masalan, aylanma Stirling dvigateli, u erda oqish muammolari hal qilinadi va krank mexanizmi yo'q, chunki u aylanadi.
Stirlingning nima yaxshi va nima uchun ular yomon? Birinchidan, ular har xil va har qanday harorat farqini, shu jumladan okeandagi suvning turli qatlamlari orasidagi farqni ishlatishi mumkin. Ularda yonish doimiy xarakterga ega, bu yoqilg'ining samarali yonishini ta'minlaydi, ya'ni uning ekologik xavfsizligi yuqori bo'ladi. Bundan tashqari, uning egzozi yo'q. Kamroq shovqin darajasi - tsilindrlarda "portlashlar" yo'q. Kamroq tebranish, masalan, beta -stirling bilan. Ishchi suyuqlik styling yordamida iste'mol qilinmaydi. Dvigatel dizayni juda oddiy, u gaz taqsimlash mexanizmlarini talab qilmaydi. Vites qutisi kerak bo'lmagani kabi, starter ham kerak emas.
Bir qator "nozik" tugunlarning soddaligi va yo'qligi "stirling" ni boshqa barcha dvigatellar uchun o'nlab va yuz minglab soatlik uzluksiz ishlashda misli ko'rilmagan ishlash bilan ta'minlaydi.
Shved suv osti kemasi "Gotland".
Stirlings juda iqtisodiy. Shunday qilib, quyosh energiyasini stirling yordamida elektr energiyasiga aylantirish bug 'ustida ishlaydigan issiqlik dvigatellariga qaraganda yuqori samaradorlikni (31, 25%gacha) beradi. Buning uchun "uslub" parabolik oynaning markazida o'rnatiladi, u quyoshni "kuzatib turadi", shunda uning tsilindrini doimo qizdirib turadi. Aynan Kaliforniyadagi bunday inshootda yuqoridagi natija 2008 yilda olingan va hozirda katta quyosh stansiyasi qurilgan. Siz ularni yuqori o'choq qobig'iga biriktirishingiz mumkin, shundan keyin temirning doimo erishi bizga juda ko'p … arzon energiya beradi, chunki hozir bu issiqlik behuda ketmoqda!
Umuman olganda, uslubning bitta kamchiliklari bor. U haddan tashqari qizib ketishi mumkin, shunda u darhol muvaffaqiyatsiz bo'ladi. Bundan tashqari, yuqori samaradorlikka erishish uchun gaz silindrda juda yuqori bosim ostida bo'lishi kerak. Vodorod yoki geliy. Va bu uning barcha ishchi birliklarining o'ta aniqligi va yuqori haroratli maxsus surtma. Xo'sh, o'lchamlari … yonish kamerasi kerak emas. Stirling u holda yashay olmaydi! Va bu qo'shimcha hajm va izolyatsiya va sovutish tizimi!
Soryu - Stirling dvigatellari bilan ishlaydigan yapon suv osti kemasi.
Biroq, ustuvorliklar o'zgarishi Stirling dvigatellari uchun yo'l ochishi mumkin. Agar biz ekologik xavfsizlikni birinchi o'ringa qo'yadigan bo'lsak, u holda ichki yonish dvigateli bilan bir marotaba xayrlashish mumkin bo'ladi. Bundan tashqari, ularga umidli quyosh elektr stantsiyalarini yaratishga katta umidlar bog'langan. Ular allaqachon sayyohlar uchun avtonom generator sifatida ishlatilmoqda. Va ba'zi korxonalar an'anaviy gaz pechining burneridan ishlaydigan sterling ishlab chiqarishni yo'lga qo'yishdi. NASA, shuningdek, yadro va radioizotopli issiqlik manbalari bilan ishlaydigan Stirlingga asoslangan quvvat generatorlari variantlarini ko'rib chiqmoqda. Xususan, NASA rejalashtirgan Titanga kosmik ekspeditsiyada elektr generator bilan birlashtirilgan bunday uslubdan foydalanish rejalashtirilgan.
"Men axlat tashlayman" - tartib.
Qizig'i shundaki, agar siz Stirling dvigatelini teskari rejimda ishga tushirsangiz, ya'ni volanni boshqa dvigateldan aylantirsangiz, u sovutish mashinasi sifatida ishlaydi (teskari Stirling tsikli) va aynan shu mashinalar juda samarali bo'lib chiqdi. suyultirilgan gazlar ishlab chiqarish uchun.
Xo'sh, endi bizda harbiy sayt bor, shuni ta'kidlaymizki, Stirlings o'tgan asrning 60 -yillarida shved suv osti kemalarida sinovdan o'tgan. Va keyin 1988 yilda Stirlings Nakken sinfidagi suv osti kemasining asosiy dvigateliga aylandi. Ular bilan u suv ostida 10000 soatdan ko'proq suzgan. "Nakken" dan keyin "Gotland" tipidagi ketma -ket suv osti kemalari keldi, ular Stirling dvigatellari bilan jihozlangan birinchi suv osti kemalari bo'lib, ular 20 kungacha suv ostida qolishga imkon beradi. Bugungi kunda Shvetsiya dengiz flotining barcha suv osti kemalarida stirling dvigatellari mavjud va shved kemasozlari bunday dvigatellarni odatiy suv osti kemalariga o'rnatishning o'ziga xos texnologiyasini ishlab chiqishdi, ular ichiga yangi harakatlantiruvchi tizimli qo'shimcha bo'linmani kesib olishdi. Ular suyuq kislorod bilan ishlaydilar, keyinchalik u qayiqda nafas olish uchun ishlatiladi va shovqin darajasi juda past ekanligi qayd etilgan. Suv osti kemasidagi yuqorida ko'rsatilgan kamchiliklar (o'lcham va sovutish muammosi) muhim emas. Shvedlarning misoli yaponlarga e'tiborga loyiq bo'lib tuyuldi va endi Stirlinglar ham "Soryu" sinfidagi yapon suv osti kemalarida. Aynan shu dvigatellar bugungi kunda 5-avlod suv osti kemalari uchun eng istiqbolli yagona rejimli dvigatellar hisoblanadi.
Penza davlat universiteti talabasi Nikolay Shevelevning uslubi shunday ko'rinadi.
Xo'sh, endi bizda qanday "yomon yoshlar" borligi haqida. 1 sentyabrda men talabalarga - bo'lajak dvigatel muhandislari oldiga kelaman, ularga an'anaviy savollar beraman, ular o'qigan narsalar (amalda hech narsa!), Ular nimani yaxshi ko'rishadi (bu bilan vaziyat unchalik yaxshi emas, lekin asosan oyoqlari band, bosh emas!), Ular qanday texnik jurnallarni bilishadi - "Yosh texnik", "Model dizayner", "Fan va texnologiya", "Mashhur mexanika" … (hech kim!), keyin bir talaba menga uning dvigatellarni yaxshi ko'radi. 20dan biri, lekin bu allaqachon nimadir! Va keyin u menga Stirling dvigatelini o'zi yasaganini aytadi. Men bunday dvigatelni oddiy qalay idishdan qanday yasashni bilaman, lekin keyin u ancha samaraliroq ish qilgani ma'lum bo'ldi. Men aytaman: "Oling!" - va u olib keldi. "Buni qanday qilganingizni tasvirlab bering!" - va u tasvirlab berdi va men uning "inshosini" shu qadar yoqtirdimki, men uni bu erda hech qanday o'zgartirish va qisqartirishsiz taqdim etaman.
Ishning boshlanishi "ijodiy betartiblik" dir.
Menga har doim texnologiya yoqdi, lekin ayniqsa dvigatellar. Men katta qiziqish bilan texnik xizmat ko'rsatish, ta'mirlash va sozlash bilan shug'ullanaman. Stirling dvigateli haqida bilib, meni boshqa dvigatel kabi hayratga soldi. Styling dunyosi shu qadar xilma -xil va kattaki, uni bajarishning barcha mumkin bo'lgan variantlarini ta'riflab bo'lmaydi. Boshqa hech qanday dvigatel dizayn jihatidan bunday xilma -xillikni bermaydi va eng muhimi, uni o'zingiz tayyorlash qobiliyati.
Menda dvigatel modelini qalay qutisidan va boshqa qo'lda yasalgan vositalardan yasash g'oyalari bor edi, lekin "qanday bo'lmasin va nima bo'lsa" qilish mening qoidalarimda bo'lmagan. Shuning uchun men bu vazifani jiddiy qabul qilishga qaror qildim, nazariy tayyorgarlikdan boshladim. Men Internetdagi adabiyotlarni o'rganib chiqdim, lekin qidiruv kerakli natijani bermadi: maqolalar va videolarni ko'rib chiqish, ushbu dvigatel modellari uchun chizmalar yo'qligi. Tayyor modellar juda qimmat narxda sotildi. Bundan tashqari, hamma narsani o'zingiz qilish, ishlash tamoyilini tushunish, disk raskadrovka qilish va sinovlarni o'tkazish, ushbu dvigateldan foydali ish olish va hatto uni iqtisodiyotda qo'llanishini topishga bo'lgan katta xohish.
"Biznes aylanmoqda!" (Aqlli talaba, u butun ish jarayonini esdalik sifatida suratga oldi. Hozirgi fuqaro, hujjatli fotosurat dalillari … va mana ular!)
Men forumlarda so'radim, ular men bilan adabiyotni bo'lishishdi. Bu "Stirling dvigatellari" kitobi edi (Mualliflar: G. Rayder va C. Xuper). Bu dvigatel qurilishining butun tarixini, nima uchun tez rivojlanish to'xtab qolganini va bu dvigatellar qayerda ishlatilishini aks ettirdi. Kitobdan men dvigatelda sodir bo'ladigan barcha jarayonlarni batafsil bilib oldim, qiziqtirgan savollarga javob topdim. O'qish qiziq edi, lekin men mashq qilmoqchi edim. Albatta, Internetda bo'lgani kabi, garaj modellarining rasmlari ham yo'q edi, albatta.
Mening buyuk baxtimga, styling modellarini sotgan kishi bunday modellarni yasash kursini qo'ydi, u o'sha paytda 20 dollarga qo'ydi, men unga yozdim va kurs uchun pul to'ladim. U har birida u o'ziga xos uslub turini tushuntirgan barcha videolarni ko'rgandan so'ng, men gamma turining yuqori haroratli uslubini aniq bajarishga qaror qildim. U meni dizayni, xususiyatlari va tashqi ko'rinishi bilan qiziqtirgani uchun. Video kursdan men silindr diametri, piston diametrlarining taxminiy nisbatini, qanday bo'shliqlar, pürüzlülük bo'lishi kerakligini, ishlab chiqarishda qanday materiallardan foydalanish kerakligini, qurilishning ba'zi nuanslarini bilib oldim. Ammo muallifning dvigatellarining o'lchamlari hech qaerda yo'q edi, faqat tugunlarning o'lchamlari nisbati.
Men o'zim qishloqda yashayman, deyish mumkin, shahar chekkasida, onam buxgalter, otam duradgor, shuning uchun ularga dvigatel yasash bo'yicha maslahat so'rash noo'rin edi. Men yordam so'rab qo'shnim Gennadiy Valentinovichga murojaat qildim, u Kuznetskdagi qulab tushgan KZTM zavodida ishlagan.
Umuman olganda, ertasi kuni Gennadiy Valentinovich menga uzunligi 1 m va diametri taxminan 50 mm bo'lgan alyuminiy qobiq olib keldi. Men juda xursand bo'ldim, kerakli bo'shliqlarni qirib tashladim va ertasi kuni maktabga borib, ichki yonish dvigatelim uchun isitgich va muzlatgichni keskinlashtirishga harakat qildim. Men mashina torna dastgohini oldirdim (Lenin bobosi ishlagan).
Albatta, u erda aniqlik yo'q edi, isitgichning tashqi qismi juda yaxshi bo'lib chiqdi, lekin piston ostidagi silindrsimon qismi konusda edi. Trudovik menga zerikarli to'sar egilishini aytdi, chunki bunday narsalar uchun mashina juda kichik va kuchsiz. Keyin nima qilish kerak degan savol tug'ildi … Omadim keldi, o'sha paytda onam sobiq avtomobil ta'mirlash zavodi bo'lgan xususiy korxonada buxgalter bo'lib ishlagan. Valeriy Aleksandrovich (bu zavodning direktori) ajoyib odam bo'lib chiqdi va menga ko'p yordam berdi, menga allaqachon professional sovet mashinasi va menga yordam bergan tornachi berildi. Ishlar yanada qiziqarli o'tdi va bir hafta o'tgach, deyarli hamma narsa tayyor edi, dvigatelni yig'ish boshlandi. Qurilishda qiziqarli lahzalar bo'lgan, masalan: volan bosilgan mil, boshqa zavoddagi nozik mexanika ustaxonasiga berilgan (podshipniklar uchun kerakli aniqlikni olish uchun); muzlatgich torna dastgohida keskinlashtirildi va mahkamlash uchun joylar frezalashtirgich bilan yasaldi, volan maydalagichda maydalangan. Bu men uchun juda qiziqarli va hayajonli bo'ldi. Zavoddagi ishchilar meni talaba deb o'yladilar va qandaydir ilmiy ish yozayapman. Kechga qadar fabrikada o'tirdim, ular meni uyiga Valeriy Aleksandrovichning xizmat mashinasida olib kelishdi. Dvigatel zavod ishchilarining katta doirasida ishga tushirildi, hamma katta qiziqish uyg'otdi. Ishga tushirish muvaffaqiyatli bo'ldi, lekin dvigatel yomon ishladi.
Natija bitimga ta'sir qiladi! Sinov paytida stendning burchagi yonib ketdi.
Kamchiliklar aniqlandi, plastik menteşalar floroplastiklar bilan almashtirildi, volan yengil va muvozanatlashtirildi, piston pastroq issiqlik o'tkazuvchanligi uchun floroplastik qo'shimchani oldi va muzlatgich katta sovutish maydoniga ega bo'ldi. Nozik sozlagandan so'ng, dvigatel o'zining texnik ko'rsatkichlarini sezilarli darajada yaxshilagan.
Men o'zim xursand bo'ldim. Do'stlar mening uyimga kelganda, birinchi navbatda uning oldiga kelishadi, undan boshlashini so'rashadi. Gennadiy Valentinovich o'z ish uslubini ko'rsatish uchun mashinada yurdi, hamma juda qiziqdi, hatto kimgadir qo'ng'iroq qilishning hojati yo'q edi, hamma yaqinlashdi, qaradi va qiziqdi ».
Yigitning ismi Nikolay Shevelev va u guruh rahbari. Men uni dekan huzuriga olib bordim, uchalamiz juda yaxshi gaplashdik. Va keyin men dunyo aholisining atigi 2 foizi insoniyatni ilmiy -texnika taraqqiyoti yo'lida oldinga siljitish uchun etarli degan statistikani esladim. Men talabalarning umumiy sonini sanadim va … juda ko'p tashvishlanishning hojati yo'qligini tushundim. Nikolay kabi odamlar bo'lsa, biz uchun taraqqiyot baribir kafolatlanadi!
