Высокотемпературный двигатель Стирлинга с генератором электроэнергии.
Здравствуйте. В сегодняшнем обзоре я расскажу вам о двигателе внешнего сгорания. Высокотемпературном двигателе Стирлинга с генератором электроэнергии. Пускай, это всего лишь небольшая модель, но вещь крайне любопытная и качественно собранная. Приглашаю тех, кому это интересно – под кат.Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081).
Это устройство преобразующее тепловую энергию в механическую.
Основное отличие его от двигателя внутреннего сгорания в том, что тепловая энергия приходит к нему из вне, а не производится им непосредственно. Это и есть его самое уникальное и замечательное свойство, отличающее его от всех остальных машин.
В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %. Двигатель Стирлинга имеет много преимуществ и был широко распространён в эпоху паровых машин.
Цикл Стирлинга считается непременной принадлежностью именно двигателя Стирлинга. В то же время, детальное изучение принципов работы множества созданных на сегодняшний день конструкций, показывает, что значительная часть из них имеет рабочий цикл, отличный от цикла Стирлинга. Например, альфа-стирлинг с поршнями разного диаметра имеет цикл, более похожий на цикл Эрикссона. Бета- и гамма-конфигурации, имеющие достаточно большой диаметр штока у поршня-вытеснителя, также занимают некое промежуточное положение между циклами Стирлинга и Эрикссона.
Альфа-Стирлинг — содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень — горячий, другой — холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. У данного типа двигателя отношение мощности к объёму достаточно велико, но, к сожалению, высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые технические проблемы. Регенератор находится между горячей частью соединительной трубки и холодной.
Бета-Стирлинг — цилиндр всего один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через регенератор. Регенератор может быть внешним, как часть теплообменника, или может быть совмещён с поршнем-вытеснителем.
Гамма-Стирлинг — тоже есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра — один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор является частью вытеснителя.
Также существуют разновидности двигателя Стирлинга, не попадающие под вышеуказанные три классических типа, например:
Роторный двигатель Стирлинга — решены проблемы герметичности (патент Мухина на герметичный ввод вращения (ГВВ), серебряная медаль на международной выставке в Брюсселе «Эврика-96») и громоздкости (нет кривошипно-шатунного механизма, так как двигатель роторный).
Мы будем рассматривать гамма тип.
Принцип действия высокотемпературного двигателя. Левая и правая части цилиндра не касаются друг друга. Между ними стоит теплоизолятор. Когда вытеснитель находится в левой стороне, он вытесняет весь горячий воздух вправо, воздух остывает, всасывая рабочий поршень. Когда же вытеснитель уходит вправо, он выгоняет весь воздух в горячую камеру, воздух нагревается, расширяется и вытесняет рабочий поршень вправо. Рабочий поршень и вытеснитель связаны между собой коленвалом со смещением 90 градусов. Далее цикл повторяется.
Заказан двигатель был 10 мая. Уже 11 мая магазин выслал его. А 30 мая я забрал двигатель из отделения связи:
Пакет
Двигатель надежно упакован в крепкую картонную коробку и переложен множеством слоёв пупырчатой плёнки:
Коробка
Помимо самого двигателя в комплект входит:
Спиртовка, запасные поршень и вытеснитель, запасная резинка, выполняющая роль ремня генератора и переливающийся разными цветами светодиод для проверки генератора.
Давайте сначала посмотрим на краткие характеристики с сайта магазина:
Description:Item:
SIze: 165*90*90mm
Flywheel: 60mm(Diameter)
Driving Wheel: 25mm(Diameter)
Power cylinder bore: 16mm
Piston stroke: 15mm
Weight: 505g
Generator voltage: 5V
Material: aluminum alloy
Linkage: stainless steel
Age: +8
И вот сам двигатель Стирлинга, выполненный из стекла, алюминия и нержавеющей стали:
Двигатель установлен на массивной алюминиевой площадке с резиновыми ножками:
Маховик:
Шкив ремня генератора:
Биения отсутствуют. Балансировка маховика и шкива – присутствует.
Рабочий поршень:
Поршень-вытеснитель находится в стеклянной колбе, которая нагревается открытым пламенем:
Для нормальной работы двигателя система должна быть герметична.
Место для спиртовки под вытеснителем:
Генератор:
Собираем спиртовку и заливаем в неё спирт:
Устанавливаем её на место:
Зажигаем:
Колба с вытеснителем нагревается. Даём команду – «От винта!» )))
Подключаем светодиод:
Посмотрим, сколько вольт выдаёт генератор:
4,08 вольта.
Посмотрим форму осциллографом:
Явно не хватает сглаживающего конденсатора.
На закрытом входе осциллографа:
Время работы от одной заправки спиртовки спиртом:
КПД высокотемпературных двигателей Стирлинга – довольно велико:
Пламя спиртовки имеет следующую температуру:
350 градусов в нижней части. Как раз этой частью пламени и нагревается колба с вытеснителем.
Следовательно, при этой температуре и температуре окружающего воздуха +20, КПД, согласно таблице, составит 52,96%. Но нужно не забывать, что холодильник охлаждается только окружающим воздухом. Принудительное охлаждение или радиатор – отсутствуют. И поэтому в процессе работы двигателя – холодильник начинает нагреваться и КПД падает.
Видео работы высокотемпературного двигателя внешнего сгорания:
Да, это всего лишь модель. Но, как говорится – сказка ложь, да в ней намек… Этот двигатель помогает разобраться в основах. И кто знает, может подвигнет вас на создание полноразмерного двигателя. В интернете множество энтузиастов, строящих настоящие генераторы энергии, работающие от двигателя Стирлинга. А может, эта модель для вас так и останется забавной и красивой игрушкой в стиле стим-панк, наблюдать за работой которой — очень любопытно.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Высокотемпературный двигатель Стирлинга с генератором электроэнергии.
Здрaвcтвуйтe. В ceгoдняшнeм oбзoрe я рaccкaжу вaм o двигaтeлe внeшнeгo cгoрaния. Выcoкoтeмпeрaтурнoм двигaтeлe Стирлингa c гeнeрaтoрoм элeктрoэнeргии. Пуcкaй, этo вceгo лишь нeбoльшaя мoдeль, нo вeщь крaйнe любoпытнaя и кaчecтвeннo coбрaннaя. Приглaшaю тex, кoму этo интeрecнo – пoд кaт.Двигaтeль Стирлингa был впeрвыe зaпaтeнтoвaн шoтлaндcким cвящeнникoм Рoбeртoм Стирлингoм 27 ceнтября 1816 гoдa (aнглийcкий пaтeнт № 4081).
Этo уcтрoйcтвo прeoбрaзующee тeплoвую энeргию в мexaничecкую.
Оcнoвнoe oтличиe eгo oт двигaтeля внутрeннeгo cгoрaния в тoм, чтo тeплoвaя энeргия приxoдит к нeму из внe, a нe прoизвoдитcя им нeпocрeдcтвeннo. Этo и ecть eгo caмoe уникaльнoe и зaмeчaтeльнoe cвoйcтвo, oтличaющee eгo oт вcex ocтaльныx мaшин.
В 1843 гoду Джeймc Стирлинг иcпoльзoвaл этoт двигaтeль нa зaвoдe, гдe oн в тo врeмя рaбoтaл инжeнeрoм. В 1938 гoду фирмa «Филипc» инвecтирoвaлa в мoтoр Стирлингa мoщнocтью бoлee двуxcoт лoшaдиныx cил и oтдaчeй бoлee 30 %. Двигaтeль Стирлингa имeeт мнoгo прeимущecтв и был ширoкo рacпрocтрaнeн в эпoxу пaрoвыx мaшин.
Цикл Стирлингa cчитaeтcя нeпрeмeннoй принaдлeжнocтью имeннo двигaтeля Стирлингa. В тo жe врeмя, дeтaльнoe изучeниe принципoв рaбoты мнoжecтвa coздaнныx нa ceгoдняшний дeнь кoнcтрукций, пoкaзывaeт, чтo знaчитeльнaя чacть из ниx имeeт рaбoчий цикл, oтличный oт циклa Стирлингa. Нaпримeр, aльфa-cтирлинг c пoршнями рaзнoгo диaмeтрa имeeт цикл, бoлee пoxoжий нa цикл Эрикccoнa. Бeтa- и гaммa-кoнфигурaции, имeющиe дocтaтoчнo бoльшoй диaмeтр штoкa у пoршня-вытecнитeля, тaкжe зaнимaют нeкoe прoмeжутoчнoe пoлoжeниe мeжду циклaми Стирлингa и Эрикccoнa.
Альфa-Стирлинг — coдeржит двa рaздeльныx cилoвыx пoршня в рaздeльныx цилиндрax. Один пoршeнь — гoрячий, другoй — xoлoдный. Цилиндр c гoрячим пoршнeм нaxoдитcя в тeплooбмeнникe c бoлee выcoкoй тeмпeрaтурoй, в тo врeмя кaк цилиндр c xoлoдным пoршнeм нaxoдитcя в бoлee xoлoднoм тeплooбмeнникe. У дaннoгo типa двигaтeля oтнoшeниe мoщнocти к oбъeму дocтaтoчнo вeликo, нo, к coжaлeнию, выcoкaя тeмпeрaтурa «гoрячeгo» пoршня coздaeт oпрeдeлeнныe тexничecкиe прoблeмы. Рeгeнeрaтoр нaxoдитcя мeжду гoрячeй чacтью coeдинитeльнoй трубки и xoлoднoй.
Бeтa-Стирлинг — цилиндр вceгo oдин, гoрячий c oднoгo кoнцa и xoлoдный c другoгo. Внутри цилиндрa движутcя пoршeнь (c кoтoрoгo cнимaeтcя мoщнocть) и «вытecнитeль», измeняющий oбъeм гoрячeй пoлocти. Гaз пeрeкaчивaeтcя из xoлoднoй чacти цилиндрa в гoрячую чeрeз рeгeнeрaтoр. Рeгeнeрaтoр мoжeт быть внeшним, кaк чacть тeплooбмeнникa, или мoжeт быть coвмeщeн c пoршнeм-вытecнитeлeм.
Гaммa-Стирлинг — тoжe ecть пoршeнь и «вытecнитeль», нo при этoм двa цилиндрa — oдин xoлoдный (тaм движeтcя пoршeнь, c кoтoрoгo cнимaeтcя мoщнocть), a втoрoй гoрячий c oднoгo кoнцa и xoлoдный c другoгo (тaм движeтcя «вытecнитeль»). Рeгeнeрaтoр мoжeт быть внeшним, в этoм cлучae oн coeдиняeт гoрячую чacть втoрoгo цилиндрa c xoлoднoй и oднoврeмeннo c пeрвым (xoлoдным) цилиндрoм. Внутрeнний рeгeнeрaтoр являeтcя чacтью вытecнитeля.
Тaкжe cущecтвуют рaзнoвиднocти двигaтeля Стирлингa, нe пoпaдaющиe пoд вышeукaзaнныe три клaccичecкиx типa, нaпримeр:
Рoтoрный двигaтeль Стирлингa — рeшeны прoблeмы гeрмeтичнocти (пaтeнт Муxинa нa гeрмeтичный ввoд врaщeния (ГВВ), ceрeбрянaя мeдaль нa мeждунaрoднoй выcтaвкe в Брюcceлe «Эврикa-96») и грoмoздкocти (нeт кривoшипнo-шaтуннoгo мexaнизмa, тaк кaк двигaтeль рoтoрный).
Мы будeм рaccмaтривaть гaммa тип.
Принцип дeйcтвия выcoкoтeмпeрaтурнoгo двигaтeля. Лeвaя и прaвaя чacти цилиндрa нe кacaютcя друг другa. Мeжду ними cтoит тeплoизoлятoр. Кoгдa вытecнитeль нaxoдитcя в лeвoй cтoрoнe, oн вытecняeт вecь гoрячий вoздуx впрaвo, вoздуx ocтывaeт, вcacывaя рaбoчий пoршeнь. Кoгдa жe вытecнитeль уxoдит впрaвo, oн выгoняeт вecь вoздуx в гoрячую кaмeру, вoздуx нaгрeвaeтcя, рacширяeтcя и вытecняeт рaбoчий пoршeнь впрaвo. Рaбoчий пoршeнь и вытecнитeль cвязaны мeжду coбoй кoлeнвaлoм co cмeщeниeм 90 грaдуcoв. Дaлee цикл пoвтoряeтcя.
Гaммa-Стирлинг бeз рeгeнeрaтoрa:
Зaкaзaн двигaтeль был 10 мaя. Ужe 11 мaя мaгaзин выcлaл eгo. А 30 мaя я зaбрaл двигaтeль из oтдeлeния cвязи:
Пaкeт
Двигaтeль нaдeжнo упaкoвaн в крeпкую кaртoнную кoрoбку и пeрeлoжeн мнoжecтвoм cлoeв пупырчaтoй плeнки:
Кoрoбкa
Пoмимo caмoгo двигaтeля в кoмплeкт вxoдит:
Спиртoвкa, зaпacныe пoршeнь и вытecнитeль, зaпacнaя рeзинкa, выпoлняющaя рoль рeмня гeнeрaтoрa и пeрeливaющийcя рaзными цвeтaми cвeтoдиoд для прoвeрки гeнeрaтoрa.
Дaвaйтe cнaчaлa пocмoтрим нa крaткиe xaрaктeриcтики c caйтa мaгaзинa:
Description:
Item:
SIze: 165*90*90mm
Flywheel: 60mm(Diameter)
Driving Wheel: 25mm(Diameter)
Power cylinder bore: 16mm
Piston stroke: 15mm
Weight: 505g
Generator voltage: 5V
Material: aluminum alloy
Linkage: stainless steel
Age: +8
И вoт caм двигaтeль Стирлингa, выпoлнeнный из cтeклa, aлюминия и нeржaвeющeй cтaли:
Двигaтeль уcтaнoвлeн нa мaccивнoй aлюминиeвoй плoщaдкe c рeзинoвыми нoжкaми:
Мaxoвик:
Шкив рeмня гeнeрaтoрa:
Биeния oтcутcтвуют. Бaлaнcирoвкa мaxoвикa и шкивa – приcутcтвуeт.
Рaбoчий пoршeнь:
Пoршeнь-вытecнитeль нaxoдитcя в cтeкляннoй кoлбe, кoтoрaя нaгрeвaeтcя oткрытым плaмeнeм:
Для нoрмaльнoй рaбoты двигaтeля cиcтeмa дoлжнa быть гeрмeтичнa.
Мecтo для cпиртoвки пoд вытecнитeлeм:
Гeнeрaтoр:
Сoбирaeм cпиртoвку и зaливaeм в нee cпирт:
Уcтaнaвливaeм ee нa мecтo:
Зaжигaeм:
Кoлбa c вытecнитeлeм нaгрeвaeтcя. Дaeм кoмaнду – «От винтa!» )))
Пoдключaeм cвeтoдиoд:
Пocмoтрим, cкoлькo вoльт выдaeт гeнeрaтoр:
4,08 вoльтa.
Пocмoтрим фoрму ocциллoгрaфoм:
Явнo нe xвaтaeт cглaживaющeгo кoндeнcaтoрa.
Нa зaкрытoм вxoдe ocциллoгрaфa:
Врeмя рaбoты oт oднoй зaпрaвки cпиртoвки cпиртoм:
КПД выcoкoтeмпeрaтурныx двигaтeлeй Стирлингa – дoвoльнo вeликo:
Плaмя cпиртoвки имeeт cлeдующую тeмпeрaтуру:
350 грaдуcoв в нижнeй чacти. Кaк рaз этoй чacтью плaмeни и нaгрeвaeтcя кoлбa c вытecнитeлeм.
Слeдoвaтeльнo, при этoй тeмпeрaтурe и тeмпeрaтурe oкружaющeгo вoздуxa +20, КПД, coглacнo тaблицe, cocтaвит 52,96%. Нo нужнo нe зaбывaть, чтo xoлoдильник oxлaждaeтcя тoлькo oкружaющим вoздуxoм. Принудитeльнoe oxлaждeниe или рaдиaтoр – oтcутcтвуют. И пoэтoму в прoцecce рaбoты двигaтeля – xoлoдильник нaчинaeт нaгрeвaтьcя и КПД пaдaeт.
Видeo рaбoты выcoкoтeмпeрaтурнoгo двигaтeля внeшнeгo cгoрaния:
Дa, этo вceгo лишь мoдeль. Нo, кaк гoвoритcя – cкaзкa лoжь, дa в нeй нaмeк… Этoт двигaтeль пoмoгaeт рaзoбрaтьcя в ocнoвax. И ктo знaeт, мoжeт пoдвигнeт вac нa coздaниe пoлнoрaзмeрнoгo двигaтeля. В интeрнeтe мнoжecтвo энтузиacтoв, cтрoящиx нacтoящиe гeнeрaтoры энeргии, рaбoтaющиe oт двигaтeля Стирлингa. А мoжeт, этa мoдeль для вac тaк и ocтaнeтcя зaбaвнoй и крacивoй игрушкoй в cтилe cтим-пaнк, нaблюдaть зa рaбoтoй кoтoрoй — oчeнь любoпытнo.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Альфа стирлинг регенератор — Портал о стройке
Из журнала Model Engineer, июль-сентябрь 1981 г
Двигатель Стирлинга типа Райдер объемом 35см^3
Анди Росс, США
Эта машина Райдера (альфа — прим.перев.) рабочим объемом 35см^3 разработана для двух определенных целей. Главная цель — предоставить для любого независимого экспериментатора с двигателями Стирлинга, будь то профессионал или любитель, дешевый, простой и легко модифицируемый маленький двигатель Стирлинга, подходящий в качестве использования как тестовая машини или как «частичная» машина. Вторая цель — сделать для себя и других моделистов привлекательный маленький двигатель Стирлинга, обладающий потенциалом стать 100-ваттной машиной низкого давления, подходящей для приведения в действие байдарок, велосипедов или других приспособлений «в одну человеческую силу» мощностью. В идеале, знания, полученные через опыт и экспериментирование различных строителей, будут объединены в базовую конструкцию, и получится действительно практичная машина.
Я выбрал двухпоршневую машину типа Райдера за ее простоту и хорошую производительностью. Отсутствие концентричного штока вытеснителя (и его уплотнения) в любом поршне сильно упрощает не только изначальное конструирование, но также постоянную сборку и разборку, которая необходима в экспериментаторской работе с машиной. Потенциал Райдера по достижению хорошей, высокоскоростной работы был умело продемонстрирован недавно машиной для соревнований «Ergo II» Р.С.Роббинса (R.S.Robbins) объемом 19см^3. Моя 35-сантиметровая машина дает большую скорость и мощность, и все это представляет собой только ранний этап разработки.
После долгих дискуссий я решил использовать кривошип в виде коромысла, а не более простую V-образную компоновку, потому что такая геометрия дает очень низкие боковые силы на поршнях (благодаря очень малым углам соединяющих штоков) и близко расположенные, параллельные цилиндры. Низкие боковые нагрузки на поршень позволяют использовать множество различных схем смазки поршня, включая возможность использования сухой смазки или поршней, покрытых тефлоном, что, в соединении с игольчатыми подшипниками на коромысле дает более или менее безмасляную машину с низким трением. Многие конструкторы боятся загрязнения регенератора маслом при обычной схеме смазки, хотя Филип с использовали такую смазку в своих воздушных машинах, явно успешно. Я уверен, что еще слишком рано говорить, будет ли действительно необходима безмасляная конструкция, но некоторые экспериментаторы, по понятным причинам, хотят заниматься ей и машина с коромыслом скорее позволит это, чем машина с V-образной компоновкой. Гибкость в этом направлении, очевидно, желательна в тестовом двигателе общего назначения.
Близко размещенные параллельные цилиндры тоже расширяют гибкость конструкции, в данном случае, конструкции теплообменников. Разработчик всегда может соединить близкие цилиндры с короткими или длинными теплообменниками; даже с простым и эффективным кольцевым нагревателем и регенератором, охладитель (который тогда служит для соединения цилиндров) все еще может быть сделан коротким. Такие короткий, прямые каналы могут быть легко сделаны на станке, собраны и уплотнены; в серийной версии машины они могут быть даже отлиты под давлением. Головки цилиндра в V-образной компоновке находятся гораздо дальше друг от друга, и, особенно если разработчик хочет сохранить кольцевой нагреватель и регенератор, соединительные каналы (холодильник) обязательно будут достаточно длинными, с существенным вредным пространством. Такое расположение может оказаться вполне удовлетворительным, но (опять) еще слишком рано говорить уверенно.
Особенности конструкции
Коромысло, используемой в этой конструкции, дает 90 градусов сдвига по фазе с движением поршней, вполне аналогичным тому, которое имеется в V-образной компоновке; но применение коромысла допускает любой фазовый угол, который может пожелать разработчик. Из теоретических соображений следует, что фазовый угол в схеме Райдера должен быть около 100 градусов; как показано ниже, это может быть легко получено, используя только лишь чуть другую геометрию коромысла. Фактически, картер становится заметно более компактным, если при разработке сразу задаться этим, большим значением фазового угла. Даже в теории, увеличение мощности не будет большим; но следует отметить, что при росте фазового угла общий рабочий объем (total swept volume) уменьшается для любого заданного хода поршня. Таким образом, в соревновании, в котором критерием оценки служит мощность на единицу общего рабочего объема, больший фазовый угол может быть очень полезен.
Использование коромысла также предоставляет многие необычные возможности. Например, если бы было некоторое преимущество в использовании сильно отличающихся отношений диаметр цилиндра/ход поршня в горячем и холодном цилиндрах (например, для приспособления свободной от утечек диафрагмы с коротким ходом в холодном цилиндре, которая вместе с огромным диаметром цилиндра используется для установки изотермализаторов), то коромысло позволяет такую конструкцию с тем же самым хорошим балансом. Для этого разработчику следует всего лишь сдвинуть картер и применить коромысло с горизотальными ручками разной длины. Стоит только сесть и набросать различные устройства коромысла, как напрашивается множество других идей.
Однако, наиболее критичные части конструкции любого двигателя Стирлинга — это не механизм коленвала, а нагреватель, регенератор и охладитель. Именно эти части в наибольшей степени определяют мощность, скорость и эффективность, а также допустимые для работы газы и допустимое давление. Площадь нагревателя — это, вероято, ключевая величина, определяющая производительность машины.
При использовании воздуха в качестве рабочего тела, 8 ватт на квадратный дюйм (1,25Вт/см^2 — перев ) — это обычная цифра для двигателя Стирлинга с регенератором. Если машина выдает меньше этой величины, то, вероятно, она допускает более высокий уровень давления.
Некоторые читатели могут удивиться почему так подчеркивается роль нагревателя, а не холодильника — ведь оба они существенны для производительности машины? Но в случае холодильника относительно легко добиться достаточной поверхности теплообмена, особенно вследствие того, что почти любая часть машины, кроме нагревателя, является в какой-то степени холодильником. Тепло от рабочего газа теряется в цилиндрах, поршнях, головках цилиндров, соединительных каналах, даже в регенераторе, так же, как и собственно в холодильнике.
Принимая решение, какое сечение, площадь, вредное пространство и отношенией длина/диаметр (или длина/ширина) использовать в нагревателе и холодильнике, наиболее полезное руководство — это использовать производительность, достигнутую в уже известных разработках. В моем случае, я в большой степени полагаюсь на мои собственные предыдущие машины, особенно на 65-кубовую 80-ваттную машину с ромбическим приводом, и на наиболее впечатляющую 200-ваттную машину Филипс 102С. Таблица 1 показывает, на мой взгляд, очень полезные данные о конструкции этих машин, а также параметры рассматриваемой новой 35-кубовой машины типа Райдер. Я мог бы на этой странице долго и занудно рассказывать о конструкцировании теплообменников, но это не дало бы ничуть не больше, чем можно извлечь из внимательного изучения таблицы 1. Я надеюсь, другие разработчики начнут предоставлять такие данные об их конструкциях, так, что эта таблица могла бы быть пополнена и стала бы еще более полезной.
| Двигатель | Philips 102C | 35см^3 дв. Росса с коромыслом | 65см^3 дв. Росса с ромбическим приводом | G.M.GPU с ромбическим приводом |
| Тип | бета | альфа | бета | бета |
| Макс. объем горячей полости, см^3 | 62 | 25 | 75 | 117 |
| Общий ометаемый объем, см^3 | 62 | 35,4 | 65 | 117 |
| Отношение макс.объема гор.полости к общему ометаемому объему | 1 | 0,7 | 1,15 | ~1 |
| Газ; среднее давление, бар | воздух; 12-15 | воздух; 1-? | воздух; 2,7 | гелий; 67 |
| Мощность, ватт | 250-689 | 44-? | 81 | 6000 |
| Общее вредное пр-во (нагреватель, холодильник, регенератор), см^3 | 30,8 | 10,3 | 19,8 | 133 |
| Т нагревателя, С | 650-800 | примерно 650 | примерно 650 | 700 |
| Макс. скорость без нагрузки, об/мин | 4700 | 2100 | ||
| Нагреватель | ||||
| Тип | кольцевой с оребрением | кольцевой | кольцевой | трубчатый |
| Кол-во элементов | 180 | 1 | 1 | 40 |
| Площадь внутренней поверхности, см^2 | 378 | 45,8 | 71,6 | 588 |
| Площадь внешней поверхности, см^2 | 374 | 48 | 73 | 955 |
| Длина нагреваемой части, см | 3,76 | 3,18 | 3,8 | 15,5 |
| Общая длина, см | 3,76 | 3,18 | 3,8 | 24,1 |
| Сечение для прохода газа, см^2 | 1,35 | 0,58 | 0,95 | 2,84 |
| Вредное пространство, см^3 | 5,1 | 1,9 | 3,6 | 69 |
| Внутренние размеры | Ширина: 0,3мм | Зазор: 0,406мм | Зазор: 0,508мм | Диам: |
| Внешние размеры | Диам: 4,76см | Диам: 6,11см | Диам: 0,4826см (0,19дюйма, ошибка — перев) | |
| Регенератор | ||||
| Тип | Кольцевой | Кольцевой | Кольцевой | 8 банок |
| Длина, см | 3,18 | 1,59 | 1,91 | 2,26 |
| Внутр.диам, см | нет данных | нет данных | нет данных | 2,26 |
| Площадь сечения, см^2 | 9,16 | 4,03 | 4,8 | 7,81 |
| Общий объем, см^3 | ~26,2 | 6,78 | 14,9 | 72,1 |
| Степень заполнения | ~25% | 11% | 16% | 29% |
| Вредное пр-во, см^3 | ~20,5 | 6,03 | 12,5 | 52 |
| Охладитель | ||||
| Тип | оребрение | оребрение | оребрение | трубчатый |
| Охлаждение | воздушное | водяное | водяное | водяное |
| Кол-во элементов | 180 | 25 | 120 | 312 |
| Внутр.поверхность, см^2 | 380 | 75 | 190 | 460 |
| Длина, см | 3,8 | в среднем, 4,4 | 3,8 | 4,6 |
| Площадь сечения, см^2 | 1,34 | 0,54 | 0,97 | 2,5 |
| Вредное пр-во, см^3 | 5,06 | 2,4 | 3,7 | 11,8 |
| Внутренние размеры | Ширина: 0,300мм | Ширина: 0,711мм Глубина: 3,1см | Ширина: 0,508мм Глубина: 0,16см | Диам: 1,02см |
| Разные соотношения | ||||
| Общий объем регенератора/макс. объем горячей полости | 44% | 27% | 20% | 61% |
| Площадь внутр.пов.нагревателя/площадь внутр. пов. охладителя | 1 | 0,61 | 0,32 | 1,28 |
Половина макс. объема горячей полости/Активный объем нагревателя | 6,1 | 6,8 | 12,4 | 1,33 |
| То же для охладителя | 6,1 | 5,2 | 10,2 | 5 |
| Мощность на см^2 внешней поверхности нагревателя, Вт | 4-11,8 | 5,9 при 1 атм | 7,2 | 40,5 |
| Мощность/см^3 ометаемого объема/атмосферу давления | 0,3-0,75 | 1,24 | 0,46 | 0,76 |
| Активный объем нагревателя/общий объем регенератора | 0,25 | 0,27 | 0,24 | 0,85 |
| Объем охладителя/общий объем регенератора | 0,25 | 0,36 | 0,30 | 0,23 |
| Макс.объем горячей полости/площадь сечения нагревателя, см | 0,14 | 0,15 | 0,08 | 0,15 |
| Макс.объем горячей полости/площадь сечения регенератора, см | 0,94 | 1,1 | 0,66 | 1,8 |
| Макс.объем горячей полости/площадь сечения охладителя, см | 0,14 | 0,14 | 0,084 | 0,13 |
| Относительное вредное пр-во (вычисленное вредное пр-во нагревателя, регенератора и охладителя, деленное на макс. объем горячей полости) | 49% | 41% | 26% | 113% |
| Отношение длина/диаметр для активной части нагревателя | 125 | 78 | 62,5 | 21,4 |
| Отношение длина/диаметр для активной части охладителя | 125 | 62,5 | 75 | 45,3 |
Source: www.rosinmn.ru
Читайте также
Двигатель Стирлинга / личный блог Xen / smotra.ru
Доброе время суток смотровчанам! =)На днях услышал про двигатель Стирлинга, стало интересно, каков принцип работы, оказывается там не так уж и сложна система) Но все же интересно)
Инфа взята из википедии, виложил ее сюда… мб ктото не знает и кому-то также интересно =)
Подкат =)
Двигатель Сти́рлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Описание работы системы:
В XIX веке инженеры хотели создать безопасную альтернативу паровым двигателям того времени, котлы которых часто взрывались из-за высоких давлений пара и неподходящих материалов для их постройки. Хорошая альтернатива паровым машинам появилась с созданием двигателей Стирлинга, который мог преобразовывать в работу любую разницу температур. Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. В ряде экспериментальных образцов испытывались фреоны, двуокись азота, сжиженный пропан-бутан и вода. В последнем случае вода остаётся в жидком состоянии на всех участках термодинамического цикла. Особенностью стирлинга с жидким рабочим телом является малые размеры, высокая удельная мощность и большие рабочие давления. Существует также стирлинг с двухфазным рабочим телом. Он тоже характеризуется высокой удельной мощностью, высоким рабочим давлением.
Из термодинамики известно, что давление, температура и объём газа взаимосвязаны и следуют закону идеальных газов PV = nRT\,\!, где:
* P — давление газа;
* V — объём газа;
* n — количество молей газа;
* R — универсальная газовая константа;
* Т — температура газа в кельвинах.
Это означает, что при нагревании газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается. Это свойство газов и лежит в основе работы двигателя Стирлинга.
Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который по термодинамической эффективности не уступает циклу Карно, и даже обладает преимуществом. Дело в том, что цикл Карно состоит из мало отличающихся между собой изотерм и адиабат. Практическая реализация этого цикла малоперспективна. Цикл Стирлинга позволил получить практически работающий двигатель в приемлемых габаритах.
Цикл Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. Разницу объёмов газа можно превратить в работу, чем и занимается двига
Термоакустический двигатель – двигатель Стирлинга без поршней
Двигатель Стирлинга – двигатель с внешним подводом тепла. Внешний подвод тепла – это очень удобно, когда есть необходимость использовать в качестве источника тепла не органические виды топлива. Например, можно использовать солнечную энергию, геотермальную энергию, бросовое тепло с различных предприятий.
Приятная особенность цикла Стирлинга – это то, что его КПД равен КПД цикла Карно [1]. Естественно у реальных двигателей Стирлинга эффективность ниже и зачастую намного. Двигатель Стирлинга начал своё существование с устройства, имеющего множество подвижных деталей, таких как поршни, шатуны, коленчатый вал, подшипники [2]. К тому же еще и ротор генератора крутился (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Двигатель Стирлинга альфа типа
Посмотрите на двигатель Стирлинга Альфа типа. При вращении вала поршни начинают перегонять газ то из холодного в горячий цилиндр, то наоборот, из горячего в холодный. Но они не просто перегоняют, а ещё и сжимают и расширяют. Совершается термодинамический цикл. Можно мысленно представить на картинке, что когда вал повернётся так, что ось, на которую крепятся шатуны, окажется вверху, то это будет момент наибольшего сжатия газа, а когда внизу, то расширения. Правда это не совсем так из-за тепловых расширений и сжатий газа, но примерно всё же всё это так.
Сердцем двигателя является так называемое ядро, которое состоит из двух теплообменников – горячего и холодного и между ними находится регенератор. Теплообменники обычно делаются пластинчатыми, а регенератор – это чаще всего стопка, набранная из металлической сетки. Зачем нужны теплообменники понятно – нагревать и охлаждать газ, а зачем нужен регенератор? А регенератор – это настоящий тепловой аккумулятор. Когда горячий газ движется в холодную сторону, он нагревает регенератор и регенератор запасает тепловую энергию. Когда газ движется из холодной на горячую сторону, то холодный газ подогревается в регенераторе и таким образом это тепло, которое без регенератора бы безвозвратно ушло на нагрев окружающей среды, спасается. Так что, регенератор – крайне необходимая вещь. Хороший регенератор повышает КПД двигателя примерно в 3,6 раза.
Любителям, которые мечтают построить подобный двигатель самостоятельно, хочу рассказать подробнее про теплообменники. Большинство самодельных двигателей Стирлинга, из тех что я видел, вообще не имеют теплообменников (я про двигатели альфа типа). Теплообменниками являются сами поршни и цилиндры. Один цилиндр нагревается, другой охлаждается. При этом площадь теплообменной поверхности, контактирующей с газом совсем мала. Так что, есть возможность значительно увеличить мощность двигателя, поставив на входе в цилиндры теплообменники. И даже на рисунке 1 пламя направлено прямиком на цилиндр, что в заводских двигателях не совсем так.
Вернёмся к истории развития двигателей Стирлинга. Итак, пускай двигатель во многом хорош, но наличие маслосъёмных колец и подшипников снижало ресурс двигателя и инженеры напряжённо думали, как его улучшить, и придумали.
В 1969 году Вильям Бейл исследовал резонансные эффекты в работе двигателя и позже смог сделать двигатель, для которого не нужны ни шатуны ни коленчатый вал. Синхронизация поршней возникала из-за резонансных эффектов. Этот тип двигателей стал называться свободнопоршневым двигателем (Рисунок 2).
Рисунок 2 – Свободнопоршневой двигатель Стирлинга
На рисунке 2 показан свободнопоршневой двигатель бета типа. Здесь газ переходит из горячей области в холодную, и наоборот, благодаря вытеснителю (который движется свободно), а рабочий поршень совершает полезную работу. Вытеснитель и поршень совершают колебания на спиральных пружинах, которые можно видеть в правой части рисунка. Сложность в том, что их колебания должны быть с одинаковой частотой и с разностью фаз в 90 градусов и всё это благодаря резонансным эффектам. Сделать это довольно трудно.
Таким образом, количество деталей уменьшили, но при этом ужесточились требования к точности расчётов и изготовления. Но надёжность двигателя, несомненно, возросла, особенно в конструкциях, где в качестве вытеснителя и поршня применяются гибкие мембраны. В таком случае в двигателе вообще отсутствуют трущиеся детали. Электроэнергию, при желании, с такого двигателя можно снимать с помощью линейного генератора.
Но и этого инженерам оказалось не достаточно, и они начали искать способы избавиться не просто от трущихся деталей, а вообще от подвижных деталей. И они нашли такой способ.
В семидесятых годах 20-го века Петер Цеперли понял, что синусоидальные колебания давления и скорости газа в двигателе Стирлинга, а также тот факт, что эти колебания находятся в фазе, невероятно сильно напоминают колебания давления и скорости газа в бегущей звуковой волне (рис.3).
Рисунок 3 — График давления и скорости бегущей акустической волны, как функция времени. Показано, что колебания давления и скорости находятся в фазе.
Эта идея пришла Цеперли не случайно, так как до него было множество исследований в области термоакустики, например, ещё сам лорд Рэлей в 1984 качественно описал это явление.
Таким образом, он предложил вообще отказаться от поршней и вытеснителей, и использовать только лишь акустическую волну для контроля над давлением и движением газа. При этом получается двигатель без движущихся частей и теоретически способный достичь КПД цикла Стирлинга, а значит и Карно. В реальности лучшие показатели – 40–50 % от эффективности цикла Карно (Рисунок 4).
Рисунок 4 – Схема термоакустического двигателя с бегущей волной
Можно видеть, что термоакустический двигатель с бегущей волной – это точно такое же ядро, состоящее из теплообменников и регенератора, только вместо поршней и шатунов здесь просто закольцованная труба, которая называется резонатором. Да как же работает этот двигатель, если в нём нет никаких движущихся частей? Как это возможно?
Для начала ответим на вопрос, откуда там берётся звук? И ответ – он возникает сам собой при возникновении достаточной для этого разницы температур между двумя теплообменниками. Градиент температуры в регенераторе позволяет усилить звуковые колебания, но только определённой длины волны, равной длине резонатора. С самого начала процесс выглядит так: при нагреве горячего теплообменника возникают микро шорохи, возможно даже потрескивания от тепловых деформаций, это неизбежно. Эти шорохи – это шум, имеющий широкий спектр частот. Из всего этого богатого спектра звуковых частот, двигатель начинает усиливать то звуковое колебание, длина волны которого, равна длине трубы – резонатора. И неважно насколько мало начальное колебание, оно будет усилено до максимально возможной величины. Максимальная громкость звука внутри двигателя наступает тогда, когда мощность усиления звука с помощью теплообменников равна мощности потерь, то есть мощности затухания звуковых колебаний. И эта максимальная величина порой достигает огромных величин в 160 дБ. Так что внутри подобного двигателя действительно громко. К счастью, звук наружу выйти не может, так как резонатор герметичен и по этому, стоя рядом с работающим двигателем, его еле слышно.
Усиление определённой частоты звука происходит благодаря всё тому же термодинамическому циклу – циклу Стирлинга, который осуществляется в регенераторе.
Рисунок 5 – Стадии цикла грубо и упрощённо.
Как я уже писал, в термоакустическом двигателе вообще нет движущихся частей, он генерирует только акустическую волну внутри себя, но, к сожалению, без движущихся частей снять с двигателя электроэнергию невозможно.
Обычно добывают энергию из термоакустических двигателей с помощью линейных генераторов. Упругая мембрана колеблется под напором звуковой волны высокой интенсивности. Внутри медной катушки с сердечником, вибрируют закрепленные на мембране магниты. Вырабатывается электроэнергия.
В 2014 году Kees de Blok, Pawel Owczarek и Maurice Francois из предприятия Aster Thermoacoustics показали, что для преобразования энергии звуковой волны в электроэнергию, годится двунаправленная импульсная турбина, подключенная к генератору [3].
Рисунок 6 – Схема импульсной турбины
Импульсная турбина крутится в одну и ту же сторону вне зависимости от направления потока. На рисунке 6 схематично изображены лопатки статора по бокам и лопатки ротора посередине.
А так турбина выглядит у них в реальности:
Рисунок 7 – Внешний вид двунаправленной импульсной турбины
Ожидается, что применение турбины вместо линейного генератора сильно удешевит конструкцию и позволит увеличить мощность устройства вплоть до мощностей типичных ТЭЦ, что невозможно с линейными генераторами.
Что ж, будем продолжать пристально следить за развитием термоакустических двигателей.
Список использованных источников
- [1] М.Г. Круглов. Двигатели Стирлинга. Москва «Машиностроение», 1977.
- [2] Г. Ридер, Ч. Хупер. Двигатели Стирлинга. Москва «Мир», 1986.
- [3] Kees de Blok, Pawel Owczarek. Acoustic to electric power conversion, 2014.
Двигатель Стирлинга « Попаданцев.нет
Сейчас начали вспоминать двигатель Стирлинга. Дескать у него и экономичность и экологичность, да и вообще — название красивое.
Давайте, что ли, и мы вспомним, чтобы расставить хотя бы часть точек над «i»…
Двигатель Стирлинга был изобретен в 1816 году преподобным Робертом Стирлингом.
Главная цель изобретения — удалить несовершенные машины с угольных шахт, где они откачивали воду. Классические машины требуют парового котла, который по тем временам часто взрывался и Стирлинг поставил задачу — изобрести машину без высокого давления. Ему это удалось.
Рассмотрим классический стирлинг бета-типа, он самый простой.
На схеме красным обозначена часть, которая нагревается от внешнего источника (приятно, что любого), синим цветом — часть, охлаждаемая воздухом, радиатор.
Любой стирлинг работает именно на этой разнице температур.
В нижней части под нижним поршнем воздух нагревается и от этого расширяется — и толкает поршень вверх.
В процессе подъема воздух просачивается между поршнем и стенками в верхнюю полость, где радиатор его охлаждает. При этом воздух сверху сжимается из-за охлаждения и опять идет вниз, чтобы начать новый такт.
Двигатель стирлинга работает именно на том, что воздух в одном месте конструкции разогревается и расширяется, а в другом охлаждается и сжимается. Естественно, вариаций такой схемы — вагон и маленькая тележка.
Рабочее тело — воздух в цилиндрах и это рабочее тело не расходуется. Стирлинг не впускает ничего снаружи и ничего в атмосферу не выпускает. А так, как внутри цилиндров не происходит вспышки или детонации, а давление слабое — то работает он почти бесшумно (IMHO, это основное преимущество стирлинга). А бесшумность и низкие обороты дают фантастическую долговечность. Ну прямо одни плюсы в конструкции! Ну что ж, идем дальше.
Мы показали самый простой стирлинг, без регенератора и со щелями вокруг поршня, нам он вряд ли пригоден. У него совсем низкая мощность и не ахти какое КПД.
Давайте посмотрим на стирлинг с регенератором. Регенератор — это на картинке такая штуковина слева, через которую идет газ.
По теории регенератор — это полость, заполненная каким-либо «пористым материалом». На практике там внутри могут быть просто металлические ребра или даже проволока, свернутая в катушку. Регенератор не должен слишком хорошо проводить тепло. Он должен остужать горячий газ, когда он проходит через него и нагревать холодный газ, когда тот возвращается через регенератор.
Без него не будет ни мощности, ни КПД. И его расчет — это первый квест, который достанется попаданцу. То есть расчета и не будет (потому что попаданец не сможет получить входные данные), будет многомесячный подбор количества витков или ребер.
Но это только цветочки. За ними идут ягодки.
Дело в том, что машина Стирлинга подозрительно напоминает машину Ньюкомба с орошением холодной водой цилиндра. Отличия есть — во времена Стирлинга смогли сделать такие точные детали, как поршень с цилиндром, ну то есть чтобы в щель между ними палец не пролазил. Поэтому если вы решили построить двигатель стирлинга до классического паровика — будьте готовы решать проблемы, описанные в статье борьба за точность. Но помните — та точность подгонки деталей, которая годилась для паровика, не годится для стирлинга. Потому что кривой паровик все равно выпустит пар и пойдет за следующей порцией, а стирлинг ничего в атмосферу выпускать не должен.
Однако, именно на поле точности у попаданца есть шансы построить стирлинг.
Дело в том, что поршни первых паровиков были очень большого диаметра, около метра. Со стирлингом такая штука не получится и цилиндр стирлинга будет куда меньшего диаметра и, соответственно, точность обеспечить много-много проще.
Почему же цилиндр поршня будет меньше?
А потому, что теплопередача стирлинга идет через стенки цилиндра. И нагревают именно стенки, ожидая, что тепло передастся газу.
Однако, так получилось, что наш мир трехмерен, и если мы возьмем емкость и линейно увеличим ее размеры, то ее объем вырастет в третьей степени, а ее поверхность — только во второй. То есть при увеличении размеров объем растет гораздо быстрее, чем площадь поверхности. Именно поэтому ванна остывает куда медленнее, чем чайник. В случае со стирлингом это ведет к тому, что газ внутри цилиндра начинает прогреваться куда медленнее и количество оборотов падает катастрофически. При этом введение всяких ребер не даст нужного эффекта, потому что в системе образуется газ, собранный в «складках местности», который не участвует в работе.
Ну хорошо, будем строить небольшой стирлинг. А почему, собственно, первые паровики строили такими большими? Зачем требовался цилиндр в 70 см диаметра? Тут вопрос с том, что давление в котле первых паровых машин было очень мало и чтобы обеспечить мощность, приходилось делать поршни большой площади. Понятно, что такой путь для стирлинга закрыт.
Конечно, есть второй путь — повышение давления. Именно по этому пути пошло развитие паровых машин.
Как на эту тему в стирлинге? Да так же, как со всем остальным. Повышение давления требует повышения температуры. А резкое повышение температуры требует использование специальных жаропрочных сталей, с которыми сейчас экспериментируют. Ведь теплопередача идет через металл и наружную сторону приходится раскалять до белого каления. Но были ли доступны такие стали во времена до технологической революции? Ответ найдете сами.
Я не говорю, что со стирлинга нельзя снять неплохую мощность, сейчас это удалось. При использовании водорода, электрического нагрева и давления 200 атмосфер. Проще сразу реактивный двигатель строить.
Итак, с мощностью у стирлинга не вышло. А как с другими параметрами?
Давайте посмотрим на количество оборотов за минуту. Вы у какого-нибудь стирлинга видели регулятор оборотов? Нет?
А потому, что он не нужен. Стирлинг нельзя раскочегарить до сотен оборотов в минуту (я не беру водородный высокого давления), более того — у стирлинга вообще очень узкий диапазон оборотов, заданных конструкцией. Быстрее крутится он не будет — теплопередача в металле тормозит, а меньше оборотов можно добиться только уменьшением нагрева — то есть уменьшением давления в цилиндре — то есть уменьшением мощности — вплоть до полной остановки. Это я к тому, что если вы решили поставить стирлинг на авто, то потребуется коробка передач и сцепление. Конечно, при той копеечной мощности можно замутить вариатор, как на скутерах.. В 18 веке, ага.
Сейчас количество оборотов регулируется введением дополнительной буферной емкости для газа, но представьте «простоту» этой конструкции! Ведь вся проблема не сделать саму емкость и даже не вентиль к ней. Она должна подключаться и отключаться в определенном такта работы, то есть вентиль должен быть механически связан с маховиком.
И одна из главных проблем стирлинга — обороты будут низкими. И что мы будем делать с низкими оборотами?
Можно поставить повышающий редуктор. Мы не будем вспоминать о сложность этой задачи до эпохи паровых машин.
Вопрос в другом — такой редуктор заметно снижает крутящий момент, поэтому если вы хотите сделать что-то типа гоночного автомобиля, то он не разгонится, воздух помешает.
Итак, куда можно поставить стирлинг?
На паровоз? Не хватит крутящего момента сдвинуть с места состав. А если и построить легкую мотодрезину, то как регулировать ее скорость? Втыкать буферную газовую емкость? А место на дрезине будет? Стирлинг вообще отличается удивительно большой материалоемкостью даже среди двигателей внешнего сгорания, а тут еще и дополнительные устройства.
На автомобиль? А попаданец сможет построить вариатор до появления резьбового соединения и соответствующих токарных станков? Я очень хочу увидеть этот девайс!
На пароход? Кому нужен винт, что будет вращаться с мощностью в три лошадиные силы и скоростью меньше ста оборотов в минуту? Конечно, эти обороты — как раз обороты вращения гребного колеса, но гребное колесо — это рычаг, и чтобы его провернуть требуется немалый крутящий момент, даже поболее чем у винта. Конечно, можно построить гребное колесо сантиметров 60 в диаметре, но опять-таки очень хочу это увидеть!
На водяной насос? Да! Это его место! Там не надо ни высокой мощности, ни больших оборотов. Более того — необходимо очень долго держать постоянные обороты, а стирлинг в разнос не пойдет никогда. Самое оно!
И напомню — насосы нужны не только на шахтах. Насос, к примеру, работает в классическом холодильнике..
На электростанцию? Можно попробовать. С одной стороны — постоянные обороты. Если правильно подойти, то можно построить линейный генератор, который будет выдавать переменный ток заданной частоты. Стирлинг умеет держать обороты! Но с другой стороны — малая мощность. То есть если вам нужно электричество питать электролампочку и рентгеновский аппарат, ну и плюс зарядить мобилку — годится. А если требуется получать карбид кальция или алюминий — забудьте.
Крутить токарный станок? Да, годится. Только надо не забывать на каждый станок поставить свой стирлинг, ну и без редукторов тут не обойтись. Но если станок получился — на нем можно делать требуемые детали и повышать эффективность.
КПД стирлинга получается порядка 15-18%. Он не настолько высок, как следовало бы ожидать из-за того, что теплопередача идет черех стенку.
Как для паровика, это много.
Однако, использовать его можно только там, где нужно маломощный двигатель (маломощный, но не малоразмерный!). То есть там, где бы сейчас поставили электродвигатель.
В двигателе Стирлинга много подводных камней. Вот как выглядит реализация кинематической схемы, показанной выше.
И это — самая эффективная схема. Я сомневаюсь, что попаданец будет возиться с двумя валами, скорее всего обойдется классическим кривошипом и маховиком. Соосность будет хуже и достаточно быстро стирлинг начнет выпускать воздух, но разве это кого-то остановит?
Остальные схемы я приводить не буду — они сложнее. Хотя если вся технологическая база уже работает (читай «паровые машины в расцвете»), то и другие модели можно построить, стирлинги реально проще паровиков. И много безопасней. И поэтому дешевле. Вот только паровик стирлингу не заменить…