Баштоо үчүн, Стирлинг фамилиясы Англияда жана Шотландияда кеңири таралган. Башкача айтканда, эгер Стирлинг сарайы бар болсо, анда эмне үчүн "Стирлинг мырза" болбосун? Жана дал ушундай адам - шотландиялык дин кызматчы Роберт Стерлинг, 1816 -жылдын 27 -сентябрында буу кыймылдаткычына эч кандай тиешеси жок моторго британиялык патент алган! Анын үстүнө, анын ысмындагы кыймылдаткыч уникалдуу болуп чыкты, анткени ал каалаган жылуулук булагынан иштей алат!
Роберт Стерлинг.
1843 -жылы уулу Жеймс Стирлинг инженер болуп иштеген заводдо атасынын кыймылдаткычын колдонгон. Ооба, буга чейин 1938 -жылы, кубаттуулугу 200 л.с. жана натыйжалуулугу 30 пайыз.
Бул кыймылдаткычтын иштөө принциби - жумушчу суюктукту таптакыр жабык цилиндрде алмаштыруу менен жылытуу жана муздатуу. Адатта жумушчу чөйрө аба, бирок суутек менен гелий, ошондой эле фреондор, азоттун диоксиди, суюлтулган пропан-бутан, ал тургай суу да колдонулушу мүмкүн. Мындан тышкары, ал термодинамикалык цикл бою суюк бойдон калат. Башкача айтканда, кыймылдаткычтын дизайны өтө жөнөкөй жана газдардын белгилүү касиетин колдонот: алардын көлөмү жылытуудан көбөйөт, ал эми муздатуудан улам азаят.
Көптөгөн үйдө жасалган стерлингдердин бири.
Стирлинг кыймылдаткычы "терлодинамикалык эффективдүүлүгү боюнча Карно циклинен жаман эмес, кээ бир артыкчылыктарга ээ болгон" Стирлинг циклин "колдонот. Кандай болбосун, бул бир нече сааттын ичинде кадимки калай банкадан жасалган жумушчу кыймылдаткычты алууга мүмкүндүк берген "Стирлинг цикли".
Бета Стирлинг түзмөгү.
"Стирлинг циклинин" өзү төрт негизги фазаны жана эки өткөөл мезгилди камтыйт: жылытуу, кеңейтүү, муздак булакка өтүү, муздатуу, кысуу жана жылуулук булагына өтүү. Ооба, биз жылытылган газдын көлөмүн кеңейтүү процессинде пайдалуу иштерди алабыз.
1 -фаза.
2 -этап.
3 -фаза.
4 -фаза.
Бета тибиндеги Стирлинг кыймылдаткычынын жумушчу цикли: а - орун алмаштыруучу поршень; б - жумушчу поршень; в - маховик; г - өрт (жылытуу аймагы); е - муздатуучу канаттар (муздатуу аймагы).
Бул мындай иштейт: эки цилиндр жана эки поршень бар. Жылуулуктун тышкы булагы - алар жыгачты, ал тургай газды күйгүзүүчү, ал тургай күндүн нурун күйгүзүшү мүмкүн - жылуулук алмашуу цилиндринин төмөнкү бөлүгүндөгү газдын температурасын жогорулатат. Кысым пайда болуп, ал иштөөчү поршенди өйдө карай түртөт, ал эми жылышуу поршени цилиндрдин дубалдарына такыр туура келбейт. Андан ары, дөңгөлөк жылып, аны ылдый түшүрөт.
Калай банкадан стирлинг схемасы.
Мында цилиндрдин түбүнөн ысык аба муздатуучу камерага кирет. Ал эми жумушчу камерада муздайт жана жыйрылат, андан кийин жумушчу поршень ылдый түшөт. Жылдыруучу поршень өйдө карай жылат, ошентип муздаган аба түбүнө жылат. Ошентип цикл кайталанат. Стирлингде жумушчу поршендин кыймылы орун алмаштыруучу поршенге салыштырмалуу 90 ° жылат.
Калай банкадан чуркап түшкөн сүрөт.
Убакыттын өтүшү менен грек алфавитинин тамгалары менен аталган "стилдин" көптөгөн түрдүү долбоорлору пайда болгон: альфа, бета, гамма, алар кызмат циклинде айырмачылыктарга ээ. Алардын ортосундагы негизги айырмачылыктар кичинекей жана цилиндрлердин жайгашуусуна жана поршендердин өлчөмүнө чейин.
Сызыктуу генератору бар Стирлинг кыймылдаткычы.
Alpha Stirlingде ар кандай цилиндрдеги эки өзүнчө күч поршендери бар: ысык жана муздак. Ысык поршендүү цилиндр температурасы жогору болгон жылуулук алмаштыргычта, муздак поршендүү цилиндр муздакта. Регенератор (б.а. жылуулук алмаштыргыч) ысык бөлүк менен муздак бөлүктүн ортосунда жайгашкан.
Бета Стерлингдин бир гана цилиндри бар, бир четинде ысык, экинчи четинде муздак. Поршень цилиндрдин ичинде (күч өчүрүлөт) жана анын ысык зонасынын көлөмүн өзгөрткөн орун которгучтун ичинде жылат. Газ цилиндрдин ысык учуна цилиндрдин суук учунан регенератор аркылуу айдалат.
Гамма Стирлингде ошондой эле поршень жана орун алмаштыргыч бар, жана эки цилиндр - суук (поршендин күчүн тартып турган жерден жылат) жана ысык (орун которгуч тиешелүү түрдө жылат). Регенератор тышкы, бул учурда ал экинчи цилиндрдин ысык бөлүгүн муздак менен жана биринчи (муздак) цилиндр менен байланыштырат. Бул учурда ички регенератор жер которгучтун бир бөлүгү болуп саналат.
Бул үч классикалык типке кирбеген Стирлинг кыймылдаткычынын сорттору бар: мисалы, агып кетүү көйгөйлөрү чечилген жана бурулуш механизми жок, айлануучу Стирлинг кыймылдаткычы.
Стрелингдин эмнеси жакшы жана эмне үчүн алар жаман? Биринчиден, алар бардык жерде жешет жана ар кандай температура айырмасын колдоно алышат, анын ичинде океандагы суунун ар кандай катмарларынын ортосундагы. Алардагы күйүү туруктуу мүнөзгө ээ, бул күйүүчү майдын эффективдүү күйүшүн камсыздайт, бул анын экологиялык жактан таза экени жогору экенин билдирет. Анын үстүнө, анын түтүгү жок. Аз ызы -чуу деңгээли - цилиндрлерде "жарылуу" болбойт. Азыраак дирилдөө, мисалы, бета стирлинг менен. Жумушчу суюктук стилдөө менен сарпталбайт. Кыймылдаткычтын дизайны өтө жөнөкөй, газ бөлүштүрүү механизмдерин талап кылбайт. Стартер керек эмес, редуктордун кереги жок сыяктуу.
Жөнөкөйлүк жана бир катар "назик" түйүндөрдүн жоктугу "стирлингге" ондогон жана жүз миңдеген саат үзгүлтүксүз иштөөдө башка бардык кыймылдаткычтар үчүн болуп көрбөгөндөй иштөөнү камсыздайт.
Швециянын "Готландия" суу алдындагы кемеси.
Стирлинг абдан үнөмдүү. Ошентип, күн энергиясын стерлинг аркылуу электр энергиясына айландыруу буу менен иштеген жылуулук кыймылдаткычтарына караганда жогорку натыйжалуулукту (31, 25%га чейин) берет. Бул үчүн "стилдөө" цилиндри дайыма ысытылып турушу үчүн күндү "ээрчиген" параболикалык күзгүнүн фокусуна коюлган. Дал ушундай Калифорниядагы инсталляцияда жогорудагы жыйынтык 2008 -жылы алынган, азыр стрелингде чоң күн станциясынын курулушу жүрүп жатат. Сиз аларды домна мештеринин кабыгына бекитип койсоңуз болот, андан кийин чоюндун тынымсыз эриши бизге көп … арзан энергия берет, анткени азыр бул жылуулук текке кетти!
Жалпысынан стилдөөдө бир гана кемчилик бар. Бул өтө ысып кетиши мүмкүн, анан ал дароо иштен чыгат. Мындан тышкары, жогорку эффективдүүлүккө жетүү үчүн газ цилиндрде өтө чоң басым астында болушу керек. Водород же гелий. Жана бул анын бардык жумушчу агрегаттарынын өзгөчө тактык жана атайын жогорку температурадагы май. Ооба, өлчөмдөр … күйүү камерасынын кереги жок. Стирлинг ансыз жашай албайт! Жана бул кошумча көлөм жана жылуулоо жана муздатуу системасы!
Сорю - Стирлинг кыймылдаткычтары менен иштеген япон суу алдында жүрүүчү кемеси.
Бирок, приоритеттердин өзгөрүшү Стирлинг кыймылдаткычтарына жол ачат окшойт. Эгерде биз экологиялык таза болууну биринчи планга койсок, анда ички күйүүчү кыймылдаткыч менен биротоло коштошууга болот. Мындан тышкары, аларга келечектүү күн электр станцияларын түзүүгө чоң үмүт артылган. Алар буга чейин туристтер үчүн автономдуу генератор катары колдонулуп келе жатат. Ал эми кээ бир ишканалар кадимки газ мешинин күйгүзүүчүсүнөн иштеген стерлинг өндүрүшүн түзүштү. НАСА ошондой эле ядролук жана радиоизотоптук жылуулук булактары менен иштөөчү Стирлингге негизделген генераторлордун варианттарын карап жатат. Тактап айтканда, НАСА пландаштырган Титандын космостук экспедициясында мындай генераторду электр генератору менен кошо колдонуу пландаштырылууда.
"Мен таштанды" - макет.
Кызыктуусу, эгер сиз Стирлинг кыймылдаткычын артка режимде иштетсеңиз, башкача айтканда, маханикти башка кыймылдаткычтан айландырсаңыз, анда ал муздаткыч катары иштейт (тескерисинче Стирлинг цикли) жана дал ушул машиналар абдан эффективдүү болуп чыкты суюлтулган газдарды өндүрүү үчүн.
Эми, бизде аскердик аянтча болгондуктан, Стирлингс өткөн кылымдын 60 -жылдарында швед суу алдындагы кемелеринде сыналганын белгилейбиз. Анан 1988-жылы Стирлингс Nakken классындагы суу асты кайыгынын негизги кыймылдаткычы болуп калган. Алар менен бирге ал 10 миң сааттан ашык суу астында сүзүп жүргөн. "Наккендин" артынан "Готланд" тибиндеги сериялык суу астында жүрүүчү кайыктар пайда болду, ал 20 күнгө чейин суу астында калууга мүмкүндүк берген Stirling кыймылдаткычтары менен жабдылган биринчи суу асты кайыктары болуп калды. Бүгүнкү күндө Швеция деңиз флотунун бардык суу астында жүрүүчү кемелеринде стирлинг кыймылдаткычтары бар, ал эми шведдик кеме куруучулар мындай кыймылдаткычтарды кадимки суу асты кемелерине орнотуунун баштапкы технологиясын иштеп чыгышкан, алардын ичине жаңы кыймылдаткыч системасы бар кошумча бөлүкчөнү кесип салышкан. Алар суюк кычкылтек менен иштешет, ал кайыкта дем алуу үчүн колдонулат жана ызы -чуунун деңгээли өтө төмөн экени белгиленет. Ооба, суу астында сүзүүчү кемеде жогоруда айтылган кемчиликтер (өлчөм жана муздатуу көйгөйү) олуттуу эмес. Шведдердин мисалы япондорго көңүл бурууга татыктуу көрүндү, эми Стирлингдер дагы "Сорю" классындагы япон суу астында жүрүүчү кемелеринде. Дал ушул кыймылдаткычтар бүгүнкү күндө 5-муундагы суу астында жүрүүчү кайыктар үчүн эң перспективдүү бардык режимдеги бирдиктүү кыймылдаткычтар катары эсептелет.
Пенза мамлекеттик университетинин студенти Николай Шевелевдин стили ушундай көрүнөт.
Эми бизде кандай "жаман жаштык" бар экени жөнүндө бир аз. 1 -сентябрда мен студенттерге - келечектеги инженер -инженерлерге келем, аларга салттуу суроолорду берем, алар эмнени окушат (иш жүзүндө эч нерсе!), Эмнени жакшы көрүшөт (мында абал анча жакшы эмес, бирок негизинен буттары бош эмес, башчысы эмес!), Алар кандай техникалык журналдарды билишет - "Жаш Техник", "Модель Дизайнер", "Илим жана Технология", "Популярдуу Механика" … (эч ким!), анан бир студент мага анын экенин айтат кыймылдаткычтарды жакшы көрөм. 20дан бири, бирок бул мурунтан эле бир нерсе! Анан ал мага Стирлинг кыймылдаткычын өзү жасаганын айтат. Мен мындай моторду кадимки калай банкадан кантип жасоону билем, бирок кийин ал алда канча эффективдүү нерсе кылганы белгилүү болду. Мен айтам: "Алып кел!" - жана ал алып келди. "Муну кантип кылганыңды сүрөттө!" - жана ал сүрөттөп берди, мен анын "эссесин" ушунчалык жакшы көргөндүктөн, мен аны бул жерде эч кандай өзгөртүүсүз жана кыскартууларсыз сунуштап жатам.
Иштин башталышы "чыгармачылык башаламандык".
«Мага технология дайыма жакчу, бирок өзгөчө моторлор. Мен чоң кызыгуу менен тейлөө, оңдоо жана ыңгайлаштыруу менен алектенем. Стирлинг кыймылдаткычы жөнүндө билгенден кийин, мага башка мотор сыяктуу кызыккан. Стилдөө дүйнөсү ушунчалык ар түрдүү жана чоң болгондуктан, аны аткаруунун бардык мүмкүн болгон варианттарын сүрөттөп берүү мүмкүн эмес. Башка эч бир кыймылдаткыч дизайн жагынан мындай ар түрдүүлүктү бербейт, эң негизгиси аны өзүңүз жасай аласыз.
Менде калай идиштен жана башка импровизацияланган каражаттардан кыймылдаткычтын моделин жасоо идеялары бар болчу, бирок "кандай болсо да жана эмнеден" жасоо менин эрежелеримде болгон эмес. Ошондуктан, мен бул ишти олуттуу кабыл алууну, теориялык жактан даярданууну чечтим. Мен интернеттеги адабияттарды изилдедим, бирок издөө каалаган натыйжага алып келген жок: макалаларды жана видеолорду карап чыгуу, бул мотордун моделдери үчүн чиймелердин жоктугу. Даяр моделдер өтө кымбат баада сатылды. Мындан тышкары, бардыгын өзүңүз жасоо, иштөө принцибин түшүнүү, мүчүлүштүктөрдү оңдоо жана тесттерди өткөрүү, бул кыймылдаткычтан пайдалуу жумуш алуу жана ал тургай аны экономикада колдонууну табууга болгон чоң каалоо.
"Бизнеске бурул!" (Акылдуу студент, ал бүтүндөй иш процессин эстелик катары тасмага түшүргөн. Азыркы, жаран, документалдуу фото далилдер … жана бул жерде!)
Мен форумдарда сурадым, алар мени менен адабиятты бөлүштү. Бул "Stirling Engines" китеби болчу (Авторлору: Г. Райдер жана C. Хупер). Бул кыймылдаткычтын бул түрүнүн бүт тарыхын, эмне үчүн тез өнүгүүнү токтотконун жана бул кыймылдаткычтар кайда колдонулганын чагылдырган. Китептен мен кыймылдаткычта болуп жаткан бардык процесстерди кененирээк билдим, кызыктырган суроолорго жооп таптым. Окуу кызыктуу болчу, бирок машыгууну кааладым. Албетте, гараждын моделдеринин чиймелери болгон эмес, ошондой эле интернетте, албетте, банкадан жана көбүктөн жасалган резинадан башка моделден башка.
Чоң бактыма жараша, стилистикалык моделдерди саткан адам мындай моделдерди жасоо боюнча курсту жарыялаган, ал аны ошол кезде 20 долларга койгон, мен ага кат жазып, курс үчүн акча төлөгөм. Бардык видеолорду көргөндөн кийин, алардын ар биринде стилдин белгилүү бир түрүн түшүндүрүп, мен гамма түрүнүн жогорку температурасындагы стилин так аткарууну чечтим. Ал мени өзүнүн дизайны, өзгөчөлүктөрү жана келбети менен кызыктыргандыктан. Видео курсунан мен цилиндрдин диаметри, поршендин диаметри, кандай тазалыктар, тегиздиктер болушу керектигин, өндүрүштө кандай материалдарды колдонуу керектигин, курулуштун айрым нюанстарын билдим. Бирок автордук кыймылдаткычтардын өлчөмдөрү эч жерде болгон эмес, болгону түйүндөрдүн өлчөмдөрүнүн катышы.
Мен өзүм айылда жашайм, шаар четинде десем болот, апам бухгалтер, атам жыгач уста, андыктан аларга мотор куруу боюнча кеңеш сурап кайрылуу туура эмес болгон. Мен жардам сурап коңшум Геннадий Валентиновичке кайрылдым, ал Кузнецк шаарындагы азыр кыйраган KZTM заводунда иштеген.
Жалпысынан алганда, кийинки күнү Геннадий Валентинович мага узундугу болжол менен 1 м жана диаметри 50 ммдей алюминийден жасалган боштукту алып келди. Мен абдан кубандым, керектүү боштуктарды кырып салдым, эртеси күнү мен күйүүчү моторумдун жылыткычын жана муздаткычын курчутуу үчүн мектепке бардым. Окутуучу токардык станокту курчутуп койдум (ал боюнча Ленин чоң атасы иштеген).
Албетте, ал жерде тактык жок болчу, жылыткычтын сырткы бөлүгү абдан жакшы болуп чыкты, бирок поршендин астындагы цилиндрдик бөлүгү конустун үстүндө болчу. Трудовик мага кызыксыз кескич ийилип турганын түшүндүрдү, анткени мындай нерселер үчүн машина кичинекей жана алсыз. Эми эмне кылуу керек деген суроо туулду … Апамдын ал кезде мурунку унаа оңдоочу завод болгон жеке ишканада бухгалтер болуп иштегени бактыга жараша болду. Валерий Александрович (бул заводдун директору) сонун адам болуп чыкты жана мага көп жардам берди, мага буга чейин профессионалдуу советтик машина жана мага жардам берген токарь берилген. Баары кызыктуу болуп, бир жумадан кийин дээрлик бардыгы даяр болду, моторду жыйноо башталды. Курулушта кызыктуу учурлар болгон, мисалы: маховик басылган вал башка заводдун так механика цехине берилген (подшипниктерге керектүү тактыкты алуу үчүн); муздаткыч токардык станокто курчутулду, ал эми бекиткичтер үчүн жерлер фрезердик станок менен жасалды, маховик тегирменде тегизделди. Бул мен үчүн абдан кызыктуу жана кызыктуу болду. Фабриканын жумушчулары мени студент деп ойлошуп, кандайдыр бир илимий эмгек жазып жатам. Кечке чейин заводдо отурдум, алар мени Валерий Александровичтин кызматтык машинасы менен үйгө алып келишти. Кыймылдаткыч заводдун жумушчуларынын чоң чөйрөсүндө иштей баштады, бардыгы абдан кызыгышты. Учуу ийгиликтүү болду, бирок мотор начар иштеп жаткан.
Жыйынтык келишимге таандык! Сыноо учурунда стенддин бурчу күйүп кеткен.
Кемчиликтер ачылды, пластикалык илгичтер фторопластиктерге алмаштырылды, маханик жеңилдетилди жана тең салмакталды, поршень жылуулукту төмөн берүү үчүн фторопластикалык тиркемени алды жана муздаткыч чоңураак муздатуучу аянтка айланды. Так жөндөлгөндөн кийин, мотор техникалык көрсөткүчтөрүн бир топ жакшыртты.
Мен өзүм сүйүндүм. Достор менин үйүмө келгенде, биринчи алар ага келип, баштоону суранышат. Геннадий Валентинович стильди өз ишине көрсөтүү үчүн айдады, баары абдан кызыгышты, кимдир бирөөнү чакыруунун деле кереги жок, баары келип, карап, кызыгып кетишти ».
Жаштын аты Николай Шевелев, ал топтун башчысы. Мен аны деканга алып бардым, үчөөбүз абдан жакшы сүйлөштүк. Анан мен адамзаттын илимий -техникалык прогресс жолунда алга жылышы үчүн дүйнө калкынын 2% гана жетиштүү деген статистиканы эстедим. Мен студенттердин жалпы санын санадым жана түшүндүм … ашыкча тынчсыздануунун кажети жок. Николай сыяктуу адамдар менен, биз үчүн прогресс дагы эле кепилденет!
