Рухавік Стырлінга

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Рухавік Стырлінга

Рухавік Стырлінга — паршнявы рухавік знешняга згарання, які працуе па тэрмадынамічнаму цыклу з ізатэрмічным сцісканнем і пашырэннем. У якасці рабочага цела выкарыстоўваецца газ.

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

Рухавік Стырлінга быў створаны шатландскім святаром Робертам Стырлінгам. Упершыню запатэнтаваны 27 верасня 1816 года (патэнт № 4081 на "машыну, якая вырабляе сілу руху з дапамогай нагрэтага паветра". Потым неаднаразова дапрацоўвалася і ў 1827 і 1840 гадах вынаходнік атрымаў яшчэ два патэнты (№ 5456 і 8652) на больш дасканалыя варыянты сваёй машына. Было зроблена некалькі рухавікоў для прамысловага ўжывання, адна з іх - на ліцейнам заводзе ў Данды (1845 год). Але тады "стырлінгі" не мелі поспеху з-за нізкай надзейнасці і невысокіх паказальнікаў, бо не было матэр'ялаў якія б маглі працаваць пры высокай тэмпературы і ціску. У 1938 годзе інжынеры кампаніі Philips прыстасавалі рухавік Стырлінга для прывада генератараў у неэлектрафаваных раёнах. А ў 1945 супрацоўнікі той жа кампаніі сталі выкарыстоўваць "стырлінгі" як халадзільную машыну: яны пры дапамозе электраматора раскруцілі вал рухавіка і ахладзілі галоўку. У 1972 быў пабудаваны экспераментальны аўтамабіль Ford Torino з чатырохцыліндровым "стырлінгам" магутнасцю 172 конскія сілы. Але рухавікі Стырлінга, у адрозненні ад рухавікоў унутранага згарання, не могуць быстра мяняць сваю магутнасць (гэты недахоп маюць і астатнія рухавікі знешняга згарання, бо каб адрэагаваць на змяненне цеплавога патоку ад крыніцы цяпла, якая месціца звонку, патрэбен час). Таму іх ужыванне на транспарце зараз абмяжоўваецца некаторымі мадэлямі падводных лодак і яхт (з-за бязшумнасці гэтых рухавікоў). У наш час NASA цікавіцца "стырлінгамі" ў якасці сродка для атрымання электрычнасці ў космасе.

Прынцып дзеяння[правіць | правіць зыходнік]

Рухавік Стырлінга - рухавік знешняга згарання, у якім працэс акіслення паліва адасоблены ад рабочага цела. У рухавіке Стырлінга адбываецца пераменны працэс нагрэву і ахалоджвання рабочага цела. У якасці рабочага цела выкарыстоўваецца газ (звычайна гэта паветра, вадарод або гелій). Стырлінг выкарыстоўваў перыядычнае змяненне тэмпературы газа, і для гэтага ён ужыў выцясняльны поршань (потым яго назавуць выцясняльнікам (па-руску: вытеснитель)). Выцясняльнік прымушае газ перамяшчацца ў адну з дзвух паласцей цыліндра (пры гэтым адна з іх знаходзіцца пры пастаяннай нізкай тэмпературы, другая - пастаяннай высокай. Калі выцясняльнік рухаецца ўверх, газ па каналам награвальніка і халадзільніка перамяшчаецца з гарачай поласці ў халодную. Калі выцясняльнік рухаецца ўніз газ вяртаецца тым жа шляхам у гарачую поласць. У першым выпадку газ павінен аддаваць вялікую колькасць цяпла халадзільніку. У другім - атрымліваць ад награвальніка раўную колькасць цяпла. Рэгенератар, які прадназначаны для прадухілення страт цяпла, размяшчаюць паміж награвальнікам і халадзільнікам. Ён уяўляе сабой нейкую поласць, якая запоўнена порыстым матэр'ялам, якому гарачы газ да таго, як паступіць у халадзільнік, аддае цяпло. Калі газ цячэ назад рэгенератар вяртае яму цяпло, якое было назапасена, да таго, як газ паступіць у награвальнік. Сістэма выцесняльніка, якая забаспечвае перыядычнасць нагрэву і ахалоджвання газа, злучана з рабочым поршнем, які сціскае газ у халоднай поласці і дазваляе яму расшырацца ў гарачай. Паколькі сцісканне газа адбываецца ў поласці з болей нізкай тэмпературай, чым пашырэнне, то адтрымліваецца карысная работа.

Канфігурацыі[правіць | правіць зыходнік]

Рухавік Стырлінга падзяляюць на тры тыпа: альфа, бэта, гама.

Альфа Стырлінг[правіць | правіць зыходнік]

Альфа Стырлінг мае два асобных сілавых поршня ў асобных цыліндрах. Адзін поршан — гарачы, другі — халодны. Цыліндр з гарачым поршнем знаходзіцца ў цеплаабменніку з больш высокай температурай, у той час як цыліндр з халодным поршнем знаходзіцца ў больш халодным цеплаабменніку. У гэтага тыпу рухавіка адносіна магутнасці да аб'ёму дастаткова высокая, але, нажаль, у Альфа Стырлінга ёсць шэраг тэхнічных недахопаў, якія вызваны высокай температурай «гарачага» поршня і яго ізаляцыі.

Ніжэй паказаны анімацыя альфа Стырлінга і яго стан у некаторых пунктах. Рэгенератар змешчаны ў трубцы, што злучае халодны і гарачы цыліндры і на схемах не паказаны. Крывашыпна-шатунны механізм паказаны спрошчана.

1. Большасць рабочага цела кантактуе з сценкай гарачага цыліндра, ён награваецца і пашыраецца, што прыводзіць у рух гарачы поршань. Калі ў гарачым поршне для газа больш не стае месца, ён паступова праходзіць і ў халодны цыліндр.
2. Газ зараз займае максімальны аб'ём. Поршань гарачага цыліндра пачынае за кошт энергіі руха халоднага поршня выштурхоўваць газ з гарачага цыліндра ў халодны, дзе ён ахалоджваецца.
Альфа Стырлінг, анімацыя.
3. Амаль увесь газ знаходзіцца ў халодным цыліндры, дзе ён працягвае ахалоджвацца. Па меры ахалоджвання, газ змяншае свой аб'ём і халодны поршань рухаецца ўніз.
4. Газ амаль увесь выцесніны ў гарачы поршань. Ён зараз займае мінімальны аб'ём і гатовы зноў паўтарыць цыкл.

Бэта Стырлінг[правіць | правіць зыходнік]

У рухавікоў бэта-тыпа цыліндр толькі адзін, гарачы з аднаго канца і халодны з іншага. Унутры цыліндра рухаюцца поршань (з якога знімаецца магутнасць) і "выцясняльнік", які змяняе аб'ём гарачай поласці. Газ перапампоўваецца з халоднай часткі цыліндра ў гарачую праз рэгенератар.

Ніжэй паказаны анімацыя бэта Стырлінга і яго стан у некаторых пунктах. Рэгенератар змешчаны ў трубцы, што злучае халодны і гарачы цыліндры і на схемах не паказаны. Крывашыпна-шатунны механізм паказаны спрошчана.

1. Поршань, з якога знімаецца магутнасць (пазначаны цёмна-шэрым колерам) непасрэдна перад гэтым момантам сціснуў газ, "выцясняльнік" (светла-шэры колер) перамясціўся ўверх, чым вымусіў газ перайсці з халоднага ў гарачы канец поршня.
2. Нагрэты газ павялічвае свой ціск і аб'ём і частка яго праз рэгенератар перамяшчаецца ў халодную частку цыліндра і штурхае рабочы поршань уверх. У гэты момант рухавік выпрацоўвае энергію.
3. Увесь газ перайшоў з гарачага ў халодны канец цыліндра.
4. За кошт рухаў выцясняльніка ўверх, а рабочага поршня ўніз газ выцясняецца з халоднага ў гарачы канец поршня, дзе ён награваецца і цыкл паўтараецца.
Бэта Стырлінг, анімацыя.

Гама Стырлінг[правіць | правіць зыходнік]

Гама Стырлінг У гама-тыпа таксама ёсць поршань і "выцясняльнік", але пры гэтым два цыліндра — адзін халодны (там рухаецца поршань, з якога знімаецца магутнасць), а другі гарачы з аднаго канца і халодны з іншага (там рухаецца выцясняльнік). Рэгенератар аб'ядноўвае гарачую частку другога цыліндра з халоднай і адначасова з першым (халодным) цыліндрам

Гама Стырлінг, анімацыя (рэгенератар не паказаны)

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]