Mis on Stirlingi mootor? Kuidas Stirlingi mootor töötab?

Mis on Stirlingi mootor? Kuidas Stirlingi mootor töötab? Kuidas avastati Stirlingi mootor? Millistes valdkondades seda kasutatakse? Kuidas muundatakse soojusenergia liikumisenergiaks? Üksikasjad Stirlingi mootorite kohta leiate meie artiklist.

Mis on Stirlingi mootor?

Stirlingi mootor on masin, mis muundab suletud kambri välisel kuumutamisel tekkiva energia mehaaniliseks energiaks. Tuntud ka kui kuumaõhumootor. Kui kuumutatud õhk paisub ja surub kokku, hakkab mootor liikuma. Selle leiutas 1816. aastal Šoti preester, austusväärne Robert Stirling. Mootori töötas välja tema vend James Stirling. Leiutajate ajal kasutati aurujõul töötavaid masinaid ja need olid üsna ohtlikud. Nad otsustasid leida usaldusväärsema alternatiivi. Nad tahtsid muuta soojusenergia otse liikumisenergiaks.

Mis on Stirlingi mootoris?

• Jõukolb (nihutaja): Selle eesmärk on gaasi liigutamine suletud kambris. Seda kasutatakse tavaliselt beeta- ja alfa-tüüpi mootorites.
• Kolb: See aitab muuta soojusenergiat mehaaniliseks energiaks, liikudes mootoris olevates silindrites.
• Hooratas: See on struktuur, mille külge kolvid on kinnitatud. Selle konstruktsiooni ülesandeks on genereeritud mehaanilise energia ülekandmine liikuvatele osadele.
• Jahuti: See aitab suletud kambris gaasi jahutada. See aitab mootoril pikemat aega kasutada.
• Kütteseade: See on mootori kõige olulisem osa. Seda kasutatakse gaasi soojendamiseks suletud kambris, et muuta soojusenergia liikumisenergiaks.

Lisaks saab seda mõne mootoritüübi puhul kasutada erinevates komponentides peale nende. See on täielikult arendajate otsustada.

Stirlingi mootori tööpõhimõte

Stirlingi mootor töötab isoleeritud koguse töögaasi (tavaliselt õhu või selliste gaaside nagu heelium, vesinik) korduval kuumutamisel ja jahutamisel.

Gaasil on gaasiseadustega määratletud käitumine (rõhu, temperatuuri ja mahu suhtes). Gaasi kuumutamisel, kuna see on isoleeritud ruumis, tõuseb selle rõhk ja see mõjutab jõukolvi, tekitades jõulöögi. Gaasi jahutamisel rõhk langeb ja selle tulemusena kasutab kolb osa tagasikäigul tehtud tööst gaasi uuesti kokkusurumiseks. Saadud võrgutöö tekitab spindlile jõu. Töögaas voolab perioodiliselt kuuma ja külma soojusvaheti vahel. Töögaas on suletud kolvisilindrite sees. Nii et heitgaasi siin pole. Erinevalt teist tüüpi kolbmootoritest pole klappe vaja.

Mõned Stirlingi mootorid kasutavad töögaasi külma ja kuuma paagi vahel edasi-tagasi liigutamiseks jaotuskolvi. Töögaas liigub hoides silindreid erinevatel temperatuuridel tänu sellele, et mitme silindri jõukolvid on omavahel ühendatud.

Päris Stirlingi mootorites asetatakse paakide vahele regeneraator. See soojus kantakse üle regeneraatorist, kui gaasitsükkel toimub kuuma ja külma poole vahel. Mõne konstruktsiooni puhul on eralduskolb regeneraator ise. See regeneraator aitab kaasa Stirlingi tsükli tõhususele. Struktuur, mida siin nimetatakse regeneraatoriks, on tegelikult kindel struktuur, mis ei takista õhu läbilaskmist. Selle töö jaoks saab kasutada näiteks teraskuule. Kui õhk liigub külma ja sooja ruumi vahel, siis läbib see regeneraatori. Enne kui kuum õhk jõuab külma osani, jätab see nendele pallidele veidi soojusenergiat. Kui külm õhk läheb kuuma poole, soojeneb see veidi varem vabanenud soojusenergiaga. Teisisõnu suurendab see mootori efektiivsust, soojendades õhku enne kuuma osa sisenemist ja eeljahutades enne külma osa sisenemist.

Ideaalsel Stirlingi mootoritsüklil on sama teoreetiline kasutegur kui Carnot’ soojusmootoril samade sisse- ja väljalasketemperatuuride korral. Selle termodünaamiline efektiivsus on kõrgem kui aurumasinatel. (või mõned lihtsad sisepõlemis- ja diiselmootorid)

Stirlingi mootorit saab toita iga soojusallikas. Välispõlemismootor, põlemine väljendis on sageli valesti mõistetud. Soojusallikaks võib olla põletamine, kuid see võib olla ka päikeseenergia, geotermiline energia või tuumaenergia. Samuti võivad temperatuuri erinevuse tekitamiseks kasutatavad külmaallikad olla erinevad materjalid, mis on ümbritsevast temperatuurist madalamad. Jahutust saab saavutada külma vee või külmutusagensi kasutamisega. Kuna aga külmaallikast saadav temperatuurierinevus on väike, nõuab see suuremate massidega töötamist ja pumpamisel tekkiv võimsuskadu vähendab tsükli efektiivsust Põlemissaadused ei puutu kokku mootori sisemiste osadega. Stirlingi mootori määrdeõli eluiga on pikem kui sisepõlemismootorites.

Stirlingi mootorite tüübid

Stirling-mootoreid on 3 peamist tüüpi. Muud mootoritüübid on 3 mootori täiustatud versioonid.

• Alfa tüüpi stirling mootor:

See koosneb kahest kolvist, hoorattast, suletud gaasikambrist koos kolbidega, soojusvahetitest, soojusgeneraatorist ja hoorattast. Selle eesmärk on aktiveerida selles olev gaas, soojendades soojusallikaga ülaosas asuvat kolvi pinda. Kuumutatud gaas hakkab kolvi edasi-tagasi lükkama, teine ​​ühendatud kolb hakkab liikuma, nii et kuum ja külm gaas nihkuvad kambris välja. Tekkiv energia kantakse üle hooratta abil, millega need kaks kolvi on ühendatud.

• Beeta tüüpi stirling mootor:

Samal võllil on 2 kolvi. Need kaks kolvi on üksteisega ühendatud. Kuumutades kambrit põhjas oleva kolviga, soojendatakse ja aktiveeritakse suletud kambris olev gaas. Sel viisil hakkab kolb ülespoole liikuma. Teine ühendatud kolb aitab ka külmal gaasil kambris liikuda. Hooratas, mille külge on kinnitatud kolvid, edastab tekkiva energia.

• Gamma tüüpi stirling mootor:

Seal on kaks eraldi kolvi. Suurema kolviga kambrit soojendatakse ja selles olev gaas aktiveeritakse. Nii hakkavad hoorattaga omavahel ühendatud kolvid liikuma.

Stirlingi mootorite eelised

• Kuna soojust rakendatakse väljastpoolt, saame täpselt juhtida kütuse ja õhu segu.
• Kuna soojuse saamiseks kasutatakse pidevat soojusallikat, on põlemata kütuse hulk väga väike.
• Seda tüüpi mootor vajab vähem hooldust ja määrimist kui mootoritüübid oma võimsustaseme juures.
• Need on sisepõlemismootoritega võrreldes üsna lihtsa ehitusega.
• Nad võivad töötada isegi madalal rõhul, nad on ohutumad kui auruallika masinad.
• Madal rõhk võimaldab kasutada kergemaid ja vastupidavamaid silindreid.

Stirlingi mootorite puudused

• Kulud on kütusesäästu mõttes kõrged, kuna vajalikku soojust on vaja mootori esimesel käivitamisel.
• Tema jõudu on üsna raske teisele tasemele viia.
• Mõned segavad mootorid ei saa kiiresti käivituda. Nad vajavad piisavalt soojust.
• Tavaliselt kasutatakse gaasilist vesinikku suletud kambris. Kui aga selle gaasi molekulid on üsna väikesed, on seda raske kambris hoida. Seetõttu seisame silmitsi lisakuludega.
• Jahedam osa peab neelama piisavalt soojust. Kui soojuskadu on liiga palju, siis mootori kasutegur langeb.

Stirlingi mootorite kasutusalad

Stirlingi mootoreid kasutatakse väikese võimsusega lennukimootorites, laevamootorites, soojuspumpades, soojuse ja elektri koostootmissüsteemides. Tänapäeval kasutatakse seda enamasti päikesepaneeliväljadel elektri tootmiseks.