Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для адиабатического цикла Стирлинга см. Цикл Стирлинга .

Двигатель Стирлинга типа "Альфа". Есть два цилиндра. В цилиндре расширения (красный) поддерживается высокая температура, в то время как цилиндр сжатия (синий) охлаждается. В проходе между двумя цилиндрами находится регенератор.
Двигатель Стирлинга бета-типа, только с одним цилиндром, горячим с одного конца и холодным с другого. Буйковый уровнемер с неплотной посадкой направляет воздух между горячим и холодным концом цилиндра. Силовой поршень на открытом конце цилиндра приводит в движение маховик.

Двигатель Стирлинга является тепловой двигатель , который приводится в действие с помощью циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа ( рабочей жидкости ) при различных температурах, что приводит к суммарной конверсии тепловой энергии в механическую работу . [1] [2] Более конкретно, двигатель Стирлинга представляет собой регенеративный тепловой двигатель замкнутого цикла с постоянной газообразной рабочей жидкостью. Замкнутый цикл в данном контексте означает термодинамическую систему, в которой рабочая жидкость постоянно находится внутри системы, а регенеративная описывает использование внутреннего типа определенного типа.теплообменник и тепловой аккумулятор, известный как регенератор . Строго говоря, включение регенератора - это то, что отличает двигатель Стирлинга от других двигателей с горячим воздухом замкнутого цикла . [3]

Первоначально задуманный в 1816 году [4] как промышленный двигатель, способный конкурировать с паровым двигателем , его практическое использование в основном ограничивалось маломощными бытовыми приложениями на протяжении более века. [5] Однако современные инвестиции в возобновляемые источники энергии , особенно в солнечную , повысили эффективность концентрированной солнечной энергии .

История [ править ]

Ранние двигатели горячего воздуха [ править ]

Роберт Стирлинг считается одним из отцов двигателей горячего воздуха, несмотря на некоторых более ранних предшественников, в частности Амонтона [6] , которым удалось построить в 1816 году первый действующий двигатель горячего воздуха. [ необходима цитата ]

Позже за Стирлингом последовал Кэли. [7] Этот тип двигателя был из тех, в которых огонь был замкнутым и питался воздухом, закачиваемым под решеткой в ​​количестве, достаточном для поддержания горения, в то время как большая часть воздуха поступает над огнем, чтобы нагреть и нагреть его. расширенный; все вместе с продуктами сгорания затем воздействует на поршень и проходит через рабочий цилиндр; и операция представляет собой только простую смесь, поверхность нагрева металла не требуется, воздух, который необходимо нагреть, приводится в непосредственный контакт с огнем. [ необходима цитата ]

Стирлинг изобрел первый воздушный двигатель в 1816 году. [8] Принцип работы воздушного двигателя Стирлинга отличается от принципа работы сэра Джорджа Кэли (1807), в котором воздух проходит через топку и выпускается, тогда как в двигателе Стирлинга воздух проходит через печь. работает по замкнутой цепи. Именно ей изобретатель уделял больше всего внимания. [ необходима цитата ]

Двигатель мощностью 2 лошадиных силы (1,5 кВт), построенный в 1818 году для откачки воды в карьере Эйршира, продолжал работать некоторое время, пока неосторожный помощник не позволил обогревателю перегреться. Этот эксперимент доказал изобретателю, что из-за доступного низкого рабочего давления двигатель может быть адаптирован только для малых мощностей, на которые в то время не было спроса. [ необходима цитата ]

Патент Стирлинга 1816 года [9] также касается «экономайзера», который является предшественником регенератора. В этом патенте (№4081) он описывает технологию «экономайзера» и несколько приложений, в которых такая технология может быть использована. Из них вышло новое устройство для двигателя горячего воздуха. [ необходима цитата ]

В 1818 году был построен один двигатель для откачки воды из карьера в Эйршире, но из-за технических проблем двигатель на время был заброшен. [ необходима цитата ]

Стирлинг запатентовал второй двигатель горячего воздуха вместе со своим братом Джеймсом в 1827 году. [10] Они изменили конструкцию так, чтобы горячие концы вытеснителей находились под оборудованием, и добавили насос сжатого воздуха, чтобы воздух внутри мог быть увеличен. под давлением примерно до 20 стандартных атмосфер (2000 кПа). [ необходима цитата ]

За двумя братьями Стирлингом последовали вскоре после (1828 г.) Паркинсон и Кроссли [11] и Арнотт [12] в 1829 г. [ цитата необходима ]

Эти предшественники, к которым следует добавить Эрикссон [13] , принесли миру технологию двигателей с горячим воздухом и их огромные преимущества перед паровыми двигателями. У каждого из них была своя собственная технология, и хотя двигатель Стирлинга и двигатели Паркинсона и Кроссли были очень похожи, Роберт Стирлинг отличился тем, что изобрел регенератор. [ необходима цитата ]

Паркинсон и Кросли ввели принцип использования воздуха большей плотности, чем плотность атмосферы, и таким образом получили двигатель большей мощности в том же компасе. Джеймс Стирлинг последовал той же идее, когда построил знаменитый двигатель Данди. [14]

Патент Стирлинга 1827 года был основой третьего патента Стирлинга 1840 года. [15] Изменения по сравнению с патентом 1827 года были незначительными, но существенными, и этот третий патент привел к созданию двигателя Данди. [16]

Джеймс Стирлинг представил свой двигатель Институту инженеров-строителей в 1845 году. [17] Первый двигатель такого типа, который после различных модификаций был эффективно сконструирован и обогревается, имел цилиндр диаметром 30 сантиметров (12 дюймов) и длина хода 60 сантиметров (2 фута), а совершается 40 гребков или оборотов в минуту (40 об / мин). Этот двигатель перемещал все оборудование на заводах Dundee Foundry Company в течение восьми или десяти месяцев, и ранее было обнаружено, что он способен поднимать 320 000 кг (700 000 фунтов) 60 см (2 фута) за минуту, мощность приблизительно 16 киловатт (21 л.с. ). [ необходима цитата ]

Обнаружив, что этой мощности недостаточно для своих работ, Dundee Foundry Company построила второй двигатель с цилиндром диаметром 40 сантиметров (16 дюймов), ходом 1,2 метра (4 фута) и совершением 28 ходов в минуту. Когда этот двигатель проработал в непрерывном режиме более двух лет, он не только наиболее удовлетворительно выполнял работу литейного цеха, но и был испытан (с помощью фрикционного тормоза на третьем двигателе) до степени подъема почти 687 тонн (1500000 фунтов ), мощность около 34 киловатт (45 лошадиных сил). [ необходима цитата ]

Это дает потребление 1,2 килограмма (2,7 фунта) на каждую лошадиную силу в час; но когда двигатель не был полностью нагружен, потребление было значительно ниже 1,1 килограмма (2,5 фунта) на одну лошадиную силу в час. Эти характеристики были на уровне лучших паровых машин, КПД которых составлял около 10%. После Джеймса Стирлинга такая эффективность была возможна только благодаря использованию экономайзера (или регенератора). [ необходима цитата ]

Изобретение и раннее развитие [ править ]

Иллюстрация из заявки Роберта Стирлинга 1816 года на конструкцию воздушного двигателя, который позже стал известен как двигатель Стирлинга.

Двигатель Стирлинга (или воздушный двигатель Стирлинга, как он был известен в то время) был изобретен и запатентован в 1816 году. [18] Он последовал за более ранними попытками создания воздушного двигателя, но, вероятно, впервые был применен на практике, когда в 1818 году Двигатель, построенный Стирлингом, использовался для перекачки воды в карьере . [19] Основным предметом первоначального патента Стирлинга был теплообменник, который он назвал « экономайзером » за повышение экономии топлива в различных областях применения. В патенте также подробно описано использование одного из видов экономайзера в его уникальной конструкции воздушного двигателя с замкнутым циклом [20], в которой он теперь широко известен как "Регенератор ». Последующая разработка Робертом Стирлингом и его братом Джеймсом , инженером, привела к получению патентов на различные улучшенные конфигурации исходного двигателя, включая наддув, который к 1843 году имел достаточно увеличенную выходную мощность, чтобы приводить в действие все механизмы на литейном заводе в Данди . [21]

Хотя это оспаривается [22], широко распространено мнение, что целью изобретателя была не только экономия топлива, но и создание более безопасной альтернативы паровым двигателям того времени [23] , котлы которых часто взрывались, вызывая множество травм и травм. со смертельным исходом. [24] [25]

Необходимость в двигателях Стирлинга работать при очень высоких температурах для максимальной мощности и эффективности выявила ограничения в материалах того времени, и немногие двигатели, которые были построены в те первые годы, терпели неприемлемо частые отказы (хотя и с гораздо менее катастрофическими последствиями, чем взрывы котлов). ). [26] Например, литейный двигатель Данди был заменен паровым после трех отказов горячего цилиндра за четыре года. [27]

Позже девятнадцатого века [ править ]

Типичный водяной насос конца девятнадцатого - начала двадцатого века от Rider-Ericsson Engine Company .

После замены литейного двигателя в Данди нет никаких свидетельств того, что братья Стирлинг в дальнейшем участвовали в разработке пневматических двигателей, а двигатель Стирлинга больше никогда не конкурировал с паром в качестве источника энергии в промышленных масштабах. (Паровые котлы становились более безопасными [28], а паровые двигатели - более эффективными, таким образом представляя меньшую цель для конкурирующих первичных двигателей). Однако, начиная примерно с 1860 года, меньшие двигатели типа Стирлинга / горячего воздуха производились в значительном количестве для приложений, в которых требовались надежные источники малой и средней мощности, такие как перекачивание воздуха для церковных органов или подъем воды. [29]Эти двигатели меньшего размера обычно работали при более низких температурах, чтобы не облагать налогом доступные материалы, и поэтому были относительно неэффективными. Их аргумент заключался в том, что в отличие от паровых двигателей, ими мог безопасно управлять любой, кто способен справиться с пожаром. [30] Некоторые типы оставались в производстве после конца века, но, за исключением нескольких незначительных механических улучшений, конструкция двигателя Стирлинга в целом в этот период не развивалась. [31]

Возрождение 20-го века [ править ]

В начале 20 века роль двигателя Стирлинга как «отечественного двигателя» [32] постепенно перешла к электродвигателям и небольшим двигателям внутреннего сгорания . К концу 1930-х годов о нем почти забыли, производили только игрушки и несколько маленьких вентиляторов. [33]

Примерно в то же время Philips стремилась расширить продажи своих радиоприемников в тех частях мира, где электросеть и батареи не всегда были доступны. Руководство Philips решило, что предложение портативного генератора малой мощности будет способствовать таким продажам, и попросило группу инженеров в исследовательской лаборатории компании в Эйндховене оценить альтернативные способы достижения этой цели. После систематического сравнения различных первичных двигателей команда решила продолжить разработку двигателя Стирлинга, сославшись на его тихую работу (как на слух, так и с точки зрения радиопомех) и способность работать от различных источников тепла (обычное масло для ламп - " дешево и доступно везде », - отметили). [34]Они также знали, что, в отличие от паровых двигателей и двигателей внутреннего сгорания, в течение многих лет практически не проводились серьезные опытно-конструкторские работы над двигателем Стирлинга, и утверждали, что современные материалы и ноу-хау должны способствовать значительным улучшениям. [35]

Генератор Стирлинга Philips MP1002CA 1951 года.

К 1951 году генераторная установка мощностью 180/200 Вт, получившая обозначение MP1002CA (известная как «Комплект бунгало»), была готова к производству, и была запланирована первая партия в 250 штук, но вскоре стало ясно, что они не могут быть произведены по конкурентоспособной цене. Кроме того, появление транзисторных радиоприемников и их гораздо более низкое энергопотребление означало, что первоначальное обоснование для этого набора исчезло. В итоге было произведено около 150 таких наборов. [36] Некоторые из них поступили на инженерные факультеты университетов и колледжей по всему миру [37], давая поколениям студентов ценное представление о двигателе Стирлинга. [ необходима цитата ]

Параллельно с комплектом Bungalow компания Philips разработала экспериментальные двигатели Стирлинга для самых разных применений и продолжала работать в этой области до конца 1970-х годов, но добилась коммерческого успеха только с криокулером « реверсивный двигатель Стирлинга» . Однако они зарегистрировали большое количество патентов и собрали огромное количество информации, которую они передали по лицензии другим компаниям и которая легла в основу большей части разработок в современную эпоху. [38]

В 1996 году шведский флот сдал в эксплуатацию три подводные лодки типа «Готланд» . На поверхности эти лодки приводятся в движение судовыми дизельными двигателями. Однако, когда они погружены в воду, они используют генератор Стирлинга, разработанный шведским судостроителем Kockums, для подзарядки батарей и обеспечения электрической энергией для движения. [39] Подача жидкого кислорода осуществляется для поддержки сжигания дизельного топлива для питания двигателя. Двигатель Стирлинга также установлены на шведский Södermanland подводных лодок класса , то Арчер класса подводных лодок в службе в Сингапуре и, лицензии , построенный Kawasaki Heavy Industries для японских подводных лодок Soryu класса. В подводной лодке двигатель Стирлинга имеет то преимущество, что он работает исключительно тихо. [ необходима цитата ]

Основной компонент микрогенераторов тепла и электроэнергии (ТЭЦ) может быть образован двигателем цикла Стирлинга, поскольку они более эффективны и безопасны, чем сопоставимые паровые двигатели. К 2003 году блоки ТЭЦ коммерчески устанавливались в домашних хозяйствах. [40]

На рубеже 21 века двигатели Стирлинга использовались в антенной версии систем Concentrated Solar Power . Зеркальная тарелка, похожая на очень большую спутниковую тарелку, направляет и концентрирует солнечный свет на тепловом приемнике, который поглощает и собирает тепло и с помощью жидкости передает его в двигатель Стирлинга. Полученная механическая энергия затем используется для запуска генератора или генератора переменного тока для производства электроэнергии. [41]

В 2013 году была опубликована статья о законах масштабирования свободнопоршневых двигателей Стирлинга на основе шести характеристических безразмерных групп . [42]

Имя и классификация [ править ]

Двигатель Стирлинга работает.

Роберт Стирлинг запатентовал первый практический пример воздушного двигателя с замкнутым циклом в 1816 году, и еще в 1884 году Флиминг Дженкин предложил, чтобы все такие двигатели в общем назывались двигателями Стирлинга. Это предложение по названию не нашло особой поддержки, и различные типы, представленные на рынке, продолжали быть известны по именам их отдельных конструкторов или производителей, например, двигатель Райдера, Робинсона или (горячий) воздушный двигатель Хейнрици. В 1940-х годах компания Philips искала подходящее название для своей собственной версии «воздушного двигателя», который к тому времени испытывался с рабочими жидкостями, отличными от воздуха, и в апреле 1945 года остановила свой выбор на «двигателе Стирлинга» [43]. ]Тем не менее, почти тридцать лет спустя Грэм Уокер все еще имел повод оплакивать тот факт, что такие термины, как двигатель горячего воздуха, остались взаимозаменяемыми с двигателем Стирлинга , который сам по себе применялся широко и без разбора [44], и эта ситуация сохраняется. [45]

Как и паровой двигатель, двигатель Стирлинга традиционно классифицируется как двигатель внешнего сгорания , поскольку вся теплопередача к рабочему телу и от него происходит через твердую границу (теплообменник), таким образом изолируя процесс сгорания и любые загрязнения, которые он может выделять из рабочие части двигателя. Это контрастирует с двигателем внутреннего сгорания, где подвод тепла происходит за счет сгорания топлива в теле рабочего тела. Большинство из многих возможных реализаций двигателя Стирлинга относятся к категории поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением . [ необходима цитата ]

Двигатель Стирлинга [3] является тепловым двигателем , который работает путем циклическим сжатием и расширением воздуха или другого газа ( рабочая жидкость ) при различных температурах, например , что существует сеть преобразование тепловой энергии в механическую работу . [1] [2] Более конкретно, двигатель Стирлинга представляет собой регенеративный тепловой двигатель замкнутого цикла с постоянно газообразной рабочей жидкостью. Замкнутый цикл в данном контексте означает термодинамическую систему, в которой рабочая жидкость постоянно находится внутри системы, а регенеративная описывает использование внутреннего типа определенного типа.теплообменник и тепловой аккумулятор, известный как регенератор . Строго говоря, включение регенератора - это то, что отличает двигатель Стирлинга от других двигателей с горячим воздухом замкнутого цикла . [46]

Двигатели Стирлинга по определению не могут достичь полного КПД, типичного для двигателя внутреннего сгорания., основным ограничением является тепловая эффективность. Во время внутреннего сгорания температуры достигают примерно 1500–1600 ° C в течение короткого периода времени, что приводит к более высокой средней температуре подачи тепла в термодинамическом цикле, чем может достичь любой двигатель Стирлинга. Невозможно подавать тепло при таких высоких температурах за счет теплопроводности, как это делается в двигателях Стирлинга, потому что ни один материал не может проводить тепло от сгорания при такой высокой температуре без огромных потерь тепла и проблем, связанных с тепловой деформацией материалов. Двигатели Стирлинга работают бесшумно и могут использовать практически любой источник тепла. Источник тепловой энергии вырабатывается вне двигателя Стирлинга, а не за счет внутреннего сгорания, как в цикле Отто или дизельном цикле.двигатели. Этот тип двигателя в настоящее время вызывает интерес как основной компонент микрогенераторов тепла и электроэнергии (ТЭЦ), в которых он более эффективен и безопасен, чем сопоставимый паровой двигатель. [47] [48] Однако, он имеет низкий коэффициент мощности к весу , [49] делает его более подходящим для использования в статических установках , где пространство и вес не являются с премией. [ необходима цитата ]

Функциональное описание [ править ]

Двигатель сконструирован таким образом, что рабочий газ обычно сжимается в более холодной части двигателя и расширяется в более горячей части, что приводит к чистому преобразованию тепла в работу . [2] Внутренний регенеративный теплообменник увеличивает тепловой КПД двигателя Стирлинга по сравнению с более простыми двигателями с горячим воздухом, в которых эта функция отсутствует.

Ключевые компоненты [ править ]

Схема в разрезе ромбической бета-конфигурации двигателя Стирлинга:
  1.   Стенка горячего цилиндра
  2.   Стенка холодного цилиндра
  3.   Впускные и выпускные трубы охлаждающей жидкости
  4.   Теплоизоляция, разделяющая два конца цилиндра
  5.   буек поршень
  6.   Силовой поршень
  7.   Кривошип и маховики
Не показано: источник тепла и радиаторы. В этой конструкции поршень буйка выполнен без специального регенератора .

Вследствие работы в замкнутом цикле тепло, приводящее в действие двигатель Стирлинга, должно передаваться от источника тепла к рабочей жидкости через теплообменники и, наконец, к радиатору . Система двигателя Стирлинга имеет по крайней мере один источник тепла, один радиатор и до пяти теплообменников. Некоторые типы могут сочетать или обходиться без некоторых из них. [ необходима цитата ]

Источник тепла [ править ]

Параболическое зеркало с точечной фокусировкой с двигателем Стирлинга в центре и устройством слежения за солнечными лучами в Plataforma Solar de Almería (PSA) в Испании.
Блюдо Стирлинг от SES.

Источником тепла может служить сгорание топлива, и, поскольку продукты сгорания не смешиваются с рабочей жидкостью и, следовательно, не вступают в контакт с внутренними частями двигателя, двигатель Стирлинга может работать на топливе, которое может повредить внутренние устройства других типов двигателей, такие как свалочный газ , который может содержать силоксан, который может осаждать абразивный диоксид кремния в обычных двигателях. [50]

Другие подходящие источники тепла включают концентрированную солнечную энергию , геотермальную энергию , ядерную энергию , отходящее тепло и биоэнергию . Если в качестве источника тепла используется солнечная энергия, можно использовать обычные солнечные зеркала и солнечные тарелки. Использование линз Френеля и зеркал также пропагандируется, например, при исследовании поверхности планет. [51] Двигатели Стирлинга, работающие на солнечных батареях, становятся все более популярными, поскольку они предлагают экологически безопасный вариант производства энергии, в то время как некоторые конструкции экономически привлекательны для проектов развития. [52]

Нагреватель / теплообменник горячей стороны [ править ]

В небольших двигателях малой мощности он может просто состоять из стенок горячего пространства (а), но там, где требуется большая мощность, требуется большая площадь поверхности для передачи достаточного количества тепла. Типичными вариантами реализации являются внутренние и внешние ребра или несколько труб малого диаметра. [ необходима цитата ]

При разработке теплообменников двигателя Стирлинга достигается баланс между высокой теплопередачей с низкими вязкостными насосными потерями и малым мертвым пространством (непромокаемый внутренний объем). Двигатели, работающие при высоких мощностях и давлениях, требуют, чтобы теплообменники на горячей стороне были сделаны из сплавов, которые сохраняют значительную прочность при высоких температурах и не подвержены коррозии и ползучести . [ необходима цитата ]

Регенератор [ править ]

Основная статья: Регенеративный теплообменник

В двигателе Стирлинга регенератор представляет собой внутренний теплообменник и временный накопитель тепла, расположенный между горячим и холодным пространством, так что рабочая жидкость проходит через него сначала в одном направлении, затем в другом, забирая тепло от жидкости в одном направлении и возвращаясь. это в другом. Он может быть таким же простым, как металлическая сетка или пенопласт, и имеет большую площадь поверхности, высокую теплоемкость, низкую проводимость и низкое трение потока. [53] Его функция состоит в том, чтобы удерживать в системе то тепло, которое в противном случае передавалось бы с окружающей средой при температурах, промежуточных между максимальной и минимальной циклическими температурами, [54], таким образом, обеспечивая тепловой КПД цикла (но не любого практического двигателя. [55] ), чтобы приблизиться к предельномуЭффективность Карно . [ необходима цитата ]

Первичный эффект регенерации в двигателе Стирлинга заключается в повышении теплового КПД за счет «рециркуляции» внутреннего тепла, которое в противном случае необратимо прошло бы через двигатель . В качестве вторичного эффекта повышенный термический КПД приводит к более высокой выходной мощности от данного набора теплообменников горячего и холодного конца. Обычно они ограничивают тепловыделение двигателя. На практике эта дополнительная мощность не может быть полностью реализована, поскольку дополнительное «мертвое пространство» (непромашенный объем) и насосные потери, присущие практическим регенераторам, снижают потенциальный выигрыш в эффективности от регенерации. [ необходима цитата ]

Задача конструкции регенератора двигателя Стирлинга состоит в том, чтобы обеспечить достаточную теплопередающую способность без введения слишком большого дополнительного внутреннего объема («мертвого пространства») или сопротивления потоку. Эти врожденные конфликты конструкции являются одним из многих факторов, ограничивающих эффективность практических двигателей Стирлинга. Типичная конструкция представляет собой пакет тонких металлических проволочных сеток с низкой пористостью для уменьшения мертвого пространства и с осями проволоки, перпендикулярными потоку газа, чтобы уменьшить проводимость в этом направлении и максимизировать конвективную теплопередачу. [56]

Регенератор - ключевой компонент, изобретенный Робертом Стирлингом, и его присутствие отличает настоящий двигатель Стирлинга от любого другого двигателя с замкнутым циклом горячего воздуха . Многие небольшие «игрушечные» двигатели Стирлинга, особенно типы с низкотемпературным перепадом (LTD), не имеют отдельного компонента регенератора и могут считаться двигателями горячего воздуха; однако небольшая регенерация обеспечивается поверхностью самого вытеснителя и ближайшей стенкой цилиндра или, аналогично, каналом, соединяющим горячий и холодный цилиндры двигателя с альфа-конфигурацией. [ необходима цитата ]

Теплообменник охладителя / холодной стороны [ править ]

В небольших двигателях малой мощности он может просто состоять из стенок холодного пространства (а), но там, где требуется большая мощность, необходим охладитель, использующий жидкость, подобную воде, для передачи достаточного количества тепла. [ необходима цитата ]

Радиатор [ править ]

Чем больше разница температур между горячей и холодной секциями двигателя Стирлинга, тем выше эффективность двигателя. Радиатор обычно представляет собой среду, в которой работает двигатель, при температуре окружающей среды. В случае двигателей средней и большой мощности требуется радиатор для передачи тепла от двигателя в окружающий воздух. Преимущество судовых двигателей заключается в использовании прохладной морской, озерной или речной воды, которая обычно холоднее, чем окружающий воздух. В случае комбинированных теплоэнергетических систем охлаждающая вода двигателя прямо или косвенно используется для отопления, повышая эффективность. [ необходима цитата ]

В качестве альтернативы, тепло может подаваться при температуре окружающей среды, а теплоотвод поддерживается при более низкой температуре с помощью таких средств, как криогенная жидкость (см. Экономия жидкого азота ) или ледяная вода. [ необходима цитата ]

Displacer [ править ]

Вытеснитель представляет собой поршневой специальный, используемый в двигателях Стирлинга типа Beta и Gamma для перемещения рабочего газа вперед и назад между горячим и холодным теплообменниками. В зависимости от типа конструкции двигателя буйковый уровнемер может быть или не быть прилегающим к цилиндру; то есть, он может быть неплотно прилегающим к цилиндру, позволяя рабочему газу проходить вокруг него, когда он перемещается, занимая часть цилиндра за его пределами. Двигатель типа Alpha имеет высокую нагрузку на горячую сторону, поэтому так мало изобретателей начали использовать гибридный поршень для этой стороны. Гибридный поршень имеет герметичную часть, как и обычный двигатель типа Alpha, но он имеет присоединенную к буйку часть меньшего диаметра, чем цилиндр вокруг него. Степень сжатия немного меньше, чем в оригинальных двигателях типа Alpha, но коэффициент нагрузки на герметичные детали довольно низкий. [ цитата необходима]

Конфигурации [ править ]

Три основных типа двигателей Стирлинга различаются тем, как они перемещают воздух между горячими и холодными зонами: [ необходима цитата ]

  1. Альфа - конфигурация имеет два силовых поршней, один в горячем цилиндре, один в холодном цилиндре, и газ приводится в движение между этими двумя поршнями; Обычно он имеет V-образную форму с поршнями, соединенными в одной точке на коленчатом валу.
  2. Бета - конфигурация имеет один цилиндр с горячим концом и холодным концом, содержащий поршень , мощности и «буйком» , который приводит в движении газа между горячими и холодными концами. Обычно он используется с ромбическим приводом для достижения разности фаз между буйком и силовыми поршнями, но они могут быть соединены на 90 градусов не совпадающими по фазе на коленчатом валу.
  3. Гамма - конфигурация имеет два цилиндра: один , содержащий буек, с горячим и холодным концом, и один для силового поршня; они соединены в единое пространство, поэтому в цилиндрах одинаковое давление; поршни обычно параллельны и соединены на 90 градусов на коленчатом валу не по фазе.

Операция альфа-конфигурации [ править ]

Альфа Стирлинг содержит два силовых поршней в отдельных цилиндрах, один горячий и один холоде. Горячий цилиндр расположен внутри высокотемпературного теплообменника, а холодный цилиндр расположен внутри низкотемпературного теплообменника. Этот тип двигателя имеет высокое отношение мощности к объему, но имеет технические проблемы из-за обычно высокой температуры горячего поршня и долговечности его уплотнений. [57] На практике этот поршень обычно имеет большую изолирующую головку, чтобы отодвинуть уплотнения от горячей зоны за счет некоторого дополнительного мертвого пространства. Угол поворота коленчатого вала имеет большое влияние на эффективность, и лучший угол часто должен быть найден экспериментально. Часто блокируется угол 90 °. [ необходима цитата ]

На следующих схемах не показаны внутренние теплообменники в пространствах сжатия и расширения, которые необходимы для выработки энергии. Регенератор будет размещен в трубе , соединяющей два цилиндра. [ необходима цитата ]


1. Большая часть рабочего газа находится в горячем цилиндре и больше контактирует со стенками горячего цилиндра. Это приводит к общему нагреву газа. Его давление увеличивается, и газ расширяется. Поскольку горячий цилиндр имеет максимальный объем, а холодный цилиндр находится в верхней части своего хода (минимальный объем), объем системы увеличивается за счет расширения в холодный цилиндр.

2. Система находится в максимальном объеме, и газ больше контактирует с холодным цилиндром. Это охлаждает газ, понижая его давление. Из-за импульса маховика или других пар поршней на одном валу горячий цилиндр начинает движение вверх, уменьшая объем системы.

3. Теперь почти весь газ находится в холодном баллоне, и охлаждение продолжается. Это продолжает снижать давление газа и вызывать сжатие. Поскольку горячий цилиндр имеет минимальный объем, а холодный цилиндр имеет максимальный объем, объем системы дополнительно уменьшается за счет сжатия холодного цилиндра внутрь.

4. Система имеет минимальный объем, и газ имеет больший контакт с горячим цилиндром. Объем системы увеличивается за счет расширения горячего цилиндра.

Полный цикл Стирлинга альфа-типа. Обратите внимание, что если применение тепла и холода меняется на противоположное, двигатель работает в обратном направлении без каких-либо других изменений.

Операция бета-конфигурации [ править ]

Бета Стирлинг имеет один силовой поршень , расположенный в пределах того же цилиндра на одном валу в качестве буйка поршня. Поршень буйка имеет неплотную посадку и не извлекает энергию из расширяющегося газа, а только служит для перемещения рабочего газа между горячим и холодным теплообменниками. Когда рабочий газ проталкивается к горячему концу цилиндра, он расширяется и толкает силовой поршень. Когда его толкают к холодному концу цилиндра, он сжимается, и импульс машины, обычно усиливаемый маховиком , толкает силовой поршень в другую сторону, чтобы сжать газ. В отличие от альфа-типа, бета-тип позволяет избежать технических проблем, связанных с горячим движением уплотнений, поскольку силовой поршень не контактирует с горячим газом. [58]

Опять же, на следующих схемах не показаны какие-либо внутренние теплообменники или регенератор, которые можно было бы разместить в газовом тракте вокруг вытеснителя. Если в бета-двигателе используется регенератор, он обычно находится в положении буйка и движется, часто в виде проволочной сетки. [ необходима цитата ]


1. Силовой поршень (темно-серый) сжал газ, поршень буйка (светло-серый) переместился так, что большая часть газа прилегает к горячему теплообменнику.

2. Давление нагретого газа увеличивается и толкает силовой поршень к самому дальнему пределу рабочего хода .

3. Теперь поршень буйка перемещается, направляя газ к холодному концу цилиндра.

4. Охлажденный газ теперь сжимается движением маховика. Это требует меньше энергии, так как его давление падает при охлаждении.

Полный цикл Стирлинга бета-типа

Операция настройки гаммы [ править ]

Гамма Стирлинг просто бета Стирлинга с силовым поршнем , установленная в отдельном цилиндре рядом с поршневым цилиндром буйка, но все еще подключена к тому же маховику. Газ в двух цилиндрах может свободно течь между ними и оставаться единым корпусом. Эта конфигурация обеспечивает более низкую степень сжатия из-за объема соединения между ними, но механически проще и часто используется в многоцилиндровых двигателях Стирлинга. [ необходима цитата ]

Другие типы [ править ]

Другие конфигурации Стирлинга продолжают интересовать инженеров и изобретателей. [ необходима цитата ]

Роторный Стирлинга двигатель стремится преобразовать энергию из цикла Стирлинга непосредственно в крутящий момент, похожий на двигатель внутреннего сгорания роторного . Практический двигатель еще не построен, но был разработан ряд концепций, моделей и патентов, например, квазитурбинный двигатель . [59]

Гибрид поршневой и роторной конфигурации - это двигатель двойного действия. Эта конструкция вращает вытеснители по обе стороны от силового поршня. В дополнение к большой вариативности конструкции в области теплопередачи такая компоновка исключает все, кроме одного внешнего уплотнения на выходном валу и одного внутреннего уплотнения на поршне. Кроме того, обе стороны могут находиться под высоким давлением, поскольку они уравновешивают друг друга. [ необходима цитата ]

Вид сверху на два вращающихся буйка, приводящих в действие горизонтальный поршень. Регенераторы и радиатор сняты для наглядности.

Другой альтернативой является двигатель Fluidyne ( тепловой насос Fluidyne ), в котором для реализации цикла Стирлинга используются гидравлические поршни . Работа двигателя Fluidyne заключается в перекачивании жидкости. В простейшем виде двигатель содержит рабочий газ, жидкость и два обратных клапана. [ необходима цитата ]

Концепция двигателя Ringbom, опубликованная в 1907 году, не имеет поворотного механизма или рычажного механизма для вытеснителя. Вместо этого он приводится в движение небольшим вспомогательным поршнем, обычно толстым стержнем буйка, с ограничением движения ограничителями. [60] [61]

Двухцилиндровый Стирлинга с Россом хомута является двухцилиндровый двигатель Стирлинга (расположенный при температуре от 0 °, а не 90 °) , соединенных с помощью специального ярмо. Конфигурация двигателя / установка вилки были изобретены Энди Россом . [62]

Двигатель Franchot - это двигатель двойного действия, изобретенный Шарлем-Луи-Феликсом Франшо в девятнадцатом веке. В двигателе двойного действия давление рабочей жидкости действует на обе стороны поршня. Одна из самых простых форм машины двойного действия, двигатель Franchot состоит из двух поршней и двух цилиндров и действует как две отдельные альфа-машины. В двигателе Franchot каждый поршень действует в двух газовых фазах, что позволяет более эффективно использовать механические компоненты, чем в альфа-машине одностороннего действия. Однако недостатком этой машины является то, что один шатун должен иметь скользящее уплотнение на горячей стороне двигателя, что затруднительно при работе с высокими давлениями и температурами. [63]

Свободнопоршневые двигатели Стирлинга [ править ]

Различные конфигурации Стирлинга со свободным поршнем ... F. «Свободный цилиндр», G. Fluidyne, H. «Двустороннее действие» Стирлинга (обычно 4 цилиндра).

Свободнопоршневые двигатели Стирлинга включают двигатели с жидкостными поршнями и двигатели с диафрагмами в качестве поршней. В устройстве со свободным поршнем энергия может добавляться или сниматься электрическим линейным генератором переменного тока , насосом или другим коаксиальным устройством. Это устраняет необходимость в рычажном механизме и уменьшает количество движущихся частей. В некоторых конструкциях трение и износ практически исключаются за счет использования бесконтактных газовых подшипников или очень точной подвески с помощью плоских пружин . [ необходима цитата ]

Четыре основных шага в цикле свободного поршневого двигателя Стирлинга являются: [ править ]

  1. Силовой поршень выталкивается расширяющимся газом, выполняя свою работу. Гравитация не играет роли в круговороте.
  2. Объем газа в двигателе увеличивается и, следовательно, давление снижается, что вызывает перепад давления на стержне буйка, заставляя его двигаться к горячему концу. Когда вытеснитель движется, поршень почти неподвижен, и поэтому объем газа почти постоянен. Этот шаг приводит к процессу охлаждения постоянного объема, который снижает давление газа.
  3. Пониженное давление теперь останавливает движение поршня наружу, и он снова начинает ускоряться к горячему концу и по своей собственной инерции сжимает теперь холодный газ, который в основном находится в холодном пространстве.
  4. По мере увеличения давления достигается точка, в которой перепад давления на стержне буйка становится достаточно большим, чтобы начать толкать шток буйка (а, следовательно, и буйковый уровнемер) к поршню и, тем самым, сжимать холодное пространство и передавать холодный сжатый газ. к горячей стороне в процессе почти постоянного объема. Когда газ поступает на горячую сторону, давление увеличивается и начинает перемещать поршень наружу, чтобы инициировать стадию расширения, как объяснено в (1).

В начале 1960-х годов Уильям Т. Бил из Университета Огайо изобрел свободнопоршневую версию двигателя Стирлинга, чтобы преодолеть трудности со смазкой кривошипно-шатунного механизма. [64] В то время как изобретение базового двигателя Стирлинга со свободным поршнем обычно приписывается Билу, независимые изобретения аналогичных типов двигателей были сделаны Э. Х. Кук-Ярборо и К. Уэстом в лабораториях Харвелла британской AERE . [65] GM Benson также внес важный вклад и запатентовал множество новых конфигураций свободного поршня. [66]

Первое известное упоминание о машине цикла Стирлинга, использующей свободно движущиеся компоненты, - это раскрытие британского патента в 1876 году. [67] Эта машина была задумана как холодильник (т.е. обратный цикл Стирлинга). Первый потребительский продукт , чтобы использовать свободный поршень Стирлинг устройство был портативный холодильник производства Twinbird Corporation Японии и предложил в США по Coleman в 2004 году [ править ]

Плоский двигатель Стирлинга [ править ]
В разрезе плоский двигатель Стирлинга: 10 - Горячий цилиндр. 11 - Объем горячего цилиндра. 12 - В объем горячего цилиндра. 17 - Тёплая поршневая диафрагма. 18 - Теплоноситель. 19 - Шток поршня. 20 - Холодный цилиндр. 21 - Объем холодного цилиндра. 22 - B Объем холодного цилиндра. 27 - Диафрагма холодного поршня. 28 - охлаждающая жидкость. 30 - Рабочий цилиндр. 31 - Объем рабочего цилиндра. 32 - В объем рабочего цилиндра. 37 - Рабочая поршневая диафрагма. 41 - Регенератор массы А объема. 42 - Регенератор массы объема Б. 48 - Тепловой аккумулятор. 50 - Теплоизоляция. 60 - Генератор. 63 - Магнитная цепь. 64 - Электрическая обмотка. 70 - Канал, соединяющий теплый и рабочий цилиндры.

Конструкция плоского двигателя Стирлинга двустороннего действия решает проблему привода буйка за счет того, что площади горячего и холодного поршней буйка различны. [ необходима цитата ] Привод делает это без какой-либо механической передачи. [ необходима цитата ] Использование диафрагм устраняет трение и необходимость в смазочных материалах. [ необходима цитата ] Когда буйковый уровнемер находится в движении, генератор удерживает рабочий поршень в крайнем положении, что приближает рабочий цикл двигателя к идеальному циклу Стирлинга. [ необходима цитата ]Отношение площади теплообменников к объему машины увеличивается за счет реализации плоской конструкции. [ необходима цитата ] Плоская конструкция рабочего цилиндра приближает тепловой процесс расширения и сжатия к изотермическому. [ цитата необходима ] Недостатком является большая площадь теплоизоляции между горячим и холодным помещениями. [68]

Термоакустический цикл [ править ]

Термоакустические устройства сильно отличаются от устройств Стирлинга, хотя индивидуальный путь, пройденный каждой молекулой рабочего газа, действительно соответствует реальному циклу Стирлинга . Эти устройства включают термоакустический двигатель и термоакустический холодильник . Акустические стоячие волны большой амплитуды вызывают сжатие и расширение, аналогично силовому поршню Стирлинга, в то время как сдвинутые по фазе акустические бегущие волны вызывают смещение по градиенту температуры , аналогично поршню буйка Стирлинга. Таким образом, термоакустическое устройство обычно не имеет вытеснителя, как у бета- или гамма-излучения Стирлинга. [ необходима цитата ]

Другие события [ править ]

НАСА рассматривало ядерные двигатели Стирлинга с подогревом для расширенных миссий за пределами Солнечной системы. [69] В 2018 году НАСА и Министерство энергетики США объявили, что они успешно испытали новый тип ядерного реактора под названием KRUSTY , что означает «реактор киловысокой мощности, использующий технологию Стирлинга», и который разработан, чтобы иметь возможность работать на больших глубинах. космические аппараты и зонды, а также экзопланетные лагеря. [70] В 2012 году на выставке Cable-Tec Expo, организованной Обществом инженеров кабельной связи, Дин Кеймен вместе с техническим директором Time Warner Cable Майком Ладжой выступил с инициативой, чтобы объявить о новой инициативе между его компанией Deka Research и SCTE. Камен называет его двигателем Стирлинга.[71] [72]

Теория [ править ]

Основная статья: цикл Стирлинга
Давление / объем график , из идеализированного цикла Стирлинга.

Идеализированный цикл Стирлинга состоит из четырех термодинамических процессов, действующих на рабочую жидкость:

  1. Изотермическое расширение . В пространстве расширения и связанном с ним теплообменнике поддерживается постоянная высокая температура, а газ подвергается почти изотермическому расширению, поглощая тепло от горячего источника.
  2. Отвод тепла постоянного объема (известный как изоволюметрический или изохорный ). Газ проходит через регенератор , где он охлаждается, передавая тепло регенератору для использования в следующем цикле.
  3. Изотермическое сжатие . В камере сжатия и соответствующем теплообменнике поддерживается постоянная низкая температура, поэтому газ подвергается почти изотермическому сжатию, отводя тепло в холодный сток.
  4. Подвод тепла постоянного объема (известный как изоволюметрический или изохорный ). Газ проходит обратно через регенератор, где он восстанавливает большую часть тепла, переданного в процессе 2, нагреваясь по пути в пространство расширения.

Теоретический тепловой КПД равен гипотетическому циклу Карно, т. Е. Наивысший КПД, достижимый для любой тепловой машины. Однако, хотя это полезно для иллюстрации общих принципов, идеальный цикл существенно отличается от практических двигателей Стирлинга. [73] Утверждалось, что его неизбирательное использование во многих стандартных книгах по инженерной термодинамике оказало медвежью услугу изучению двигателей Стирлинга в целом. [74] [75]

Другие реальные проблемы снижают эффективность реальных двигателей из-за ограничений конвективной теплопередачи и вязкого течения (трения). Существуют также практические, механические соображения: например, простая кинематическая связь может быть предпочтительнее более сложного механизма, необходимого для воспроизведения идеализированного цикла, и ограничений, налагаемых доступными материалами, такими как неидеальные свойства рабочего газа, теплопроводность , предел прочности при растяжении , ползучести , прочность на разрыв , а температура плавления. Часто возникает вопрос, действительно ли идеальный цикл с изотермическим расширением и сжатием является правильным идеальным циклом для двигателя Стирлинга. Профессор CJ Rallis указал, что очень трудно представить себе любое состояние, при котором пространства расширения и сжатия могут приближаться к изотермическому поведению, и гораздо более реалистично представить эти пространства как адиабатические . [76] Идеальный анализ, в котором пространства расширения и сжатия считаются адиабатическими с изотермическимитеплообменники и идеальная регенерация были проанализированы Раллисом и представлены как лучший идеальный критерий для машин Стирлинга. Он назвал этот цикл «псевдо-циклом Стирлинга» или «идеальным адиабатическим циклом Стирлинга». Важным следствием этого идеального цикла является то, что он не предсказывает эффективность Карно. Еще один вывод из этого идеального цикла состоит в том, что максимальная эффективность достигается при более низких степенях сжатия, что характерно для реальных машин. В независимой работе Т. Финкельштейн также предположил адиабатические пространства расширения и сжатия в своем анализе машин Стирлинга [77]

Операция [ править ]

Поскольку двигатель Стирлинга представляет собой замкнутый цикл, он содержит фиксированную массу газа, называемого «рабочим телом», чаще всего воздух , водород или гелий . При нормальной работе двигатель герметичен, газ не попадает и не выходит; клапаны не требуются, в отличие от поршневых двигателей других типов. Двигатель Стирлинга, как и большинство тепловых двигателей, проходит четыре основных процесса: охлаждение, сжатие, нагрев и расширение. Это достигается перемещением газа вперед и назад между горячим и холодным теплообменниками , часто с регенератором.между нагревателем и охладителем. Горячий теплообменник находится в тепловом контакте с внешним источником тепла, таким как топливная горелка, а холодный теплообменник находится в тепловом контакте с внешним теплоотводом, например с воздушными ребрами. Изменение температуры газа вызывает соответствующее изменение давления газа, а движение поршня заставляет газ попеременно расширяться и сжиматься. [ необходима цитата ]

Газ следует поведению, описываемому законами газа, которые описывают, как связаны давление , температура и объем газа . Когда газ нагревается, давление повышается (поскольку он находится в герметичной камере), и это давление затем действует на силовой поршень, создавая рабочий ход. Когда газ охлаждается, давление падает, и это падение означает, что поршню требуется меньше работы для сжатия газа на обратном ходу. Разница в работе между ходами дает чистую положительную выходную мощность. [ необходима цитата ]

Идеальный цикл Стирлинга недостижим в реальном мире, как и любой тепловой двигатель. Эффективность машин Стирлинга также связана с температурой окружающей среды: более высокая эффективность достигается в более прохладную погоду, что делает этот тип двигателя менее привлекательным в местах с более теплым климатом. Как и другие двигатели внешнего сгорания, двигатели Стирлинга могут использовать источники тепла, отличные от сжигания топлива. Например , были разработаны различные конструкции двигателей Стирлинга, работающих на солнечной энергии .

Когда одна сторона поршня открыта в атмосферу, работа немного отличается. Когда запечатанный объем рабочего газа входит в контакт с горячей стороной, он расширяется, выполняя работу как с поршнем, так и с атмосферой. Когда рабочий газ контактирует с холодной стороной, его давление падает ниже атмосферного, и атмосфера давит на поршень и воздействует на газ. [ необходима цитата ]

Подводя итог, можно сказать, что двигатель Стирлинга использует разницу температур между его горячим концом и холодным концом, чтобы установить цикл с фиксированной массой газа, нагретого и расширенного, охлажденного и сжатого, таким образом преобразуя тепловую энергию в механическую. Чем больше разница температур между горячим и холодным источниками, тем выше термический КПД. Максимальный теоретический КПД эквивалентен циклу Карно , но КПД реальных двигателей меньше этого значения из-за трения и других потерь. [ необходима цитата ]

Воспроизвести медиа
Видео, показывающее в действии компрессор и вытеснитель очень маленького двигателя Стирлинга.

Очень маломощные двигатели были построены , которые работают на разнице температур всего лишь 0,5 К. [78] типа вытеснителя двигатель Стирлинга имеет один поршень и один вытеснитель. Для работы двигателя требуется разница температур между верхом и низом большого цилиндра. В случае двигателя Стирлинга с низкой разницей температур (LTD) разницы температур между рукой и окружающим воздухом может быть достаточно для запуска двигателя. [79]Силовой поршень в двигателе Стирлинга буйкового типа плотно закрыт и управляется движением вверх и вниз по мере расширения газа внутри. С другой стороны, вытеснитель установлен очень свободно, так что воздух может свободно перемещаться между горячей и холодной секциями двигателя при движении поршня вверх и вниз. Вытеснитель перемещается вверх и вниз, вызывая нагрев или охлаждение большей части газа в цилиндре буйка. [ необходима цитата ]

Обратите внимание, что в следующем описании цикла источник тепла внизу (двигатель будет работать одинаково хорошо с источником тепла вверху): [ необходима ссылка ]

  1. Когда буйковый уровнемер находится в верхней части большого цилиндра; большая часть газа находится в нижней части, нагревается источником тепла и расширяется. Это увеличивает давление, которое заставляет поршень подниматься, приводя в действие маховик. Вращение маховика затем перемещает поплавок вниз.
  2. Когда вытеснитель находится рядом с нижней частью большого цилиндра, большая часть газа находится в верхней части и будет охлаждаться и сжиматься, вызывая уменьшение давления, что, в свою очередь, перемещает поршень вниз, передавая больше энергии маховику.

Герметизация [ править ]

В большинстве двигателей Стирлинга высокой мощности как минимальное, так и среднее давление рабочего тела выше атмосферного. Это начальное повышение давления в двигателе может быть реализовано с помощью насоса, или путем заполнения двигателя из резервуара для сжатого газа, или даже просто путем герметизации двигателя, когда средняя температура ниже, чем средняя рабочая температура . Все эти методы увеличивают массу рабочего тела в термодинамическом цикле. Все теплообменники должны иметь соответствующий размер, чтобы обеспечивать необходимую скорость теплопередачи. Если теплообменники хорошо спроектированы и могут обеспечивать тепловой поток, необходимый для конвективной теплопередачи , то двигатель в первом приближении вырабатывает мощность, пропорциональную среднему давлению, как предсказываетсяЗападное число и число Била . На практике максимальное давление также ограничивается безопасным давлением резервуара высокого давления . Как и большинство аспектов конструкции двигателя Стирлинга, оптимизация является многовариантной и часто требует противоречивых требований. [80] Трудность повышения давления заключается в том, что, хотя это увеличивает мощность, необходимое количество тепла увеличивается пропорционально увеличению мощности. Эта теплопередача становится все более трудной при повышении давления, поскольку повышенное давление также требует увеличения толщины стенок двигателя, что, в свою очередь, увеличивает сопротивление теплопередаче. [ необходима цитата ]

Смазки и трение [ править ]

Современный двигатель Стирлинга и генераторная установка мощностью 55 кВт для комбинированного производства тепла и электроэнергии.

При высоких температурах и давлениях кислород в картерах сжатого воздуха или в рабочем газе двигателей горячего воздуха может соединиться со смазочным маслом двигателя и взорваться. По крайней мере, один человек погиб в результате такого взрыва. [81]

Смазочные материалы также могут засорить теплообменники, особенно регенератор. По этим причинам конструкторы предпочитают несмазываемые материалы с низким коэффициентом трения (такие как рулон или графит ) с низкими нормальными силами на движущиеся части, особенно для скользящих уплотнений. В некоторых конструкциях поверхности скольжения полностью отсутствуют за счет использования диафрагм для герметичных поршней. Это некоторые из факторов, которые позволяют двигателям Стирлинга иметь более низкие требования к техническому обслуживанию и более длительный срок службы, чем двигатели внутреннего сгорания. [ необходима цитата ]

Анализ [ править ]

Сравнение с двигателями внутреннего сгорания [ править ]

В отличие от двигателей внутреннего сгорания, двигатели Стирлинга могут более легко использовать возобновляемые источники тепла , работать тише и надежнее при меньших затратах на техническое обслуживание. Они предпочтительны для приложений, в которых ценятся эти уникальные преимущества, особенно если стоимость единицы произведенной энергии более важна, чем капитальные затраты на единицу мощности. Исходя из этого, двигатели Стирлинга конкурентоспособны по цене до 100 кВт. [82]

По сравнению с двигателем внутреннего сгорания той же мощности, двигатели Стирлинга в настоящее время имеют более высокие капитальные затраты и, как правило, больше и тяжелее. Однако они более эффективны, чем большинство двигателей внутреннего сгорания. [83] Их более низкие требования к обслуживанию делают общую стоимость энергии сопоставимой. Тепловой КПД также сопоставим (для небольших двигателей), в пределах от 15% до 30%. [82] Для таких приложений, как микро-ТЭЦ , двигатель Стирлинга часто предпочтительнее двигателя внутреннего сгорания. Другие области применения включают перекачку воды , космонавтику.и производство электроэнергии из многочисленных источников энергии, несовместимых с двигателем внутреннего сгорания, таких как солнечная энергия, и биомассы, такой как сельскохозяйственные отходы и другие отходы, такие как бытовые отходы . Однако двигатели Стирлинга, как правило, не конкурентоспособны по цене в сравнении с автомобильными двигателями из-за высокой стоимости единицы мощности и низкой удельной мощности . [ необходима цитата ]

Базовый анализ основан на анализе Шмидта в закрытой форме. [84] [85]

Преимущества [ править ]

  • Двигатели Стирлинга могут работать напрямую от любого доступного источника тепла, а не только от источника, производимого сгоранием, поэтому они могут работать на тепле от солнечных, геотермальных, биологических, ядерных источников или от отработанного тепла промышленных процессов.
  • Процесс непрерывного сгорания может использоваться для подачи тепла, поэтому выбросы, связанные с процессами прерывистого сгорания поршневого двигателя внутреннего сгорания, могут быть уменьшены.
  • Некоторые типы двигателей Стирлинга имеют подшипники и уплотнения на холодной стороне двигателя, где они требуют меньше смазки и служат дольше, чем эквиваленты на других типах поршневых двигателей.
  • Механизмы двигателя в некотором смысле проще, чем другие типы поршневых двигателей. Никаких клапанов не требуется, и система горелки может быть относительно простой. Неочищенные двигатели Стирлинга могут быть изготовлены из обычных бытовых материалов. [86]
  • В двигателе Стирлинга используется однофазная рабочая жидкость, которая поддерживает внутреннее давление, близкое к расчетному, и, таким образом, для правильно спроектированной системы риск взрыва невелик. Для сравнения, паровой двигатель использует двухфазную рабочую жидкость газ / жидкость, поэтому неисправный предохранительный клапан избыточного давления может вызвать взрыв.
  • В некоторых случаях низкое рабочее давление позволяет использовать легкие баллоны.
  • Они могут быть сконструированы для бесшумной работы и без подачи воздуха, для использования в подводных лодках независимо от воздуха .
  • Они легко запускаются (хотя и медленно, после прогрева) и работают более эффективно в холодную погоду, в отличие от внутреннего сгорания, которое быстро запускается в теплую погоду, но не в холодную.
  • Двигатель Стирлинга, используемый для перекачивания воды, можно настроить так, чтобы вода охлаждала пространство сжатия. Это увеличивает эффективность при перекачивании холодной воды.
  • Они очень гибкие. Их можно использовать как ТЭЦ ( комбинированное производство тепла и электроэнергии ) зимой и как охладители летом.
  • Отработанное тепло легко улавливается (по сравнению с отработанным теплом от двигателя внутреннего сгорания), что делает двигатели Стирлинга полезными для теплоэнергетических систем с двумя выходами.
  • В 1986 году НАСА построило автомобильный двигатель Стирлинга и установило его на Chevrolet Celebrity . Экономия топлива была улучшена на 45%, а выбросы были значительно сокращены. Ускорение (отклик мощности) было эквивалентно стандартному двигателю внутреннего сгорания. Этот двигатель, получивший обозначение Mod II, также сводит на нет аргументы, что двигатели Стирлинга тяжелые, дорогие, ненадежные и демонстрируют низкую производительность. [87] Каталитический нейтрализатор, глушитель и частая замена масла не требуются. [87]

Недостатки [ править ]

Проблемы с размером и стоимостью [ править ]
  • Конструкции двигателей Стирлинга требуют теплообменников для ввода тепла и для вывода тепла, и они должны выдерживать давление рабочей жидкости, при котором давление пропорционально выходной мощности двигателя. Кроме того, теплообменник на стороне расширения часто имеет очень высокую температуру, поэтому материалы должны противостоять коррозионному воздействию источника тепла и иметь низкую ползучесть . Обычно эти требования к материалам существенно увеличивают стоимость двигателя. Затраты на материалы и сборку высокотемпературного теплообменника обычно составляют 40% от общей стоимости двигателя. [81]
  • Все термодинамические циклы требуют больших перепадов температур для эффективной работы. В двигателе внешнего сгорания температура нагревателя всегда равна температуре расширения или превышает ее. Это означает, что металлургические требования к материалу нагревателя очень высокие. Это похоже на газовую турбину , но отличается от двигателя Отто или дизельного двигателя., где температура расширения может намного превышать металлургический предел материалов двигателя, поскольку подводимый источник тепла не проходит через двигатель, поэтому материалы двигателя работают ближе к средней температуре рабочего газа. Цикл Стирлинга на самом деле недостижим, реальный цикл в машинах Стирлинга менее эффективен, чем теоретический цикл Стирлинга, а также эффективность цикла Стирлинга ниже при умеренных температурах окружающей среды, тогда как наилучшие результаты он даст в прохладной среде. , например, зимы северных стран.
  • Отвод отработанного тепла особенно затруднен, поскольку температура охлаждающей жидкости поддерживается на минимально возможном уровне для максимального повышения термического КПД. Это увеличивает размер радиаторов, что затрудняет упаковку. Наряду со стоимостью материалов это было одним из факторов, ограничивающих принятие двигателей Стирлинга в качестве тягачей для автомобилей. Для других приложений, таких как судовые двигательные установки и стационарные системы микрогенерации , использующие комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), высокая плотность мощности не требуется. [40]
Проблемы с мощностью и крутящим моментом [ править ]
  • Двигатели Стирлинга, особенно те, которые работают при небольших перепадах температур, довольно велики по величине производимой ими мощности (т. Е. Имеют низкую удельную мощность ). Это в первую очередь связано с коэффициентом теплопередачи газовой конвекции, который ограничивает тепловой поток, который может быть достигнут в типичном холодном теплообменнике, примерно до 500 Вт / (м 2 · K), а в горячем теплообменнике - примерно до 500– 5000 Вт / (м 2 · К). [80] По сравнению с двигателями внутреннего сгорания, это усложняет для разработчиков двигателей передачу тепла в рабочий газ и из него. Из-за теплового КПДтребуемая теплоотдача растет с меньшим перепадом температур, а площадь теплообменника (и стоимость) на мощность 1 кВт увеличивается с (1 / ΔT) 2 . Поэтому удельная стоимость двигателей с очень низким перепадом температур очень высока. Увеличение перепада температур и / или давления позволяет двигателям Стирлинга производить большую мощность, если предполагается, что теплообменники рассчитаны на повышенную тепловую нагрузку и могут обеспечивать необходимый конвектируемый тепловой поток.
  • Двигатель Стирлинга не может запуститься мгновенно; его буквально нужно «разогреть». Это верно для всех двигателей внешнего сгорания, но время прогрева может быть больше для Стирлингса, чем для других двигателей этого типа, таких как паровые двигатели . Двигатели Стирлинга лучше всего использовать в качестве двигателей с постоянной частотой вращения.
  • Выходная мощность Стирлинга имеет тенденцию быть постоянной, и для ее регулировки иногда может потребоваться тщательная конструкция и дополнительные механизмы. Как правило, изменения мощности достигаются путем изменения рабочего объема двигателя (часто за счет использования механизма перекоса коленчатого вала ), или путем изменения количества рабочей жидкости, или путем изменения фазового угла поршня / буйка, или в некоторых случаях просто путем изменение нагрузки двигателя. Это свойство является меньшим недостатком в гибридной электрической силовой установке или генерации энергосистем с «базовой нагрузкой», где фактически желательна постоянная выходная мощность.
Проблемы с выбором газа [ править ]

Используемый газ должен иметь низкую теплоемкость , чтобы данное количество передаваемого тепла приводило к значительному повышению давления. С учетом этого вопроса, гелий был бы лучшим газом из-за его очень низкой теплоемкости. Воздух - это жизнеспособная рабочая жидкость [88], но кислород в воздушном двигателе с высоким давлением может вызвать несчастные случаи со смертельным исходом из-за взрыва смазочного масла. [81] После одной такой аварии Philips впервые применила другие газы, чтобы избежать такой опасности взрыва.

  • Низкая вязкость и высокая теплопроводность водорода делают его самым мощным рабочим газом, прежде всего потому, что двигатель может работать быстрее, чем с другими газами. Однако из-за поглощения водорода и с учетом высокой скорости диффузии, связанной с этим газом с низким молекулярным весом , особенно при высоких температурах, H 2 просачивается через твердый металл нагревателя. Диффузия через углеродистую сталь слишком высока для практического применения, но может быть достаточно низкой для металлов, таких как алюминий или даже нержавеющая сталь . Определенная керамика также значительно снижает диффузию. ГерметичныйУплотнения сосуда высокого давления необходимы для поддержания давления внутри двигателя без замены потерянного газа. Для двигателей с высокотемпературным перепадом (HTD) могут потребоваться вспомогательные системы для поддержания высокого давления рабочей жидкости. Эти системы могут быть баллоном для хранения газа или газогенератором. Водород может быть получен путем электролиза воды, воздействия пара на раскаленное углеродное топливо, путем газификации углеводородного топлива или путем реакции кислоты на металл. Водород также может вызывать охрупчивание металлов. Водород - легковоспламеняющийся газ, который может быть опасен при выбросе из двигателя.
  • В большинстве технически совершенных двигателей Стирлинга, таких как разработанные для правительственных лабораторий США, в качестве рабочего газа используется гелий , так как его эффективность и удельная мощность близки к водороду, с меньшим количеством проблем с защитой материала. Гелий инертен и, следовательно, не горюч. Гелий относительно дорог и должен поставляться в баллонах. Один тест показал, что водород на 5% (абсолютный) эффективнее гелия (на 24% относительно) в двигателе Стирлинга GPU-3. [89] Исследователь Аллан Орган продемонстрировал, что хорошо спроектированный воздушный двигатель теоретически столь же эффективен, как гелиевый или водородный двигатель, но гелиевые и водородные двигатели в несколько раз мощнее на единицу объема .
  • В некоторых двигателях в качестве рабочего тела используется воздух или азот . Эти газы имеют гораздо более низкую удельную мощность (что увеличивает стоимость двигателя), но они более удобны в использовании и сводят к минимуму проблемы с локализацией и подачей газа (что снижает затраты). Использование сжатого воздуха в контакте с горючими материалами или веществами , такими как смазочные масла вводят опасность взрыва, так как сжатый воздух содержит высокое парциальное давление от кислорода . Однако кислород можно удалить из воздуха посредством реакции окисления или можно использовать азот в баллонах, который почти инертен и очень безопасен.
  • Другие возможные газы легче воздуха: метан и аммиак .

Приложения [ править ]

Основная статья: Применение двигателя Стирлинга

Применения двигателя Стирлинга варьируются от систем отопления и охлаждения до подводных энергетических систем. Двигатель Стирлинга может работать в обратном направлении как тепловой насос для отопления или охлаждения. Другие применения включают комбинированное производство тепла и электроэнергии, производство солнечной энергии, криокулеры Стирлинга, тепловой насос, судовые двигатели, двигатели маломощных авиамоделей [90] и двигатели с низким перепадом температур.

См. Также [ править ]

  • Двигатель горячего воздуха
  • Джон Эрикссон
  • Фрэнсис Герберт Уэнам
  • Джордж Кэли
  • Шарль-Луи-Феликс Франшо
  • Гийом Амонтон
  • Номер Била
  • Отверстие
  • Когенерация
  • Распределенная генерация
  • Двигатель Fluidyne
  • Квазитурбина
  • Относительная стоимость электроэнергии, произведенной из разных источников
  • Число Шмидта
  • Радиоизотопный генератор Стирлинга
  • Гладить
  • Термомеханический генератор
  • Западный номер

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b «Двигатели Стирлинга», Г. Уокер (1980), Clarendon Press, Оксфорд, стр. 1: «Двигатель Стирлинга - это механическое устройство, которое работает по * замкнутому * регенеративному термодинамическому циклу с циклическим сжатием и расширением рабочего тела. жидкость на разных уровнях температуры ».
  2. ↑ a b c W.R. Martini (1983), стр.6
  3. ^ a b "Двигатель горячего воздуха 19 века" . hotairengines.org .
  4. ^ "Двигатель Стирлинга 1816 года" . hotairengines.org .
  5. ^ Т. Финкельштейн; AJ Organ (2001), главы 2 и 3
  6. ^ "Огненное колесо Амонтона" . hotairengines.org .
  7. ^ "Cayley 1807 воздушный двигатель" . hotairengines.org .
  8. ^ "Двигатель горячего воздуха Стирлинга 1816" . hotairengines.org .
  9. ^ "Патент на двигатель горячего воздуха Стирлинга 1816" . hotairengines.org .
  10. ^ "Стерлинг 1827 воздушный двигатель" . hotairengines.org .
  11. ^ "Двигатель горячего воздуха Паркинсона и Кроссли" . hotairengines.org .
  12. ^ "Воздушный двигатель Арнотта" . hotairengines.org .
  13. ^ "Энергетические двигатели Эрикссон" . hotairengines.org .
  14. ^ "Двигатель Данди Стирлинга" . hotairengines.org .
  15. ^ "Патент на двигатель Стирлинга Данди" . hotairengines.org .
  16. ^ "Обзор и обсуждение двигателя Данди Стирлинга" . hotairengines.org .
  17. ^ "Двигатель Стирлинга 1842 года, представленный Джеймсом Стирлингом Институту инженеров-строителей 10 июня 1845 года - Полный текст и обсуждение" . hotairengines.org .
  18. ^ Р. Сиер (1999)
  19. ^ Т. Финкельштейнл; AJ Organ (2001), Глава 2.2
  20. ↑ Английский патент 4081 от 1816 г. Усовершенствования для уменьшения расхода топлива и, в частности, двигатель, который можно применять в движущихся (или) механизмах по совершенно новому принципу. частично воспроизведено в CM Hargreaves (1991), Приложение B, с полной транскрипцией текста в R. Sier (1995), p. ??
  21. ^ R. Sier (1995), стр. 93
  22. ^ Орган AJ (2008a)
  23. ↑ Отрывок из бумаги, представленной Джеймсом Стирлингом в июне 1845 года в Институт инженеров-строителей . Воспроизведено в R. Sier (1995), p.92.
  24. ^ А. Несмит (1985)
  25. ^ Р. Чузе; Б. Карсон (1992), Глава 1
  26. ^ R. Sier (1995), с.94
  27. ^ Т. Финкельштейн; AJ Organ (2001), стр.30
  28. ^ Хартфордский паровой котел (а)
  29. ^ Т. Финкельштейн; AJ Organ (2001), Глава 2.4
  30. ↑ В каталоге Rider-Ericsson Engine Co. 1906 года утверждалось, что «любой садовник или обычный домработник может управлять этими двигателями, и никаких лицензированных или опытных инженеров не требуется».
  31. ^ Т. Финкельштейн; AJ Орган (2001), стр.64
  32. ^ Т. Финкельштейн; AJ Organ (2001), стр. 34
  33. ^ Т. Финкельштейн; AJ Organ (2001), стр. 55
  34. ↑ CM Hargreaves (1991), стр. 28–30
  35. ^ Технический обзор Philips (1947), Vol. 9, № 4, с. 97.
  36. ↑ CM Hargreaves (1991), стр. 61
  37. ↑ Письмо от марта 1961 года от Research and Control Instruments Ltd. London WC1 Техническому колледжу Северного Девона, предлагающее «оставшиеся акции ... таким учреждениям, как вы ... по специальной цене 75 фунтов стерлингов нетто»
  38. ↑ CM Hargreaves (1991), стр. 77
  39. ^ Kockums (а)
  40. ^ a b BBC News (2003), «Котел основан на двигателе Стирлинга, придуманном шотландским изобретателем Робертом Стирлингом в 1816 году. […] Техническое название, данное этому конкретному использованию - Micro Combined Heat and Power или Micro CHP . "
  41. ^ «Изучение возобновляемых источников энергии» . NREL - Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинального 2 -го мая 2016 года . Проверено 25 апреля 2016 года .
  42. ^ Формоза, Фабьен; Фрешет, Люк Г. (1 августа 2013 г.). «Законы масштабирования для конструкции двигателя Стирлинга со свободным поршнем: преимущества и проблемы миниатюризации». Энергия . 57 : 796–808. DOI : 10.1016 / j.energy.2013.05.009 .
  43. ↑ CM Hargreaves (1991), Глава 2.5
  44. ^ Грэм Уокер (1971) Лекционные заметки для симпозиума по двигателям Стирлинга в Университете Бата. Стр. 1.1 «Номенклатура»
  45. ^ «Предыдущие результаты опроса - StirlingBuilder.com» . stilingbuilder.com . Архивировано 26 мая 2014 года.
  46. ^ "Изобретатели двигателей горячего воздуха и их двигатели" . hotairengines.org .
  47. ^ Примечания Рукав из AJ органа (2007)
  48. ↑ Ф. Старр (2001)
  49. ^ "Двигатель Стирлинга" . mpoweruk.com .
  50. ^ Дудек, Ежи; Климек, Петр; Колодзеяк, Гжегож; Немчевска, Иоанна; Залеска-Бартош, Иоанна (2010). "Энергетические технологии свалочного газа" (PDF) . Глобальная инициатива по метану . Instytut Nafty i Gazu / Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано (PDF) из оригинала 25 июля 2015 года . Проверено 24 июля 2015 года .
  51. ^ WH Brandhorst; Я. Родик (2005)
  52. ^ Б. Kongtragool; С. Вонгвизес (2003)
  53. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано 26 мая 2014 года (PDF) . Проверено 25 мая 2014 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  54. ↑ AJ Organ (1992), стр.58
  55. ^ Stirling мотоциклетных двигателей, AJ Organ (2014), стр.4
  56. ^ К. Хирата (1998)
  57. ^ M.Keveney (2000a)
  58. ^ М. Кевени (2000b)
  59. ^ Квазитурбинное агентство (а)
  60. ^ "Двигатели Стирлинга Ringbom", Джеймс Р. Сенфт, 1993, Oxford University Press
  61. ^ Ossian Ringbom (из Борго, Финляндия) «горячевоздушного двигатель» Архивированный 17 октября 2015 в Wayback Machine патенте США нет. 856102 (подано 17 июля 1905 г .; выдано 4 июня 1907 г.).
  62. ^ «Анимированные двигатели» . animatedengines.com . Архивировано 11 ноября 2011 года.
  63. ^ Рабалланд Тьерри (2007). "Этюд фантастической концепции создания машин для создания объемных моделей поршневых осцилляторов" (PDF) . Университет Бордо : 12–14.
  64. Перейти ↑ "Free-Piston Stirling Engines", G. Walker et al., Springer 1985, перепечатано Stirling Machine World, West Richland WA
  65. ^ "Термомеханический генератор ...", EH Cooke-Yarborough, (1967) Меморандум Харвелла № 1881 и (1974) Proc. IEE, Vol. 7. С. 749-751.
  66. ^ GM Бенсон (1973 и 1977)
  67. ^ Д. Постл (1873)
  68. ^ « ДВИГАТЕЛЬ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ С РАЗДЕЛЬНЫМ ГОРЯЧИМ И ХОЛОДНЫМ ПРОСТРАНСТВОМ И ТЕПЛОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ДВИГАТЕЛЕМ ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ Архивировано 14 января 2015 г. на Wayback Machine » WO / 2012/062231 PCT / CZ2011 / 000108
  69. ^ Шимдт, Джордж. Радиоизотопные энергетические системы для новых рубежей . Презентация конференции предварительных предложений программы New Frontiers. 13 ноября 2003 г. (дата обращения: 3 февраля 2012 г.)
  70. ^ [1]
  71. ^ Мари Silbey. «Новый альянс может сделать кабель катализатором чистой энергии» . ZDNet .
  72. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинального 25 ноября 2012 года . Проверено 28 ноября 2012 года .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  73. ^ А. Романелли Альтернативный термодинамический цикл для машины Стирлинга , Американский журнал физики 85, 926 (2017)
  74. ^ Т. Финкельштейн; AJ Organ (2001), стр. 66 и 229
  75. ↑ AJ Organ (1992), главы 3.1 - 3.2
  76. ^ Раллис К.Дж., Уриэли И. и Берховиц Д.М. Новый портированный цикл рекуперации внешнего источника тепла постоянного объема, 12-я Международная выставка тепловых сетей, Вашингтон, округ Колумбия, 1977, стр.
  77. ^ Финкельштейн, Т. Обобщенный термодинамический анализ двигателей Стирлинга. Документ 118B, Общество автомобильных инженеров, 1960.
  78. ^ "Введение в низкотемпературные дифференциальные двигатели Стирлинга", Джеймс Р. Сенфт, 1996, Moriya Press
  79. ^ A. Romanelli двигатель Стирлинга рабочий при разнице низких температур , Американский журнал физики 88, 319 (2020); DOI : 10.1119 / 10,0000832
  80. ^ а б А.Дж. Орган (1997), стр. ??
  81. ^ а б в К. Харгривз (1991), стр. ??
  82. ^ а б УЭЙД (а)
  83. ^ Крупп и Хорн. Земля: Продолжение. п. 57
  84. ^ З. Херцог (2008)
  85. ^ К. Хирата (1997)
  86. ^ СДЕЛАТЬ: Журнал (2006)
  87. ^ a b Соловей, Ноэль П. (октябрь 1986 г.). «Автомобильный двигатель Стирлинга: отчет о конструкции Mod II» (PDF) . НАСА . Архивировано 29 апреля 2017 года (PDF) .
  88. ^ Орган AJ (2008b)
  89. ↑ LG Thieme (1981)
  90. ^ Макконаги, Роберт (1986). «Дизайн двигателя Стирлинга для авиамоделирования». IECEC : 490–493 .

Библиография [ править ]

  • С. Бакхаус; Дж. Свифт (2003). «Акустический тепловой двигатель Стирлинга: более эффективен, чем другие тепловые двигатели с неподвижными частями» . Лос-Аламосская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала на 1 августа 2008 года . Проверено 19 января 2009 года .
  • BBC News (31 октября 2003 г.). «Власть от народа» . Проверено 19 января 2009 года .
  • У. Т. Бил (1971). «Тепловое устройство с циклом Стирлинга», патент США 3552120 . Предоставлено Research Corp 5 января 1971 г.
  • Г. М. Бенсон (1977). «Термогенераторы», патент США 4044558 . Предоставлено New Process Ind, 30 августа 1977 г.
  • Г. М. Бенсон (1973). «Тепловые генераторы». Труды 8-го МЭКЭК . Филадельфия: Американское общество инженеров-механиков. С. 182–189.
  • HW Brandhorst; Я. Родик (2005). «Концепция Стирлинга мощностью 25 кВт для исследования поверхности Луны» (PDF) . В Международной федерации астронавтики (ред.). Материалы 56-го Международного астронавтического конгресса . IAC-05-C3.P.05. Архивировано из оригинального (PDF) 7 января 2012 года . Проверено 18 марта 2012 года .
  • Углеродный траст (2007). «Ускоритель Micro-CHP - Промежуточный отчет - Краткое содержание» . Проверено 19 марта 2012 года .
  • Э. Х. Кук-Ярборо; Э. Франклин; Дж. Гейсов; Р. Хоулетт; CD Запад (1974). "Термомеханический генератор Харвелла". Труды 9-го МЭКЭК . Сан-Франциско: Американское общество инженеров-механиков. С. 1132–1136. Bibcode : 1974iece.conf.1132C .
  • Э. Х. Кук-Ярборо (1970). «Тепловые двигатели», патент США 3548589 . Выдано Управлению по атомной энергии Великобритании 22 декабря 1970 г.
  • Э. Х. Кук-Ярборо (1967). «Предложение по невращающемуся электрическому генератору переменного тока с тепловым приводом», Меморандум Харвелла AERE-M881 .
  • Р. Чузе; Б. Карсон (1992). Сосуды под давлением, упрощенный кодекс ASME . Макгроу – Хилл. ISBN 0-07-010939-7.
  • Т. Финкельштейн; AJ Орган (2001). Воздушные двигатели . Профессиональное инженерное издательство. ISBN 1-86058-338-5.
  • CM Харгривз (1991). Двигатель Стирлинга Philips . Elsevier Science . ISBN 0-444-88463-7.
  • Дж. Харрисон (2008). "Что такое микрогенерация?" . Claverton Energy Research Group . Проверено 19 января 2009 года .
  • Паровой котел Хартфорда . "Хартфордский паровой котел: мощность пара и промышленная революция" . Проверено 18 января 2009 года .
  • Дж. Хаши (2008). «Модифицированный двигатель Стирлинга с большей удельной мощностью» . Создайте конкурс дизайна будущего . НАСА и SolidWorks. Архивировано из оригинала 6 января 2009 года . Проверено 19 января 2009 года .
  • З. Герцог (2008). «Анализ Шмидта» . Проверено 18 января 2009 года .
  • К. Хирата (1998). «Разработка и изготовление опытного образца двигателя» . Национальный институт морских исследований . Проверено 18 января 2009 года .
  • К. Хирата (1997). "Теория Шмидта для двигателей Стирлинга" . Проверено 18 января 2009 года .
  • К. Хирата. "Двигатель Стирлинга Palm Top" . Проверено 18 января 2009 года .
  • М. Кевени (2000a). «Двухцилиндровый двигатель Стирлинга» . animatedengines.com . Проверено 18 января 2009 года .
  • М. Кевени (2000b). «Одноцилиндровый двигатель Стирлинга» . animatedengines.com . Проверено 18 января 2009 года .
  • Kockums. «Двигатель Стирлинга: двигатель будущего» . Проверено 18 января 2009 года .
  • Б. Конгтрагул; С. Вонгвизес (2003). «Обзор двигателей Стирлинга на солнечных батареях и низкотемпературных двигателей Стирлинга». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 7 (2): 131–154. DOI : 10.1016 / S1364-0321 (02) 00053-9 .
  • Д. Ляо. «Принципы работы» . Проверено 18 января 2009 года .
  • WR Мартини (1983). "Руководство по проектированию двигателя Стирлинга (2-е изд.)" (17,9 МБ PDF) . НАСА . Проверено 19 января 2009 года .
  • Micro-Star International (2008). "Первый в мире воздушный охладитель без мощности на материнской плате!" . Архивировано из оригинального 13 сентября 2008 года . Проверено 19 января 2009 года .
  • А. Несмит (1985). «Долгий, трудный путь к стандартизации» . Смитсоновский журнал . Проверено 18 января 2009 года .
  • Эй Джей Орган (2008a). «1818 год и все такое» . Коммуникабельность . Проверено 18 января 2009 года .
  • AJ Орган (2008b). "Почему воздух?" . Коммуникабельность . Проверено 18 января 2009 года .
  • AJ Орган (2007). Пневматический двигатель: мощность цикла Стирлинга для устойчивого будущего . Издательство Вудхед. ISBN 1-84569-231-4.
  • AJ Орган (1997). Регенератор и двигатель Стирлинга . Вайли. ISBN 1-86058-010-6.
  • AJ Орган (1992). Термодинамика и газовая динамика машины цикла Стирлинга . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-41363-X.
  • PASCO Scientific (1995). «Руководство по эксплуатации и руководство по эксперименту для модели PASCO scientific SE-8575» (PDF) . Проверено 18 января 2009 года .
  • Д. Постл (1873). «Производство холода для консервирования кормов для животных», патент Великобритании 709 , выдан 26 февраля 1873 г.
  • Precer Group. "Технология транспортных средств на твердом биотопливе" (PDF) . Проверено 19 января 2009 года .
  • Квазитурбинное агентство. «Квазитурбина Стирлинга - двигатель горячего воздуха» . Проверено 18 января 2009 года .
  • Р. Сиер (1999). Тепловоздушные калорические двигатели и двигатели Стирлинга: история . 1 (1-е (пересмотренное) изд.). LA Mair. ISBN 0-9526417-0-4.
  • Р. Сиер (1995). Преподобный Роберт Стирлинг Д. Д.: Биография изобретателя экономайзера тепла и Циклового двигателя Стирлинга . LA Mair. ISBN 0-9526417-0-4.
  • Ф. Старр (2001). «Энергия для людей: двигатели Стирлинга для бытовых ТЭЦ» (PDF) . Ingenia (8): 27–32.
  • УЭЙД . «Двигатели Стирлинга» . Проверено 18 января 2009 года .
  • LG Thieme (1981). «Результаты базовых и автомобильных испытаний двигателя Стирлинга GPU-3» (14,35 МБ PDF) . НАСА. ОСТИ  6321358 . Проверено 19 января 2009 года .
  • Ю. Тимуми; И. Тлили; С.Б. Насралла (2008). «Оптимизация производительности двигателей Стирлинга». Возобновляемая энергия . 33 (9): 2134–2144. DOI : 10.1016 / j.renene.2007.12.012 .
  • Г. Уокер (1971). «Конспект лекций для семинара по двигателям Стирлинга», Университет Бата . Переиздано в 1978 г.
  • КД Запад (1970). «Гидравлические тепловые двигатели», Harwell Momorandum AERE-R6522 .
  • СК Уикхэм (2008). «Восстание Камена» . Лидер Союза. Архивировано из оригинального 22 мая 2011 года . Проверено 19 января 2009 года .
  • СДЕЛАТЬ: Журнал (2006). "Двигатель Стирлинга двух банок" (PDF) . Проверено 18 марта 2012 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • RC Belaire (1977). «Устройство для уменьшения времени пуска двигателей Стирлинга », патент США 4057962 . Выдан Ford Motor Company 15 ноября 1977 г.
  • PH Ceperley (1979). «Беспоршневой двигатель Стирлинга - тепловой двигатель бегущей волны». Журнал Акустического общества Америки . 66 (5): 1508–1513. Bibcode : 1979ASAJ ... 66.1508C . DOI : 10.1121 / 1.383505 .
  • П. Фетте. «Об эффективности регенератора в двигателе Стирлинга и функции объемного отношения V max / V min » . Архивировано из оригинала 8 марта 2001 года . Проверено 19 января 2009 года .
  • П. Фетте. «Двигатель Стирлинга α-типа двойного действия двойного действия, способный работать с составными жидкостями с использованием тепловой энергии от низких до средних температур» . Архивировано из оригинала 8 марта 2001 года . Проверено 19 января 2009 года .
  • Д. Хейвуд. "Введение в машины цикла Стирлинга" (PDF) . Проверено 25 декабря 2018 .
  • З. Герцог (2006). «Двигатели Стирлинга» . Мон-Альто: Государственный университет Пенсильвании. Архивировано из оригинала 3 апреля 2007 года . Проверено 19 января 2009 года .
  • Ф. Кей-Ману; А. Ободоако (2005). "Проект предложения водяного насоса солнечного двигателя Стирлинга" (PDF) . Проверено 19 января 2009 года .
  • Лундский университет, Департамент энергетических наук: Отдел двигателей внутреннего сгорания. "Исследование двигателя Стирлинга" . Архивировано из оригинального 19 апреля 2008 года . Проверено 19 января 2009 года .
  • Д. Филлипс (1994). «Почему авиации нужен двигатель Стирлинга» . Архивировано из оригинального 19 января 2009 года . Проверено 19 января 2009 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Как работают двигатели Стирлинга ( видео на YouTube )
  • Как работают двигатели Стирлинга бета-типа ( видео на YouTube )
  • Атомная электростанция НАСА на базе двигателя Стирлинга для использования на Луне на YouTube
  • Анализ машины цикла Стирлинга, Исраэль Уриэли
  • Как построить двигатель Стирлинга (2017). Двигатели Стирлинга: проектирование и изготовление
  • Простой метод прогнозирования производительности двигателя Стирлинга
  • Исследование паровоздушных двигателей XIX века