Некоторые заблуждения относительно Двигателей Стирлинга. Котел с двигателем стирлинга

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ДОМАШНИЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС СТИРЛИНГА

Теплонасос

В Голландии у Филипса в Вальдховене разрабатывается еще один тепловой насос. Здесь создана экспериментальная система отопления, обслуживающая два частных дома. Система включает небольшой газовый двигатель Стерлинга, описанный в гл. 2, приводящий компрессор теплового насоса, заменяющий обычный котел центрального отопления.

Теоретические и экспериментальные исследования Филипса показали, что эффективность теплового насоса с приводом от двигателя Стирлинга вдвое выше, чем у обычного газового котла.

В дополнение к теплонасосной установлена и обычная система центрального отопления, что позволяет провести прямое сравнение котла с тепловым насосом. Опыты проводят в течение двух-трех зимних сезонов с одновременной отработкой технологии двигателя Стирлинга. Достаточной информации для организации массовой продукции и оценки надежности различных компонентов еще нет.

Источником тепла для теплового насоса служит вода из скважины. В систему теплоснабжения вместе с теплотой конденсации теплового насоса поступает теплота охлаждения двигателя Стирлинга. Подземная вода несколько охлаждается, но больше ни в чем не изменяется и уходит обратно через другую скважину, где ее температура восстанавливается до первоначальной. В лабораторных экспериментах исследуют также возможность использования теплоты окружающего воздуха.

Отапливаемые дома имеют объем 470 м3 каждый. Их тепловые потери снижены путем дополнительной теплоизоляции стен, пола и крыши, а также двойного остекления. Каждый дом потребляет всего лишь 9,3 кВт при наружной температуре —10 °С. Такой же дом с обычной изоляцией потребляет около 20 кВт. Дома оборудованы не только обычными радиаторами, но и греющими панелями в полу, что позволяет подавать от теплонасосной системы тепло на двух относительно низких уровнях температуры (35 и 50°С). Теплонасосная установка смонтирована снаружи здания (рис. 5.27,а).

Тепловой баланс. Одноцилиндровый двигатель дизеля дает на валу мощность 5 кВт. Фактически он работал на природном газе, но может использовать любое жидкое или газообразное топливо. Выхлопные газы имеют температуру 250 °С, они охлаждаются сетевой водой примерно до 60 °С.

Как видно из рис. 5.28, в, около 55% сбросного тепла сгорания поступает непосредственно в систему отопления из системы охлаждения двигателя. Здесь не применяют промежуточный теплоноситель, а температура воды доходит до 55°С. Около 25% теплоты сгорания топлива преобразуется в двигателе Стирлинга в механическую энергию, идущую на привод теплового насоса. Таким

Рнс. 5.27. Установка Филипса (о) с приводом теплового насоса от двигателя Стирлинга (б) в Голландии.

S —двигатель Стирлинга; Р — тепловой насос; R — комнатный радиатор; В — насос из скважины; G — нагревательная панель в полу; 1 — компрессор; 2 — конденсатор; 3 — испаритель; 4 —- рабочее тело теплового насоса; 5 — сетевая вода отопления; 6 — вода из скважины.

Образом, полезное использование теплоты сгорания составляет 80%, остальное выбрасывается (см. рис. 5.28,в).

Количество тепла, подаваемого тепловым насосом за счет использования теплоты подземной воды; в 3—4 раза превышает потребление механической энергии (КОП=3-М). Простой подсчет показывает, что КПЭ системы двигатель+тепловой насос равен 1,4.

Теплопронзводительность системы регулируется изменением скорости двигателя от 750 до 3000 об/мин, что соответствует изменению тепловой мощности от 8 до 25 кВт. В этом состоит отличие системы от тепловых насосов с электроприводом или обычного центрального отопления, регулируемых путем включения — отключения. Непрерывное регулирование этой системы повышает ее эф-

Рис. 5.28. Потоки энергии от котельной (а), теплового насоса с электроприводом (б) и теплового насоса с двигателем Стирлинга (я).

Фективность. Только когда тепловая нагрузка падает ниже минимальной для системы —8 кВт, ее регулирование переводится на включение — выключение при 750 об/мнн. При этом окружающая температура составляет около 8 °С.

Системы непрерывного регулирования тепловых насосов с электроприводом разрабатываются как в Англии, так и во Франции. Регулирование производится за счет изменения расходов хладоагента при изменении скорости двигателя и изменением отверстия в дроссельном клапане. Известны попытки применения для систем управления микропроцессоров.

На рис. 5.28 сопоставлены потоки энергии в рассмотренной экспериментальной системе с обычной котельной и тепловым насосом с электроприводом. Системы а и б допускают дальнейшие технические усовершенствования, но очевидно, что в сравнении с ними экспериментальная система в («Стирлинг» +тепловой насос) име - ■'ёт очень высокую эффективность. Она потребляет газа вдвое меньше, чем обычный газовый котел.

Следует отметить, что ее КПЭ близок также к предсказаниям для абсорбционного цикла и двойного цикла Ренкина.

Спурре Ф.А., Спурре А.Ф., Кушнаренко В.М. В работе описан созданный дистиллятор, использующий тепловой насос открытого типа и позволяющий более чем в 3 раза сократить водо- и энергопотребление при получении дистиллята. …

По данным из разных источников интернет теплогенератор ЮСМАР в среднем экономит 30% электроэнергии и ничем это не объясняется - просто воспринимается как факт(энергия завихрения воды, вакуумная энерия - это в …

Наткнулся в инете на теплогенераторы ЮСМАР - http://iusmar.com/ - здесь подробнее. Сразу полез в парогенераторы - т.к. это "родная тема для меня", вижу "сверхестественное": Наименование Установки Номинальная мощность электродвигателя, кВт …

msd.com.ua

Двигатель стирлинга большой мощности своими руками

Низкотемпературные двигатели Стирлинга

Принцип дествия:

Видео низкотемпературного двигателя Стирлинга:

Низкотемпературные двигатели могут работать от самой небольшой разницы температур, вплоть до нескольких градусов. Они бывают исключительно гамма-типа, и вытеснительный цилиндр у них имеет плоскую форму.

Они отличаются коротким ходом, малым объемом рабочего цилиндра и низкой уровнем мощности. Основное направление применения низкотемпературных стирлингов – использование солнечной энергии.

Ведь в нем, как и в каждом из типов стирлингов заложены мощные возможности, доказанные теоретиками, которые пока ограничиваются технологической невозможностью создать подходящие условия. Ученые видят большое будущее за этим типом двигателя, так как разница температур всего в 900 может давать при определенных условиях от 10 до 100 ватт на 25 см диаметра цилиндра.

Двигатель Стирлинга и газовый котёл Vitotwin 300-W #8212 альтернативный источник электроэнергии. Получение электричества из газа. Самый лучший газовый генератор

Vitotwin 300-W воспринимается потребителем прежде всего как альтернативный источник электроэнергии. Когенерационные установки Vitotwin 300-W (маломощный аналог Мини ТЭС (ТЭЦ) ) это тепловые электростанции, которые позволяют получать одновременно электричество из газа и отопление газом. Из-за потерь в ЛЭП линиях электропередач схема автономного получения электроэнергии из газа оказалась эффективнее, а получаемое электричество дешевле стоимостью 7-10 коп. за 1 кВт, кроме того, самый лучший газовый генератор превращается в автономную систему энергоснабжения.

Тепло в электричество превращает свободно поршневой двигатель Стирлинга и плавный линейный генератор напряжения переменного тока, КПД #8212 15 %, то есть 6,6 кВт тепла дают 1 кВт электричества #8212 мощность электростанции. Пиковую нагрузку для подогрева горячей воды обеспечивает газовая горелка MatriX с конденсационным теплообменником Inox-Radial (КПД #8212 98 %) конденсационного котла Vitodens 200-W #8212 тепло генератора модулируемой мощностью 4,5-20 кВт. А, главное, в процессе генерации электричества двигатель Стирлинга нагревает воду в охлаждающем его контуре до 6 кВт, (этого хватит на отопление дома площадью 135 м 2 со средним утеплением для Одессы) КПД #8212 81 %. Суммарная производительность когенерационной установки 26 кВт тепловой и 1 кВт электрической энергии.

6 кВт тепла газа работают на отопление 135 м 2 дома и обеспечивают этот дом электроэнергией в 1 кВт себе стоимостью 7 коп. В случае потребления горячей воды, мощность модулируемой горелки конденсационного котла возрастает с 6 кВт до 26 кВт.

Самый экономичный режим работы Vitotwin 300-W с ежегодным потреблением газа около 26 000 кВт*ч в год (3174 м 3 /год) и получением электроэнергии около 3000 кВт*ч в год (8,2 кВт/сутки). Получение электроэнергии без аккумуляторов требует постоянной работы газовой горелки, поэтому к Vitotwin 300-W подключают бойлер косвенного нагрева. желательно Vitocell 340-M на 750 литров. Самостоятельная сетевая адаптация. Размеры когенерационной установки (Высота х Глубина х Ширина) 900 х 480 х 480 мм, лёгкий монтаж на стену, как настенный газовый котёл.

Возможно перспективным будет использование комбинации двигателя Стирлинга с тепловым насосом для дешевого отопления или с пиролизным котлом на дровах для полностью автономного энергоснабжения.

Участник

Создание генератора Стирлинга 5 кВт

Наша команда приняла решение в некотором ближайшем будущем наладить производство генераторов с мотором Стирлинга.

У нас собралась отличная команда, необходимое оборудование и технологии. У некоторых людей в команде более 30 летний опыт работы в механическом проектировании и производстве.

Мы нацелены на создание генератора со следующими необходимыми характеристиками:

- Генератор должен выдавать до 5 кВт, 220/380 Вольт, 1 или 3 фазы, 50 Гц.

- Работа на сжиженном или природном газе.

- КПД 30% при частичной нагрузке. Минимальное КПД 20%.

- 5 лет работы без перерыва и обслуживания (40 000 часов).

- Возможность работы в составе отопительной системы дома.

Проведёные оценочные рассчёты должны привести к созданию мотора Стирлинга со следующими физическими параметрами:

- Двигатель гамма-типа.

- Температура нагревателя 450 градусов, охладителя 70 градусов.

- Постоянная скорость вращения 600-750 оборотов в минуту.

- Рекуперация отработаных газов.

- Независимое управление вытеснителем. Регулировка мощности изменением угла фазы.

Задача разбивается на 2 этапа:

1. Создание одного рабочего макета.

Источники:

sferatd.ru

СТИРЛИНГА

Тепловые насосы

Рнс. 5.27. Установка Филипса (о) с приводом теплового насоса от двигателя Стерлинга (б) в Голландии.

S —двигатель Стирлинга; Р — тепловой насос; R — комнатный радиатор; В — насос из скважины; G — нагревательная панель в ПОЛУ; 1 — компрессор; 2 — конденсатор; 3 — испаритель; 4 —- рабочее тело теплового насоса; 5 — сетевая вода отопления; 6 — вода из скважины.

Образом, полезное использование теплоты сгорания составляет 80%, остальное выбрасывается (см. рис. 5.28,в).

На рис. 5.28 сопоставлены потоки энергии в рассмотренной экспериментальной системе с обычной котельной и тепловым насосом с электроприводом. Системы а и б допускают дальнейшие технические усовершенствования, но очевидно, что в сравнении с ними экспериментальная система в («Стирлинг» +тепловой насос) име- ■'ёт очень высокую эффективность. Она потребляет газа вдвое меньше, чем обычный газовый котел.

Следует отметить, что ее КПЭ близок также к предсказаниям для абсорбционного цикла и двойного цикла Ренкина.

Очень многие клиенты приобретают исключительно один вид отопления, к примеру, газовый котел, но стоит задуматься и о том, чтобы использовать комбинированное отопление для экономии ваших средств. Почему же приходит в …

Одним из самых ответственных вопросов при строительстве загородного дома является выбор отопительной системы, ведь в данном вопросе важно учесть те затраты, к которым нужно будет быть готовым при установке оборудования …

Чтобы в процессе эксплуатации здания, нести как можно меньше затрат энергии, стоит во время строительства дома планировать монтаж современных отопительных систем. Современная отопительная система не должна негативно воздействовать на среду, …

msd.com.ua

Применение нетрадиционных источников теплоты для Стирлинга

2. Применение нетрадиционных топлив и источников теплоты.

Сжигание низкокалорийных твердых топлив (дрова, уголь) предполагает использование топочных устройств с относительно большими объемами и площадью колосниковых решеток. Соответствующую конфигурацию должен иметь при этом и нагреватель двигателя Стирлинга.

Стирлинг-генератор для автономных когенерационных установок

Рис. 2. Стирлинг-генератор для автономных когенерационных установок

SCP 1-75.

Мощность 3 кВт, частота вращения 3000 мин-1, одноцилиндровый, процесс по β-схеме, размеры цилиндра 6/2,7, рабочее тело – гелий, максимальное давление 8…10 МПа, предельная температура нагревателя 1020 К. Масса ~70 кг. Эффективный КПД 18-28 %.

Разработан фирмой ТЕМ на основе механизма Карлквиста, в 1986-1995 гг. изготовлено 23 агрегата. На его основе создан когенерационный агрегат Herrmann Autonom S (1993 г.), вырабатывающий горячую воду и 2,8 кВт электроэнергии.

Здесь есть две возможности. Первая, — нагреватель проектируется по условиям теплообмена со стороны греющего газа, но его геометрия оказывается далеко не оптимальной для рабочего контура двигателя. Вторая, — двигатель снабжается системой передачи теплоты в виде тепловой трубы с жидкометаллическим теплоносителем, что дает возможность проектировать нагреватель исключительно по требованиям со стороны рабочего контура. Для двигателей, предназначенных для коттеджей или сельскохозяйственных целей, вследствие предубеждения об опасности использования жидких металлов и дороговизны тепловых труб в последнее десятилетие находят применение только нагреватели первого типа. Примером служит двигатель мощностью 40 кВт разработанный в Техническом университете Дании (рис. 3) [10, с.141], [5, с.525]. Двигатель в максимальной степени выражает идею «квадратной четверки». Здесь нагреватель, также как картер и расположение цилиндров, в плане имеет форму квадрата.

Двигатель Стирлинга

Рис. 3. Двигатель Стирлинга «SM 3».

Мощность 40 кВт, 4 цилиндра двойного действия размером 14/7,4, рабочее тело — гелий, среднее давление 4 МПа, частота вращения вала 1015 мин-1, температура нагревателя 953 К. Картер под давлением с встроенным электрогенератором-стартером. Масса 1400 кг, габариты 1,3х0,8х1,2 м. Расчетный ресурс 50000 ч.

Предназначен для работы на дровах в составе децентрализованной когенерационной установки. Испытания начались в1997 г.

В результате нагреватель приобретает большую поверхность теплообмена, удобную для установки в печной топке форму, обеспечивается полная симметрия всех четырех рабочих контуров, отдельные элементы нагревателя и соединительных каналов выполняются из труб разного диаметра без использования литых и фрезерованных деталей сложной формы. Однако пять последовательных цилиндрических участков, соединенных между собой под прямым углом, предопределяют высокое гидравлическое сопротивление нагревателя и, как следствие, низкую частоту вращения коленчатого вала при нецелесообразности форсирования двигателя по оборотам и невозможность работы на воздухе в качестве рабочего тела.

В специальной литературе древесное топливо часто обозначается как биомасса. При этом, как правило, предполагается, что такие двигатели могут использовать несколько сортов топлива растительного происхождения (дрова, щепа, опилки, камыш, шелуха зерновых). Главное преимущество двигателей Стирлинга в таких установках — возможность работы на непосредственно топочном газе, без предварительного охлаждения и очистки. Учитывая особенности теплового баланса двигателей Стирлинга, а также то, что производство и продвижение на рынке значительно облегчатся, если двигатели будут приспособлены к существующим печным и котельным устройствам, такие установки предполагаются, как правило, в когенерационном варианте (производство электроэнергии и тепла). Достаточно осторожные оценки фирмы JOANNEUM RESEARCH (Австрия) показывают, что при температуре греющего газа 750…1000 ºС в электроэнергию может быть превращено 6,5% теплоты топлива, еще до 80% может быть передано в систему обогрева [5, с.613].

Остаются в разряде перспективных маломощные Стирлинг-генераторы с источником теплоты на радиоизотопах. Работы в этом направлении наиболее интенсивно ведутся в Великобритании применительно к удаленным навигационным объектам (радиомаяки, буи) для авиации и флота [5, с.361]. Источником теплоты служит стронций 90, первоначальный запас которого предполагает непрерывную эксплуатацию в течение более 10 лет. Вследствие необходимости радиационной и тепловой изоляции с высокой степенью надежности такой источник теплоты при мощности порядка 250 Вт имеет массу до 500 кг. Микродвигатель Стирлинга исполняется герметичным, с поршнем-сильфоном и со свободно-поршневым вытеснителем. Большие механические, тепловые и электрические потери обуславливают сравнительно невысокие КПД и электрическую мощность (около 4 % и 10 Вт соответственно). Другая негативная особенность радиоизотопных установок — уменьшение мощности в течение срока работы в пределах одной зарядки. Опыты показывают, что за 8…10 лет мощность источника теплоты уменьшается на 25…30%. Еще более острым, по-видимому, является вопрос о ресурсе и стабильности характеристик микродвигателя. Мощность опытного образца за 8 лет работы уменьшилась с 11 до 3 Вт.

По размаху ведущихся работ солнечные концентраторы не вполне правомерно причислять к нетрадиционным источникам теплоты. Практически все наиболее доведенные образцы двигателей Стирлинга ведущих мировых фирм были опробованы в составе таких установок: 4-95, 4-275, STM 4-120, V-160 (SOLO), NS-30A, двигатели фирм Cummins PG (2 варианта), HTC и др [6]. Тепловая способность концентраторов при благоприятных погодных условиях составляет ~1 кВт/м2. Как следствие, при достигнутом уровне эффективности двигателей Стирлинга можно рассчитывать на получение около 200 Вт электроэнергии с 1 м2 поверхности концентратора. Основные трудности при создании таких установок связаны с двумя обстоятельствами. Во-первых, необходимо учитывать для каждого агрегата географическую широту места установки и особенности погодных условий. В различных географических условиях радиационная мощность солнечных лучей при безоблачном небе составляет 850…2500 кВт/м2, при этом значительно различается и число солнечных дневных часов [5, с.503].

Во-вторых, концентраторы создают тепловое пятно с неравномерной плотностью теплового потока, конфигурация нагревателя в полной мере не соответствует этому тепловому пятну, и в результате при прямом обогреве температура стенки нагревателя может изменяться в широких пределах. Проблемы нагревателей оказываются схожими для таких двигателей и двигателей на биомассе. Однако, в этом случае значительно чаще для их разрешения применяются жидкометаллические тепловые трубы (Cummins PG, V-160, STM 4-120). Целенаправленные работы по созданию солнечного Стирлинг-генератора проводятся в ФРГ на базе двигателя V-160. На стендах опробованы несколько нагревателей, как с прямым нагревом, так и с использованием тепловых труб, в том числе было разработано комбинированное солнечно-горелочное устройство с натриевой тепловой трубой, обеспечивающее непрерывную работу двигателя при неблагоприятных погодных условиях и в ночное время [10, с.123], [9, с.103]. Необходимо отметить, что в этих работах выявилась тенденция перехода от коллекторных нагревателей и сложных конструкций тепловой трубы к нагревателям в виде длинных изогнутых трубок непосредственно от крышки горячего цилиндра к корпусу регенератора и к торообразной тепловой трубе с размещением трубок нагревателя на торцовой или внешней цилиндрической поверхности в наружных канавках. Причина этого заключается в стремлении уменьшить мертвые объемы, гидравлические сопротивления и тепловые перетечки по элементам конструкции.

ctirling.ru

Так в чем же проблемы изготовления двигателя Стирлинга с высоким КПД?: engineering_ru

Как и большинство "виртуальных стирлингостроителей", заинтересовавшихся теоретическим КПД двигателя "Стирлинга", столкнулся с множеством вопросов и заново вспомнил (да и пересмотрел с практической точки зрения) законы термодинамики. В итоге, так до конца и не выяснил, почему же при таких хороших показателях в теории, все так плохо обстоит на практике. Вот то, что смог нарыть в Интернет.

1. Теоретический КПД, вроде бы, может быть равен КПД идеального цикла Карно (то есть максимально возможному, при определенной разнице температур),но при условии "идеального" регенератора, с коэффициентом теплопередачи 1,0. Вот тут неясно. В одних источниках пишут, что максимальный коэффициент 0,5, обосновывая тем, что тепло будет переходить от горячего тела к холодному, пока не сравняется их температура, то есть достигнет половины разницы температур горячего и холодного тела (тот самый коэффициент 0,5). Но в некоторых источниках упоминается коэффициент теплопередачи регенератора до 0,98, при этом не описывается, каким образом это достигается. Где правда, непонятно. 2. Альфа-стирлинг (два цилиндра с поршнями - горячий и холодный) имеет проблемы со смазкой горячего поршня. Тогда почему именно этот тип пользуется популярностью? 3. Бетта-стирлиг (один цилиндр, с вытеснителем в горячей части и поршнем в холодной) и гамма-стирлинг (два цилиндра - горячий с вытеснителем и холодный с поршнем) не имеют проблем со смазкой, так как трение о стенки только в холодном цилиндре, а вытеснитель имеет зазор от стенок цилиндра и не нуждается в смазке. То есть, такие двигатели могут работать с большой разницей температур, а значит с большим КПД. Но, почему-то, они считаются менее перспективными, чем альфа-стирлинги.

К тому же, важным показателем, влияющим на КПД, является время циклов (количество оборотов) – чем оно больше, тем лучше теплообмен и выше КПД. Но, при этом, наблюдается «гонка за оборотами», которую обосновать чем-то, кроме как маркетинговыми интересами довольно трудно. То есть, причина типа «потери в редукторе при низких оборотах» не выдерживает критики – такие потери исчисляются всего лишь процентами, а прирост КПД может быть выше 10-30%. Поэтому, создается ощущение, что разработчики гонятся больше за такими характеристиками, как удельная мощность и оборотистость, чтобы противопоставить «стирлинги» ДВС, а КПД приносят в жертву.

Но ведь можно оставить пока гонки с ДВС на транспорте и сосредоточится на стационарных двигателях Стирлинга, работая над повышением их КПД и удешевлением конструкции. Работающие на любом виде топлива, в том числе и на солнечной энергии, эти двигатели могут, в перспективе, конкурировать с солнечными батареями. И у них неплохие перспективы в области возобновляемой энергии, в том числе древесное топливо, которое за счет солнечной энергии «восстанавливается» за несколько десятилетий. И опять же, всеядность этих двигателей позволяет создавать электростанции (в том числе бытовые) комбинированного типа – пока есть солнце, работает от солнечной энергии, когда нет, то на твердом топливе.

Правда, достижение высокого КПД, это не единственное направление, за которое стоит бороться, двигатели Стирлинга имеют еще один недостаток – так как источник тепла находится за пределами объема двигателя, а рабочее тело (газ) имеет низкую теплопроводность, то получается, что в работе участвует только газ, находящийся у стенок цилиндра. А значит, что отношение роста мощности к увеличению объема цилиндра, находится в обратной квадратичной зависимости. То есть, чтобы увеличить мощность в 5 раз, надо увеличить объем цилиндра в 25 раз. Именно поэтому, на заре «стирлингостроения» более-менее мощные двигатели были массивнее даже паровых машин при той же мощности. Сейчас эта проблема решается путем накачки двигателя газом под большим давлением, то есть увеличивается масса рабочего тела при том же объеме. Но этот путь тоже тупиковый – в двигателях больше пары литров, опять же, стоит та же проблема, квадратичное отношение роста объема к росту мощности. Да и проблемы с утечкой рабочего тела при давлениях в 100-200 атмосфер трудно решить.

На этом фоне, более перспективным видится другое решение – заставить работать весь газ внутри двигателя, независимо от объема. Такое решение, несмотря на простоту реализации было предложено только недавно (источник - http://zayvka2016131416.blogspot.ru/) - поставить насос или вентилятор, которые будут создавать потоки газа внутри двигателя. И, по аналогии с вентилятором, дующим на радиатор, будет увеличиваться скорость охлаждения стенок цилиндров рабочим газом двигателя и обеспечиваться максимальное участие этого газа в работе, независимо от размера цилиндра. По идее, это должно дать толчок развитию двигателей Стирлинга, так как позволяет создавать довольно простые и мощные варианты этих двигателей. А если не гнаться за массогабаритными показателями автомобильных ДВС, то, может быть, скоро мы наконец то услышим о двигателях, работающих на дровах или солнечной энергии, с КПД 60-70%. И пусть они не смогут конкурировать по размерам с ДВС, но зато могут обеспечить выработку дешевой электроэнергии. А это, в свою очередь, может поспособствовать увеличению экономической целесообразности электромобилей. Ну, а в сочетании с получающими распространение пиролизными котлами, может привести к полной автономии в энергоснабжении жилья (особенно новых домов, для подключения которых к электросети и газопроводу требуется немалая сумма).

Вот как-то так. Буду рад услышать критику моих выкладок.

engineering-ru.livejournal.com

Некоторые заблуждения относительно Двигателей Стирлинга

Весь Рунет просто напичкан однотипными статьями-мифами (рерайтами, копирайтами или просто приватизайтерами) в которых даются значения, формулы и умозаключения относительно двигателей Стирлинга и самого цикла Стирлинга или цикла Крно. Хочу сказать, что не стоит воспринимать на веру всё что пишут. Ошибка многих «технарей — самодельщиков» в том, что им лень. Да, да, им лень взять и проверить свои знания математики и физики за 3-9 классы, и тем самым убедиться в истине приводимых рассуждений (смотрите карту для начинающих). Приведу некоторые распространённые «враки» и недоговорки на форумах, блогах и уважаемых сайтах о Стирлинг-машинах:

1. Теоретический КПД двигателя Стирлинга может достигать 70-75%.

Это не так! Теоретический КПД двигателя Стирлинга (цикла Карно) может достигать 100%! Проверьте сами по формуле или по калькулятору. Возьмите температуру холодильника ноль градусов Кельвина (или -273.15 °С) и сами всё увидите.

2. Внимание! Изобретён вечный двигатель! Взять тепловой насос с КПД 400% (а есть и с КПД 600%!) и Стирлинг с КПД 35% (а есть и 49%!) и завязать их друг на друга. Перемножая КПД мы получаем суммарный 140% (0,35*4=1,4). И вот он вечный двигатель! Ну или халявная энергия!

Вечный двигатель с ограниченной гарантией

Ага, и сделать это можно из пивных банок! Изобретённому вечному двигателю уже мульон лет. Мы всё время хотим обмануть законы физики. Мы всё время не хотим читать книги и пользоваться калькуляторами. Ответьте на вопрос: почему тот кто предлагает весь этот бред сам не возьмёт и не сделает этот халявный генератор? Почему он предлагает это сенсационное открытие вам?

Итак теоретический коэффициент преобразования теплового насоса (назовём его условно КПД, именно так его преподносят нам в литературе) считается по формуле

КПД=T2 /(T1 – T2)

где Т2 — температура отдаваемая тепловому насосу (в нашем варианте это, например, грунт), а Т1 — температура, которую отдаёт насос (например для отопления помещения). Всё в градусах Кельвина.

Теперь наши расчётные идеальные данные. Температуру грунта Т2 возьмём приблизительно 6°С, т.е. 6+273=279°К. Температура Т1=60°С или 273+60=333°К. Наш КПД=279/54=5,1666 или более 500%. Здорово, не правда ли? Проверьте на калькуляторе КПД теплового насоса.

Считаем КПД идеального двигателя Стирлинга для этих температур. КПД= (333-279)/333=0,16216 или 16,216%. В реальной жизни КПД будут конечно же ещё меньше. Если вы умножите 5,1666 и 0,16216 , то получите значение меньше 1 , а именно 0,8378. Что это значит? Да то, что халявы не бывает! При любых значениях нагревателя и холодильника суммарный КПД двигателя и теплового насоса будет ниже 100%.

А как же КПД цикла Стирлинга в 35% и даже выше? Это значения КПД приведены для большой разницы температур. При такой большой разнице т.н. КПД теплового насоса будет значительно ниже! И в итоге суммарный КПД снова будет ниже 1. Всё? Закрыли эту тему?

3. Увеличивая температуру холодильника на 1 градус вы уменьшаете КПД на 0,5% .

Хочется оставить это без комментариев, но… Снова берём формулу или калькулятор и смотрим и возмущаемся этому утверждению. Повторюсь, зависимость КПД цикла Стирлинга нелинейна! Сразу вспоминается байка о сломанных часах, которые два раза в день показывали правильное время.

4. Эффективность двигателя Стирлинга растёт с увеличением температуры.

Здесь нам не договаривают. Если речь идёт о росте температуры нагревателя, то соглашусь, но тут же нужно сказать, что эффективность растёт и с понижением температуры холодильника. И даже намного быстрее!

5. Во всём виноваты спецслужбы! Они-то и не дают Российским изобретателям делать и внедрять Стирлинги. Ну конечно же спецслужбы спонсируются нефтянниками и газовщиками.

Ну как вы себе это представляете? А кто тогда мешает Китайцам, Немцам, Шведам и Американцам? Может просто не родился тот Кулибин, который сделает действительно безобразно простую модель с высоким КПД, удельной мощностью, высокой надёжностью и дешёвой в производстве? Ведь те проблемы, которые описаны в книжках, для существующих схем двигателей не решены или решаются ой как дорого и неэффективно. Это только на первый взгляд двигатель простой. Простой, пока не начнёшь его делать. Ищите виноватых в себе. Пусть хоть в этом наши энергетики не будут виноваты.

domolov.ru

Двигатель Стирлинга - Обо всех и обо всем

В XIX веке инженеры начали искать безопасную альтернативу паровым двигателям того времени, котлы которых часто взрывались из-за высоких давлений пара и неподходящих материалов для их постройки. И такая замена появилась благодаря канадскому священнику Роберту Стирлингу, который изобрел и 27 сентября 1816 года запатентовал (английский патент № 4081) новый тип двигателя внешнего сгорания, преобразовывающий в работу любую разницу температур.

Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий.

Цикл работы двигателя Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. При этом изменяется давление, за счёт чего можно получить полезную работу. Поскольку теоретические объяснения удел ученых мужей, слушать их временами утомительно, поэтому перейдем к наглядной демонстрации работы двигателя Стерлинга.

Как работает двигатель Стирлинга

Внешний источник тепла нагревает газ в нижней части теплообменного цилиндра. Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх.
Маховик толкает вытеснительный поршень вниз, тем самым перемещая разогретый воздух из нижней части в охлаждающую камеру.
Воздух остывает и сжимается, рабочий поршень опускается вниз.
Вытеснительный поршень поднимается вверх, тем самым перемещая охлаждённый воздух в нижнюю часть. И цикл повторяется.

В машине Стирлинга движение рабочего поршня сдвинуто на 90 градусов относительно движения поршня-вытеснителя. В зависимости от знака этого сдвига машина может быть двигателем или тепловым насосом. При сдвиге 0 градусов машина не производит никакой работы (кроме потерь на трение) и не вырабатывает её.

Еще одним изобретением Стирлинга, увеличившим КПД двигателя стал регенератор, который представляет собой камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой для улучшения теплоотдачи проходящего газа (на рисунке регенератор заменен ребрами радиатора охлаждения).

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в двигатель Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %.

Достоинства двигателя Стирлинга:

1. Всеядность. Можно использовать любое топливо, главное создать разницу температур.2. Низкая шумность. Поскольку работа построена на перепаде давления рабочей жидкости, а не на поджоге смеси, то шумность по сравнению с двигателем внутреннего сгорания существенно ниже.3. Простота конструкции, отсюда высокий запас прочности.

Однако все эти достоинства в большинстве случаев перечеркиваются двумя большими недостатками:

1. Большие габариты. Рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массы и размеров за счёт увеличенных радиаторов.2. Низкий КПД. Тепло подводится не к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников, соответственно потери КПД велики.

С развитием двигателя внутреннего сгорания двигатель Стирлинга ушел...нет не в прошлое, а в тень. Он с успехом эксплуатируется в качестве вспомогательных силовых установок на подводных лодках, в тепловых насосах на теплоэлектростанциях, в качестве преобразователей солнечной и геотермальной энергии в электрическую, с ним связаны космические проекты по созданию силовых установок работающих на радиоизотопном топливе (радиоактивный распад происходит с выделением температуры, кто не знал).Кто знает, возможно однажды двигатель Стирлинга ждет большое будущее!Источник

maxxbay.livejournal.com

Каталог товаров:

Контакты

Статистика сайта