Строительство и архитектура/5.Теплогазоснабжение и вентиляция

Р.Д. Исламгулов

Башкирский государственный аграрный университет, Россия

Особенности работы и перспектива применения

двигателя внешнего сгорания

В XIX веке возникла необходимость замены паровых двигателей на что-то более безопасное, так как котлы часто взрывались из-за высокого давления пара и некоторых серьезных конструктивных недостатков.

Хорошим вариантом стал двигатель внешнего сгорания, который запатентовал в 1816 году шотландский священник Роберт Стирлинг.

Работа машины Стирлинга основана на замкнутом термодинамическом цикле. Периодические процессы сжатия и расширения здесь идут при разных температурах. Управление рабочим потоком происходит посредством изменения его объема.

В данном двигателе при низкой температуре идет сжатие газа, а при высокой – его расширение. Периодическое изменение параметров происходит за счет использования особого поршня, имеющего функцию вытеснителя. Тепло к рабочему телу при этом подводится с внешней стороны, через стенку цилиндра. Эта особенность и дает право машине Стирлинга называться двигателем внешнего сгорания.

Перспективы применения двигателей Стирлинга

Двигатели Стирлинга имеют весомые преимущества сравнительно с двигателями внутреннего сгорания, такие как: - незначительная затрата смазочных материалов;
- очень низкие выбросы основных вредных веществ, на порядок низшие чем ДВС, благодаря постоянному сгоранию топлива в благоприятных условиях;
- незначительная шумность двигателя Стиргинга, что объясняется отсутствием механизма газораспределения, а также плавным непрерывным процессом сгорания, в отличие от взрывоподобного сгорания в цилиндрах ДВС;
- небольшой объем технического обслуживания;
- а также независимость к конкретному веществу двигателя Стирлинга.

К недостаткам можно отнести громоздкость, так как делать компактные, надёжные и мощные теплообменники очень трудно.

На сегодня, изготовление двигателя Стирлинга нуждается в больших средствах, чем обычные ДВС, тем не менее, его эксплуатация - значительно экономичнее.

Применение

В настоящее время двигатель Стирлинга с генератором используют во многих областях. Это универсальный источник электрической энергии в холодильниках, насосах, на подводных лодках и солнечных электрических станциях. Именно благодаря применению различного вида топлива имеется возможность его широкого использования.

Вот конкретные примеры использования:

· Уже сегодня выпускаются автономные генераторы для туристов. Есть модели, которые работают от газовой конфорки;

NASA заказало вариант генератора на основе «стирлинга», который работает от ядерного и радиоизотопного источников тепла. Он будет использоваться в космических экспедициях.

· Производители бытовых холодильников внедряют модели на «стирлингах». Они будут экономичнее, а в качестве хладагента предполагается использоваться обычный воздух;

· Совмещённый Стирлинг с тепловым насосом оптимизирует систему отопления в доме. Он будет отдавать бросовое тепло «холодного» цилиндра, а полученную механическую энергию может использовать для подкачки тепла, которое идет из окружающей среды;

· Сегодня на всех подводных лодках ВМС Швеции установлены двигатели Стирлинга. Они работают на жидком кислороде, который в дальнейшем используется для дыхания. Очень важный фактор для лодки, низкий уровень шума, а недостатки типа: «большой размер», «необходимость охлаждения» – в условиях подводной лодки не существенны. Аналогичными установками оснащены и новейшие японские подводные лодки типа «Сорю»;

· Двигатель Стирлинга используется для преобразования солнечной энергии в электрическую. Для этого он монтируется в фокусе параболического зеркала. Компания Stirling Solar Energy строит солнечные коллекторы мощностью до 150 кВт на зеркало. Они используются на крупнейшей в мире солнечной электростанции в южной Калифорнии.

В настоящее время более полусотни зарубежных компаний ведут работы по совершенствованию конструкции двигателя Стирлинга в целях его адаптации к массовому выпуску для нужд людей. И если удастся устранить недостатки данного типа двигателей, в то же время сохранив его преимущества, то именно Стирлинг, а не турбины и электромоторы, придет на смену бензиновым ДВС.

Литература:

1. Инсафутдинов С.З. Модернизация стендов для регулировки топливных насосов автотракторных дизелей [Текст] / С. З. Инсафутдинов, Л. Н. Костенко // Материалы Всероссийской конференции, посвященной 75-летию со дня открытия Чувашской государственной сельскохозяйственной академии / Чувашская ГСХА. - Чебоксары, 2006. - С. 524-527.

2. Инсафутдинов С.З. Автономная система энергообеспечения [Текст] / С. З. Инсафутдинов, Ф. Р. Сафин, А. А. Шарафеев // Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование : материалы Международной научно-практической конференции, проводимой в рамках XVII специализированной выставки (10-11 апреля 2013 года) / Башкирский ГАУ. - Уфа, 2013. - С. 19-21.

3. Электронный блок для стенда регулировки форсунок дизелей с учетом противодавления [Текст] / Ф. Р. Сафин, С. З. Инсафутдинов // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования : сборник научных трудов / Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. - Санкт-Петербург, 2014. - Ч. 1. - С. 419-422.