Двигатель стирлинга генератор 3 квт: двигатель стирлинга генератор Низкое потребление топлива и бесшумность Certified Products

Содержание

двигатель стирлинга генератор Низкое потребление топлива и бесшумность Certified Products

О продукте и поставщиках:
. двигатель стирлинга генератор на сайте Alibaba.com - это современные источники энергии, которые вырабатывают электроэнергию, необходимую для различных целей. Роль этих. двигатель стирлинга генератор нельзя игнорировать, так как они устраняют разрыв в отсутствии традиционных источников, таких как электричество. Выходная мощность этих. двигатель стирлинга генератор так же хорош, как и источник из регулируемых источников электроэнергии, и, следовательно, причина, почему они используются в различных коммерческих секторах и домашних хозяйствах 
 
 
Эти современные. двигатель стирлинга генератор производятся с использованием современных технологий, которые делают их бесшумными во время работы, что означает, что их можно использовать даже в таких местах, как больницы. Вы должны с энтузиазмом посетить Alibaba.com, чтобы найти. двигатель стирлинга генератор, в которых установлены интеллектуальные блоки управления, которые заставляют их работать автономно. Система непосредственного впрыска топлива. двигатель стирлинга генератор дает им возможность работать даже на открытом воздухе, где нет других источников энергии. 
Великолепно. двигатель стирлинга генератор, представленные на этой торговой площадке, используются на коммерческих сайтах, например в районах добычи полезных ископаемых, для питания используемых машин. Кроме того, в них установлены интеллектуальные блоки управления. двигатель стирлинга генератор делают это оборудование без оператора во время работы и обеспечивают защиту от перегрузок по мощности. Безупречный. двигатель стирлинга генератор имеют усиленные звукоизоляционные материалы, которые делают их очень тихими во время работы. 
Расширьте область поиска. двигатель стирлинга генератор на сайте Alibaba.com и изучите многочисленные диапазоны и различные доступные варианты выходной мощности. Зайдя на этот сайт, вы будете поражены низкими ценами. Вам, как уважаемому клиенту, предлагается приехать за таким оборудованием.

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

Частота отключения света, цены, тарифы на электричество в Украине требуют альтернативных решений энергоснабжения. Мы предлагаем газо генератор от Viessmann — газовый генератор вырабатывает электроэнергию (электричество) из газа.

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 — 15 %, то есть 6,6 кВт тепла дают 1 кВт электричества — мощность электростанции. Пиковую нагрузку для подогрева горячей воды обеспечивает газовая горелка MatriX с конденсационным теплообменником Inox-Radial (КПД — 98 %) конденсационного котла Vitodens 200-W — 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 — 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 м3/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.

Где купить двигатель Стирлинга можно узнать у менеджера по продажам.

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

Если двигатель Стирлинга будет продаваться в Украине, возможная цена около  12720 Евро.

Стирлинг — альтернативный источник электричества и тепла

Содержание статьи

Генерация электроэнергии почти всегда связана с появлением побочного продукта – тепла. Даже фотоэлементы нагреваются, что снижает их КПД. Однако есть целый кластер устройств, в которых тепло не рассеивается, а может быть использовано для бытовых нужд. Сердце таких генераторов – двигатель Стирлинга.

Двигатель внешнего сгорания

Базовое отличие двигателя Стирлинга в том, что топливо сгорает не внутри цилиндра, а снаружи. Следовательно, внутреннее пространство остаётся герметичным и идеально чистым, без нагара и необходимости его обслуживания. Работает он практически бесшумно, так как нет детонации обогащённой топливной смеси.

 

Остальные достоинства можно обозначить так:

  • Абсолютная экологическая безопасность.
  • Простейшая конструкция обеспечивает высокую надёжность.
  • Чрезвычайно высокий моторесурс.
  • Всеядность по отношению к источнику тепла.
  • Очень высокий КПД.

Обеспечить более полное сгорание топлива гораздо легче снаружи цилиндра, чем внутри. Нагрев можно проводить не только углеводородными энергоносителями, но энергией Солнца, используя высокотемпературные солнечные концентраторы. В такой комбинации, КПД альтернативного генератора электроэнергии превышает 30%!

Для сравнения – лучшие серийные фотоэлементы демонстрируют КПД только 24%. Именно бесшумность была решающим фактором для установки двигателя Стирлинга на подводные лодки последних серий в Японии и Швеции.

В середине 80-х годов 20-го века, в США собрали и установили двигатель Стирлинга в автомобиль Chevrolet Celebrity!(Chevrolet Celebrity MOD 2 Stirling)

 

На фото автомобиль AMC Spirit Stirling experimental engines

 

Результаты были поразительны: глушитель, смазка и катализаторы были уже не нужны, экономия топлива достигала 45%, а ускорение практически не изменилось.

На фото автомобиль NASA’s Stirling-engined Dodge D-150

Двигатели Стирлинга используются НАСА(NASA) даже в космических аппаратах.

Но у них есть и недостатки.

Для получения максимально достижимого на практике КПД, необходимо обеспечить очень высокую разницу температур в холодной и горячих частях цилиндра. В противном случае, снижается «удельная мощность».

На фото автомобиль P-40 OPEL STIRLING ENGINE

Идеальным рабочим телом (газом) является водород, но его молекулы настолько малы, что им удаётся «напитывать» материал цилиндра. Следующий по эффективности газ – гелий, но он дорогой. А КПД снижается на 5%. Но можно использовать и азот, и аммиак, и даже осушенный воздух. Но мощность будет ниже идеальной.

Серийные генераторы и микроТЭЦ на двигателе Стирлинга

Однако все эти недостатки не помешали фирме «Филипс» (Philips Stirling Engine), создать для массового производства проект переносного электрогенератора Стирлинга модель MP1002CA ещё в начале 50-х годов.

Он был предназначен для работы от любого горючего, вплоть до пальмового масла, и генерировал 0,2 кВт электроэнергии. Обиходное название – «Генератор для бунгало». Но к моменту производства, выяснилось, что он не может конкурировать по стоимости с аналогами на двигателе внутреннего сгорания. Поэтому их выпустили не более пятнадцати дюжин. И те разошлись по учебным заведениям, для наглядной демонстрации.

В наше время небольшие фирмы разрабатывают аналогичные устройства. Например в г. Магнитогорске, фирма «ЭНЕРГОТОНИКА» выпускает многотопливный мини теплоэлектрогенератор с двигателем Стирлинга ГДС-150.

Его масса всего 37 кг, он может работать на любом топливе, хоть на дровах, хоть на газе.

В режиме 7/24 работает несколько месяцев. Но в таком режиме он вырабатывает 0,2 кВт электричества + тепло для отопления. На короткий промежуток устройство выдаёт до 1кВт.

К коттеджу такой источник альтернативной энергии не подключишь, а вот в лесной заимке, охотничьей сторожке, на рыбацком стане или в избушке лесника, или для кемпинга ГДС-150 будет вписываться идеально.

Для частного жилого дома «ЭНЕРГОТОНИКА» под заказ выпускает микроТЭЦ «АМТЭС-5/25ДО». Работает она на дровах (опилки, щепки, стружка), выдаёт в час 5 кВт электроэнергии и 25 кВт тепла, стоит 850 т.р.

Корейская фирма выпускает аналогичное устройство Navien Hybrigen SE.

Работает он на газе, и производит только 1 кВт электричества, а по цене гораздо дороже — 1,07 млн. р.

Немцы выпускают микроТЭЦ VITOTWIN 300-W Mikro-KW. Используя только газ, установка выдаёт 1 кВт электрической энергии и 6 кВт тепла. Стоит более 20,5 т. евро.

Обратите внимание, что все эти микроТЭЦ работают на двигателе Стирлинга. Только в западных странах они называются «m-CHP»

Сложности отечественного производителя

По техническим параметрам, российские микро ТеплоЭлектростанЦии на двигателе Стирлинга ни чем не уступают иностранным аналогам, а даже превосходят их по «всеядности». В ценовом сегменте они тоже выигрывают, но при внимательно изучении, оказывается, что стоимость может быть снижена в 3-5 раз!

Руководитель фирмы «ЭНЕРГОТОНИКА» Виктор Закомолдин дал довольно подробное объяснение. Оказывается в России абсолютно разрушены все производственные мощности, которые раньше выпускали простейшие комплектующие для дизельных двигателей и другие мелкие детали. Закупать их приходится в Китае. А доставка с растаможкой увеличивает стоимость в 7-10 раз! Политика Господдержки, объявленная правительством, оказалась фикцией.

При выходе на серийное производство из отечественных комплектующих, стоимость всей выпускаемой продукции будет снижена в 3,5-5 раз! Какая может быть тогда конкуренция, у немецкой m-CHP ценой 1,7 млн. руб, с отечественной микроТЭЦ за 300 т.р., если по техническим характеристикам Российский аналог уже вышел в отрыв.

Ведь работая в режиме максимальной производительности, магнитогорский микрогенератор АМТЭС-5/25ДО


потребляет всего 10 кг опилок и древесной щепы в час! выдавая 5 кВт элетроэнергии и 25 кВт тепла. Фактически — золотая жила

С такой микроТЭЦ на двигателе Стирлинга, жильё станет на 100% энергонезависимым. Например, можно поставить коттедж в поле, и к нему не надо будет тянуть линию электропередач и газопровод! А одна проектная разработка этих коммуникаций будет стоить гораздо больше миллиона. Впоследствии, предстоит оплачивать постоянно растущие тарифы на газ и электроэнергию.
В составе магнитогорской микроТЭЦ, имеется бункер на 0,7 куб. м. Одной полной загрузки хватает на 2 суток беспрерывной работы. Тепло можно использовать не только для отопления жилья, но и для бани, хранить в теплоаккумуляторе.
И главное ничего не надо изобретать! Всё уже имеется, но крупные заказчики ориентированы на углеводородные энергоносители, и привязку потребителя к центральным энергосетям.

Может быть после окончания эпидемии коронавируса COVID-19, ситуация начнёт исправляться. Но пока до 70% деталей закупается в Китае, изменений ждать не приходится.

Альтернативные источники тепла для генератора Стирлинга

Скрупулёзное изучение разных подходов в генерации электричества с использованием альтернативных источников энергии вскрыли любопытную особенность. Оказывается, что при комбинации высокотемпературных солнечных концентраторов с двигателем Стирлинга, КПД системы повышается до 34%!

Начиная с 2005 года, сначала в США, затем в Испании и даже в Великобритании, начали устанавливать альтернативные генераторы электричества, для которых не требовались такие высокотехнологичные материалы как фотоэлементы. Схематично такую конструкцию можно представить как параболическое зеркало, в фокусе которой помещали генератор на двигателе Стирлинга.

Эффект был потрясающий! Такое сочетание простейших устройств практически не имело недостатков:

  • Бесшумность работы;
  • Отсутствие любых выбросов в атмосферу;
  • Двигатели не требуют обслуживания;

Для работы в ночное время, разработчики придумали хитрую систему накопления избыточной тепловой энергии в локальных подземных теплоаккумуляторах.

Нагретый теплоноситель закачивается в небольшие подземные хранилища с высокой степенью теплоизоляции в течении светового дня. Ночью по системе изолированных трубопроводов этот теплоноситель подаётся на рабочий цилиндр генератора Стирлинга, и генерация не останавливается. Производительность снижается почти на 50%, но выработка электроэнергии идёт безостановочно круглые сутки!

Преимущество перед солнечными панелями проявлялось и в стабильности работы при переменной облачности. Ведь если Солнце закрывается облаками, то фотоэлементы резко снижаются производительность, а альтернативный генератор Стирлинга продолжает работать.

Одна такая солнечная тарелка Стирлинга на пике вырабатывает 34 кВт электроэнергии. Компания United Sun Systems с 2015 года выпустила более 20 тысяч таких устройств. Успешно функционируют серьёзные электростанции, например Imperial или Calico, которые генерируют более 800 МВт электроэнергии с самой низкой себестоимостью.

Некоторые из выпускаемых конструкцию, например SunCatcher, хорошо масштабируются, и небольшие солнечные тарелки Стирлинга мощностью 3-5 кВт устанавливаются на крышах зданий с 2010 года.

Альтернативный генератор Стирлинга в свой дом

Этот сегмент альтернативной энергетики практически не освоен на постсоветском пространстве. Сказывается политика правительства, которая препятствует развитию на практике альтернативной энергетики. Упор делается на нефтегазовый сектор, как в колониальных странах.

Для личных нужд, умельцы такую перспективную комбинацию начнут рассматривать в ближайшее время. Сразу, как только окончится переформатирование страны, скрытой под маской коронавирусной эпидемии COVID-19.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Автономное электроснабжение

 

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

 

МНОГОТОПЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ СВЕРХМАЛОЙ МОЩНОСТИ С ТЕПЛОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ, СПОСОБНАЯ ЭФФЕКТИВНО РАБОТАТЬ В УСЛОВИЯХ СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ КАЗАХСТАНА | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

МНОГОТОПЛИВНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ СВЕРХМАЛОЙ МОЩНОСТИ С ТЕПЛОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ, СПОСОБНАЯ ЭФФЕКТИВНО РАБОТАТЬ В УСЛОВИЯХ СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ КАЗАХСТАНА

Научная статья

Мехтиев А.Д.1, Югай В.В.2, Алькина А.Д.3, Есенжолов У.С.4, *, Калиаскаров Н.Б.5

1 ORCID: 0000-0002-2633-3976;

2 ORCID: 0000-0002-7249-2345;

3 ORCID: 0000-0003-4879-0593;

4 ORCID: 0000-0003-2536-6810;

5 ORCID: 0000-0001-9772-4205;

1, 2, 3, 4, 5 Карагандинский государственный технический университет, Караганда, Казахстан

* Корреспондирующий автор (newneil[at]mail.ru)

Аннотация: Проблема эффективного электроснабжения не решена в полном объеме до сих пор. Одним из путей решения данной проблемы является разработка микро тепловой электростанции, способной функционировать практически на любом топливе. Использование собственного источника энергии позволит снизить затраты на ее производство. Существенно повышаются показатели надежности электроснабжения и обеспечивается ее бесперебойная поставка потребителю. Предложенная нами электростанция приводиться в действия тепловым двигателем с внешним подводом теплоты. Приведены некоторые результаты компьютерного моделирования двигателя с внешним подводом тепла, который работает по принципу Стирлинга. Рассмотрены конструктивные особенности разрабатываемого двигателя.

Ключевые слова: тепловая электростанция, двигатель Стирлинга, когенерация, тепловая энергия, комплексное производство, альтернативная энергетика.

MULTI-FUEL ELECTRIC POWER STATION OF SUPER-SMALL POWER WITH EXTERNAL COMBUSTION THERMAL ENGINE CAPABLE OF EFFECTIVELY WORKING IN AGRICULTURAL KAZAKHSTAN

Research article

Mehtiyev A.D.1, Yugai V.V.2, Alkina A.D.3, Esenzholov U.S.4, *, Kaliaskarov N.B.5

1 ORCID: 0000-0002-2633-3976;

2 ORCID: 0000-0002-7249-2345;

3 ORCID: 0000-0003-4879-0593;

4 ORCID: 0000-0003-2536-6810;

5 ORCID: 0000-0001-9772-4205;

1, 2, 3, 4, 5 Karaganda State Technical University, Karaganda, Kazakhstan

* Corresponding author автор (newneil[at]mail.ru)

Abstract: The problem of efficient power supply has not been fully resolved so far. One of the ways to solve this problem is to develop a micro thermal power plant capable of operating on virtually any fuel. Using its own energy source will reduce the cost of the production. It can also significantly increase the reliability of electricity supply and ensure uninterrupted supply to the consumer. The proposed power plant is driven by a heat engine with an external heat supply. Some results of computer simulation of an engine with an external heat supply, which works according to the Stirling principle, are given. The design features of the engine under development are considered.

Keywords: thermal power plant, Stirling engine, cogeneration, thermal energy, integrated production, alternative energy.

Общая часть и предварительный анализ уровня развития двигателя с внешним подводом теплоты. Двигатель Стирлинга (ДС), предложенный как альтернатива паровой машины в начале девятнадцатого века, претерпел множество этапов развития и трансформации, а также временных циклов развития и угасания, и сейчас вызывает достаточный интерес у изобретателей. Создаются все новые конструкции ДС и используются новые технологии для их создания. Сегодня некоторые модели могут оказать серьезную конкуренцию двигателям внутреннего сгорания (ДВС), например, по техническим и экологическим показателям. Несмотря на все достижения и преимущества они все же не нашли широкого применения как электрические машины или двигатели внутреннего сгорания, но на это есть ряд серьезных причин. Рабочее тело (газ или жидкость), движется в замкнутом объёме в условиях цикла периодического нагрева и охлаждения рабочего тела. Для его работы пригодно практически любое топливо или источник тепла [1, C. 27]. Благодаря чему этот уникальный в своем роде тепловой двигатель имеет высокий коэффициент полезного действия, равный максимальной эффективности тепловых машин, но на самом деле, на практике его достичь чрезвычайно сложно.

С исторической точки зрения, толчком в развитии данного направления послужил тепловой двигатель, предложенный католическим священником Робертом  Стирлингом, и запатентовавший им в 1816 году (английский патент № 4081). Тепловые двигатели, использующие в своей работе нагретый воздух, уже использовались в 17 веке, он лишь усовершенствовал конструкцию и предложил использовать регенератор, который он назвал «эконом». Модернизация позволила уменьшить вес и добиться КПД около 10%.  Этот узел позволил повысить эффективность и создать конкуренцию паровой машине, это дало возможность внедрить их на ряде предприятий, в первую очередь он был безопасным в плане допущения взрыва, что было не редкость для паровых машин того времени. Его машина была изготовлена из чугуна весом в одну тонну и вырабатывала 1 кВт мощности, на то время она могла оказать достойную конкуренцию паровой машине [2, C. 33]. Отсутствие износостойких уплотнений и жаропрочных сталей не позволили Стирлингу добиться успехов в эффективности, а бурное развитие ДВС и электромоторов в начале 20 века полностью вытеснили их с рынка, но с развитием технологий и материалов у инженеров в 50 – 60 годах прошлого века снова появился к ним интерес. Разработки новых конструкций ДС продолжаются по сей день. Например, особенных успехов добилась фирма Philips производившая компактные электрогенераторы на основе двигателя с внешним подводом теплоты работающий по циклу Стирлинга с КПД около 30 %, что пока не достижимо для большинства современных бензиновых электростанций с ДВС [3, C. 78]. Новые машины имели более высокую эффективность за счет повышения давления в рабочей полости (в цилиндрах и камерах), что существенно улучшило показатель «вес/габарит/мощность».

Проведенный нами обзор показал, что более чем за двухсотлетнюю историю развития они прошли несколько этапов трансформации и существенных конструктивных изменений, повысивших их эффективность. Сегодня инженерами различных стран мира созданы десятки конструкций тепловых двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ), работающих по циклу Стирлинга. Будет правильней утверждать, что данные тепловые двигатели объединяет только ряд существенных признаков, связанных с внешним подводом теплоты и тепловым циклом Стирлинга. Сам Стирлинг не является автором всех разработок, напротив, его тепловая машина во многом была несовершенна, о чем он сам писал лично, а современные двигатели с внешним подводом тепла в некоторых конструкциях не имеют ничего общего с предложенным им изобретением. В научной литературе совершенно разные по конструкции ДВПТ приписываются к авторству Стирлинга, о которых не было и речи в его работах.

Существуют основные типы тепловых двигателей Стирлинга: альфа, бета и гамма, но более перспективными в настоящее время для использования в энергетике являются свободнопоршневые и термоакустические машины, так как у них более высокий КПД и лучшие показатели массогабаритных размеров на единицу мощности [4, C.57]. Двигатель Стирлинга применяется в случаях, когда необходим небольшой преобразователь тепловой энергии, простой по устройству, либо когда эффективность других тепловых двигателей оказывается ниже: например, если разницы температур недостаточно для работы паровой или газовой турбины.

Двигатели Стирлинга могут применяться для преобразования тепловой энергии в механическую, а затем в электрическую. На них возлагают надежды по созданию солнечных электроустановок. Их применяют как автономные генераторы для туристов. Некоторые предприятия выпускают генераторы, которые работают от конфорки газовой печи.

Можно выделить ряд преимуществ использования двигателя с внешним подводом теплоты для многотопливной микроэлектростанции:

  1. многотопливность и способность работать на доступном в данной местности топливе;
  2. значительный моторесурс от 20000 часов;
  3. возможность когенерации тепла и комплексного производства энергии;
  4. от 3 до 6 раз меньшая стоимость выработанного киловатта энергии;
  5. полная автономность и независимость от тарифа и конъюнктуры рынка нефти и природного газа;
  6. высокие экологические показатели Евро – 5 и выше, что соответствует самым жестким мировым экологическим стандартам;
  7. срок окупаемости когенерационных установок 2-4 года;
  8. отсутствие необходимости прокладки и обслуживания электросетей при электрификации отдаленных районов;
  9. значительное сокращение расходов региональных бюджетов на закупку привозного топлива.

В различное время ряд зарубежных фирм очень активно вели работу по исследованию и разработке новых конструкций ДС или двигателя с внешним подводом теплоты, например, ‘Philips” (Нидерланды), “General Motors Co”, “Ford Motor Co”, “NASA Lewis Research Center”, “Los Alamos National Laboratory” (США), “MAN-MBW” (Германия), “Mitsubishi Electric Corp.”, “Toshiba Corp.” (Япония). В течение последнего десятилетия к работам по созданию двигателей Стирлинга приступили также в “Daimler Benz” и “Cummins Power Generation” (СPG) [5]. В различное время проведено множество исследований и практических опытов по вопросу использования двигателя Стирлинга для различных нужд, в том числе для производства электроэнергии [6]. В настоящее время на территории России активно работают несколько крупных компаний занимающиеся разработкой электростанций когенерационного типа, например, ООО “ИИЦ “Стирлинг-технологии”. На рынке имеется продукция произведенная ОАО «Машиностроительный завод «Арсенал», НПО «Гелиймаш» и др. Выпускаемые этими предприятиями ДВПТ, не являются Российскими разработками, а представляют собой копии криогенных машин, ранее выпускаемых голландскими фирмами “N.V. Philips Gloeilampenfabrieken” (“Филипс”) и “Werkspoor”. В России из-за экономического кризиса сложилась крайне неблагоприятная инновационная атмосфера и научные организации, в которых ранее велись работы по созданию новых  конструкций ДВПТ, например, МВТУ им. Баумана, ВНИИГТ, ОмПИ (ТУ), СПбГТУ (Политехнический университет), ЦНИДИ, вынуждены были из-за финансовых трудностей закрыть свои программы. В то же время в странах Евросоюза, США и Японии за последние 15 лет достигнуты положительные результаты в создании высокоэффективных машин Стирлинга, например термоакустического типа с линейными генераторами. Специалистами ООО «Инновационно – исследовательский центр «Стирлинг – технологии» вначале 21 века был проведен ряд экспериментальных исследований, в результате которых была разработана новая методология проектирования и расчета машин данного цикла. Данная методология включает в себя несколько “ноу-хау”, среди которых: уникальный метод двухуровневой многопараметрической оптимизации машин Стирлинга; структурный синтез машин Стирлинга на основе метода функцио­нально-эксергетического анализа сложных тепломеханических устройств и оптимального конструирования. На основании предложенных технических решений, специалистами ООО «Инновационно – исследовательский центр «Стирлинг – технологии», за 1994-2003 году было подано более 150 заявок на предполагаемые изобретения. Особое внимание уделялось проработке отдельных узлов машин Стирлинга и их конструктивного исполнения, а также созданию новых принципиальных схем установок различного функционального назначения. Практика показала, что оптимальное конструирование позволит в значительной степени сокра­тить суммарную удельную стоимость машин при их опытном изготовлении и серийном производстве. Предлагаемые технические решения, с учетом того, что машины Стирлинга менее дороги в эксплуатации, позволяют повысить их экономическую рентабельность по сравнению традиционными преобразователями энергии. Дальнейшее широкое распространение машин Стирлинга будет связано с развитием теории проектирования многоцилиндровых машин данного цикла, что позволит создавать двигатели и холодильные машины производительностью до 1000 кВт.

Некоторые проблемы, связанные с созданием высокоэффективных машин Стирлинга. Проанализированный нами зарубежный опыт по созданию высокоэффективных ДВПТ или двигателей Стирлинга показал, что без точного математического моделирования рабочих процессов и оптимального конструирования основных узлов, доводка проектируемых машин превращается в многолетние изнурительные экспериментальные исследования с малой вероятностью успешного результата. Ведущие разработки фирм стран Евросоюза, США и Японии, опираются на теоретические и экспериментальные исследования своих ученых из университетов и технопарки которые занимаются разработкой отдельных типов машин Стирлинга. Имеются не в полном объеме решенные технические проблемы, связанные конструкцией отдельных узлов, особенно уплотнений, регулирования мощности и т.д. Имеются проблемы обусловленные применением различных рабочих тел, например, низкая эффективность воздуха при нагреве и предотвращение утечек водорода, который является наиболее эффективным рабочим телом. Есть конструкции использующие в качестве рабочего тела гелий, он намного эффективнее воздуха, но обладает сверхтекучестью, что предъявляет повышенные требования к уплотняющим элементам рабочий поршней, штока вытеснителя и т.д., а это влияет на стоимость изготовления ДВПТ. В отличие от ДВС уплотнения работают в режиме сухого трения, так как смазка может сильно загрязнять рабочее тело и негативно влиять на работу ДВПТ, поэтому и уплотнения должны иметь низкий коэффициент трения и высокую износостойкость. Продолжается работа по проектированию перспективных и новых конструкций ДВПТ, которые внедряются в производство, например, свободно поршневых, не имеющих недостатков классических ДВПТ. Для достижения высокого КПД необходим высокий уровень технологии производства и качества материалов, а это повышает их стоимость, делая не доступными для массового повсеместного использования. К примеру, компания WhisperGen (Новая Зеландия) разработала для Европейского рынка микротепловую электростанцию когенерационного типа c тепловым двигателем внешнего сгорания (двигателем Стирлинга), стоимостью около 8 тыс. евро, но если учесть ее доставку в Казахстан, то цена вырасти минимум на 50%. Данная установка способна комплексно вырабатывать электрическую мощность — 1 кВт и тепловую — 5,5 кВт, что может хватить для небольшого сельского дома. Естественно сельскому жителю данная техника не доступна из-за высокой стоимости и отсутствия природного газа для ее работы, это делает ее невостребованной на селе. Высокая стоимость формируется из-за необходимости применения жаростойких сплавов и цветных металлов, их сварки и пайки. Немалые средства вкладываются в изготовления регенератора и насадки для него, так как необходимо с одной стороны высокая теплоемкость, а другой стороны, низкого гидравлического сопротивления. Производство требует высокотехнологичного оборудования и высокой квалификации рабочего персонала, а это тоже существенно повышает стоимость. Высокая наукоемкость и технологичность производства, а также использование дорогостоящих материалов является основным сдерживающим фактором широкого распространения современных ДВПТ. Для создания конкурентоспособных на мировом рынке ДВПТ можно добиться только в результате синтеза передовых научных исследований и высокопрофессиональной конструктивной проработки основных узлов, а также передовой технологии производства.

Разработка многотопливной электростанции сверхмалой мощности с тепловым двигателем внешнего сгорания.

Целью нашей научной работы является разработка двигателя с внешним подводом теплоты для многотопливной микроэлектростанции способной эффективно в условиях сельской местности Казахстана.

Своей будущей задачей мы ставим разработку серии микроэлектростанций мощностью от 1 до 100 кВт на основе свободнопоршневого двигателя внешнего сгорания и линейным генератором для энергообеспечения сельских жителей Казахстана. Наша работа выполнена в рамках проекта «Микротепловая электростанция когерационного типа с рекуперацией тепла» (№ АР05131751).

Данный тип теплового двигателя был изобретен в 50 – е годы прошлого века в США фирмой «Санпауэр». Конструкция получилась настолько удачная из всего семейства Стирлингов, что инженеры НАСА разработали несколько вариантов для использования их на космических кораблях. Немецкие инженеры сделали ряд разработок для использования их в быту, он может работать как генератор, насос и термокомпрессор [7, C. 85].

Ранее были сформулированы ряд рекомендаций по использованию двигателя Стирлинга для энергообеспечения сельских потребителей , а также приводили основные результаты исследований. Компактная когенерационная энергетическая установка способна производить электрическую и тепловую энергию, при соотношении 1/5 кВт, с КПД 10-20% и 40-50%, соответственно по видам энергии. В перспективе проведение работы по совершенствованию конструкции и оптимизации параметров для достижения комплексного КПД около 90%. Данная установка будет производить тепловую энергию примерно в 5 раз больше, чем электрическую, так как тепловая энергия охлаждающей воды и отработанных газов используется для нужд теплоснабжения потребителей. Эффективность применения двигателя Стирлинга в когенерационных установках, по сравнению с ДВС, обусловлена особенностью его теплового баланса. На рисунке 1 показана компоновка многотопливной микроэлектростанции мощностью в 1 кВт с двигателем с внешним подводом теплоты, в трех возможных вариантах, основанных на использовании энергосберегающего эффекта «Тандыра». Данная установка производит 1 кВт/ч электрической энергии и 5-6 кВт/ч тепловой, что в полнее достаточно для небольшого сельского дома. Контур охлаждения работает в летнее время, а в холодное время года его заменяет система отопления жилого дома. Установка работает на аккумулирование электрической и тепловой энергии. Накопители позволяют добиться стабильности в ее работе и обеспечить пики максимальной нагрузки, а также сбалансировать объемы произведенной и потребляемой энергии при минимальных потерях. Установка монтируется в печь или «Тандыр», которую предварительно разжигают, возможна также работа установки в длительном режиме с поддержанием процесса горения топлива.

Установка состоит из: свободнопоршневого двигателя внешнего сгорания 1; линейного генератора переменного тока на постоянных магнитах 2 и кабельной линии 3 с напряжением 220 В. Кабель подключается к преобразователю AC220/DC24В, для зарядки аккумулятора емкостью примерно 200 А/ч; система охлаждения (отопления) 4, чем эффективнее она работает тем выше КПД всей установки; нагреватель рабочего тела 5 из нержавеющей жаропрочной стали; система подвода воздуха 6; основание земли 7; кирпичная кладки из шамотного кирпича 8; трубопровод для системы охлаждения 9; колосниковая решетка 10; бетонное основание печи 11; теплоизоляция 12; обшивка 13; люк для чистки 14; дымоход для удаления продуктов горения 15.

Установка работает следующим образом, под действием высокой температуры от 300 до 7000 С силовая установка на основе свободнопоршневого двигателя внешнего сгорания 1 приводит в движение линейного генератора переменного тока на постоянных магнитах 2, выработанный ток по кабельной линии 3 с напряжением 220 В поступает на преобразователь переменного тока в постоянный AC220/DC24В который имеет контроллер заряда и осуществляет зарядку аккумуляторов минимальной емкостью 200 А/ч, желательно увеличить емкость аккумуляторов в 2-3 раза, для исключения дефицита электроэнергии и избежание аварийного отключения автономной системы при разрядке аккумулятора. Если в доме есть несколько мощных приемников, то необходимо отдельно рассчитать необходимое для их работы емкость. Постоянный ток может напрямую доставляться потребителям, например светодиодным электрическим лампам и частично инвертироваться для приводов холодильника и стиральной машины. Важным моментом эффективной работы установки является система охлаждения (отопления) 4, чем эффективнее она работает, тем выше КПД всей установки, поэтому желательно лучше охлаждать рабочее тело, чем повышать температуру нагревателя. Система охлаждения подключается через трубопроводы 9 и разделяется на прямой и обратный, в качестве охлаждающей жидкости может быть использован автомобильный антифриз. Для циркуляции охлаждающей жидкости используется электрический насос(помпа), а подключение системы отопления дома осуществляется через теплообменный аппарат. Для хранения излишек тепловой энергии необходим бак с тепловой изоляцией емкостью 200 – 500 литров.

Рис. 1 – Возможные варианты компоновки многотопливной электростанции мощностью в 1 кВт с двигателем с внешним подводом теплоты

 

Нагреватель рабочего тела 5 непосредственно воспринимает высокую температуру и должен быть выполнен из жаропрочной стали, для повышения эффективности он снабжен дополнительными трубчатыми нагревателями и внутренним регенератором. Для обеспечения процесса горения топлива печь или «Тандыр» должны быть оснащены системой подачи воздуха 6. Важным моментом является конструкция самой печи, главное ее казачество должно быть энергосбережение и сохранение тепла, поэтому теплоизоляции уделяется особое внимание.

Электрическая схема установки показана на рисунке 2, основная идея заключается в разделении нагрузки на переменную и постоянную. Это позволит избежать излишних преобразований и потерь, так как большинство современного бытового электрооборудования работает на постоянном токе, например, ноутбук или сотовый телефон. Светодиодные электрические лампы тоже могут работать на постоянном токе без драйвера. Переменный ток необходим только холодильнику, стиральной машине, микроволновой печи, поэтому для них предусматривается инвертор. Система выработки электрической энергии состоит из линейного синхронного генератора переменного тока 1, выполненного на постоянных магнитах, полупроводникового выпрямителя переменного тока 2, контроллера заряда аккумулятора с реле 3 и 5, аккумуляторной батареи 4, распределительного устройства 6 для разделения нагрузки на переменный ток с питанием от инвертора и на постоянный ток для питания нагрузки постоянного тока напрямую от аккумуляторной батареи.

Рис. 2 – Электрическая схема генерации

 

Для проведения исследований нами был разработан экспериментальный двигатель с внешним подводом теплоты, представленный на рисунке 3, мощность электрического генератора на постоянных магнитах составляет 100 Вт.

В качестве рабочего тела используется гелий с добавлением небольшого в процентном отношении воды, что позволяет создавать давление до 12 МПа.

Нами проведено компьютерное моделирование свободнопоршневого двигателя, полученные результаты помогут создать оптимальную конструкцию с максимально возможным КПД. Установлен ряд зависимостей влияющих на мощность связанных с температурой нагревателя и охладителя, диаметром и ходом поршней, фазой и другими параметрами.

Рис. 3 – Экспериментальная лабораторная установка мощностью 100 Вт

 

Отдельно проведены эксперименты, позволяющие построить диаграмму замкнутого теплового цикла Карно и рассмотреть зависимость давления и объема при различных положениях поршней. Результаты приведены на рисунке 4.

Риc. 4 – Зависимости основных параметров свободнопоршневого двигателя при его работе

 

Проведенные исследования позволяют найти оптимальные параметры конструктивных частей теплового двигателя. Точно установить геометрические размеры поршня и вытеснителя, а также величину их хода с оптимальным значением фазового сдвига.

Вывод. Использование двигателя с внешним подводом теплоты для многотопливной микроэлектростанции способной эффективно работать в условиях сельской местности Казахстана является весьма перспективным и требует всестороннего научнного исследования. Считаем, что наиболее перспективной конструкцией привода силового агрегата является свободнопоршневой двигатель с внешним подводом теплоты.

Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared.

Список литературы / References

  1. Бобылев А. В. Математическая модель свободнопоршневого двигателя Стирлинга / Бобылев А. В., Зенкин В. А. // Техника. Технологии. Инженерия. – 2017. – №1. – С. 22-27.
  2. Веревкин М. Г. Метод комплексного теплового и конструкторского расчета термомеханического генератора // Известия ВУЗов. Серия «Машиностроение». – 2004. – № 10. – С.33–37.
  3. Афанасьев В.А. Оценка КПД криогенного двигателя Стирлинга, входящего в состав газификатора сжиженного природного газа системы питания газовым потоком судового двигателя / Афанасьев В.А., Цейтлин А.М., Поляков П.Б. и др. // Вестник АГТУ. Серия «Морская техника и технология». – 2013. – №1. – С.78–83.
  4. Горожанкин С.А. Комбинированные газотурбинные установки с двигателями Стирлинга / Горожанкин С.А., Савенков Н.В., Чухаркин А.В. // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского политехнического университета – 2015. – №2(219). – С.57-66.
  5. Свидетельство о государственной регистрации прав на объект авторского права Республики Казахстан. Мини ТЭЦ с линейным генератором тока с рекуператором для утилизации отходов подверженных горению. / Мехтиев А.Д., Югай В.В. Алькина А.Д. и др. // № 0956; опубл.23.05.2016.
  6. Свидетельство о государственной регистрации прав на объект авторского права Республики Казахстан. Альтернативная теплоэнергетическая установка когенерационного типа мини-ТЭЦ. / Булатбаев Ф.Н. Югай В.В., Алькина А.Д., Нешина Е.Г. // №2385; опубл.15.11.2016.
  7. Жаукешов А. М. К выбору компонентов солнечной электростанции с двигателем Стирлинга // Вестник КазНУ. Серия «Физическая». – 2014. – №4(51). – С.85-89.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Bobylev A. V. Matematicheskaya model svobodnoporshnevogo dvigatelya Stirlinga [The mathematical model of Stirling’s free-piston engine] / Bobylev A. V., Zenkin V. A. // Tekhnologii. Inzheneriya [Bulletin of Equipment. Technologies. Engineering. Ser. Power engineering] – 2017 – no.1 – P.22-27. [in Russian]
  2. Verevkin M. G. Metod kompleksnogo teplovogo i konstruktorskogo rascheta termomekhanicheskogo generatora [Method of complex thermal and design calculation of a thermomechanical generator]/ Verevkin M. G. // Izvestiya VUZov. Seriya «Mashinostroyeniye» [Bulletin of Proceedings of higher educational institutions. Ser. Mechanical engineering] – 2004 –10 – P.33-37. [in Russian]
  3. Afanas’ev V. A. Otsenka KPD kriogennogo dvigatelya Stirlinga. vkhodyashchego v sostav gazifikatora szhizhennogo prirodnogo gaza sistemy pitaniya gazovym potokom sudovogo dvigatelya [Estimation of the efficiency of the cryogenic Stirling engine, which is part of the gasifier of liquefied natural gas, the gas-powered system of the marine engine]/ Afanas’ev V.A. // Vestnik AGTU. Seriya «Morskaya tekhnika i tekhnologiya» [Bulletin of vestnik of astrakhan state technical university. Ser. marine engineering and technologies] – 2013 –1 – P.78-83. [in Russian]
  4. Gorozhankin S.A. Kombinirovannyye gazoturbinnyye ustanovki s dvigatelyami Stirlinga [Combined gas turbine units with Stirling engines]/ Gorozhankin S. A.// Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo politekhnicheskogo universiteta [Bulletin of The founder and publisher of the journal is the St. Petersburg State Polytechnical University] – 2015 – 2(219) – P.57-66. [in Russian]
  5. Mekhtiev A.D.Mini TETs s lineynym generatorom toka s rekuperatorom dlya utilizatsii otkhodov podverzhennykh goreniyu. [Mini CHP with a linear current generator with a recuperator for recycling waste combustible] / Mekhtiev A.D., Yugay V.V. Al’kina A.D. and others, Certificate of state registration of rights to the object of copyright of the Republic of Kazakhstan – 0956 – 23.05.2016. [in Russian]
  6. Bulatbaev F.N. Al’ternativnaya teploenergeticheskaya ustanovka kogeneratsionnogo tipa mini-TETs. [Alternative heat-power plant cogeneration type mini-CHP.] / Bulatbaev F.N., Yugay V.V., Al’kina A.D., amd others // Certificate of state registration of rights to the object of copyright of the Republic of Kazakhstan – 2385 – 15.11.2016. [in Russian]
  7. Zhaukeshov A. M. K vyboru komponentov solnechnoy elektrostantsii s dvigatelem Stirlinga [To the selection of components of a solar power station with a Stirling engine] / Zhaukeshov A.M. // Vestnik KazNU. Seriya «Fizicheskaya» [Bulletin of herald of the Kazakh National University. Ser. Physical] – 2014 –4(51) – P.85-89. [in Russian]

Многотопливная микротепловая электростанция мощностью 1-10 кВт для удаленных объектов сельской местности и фермерских хозяйств Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311.22

DOI: 10.14529/power180208

МНОГОТОПЛИВНАЯ МИКРОТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ МОЩНОСТЬЮ 1-10 кВт ДЛЯ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ И ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ

АД. Мехтиев, В.В. Югай, А.Д. Алькина, Н.Б. Калиаскаров, У.С. Есенжолов

Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан

Проблема эффективного электроснабжения сельских потребителей не решена в полном объеме до сих пор. Одним из путей решения данной проблемы является разработка микротепловой электростанции, способной функционировать практически на любом топливе. Использование собственного источника энергии позволит снизить затраты на ее производство для фермерского хозяйства. Существенно повышаются показатели надежности электроснабжения и обеспечивается ее бесперебойная поставка потребителю. Предложенная нами электростанция приводится в действие тепловым двигателем с внешним подводом теплоты. Приведены некоторые результаты компьютерного моделирования двигателя с внешним подводом тепла, который работает по принципу Стирлинга. Рассмотрены конструктивные особенности разрабатываемого двигателя.

Ключевые слова: тепловая электростанция, двигатель Стирлинга, когенерация, тепловая энергия, комплексное производство, альтернативная энергетика, сельское хозяйство.

Введение

Одним из показателей себестоимости сельскохозяйственной продукции является стоимость энергии, которую приходится закупать по гораздо большему тарифу, чем городским жителям. Основные причины — это транспортные потери и тарифная политика местных владельцев электрических сетей. С транспортными потерями практически ничего нельзя сделать, так как обновление сельских электрических сетей происходит очень медленно. В основном в эксплуатации остались линии, построенные во времена бывшего СССР. Государство вкладывает средства в строительство новых линий, но это не решает проблемы в ближайшие десятилетия. Значительная удаленность, разброс и малая мощность потребителей делают нерентабельной систему электроснабжения в определенных ситуациях фермерского хозяйства. Строительство линии электропередачи — очень затратный процесс, и фермерские хозяйства не могут себе позволить данное строительство. В более выгодных условиях находятся жители сельских районных центров, где еще можно надеяться на решение данной проблемы [1].

Однако могут возникнуть трудности с местными владельцами электрических сетей, которые завышают тарифы и практически не вкладывают средства в их модернизацию. Проблема энергообеспечения фермерских хозяйств и удаленных от них электрических сетей требует решений. Например, стоимость тех же овощей, выращенных в южных регионах Казахстана, остается достаточно высокой, по причине того, что для полива используются насосы с приводом бензиновых и дизельных двигателей. Завозить топливо за 300-400 км очень дорого, оно дорожает в 2-3 раза. Использование альтернативной энергетики (энергия ветра и

солнца) может решить данную проблему, но у них есть следующие недостатки: непостоянство и сложность в регулировании баланса мощности производства и потребления [2]. Эту проблему можно решить частично, используя аккумуляторный накопитель энергии, но он тоже стоит немалых средств. Соответственно, фермеру необходимо найти немалые денежные средства на покупку и монтаж солнечных батарей или ветрогенератора, что большинство частных хозяйств себе позволить не могут. Развитие агропромышленного комплекса напрямую зависит от стоимости и доступности энергоносителей, поэтому обеспечение доступной электроэнергии даст толчок для развития сельских регионов.

Актуальность, научная значимость

с кратким обзором

Одним из решений данной проблемы эффективного и недорогого электроснабжения сельских потребителей, особенно удаленных от районных центров, когда прокладка линии электропередачи многократно превышает стоимость объекта и не может окупиться, является производство электрической и тепловой энергий на месте потребления, с помощью многотопливной микротепловой электростанции (МТЭС). Силовой агрегат предложенной МТЭС работает на любом виде топлива. Сельский житель может эксплуатировать МТЭС на доступном в регионе топливе, основанном на отходах сельскохозяйственного производства и животноводства. На месте можно наладить производство топливных брикетов, используя несложное в эксплуатации оборудование [3].

МТЭС является передвижной и полностью автономной установкой, способной производить электрическую и тепловую энергию на месте без

транспортных потерь. Сельский житель или фермерское хозяйство будут сами производить необходимое количество энергии и быть независимыми от внешней электрической сети. Простая по конструкции МТЭС будет недорогой в эксплуатации, и в случае необходимости ее ремонт можно выполнить в сельской мастерской [4].

Есть разработки зарубежных компаний, которые производят МТЭС для различных нужд, в основном для городских особняков, загородных домов и дач, но в качестве топлива они используют природный газ, что не приемлемо в условиях полного отсутствия газификации села, а использование баллонного газа очень недёшево обходится даже городскому жителю. Стоимость таких элитных автоматических систем с микропроцессорным управлением настолько высока, что просто исключает их использование [5]. Для их эксплуатации требуется высококвалифицированная сервисная служба ремонта и наличие оригинальных запасных частей. Конечно, над этим вопросом работают и разработчики МТЭС ближнего зарубежья, которые считают, что для автономного электроснабжения современная промышленность должна предложить сельскому жителю, помимо бензиновых и дизельных электрических генераторов, производство тепловых электростанций, основой которых является двигатель с внешним подводом тепла, работающий по циклу Стирлинга. На российском рынке присутствует ряд компаний, производящих экспериментальные МТЭС, способные работать на низкокалорийном топливе и отходах деревообработки. Как сказано ранее, имеются зарубежные разработки МТЭС, использующие двигатели с внешним подводом теплоты, с экономическими показателями и техническими характеристиками, превосходящие двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинные установки (ГУ) [6]. Лидирующие позиции в прошлом веке по производству МТЭС, основанные на использовании двигателя с внешним подводом теплоты, занимались фирмы: Philips, STM Inc., Daimier Benz, Solo, United Stirling.

Выпущенные ими серийные образцы эксплуатировались в быту и в сельском хозяйстве до настоящего времени, особенно в развивающихся странах третьего мира. Сегодня на рынке можно купить МТЭС производства Японии, Германии, Великобритании и других стран. Например, МТЭС VIESSMANN — VITOTWIN 300 W примерной стоимостью 11 тысяч евро или Whisper Tech стоимостью более 12 тысяч евро, мощностью 1 кВт, работающие только на природном газе, позволяют получать примерно на 1 кВт произведенной электрической мощности 6 кВт тепловой мощности, что может хватить для отопления небольшого дома [7]. Примерно такую же продукцию предлагают фирмы: Ecopower, WhisperGen, Microgen, Lion-Powerblock, EcoGen, Honda. Их диапазоны элек-

трической мощности от 1 до 50 кВт, общий КПД комплексного производства энергии составляет около 70-90 %.

Постановка задачи

Нами разработана концепция производства электрической и тепловой энергии для сельского потребителя, при помощи МТЭС, мощность которой от 1 до 10 кВт. Одним из вариантов мини-МТЭС может быть конструктивная схема с компоновкой двигателя с внешним подводом теплоты, работающая по циклу Стирлинга [8].

В качестве источника электрической энергии используется свободнопоршневой тепловой двигатель и линейный генератор, весь механизм которого не имеет вращающихся частей. Это позволяет существенно упростить установку и снизить ее габариты и металлоёмкость, так как эти обстоятельства напрямую влияют на важные параметры отношения массы на единицу мощности.

Теоретическая часть

Принцип работы такого двигателя довольно простой и, в отличие от классического варианта двигателя Стирлинга, у него есть ряд существенных преимуществ, перечисленных ранее. Но важным параметром является его герметичность, что позволяет уйти от проблем с уплотнениями. В связи с этим такая конструкция имеет меньшую стоимость. Перемещение поршня и вытеснителя происходит вдоль оси, вверх и вниз. Здесь используется сила упругости рабочего тела. В качестве рабочего тела в таком двигателе может использоваться воздух, азот, гелий и водород, находящиеся под давлением в несколько десятков атмосфер. Перемещаясь, поршни приводят в действие линейный генератор на постоянных магнитах. Рабочее тело нагревается в нижней части и охлаждается в верхней [9]. Движение поршня и вытеснителя подчиняются гармоническому закону синусоидальных волн A sin mt. Их можно представить вертикальными составляющими векторов перемещения с модулем A, который вращается с угловой скоростью ю. Сумма колебаний волн A sin rat и В sin rat можно выразить общим вектором, равным A и В, опережающим на угол ф. Его работа за цикл равна W = пАВ sin ф. Мощность можно представить выражением.

-■- = (кАВ ¡¡шф)| —| = -АВ sin Ф. (1)

T t v) 2

При этом вектор скорости будет опережать вектор перемещения на 90°.

Экспериментальная часть

Нами проведено компьютерное моделирование свободнопоршневого двигателя. Полученные результаты помогут создать оптимальную конструкцию с максимально возможным КПД. Установлен ряд зависимостей, влияющих на мощность,

связанных с температурой нагревателя и охладителя, диаметром и ходом поршней, фазой и другими параметрами [10]. Отдельно проведены эксперименты, позволяющие построить диаграмму замкнутого теплового цикла Карно и рассмотреть зависимость давления и объема при различных положениях поршней. Результаты приведены на рис. 1.

На рис. 2 приведена зависимость изменения давления и объема во внутренней полости двигателя. Образуется замкнутый термодинамический цикл Карно. Согласно диаграмме PV термодинамического цикла, показанной на рис. 2, мы видим, что она отличается от диаграммы идеального двигателя, предложенного Карно. В частности, в нем отсутствует явный переход от процесса по изотерме и по адиабате цикла Карно.

Проведенные исследования позволяют найти оптимальные параметры конструктивных частей теплового двигателя. Точно установить геометри-

ческие размеры поршня и вытеснителя, а также величину их хода с оптимальным значением фазового сдвига [11].

Данный тип теплового двигателя был изобретен в 50-е годы прошлого века в США фирмой «Санпауэр». Конструкция получилась настолько удачная из всего семейства Стирлингов, что инженеры НАСА разработали несколько вариантов для использования их на космических кораблях. Немецкие инженеры сделали ряд разработок для использования теплового двигателя в быту, он может работать как генератор, насос и термокомпрессор.

Видится огромная перспектива использования МТЭС со свободнопоршневым двигателем Стирлинга для энергообеспечения жилых и промышленных объектов сельской местности и фермерских хозяйств. Создание когенерационного альтернативного источника энергии на основе двигателя с внешним подводом теплоты и на основе цикла Стирлинга с линейным генератором

(Normalized) Positions

Displacer Piston

(Normalized) Volume and Pressure

Hot VdI -Cold VdI -Total Vn I-Pressure»]

Рис. 1. Зависимости давления и объема при различных положениях поршней МТЭС свободнопоршневого двигателя при его работе

0,63 0,7 0,72 0,74 0,76 0,7В 0,8 0,82 0,34 0,36 0,63 0,9 0,92 0,34 0,96 0,93

Рис. 2. Диаграмма PV термодинамического цикла

без вращающихся частей, позволит создать надежный источник энергии, который может эксплуатироваться длительное время без ремонта на доступном для данной местности топливе. Исключение транспортных потерь при доставке электроэнергии потребителю позволит снизить ее стоимость. Использование МТЭС мощностью всего 1,1 кВт ч позволит обеспечить электроэнергией небольшой сельский дом площадью около 60 м2 и полностью отопить его в холодное время [12].

В своей конструкции мы используем для изготовления корпуса сталь 20Х23Н18, которая позволит обеспечить работу при температуре 700-950 °С. Внутреннее давление будет составлять 2-3 МПа. В дальнейшем планируется работать с давлением не менее 3 МПа. В качестве рабочего тела будем использовать воздух. Система охлаждения с принудительной циркуляцией и водным раствором автомобильного антифриза. Оптимальный параметр температуры воды на входе в тепловой двигатель в пределах от 20 до 25 °С, но желательно достижение значения в 15 °С. Этот показатель может быть достигнут только при увеличении площади радиатора, что увеличит металлоемкость и вес агрегата. Производительность помпы около 3-4 л/мин. Ожидаемая температура на выходе из системы охлаждения в диапазоне от 50 до 80 °С, но желательно достижение значения не более 60 °С. Напряжение на выходе из генератора может быть от 24 до 220 В, причем возможна прямая работа через преобразователь на зарядку аккумуляторов с дальнейшим инвертированием при необходимости в 220 В переменного тока [13]. Электрическая мощность генератора будет в пределах 1,1-1,2 кВт, достигается около 1200-1300 об/мин, при этом выделяемая мощность в виде тепловой энергии будет в пределах 3,5-4 кВт. В зависимости от эффективной работы системы охлаждения

возможно достижение значения 4,5-5 кВт. Экспериментальные лабораторные модели работали на газе, но в реальных условиях планируется работа на древесных отходах и отходах сельскохозяйственного производства.

На рис. 3 приведена условно упрощенная схема свободнопоршневого двигателя с линейным генератором на постоянных магнитах, который ляжет в основу нашей будущей МТЭС [14].

Владелец МТЭС будет сам приготавливать себе топливо из доступных в регионе веществ. Например, для обеспечения указанной мощности расход древесных пеллет будет примерно от 2,7 до 3 кг/ч, но расход топлива можно снизить, совершенствуя конструкцию МТЭС в дальнейшем, желательный расход древесных пеллет — до 2,6 кг/ч. В качестве рабочего тела будем использовать воздух для удешевления стоимости МТЭС, использование гелия и водорода может дать значительный рост производительности, но создает ряд технических проблем. Суммарный КПД установки достигает 80 %, при этом уровень шума не должен превышать 40 Дб. Примерный срок службы — 50 000 ч. Диаметр — около 500 мм, длина — 800 мм, масса -примерно 60 кг.

На рис. 4 приведена схема компоновки МТЭС. Для ее работы подойдет очень простая печь, которую сельский житель может легко сделать самостоятельно, без привлечения высококвалифицированных специалистов [15].

Желательно, чтобы ее стенки имели хорошую теплоизоляцию, что сократит потери тепла в атмосферу [16]. Загрузка топлива выполняется через бункер сверху. Для обеспечения хорошего прогорания топлива необходим нагнетатель воздуха. Чистка от остатков продуктов горения выполняется через специальный люк. Отработанные дымовые газы выходят через дымоход.

Рис. 3. Упрощенная схема свободнопоршневого двигателя с линейным генератором на постоянных магнитах: 1 — вытеснитель; 2 — поршень; 3 — охладитель с циркулирующей в нем жидкостью; 4 — регенератор; 5 — нагреватель; 6 — обмотка линейного генератора;

7 — постоянные магниты; 8 — пружина

Рис. 4. Схема с компоновкой МТЭС

Заключение

Для эффективной работы МЭТС необходима не только высокая температура со стороны нагревателя, но и обеспечение низкой температуры охладителя; чем выше разница в их значениях, тем выше КПД двигателя. Достигается цель снижения себестоимости производства энергии на уровне 4-5 тенге за 1 кВтч и исключения транспортных потерь энергии. Получена полная независимость потребителя от роста тарифов и политики энергетических компании. Ожидаемый результат проекта — достижение 50 % эффективности по отношению к лучшим мировым образцам МТЭС, но со стоимостью в пределах 30 % своих зарубежных аналогов; достижение КПД более 20 %, при выработке электрической энергии и 70 % комплексного производства энергии; создание МТЭС, способной конкурировать с другими источниками энергии.

Литература

1. Бобылев, А.В. Математическая модель свободнопоршневого двигателя Стирлинга / А.В. Бобылев, В.А. Зенкин // Техника. Технологии. Инженерия. — 2017. — № 1. — С. 22-27.

2. Веревкин, М.Г. Метод комплексного теплового и конструкторского расчета термомехани-

ческого генератора / М.Г. Веревкин // Известия вузов. Серия «Машиностроение». — 2004. — № 10. -С. 33-37.

3. Оценка КПД криогенного двигателя Стирлинга, входящего в состав газификатора женного природного газа системы питания газовым потоком судового двигателя / В.А. Афанасьев, А.М. Цейтлин, П.Б. Поляков, Р.Ю. Гавло-вич // Вестник АГТУ. Серия «Морская техника и технология». — 2013. — № 1. — С. 78-83.

4. Горожанкин, С.А. Комбинированные газотурбинные установки с двигателями Стирлинга / С.А. Горожанкин, Н.В. Савенков, А.В. Чухар-кин // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского политехнического университета. — 2015. — № 2 (219). — С. 57-66. DOI: 10.5862/JEST. 219.7

5. Свидетельство о государственной регистрации прав на объект авторского права Республики Казахстан. Мини ТЭЦ с линейным генератором тока с рекуператором для утилизации отходов подверженных горению / А.Д. Мехтиев, В.В. Югай, А.Д. Алькина, П.М. Ким, О.В. Алдошина, Р.А. Мехтиев, Д.Д. Балапанова, А.В. Федорова. — № 0956; опубл.2 3.05.2016.

6. Свидетельство о государственной регист-

рации прав на объект авторского права Республики Казахстан. Альтернативная теплоэнергетическая установка когенерационного типа мини-ТЭЦ / Ф.Н. Булатбаев, В.В. Югай, А.Д. Алькина, Е.Г. Нешина. — № 2385; опубл. 15.11.2016.

7. Жаукешов, А.М. К выбору компонентов солнечной электростанции с двигателем Стир-линга / А.М. Жаукешов // Вестник КазНУ. Серия «Физическая». — 2014. — № 4 (51). — С. 85-89.

8. Ридер, Г. Двигатели Стирлинга: пер. с англ. / Г. Ридер — М.: Мир, 1986. — 464 с.

9. Уокер, Г. Двигатели Стирлинга: пер. с англ. / Г. Уокер. — М.: Машиностроение, 1985. -408 с.

10. Langlois, Justin L.R. Dynamic computer model of a Stirling space nuclear power system / Justin L.R. Langlois // Annapolis: US Naval Academy. — 2006. — Trident Scholar project report no. 345.

11. Kouji Kumagai. Performance Prediction of Linear Stirling Power Generator with Two Displacers / Kouji Kumagai, Hiroyuki Yamasaki // 6th International Energy Conversion Engineering Conference (IECEC), 2008. DOI: 10.2514/6.2008-5636

12. Kwanchai Kraitong. Numerical modelling anddesign optimisation of Stirling engines for power

production / Kwanchai Kraitong // World Renewable Energy Congress, 2011.

13. Hang-Suin Yang. A Nonlinear Non-dimensional Dynamic Model for Free Piston Thermal-lag Stirling Engine / Hang-Suin Yang, Chin-Hsiang Cheng // Energy Procedia. — 2014. DOI: 10.1016/j. egypro. 2014.12.270

14. Ильин, Р.А. Эффективность использования двигателей Стирлинга в составе газо-газовых теплоэнергетических установок / Р.А. Ильин // Вестник АГТУ. — 2008. — Вып. 5 (46). — С. 110-113.

15. Светлов, В.А. Определение параметров теплообмена во внутреннем контуре двигателя Стирлинга / В.А. Светлов, Н.А. Иващенко, С.И. Ефимов // Двигатель-97: междунар. науч.-техн. конф. К 90 летию начала подготовки в МГТУ специалистов по двигателям внутреннего сгорания. Материалы конференции. — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. — С. 130-131.

16. Абакшин, А.Ю. Численное моделирование процессов тепло- и массобмена в цилиндрах двигателя с внешним подводом теплоты / А.Ю. Абакшин, Г.А. Ноздрин, М.И. Куколев // Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2012. — № 2-2 (1477). — С. 164-167.

Мехтиев Али Джаванширович, канд. техн. наук, заведующий кафедрой «Технологии и системы связи», Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан; barton.kz@ mail.ru.

Югай Вячеслав Викторович, доктор PhD., и.о. доцента, кафедра «Технологии и системы связи», Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан; [email protected].

Алькина Алия Даулетхановна, магистр технических наук, старший преподаватель, кафедра «Измерительная техника и приборостроение», Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан; [email protected].

Калиаскаров Нурбол Балтабаевич, магистр технических наук, преподаватель, кафедра «Технологии и системы связи», Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан; [email protected].

Есенжолов Улан Серикович, магистр технических наук, старший преподаватель, кафедра «Технологии и системы связи», Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан; [email protected].

Поступила в редакцию 15 мая 2018 г.

DOI: 10.14529/power180208

MULTI-FUEL MICRO-THERMAL 1-10 kW CAPACITY POWER PLANT FOR REMOTE RURAL LOCALITIES AND FARM SITES

A.D. Mekhtiev, [email protected], V.V. Yugay, [email protected], A.D. Al’kina, [email protected], N.B. Kaliaskarov, [email protected], U.S. Esenzholov, [email protected]

Karagandy State Technical University, Karagandy, Kazakhstan

The problem of efficient electricity supply to rural consumers has not yet been fully resolved. A way to solve this problem is to develop a micro thermal power plant that can function on virtually any fuel. Using own energy source will reduce the cost of its production for the farm, significantly increase the reliability of electricity supply, and ensure its uninterrupted supply to consumers. The suggested power plant is driven by a thermal motor with external heat supply. The results of computer simulation of an engine with external heat supply, which works based on Stirling principle, are given. The design features of the engine being developed are considered.

Keywords: thermal power station, Stirling engine, cogeneration, thermal energy, integrated production, alternative energy, agriculture.

References

1. Bobylev A.V., Zenkin V.A. [The Mathematical Model of Stirling’s Free-piston Engine]. Bulletin of Equipment. Technologies. Engineering. Ser. Power Engineering, 2017, no. 1, pp. 22-27. (in Russ.)

2. Verevkin M.G. [Method of Complex Thermal and Design Calculation of a Thermomechanical Generator].

Bulletin of Proceedings of Higher Educational Institutions. Ser. Mechanical Engineering, 2004, no. 10, pp. 33-37. (in Russ.)

3. Afanas’ev V.A., Tseytlin A.M., Polyakov P.B., Gavlovich R.Yu [Estimation of the Efficiency of the Cryogenic Stirling Engine, which is Part of the Gasifier of Liquefied Natural Gas, the Gas-powered System of the Marine Engine]. Vestnik of Astrakhan State Technical University. Ser. Marine Engineering and Technologies, 2013, no. 1, pp. 78-83. (in Russ.)

4. Gorozhankin S.A., Savenkov N.V., Chukharkin A.V. [Combined Gas Turbine Units with Stirling Engines]. Bulletin of the Founder and Publisher of the Journal is the St. Petersburg State Polytechnical University, 2015, no. 2 (219), pp. 57-66. (in Russ.) DOI: 10.5862/JEST.219.7

5. Mekhtiev A.D., Yugay V.V. Al’kina A.D. Kim P.M. Aldoshina O.V., Mekhtiev R.A., Balapanova D.D., Fedorova A.V. Mini TETs s lineynym generatorom toka s rekuperatorom dlya utilizatsii otkhodov podverzhennykh goreniyu. [Mini CHP with a Linear Current Generator with a Recuperator for Recycling Waste Combustible]. Certificate of State Registration of Rights to the Object of Copyright of the Republic of Kazakhstan, no. 0956, 23.05.2016.

6. Bulatbaev F.N., Yugay V.V., Al’kina A.D., Neshina E.G. Al’ternativnaya teploenergeticheskaya ustanovka kogeneratsionnogo tipa mini-TETs. [Alternative Heat-Power Plant Cogeneration Type Mini-CHP.]. Certificate of State Registration of Rights to the Object of Copyright of the Republic of Kazakhstan, no. 2385, 15.11.2016.

7. Zhaukeshov A.M. [To the Selection of Components of a Solar Power Station with a Stirling Engine]. Bulletin of Herald of the Kazakh National University. Ser. Physical, 2014, no. 4 (51), pp. 85-89. (in Russ.)

8. Rider G. Dvigateli Stirlinga: per. s angl. [Stirling Engines]. Transl. from Engl. Moscow, Mir Publ., 1986. 464 p.

9. Uoker G. Dvigateli Stirlinga: per. s angl. [Stirling Engines]. Transl. from Engl. Moscow, Mashino-stroyeniye Publ., 1985. 408 p.

10. Langlois Justin L. R. Dynamic Computer Model of a Stirling Space Nuclear Power system. Annapolis: US Naval Academy, 2006. Trident Scholar project report no. 345.

11. Kouji Kumagai, Hiroyuki Yamasaki. Performance Prediction of Linear Stirling Power Generator with Two Displacers. 6th International Energy Conversion Engineering Conference (IECEC), 2008. DOI: 10.2514/6.2008-5636

12. Kwanchai Kraitong. Numerical Modelling and Design Optimisation of Stirling Engines for Power Production. World Renewable Energy Congress, 2011.

13. Hang-Suin Yang, Chin-Hsiang Cheng. A Nonlinear Non-Dimensional Dynamic Model for Free Piston Thermal-Lag Stirling Engine. Energy Procedía, 2014. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.12.270

14. Il’in R.A. [Efficiency of Using Stirling Engines in Gas-and-Gas Heat and Power Plants]. Vestnik of Astrakhan State Technical University, 2008, no. 5 (46), pp. 110-113. (in Russ.)

15. Svetlov V.A., Ivashchenko N.A., Efimov S.I. [Determination of Heat Transfer Parameters in the Internal Circuit of the Stirling Engine]. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsi [Intern. Scientific-Techn. Conf. To the 90th Anniversary of the Start of Training at MSTU Specialists on Engines Int. Combustion: Collected Papers]. Moscow, MSTU, 1997, pp. 130-131. (in Russ.)

16. Abakshin A.Yu., Nozdrin G.A., Kukolev M.I. [Numerical Modeling of Heat and Mass Transfer Processes in Engine Cylinders with External Heat Input]. Bulletin of the Founder and Publisher of the Journal is the St. Petersburg State Polytechnical University, 2012, vol. 2, no. 2 (1477), pp. 164-167. (in Russ.)

Received 15 May 2018

ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ

FOR CITATION

Многотопливная микротепловая электростанция мощностью 1-10 кВт для удаленных объектов сельской местности и фермерских хозяйств / А.Д. Мехти-ев, В.В. Югай, А.Д. Алькина и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». — 2018. — Т. 18, № 2. — С. 62-70. DOI: 10.14529/power180208

Mekhtiev A.D., Yugay V.V., Al’kina A.D., Kaliaska-rov N.B., Esenzholov U.S. Multi-Fuel Micro-Thermal 1-10 kW Capacity Power Plant for Remote Rural Localities and Farm Sites. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2018, vol. 18, no. 2, pp. 62-70. (in Russ.) DOI: 10.14529/power180208

Производство двигателя Стирлинга новая отрасль в машиностроении XXI века

Н.Г. Кириллов, д.т.н., академик Академии военных наук

Двигатели Стирлинга для развития альтернативной энергетики
Основные направления развития экономики в XXI веке – поиск перспективных технологий энергопреобразования и производство новой техники на основе высокоэффективных термодинамических циклов с использованием возобновляемых энергоресурсов. Переход на новый технологический уровень связан, прежде всего, с энергосбережением и сокращением доли использования традиционных энергоресурсов. Так, к 2025 г. в странах ЕС более 20% энергии будет производиться за счет использования альтернативных видов топлива.

По мнению многих зарубежных специалистов, перспективным направлением при этом является разработка и широкое внедрение энергетических установок на основе двигателей Стирлинга [1, 2]. Низкий уровень шума, малая токсичность отработавших газов, работа на различных видах топлива, большой ресурс, соотношение размеров и массы, хорошие характеристики крутящего момента – все эти параметры дают возможность двигателям Стирлинга в ближайшее время значительно «потеснить» двигатели внутреннего сгорания.

Двигатель Стирлинга, относящийся к классу двигателей с внешним подводом теплоты, является уникальной тепловой машиной. Циклические процессы сжатия и расширения в двигателе происходят при различных значениях температуры, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема.

Конструктивно двигатель представляет собой удачное сочетание в одном агрегате компрессора, детандера и теплообменных устройств: нагревателя, регенератора и холодильника, образующих внутренний контур. Он содержит некоторый постоянный объем рабочего газа, перемещающийся между «холодной» частью (находящейся в зоне температуры окружающей среды) и «горячей» частью.

Как у любого двигателя с внешним подводом теплоты, нагревание рабочего тела во внутреннем контуре происходит через теплообменную поверхность за счет сжигания любого вида топлива или других источников теплоты. Это позволяет применять в двигателях Стирлинга как традиционные, так и нетрадиционные виды топлива – биогаз, уголь, отходы лесной промышленности и сельского хозяйства, а также солнечную и другие виды энергии. Многотопливность делает их особенно привлекательными для использования возобновляемых и местных источников энергии.

Уже сегодня наиболее крупные инновационные проекты в области альтернативной энерге¬тики связаны именно с двигателями Стирлинга. Наиболее значимым проектом по использованию солнечной энергии в настоящее время является создание грандиозной «солнечной фермы» на юге США. В штате Невада на площади 160 км2 создается «ферма», включающая 70 тыс. энергоустановок на основе двигателей Стирлинга. По расчетам американских специалистов, она может полностью покрыть все потребности южных и юго-западных штатов США в электроэнергии. Общее количество солнечной энергии, достигающее поверхности Земли, в 6,7 раза больше мирового запаса ресурсов органического топлива. Используя только 0,5% этого запаса можно полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. Именно поэтому после создания «солнечной фермы» в США такие проекты планируется развернуть в Южной Америке, Северной Африке, Австралии, Индии, на Ближнем Востоке и в других южных странах.

В настоящее время все американские программы по освоению космоса основываются на применении энергоустановок с двигателями Стирлинга, работающих за счет атомной энергии. Такой двигатель может обеспечить надежную работу установки без обслуживания, с ресурсом более 6 лет, при КПД преобразования тепловой энергии в электрическую 35…40%. В качестве источника тепла для двигателя могут использоваться радиоизотопные тепловые блоки и ядерные реакторы.

Планируется, что атомные энергоустановки с двигателями Стирлинга мощностью от 500 Вт до 15 кВт будут использоваться на «долгоживущих» пилотируемых и беспилотных космических аппаратах. Установки мощностью от 15 до 200 кВт и более целесообразно применять на пилотируемых орбитальных станциях или обитаемых лунных базах с большими потребными мощностями. Так, по проекту SP-100 для планируемой лунной базы в США создается ядерная энергоустановка с тремя двигателями Стирлинга общей мощностью 250 кВт и массой 3 тонны.

В 2011 г. NASA планирует отправить к спутникам Юпитера исследовательский зонд с ядерным реактором на борту. Разрабатывает «атомные Стирлинги» компания Lockheed Martin и Glenn Center. В настоящее время уже создан двигатель мощностью 25 кВт для энергетической установки с радиоизотопной накачкой.

Кроме атомных, разрабатываются также и солнечные энергоустановки с двигателями Стирлинга мощностью от 3 кВт до 100 кВт. Фирмой Alisson создан космический вариант солнечной установки мощностью 5 кВт, частота вращения двигателя – 3000 об/мин, КПД около 35%. В качестве источника теплоты используется параболический лепестковый концентратор диаметром 5,8 м, создающий в приемнике температуру 947 К. В ловушке приемника излучения предусмотрен тепловой аккумулятор, отдающий тепло фазового превращения при постоянной температуре на теневых участках орбиты полета. Энергоустановка имеет массу 250 кг и уже испытана на одном из искусственных спутников Земли типа «Джеминай». К разработке солнечных энергоустановок с двигателями Стирлинга для космических объектов в последнее время подключились такие крупные зарубежные фирмы, как Sanpower, Britisch Аerospace Public Сompany, MC Donnall Donglas Aerospаcе, United Stirling AB и др.

При этом нужно отметить, что в тех областях техники, где начинают применять двигатели Стирлинга, происходит технологический рывок. Так, например, применение на шведских неатомных подводных лодках анаэробных энергоустановок с двигателями Стирлинга значительно повысило их «скрытность» и совершило настоящий переворот в области подводного кораблестроения.

Сейчас по этому пути идут все ведущие фирмы, производители подлодок [3], поскольку «на кону» – мировой рынок подводных лодок XXI века, а это примерно 400 единиц до 2030 года. «Козырными картами» в этой борьбе, несомненно, станут субмарины с двигателями Стирлинга. Они уже в настоящее время по «скрытности» и другим характеристикам не только приблизились к атомоходам, но по некоторым показателями даже превосходят их. Так, в ходе двух учений в Атлантике, прошедших в 2003 г., шведская подводная лодка Halland с анаэробными двигателями Стирлинга опередила испанскую субмарину с обычной дизель-электрической установкой, а затем и французскую атомную подлодку. Она же в Средиземном море лидировала в «схватке» с американской атомной подлодкой «Хьюстон». Нужно отметить, что малошумная и высокоэффективная Halland в 4,5 раза дешевле своих атомных соперников.

В настоящее время в Германии началась реализация проекта по размещению 80 тыс. когенерационных мини-установок с двигателями Стирлинга для покрытия пиковых нагрузок. В перспективе в каждой квартире жителей западной Европы, США и Японии будет работать такой «домашний» стирлинг-генератор, что позволит сократить до 60% потерь в системах тепло- и электроснабжения. К созданию таких установок уже приступили крупнейшие корпорации мира: Bosch Group (Германия), Rinnai (Япония), MTS Group (Италия), MСС (Испания) и др. И это только некоторые примеры использования двигателей Стирлинга в инновационных проектах XXI века.

Ведется разработка двигателей, использующих в качестве топлива древесную щепу, пеллеты, солому, рисовую шелуху и биогаз. Созданы опытные образцы, и готовится их серийное производство. Предполагается, что именно энергетические установки с двигателями Стирлинга, работающие на местном топливе, будут играть решающую роль в энергообеспечении стран «третьего» мира.

Перспективы использования двигателей Стирлинга в различных областях энергетики стали очевидны для всех промышленно развитых стран мира. Сегодня ведут интенсивные работы в этом направлении не менее 140 научно-исследовательских организаций и компаний США, Великобритании, Японии, ФРГ, Швеции и Нидерландов. Начались исследования в Китае, ЮАР, Австралии, Израиле, Канаде, Индии. Объективно в последние 10-15 лет в мире начала формироваться новая, перспективная отрасль машиностроения – стирлингостроение.

Перспективы развития стирлингостроения в России

Развитие стирлингостроения, как новой отрасли промышленности, даст новый импульс в развитии отечественного двигателестроения [4, 5]. России необходимо заниматься созданием и производством машин Стирлинга, поскольку не надо догонять зарубежные страны в области производства двигателей внутреннего сгорания (дизелей и карбюраторных двигателей), где мы безнадежно отстали. Стирлингостроение – это новая отрасль, в которой у зарубежных развитых стран пока еще нет явного превосходства. Они только в самом начале пути – и у России сейчас есть все шансы быть в числе первых.

Кроме того, у нас пока еще есть научно-технический потенциал, который в данной области превосходит зарубежный. И если это направление будет поддержано Правительством, то через 5-7 лет Россия может стать одним из лидеров в области производства высокоэффективного и экологически чистого энергетического оборудования. Развитие данного направления позволит:

•    обеспечить загрузку машиностроительных предприятий производством конкурентоспособной продукции;

•    изменить существующую структуру потребления первичных энергоносителей внутри страны, сократить потребление нефтепродуктов и природного газа за счет более широкого использования местных видов топлива — древесины, торфа, биогаза и т.д.;

•    обеспечить электричеством и теплом удаленные регионы — это 70% территории РФ и более чем 30 млн человек; качественные картонные бирки для одежды очень хорошо преобразовывают товар и даже добавляют ему статусности

•    повысить надежность энергоснабжения энергодефицитных районов, которые охвачены централизованным электроснабжением, но ограничены по мощности;

•    высвободить в структуре энергобаланс страны объемы традиционных энергоносителей, необходимых для договорных экспортных поставок нефти и природного газа.

Сегодня в России наблюдается явный парадокс: страна не производит машин, работающих по циклу Стирлинга, но при этом имеет более чем 40-летний практический опыт в данной области. Именно этот опыт является фундаментом для возможного технологического рывка в области производства современных высокоэффективных двигателей Стирлинга. В истории отечественного стирлингостроения можно выделить два этапа.

Первый этап относится к советскому периоду – 1959-1992 гг. Он начался, когда в СССР приступили к подготовке производства криогенных машин Стирлинга для зарождавшейся аэрокосмической отрасли. В то время не существовало отечественной научной школы по проектированию машин, работающих по циклу Стирлинга, поэтому все модели были копиями машин зарубежных компаний Phillips и Werkspoor. Холодильное оборудование с криогенными машинами Стирлинга производили предприятия «Арсенал», «Гелиймаш», «Сибкриотехника» и др. Здесь было организовано производство криогенных машин, на основе которых выпускались воздухоразделительные установки ЗИФ-700/-1002/-2002, а также криогенные машины с несмазываемыми поршневыми уплотнениями и ромбическим приводом – КГМ 1500/80 и КГМ 900/80. Однако в 1990-1995 гг. из-за отсутствия в России платежеспособных заказчиков производство криогенного оборудования данного типа было полностью прекращено.

С 1991 по 1994 гг. проводились работы по созданию холодильных установок для авторефрижераторной техники. В результате были созданы опытные образцы холодильных машин мощностью до 5 кВт, работающих в диапазоне температур +12…–43°С, которые по эффективности и массогабаритным характеристикам соответствовали современным ПКХМ для авторефрижераторной техники. Но в связи с общим спадом в экономике и финансовыми трудностями заказчиков, в 1994 г. работы по данному проекту были прекращены.

С 1972 по 1991 гг. в ЦНИДИ и ряде других организаций проводились исследования по созданию отечественных двигателей Стирлинга. За это время предпринимались попытки создания моделей мощностью от 200 Вт до 250 кВт. Так, в 1980-х годах был разработан двигатель, предполагаемая мощность которого составляла 250 кВт. Однако из-за ошибок в расчете внутреннего контура он «выдавал» только 50 кВт полезной мощности.

Таким образом, высокоэффективных, конкурентоспособных на мировом рынке двигателей и холодильных машин Стирлинга, несмотря на проведенные работы, создать не удалось. К сожалению, после распада СССР работы в этом направлении были полностью прекращены, с почти полной утратой научного и кадрового потенциала.

Однако советский этап в развитии стирлингостроения имел свои результаты. Были получены интересные научно-практические данные по конструкциям камер сгорания для двигателей Стирлинга, математическому моделированию процессов во внутреннем контуре двигателя и т.д. Этот опыт послужил основой для дальнейшего развития отечественного стирлингостроения.

Второй, современный этап начинается с научно-исследовательских работ в Военно-космической академии им. А.Ф.Можайского в 1990 году. С 1990 по 2004 гг. эта организация была единственной в России, где проводились системные экспериментальные работы по всему спектру применения машин Стирлинга в интересах Минобороны РФ. Надо отметить, что в России (как и за рубежом) работы, связанные с созданием машин данного цикла, проводились в основном в рамках оборонных ведомств с целью их применения в военной технике. Однако сегодня именно те технологии, которые созданы в недрах военно-промышленного комплекса, становятся основополагающими в развитии многих отраслей промышленности.

За 15 лет интенсивной работы накоплен значительный научно-технический потенциал, во многом превышающий потенциал ведущих зарубежных компаний в этой области. Была сформирована новая российская научная школа проектирования и расчета машин Стирлинга.

На базе данного потенциала в С.-Петербурге в период с 2004 по 2008 гг. создается несколько научно-производственных компаний для реализации крупных проектов – Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-технологии», ЗАО «Русский Стирлинг» и ЗАО «Научно-исследовательский и проектный институт стирлингостроения». Здесь проводились опытно-конструкторские работы по созданию гаражных заправочных станций сжиженного природного газа и систем улавливания паров нефтепродуктов на основе криогенных машин Стирлинга, разработана проектно-сметная и конструкторская документация на серийное изготовление данных систем. Также был реализован проект контейнерной электростанции с двигателем Стирлинга, работающим на угольном метане.

Полученные результаты позволяют выйти на мировой рынок с принципиально новой, высокоэффективной и экологичной техникой для нефтегазового комплекса и автономной энергетики. Однако резкое сокращение финансирования проектов, связанное с сегодняшним мировым кризисом, не позволило приступить к серийному производству разработанных систем, и эти компании перестали существовать.

Сегодня в С.-Петербурге создана новая компания по разработке и продвижению проектов на основе машин Стирлинга – Инновационно-консультационный центр стирлингмашиностроения (ИКЦ «Стирлингмаш»). ИКЦ в полном объеме сконцентрировал в себе весь практический опыт и научный потенциал, накопленный отечественными специалистами за последние 40 лет в данной области. Используя этот потенциал, можно наладить производство двигателей Стирлинга практически на любом российском машиностроительном предприятии.

Использованная литература

1. Кириллов Н.Г. В XXI век — на машине Стирлинга//Машины и механизмы. 2007, №5.

2. Кириллов Н.Г. Газопоршневые двигатели Стирлинга — технологический прорыв в автономной энергетике XXI века //ГАЗинформ. 2008, №2.

3. Кириллов Н.Г. Перспективы развития судовой энергетики на основе машин Стирлинга //Морской флот. 2002, №2.

4. Кириллов Н.Г. Найдут ли двигатели Стирлинга применение в российской экономике?//Энергетика и промышленность России. 2005, №2.

5. Кириллов Н.Г. Производство машин Стирлинга — новое перспективное направление в развитии отечественного машиностроения//Вестник машиностроения. 2005, № 8.

Двигатели Стирлинга — Справочник химика 21

    Применение малотоксичного двигателя Стирлинга на автомобиле осложнено увеличением массы двигателя на единицу мощности по сравнению с бензиновым и дизельным в 3,5 и [c.242]

    Для кораблей внутренних линий используются в основном дизельные двигатели. В диапазоне до 750 кВт ЭХГ могут конкурировать с ними. Аккумуляторы непригодны из-за большой массы для кораблей ЭУ мощностью 750 кВт масса свинцовых аккумуляторов составит 750 т, В качестве альтернативы могут рассматриваться, таким образом, двигатели Стирлинга, Отто, дизели и ЭХГ. [c.30]


    Поскольку влияние каждого из критериев щ неодинаково, например уходящие газы могут быть смертельными, в оценку вводится экспоненциальная зависимость и . При оценке М) учитывается содержание СО, свинца, углеводородов. При оценке шумов 2 за единицу принято значение 70 дБ (шум в центре большого города). При этом дизель 73 кВт (100 л. с.) имеет 2=0, 0,55 дизель 1830 кВт (2500 л. с.) 2 = 0,7 1,0 двигатель Стирлинга 2=0,55 0,75 радиоизотопы, аккумуляторы, ЭХГ 2=1. Значение Ыз лежит в пределах 0,6—1,0, Да-же для ЭХГ с использованием в качестве топлива бензина или водорода из достаточно велико (примерно [c.32]

    Общий анализ показывает, что по критерию и оптимальный ряд источников следующий ЭХГ, двигатели Стирлинга, дизели. [c.33]

    Для городского автобуса (масса 16 т, скорость 60 км/ч, пробег 130—150 км, удельная мощность 0,28 кВт/кг, удельная энергия 0,38 кВт-ч/кг) низшее значение Т имеет дизель (шум, загрязнение, большое время подготовки), наивысшее — ЭХГ, двигатель Стирлинга и паровые машины. [c.37]

    Рис, 10.11. Принцип совместной работы двигателя Стирлинга и КГМ Стирлинга  [c.809]

    Разработка и применение для автотранспорта новых типов двигателей, например внешнего сгорания (паровые двигатели и двигатели Стирлинга), позволяют достичь низкого уровня вредных выбросов с продуктами сгорания и обеспечить перспективные жесткие нормы по токсичности. Однако в этом случае не решается проблема дефицита топливных ресурсов. Практическое применение новых схем двигателей для автомобильного транспорта связано с решением ряда сложных технических проблем, особенно это относится к двигателю Стирлинга. Кроме того, перестройка автомобильной промышленности потребовала бы колоссальных капиталовложении. Поэтому возможность широкого внедрения подобных двигателей отодвигается на довольно значительное время. [c.4]

    Представляется перспективным создание крупных установок по производству СПГ типа Стирлинг-Стирлинг . В этих установках предполагается использовать для привода криогенных машин Стирлинга двигатели Стирлинга. Двигатели Стирлинга относятся к классу двигателей с внешним подводом теплоты, что обусловливает принципиальную особенность их работы по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров и протекает более равновесно, рабочий цикл реализуется в замкнутом внутреннем контуре при относительно малых скоростях повышения давления в цилиндрах двигателя, плавном характере теплогидравлических процессов рабочего тела внутреннего контура, при отсутствии газораспределительного механизма клапанов. Данное обстоятельство позволяет использовать различные источники теплоты (и прежде всего ПГ), добиваться более низкой токсичности при работе на органическом топливе, снижения уровня шумов и вибраций, экономить до 20 % топлива по сравнению с традиционными двигателями внутреннего сгорания. [c.806]


    В мировых обзорах по энергопреобразующей технике двигатель Стирлинга рассматривается как двигатель, обладающий наибольшими возможностями для дальнейшей разработки. Низкий уровень шума, малая токсичность отработанных газов, возможность работы на различном топливе, большой ресурс, сравнимые размеры и масса, хорошие характеристики крутящего момента — все эти параметры дают возможность машинам Стирлинга в ближайшее время значительно потеснить двигатели внутреннего сгорания (ДВС). [c.836]

    В последнее десятилетие двигатели Стирлинга стали широко использоваться за рубежом. Так, в 1996-1998 гг. в Швеции сдана в эксплуатацию серия подводных лодок с двигателями Стирлинга [c.806]

    Для привода КГМ Стирлинга, установленных в модуле, возможно использование как штатных электродвигателей, так и газовых двигателей (ДВС или двигателей Стирлинга) последнее позволит обеспечить полную автономность заправочных пунктов СПГ от внешнего электроснабжения. [c.807]

    ДВИГАТЕЛИ СТИРЛИНГА — ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭНЕРГИИ ПРЯМОГО ЦИКЛА, РАБОТАЮЩИЕ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ [c.836]

    Двигатель Стирлинга является уникальной тепловой машиной, поскольку его теоретическая эффективность равна максимальной эффективности тепловых машин (эффективность цикла Карно). Он работает за счет теплового расширения газа, за которым следует сжатие газа после его охлаждения. Двигатель Стирлинга содержит некоторый постоянный объем рабочего газа, который перемещается между холодной частью (обычно находящейся при температуре окружающей среды) и горячей частью (которая обычно нагревается за счет сжигания любого вида топлива или других источников теплоты). Нагрев производится снаружи, поэтому двигатель Стирлинга относят к двигателям внешнего сгорания. [c.836]

    Работы по созданию конкурентоспособного двигателя Стирлинга, отличающегося чистотой выбросов, низким уровнем шума ввиду отсутствия взрывного сгорания, отсутствием систем газораспределения и зажигания, высокой топливной экономичностью, ведутся во многих странах. Интерес к двигателям данного типа объясняется прежде всего возможностью применения их в автономном энергоснабжении при работе на ПГ. [c.836]

    Автономные энергетические установки с двигателем Стирлинга (стирлинг-генераторы) незаменимы в нефтегазовой промышленности при освоении новых месторождений, особенно в условиях Крайнего Севера и шельфа арктических морей, где нужна серьезная энерговооруженность разведочных, буровых, сварочных и других работ. [c.836]

    В этих условиях в качестве топлива можно будет использовать неочищенный природный и попутный нефтяной газ. Использовать данные виды моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания нельзя из-за постоянно меняющегося их фракционного состава. Однако эти газы могут быть приемлемы для энергетических установок с двигателями Стирлинга. Таким образом, исчезает проблема с обеспечением энергией буровых сква-жен, вахтовых поселков, узлов связи и других автономных систем. [c.836]

    Регенератор в этом случае может быть выполнен без клапанов и, следовательно, весьма прост. Такая холодильная машина аналогична хорошо известному двигателю Стирлинга. [c.11]

    Такие устройства включают паротурбинные агрегаты (циклы Рен-кина и Калина), газотурбинные двигатели, двигатели Стирлинга и топливные элементы. [c.294]

    Солнечный двигатель Стирлинга. Двигатель Стирлинга, как показали опыты, способен превращать в электрический ток до 23 % получаемой солнечной энергии (больще, чем современные солнечные полупроводниковые батареи). Действие двигателя Стирлинга основано на расширении рабочего газа в замкнутом цилиндре под действием внешнего источника тепла. Необходимое перемещение газа после совершения работы обеспечивают два поршня — рабочий и вытеснитель. По внешнему трубопроводу газ переходит из одной [c.311]

    Оба эти процесса были очень полезны. Действительно, если бы холодный воздух без этого подогрева сразу попадал в горячую зону, то пришлось бы дополнительно затрачивать тепло для его нагрева в процессе 1-П. Соответственно пришлось бы понижать температуру горячего воздуха в процессе Ш-1У за счет внешнего охладителя. Регенеративный теплообмен в зазоре между вытеснителем и стенкой цилиндра позволяет проводить процесс нагрева 1-П за счет охлаждения в процессе Ш-1У. Чтобы этот процесс теплообмена шел по возможности полнее, Стирлинг обмотал цилиндрическую поверхность вытеснителя проволокой, которая омывалась воздухом и служила дополнительной массой, аккумулирующей тепло, как впоследствии насадка в регенераторах Френкля. В дальнейшем тепловой регенератор 7 был вынесен за пределы цилиндра, как показано на рис. 8.3, а, и соединен трубками 8 с горячей и холодной полостями. Такая конструкция позволяла как облегчить вытеснитель, так и сделать регенератор нужного размера. Вытеснитель при этом двигался в цилиндре с минимальным зазором и прогонял вОздзгх из одной полости в другую через кольцевой регенератор. Машина-двигатель Стирлинга превзошла по КПД лучшие паровые машины того времени. Но… верхняя горячая часть цилиндра быстро прогорала, и машина выходила из строя. Паровые машины, более приспособленные к технологии того времени, постепенно совершенствовались, затем [c.297]


    Долгое время после этого двигатели Стирлинга не строились, а его работы были почти полностью забыты. Только в 1938 г. началось «возрождение двигателей Стирлинга, и сейчас над ними работают во всем мире. [c.294]

    Чтобы увидеть, как проявляется эта связь в данном случае, необходимо разобраться в том, как работает двигатель Стирлинга. Прежде всего нужно отметить, что он принципиально отличается от паровой машины двумя особенностями. Во-первых, он работает не на воде и водяном паре, а на воздухе другими словами, этот двш атель газовый (в том смысле, что агрегатное состояние его рабочего тела не меняется — нет ни испарения, ни конденсации). Во-вторых, все процессы изменения параметров рабочего тела проходят полностью в цилиндре [c.294]

    Энергетические установки с двигателем Стирлинга практически безшумны и экологически чисты, т. к. концентрация вредных веществ в продуктах сгорания практически на два порядка ниже, чем у дизельных электростанций. Это дает возможность устанавливать стирлинг-генераторы в непосредственной близости от потребителя, что позволит избавиться от потерь на передачу электроэнергии. По расчетам, стрилинг-генератор мощностью 100 кВт сможет обеспечить электроэнергией и теплом вахтовый поселок газовиков, нефтяников или геологов численностью 30-40 человек. Отпадает необходимость завозить топливо с материка и не наносится ущерб природе, поскольку минимизируются вредные выбросы. [c.837]

    На рис. 8.3, а показан схематически разрез двигателя, на рис. 8.3, б- положение рабочих органов в четырех исследовательских положениях. Цилиндр 1 двигателя имеет головку 2, Которая постоянно поддерживается в горячем состоянии, так Как омывается снаружи продуктами сгорания топлива. В нижней части цилиндра, охлаждаемой водой или воздухом, помещен рабочий поршень 3, связанный с коленчатым валом 4. Через отверстие в поршне пропущен шток 5, на конце которого Закреплен так называемый вытеснитель 6 (элемент, который определяет основные особенности двигателя Стирлинга). Он Представляет собой тоже поршень, который может перемещаться в цилиндре с небольшим радиальным зазором. Управление его движением осуществляется от того же вала 4. [c.295]

    Майер Р. Перспективы применения двигателя Стирлинга в танспорт-ных системах,— В кн, Двигатели Стирлинга, М. Мир, 1975, с. 310— 348, [c.137]

    Термодинамический анализ работы машины Вюлемье — Такониса может быть вьшолнен на основе принципа совместной работы двигателя Стирлинга и КГМ Стирлинга, представленного на рис. 10.11. [c.809]

    Двигатель Стирлинга относится к классу двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ). В связи с этим по сравнению с ДВС в двигателях Стирлинга процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров и протекает более равномерно, рабочий цикл реализуется в замкнутом внутреннем контуре при относительно малых скоростях повышения давления в цилиндрах двигателя, плавном характере теплогидравлических процессов рабочего тела внутреннего контура, при отсутствии газораспределительного механизма клапанов. [c.836]

    В гелиоэнергетической установке с двигателем Стирлинга параболическое зеркало концентрирует солнечные лучи и направляет их в поглощающую полость двигателя. Порщни совершают возвратнопоступательное движение с частотой, определяемой конструкцией двигателя. Генератор вырабатывает электрическую энергию заданных параметров в зависимости от ее назначения. Двигатель представляет собой замкнутый цилиндр, наполненный сжатым газом, чаще всего гелием. Этот рабочий газ, расширяясь при нагреве и сжимаясь при охлаждении, приводит в движение поршень и перемещается между холодной и горячей полостями внутри двигателя. Газ действует и как пружина, останавливая поршни в крайних положениях и толкая их обратно. При исходном положении рабочего поршня газ течет из расширительной горячей полости через нагревательные трубки, в которых нагревается аккумулированным солнечным теплом. Затем он проходит через регенератор, которому отдает часть своего тепла, и далее через сребренный теплообменник, где еще больше охлаждается перед входом в холодную компрессионную полость. Ребра теплообменника охлаждает циркулирующая вода в трубках теплообменника она испаряется и снова конденсируется. Мембранный воздушный насос работает синхронно с циклом двигателя он нагнетает воздух, который охлаждает холодильные трубки с водой и генератор переменного тока. Генератор состоит из статорной обмотки и постоянного магнита на поршне-вытеснителе двигателя. При каждом ходе поршня магнит изменяет магнитное поле около статорной обмотки, в ней индуцируется электрический ток. В России разработан рабочий проект солнечной электростанции комбинированного типа с солнечными батареями и двигателем Стирлинга общей мощностью до 5 МВт. Для сооружения СЭС выделена территория на Кавказских Минеральных водах в районе г. Кисловодск рядом с первой в России гидростанцией, построенной на реке Подкумок в 1903 г. [c.312]

    Возрождение интереса к работам Стирлинга связано со временем второй мировой войны. В Голландии, как и во всей иентральной Европе, оккупированной немцами, ощущался острейший недостаток жидкого топлива. В частности, его не хватало для армейских движков — маленьких двигателей, предназначенных для электрогенераторов передвижных радиостанций. Инженеры фирмы Филипс , выпускавшей это оборудование, нашли выход, вспомнив о двигателе Стирлинга. Лействительно, головку этой машины можно обогревать, используя любое низкосортное топливо такие двигатели, снабженные самой простой топкой, но сделанные на уровне вполне современной технологии, исправно работали (в дальнейшем они послужили базовой моделью для более мощных и совершенных стирлингов ). У фирмы возникла необходимость в небольших установках для производства жидкого азота. Инженеры фирмы не стали использовать традиционные установки Линде и Клода, а пошли своим собственным, оригинальным путем. Они решили пустить машину Стирлинга наоборот , чтобы, превратив в криогенную и используя только ее, сразу получить низкую температуру, необходимую для ожижения воздуха. [c.298]

    По мере роста тенденций к использованию сбросного тепла t юлнечной энергии интерес к этим двигателям возрастает. Вну реннее сгорание неизбежно требует обычного и все более дорогой оплива, тогда как двигатели Стирлинга могут работать на бес тлатном тепле или дешевом топливе. [c.63]

    Другая экспериментальная установка — тепловой насос с npi водным двигателем Стирлинга, разрабатываемый фирмой Ph lips . Экономичность обоих упомянутых систем определяется i способностью использовать сбросное тепло продуктов сгорани В системе Филипса применяется поршневой компрессор, приче рабочее тело в теплонасосном цикле не такое, как в двигателе. Н как показано в предыдущей главе, установки с двойным цикле Ренкина могут использовать одно и то же рабочее тело. [c.63]

CNCC Книга: Генератор двигателя Стирлинга

Солнечный генератор двигателя Стирлинга

Это страница о двигателях Стирлинга на солнечных батареях, вырабатывающих электричество. Еще у меня есть страница о модели Стирлингс.

Однажды мне в голову пришла идея, которая действительно заставила меня задуматься. Могут ли машинисты домашнего цеха построить надежный солнечный электрогенератор Стирлинга? По данным Sandia Laboratories, такая система является наиболее эффективным способом преобразования солнечной энергии в электричество.Их система имеет КПД около 30%, что примерно вдвое больше, чем может сделать фотоэлектрическая система. Sandia совместно со Stirling Technologies придумали, как построить 37-футовую антенну, которая должна генерировать достаточно энергии для 8-10 домов. Видимо это около 25 киловатт.

У меня вопрос, насколько успешной была бы система, основанная на концентраторе размером со спутниковые антенны C-диапазона «старой школы»? Они должны быть легко доступны в качестве излишков, и у них была технология для отслеживания солнца.Каждый из них около 6 футов в диаметре. Если мы возьмем фигуру диаметром 37 футов выше, то это большое блюдо имело площадь 1075 квадратных футов. 6-футовая спутниковая антенна имеет площадь поверхности 28 квадратных футов, или около 3% от этой площади. Соответственно, если такая антенна может работать с аналогичной эффективностью, она должна вырабатывать 5-6 сотен ватт или около того. Думайте об этом как о солнечном эквиваленте электрогенератора Honda. Поставьте два из них, которые все равно не займут столько места на вашем участке, и у вас будет 1 киловатт.Начинается приличное количество сока. Предположительно, есть налоговые льготы, но я в этом не разбираюсь! Боюсь, что если вам нужно больше сока, вам понадобится более крупный коллектор, поэтому проект может оказаться не таким уж практичным.

Что мне любопытно, так это то, какой двигатель Стирлинга нужен для питания такого зверя? Возможно, версия Sandia слишком экзотична для изготовления и придется довольствоваться меньшей эффективностью. Меня это не слишком беспокоит. Даже вдвое меньший КПД по-прежнему ничем не хуже солнечных батарей (фотоэлектрических), и я готов поспорить, дешевле.Очевидно, они использовали разработанный в Скандинавии Стирлинг под названием «двигатель Стирлинга Kockums 4-95».

Судя по всему, изначально он был создан для подводных лодок. Это выглядит немного внушительно для среднего домашнего магазина, но напомним, что нам нужно только 1/8 вместимости, поэтому он будет значительно меньше. Учитывая, на что он способен, он кажется относительно компактным. Тот, который был окончательно усовершенствован для этого солнечного применения, даже меньше, чем изображение выше, и, по-видимому, имеет размер 55-галлонной масляной бочки.1/8 из них не мала, но многие слесари-мастера должны справиться с этой задачей.

Вот тут я выдыхаюсь, так сказать. Я понятия не имею, что находится внутри всех этих замысловатых корпусов, и я не видел планов относительно каких-либо крупномасштабных Stirling в сообществе разработчиков моделей. Лучшее, что мне удалось найти, — это генератор Стирлинга мощностью 1 кВт Sunpower EG-1000, конструкция которого выглядит простой, компактной и выполнимой. Генератор представляет собой цельную линейную конструкцию, что круто. Также доступна более подробная научная статья.Вот как выглядит версия на 1 кВт:

На практике представьте, что перевернули этот рисунок так, чтобы фокус параболического отражателя был тепловым концом. Этот конкретный агрегат предназначен для водяного охлаждения. Как и в случае с Sandia / Kockums, я бы предложил небольшие (мотоциклетные?) Радиаторы с вентилятором для охлаждения воды на стороне, противоположной солнечному коллектору. Еще несколько фактоидов по EG-1000:

  • Поршень и вытеснитель перемещаются всего на 9 мм с максимальной эффективностью.
  • Работает с плоской пружиной.
  • Нет линейных подшипников. Скорее, газовые подшипники поддерживают конструкцию и не требуют смазки.
  • Включает линейный генератор на движущихся постоянных магнитах и ​​специально намотанную катушку.

Я подозреваю, что для создания работоспособного Стирлинга для этого приложения потребуются значительные эксперименты. Насколько я понимаю, они могут быть привередливыми животными в беге и очень чувствительны к трению и другим факторам.Если бы я предпринял такие исследования, я подозреваю, что имело бы смысл построить тарелку, измерить тепло, доступное в ее фокусе, а затем построить испытательный стенд, который доставлял бы это тепло с помощью электрического или газового огня, чтобы я мог возиться с двигателями Стирлинга в комфорт моего собственного магазина.

Ромбический привод аналогичен по конструкции, но преобразует движение из линейного в вращательное:

Мне кажется, что рабочую ромбическую конструкцию привода можно значительно упростить до линейной конструкции со свободным поршнем.Для перемешивания со свободным поршнем требуется нагрузка, обеспечиваемая линейным генератором / генератором.

Ссылки

Большая ветка на CNCZone о солнечной энергии Стирлинга: у нее есть несколько интересных мыслей:

  • Используйте выброшенные компакт-диски для отражателей. Мне это нравится. Их можно легко прикрепить к дополнительной параболической спутниковой антенне.
  • В качестве альтернативы возьмите «космическое одеяло» — один из тех уцелевших листов из алюминизированных / покрытых золотом пластиковых листов — и подумайте, как сделать фокусирующее зеркало.Я не уверен, насколько прочным будет этот материал в посуде, но он, безусловно, дешевый. Возможно, потребуется просто ламинировать новый слой каждые несколько лет.
  • «Преимущество гелия в газе Стирлинга состоит в том, что он имеет самую высокую теплопроводность среди всех газов, кроме водорода. Цикл Стирлинга требует, чтобы рабочий газ набирал и отдавал тепло своему окружению, и это в значительной степени ограничивает работу двигателя Стирлинга. Чем выше теплопроводность газа, тем быстрее может происходить этот процесс.«Вот почему Kockums использует водород в качестве рабочего тела — он способствует повышению эффективности. Я точно знаю, что водород и гелий очень привередливы, особенно если нужно учитывать движущиеся части. Интересно, о какой эффективности мы здесь говорим?

PMinMo’s Stirling Wiki: несколько полезных ссылок, но далеко не зашло.

Очень хорошая статья о генераторе Стирлинга Sunpower EG-1000.

2-цилиндровый V-образный двигатель Стирлинга может быть хорошей ставкой на мощность

Большой учебник по работе Стирлинга

Хорошая электронная таблица, пошаговая инструкция по проектированию двигателя Стирлинга

Стальной двигатель Стирлинга

Чертежи: 4-цилиндровый двигатель мощностью 40 Вт.Он размером с двигатель большой модели самолета.

Отличный схематический обзор различных конфигураций Стирлинга

Замечательная анимация двигателя Стирлинга

Интересное обновление 5HP Stirling от Меррика Локвуда: Оригинальная книга на 140 страниц доступна здесь.

Форумы двигателей Стирлинга

Робот-рыба Стирлинга: интересный японский проект. Хорошая шкала Стирлинга.

Моделирование и моделирование солнечной системы Стирлинга со свободным поршнем

Военная генераторная установка Стирлинга мощностью 3 кВт: отчет в формате pdf на 218 страницах.

Cool Nasa Анимация свободной поршневой линейной конструкции

Генератор Sunpower 7 кВт со свободным поршнем, работающий на природном газе

Отличное знакомство НАСА с компанией Stirling Power Generation

Руководство НАСА по конструкции двигателей Стирлинга: 300+ страниц. Один интересный комментарий заключается в том, что двигатели Стирлинга, работающие на воздухе, всего на 20-25% эффективнее тех, которые используют гелий или водород в качестве рабочего газа. В этом тексте анализируется множество моделей ромбических дисков.

Список документов Sunpower по свободно-поршневому перемешиванию

DS Stirling Page: любительские двигатели Stirlings с относительно большой мощностью

Двигатели Стирлинга PowerGen — RedHawk Energy Systems, LLC

  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed, Commodo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed ,modo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed, Commodo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed, Commodo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed, Commodo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed ,modo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed, Commodo vitae, ornare
    sit amet, wisi.Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed, Commodo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed, Commodo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
  • Это изображение название
    Lorem pellentesque living morbi tristique.
    Estibulum erat wisi, condimentum ,modo
    ornare sit wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tinciduntcondimentum.Vestibulum erat wisi
    condimentum sed ,modo vitae, ornare
    sit amet, wisi. Aenean fermentum, elit eget
    tincidunt condimentum.
Выносные генераторы

PowerGen сочетают в себе высокую эффективность Бесплатно Технология поршневого двигателя Стирлинга (FPSE) с расширенными возможностями сгорания эффективно преобразовывать пропан, скважинный газ и природный газ в электричество. Двигатель внешнего сгорания и система автоматического управления позволяют генератору для получения стабильной и надежной мощности от 600 Вт до 5.6кВт. PowerGen Двигатели Стирлинга производятся компанией Qnergy.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы приступить к следующему проекту!

740-964-4000 (пн-пт: с 8:00 до 17:00 по восточному стандартному времени) Напишите нам


Генератор двигателя Стирлинга со свободным поршнем (FPSE) Qnergy

может виртуально преобразовать любой источник тепла в электричество. После того, как FPSE нагреется, теплообменники поддерживают перепад температур в двигателе, вызывая гелий перемещается вперед и назад внутри двигателя, расширяясь и договор.Колеблющийся гелий вызывает линейное возвратно-поступательное движение. поршня, который с помощью встроенного линейного генератора переменного тока напрямую преобразует возвратно-поступательное движение поршня в электрическую энергию.

Двигатель Qnergy имеет меньше движущихся частей, чем традиционный кинематический. Двигатели Стирлинга и отсутствие точек прямого контакта, вызывающих износ и требуется смазка. Двигатель Qnergy действительно не требует обслуживания. технология , которая обеспечивает долгий срок службы, две ключевые особенности, которые делают ее идеальный источник энергии.

Технология двигателя Стирлинга со свободным поршнем (JPG)

Дизель / газовые генераторы широко используются для основное и резервное производство электроэнергии для критически важных приложений из-за их высокой мощности, доступности для массового рынка и низкой Начальная стоимость. Часто упускается из виду необходимость постоянного обслуживания. и сопутствующие расходы на поддержание работоспособности дизельных / газовых генераторов. У вас есть менять масло каждые несколько сотен часов, ремонтировать двигатель или даже полностью заменить / утилизировать всего через несколько лет.Дополнительно дизель / газ генераторы шумят, имеют грязные выбросы и склонны к краже. К сравнительные газовые / дизельные генераторы обычно имеют расчетный срок службы 1000-3000 часов, в то время как двигатель Стирлинга PowerGen имеет расчетный срок службы более 60 000 часов!

Двигатели Стирлинга

PowerGen имеют ряд преимуществ перед обычными двигателями. дизельные / газовые генераторы.

PowerGen может бесперебойно работать с различными источниками топлива в том числе: пропан, природный газ, этан, биогаз, а также несколько потоки попутного газа с разной теплотворной способностью.


Благодаря своей гибкой и модульной конструкции PowerGen может быть разработан для обеспечения широкого диапазона выходной мощности (600 Вт, 1,2 кВт, 1,8 кВт, 5,6 кВт) и выходное напряжение (120/240 В переменного тока, 24/48 В постоянного тока) в соответствии с электрическими требованиями каждого конкретного объекта. нагрузка.


PowerGen имеет меньше движущихся частей, чем традиционный кинематический Двигатели Стирлинга и отсутствие точек прямого контакта, вызывающих износ и требуется смазка.PowerGen действительно не требует обслуживания технологии и предлагает долгий срок службы, две ключевые особенности, которые делают это идеальный источник энергии!


PowerGen можно легко интегрировать с новым или существующим источником питания. инфраструктура, включая батареи, солнечную и ветровую, солнечную зарядку контроллеры и многое другое! Сухие контакты, реле и MODBUS обеспечивают легкий интерфейс. Также доступен удаленный мониторинг через Интернет.


Технология двигателя Стирлинга со свободным поршнем была впервые применена НАСА в Космос.В отличие от других технологий нет снижения надежности для многократного пуска-останова или непрерывной работы. Дизайн жизни для коммерческое применение консервативно оценивается в 60 000 часов с нулевое обслуживание!


PowerGen может быть оснащен дополнительной системой рекуперации тепла. интерфейс для улавливания и использования тепла горячего воздуха для обогрева оборудования дома / шкафы. Коэффициент теплоотдачи в 2,5-3,5 раза выше, чем у электрическая мощность с регулируемой температурой подачи.

— Выходная мощность : 600 Вт (PowerGen 600 Series)

— Выходная мощность : 1,2 кВт (PowerGen 1200 Series)

— Выходная мощность : 1,8 кВт (PowerGen 1800 Series)

— Выходная мощность : 5,6 кВт (серия PowerGen 5650)

— Номинальное рабочее напряжение : 120/240 В переменного тока

— Рабочая температура : от -13 ° F до 122 ° F
(Холодная упаковка доступна до -40 ° F)

— Вес : 866 фунтов

— Размеры : 69.4 «Д x 28,1» Ш x 57,2 «

— Рекомендуемые размеры подкладки : 72 «Д x 36» Ш

— Рекомендуемое основание подушки : ровный гравий, бетон, стяжки рельсов

— Расход топлива (макс. Пропан) — PowerGen серии 600 (600 Вт) : 4,3 галлона / день

— Расход топлива (макс. Природный газ) — PowerGen серии 600 (600 Вт) : 550 фут3 / день

— Расход топлива (макс. Пропан) — PowerGen серии 1200 (1,2 кВт) : 7.2 галлона / день

— Расход топлива (макс. Природный газ) — PowerGen серии 1200 (1,2 кВт) : 935 фут3 / день

— Расход топлива (макс. Пропан) — PowerGen серии 1800 (1,8 кВт) : 10 галлонов / день

— Расход топлива (макс. Природный газ) — PowerGen серии 1800 (1,8 кВт) : 1300 фут3 / день

— Расход топлива (макс. Пропан) — PowerGen серии 5650 (5,6 кВт) : 44,4 галлона / день

— Расход топлива (макс. Природный газ) — PowerGen серии 5650 (5.6 кВт) : 3,964 фут3 / день

— Диапазон давления топлива (пропан) : 2-10 фунтов / кв. Дюйм

— Диапазон давления топлива (природный газ) : 3-50 фунтов на кв. Дюйм

— Электрические характеристики шкафа : IP54

— Сертификат : cETLus (UL2200), (CSA C22.2 # 100 / C22.2 # 14) e3w

— Расчетный срок службы генератора : 60000+ часов (без ограничений по запуску / останову)

Двигатели Стирлинга PowerGen отлично подходят для удаленных дорог железнодорожная сигнализация и телекоммуникационные приложения (пункты управления, блокировки, удаленные объекты, телекоммуникационные станции и т. д.) из-за их прочной и прочная конструкция, чрезвычайно долгий срок службы и практически полное отсутствие необходимости в техническом обслуживании.

PowerGen можно использовать в качестве основного генератора для удаленных места, где подключение к электросети недоступно и / или слишком дорого. PowerGen может циклически заряжаться или работать непрерывно более 60 000 часов без ограничений по запуску / остановке.


PowerGen можно использовать в качестве системы резервного питания для мест с переменным током. подключение к электросети.Переключатель передачи может сигнализировать PowerGen о необходимости запускать и подавать питание при отключении питания переменного тока. В отличие от некоторой власти технологий, PowerGen не имеет ограничений цикла запуска / остановки.


PowerGen хорошо подходит для обеспечения дополнительного питания новым или существующие солнечные энергетические системы. В периоды недостаточного солнечного производства (например, зимние месяцы), PowerGen получает сигнал о запуске и обеспечить питание для зарядки аккумуляторов.Эта установка также экономит топливо на протяжении лета.


Пеллеты, солнечная энергия и генератор двигателя Стирлинга

Самостоятельное производство электроэнергии и тепла из пеллет и солнечной энергии круглый год

Сделайте ваше стремление к независимости реальностью

myEnergy365 от ÖkoFEN — это ответ на вопрос о том, как производить электричество и тепло самостоятельно и экологически в вашем собственном доме.

Целостный подход, разумно сочетающий в себе новейшие технологии, открывает уникальную возможность впервые использовать полностью экологического тепла и электроэнергии, вырабатываемой самостоятельно из пеллет и солнца в частном доме . Концепция построена по модульному принципу. Нововведение предлагается в виде полной системы , хотя также может быть реализовано шаг за шагом . Существующая фотоэлектрическая система может быть интегрирована, а двигатель Стирлинга для выработки электроэнергии может быть модернизирован позднее.

Это позволяет потребителям постепенно становиться более независимыми в соответствии с их требованиями и бюджетом.

Полная система myEnergy365

Пояснительное видео

Хотите узнать, как работает энергетический пеллетный котел? Как приводится в действие двигатель Стирлинга? Тогда посмотрите наше пояснительное видео.

Интеллектуальное регулирование


Работа двигателя Стирлинга зависит от погоды и производства фотоэлектрической системы.Если доступно много солнца, система отопления питается от буферного накопителя, а фотоэлектрическая система заряжает аккумулятор.

Кроме того, фотоэлектрическая система хранит вашу ненужную электроэнергию в накопителе энергии. В безветренные дни двигатель Стирлинга работает и снабжает здание теплом и электричеством.

Пеллематический конденсат_e

Основным компонентом myEnergy365 является Pellematic Condens_e, котел на пеллетах, который также вырабатывает электричество.Кроме того, система отопления дополняется двигателем Стирлинга . В отличие от бензиновых и дизельных двигателей, в которых сгорание является внутренним, тепло к двигателю Стирлинга подводится извне.

Двигатель, наполненный гелием, расположен над зоной горения гранул. Энергия вырабатывается двумя различными температурными зонами, которые нагревают и охлаждают рабочий газ. Расширение газа создает волну давления, которая перемещает поршень и генерирует электричество.

Двигатель Стирлинга работает за счет тепла от котла на пеллетах , при этом потребность в пеллетах увеличивается очень незначительно.Это позволяет производить рентабельных электроэнергии на единиц. Короткое время отклика делает электрическую мощность доступной очень быстро. Еще одним преимуществом является то, что двигатель не требует обслуживания.

Подробнее о Pellematic Condens_e

ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩИЙ ПЕЛЛЕТНЫЙ НАГРЕВ

Наша миссия — реализация системы отопления на древесных гранулах, производящей электроэнергию.
Итак, что же такого особенного в этой концепции? Ответ заключается в том, что OkoFEN развивает серию проектов «ÖkoFEN_e», CO2-нейтральные технологии с использованием древесных пеллет в качестве источника энергии, которые могут обеспечивать здание как теплом, так и электричеством!
Наиболее распространенный и устоявшийся тип комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) известен как когенерация, это система, которая широко изучалась при разработке OkoFEN_e.

Принцип нагрева, генерирующего электричество

Общая цель отопления, генерирующего электроэнергию, состоит в том, чтобы производить более эффективную и экологически чистую электроэнергию, чем при использовании ранее использовавшихся технологий. Производство тепла и электроэнергии производится непосредственно потребителям в их собственном доме.

Сравнение традиционных раздельных систем для обеспечения теплом и электричеством с генерирующим электричество отоплением показывает, что ввод первичной энергии снижается при одновременном производстве тепла и электричества на месте.
Производство электроэнергии на крупных электростанциях и транспортировка электроэнергии по воздушным кабелям больше не нужны.

Крупные потери в электростанциях

Электростанция и котельная (на графике слева) нуждаются в большем количестве потребляемой энергии (135 кВтч) для производства того же количества тепла (67,5 кВтч) и мощности (22,5 кВтч), что и электричество, производящее тепло. (ТЭЦ) справа. Кроме того, электростанция с почти 63% потерь является огромным потребителем энергии, в котором тепло, которое вырабатывается при производстве электроэнергии (= отбракованное тепло), не требуется и намеренно теряется в системах охлаждения.Только 37% внешней первичной энергии фактически преобразуется в электричество.
Для сравнения, котел (в нашем примере масляный котел) имеет более высокий КПД. Традиционная система электростанции и котельной для производства электричества и тепла имеет общие потери 34%, тогда как система отопления, генерирующая электричество (ТЭЦ), использует все тепло системы, что приводит к очень небольшим потерям, составляющим всего 10 %.

Высокая общая эффективность при производстве электроэнергии на месте

С другой стороны, отопление, генерирующее электричество (на графике слева), использует все тепло системы, достигая очень низких потерь всего около 10%.Из использованных 100 кВтч 90 кВтч поступает в дом.
Это сокращение потерь достигается за счет использования произведенного тепла для отопления и отказа от транспортировки электроэнергии.


В случае ÖkoFEN электричество получают из древесных гранул. Электрогенерирующий пеллетный котел со встроенным двигателем Стирлинга — под названиями проектов «Pellematic Smart_e» и «Pellematic e-max» — в настоящее время разрабатывается для различных диапазонов мощности и выводится на рынок.

МИКРОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Microgen Engine Corporation много лет работает над разработкой двигателя Стирлинга со свободным поршнем, пригодного для массового производства.С 1995 года предприятие инвестировало в разработку этой концепции 200 миллионов евро; усилия, которые окупились как технологическим, так и коммерческим успехом. В результате Microgen Engine Corporation стала единственным в мире успешным массовым производителем двигателей Стирлинга с 2010 года, когда они впервые стали коммерчески жизнеспособными.

Всемирно известные компании, такие как Vaillant и Viessmann, также полагаются на двигатель Microgen Stirling.

Двигатель Стирлинга Microgen вырабатывает переменный ток (50 Гц) и вырабатывает 1 кВт электроэнергии; идеально подходит для использования в домашних условиях.

Двигатели Стирлинга бета

— обновлено 30.12.2011 Двигатели Стирлинга бета

— обновлено 30.12.2011

Глава 2b — Двигатели Стирлинга бета-типа

Бета-конфигурация — классический двигатель Стирлинга. конфигурации и пользовалась популярностью с момента своего создания до Cегодня. Оригинальный двигатель Стирлинга из его патентного чертежа 1816 года. показывает бета-схему. Фотография Роберта Стирлинга, оригинальный патентный рисунок, а также анимированная модель Стирлинга двигатель наглядно показан на интересном сайте Роберта Sier .Из рисунка ниже видно, что в отличие от машины Alpha, двигатель Beta имеет одинарный силовой поршень. и вытеснитель, идеальная цель которого — «вытеснить» рабочий газ в постоянном объеме, и перемещать его между расширениями и пространства сжатия через охладитель последовательного расположения, регенератор и нагреватель. В реальных двигателях связь, приводящая в движение поршень и вытеснитель будут перемещать их так, что газ сжимается в то время как он в основном находится в холодном пространстве сжатия и расширяется, находясь в горячее пространство расширения.Это наглядно показано в соседних анимация, созданная Ричардом Уилером ( Zephyris ) из Википедия .

Подробное описание идеальной машины Beta цикл представлен в Engineering Термодинамика — Глава 3b Интернет-ресурс. См. Также анимацию бета-машины от Matt. Keveney — Одноместный Цилиндр двигателя Стирлинга , четко виден принцип работы.

Помимо оригинального двигателя Стирлинга, важная Ранняя бета-версия двигателя — это машина Lehmann, на которой Gustav Schmidt провел первый разумный анализ двигателей Стирлинга в 1871 году. Энди Росс построил небольшую рабочую копию модели Lehmann машина , а также модель Пневматический двигатель , оба на базе одноцилиндрового двигателя Бета-конфигурации.

Рольф Мейер из Philips, Голландия, разработал свой известныйNvibrationless ромбический управлял двигателями Beta в начале 1960-х годов.В 1965 г. в исследовательских лабораториях General Motors был разработан ромбический привод мощностью 7,5 кВт. Двигатель / генератор Стирлинга GPU-3 (Ground Power Unit) для США Армия. Он описан и проанализирован в книге И.Уриэли и Д. М. Берховиц — Анализ двигателя цикла Стирлинга (Адам Хильгер, 1984), страницы 30-40, и, поскольку эта книга больше не издается, эти здесь для удобства добавлены страницы: Rhombic-GPU-3.pdf . Энди Росс построил несколько небольших пневмодвигателей с ромбическим приводом — см. его книга: Создание Двигатели Стирлинга (Ross Experimental, 1993).

Еще один интересный сайт — Stirling. Лодки с мотором by Andrew Зал с описанием лодок, приводимых в движение в основном Двигатели бета-типа, построенные моделистами в Соединенном Королевстве.

Свободнопоршневые двигатели Стирлинга

Пожалуй, самые гениальные двигатели Стирлинга на сегодняшний день изобретены двигатели со свободным поршнем, изобретенные и разработанные William Бил в Университете Огайо в конце 1960-е гг. Легенда гласит, что во время обучения ромбическому движению двигатель он внезапно понял, что «этот двигатель все равно будет работать, если мы просто выбрасываем это сложный приводной механизм — Эврика! ».Затем он основал компанию Sunpower , который был лидером в разработке бесшумных поршневых двигателей Стирлинга. двигатели и криокулеры по сей день. Большинство двигателей Sunpower имеют бета-версию и не использовать систему механической связи. Главный аспект бесплатного поршневой машины заключается в том, что выходная мощность может быть получена через линейный генератор переменного тока, позволяющий герметизировать всю систему запечатанный. Фактически, это единственная конфигурация Стирлинга, в которой коммерциализация в любых количествах.Это главным образом потому, что он избегает фатальные недостатки кривошипа, снова и снова проверенные годами быть практически непреодолимым — уплотнение и смазка.

Начиная с 1974 Солнечная сила разработала свободнопоршневой двигатель / генераторы Стирлинга. Диапазон мощности от 35 Вт e до 7,5 кВт e . Рассмотрим, например, двигатель / генератор EG-1000, работающий на газе. и был разработан для выработки электроэнергии (1 кВт e ) а также для обеспечения горячей водой частного дома. Рабочий газ используется гелий, преимущество которого в том, что он имеет низкомолекулярный вес и высокая теплопроводность по сравнению с воздухом, что позволяет значительное уменьшение размеров.Этот двигатель показан на рисунке ниже вместе с упрощенной схематической диаграммой.

Линейный электрогенератор (на чертеже не показан). схема выше) состоит из мощных редкоземельных магнитов в Поршень, разрезающий магнитопровод и катушки в цилиндре. Он выдает 240 Вольт при частоте 50 Гц — предназначен для работы в Европе и способна производить более одного киловатта электроэнергии. выходная электрическая мощность при КПД около 90%.


Горячая вода обеспечивается за счет включения охлаждающая вода температурой 50 ° C.

Солнечная сила Свободнопоршневой двигатель / генератор Стирлинга EG-1000

На этой фотографии мы видим Солнечную Силу. Демонстрация ЭГ-1000 с использованием пеллет из опилок в качестве топлива, и вырабатывает более 1000 Вт электроэнергии на световой панели. Этот был проведен на Ярмарке устойчивого развития в Афинском торговом центре. Огайо, 2001 год.A крупным планом фотография базовой системы. показано. Обратите внимание на радиатор замкнутого цикла и вибрационный насос, используемые в система водяного охлаждения.

Обратите внимание, что с 1995 г. Компания British Gas использовала технологию EG-1000 для разработки ТЭЦ (Комбинированная Тепло и Электроэнергия) — двигатель / генератор мощностью 1 кВт в настоящее время производитель Microgen Engine Corporation (см. к их История и Двигатель веб-страница).

An чрезвычайно интересная система свободного поршня двигателя, разработанная Уильямом Бил — это модель со свободным цилиндром водяной насос .В этом двигателе тяжелая внутренняя масса обеспечивает силу реакции, приводящую в движение цилиндр, который напрямую подключен к водяному насосу. Он построил силу регулировка и автоматически реагирует на нагрузку. Все остальные двигатели для этого требуются трансмиссия и сложные механизмы управления. Кроме того, я не знаю ни одного другого механического теплового двигателя. который работает от бесконечной нагрузки до нуля без остановки или разрушая себя.
Еще одна привлекательная особенность бесплатного цилиндрическая система состоит в том, что она может быть изготовлена ​​из недорогих легкодоступные компоненты.Фактически, весь корпус насоса можно изготавливается из обычных ПВХ трубопроводов и арматуры. Надежность, простота и низкая стоимость этого двигателя делают его в высшей степени подходящим для применения в развивающихся странах, а в 1970-х годах это было тщательно протестирован как в полевых условиях, так и в лаборатории (см. презентация 1979 года Уильяма Била A Двигатель Стирлинга со свободным цилиндром для водяных насосов на солнечной энергии ).

Два интересных свободных поршня Stirling powered также были исследованы холодильные системы — дуплексный газовый топочный холодильник, имеющий всего три движущихся части, один силовой поршень и два поршня буйка (см. статью Л.Б.Пенсвик и I.Urieli — Дуплекс Машины Стирлинга (I. Преобразование энергии Engineering Conference, 1984), и поршневой без газа CO2. система охлаждения (см. документ по Д.М. Берховиц и Йонг-Рак Кван — Hermetic Газовый жилой тепловой насос ).

Sunpower также участвовала в производстве Криогенные охладители цикла Стирлинга для сжижения кислорода. Над лет Sunpower превратила Афины, штат Огайо, в рассадник Стирлинга. цикл машинной деятельности, которая теперь включает три НИОКР / производство компании.В 2013 году Sunpower была приобретена AMETEK, Inc в Пенсильвании, однако продолжается занимается разработкой машин цикла Стирлинга в Афинах, штат Огайо. Глава 3 книги И. Уриэли и Д. М. Берховица — Двигатель цикла Стирлинга Анализ (Adam Hilger 1984) полностью посвящен анализу Машины со свободным поршнем, и поскольку эта книга больше не издается, эта Глава была добавлена ​​сюда для удобства в четырех частях: Свободный поршень (1) .pdf , Свободный поршень (2) .pdf , Свободный поршень (3).pdf , г. Free-Piston (4) .pdf . См. Также статью Р. В. Редлиха и Д. М. Берховица — линейный динамика свободнопоршневых двигателей Стирлинга (ImechE 1985), а также к лекциям по инженерии Дж. Уокера и J.R.Senft — Бесплатно Поршневые двигатели Стирлинга (Springer-Verlag 1985, в настоящее время доступна в виде электронной книги).

Интересный документ, описывающий хронологию развития Free Piston Технологию двигателей Стирлинга представил Дэвид. Berchowitz в Международная конференция по двигателям Стирлинга 2018 г. (Ссылка: A Личная история в разработке современного двигателя Стирлинга ).

НАСА Glenn Research Center был задействован в разработке свободнопоршневых двигателей Стирлинга для полетов в дальний космос с середины 1970-х гг. Один из их экспериментальных агрегаты недавно установили рекорд времени работы более 110000 часов, постоянно работает на полную мощность с 2003, и все еще работает без каких-либо признаков снижения производительности. В последнее время они сосредоточились на Kilopower. Реактор с использованием технологии Стирлинга (KRUSTY) для мощностью до 10 кВт — см. также National Управление ядерной безопасности и их YouTube видео .

Стирлинг Technology (обратите внимание на недавнее название компании изменение: Комбинированная энергия Technology ) является дочерней компанией Sunpower, и изначально был сформирован с целью продолжения развития и производство СТ-5 мощностью 3,5 кВт Пневматический двигатель . Этот большой двигатель типа бета использует коленчатый кривошипный механизм для получения правильной фазы буйка, сжигает топливо из биомассы (например, гранулы из опилок или рисовую шелуху) и может функционируют как когенерационная установка в сельской местности.
Сейчас Stirling Technology работает с Microgen Engine Corporation , международная компания, производящая свободно-поршневой двигатель / генератор MEC мощностью 1 кВт.Компания Stirling Technology разработала многотопливную горелку для двигателя. и сотрудничает с Microgen, чтобы внедрить различные системы в рынок.

Глобальное охлаждение (В данный момент Стирлинг Ultracold ) была дочерней компанией Sunpower была основана в 1995 г. Дэвид Berchowitz в основном для разработки свободнопоршневые охладители цикла Стирлинга для домашнего холодильника Приложения. Эти системы, помимо того, что они значительно больше эффективнее, чем обычные парокомпрессионные холодильники, имеют дополнительное преимущество в виде компактных портативных устройств, использующих гелий в качестве рабочая жидкость (а не хладагенты HFC, такие как R134a, имеющие Потенциал глобального потепления 1300).Принципиальная схема, за которой следует анимированная схема типичного кулера (обе любезно предоставлены Global Охлаждение) показаны ниже:

при Университет Огайо у нас есть демонстрация Global Cooling Stirling Кулер показан ниже. Обычно она достигает -90 ° C, однако, поскольку ледяной шар покрывает всю секцию регенератора, мы замечаем, что температура поднялась до -43 ° C.

Совсем недавно Global Cooling решила сконцентрироваться на их усилия по разработке систем, в которых практически нет конкурентные системы — охлаждение от -40 ° C до -80 ° C, и они учредил новое название компании: Stirling Ультрахолодный .
Обновить — 2021: Стирлинг Ultracold при сверхнизких температурах (ULT) морозильные камеры решают беспрецедентные сегодня проблемы развертывания COVID-19. Обратитесь к Walgreens Пример использования вакцины COVID-19 , а также Стирлинг Ultracold объединится с решениями Biolife .

______________________________________________________________________________________


Анализ машины цикла Стирлинга, Израиль Уриэли под лицензией Creative Общедоступное авторское право — Некоммерческое использование — Совместное использование 3.0 Соединенные Штаты Лицензия

Генератор двигателя Стирлинга

Самый совершенный тепловой двигатель

Генератор двигателя Стирлинга

Генератор двигателя Стирлинга — это герметичный высокоэффективный «тепловой двигатель», который приводится в действие лучистой энергией, поступающей от солнца или любого другого внешнего источника тепла. Изобретенный Робертом Стирлингом, отсюда и название, почти двести лет назад, двигатель цикла Стирлинга представляет собой тип солнечного двигателя, или солнечного двигателя, который работает с использованием принципа термодинамики, чередуя циклы горячей и холодной температуры рабочей среды. газ.

«Двигатель Стирлинга» состоял в основном из нагретого снаружи, обычно за счет солнца, двигателя горячего воздуха, управляемого тем, что Роберт Стирлинг назвал «экономайзером», который поглощает и отдает тепло в замкнутое внутреннее воздушное пространство и из него. Когда воздух (или какой-либо другой вид рабочего газа) внутри этого замкнутого пространства нагревается, он расширяется, а при охлаждении сжимается. Поршень приводится в движение за счет сжатия или расширения рабочего газа, обычно гелия или водорода, который никогда не покидает двигатель.

Двигатель Стирлинга Генератор и тарелка

Таким образом, двигатель Стирлинга работает путем попеременного нагрева и охлаждения газа внешним источником тепла, извлекая энергию из расширения и сжатия газа. Это приводит к изменению давления, которое используется для приведения в действие поршня внутри цилиндра двигателя почти так же, как работает паровой двигатель Ранкина.

На этот раз разница в том, что для приведения в движение поршня используется газ, а не пар. Эта высокоэффективная солнечная термодинамическая нагревательная машина преобразует разницу температур (тепловую энергию) в механическую энергию (кинетическую энергию).

Мы видим, что двигатель Стирлинга — это поршневой двигатель, работающий на солнечной энергии и использующий солнечное излучение для производства тепла вместо традиционного ископаемого топлива. В двигателе Стирлинга со свободным поршнем используется колебательное поведение двух поршней разной массы, причем тяжелый из них задерживается на половину периода колебаний по сравнению с более легким.

Электрический генератор напрямую соединен с валом двигателя Стирлинга, который преобразует механическую энергию в желаемую электрическую энергию переменного тока и, как таковая, представляет собой систему, в которой разница температур играет значительную роль.Выходная мощность двигателя Стирлинга в основном регулируется путем изменения давления рабочего газа внутри поршневого цилиндра.

Солнечный свет содержит во много тысяч раз больше энергии, чем может использовать человек, но использование этой бесплатной энергии может быть дорогостоящим. Самый распространенный метод — использовать фотоэлектрические элементы, которые превращают солнечный свет непосредственно в электричество. Но мы также можем использовать огромную мощность солнца для нагрева воды и жидкостей либо напрямую, либо с помощью солнечной энергетической башни и зеркал гелиостата для отражения тепла на двигатели Стирлинга, которые, в свою очередь, перемещают поршни для выработки энергии.

Но чтобы довести солнечное тепло до температуры, достаточной для работы генератора двигателя Стирлинга, необходимо сконцентрировать солнечное излучение. В системах концентрирования солнечной энергии (CSP) используются параболические тарелки, параболические желоба и башни солнечной энергии для фокусирования солнечной энергии на центральный приемник. Концентрированная солнечная энергия преобразует солнечную энергию в высокотемпературное тепло, которое можно использовать для выработки электроэнергии.

Как правило, параболические концентраторы в форме желоба и силовые башни требуют воды для производства пара, который приводит в действие паровую турбину для выработки электроэнергии, но для энергетической системы солнечной тарелки / двигателя вода не требуется.

В солнечной батарее антенна используется параболическая параболическая антенна с двумя осями, направленная на прямую фокусировку, для концентрации солнечной энергии в приемнике. Приемник поглощает солнечное излучение, отраженное концентратором, и преобразует его в полезное тепло, передавая его тепловому двигателю / генератору.

Параболические отражатели фокусируют солнечную энергию на приемнике с коэффициентом концентрации более 2000 солнц для нагрева теплоносителя внутри солнечного двигателя до более чем 1000 o F. Таким образом, самые высокие температуры системы возникают в приемнике. и, как таковые, генераторы двигателя Стирлинга имеют относительно большой коэффициент преобразования тепла в электрическую мощность.

Индивидуальная двухосная антенна слежения / системы Стирлинга отслеживают движение солнца по небу в течение дня и фокусируют интенсивность солнечного света. Солнце передает свое тепло закрытому воздуху или обычно газу, например водороду или гелию, для питания двигателя Стирлинга, расположенного в фокусе коллектора. Конструкция двигателя Стирлинга производит вращательное движение, которое запускает электрический генератор, вырабатывающий электричество.

Двигатели Стирлинга идеально подходят для солнечной тепловой энергии, поскольку этот тип конструкции солнечного двигателя-генератора требует, чтобы двигатель Стирлинга был частью коллектора.Эти параболические системы тарелок обычно меньше, чем системы параболических желобов, и могут конкурировать с менее эффективными фотоэлектрическими панелями для небольших жилых домов, удаленных источников питания или портативных приложений для выработки электроэнергии.

Типичная выходная мощность современных параболических тарелок / тепловых двигателей Стирлинга относительно невелика, так как их выходная мощность обычно колеблется от не более нескольких киловатт до 20 кВт для тарелки диаметром около 10 метров. Однако эти системы тарелок / двигателей Стирлинга имеют модульную конструкцию, поскольку каждая система представляет собой автономный генератор энергии, а это означает, что они могут быть соединены вместе для производства солнечных батарей размером от нескольких киловатт до многих десятков киловатт.

Солнечный концентратор (тарелка) — ключевой элемент любой солнечной тарелки и системы Стирлинга. Идеальная форма концентратора — вогнутый параболоид, покрытый небольшими стеклянными зеркалами сферической формы, покрытыми алюминиевыми или серебряными отражателями или отражающими мембранами, обеспечивающими коэффициенты концентрации более 1000 солнц. Солнечное слежение за концентратором обычно осуществляется полярным слежением, когда концентратор вращается вокруг оси, параллельной вращению оси Земли.

Самым распространенным типом теплового двигателя замкнутого цикла, используемого в системах с тарельчатым двигателем, является «двигатель Стирлинга».Но одним из недостатков систем Стирлинга является то, что они не могут мгновенно генерировать электричество, так как в них отсутствует теплоаккумулятор, который быстро охлаждается, когда не нагревается солнцем. Он работает только тогда, когда светит солнце, поэтому не может производить электричество в ночное время или в периоды плохой погоды.

Посмотрите видео, чтобы узнать больше

Также большинству тепловых двигателей Стирлинга требуется некоторое время для прогрева, прежде чем они смогут начать производить любую полезную мощность. Однако любую электрическую энергию, произведенную солнечным генератором Стирлинга, можно хранить в батареях для будущего использования.

Эти конструкции двигателя Стирлинга со свободным поршнем и теплового двигателя на солнечных батареях исторически не получили широкого распространения, но двигатель Стирлинга вернулся в моду, поскольку в последнее время появился интерес к этой технологии из-за достижений в технологиях и материалах. Кроме того, из-за гибкости источника тепла двигатель Стирлинга также может работать с использованием теплового приемника гибридного типа солнечной энергии / природного газа или солнечной энергии / биомассы, если недостаточно солнечного света.

В результате тепло сгорания от использования солнца, ископаемого топлива или биотоплива можно использовать для приведения в действие двигателя Стирлинга и выработки электроэнергии, поэтому ожидается, что в течение нескольких лет технологии этого типа будут установлены в каждом доме. заменяя более крупные фотоэлектрические панели в составе домашней энергосистемы, помогая снизить потребление энергии.

Одним из основных преимуществ конструкции двигателя Стирлинга является его бесшумная работа, поскольку он является двигателем внешнего сгорания, не имеет регулирующих клапанов или свечей зажигания, требует небольшого обслуживания и, что самое важное, будучи закрытой системой, рабочие газы не производят выбросы в окружающую среду. Помимо выработки электроэнергии, двигатель Стирлинга также можно использовать в качестве первичного двигателя (двигателя Стирлинга) для систем с перекачиваемой водой, и это может обеспечить чрезвычайно высокую надежность, поскольку меньше деталей выходит из строя.

Чтобы узнать больше о двигателе Стирлинга и о том, как работает двигатель Стирлинга, или изучить преимущества и недостатки использования солнечных тепловых двигателей и двигателей Стирлинга для выработки электроэнергии или перекачивания воды, нажмите здесь и закажите копию на Amazon сегодня о конструкции двигателя Стирлинга и создании других типов двигателей с горячим воздухом.

Самые продаваемые товары, связанные с двигателем Стирлинга

Home Brew Power: Создание собственного генератора

Текст: Уильям Партлоу, пт, 9 апр 2021 г.

Двигатель с лупой

— это высокоэффективный генератор энергии, созданный для огромной экономии на счетах за электроэнергию.Эта доступная и простая программа позволяет вырабатывать электроэнергию для четырехкомнатного дома. Система поставляется с хорошо иллюстрированным руководством и видеороликами, позволяющими легко понять механизм и установку. Устройство не требует каких-либо специальных знаний, поэтому вы можете легко создать это интеллектуальное устройство у себя дома. Кроме того, в продукте есть все подробности, которые вам, возможно, потребуется знать перед созданием устройства. Он раскрывает основные инструменты, стратегии энергосбережения и способы использования продукта. Система использует чистую солнечную энергию, следовательно, это чистый и надежный источник энергии.За этим выдающимся продуктом стоит Даррен Холман. Он создал программу двигателей, которая содержит подробный план продукта, который призван сократить расходы на электроэнергию до 80% в течение трех недель. Двигатель использует солнечное тепло для вращения колеса. Кроме того, он использует увеличительное стекло, чтобы сфокусировать солнечное тепло. Не думайте только о плюсах и минусах, чтобы определить, подходит ли вам лупа. Читать далее …

Обзор двигателя лупы

Рейтинг: 4.7 звезд из 12 голосов

Содержание: электронная книга, планы, аудиокнига
Автор: Даррен Холман
Официальный сайт: magnifierengine.com
Цена: $ 47,00

Доступ сейчас

Двигатель лупы от Даррена Хомана Обзор

Я начал использовать эту книгу сразу после покупки. Это руководство, не похожее ни на что другое; это дружелюбный, прямой и полный проверенных практических советов по развитию ваших навыков.

Эта электронная книга делает то, что в ней говорится, и вы можете прочитать все претензии на его официальном сайте.Я очень рекомендую приобрести эту книгу.

Читать обзор полностью …

Работа над двигателями Стирлинга ведется с 1937 года в исследовательских лабораториях N. V. Philips Gloeilampenfabricken, Эйндховен, Нидерланды, крупной международной компании, хорошо известной своими электрическими и электронными продуктами. Работу над двигателями Стирлинга, продолжавшуюся более 40 лет, можно разделить на отдельные фазы. Криогенная фаза, с 1945 г. по настоящее время (1978 г.), была связана с разработкой и производством двигателей Стирлинга, работающих в качестве двигателей криогенного охлаждения.Интерес к двигателям Стирлинга в компании Philips возник из-за необходимости предоставить простой легкий генератор электроэнергии для своих радиоприемников и передатчиков в районах, где нет электроснабжения. Были рассмотрены различные термически активируемые системы, в том числе паровые машины и термоэлектрические генераторы. Двигатели Стирлинга были выбраны для разработки, потому что фактический тепловой КПД двигателей горячего воздуха, доступных или известных в то время, был очень низким по сравнению с идеальным значением. Профессор Подъемник…

Заявленная цель United Stirling — коммерциализация двигателя Стирлинга. После десятилетия развития они, кажется, уверенно движутся к достижению этой цели, используя как технологии, так и волю к этому. United Stirling не будет производить двигатели на производственной основе, а, скорее, будет выступать в качестве консультантов по проектированию и разработке для признанных производителей двигателей.Важным событием, объявленным в 1977 году Министерством энергетики США, было создание второй крупной группы разработчиков двигателей Стирлинга для автомобильных двигателей, включая United Stirling из Мальме, Швеция, Mechanical Technology Inc из Латама, Нью-Йорк и American Motors Inc. , Детройт, Мичиган. С момента основания United Stirling десять лет назад автомобильное применение двигателей Стирлинга доминировало в их статьях в открытой литературе. Основной упор был сделан на преимущества двигателей с точки зрения загрязнения атмосферы, шума и, в последнее время, всеядности…

Теплообменники являются ключевыми компонентами двигателей Стирлинга, их значение невозможно переоценить. Ни один двигатель не может работать должным образом с плохими теплообменниками, хотя, наоборот, лучшие теплообменники сами по себе не могут стать хорошим двигателем в противном случае. В системе двигателя Стирлинга может быть четыре отдельных теплообменника. Это показано на рис.7.1 и включать для первичного двигателя, преобразующего тепло в работу (a) нагреватель fb) регенератор (c) охладитель Для двигателя Стирлинга, работающего в качестве теплового насоса, уместна, однако, другая терминология. Тепловой насос использует работу для повышения температуры подаваемого тепла при температурах, близких к атмосферным. В этом случае нагреватель первичного двигателя становится «поглотителем» теплового насоса, а охладитель первичного двигателя становится «нагревателем» теплового насоса. Таким образом, в принципе, основные соображения, касающиеся теплообменников, одинаковы для всех применений двигателей Стирлинга.Этой преамбулой мы в дальнейшем ограничимся …

На рынке судовых дизельных силовых установок преобладают низкооборотные двухтактные крейцкопфные двигатели с прямым соединением и высокоскоростные среднеоборотные четырехтактные поршневые двигатели с редуктором, но некоторые японские и восточноазиатские региональные операторы прибрежных судов, рыболовных судов и малых океанских судов высоко оценивают их достоинства. «гибридной» альтернативы — низкооборотный четырехтактный поршневой двигатель.Низкооборотный поршневой двигатель Akasaka Diesel, эквивалентный программе Hanshin EL, серия A, выпускается с шестицилиндровым двигателем 280 мм, 310 мм, 340 мм, 370 мм, 380 мм, 410 мм и 450 мм с внутренним диаметром цилиндра. передаточное число около 1,95 1. Модель A45S развивает 3309 кВт при 220 об / мин. Общий портфель Akasaka включает конструкции с диаметром отверстия от 220 мм до 500 мм и мощностью от 375 кВт до 6066 кВт. Модель U50 с диаметром цилиндра 500 мм и ходом 620 мм доступна в шести-, восьми- и девятицилиндровом исполнении, вырабатывая цилиндр мощностью 674 кВт при 380 оборотах мин.

Двигатели Lucas и Trojan с параллельными цилиндрами могут быть описаны как однопоточные двигатели с оппозитными поршнями, поскольку продувочный воздух непрерывно течет от впускных отверстий, открытых одним поршнем, к выпускным отверстиям, не закрытым другим, причем два поршня движутся навстречу друг другу. другие для сжатия и друг от друга для расширения. Рис. 9.16 Двигатель Sultzer с оппозитными поршнями Рис.9.16 Двигатель Sultzer с оппозитными поршнями

Программа искусственного сердца в США была чрезвычайно обширной. На Первой конференции по искусственному сердцу, состоявшейся в 1969 году, шестьдесят три отдельных подрядчика представили девяносто два технических доклада по очень широкому кругу тем. Из этого общего числа шестнадцать статей были посвящены имплантируемым источникам энергии, и в этой группе только две были посвящены двигателям Стирлинга.В третьей статье обсуждалось гидравлическое устройство управления для соединения газовых компрессоров двигателя Стирлинга с насосом для крови. Поэтому ясно, что работа над двигателями Стирлинга была лишь небольшой частью большой программы. Однако из-за специфики этой книги обсуждение здесь будет ограничено вопросами, относящимися к двигателям Стирлинга. Две программы исследований и разработок двигателей Стирлинга финансировались Программой искусственного сердца Национального института здравоохранения с середины 1960-х годов до настоящего времени.Двумя исследовательскими подрядчиками была компания Aerojet Liquid Rocket Company …

Олово — следующая глава была представлена ​​Уильямом Бкалком, президентом Sunpower Inc., Афины, Огайо. Хил изобрел двигатель Стирлинга с FRCC-поршнем в конце 1950-х, будучи профессором машиностроения в Университете Огайо. За следующий dccadc. с удивительной целеустремленностью он довел концепцию до стадии эксплуатации.В университетской среде он не смог получить достаточные средства для коммерческой разработки поршневого двигателя с ФЦК, и поэтому он основал компанию, которую он сейчас возглавляет. Sunpower уникальна как единственная компания в мире, занимающаяся серийным производством двигателей Стирлинга. Их самая известная машина — это небольшой демонстрационный двигатель со свободным поршнем, доступный в виде водяного насоса, генератора электроэнергии или холодильного насоса. Основным направлением деятельности Sunpower являются исследования и разработки передовых двигателей Стирлинга со свободным поршнем, некоторые из которых обсуждаются ниже.

Учитывая элементарную, но неопровержимую логику, приведенную выше, трудно понять фактическое полное пренебрежение двигателями Стирлинга НАСА в 1960-х годах. Это была эпоха огромных затрат на водородно-кислородные топливные элементы для миссий Аполлон. 011 реакторная силовая установка с циклом Ренкина SNAP8 и различные турбины Брейтона. Как известно, на двигатели Стирлинга не было израсходовано никаких средств НАСА, да и только незначительные средства ВВС.Одним из возможных объяснений пренебрежительного отношения НАСА к двигателям Стирлинга является то, что положения о конфиденциальности в лицензионном соглашении Philips предусматривают полное участие General Motors в государственных контрактах, требующих полного раскрытия информации. Другие компании, которые, как известно, интересовались возможностями двигателя Стирлинга, были напуганы и разочарованы впечатляющим количеством патентов, созданных Philips вокруг новой технологии и эксклюзивной лицензии General Motors. Во всяком случае, только одна существенная программа по двигателям Стирлинга для космоса…

Двигатель Стирлинга состоит из двух пространств переменного объема и разной температуры, соединенных воздуховодом. Пространства дуги (заполнены рабочей жидкостью, и канал снабжен устройством для добавления тепла (нагреватель), отвода тепла (охладитель) или накопления тепла (регенератор). Система может быть организована любым количеством способов, одним или несколькими комбинации, с изменениями объема, вызванными возвратно-поступательным или вращательным движением.Какая бы форма механического устройства ни была принята, преобладают определенные общие факторы и соображения, которые влияют на работу системы. Это обсуждается ниже. Для любой системы с двигателем Стирлинга максимальная мощность и КПД будут достигнуты, если будет соблюдаться идеальный цикл Стирлинга, описанный в главе 2. Для этого необходимо, чтобы вся рабочая жидкость в системе была. в любой момент, в одних и тех же условиях (термодинамическое равновесие), и все тепло, добавленное к циклу или выброшенное из него, передается при постоянной температуре.Аналогично при любом …

Следующая библиография двигателей Стирлинга включает книги, статьи, патенты и другие материалы, обычно доступные в хорошей технической библиотеке. Материал расположен в алфавитном порядке основных авторов. Список далеко не полный. Дополнения вносятся постоянно по мере написания новых статей и обнаружения других, ранее неизвестных.Многие из них добавляют новые ссылки. Все материалы в то или иное время проходили через руки автора, и большинство из них. говоря эвфемистически, в досье Университета Калгари. Литература по двигателям Стирлинга на удивление обширна. Определенную долю интереса к предмету можно получить по количеству написанных по нему статей. На рис. 22.1 показано годовое количество публикаций о двигателях Стирлинга за сорокалетний период. 1940-80 гг. Эти числа были почерпнуты из Martini (1978a), который дает обширную библиографию, упорядоченную в хронологическом порядке, по темам и авторам.Текущая ситуация …

Двигатели

Стирлинга изучаются или разрабатываются для множества неавтомобильных применений, которые можно условно разделить на три группы: тепловые насосы, стационарное производство электроэнергии и системы общей энергии или когенерации. Стационарная выработка электроэнергии включает в себя широкий спектр деятельности по преобразованию энергии, но обычно интерпретируется как производство электроэнергии.Этот же термин может также применяться к пневматическим (сжатие воздуха) или гидравлическим системам питания, работающим в фиксированном месте, или в качестве вспомогательных систем питания на борту автомобильного, летного или морского транспортного средства. Уровни мощности могут варьироваться от нескольких ватт генератора беспилотных навигационных сигналов до гигаватт энергосистемы общего пользования с базовой нагрузкой. В настоящее время интерес к двигателям Стирлинга для стационарных двигателей сосредоточен в модульных двигателях мощностью от 500 до 2000 лошадиных сил, использующих бытовые, сельскохозяйственные и промышленные отходы, а также в небольших двигателях малой мощности.

Поперечный разрез подогревателя форсунки двигателя Стирлинга 4 98 Philips-Ford. Регенеративные теплообменники используются в многоцилиндровых двигателях Philips Ford с наклонной шайбой, которые разрабатываются для использования в автомобилях. На рис. 7.16 показано поперечное сечение узла горячих деталей автомобильного двигателя Стирлинга Philips Ford, показывающее регенеративный теплообменник (на чертеже он называется сердечником подогревателя).Подобные агрегаты включены в двигатели Стирлинга для использования в автомобилях, разрабатываемые компанией United Stirling в Швеции. Рекуперативный теплообменник «тепловое колесо» был тщательно изучен в связи с разработкой газотурбинных двигателей для транспортных средств, и эта технология непосредственно применима к подогревателю воздуха двигателя Стирлинга. Диск может быть изготовлен из любых

Двигатель Стирлинга назван так потому, что он основан на термодинамическом цикле Стирлинга и был разработан более века назад.Двигатели Стирлинга вырабатывают энергию не за счет взрывного внутреннего сгорания, а за счет внешнего источника тепла, обычно горелки непрерывного сгорания. До недавнего времени проблемы с надежностью использовались только любителями. Только в прошлом поколении был разработан жизнеспособный двигатель Стирлинга со свободным поршнем. Все двигатели Стирлинга могут работать на самых разных видах топлива, включая ископаемое топливо, биомассу *, солнечную, геотермальную и ядерную энергию. При использовании ископаемого топлива и биомассы головка нагревателя непрерывного горения предотвращает скачки температуры, что делает выбросы очень низкими и легко регулируемыми.Двигатель Стирлинга — это устройство для рекуперации тепла, подобное паровой турбине. Несколько европейских коммунальных предприятий демонстрируют эту технологию для применения в жилых микро-ТЭЦ. Даже при таких очень маленьких размерах был достигнут КПД более 30.

Системы управления необходимы для регулирования выходной мощности (крутящего момента) и скорости двигателя Стирлинга.Иногда частота вращения двигателя поддерживается постоянной независимо от нагрузки, например, стационарные генераторы электроэнергии с постоянной частотой вращения и фиксированной частотой. Иногда, как в автомобильной промышленности, встречаются широкие диапазоны как скорости, так и нагрузки. В качестве примера рассмотрим гипотетические характеристики скорости нагрузки, показанные на рис. 10.1. Схема (а), представляющая генератор электроэнергии, насос или вентилятор. показывает требования к входной мощности как функцию скорости для различных уровней напряжения или давления.Диаграмма (б). Представляет двигатель Стирлинга, показывает выходную мощность как функцию скорости при различных уровнях среднего давления в двигателе. Если двигатель подключен непосредственно к нагрузке, характеристики будут наложены, как на диаграмме (c).

Диаграммы, представленные на рис. 7.5, несколько сложны, но заслуживают пристального внимания, чтобы понять фундаментальный аспект работы двигателя Стирлинга.Каждая диаграмма содержит две наложенные друг на друга кривые. Одна кривая представляет массовый расход в пространство расширения и из него, а другая — массовый расход в пространство сжатия и из него. Кривые над нулевой базовой линией представляют поток в пространство расширения и пространство сжатия. Кривые ниже нулевой базовой линии представляют собой переход пространства расширения в пространство сжатия. Когда они накладываются друг на друга, как на рис. 7.5, области перекрытия кривых представляют период чистого потока через мертвое пространство, то есть через теплообменники.Ссылаясь на рис. 7.5, период A -B представляет поток жидкости через лечебные теплообменники к пространству расширения, при этом жидкость течет из пространства сжатия в мертвое пространство и из мертвого пространства в пространство расширения. …

Двигатель Стирлинга, изобретенный Робертом Стирлингом, впервые построенный в 1816 году и впоследствии произведенный в небольших масштабах, не является силовой установкой внутреннего сгорания.Его рабочий газ циркулирует по замкнутому контуру, попутно проходя через теплообменник. В замкнутом контуре используются такие газы, как водород, гелий и фреон. Первоначально это была жизнеспособная альтернатива паровому двигателю, например, в морской силовой установке, но еще предстоит доказать, что он конкурентоспособен с двигателем внутреннего сгорания для дорожных транспортных средств. Тем не менее, он может стать привлекательным благодаря практически нулевому расходу масла и длительным интервалам между заменами масла, длительному сроку службы, относительной тишине, потенциальному тепловому КПД от 40 до 45 при частичной нагрузке, приемлемости широкого спектра видов топлива в непрерывном режиме. горящий обогреватель и очень чистый выхлоп.Его недостатки — сложность, объемность и вес. Удельный вес двигателя 10 кВт составляет около 10 кВт кВт, но становится меньше по мере увеличения мощности …

Роберт Стирлинг (дядя) Роберт Стирлинг Роберт Стирлинг родился в Клоуге 25 октября 1790 года. Он учился в Университете Глазго, как упоминается в Pastie, а также в Эдинбургском университете (1805-6 и 1808).В 1805 году он изучал латынь и греческий язык, а в 1806 году изучал латинский и греческий языки, логику и математику, метафизику и риторику. Нет никаких записей о его занятиях в 1808 году, и возможно, что это не тот Роберт Стирлинг, который посещал в этом году, поскольку из-за изменений в системе ведения записей в то время его место происхождения не указано. Роберту Стирлингу было 15 лет, когда он уехал в Эдинбург. Этот возраст. или даже моложе, в то время было вполне нормально поступить в университет.Роберт Стирлинг получил лицензию проповедовать от пресвитерии Данбартона 4 июля 1815 года. Он был представлен второму обвинению в Килмарнок, Эйршир, уполномоченным герцога и герцогини Портлендских, и был рукоположен в министерство 19 сентября. 1816 ….

Регенеративные двигатели Closcd-цикла с жидкими рабочими жидкостями были описаны Джоном Мэлоун (1931).Они во всех отношениях соответствуют определению двигателя Стирлинга, данному в главе 1. Однако регенеративные двигатели с жидкостным циклом достаточно различаются, чтобы их можно было классифицировать отдельно, возможно, как двигатели с циклом Мэлоуна. Механическое устройство, которое Мэлоун использовал для описания работы своего двигателя, было похоже на то, что показано на рис. 8.18. Два параллельных цилиндра содержали возвратно-поступательные элементы. Один представлял собой вытеснитель с регенератором, а другой — поршень, снабженный уплотнениями под давлением. Расположение во всех отношениях соответствовало расположению двигателя Хейнрици-Стирлинга для системы поршень-вытеснитель в отдельных цилиндрах.Верхний конец цилиндра вытеснителя нагревается, а нижний конец охлаждается. Цилиндр сжатия охлаждали. Рабочие диаграммы для системы, основанной на произвольных единицах объема и давлениях, указанных Мэлоун, показаны на рис. 8.19. Система явно способна …

Двигатели Стирлинга одностороннего действия были изобретены в начале девятнадцатого века, и, возможно, подходящей датой можно считать заявку Роберта Стирлинга в IS I 5 на его первый патент на двигатель.С тех пор время от времени разрабатывались и другие варианты и устройства двигателей Стирлинга одностороннего действия. Двигатели Стирлинга двустороннего действия также были изобретены в девятнадцатом веке. Бэбкок (1885) приписывает изобретение двухцилиндрового двухсистемного двигателя двойного действия французскому инженеру Шарлю Луи Франшо в 1853 году. Впоследствии он был изобретен столетием позже Финкельслцином и Полански (1959) и был позже был включен Финкельштейном (1963b) в многоцилиндровую конструкцию со свободным поршнем.Общую форму двигателей двойного действия с тремя или более цилиндрами Бэбкок приписывает знаменитому британскому ученому-инженеру сэру Уильяму Сименсу, более известному своими работами в сталелитейном производстве. Сименс разработал двигатель Стирлинга двустороннего действия, показанный на рис. 6.2, имеющий …

Другой моделист, заинтересованный в двигателе Стирлинга, — У. Д. Урвик из Мальты, который провел обширную программу испытаний регенеративного вытеснителя.В конструкции Urwick обычный буйковый уровнемер заменен серией сетчатых дисков, установленных на валу буйка, которые действуют как регенератор. Урвик (1975) сообщил о различных экспериментах, в которых испытанный двигатель работал с этим регенеративным вытеснителем так же или лучше, чем с обычным вытеснителем, несмотря на значительно уменьшенную степень сжатия, сопровождающую изменение. Discolora- и т. Д. 20.4. Модель двигателя Стирлинга с регенеративным вытеснителем, автор В. Д. Урвик (I975).

Двигатели

Стирлинга обладают привлекательными характеристиками для стационарных энергетических установок.Они обладают широким набором функций, работают без шума, обладают отличными характеристиками при частичной нагрузке и быстро реагируют на внезапные изменения нагрузки. Они могут работать в течение очень долгого времени при минимальном техническом обслуживании и низком расходе смазочного масла. В последние годы двадцатого века способность двигателя Стирлинга работать с несколькими видами топлива, скорее всего, станет важной. Двигатель может работать от любого источника тепла, поэтому по мере того, как нефть и газ становятся все более ценными, в производстве электроэнергии будет все больше и больше использоваться твердое топливо, такое как уголь, промышленные отходы, такие как древесная кора, обрезки леса, сельскохозяйственные отходы и т. Д. бытовые отходы.Все, что является горючим, можно использовать в высокоэффективных жидкостных слоях или других современных камерах сгорания для производства горячих газов для обогрева систем двигателя Стирлинга. Аналогичным образом комбинация линейного генератора переменного тока со свободнопоршневым двигателем Стирлинга …

Изменение среднего уровня давления рабочего тела — наиболее широко используемая и известная система управления для регулирования мощности в двигателях Стирлинга.В какой-то степени он использовался на более сложном воздушном FiO. 10.8. Диаграммы работы четырехцилиндрового двигателя Стирлинга с ромбическим приводом Philips I’ype 4-235, иллюстрирующие контроль, достигаемый с помощью функции регулирования потерь при коротком замыкании. FiO. 10.8. Диаграммы работы четырехцилиндрового двигателя Стирлинга с ромбическим приводом Philips I’ype 4-235, иллюстрирующие контроль, достигаемый с помощью функции регулирования потерь при коротком замыкании. Принципиальная схема системы управления мощностью, используемой на двигателях United Stirling, воспроизведена на рис.10.9. Ее можно признать практически идентичной указанной выше системе. Для увеличения мощности регулирующий клапан перемещается вправо, так что газ (низкое давление непосредственно из резервуара в двигатель. Халлар и Розенквист (1977). При обсуждении системы управления, показали, что используется система подачи по времени, которая допускает дополнительные …

Двигатели Urwick and Collins объемом 5 см3 (0,3 дюйма3) были построены для первого конкурса двигателей с горячим воздухом, который проводился на выставке инженеров моделей 1977 года в Лондоне.Этот конкурс спонсировался А. Н. Кларком и продвигался журналом Model Engineer. В свете растущего интереса к моделям двигателей Стирлинга было справедливо мнение, что настало время для международных соревнований (Chaddock 1976). В конкурсе приняли участие семнадцать человек, и победитель. Ф. Клэпхэм из Бристоля произвел двигатель, превзошедший самые смелые ожидания спонсоров. Он находился под давлением воздуха более 6,7 МН (1000 фунтов на квадратный дюйм) и производил 39,4 Вт при 900 об / мин.Эта машина была спроектирована и построена за 600 часов, и это был первый двигатель Стирлинга, который когда-либо построил Клэпхэм. Рис. 20.6. Модель двигателя Стирлинга фирмы Clapham (1977). Этот высокопроизводительный двигатель высокого давления выиграл первое соревнование по двигателям с горячим воздухом для двигателей с рабочим объемом поршня 5 см1. Мощность была 95 Вт при 2000 оборотах в минуту …

Wn i.jam rhai.fi. наблюдалось несколько лет назад (выходная мощность многих двигателей Стирлинга примерно соответствовала простому уравнению. Это можно преобразовать в константу P (pfVt). Уравнение было установлено Биллом приблизительно для всех типов и размеров двигателей Стирлинга, для которых были доступны данные, включая машины со свободным поршнем и машины с кривошипно-шатунным механизмом.В большинстве случаев двигатели работали с температурой нагревателя 650 В и более низкой температурой 65 C. Многие из них слишком оптимистично оценивают возможности двигателей Стирлинга.Часто можно услышать предложения преобразовать небольшие двигатели внутреннего сгорания в двигатели Стирлинга, работающие на воздухе низкого давления и использующие печное тепло или солнечную энергию для выработки нескольких киловатт энергии. Число Биля помогает развеять такие большие надежды. Например, рассмотрим небольшой двигатель внутреннего сгорания, имеющий два цилиндра с л до. 5.1. Fictile numliei как функция o (температура нагревателя. Рекомендации по проектированию для …

Tiieouhticai.Анализы двигателей Стирлинга были разработаны с различной степенью сложности. Самый простой анализ — это анализ идеального цикла Стирлинга, где термодинамический цикл включает два изотермических и два регенеративных процесса с постоянным объемом. Однако это включает в себя такую ​​грубую идеализацию процесса, происходящего в реальном двигателе Стирлинга, что он подходит только для самых элементарных предварительных расчетов конструкции. Теперь программа установлена ​​в коммерческой компьютерной сети и доступна для общего пользования после уплаты роялти.Позже, в последние годы 1970-х, другие специалисты приложили значительные усилия для моделирования двигателя Стирлинга, и стало доступно множество передовых программ моделирования двигателя. (d) сравнить и кратко прокомментировать анализ продвинутого уровня для двигателей Стирлинга со ссылкой на исходные документы для тех, кто желает провести дальнейшее расследование.

Cleveland Diesel Engine Division Работа над двигателями Стирлинга в Electromotive Division не была хорошо документирована, но полезную информацию об этой деятельности можно собрать из различных источников, перечисленных выше, в основном Heffner (1966), Percival (1967), Mattavi el al.(1969) и Персиваль (1974). Работа над тяжелыми и мощными двигателями Стирлинга, по-видимому, началась в Кливлендском отделении дизельных двигателей General Motors примерно в 1958 году. Cleveland Diesel поставляла большинство двигателей для подводных лодок во время Второй мировой войны и имела прочные связи с ВМС США. Кроме того, они строили тяжелые дизельные двигатели для локомотивов и надводных судов. Их интерес к двигателям Стирлинга был связан с использованием в качестве альтернативы дизельным двигателям для подводных лодок, речных и портовых рабочих лодок, а также для движителей локомотивов.Подразделение дизельных двигателей Кливленда было распущено в 1962 году, а проект двигателя Стирлинга был передан Подразделению электромоторов в Лагранже, штат Иллинойс. ‘экстремальный …

B (1977). Демонстрация системы преобразования мощности линейного генератора Стирлинга со свободным поршнем. Proc. 12-й E.C.E.C, с. 1488-1495. Вашингтон, округ Колумбия, 28 августа — сентябрь. 2. Мощность линейного генератора переменного тока с приводом от двигателя Стирлинга.Отчет по Фазе 1 № 77TR40. Мех. ‘fech. Inc. Goo dale. Т. К. и Уолтер Д. (1976). Испытания на водородную безопасность двигателя Стирлинга. Отчет Стэнфордского научно-исследовательского института, № S.R.I., проект PYC-2696, для Ford Motor Co (включен как Приложение A в Kitzcr 1977b). Горансон. Р. Б. (1968). Применение двигателя Стирлинга на изотопном топливе в системах поддержки кровообращения. Заключительный отчет MDAC. № DAC-60742, июнь. -и другие. (1968). Разработка упрощенного двигателя Стирлинга для вспомогательных устройств кровообращения.Proc. 3-й l.E.C.E.C., Боулдер. Колорадо. Август Грашоп, Ф. (1890). Tlteorie der Kraftmaschinen. Гамбург. Гатч, С. (1976). Усовершенствованная автомобильная силовая установка. Айше, Нью-Йорк, Vol. 1. С. 2-5. Hui-‘m r, F. E. (1966). Основные моменты из 6500 часов …

Все системы контроля температуры, используемые в двигателях Стирлинга, в основном похожи. Принцип заключается в том, что температура трубок нагревателя (или другой критической части) должна поддерживаться постоянной при всех рабочих условиях. Регулятор подачи топлива двигателя Стирлинга спроектирован таким образом, чтобы дуга трубок нагревателя двигателя работала при постоянной температуре 1470 F ( 799 С).Датчик температуры, установленный на одной из трубок нагревателя, является основным устройством управления в цепи управления воздухом и топливом. Воздуходувка приводится в действие непосредственно от двигателя. Количество подаваемого воздуха регулируется датчиком температуры через дроссельную заслонку, которая соединена с регулятором подачи воздуха для поддержания постоянного отношения A F (30% избытка воздуха).

Оригинал.Двигатель Стирлинга. Репродукция чертежа, показывающего первый двигатель Стирлинга, из оригинальных описаний патента 1816 года. Такой двигатель использовался в 18IK для откачки воды из карьера (после Финкельштейна 1959). 1-IG. 6.5. Оригинальный двигатель Стирлинга. Репродукция чертежа, показывающего первый двигатель Стирлинга, из оригинальных описаний патента 1816 года. Такой двигатель использовался в 18IK для откачки воды из карьера (после Финкельштейна 1959). Эта конфигурация впервые использовалась Робертом Стирлингом в IS 16.для двигателя, показанного на рис. 6.5. Ii также использовался в большинстве машин, разработанных Philips, как в тягачах, так и в двигателях охлаждения. Кривошипные двигатели могут быть типа используемых Стирлингом, с регенеративным вытеснителем, или могут иметь отдельный внешний регенератор типа Ренкина-Напьера. Существует возможность достижения необходимых изменений объема с помощью колебательно-цилиндрического механизма, но, как известно, машины …

Лучшим сборником конструктивных решений для теплообменников в двигателях Стирлинга, несомненно, является классическая работа Кейса и Лондона (1964) под названием «Компактные теплообменники».Книга есть. достаточно просто, необходимая литература для всех, кто желает провести проектирование или анализ природы тепла, и широкая доступность книги не будет предпринято никаких усилий, чтобы воспроизвести простые процедуры проектирования компактных трубчатых, ребристых и регенеративных теплообменников, которые так хорошо в них обрабатываются. . Скорее, доступное место будет посвящено краткому обсуждению некоторых аспектов конструкции, характерных для двигателей Стирлинга, которые не присутствуют или не подвергаются усилению в компактных теплообменниках.Главное внимание, уделяемое двигателям Стирлинга, — это настоятельная необходимость эффективного использования внутреннего пустотного объема теплообменников и соединительных отверстий. Ранее мы видели, как увеличение мертвого объема приводит к уменьшению степени сжатия объема Vmux Vmln и снижению давления …

Трудности в конструкции теплообменников для двигателей Стирлинга возникают из-за циклических переходных устройств потока.Большинство промышленных теплообменников работают в условиях постоянного постоянного потока с относительно медленными скоростями изменения условий потока. Это ни в коем случае не относится к теплообменникам, используемым в двигателях Стирлинга, где условия потока изменяются непрерывно и испытывают большие колебания давления, плотности и скорости, вплоть до изменения направления потока дважды за цикл. Все это значительно усложняет ситуацию и затрудняет проектирование регенератора и других теплообменников.Первоначальное рассмотрение двигателей Стирлинга приводит к мысли, что во время работы двигателя рабочая жидкость течет из пространства расширения через нагреватель, регенератор или охладитель в пространство сжатия, а затем повторяет свой шаг, возвращаясь в пространство расширения. . Такой взгляд слишком упрощен и применим только к идеальному двигателю Стирлинга ….

Рис.7.2 показано типичное распределение температуры в двигателе Стирлинга усовершенствованной конструкции. Приточный воздух поступает в двигатель при температуре окружающей среды и нагревается в подогревателе перед поступлением в камеру сгорания. Топливо добавляется и происходит сгорание, нагревая продукты сгорания до очень высокой температуры. Затем продукты сгорания проходят через нагреватель, где тепло передается рабочему телу, и через подогреватель. где тепло передается приточному воздуху. Остывшие продукты окончательно покидают двигатель.Во многих случаях, когда загрязнение воздуха является важным фактором, часть (до половины) выхлопных продуктов рециркулирует обратно через камеру сгорания. Этот увеличенный массовый поток относительно инертной жидкости снижает максимальную температуру, достигаемую при сгорании, и, таким образом, снижает количество оксидов азота (образуется NOJ. Затем требуется некоторая дополнительная работа, чтобы заставить воздух проходить через систему, и, следовательно, вентилятор будет. ..

Олово — первый и второй законы термодинамики, по-видимому, применимы ко всем теплоэнергетическим машинам, включая двигатели Стирлинга.К сожалению, не было изобретено никакого способа продемонстрировать первый и второй законы каким-либо простым, но неопровержимым образом. В равной степени, конечно, совершенно вне человеческого опыта, когда машина ведет себя вопреки этим фундаментальным законам, несмотря на стремления многих изобретателей. Предложения по вечным двигателям всегда противоречат первому или второму закону.

Халлар и Розенквист (1977) указали, что первые коммерческие применения двигателей United Stirling будут для подземных шахтных транспортных средств.Использование дизельных двигателей в подземных горных выработках вызывает все большую озабоченность тех, кто занимается вопросами промышленной безопасности и здоровья. Двигатели Стирлинга для подземных шахтных транспортных средств имеют преимущества с точки зрения снижения выбросов транспортных средств, бесшумной работы и низкотемпературных выхлопов. Более того, можно предусмотреть следующий шаг по объединению двигателя с теплоаккумулятором, чтобы полностью исключить выброс выхлопных газов при работе под землей. Электроэнергия всегда доступна для подзарядки при смене смены или при погрузке и разгрузке.Для шахтных локомотивов, используемых над землей и под землей, при работе на поверхности может быть включена система обогрева горения. Он будет обеспечивать энергией как надводный двигатель, так и пополнять тепловую батарею для подземной работы.

Теоретические сравнения Первое численное сравнение различных рабочих жидкостей было проведено Мейером (1970a) с представлением характеристик, воспроизведенных на рис.8.1. Рисунок I-бис представляет собой сводку обширных исследований по компьютерной оптимизации, проведенных Philips с использованием компьютерной программы моделирования двигателя Стирлинга. Все результаты относятся к большим двигателям мощностью 165 кВт (225 л.с.) на цилиндр, имеющим температуру нагревателя 700 ° C (1295 ° C). температура кулера 25 C (77 F) и максимальное давление газа 1 lOMN nr (15 954 фунта на квадратный дюйм). Общая эффективность

Никаких конкретных данных о стоимости двигателей United Stirling опубликовано не было.Сравнительные оценки общих операционных затрат были даны Rosenqvist ef al. (1977) и Карлквист и др. (1977) для двигателей Стирлинга мощностью 150 кВт (204 л.с.) и дизельных двигателей для типичного грузовика для доставки городских и пригородных грузов массой 13 000 кг (28 665 фунтов), показанного на рис. 15.19. Первоначальная стоимость двигателя Стирлинга предполагалась на 50 процентов выше, чем стоимость дизельного двигателя. Стоимость радиатора предполагалась вдвое больше, чем стоимость радиатора дизельного двигателя. Множество других предположений, некоторые правдоподобные, некоторые сомнительные, были сделаны на основании того, что двигатель Стирлинга

Tun.Элементы двигателя Стирлинга включают в себя два пространства с разными температурами, объемы которых могут изменяться циклически, и дуга, соединенная через регенеративный лечебный теплообменник и вспомогательные теплообменники. Эти простые элементы могут быть объединены в удивительно широкий диапазон механических приспособлений. Некоторые были идентифицированы (Финкельштейн 1.959) по имени изобретателя или первоначального пользователя. Многие варианты использовались в девятнадцатом веке и были адаптированы или изобретены заново для применения в современных двигателях.В других случаях используются новые механизмы или варианты осуществления, ранее неизвестные. Новые устройства все еще разрабатываются, некоторые из них хороши, а некоторые плохие, и только время покажет, какие из них получат коммерческое применение. В этой работе название двигателя Стирлинга ограничивается регенеративными двигателями, поток которых регулируется изменениями объема. Машины, в которых подача регулируется клапанами, называются двигателями F.riesson. Эти имена выбраны несколько произвольно в попытке …

ДВИГАТЕЛИ 203 Эмиссионные характеристики двигателей Стирлинга 216 Двигатели Стирлинга со свободным поршнем 233 II ДВИГАТЕЛИ СО СВОБОДНЫМИ ПОРШНЯМИ 254 Описание динамики двигателя со свободным поршнем 254 Двухпоршневой двигатель со свободным поршнем 259 Двигатель с поршневым вытеснителем и свободным поршнем 261 Двойной -действующие двигатели со свободным поршнем 263 Компьютерное моделирование динамики свободного поршня 266 Проблемы проектирования в двигателях со свободным поршнем 270 12 PHILIPS STIRLING ENGINES 288

Поперечное сечение четырехцилиндрового двигателя Стирлинга двустороннего действия типа V4X (диаметр цилиндра 50 мм, ход поршня 46 мм по Carlqvist cf til.1975). Соответствовать . 15.6. Поперечное сечение четырехцилиндрового двигателя Стирлинга двустороннего действия типа V4X (диаметр цилиндра 50 мм, ход поршня 46 мм по Carlqvist cf до 1975 г.).

Персиваль (1974) указал, что в первые пять лет исследований и разработок двигателей Стирлинга cITort был сосредоточен на разработке компонентов, в частности (j) многочисленных исследованиях и демонстрациях систем хранения тепловой энергии в сочетании с двигателями Стирлинга.За двенадцать лет между началом программы в 1958 году и ее внезапным прекращением в 19711 году было накоплено более 30 000 часов опыта эксплуатации двигателей Стирлинга. Темпы реализации проекта были такими, что более 50 процентов опыта эксплуатации было получено за последние три года и 75 процентов за последние пять лет. Вдобавок многие тысячи часов работы были отработаны на установках уплотнения, подшипника, горения, регенератора и теплообмена. Наземный блок питания Главное видимое достижение G.М. Исследовательской программой был наземный силовой агрегат двигателя-генератора Стирлинга. Эти агрегаты выдержали десятилетие развития. Последняя модель, GPU3, показана на I-ig. 13.1. Двигатель …

Двигатели

Стирлинга, по-видимому, хорошо подходят для использования в энергетических системах в качестве первичных двигателей, тепловых насосов или холодильных двигателей. Особые характеристики двигателя Стирлинга, которые являются выгодными для приложений с полной энергией, включают, прежде всего, возможность работы с несколькими видами топлива, бесшумную работу, минимальные выбросы выхлопных газов, превосходную эффективность при частичной нагрузке, а также хорошие характеристики запуска, управления и крутящего момента.Уокер (1967), кажется, был первым, кто рассмотрел двигатели Стирлинга для систем с полной энергией в обзоре, проведенном для Института газовых технологий. Лойтер Ясперс и дю Пре (1973) оценили перспективы двигателя Стирлинга в общих энергетических системах как весьма благоприятные. Лерфельд (1977a) очень всесторонне проанализировал использование двигателей Philips Stirling в системах полного энергоснабжения в различных сферах применения, коммерческих и больничных зданиях, жилых многоквартирных домах и офисах.Это исследование было обобщено (Lehrfeld (1977b)) и далее упоминается в обзоре …

Это изменение роли теплообменника между зимним и летним режимами может быть выполнено простым изменением направления вращения двигателя Стирлинга. Это было бы действительно просто, если бы двигатель Стирлинга приводился в движение электродвигателем. В схеме Стирлинга-Стирлинга добиться изменения направления вращения было бы труднее.Ранняя попытка разработать дуплексный блок охлаждения двигателя Стирлинга была предпринята Уокером (1968a) по контракту с британским Министерством F10. 19.4 Тепловой насос двигателя Стирлинга для летнего охлаждения или зимнего обогрева. F10. 19.4 Тепловой насос двигателя Стирлинга для летнего охлаждения или зимнего обогрева. Одним из основных преимуществ дуплексной схемы Стирлинга является использование общей жидкости для комбинированных двигателей Стирлинга. Это может быть наиболее привлекательным для двигателей со свободным поршнем, где использование обычной жидкости значительно ослабляет уплотнения.Кроме того, в свободно-поршневых двигателях используются газовые подшипники с использованием рабочего …

Базовые конструкции буйковых двигателей Стирлинга с ромбическим приводным механизмом и с подвижными мембранными разделителями показаны на рис. 12.12 (Rietdijk ci al 1965). Одноцилиндровая машина требовала четырех уплотнений. Изобретение ромбического привода и подвижного уплотнения обеспечило очевидную непобедимую комбинацию для разработки успешных двигателей Стирлинга.Темпы развития в Philips были в значительной степени стимулированы и, без сомнения, увеличены за счет сотрудничества с General Motors в Соединенных Штатах после лицензионного соглашения в 1958 году. Одноцилиндровые прототипы двигателей мощностью 7,4 кВт (III л.с., двигатель Philips Type I-9S) и мощностью 65 кВт (90 л.с., обозначенный как GM Type 1-51050) были разработаны в дополнение к оригинальному двигателю мощностью 30 кВт (40 л.с.). Фотография, показанная на рис. 12.13 этого трех прототипов двигателей, была предоставлена ​​Макиджером в обзорной статье (Meijer 1969c).Облегченный четырехцилиндровый двигатель мощностью 265 кВт (360 л.с.) (обозначенный как GM Type 4-S12I0), показанный на рис. 12.14. Двигатель 1-98 использовался в замечательном …

Роберт Стирлинг, священник Шотландской церкви и создатель регенеративного теплообменника, изобрел регенеративный двигатель замкнутого цикла в 1816 году и продолжал активно сотрудничать со своим братом. Джеймс, в его развитии много лет.Как и все инженерные разработки, они были окружены ограничениями материалов, и в конце своей жизни, в 1876 году, Роберт был вынужден написать двигатель внутреннего сгорания в форме газового двигателя с горячей лампой, который был изобретен примерно в середине девятнадцатого века. век. Впоследствии он был разработан в виде бензинового двигателя с искровым зажиганием и масляного двигателя с воспламенением от сжатия. Позже, на рубеже веков, был изобретен и разработан электродвигатель. Вместе двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель постепенно вытеснили паровые двигатели и двигатели Стирлинга в небольших размерах.Однако взгляд на каталог Sears-Roebuck за начало 1900-х годов показывает, что в Соединенных Штатах можно было купить воздушные двигатели …

Размер и вес двигателей Стирлинга для заданной выходной мощности важны во многих приложениях, особенно в автомобильной, локомотивной, космической и малотоннажной силовых областях. Он по-прежнему важен, но гораздо менее критичен для стационарного генератора, лечебного насоса и полной энергии, а также для поверхностных морских полей.Экономия в размере и весе является результатом повышения давления рабочей жидкости и оригинальной конструкции. Ромбический привод простого действия. Поршневые двигатели 60-х годов были относительно большими и тяжелыми машинами. Однако преобразование в двигатели Стирлинга двойного действия типа Сименс (см. Главу 13) позволило конструировать машины, которые были вдвое меньше по размеру и весу, чем блоки с ромбическим приводом. Это привело к тому, что двигатели Стирлинга стали по размерам и массе сопоставимы с дизельными и бензиновыми двигателями.Макиджер (1970b) представил данные, представленные на рис. 9.16, на котором показан удельный вес как функция выходной мощности для двигателей Стирлинга, дизельных и бензиновых двигателей. Рис. 9.16 ….

В двигателях Стирлинга следует учитывать два важных эффекта трения. Первый — это эффект механического трения, возникающий в результате действия поршневых колец, трущихся уплотнений, подшипников, перекачки масла и т.п.Когда двигатель работает на холостом ходу и не производит полезную выходную мощность, механическое трение все равно будет значительным. Оно будет увеличиваться по мере увеличения оборотов двигателя и давления. Включение механического трения снижает мощность и эффективность двигателя, как показано линией lG-G ‘на рис. 9.4.

Двигатель Стирлинга можно использовать по отношению к тепловому насосу двумя способами. Когда двигатель Стирлинга используется в качестве теплового насоса, он принимает тепло при низкой (вероятно) температуре окружающей среды и отводит тепло при более высокой температуре в систему отопления.Такое устройство схематично показано на рис. 19.1. Система проиллюстрирована ссылкой на идеальную P-V диаграмму цикла Стирлинга и одноцилиндровый поршневой вытеснитель. одностороннего действия, двигатель Стирлинга. Тепло поглощается во время процесса расширения при температуре окружающей среды (TH) от внешнего источника (показанного в виде озера или реки). Тепло отводится от двигателя в процессе сжатия и отводится для выполнения полезной функции обогрева в здании. Конечно, необходимо обеспечить работу (равную заштрихованной области на V-диаграмме), чтобы двигатель Стирлинга мог работать таким образом.Эта внешняя работа может быть обеспечена от любого источника энергии, включая электродвигатель или тепловой двигатель, возможно, другой двигатель Стирлинга. В …

Разработки двигателей Стирлинга. Документ ASME № 72-WA Encr-9, — (1975a). Файл frce-displaccr. Свободнопоршневой двигатель Стирлинга Potential Energy (1977a). Информационный бюллетень научно-исследовательского института двигателей Стирлинга. № 1. Февраль. Впоследствии выпускается в нерегулярных интервалах, Publ.Объединенный центр Тор Град. Исследования. Ричленд, Вашингтон,

Вклад General Motors в технологию двигателей Стирлинга в период 1958-1970 гг. Был резюмирован Персивалем (1974) следующим образом 3. В их программе был разработан первый регулятор постоянной скорости с прецизионным управлением для двигателей Стирлинга, который воплощал в себе совершенно новые концепции. в области управления и который выполнил следующие 4.В их программе были разработаны первые автоматические регуляторы подачи топлива для запуска двигателя Стирлинга в широком диапазоне температур окружающей среды без выделения дыма. (c) Идея осевых двигателей Стирлинга с наклонной шайбой (программа обеспечивала аналитическую и экспериментальную проверку характеристик низкого трения правильно спроектированных механизмов с наклонной шайбой с подшипниками гидродинамического типа). (g) Первый четырехцилиндровый рядный двигатель Стирлинга двойного действия 90 кВ (120 л.с.) для предлагаемой автобусной установки.Программа General Motors была отменена, поскольку испытания только начинались. (б) Концепция хранения тепловой энергии (тепла) в двигателе Стирлинга. (По умолчанию …

Для работы двигателя Стирлинга подогреватель не требуется. Это желательный аксессуар для всех двигателей, кроме небольших или имитирующих двигателей, и практически поэтому, согласно обычным техническим условиям, двигатель Стирлинга, оборудованный подогревателем, можно также назвать работающим в регенеративном цикле.Таким образом, в двигателе Стирлинга есть два регенератора, которые следует учитывать: (а) внутренний регенератор, расположенный между охладителем и нагревателем, через который проходит рабочая жидкость под высоким давлением, и (б) внешний регенератор, который представляет собой предварительный подогрев воздуха на входе выхлопных газов. теплообменник, работающий, по существу, при атмосферном давлении. Чтобы добавить еще больше путаницы, внешний регенератор двигателя Стирлинга или подогреватель воздуха на впуске выхлопных газов. может быть теплообменник регенеративного или, альтернативно, рекуперативного типа.В двигателях Стирлинга применялись как рекуперативные, так и регенеративные подогреватели. Во всех ранних двигателях Philips использовались рекуперативные подогреватели, в одном из …

Несмотря на то, что водород является лучшей рабочей жидкостью для двигателей Стирлинга, недостатком его является чрезвычайно широкие пределы текучести в воздухе, составляющие от 5 до 75 процентов смеси водорода и воздуха.Другие газы, например, метан, имеют гораздо более близкие пределы газообразности, составляющие от 6 до 14 процентов метана в воздухе по объему. Более того, водород имеет высокое сродство к кислороду, а энтальпия реакции (тепло, выделяемое при горении) 129000 кДж кг (30 960 БТЕ фунт-джойстиков водорода, по сравнению с 50 143 кДж кг (12 034 би-фунт-джойстика для метана). Персиваль

Двигатели Стирлинга часто называют другими названиями, включая двигатели с горячим воздухом или горячим газом, или одним из множества обозначений, зарезервированных для конкретных устройств двигателя, т.е.е. Я leinrici. Робинзон или Ренкин-Напье. Результат — общая нечеткость номенклатуры. Можно убедительно утверждать, что обозначение «цикл Стирлинга» следует зарезервировать для определенного идеализированного термодинамического цикла, а название «двигатель Стирлинга» — для конкретной формы машины (которая, кстати, не работает в цикле Стирлинга, ситуация, которая ничего не делает для улучшения ясности). Прежнее общее название — «регенеративная тепловая машина». Почти наверняка уже слишком поздно для возобладания логики, и название «двигатель Стирлинга» будет по-прежнему широко и без разбора использоваться.1 Iowcver, всегда следует проводить четкое различие между машинами, поток которых регулируется (a) изменениями объема (двигатели Стирлинга) и (b) клапанами (двигатели Ericsson), потому что они имеют …

В принципе, двигатели Стирлинга могут иметь воздушное или водяное охлаждение, как и двигатели внутреннего сгорания. Однако мы видели ранее, что потери в выхлопной трубе должны быть низкими.Система охлаждения двигателя Стирлинга должна выдерживать в два раза большую нагрузку, оказываемую на систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания с аналогичной выходной мощностью. В дополнение к этому, эффективность двигателя Стирлинга заметно падает при повышении температуры охлаждения и сопровождается ухудшением механических свойств полимерных материалов, обычно используемых для скользящих уплотнений. Поэтому желательно иметь более низкую температуру на минимально возможном уровне. Эта комбинация факторов делает прямое воздушное охлаждение двигателей Стирлинга практически невозможным, за исключением двигателей небольших моделей или более крупных, но маломощных, тихоходных двигателей, предназначенных для длительной работы без присмотра.

Финкельштейн (1960a) разработал обобщенный термодинамический анализ двигателей Стирлинга, в котором процессы сжатия и расширения не ограничивались изотермическими условиями. В этом обобщенном анализе процессы сжатия анила в цилиндрах двигателя могут быть определены как происходящие в любом месте между двумя предельными случаями из его презентации.Финкельштейн включил только набор численных результатов. Это относится к тепловому насосу с температурным коэффициентом r ‘f 7’c 2. Коэффициент полезного действия 1,0 для изотермических процессов был снижен до 0,543 для адиабатических процессов. Аналогичным образом Стоддарт (I960) обнаружил, что первичный двигатель двигателя Стирлинга имеет 50-процентный КПД по циклу Шмидта (Карно) с изотермическим сжатием и расширением. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДВИГАТЕЛЕЙ 59

Двигатель Стирлинга — это механическое устройство, которое работает по замкнутому регенеративному термодинамическому циклу с циклическим сжатием и расширением рабочего тела на разных уровнях температуры.Поток регулируется изменением объема, и происходит чистое преобразование тепла в работу или наоборот. Существуют и другие машины, которые работают в открытом регенеративном цикле, где поток рабочей жидкости регулируется клапанами. Для удобства их можно назвать двигателями Ericsson. К сожалению, на практике это различие не установлено широко, и название «двигатель Стирлинга» часто без разбора применяется ко всем типам регенеративных машин.

Дж.11977). Соображения по конструкции i-го автомобиля с двигателем Стирлинга с тепловым аккумулятором. S.A.E. Документ № 770080, стр. 1 12. Детройт. Mich. Auxtm, W. L. 1977). Разработка теплового насоса с приводом от двигателя Стирлинга. Proc. I2ih I.E.C.E.C., стр. 397-401, Вашингтон. Округ Колумбия, 28 августа. 2.

Смазочное масло для поршневого двигателя должно смазывать цилиндры, а также картер, поэтому может произойти некоторое загрязнение продуктами сгорания, что приведет к кислотности и отложению нагара.Масло должно не только смазывать, но и нейтрализовать кислоты и абсорбировать отложения.

Распределенная генерация — это любая технология маломасштабной выработки электроэнергии, которая обеспечивает электроэнергией на участке нагрузки или рядом с ним, она либо подключена к распределительной системе, либо непосредственно к объектам потребителя, либо к обоим. По данным Американской коалиции распределенной энергетики (DPCA), исследования показывают, что распределенная электроэнергия может захватить до 20 всех новых генерирующих мощностей, или 35 гигаватт (ГВт), в течение следующих двух десятилетий.По оценкам Исследовательского института электроэнергетики, к 2010 году рынок ДГ может составить от 2,5 до 5 ГВт в год. Технологии ДГ включают небольшие турбогенераторы внутреннего сгорания (включая микротурбины), поршневые двигатели и генераторы внутреннего сгорания, фотоэлектрические панели и топливные элементы. Другие технологии, включая солнечное тепловое преобразование, двигатели Стирлинга и преобразование биомассы, считаются DG. В этой книге термин DG ограничивается блоками с электрической мощностью менее 10 МВт.

В узле поршень и поршневое кольцо без смазки или масла отсутствует масляная пленка, поддерживающая поршень, поэтому металлический поршень необходимо удерживать от отверстия цилиндра другими средствами, иначе это приведет к серьезным повреждениям.Обратите внимание, что в этом разница между принципом смазки и без смазки.

Компания Woodhead Manufacturing Company изготовила однотрубный демпфер без плавающего поршня. В нем инертный газ свободен в цилиндре и поэтому имеет тенденцию к эмульгированию жидкости. Хотя газ и масло разделяются, когда транспортное средство находится в неподвижном состоянии, реэмульгирование происходит быстро из-за больших скоростей потока, присущих конструкции, поэтому рабочие характеристики агрегата также быстро становятся нормальными.Преимуществом этого типа демпфера является невозможность подъема и последующего изгиба штока поршня в случае утечки жидкости мимо свободного поршня. Кроме того, опять же из-за отсутствия свободного поршня мертвая длина демпфера мала. Более того, на характеристики этих демпферов эмульсионного типа меньше, чем у жидкостных, влияют колебания рабочей температуры. Преимущество однотрубных демпферов в целом состоит в том, что при заданном габаритном диаметре площадь поршня больше, но у них есть недостаток в более высоком встроенном давлении.

Роджер Ричардс — главный инженер Ricardo Consulting Engineers. Он работал над различными двигателями, от двигателей Стирлинга до альтернативных видов топлива и искусственного интеллекта, применяемого для мониторинга состояния. Он отвечает за разработку новых методов повышения эффективности и выбросов больших двигателей.

Надбавка к цене, необходимая для электромобилей, не является внутренней, это просто цена, которую приходится платить за товары относительно небольшого объема производства.Однако характеристики крутящего момента электродвигателей потенциально позволяют создавать менее сложные автомобили, возможно, без коробок передач с изменяемой скоростью и, возможно, даже без дифференциальной передачи, ведущего вала, сцепления и конечных передач, в ожидании доступности более дешевых материалов с соответствующими электромагнитными приводами. характеристики. Сложные системы зажигания и впрыска топлива исчезают с обычным двигателем внутреннего сгорания вместе с проблемами балансировки преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение внутри поршневого двигателя.Выхлопная система с ее сложными контроллерами загрязнения также исчезает вместе со сложными проблемами монтажа пожароопасного бензобака.

US OTA считает, что наиболее вероятной конфигурацией прототипа PNGV будет гибридный автомобиль, в ближайшем будущем работающий от поршневого двигателя, а в более долгосрочной перспективе, возможно, от топливного элемента. Он отмечает, что не существует аккумуляторной технологии, которая в настоящее время может достичь эквивалента 80 миль на галлон.Таким образом, топливный элемент с протонообменной мембраной (PEM) рассматривается как более вероятный кандидат. Министерство энергетики также подчеркивает, что достижение цели экономии топлива потребует новых технологий преобразования энергии, хранения энергии, гибридных силовых установок и легких материалов.

Механизм двигателя с свободным поршнем Первичный двигатель, использующий движение свободного поршня, управляемое давлением газа в цилиндрах.’frei .pis-tsn’ en-jsn free-поршневой манометр eng Инструмент для измерения высоких давлений жидкости, в котором давление прикладывается к поверхности небольшого поршня, который может перемещаться в цилиндре, и сила, необходимая для удержания поршня в неподвижном состоянии определен. Также известен как поршневой манометр. frei pis-tsn ‘gaij free port civ eng Изолированный, огороженный и охраняемый порт в порту въезда или рядом с ним, без постоянного населения. ‘fri .port free slack См. свободное плавание. frei ‘slak индекс свободного набухания rus Испытание для измерения способности угля к свободному набуханию заключается в нагревании 1 грамма пылевидного угля в тигле из кремнезема над газовым пламенем при заданных условиях для образования коксовой пуговицы, размер и форма которой затем сравниваются с серией стандартных профилей, пронумерованных от 1 до 9 в порядке возрастания набухания.’fri .swel-ig’ in.deks free turbine mech eng В газотурбинном двигателе …

Двигатели цикла Стирлинга получили значительное развитие в последние годы. Конфигурация со свободным поршнем послужила технологией, способствующей значительному развитию преобразования энергии. Stirling Technology Company (STC) и Sun Power Inc. являются ведущими разработчиками генераторов с свободнопоршневыми двигателями Стирлинга мощностью от 10 Вт до 5 кВт.Эти генераторы продемонстрировали срок службы без обслуживания, намного превышающий срок службы генераторов с бензиновыми или дизельными двигателями. Текущие испытания на долговечность пока доказали, что эти генераторы могут работать непрерывно без обслуживания в течение более шести лет, около 55 000 часов, без заметного снижения производительности. Потенциальный срок службы этих генераторов составляет более двадцати лет. Подобные прототипы двигателей в настоящее время доступны для оценки коммунальным предприятиям и другим заинтересованным лицам, в то время как конструкции дорабатываются для снижения затрат и подготовки к массовому производству.Также ведутся опытно-конструкторские работы по выпуску более надежных и …

Эксплуатационные расходы включают как топливные, так и нетопливные расходы (например, замену свечей зажигания для двигателей и замену батарей топливных элементов). Как обсуждалось выше, многие из наиболее эффективных технологий могут работать только на очень чистом (дорогом) топливе. В пересчете на британские тепловые единицы самым дешевым топливом является уголь, который можно использовать только с паровыми котлами и ТЭЦ с двигателями Стирлинга.Основным экономическим стимулом для ТЭЦ является производство электроэнергии по тарифам, которые ниже, чем цена поставки коммунальным предприятием. На рисунке 10.5 графически показано, как ТЭЦ сравнивается с традиционной генерацией на центральной станции в сочетании с необходимой передачей и распределением (T&D) для передачи мощности на нагрузку. На рисунке 10.6 показана конвергенция первоначальной стоимости многих технологий когенерации. Хотя верно то, что стоимость всех технологий неуклонно снижалась, рисунок 10.6 (на котором показаны средние капитальные затраты на каждую технологию) показывает, что некоторые из них сокращались быстрее, чем другие.Технологии только становятся …

Но «надпись на стене» для первого поколения электромобилей появилась в период Первой мировой войны, когда были разработаны электрические стартеры для тепловых двигателей. За этим последовало беспрецедентное усовершенствование поршневого двигателя и успех автомобилей поколения Ford Model T в 1920-х годах, которые значительно превзошли первые электромобили.С тех пор и до 1960 года, когда были разработаны мощные твердотельные коммутационные устройства, и электромобили в основном использовались для доставки и других второстепенных приложений. В период с 1960 по 1980 год было разработано новое поколение электромобилей, в том числе грузовики с механической перегрузкой и гольф-кары

.

Дополнительный комплекс проблем будет связан с переводом авиакосмических БПЧ на дизельные двигатели.Отчасти это связано с тем, что для удовлетворения потребностей в изоляции для большинства более сложных применений потребуются более толстые покрытия, а более толстые покрытия обычно связаны с более высокими напряжениями. В настоящее время NASA-Lewis управляет двумя контрактами, спонсируемыми Министерством энергетики США, которые предназначены для разработки термобарьерных покрытий для дизельных двигателей грузовых автомобилей. (Эта программа обсуждалась на этой конференции). Эта работа частично основана на более ранних программах, которые привели к разработке толстых уплотнений с зазором между вершинами лопаток турбины с плазменным напылением, которые в настоящее время используются в некоторых промышленных газотурбинных двигателях (см.24). Эти уплотнения, как и покрытия для головок поршней и клапанов дизельных двигателей, работают при слишком низких температурах, чтобы окисление связующего покрытия могло стать проблемой. В результате можно использовать промежуточные слои из смеси керамики и металла для уменьшения деформаций несоответствия теплового расширения. Возможно, …

С Исследовательским центром Льюиса НАСА для заключения контрактов и технического управления крупными проектами тепловых двигателей — автомобильной газовой турбиной, автомобильным двигателем Стирлинга и сверхмощным усовершенствованным дизельным двигателем, а также с Национальной лабораторией Ок-Ридж для обеспечения технического управления исследованиями материалов и топлива. и программы развития.Цели программы по автомобильным двигателям Стирлинга для Программы по автомобильным двигателям Стирлинга (ASE) аналогичны целям для газовых турбин с повышением экономии топлива примерно на 30 процентов, расширением возможностей использования альтернативных видов топлива и снижением выбросов, которые являются основными целями программы. Проект начался с первых пробных испытаний стационарного двигателя Стирлинга, адаптированного для автомобильной установки. Последовательные модели двигателей были разработаны для улучшения экономии топлива, ускорения транспортного средства и увеличения массы двигателя.Двигатели MOD I первого поколения и модернизированные двигатели MOD IA усовершенствовали технологию Стирлинга до подтвержденного 15-процентного улучшения …

Другой эффект проникновения штока поршня в цилиндр заключается в том, что объемы, доступные для размещения жидкости с двух сторон поршня, различаются. Компенсация этого может быть обеспечена за счет включения гибкого элемента в цилиндр, так что общий объем внутри него может регулироваться автоматически по мере необходимости.Этот гибкий элемент может быть упругой сферой, содержащей инертный газ, или свободным поршнем с инертным газом между ним и закрытым концом цилиндра. Альтернативой является использование двухтрубной конструкции.

Из набросков общих принципов в главе 1 и требований в отношении баланса в главе 2 мы теперь переходим к деталям конструкции, оставляя двигатели с шестью или более цилиндрами в главе 4.Конструкции втулочного клапана, поворотного клапана и роторно-поршневого двигателя будут затем рассмотрены в главе 5. Традиционная компоновка, описанная в разделе 1.10, прочно утвердилась, несмотря на попытки разработать для автомобильных приложений другие, такие как широко используемый двигатель с наклонной шайбой. для гидравлической энергии и двигателя Стирлинга, относительно большие размеры и вес которого практически исключают его. Газовая турбина, хотя и хорошо зарекомендовала себя для крупных силовых агрегатов, работающих в основном с постоянными скоростями, до сих пор не поддавалась попыткам разработать ее в размерах, достаточно малых и обладающих достаточной гибкостью для серийного производства для автомобильной промышленности.

Двигатель Стирлинга является тепловым двигателем внешнего сгорания и, следовательно, не требует определенного топлива. Двигатель-генератор Стирлинга может преобразовать любой достаточный источник тепла в полезную электрическую энергию. Эти генераторные установки также имеют небольшие размеры и очень эффективны даже при мощности ниже 100 Вт (эл.). Благодаря дополнительным преимуществам высокой надежности, длительного срока службы, очень низкого уровня шума и работы без обслуживания, двигатели Стирлинга идеально подходят для приложений распределенной генерации, где генератор должен располагаться в жилом доме или офисе, а также для когенерации, как показано на рисунке 2. .10.

Подключение к сети — отличный способ работать с генераторами Стирлинга. Сеть контролирует частоту и напряжение генератора, поэтому для подключения требуется очень мало, кроме необходимого оборудования безопасности. Подключение генератора Стирлинга со свободным поршнем к сети — довольно простая операция и требует минимального оборудования для европейской сети.Коммунальные предприятия в США только сейчас начинают сталкиваться с многочисленными генераторами, подключенными к сети, на потребительском уровне, и должны оценить их внедрение в сети США.

Как отмечалось ранее, генераторы Стирлинга могут использоваться как для сетевых, так и для автономных приложений. Коммунальные предприятия и их клиенты сами решают, что лучше всего подходит. Генераторы Стирлинга достаточно надежны, поэтому коммунальная компания может рассмотреть возможность сдачи их в аренду удаленному потребителю, не подключенному к сети, что позволяет избежать затрат на строительство линий электропередач или более крупных генераторов на месте.Автономная микрокогенерационная система Стирлинга — это очень надежное и экономичное решение для обеспечения теплом и электроэнергией в удаленных местах. Двигатели Стирлинга не требуют обслуживания, поэтому конечный пользователь практически ничего не должен делать с ними после установки системы. Коммунальное предприятие также может выбрать топливо, используемое генератором, и убедиться, что оно доступно покупателю. Надежная, не требующая обслуживания, бесшумная работа и длительный срок службы — вот некоторые важные преимущества. Генераторы Стирлинга предлагают полезность, которую невозможно найти в обычных небольших генераторах.Коммунальные предприятия в районах …

Поршневой двигатель может выполнять первые два процесса с высокой эффективностью и надежностью, но менее успешен с третьим из-за его непригодности для обработки больших объемов в конце низкого давления расширения, это будет неполным, если не будет продолжено в турбине. который превосходно подходит для работы с большими объемами при низком давлении.Следовательно, как объяснялось в главе 16, турбонагнетатель на выхлопных газах образует механически независимый, но не термодинамически автономный высокоскоростной агрегат, который увеличивает мощность главного двигателя, но не требует подключения к низкооборотному силовому валу. Более того, поскольку газы достигают лопаток турбины при управляемой температуре, не возникает нерастворимого фактора температуры-напряжения-времени с материалом лопаток.

При водяном охлаждении достигается гораздо более высокая скорость теплопередачи, чем при масляном.Следовательно, можно было бы многое сказать об использовании водяного охлаждения поршней в двигателях с высокими номинальными характеристиками. К сожалению, проблемы получения полностью непроницаемой для жидкости системы таковы, что это невозможно сделать в поршневом двигателе ствольного типа, поскольку утечки воды в смазочное масло недопустимы. В поршневых двигателях с тубусом необходимо использовать масляное охлаждение поршня. Используются два основных типа охлаждения, хотя фактическая конструкция поршня может включать оба типа.

кулачкового толкателя.’kam ak-sel-s’ra-shsn camber des eng «Отклонение от прямой линии» применяется к выпуклой, наклонной или изогнутой линии либо к увеличению диаметра в центре рулонного материала. ‘kam-bsr camber angle mech eng Наклон управляемых колес автомобиля от вертикали. ‘kam-bsr .ag-gsl cam-cutter mecheng Полуавтоматический автомат, который создает контур кулачка путем поворота заготовки при ее вращении, использует мастер-кулачок, контактирующий с роликом. ‘kam .ksd-sr cam dwell deseng Эта часть кулачковой поверхности между открывающей и закрывающей секциями ускорения.’kam .dwel cam engine mech eng Поршневой двигатель, в котором кулачково-роликовый механизм, кажется, преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное движение. ‘kam .en-jsn camera study См. мемомоционное исследование. Кам-рс. stsd-ei

kampresh-an ig ish-an ‘en-jan сжатый элемент rus Балка или другой конструктивный элемент, который подвергается сжимающему напряжению. кам’преш-ан.Модуль сжатия стержня мембраны См. объемный модуль упругости. kam’presh-an .maj-a-las пресс-форма eng Форма для пластмасс, которая открыта при введении материала и которая формирует материал под действием тепла и давления закрытия. kam’presh-an .mold compression pressure mech eng Давление, развиваемое в поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением в конце такта сжатия без сгорания топлива. kam’presh-an .presh-ar компрессионный процесс chem eng Извлечение природного бензина из газа, содержащего большое количество углеводородов.kam’presh-an .pra-sas

Двигатели

Стирлинга работают по замкнутому термодинамическому циклу, в котором разница температур преобразуется в механическую и / или электрическую энергию. Внешнее тепло подается с высокой температурой к головке нагревателя двигателя, а термодинамическое отходящее тепло отводится до температуры окружающей среды. Поршень внутреннего вытеснителя физически перемещает гелиевую рабочую жидкость между горячей и холодной областями, создавая переменное значение давления.Эта волна давления заставляет поршень привода совершать возвратно-поступательное движение. Возвратно-поступательное движение может использоваться для выработки мощности на валу, аналогичной двигателю внутреннего сгорания, или может использоваться для выработки электроэнергии непосредственно с использованием линейного генератора переменного тока. Ни в коем случае в течение цикла рабочая жидкость не входит и не выходит из двигателя, который герметичен. Следовательно, цикл определяется как замкнутый. Несколько разновидностей двигателей Стирлинга были разработаны как частными, так и государственными организациями. Разновидности можно разделить на две основные категории: кинематические и свободнопоршневые.Кинематическая …

Значительно улучшенные термический КПД, экономия топлива и способность сжигать бункеры низкого качества явились результатом интенсивного развития конструкции низкоскоростных крейцкопфов и высокоскоростных магистральных поршневых двигателей за последние 20 лет. Дальнейшего улучшения характеристик и увеличения срока службы можно ожидать от использования более высоких давлений сгорания и лучших характеристик сгорания.

Одно из исключительных преимуществ двигателей Стирлинга по сравнению с двигателями внутреннего сгорания заключается в том, что они действительно могут работать на нескольких видах топлива. Цикл Стирлинга требует только достаточного источника тепла для работы и не полагается на тщательно рассчитанные по времени процессы впрыска и сгорания топлива, как это делают двигатели внутреннего сгорания. Практические двигатели цикла Стирлинга могут работать с использованием пропана, природного газа, бензина, дизельного топлива, радиоизотопов, солнечной энергии и даже древесины или другой биомассы.Единственное ограничение на источник топлива, налагаемое двигателем, состоит в том, что в цикл должно передаваться достаточное количество тепла при контролируемой температуре. Часто в топливную систему вносятся минимальные изменения, необходимые для работы с разными типами топлива, но сам двигатель не требует нового оборудования.

Винт или воздушный винт преобразует крутящий момент двигателя (поршневого или турбовинтового) в тягу.Лопасти воздушного винта имеют аэродинамический профиль, который по направлению к ступице становится более «круглым». Крутящий момент вращающегося пропеллера сообщает вращательное движение проходящему через него воздуху. Давление снижается перед лопастями и увеличивается за ними, создавая вращающийся поток скольжения. Через винт проходят большие массы воздуха, но увеличение скорости невелико по сравнению с турбореактивными и двухконтурными двигателями.

Обратите внимание, что в двигателе с оппозитными поршнями «l» суммирует количество ходов двух поршней в каждом цилиндре.Применение формул к двигателям двустороннего действия несколько сложнее, поскольку, например, необходимо учитывать диаметр поршневого штока. Если используются двигатели двойного действия, рекомендуется проконсультироваться с изготовителем по поводу используемых постоянных.

Свободнопоршневые двигатели и генераторы с циклом Стирлинга в настоящее время доступны в качестве прототипа для программ разработки и оценки технологий.Ведутся работы по серийному производству генераторов нескольких типоразмеров. Полномасштабное производство генератора STC мощностью 1 кВт запланировано на 2002 год, после чего будет произведено ограниченное производство генератора мощностью 3 кВт. Эффективность двигателя Стирлинга и отсутствие значительных требований к техническому обслуживанию снижают эксплуатационные расходы до уровней, которые ниже, чем у большинства других технологий распределенной генерации.

Три технологии, в частности, предлагают компактную упаковку и привлекают конечных пользователей, ищущих ненавязчивую систему когенерации.Двигатели Стирлинга самые маленькие, за ними следуют топливные элементы и микротурбины. Большие паровые турбины, газовые турбины и поршневые двигатели обычно изолированы либо в заводском корпусе, либо в отдельном здании вместе с вспомогательным оборудованием. В таблице 10.2 показан эквивалентный размер занимаемой площади для нескольких различных типов ТЭЦ. Духовка двигателя Стирлинга (3)

Обледенение впускной системы поршневого двигателя, обычно, но не совсем точно, называемое «обледенением карбюратора», может происходить даже в теплые дни, особенно если они влажные. ЭТО МОЖЕТ БЫТЬ НАСТОЛЬКО СИЛЬНЫМ, ЧТО ДВИГАТЕЛЬ МОЖЕТ БЫТЬ ПРИНЯТО, ЕСЛИ НЕ ПРИНЯТЬ ПРАВИЛЬНЫЕ ДЕЙСТВИЯ. ОСТАНАВЛИВАТЬСЯ.Обледенение индукционной системы более вероятно при настройке малой мощности, например, при снижении, удержании, при заходе на посадку или во время автоповорота вертолета.

Хотя топливные элементы относительно дороги в установке, они проходят испытания на нескольких объектах, как правило, где стоимость отключения электроэнергии значительна для потери доходов или снижения производительности, а бесперебойное электроснабжение является обязательным.Двигатели Стирлинга также должны хорошо себя чувствовать на этих рынках. Их относительно тихая работа привлекает внимание, поэтому эти устройства устанавливаются в перегруженных коммерческих помещениях. Размещение турбины или двигателя в жилом районе обычно требует особого внимания и конструктивных изменений.

Разработка котла на пеллетах с двигателем Стирлинга для бытового применения м-ТЭЦ | Энергия, устойчивость и общество

Когенерационный двигатель

Двигатель mRT-1k представляет собой поршневой двигатель Стирлинга с воздушным наддувом (давление 14 бар) мощностью 1 кВт.Ожидается, что его можно будет модернизировать (до 5 кВт и более) за счет (1) использования гелия более высокого давления в качестве наддувочного газа, (2) увеличения частоты вращения двигателя и / или (3) увеличения размера. Первоначальный двигатель, показанный на рисунке 3, представляет собой двухцилиндровый двигатель с углом поворота 90 °. Модель двигателя обеспечивает номинальную выходную мощность 1 кВт , подборщик при 1500 об / мин. Характеризуется компактной конструкцией с номинальным рабочим объемом , V max — V min 175 см 3 ( V E = 72 см 3 , V C = 162 см 3 ; термодинамическое соотношение объемов, κ = 2.25).

Рисунок 3

Предварительное проектирование двигателя mRT-1k .

Он имеет модуль Била, индекс эффективности и производительности двигателя, B n , заданный в уравнении 1, в котором используются символы, объясненные в таблице 1.

Это скромное значение, которое превосходит некоторые известные образцы. Но должно быть возможно превышение этого значения, тем самым улучшив целевую мощность в 1 кВт.

На рисунках 3 и 4 представлены предварительный технический проект и предварительная стадия производства двигателя.Различные критические компоненты когенерационной технологии были смоделированы и оптимизированы в отношении теплопередачи, гидродинамики и общей эффективности, извлекаемой из системы. В частности, mRT-1k был оптимизирован в основных компонентах двигателя Стирлинга, среди которых:

Рисунок 4

Прототип двигателя mRT-1k, производимый и реализуемый в FBK .

  1. 1.

    Регенератор двигателя : новая технология с улучшенными характеристиками (в процессе патентования)

  2. 2.

    Теплообменник : применение гидродинамики микротеплообменника, реализованное посредством процесса селективного лазерного плавления [SLM] (предварительный дизайн теплообменника см. На Рисунке 5)

Рисунок 5

Модель микротеплообменника, реализованного для двигателя Стирлинга .

При интеграции в технологию котлов на пеллетах необходимо соблюдать некоторые ограничения, например:

  • Конструкция, позволяющая реализовать состояние чистой поверхности с ограниченными проблемами осаждения порошка

  • Дизайн, обеспечивающий простое обслуживание системы

  • Высокая внешняя поверхность, подверженная излучению пламени

  • Высокая внутренняя поверхность для эффективной передачи тепла сжатому внутреннему газу Стирлинга

Приведенные выше ограничения были приняты к предлагаемому решению теплообменника на основе микрогидродинамики, которое улучшает плотность энергии, передаваемой через теплообменник, при сохранении более низкого числа Рейнольдса и, следовательно, ограниченного падения давления по сравнению с коэффициент конвективной теплоотдачи.

Конструкция теплообменника основана на минимизации генерации энтропии для внутреннего потока теплообменника, в котором находится рабочее тело двигателя. Минимизация генерации энтропии в одном компоненте эквивалентна минимизации потерь доступной работы. Цели заключались в том, чтобы увеличить теплопередачу жидкости через стенки, не вызывая разрушительного увеличения мощности откачки, требуемой устройством с принудительной конвекцией. Метод с самого начала сочетает в себе самые основные принципы термодинамики, теплопередачи и механики жидкости [9, 10].

Для теплообменника генерация энтропии описывается уравнением 2. Символы, используемые для следующей системы уравнений, поясняются в таблице 1.

S ‘° gen = q’2πκT2Nu + 32m’3fπ2ρ2TD5.

(2)

Число Нуссельта является результатом области теплопередачи (уравнение 3):

Коэффициент трения является результатом механики жидкости (уравнение 4):

Минимизация генерации энтропии связана с оптимальным значением для падение давления через термодинамическую систему и максимизацию теплопередачи, как указано в уравнении 5:

NS = ′genṠ′gen, min = 0.856ReDReD, opt-0.8 + 0.144ReDReD, opt4.8.

(5)

Первый член в правой части — это вклад, вносимый теплопередачей, а второй член — вклад из-за жидкостного трения. Следующее уравнение (Уравнение 6) может быть получено для определения оптимальных размеров воздуховода внутреннего потока. Оптимальный диаметр усредняется по одному полному циклу двигателя Стирлинга и определяется итеративным способом.

Dopt = 4m′πμ (2.023Bo0.358Pr-0,071).

(6)

Для предложенной технологии получен оптимальный диаметр 1,03 мм для внутреннего принудительного потока. Смоделированное решение основано на конструкции, которая включает 612 параллельных каналов для жидкости с внутренним диаметром 1 мм и температурой 600 ° C на стороне горячего теплообменника. Используя тот же подход, способ можно было бы распространить на внешний поток продуктов сгорания, чтобы получить полную оптимизацию теплообменника.Микро-теплообменник изготовлен по технологии SLM из микропорошка нержавеющей стали AISI 316L. Прототип показан на рисунках 6 и 7. Пространственное разрешение процесса может достигать значения около 0,2 мм.

Рисунок 6

Теплообменник, вид сверху со стороны коллектора .

Рисунок 7

Теплообменник, вид сбоку .

Пеллетный котел

Пеллетный котел будет изготавливаться, начиная с первоначального прототипа, чтобы реализовать окончательную рыночную технологию.На рисунке 8 показана первая конструкция котла, который будет иметь специальную горелку (рисунок 9), расположенную под теплообменником Стирлинга.

Рисунок 8 Рисунок 9

Гранула вставляется с помощью автоматического спирального шнека, который можно регулировать в отношении подводимого тепла, изменяя его скорость. Первичный воздух вводится на уровне горелки и регулирует часть процесса сгорания, температуру пламени и мощность; он может обеспечить правильное количество горючего агента.В зависимости от требований технологического процесса, мощность может варьироваться от 18 до 5 кВт th , что является минимальной мощностью, необходимой двигателю Стирлинга для выработки 1 кВт e на выходе. В то время как пиковая мощность будет использоваться для приведения системы в рабочее состояние, устойчивое состояние будет поддерживаться за счет минимальной мощности, чтобы двигатель работал и вырабатывал электрическую энергию при номинальной выходной мощности. Таким образом, система будет вырабатывать энергию в течение большего количества часов в год, увеличивая экономические выгоды от системы.В настоящее время невозможно разработать котел с полной теплотворной способностью из-за возможных эффектов коррозии на выхлопе системы, вызванной твердыми частицами, серой и другими загрязнителями, потенциально опасными для концентрации внутри гранул биомассы.

Электрический генератор и система управления нагрузкой

mRT-1k Stirling для выработки электроэнергии соединен с электрическим генератором и управляющим приводом. Электрогенератор представляет собой трехфазный генератор с постоянными магнитами, изготовленный по индивидуальному заказу Moog Italiana, способный генерировать 1 кВт — при скорости вращения 1500 об / мин (см. Рисунок 10).

Рисунок 10

Электрический генератор Moog .

Вырабатываемая электрическая энергия контролируется путем мониторинга тепловой энергии, вырабатываемой горелкой для пеллет и передаваемой внутри двигателя Стирлинга. Управление приводом (см. Рисунок 11) будет тормозить двигатель на оптимальной скорости при максимальной общей эффективности, связывая скорость вращения двигателя с генерируемой электрической мощностью. В то же время генерируемая мощность требует стабилизации до фиксированного уровня напряжения перед вторым этапом преобразования в переменное напряжение.Это должно выполняться в соответствии со стандартами, установленными агентством по управлению энергопотреблением (т. Е. Значение частоты 50 Гц при напряжении 230 В переменного тока и допустимом уровне составляющих постоянного тока).

Рисунок 11

Для выполнения описанных выше шагов был выбран ряд компонентов, соответственно, управляющий привод, предоставленный Moog Italiana (см. Свойства на рисунках 12, 13 и 14), и инвертор для ветроэнергетики, подходящий для широкий спектр условий тестирования.

Рисунок 12

Зависимость КПД генератора отМощность .

Рисунок 13

Зависимость выходной мощности генератора от скорости .

Рисунок 14

Характеристики основного электрогенератора .

КПД этих двух электрических преобразований составляет соответственно 88-90% для первой ступени между механической мощностью и постоянным напряжением и 90-95% для второй ступени через инвертор в диапазоне 1 кВт e . КПД может значительно увеличиться при увеличении мощности более 2–3 кВт e .Через несколько месяцев эти два преобразования могут быть выполнены с помощью двухосного управляющего привода, который реализуется компанией Moog Industries; это новое устройство управления приводом объединит в одном блоке две ранее упомянутые системы и сможет достичь общей эффективности 92-95% за счет интеграции бессенсорного управления генератором.

Categories: Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *