Рухавік Стырлінга

З Вікіпедыя.

Рухавік Стырлінга - паршнявы рухавік знешняга згарання, які працуе па тэрмадынамічнаму цыклу з ізатэрмічным сцісканнем ды расшырэннем. У якасці рабочага цела выкарыстоўваецца газ.

[правіць] Гісторыя

Рухавік Стырлінга быў створаны шатландскім святаром Робэртам Стырлінгам. Упершыню запатэнтаваны 27 верасня 1816 года (патэнт № 4081 на "машыну, якая вырабляе сілу руху з дапамогай нагрэтага паветра". Потым неаднаразова дапрацоўвалася і ў 1827 і 1840 гадах вынаходнік атрымаў яшчэ два патэнты (№ 5456 і 8652) на больш дасканалыя варыянты сваёй машына. Было зроблена некалькі рухавікоў для прамысловага ўжывання, адна зь іх - на ліцейнам заводзе ў Дандзі (1845 год). Але тады "стырлінгі" ня мелі посьпеху з-за нізкай надзейнасці і невысокіх паказальнікаў, бо не было матэр'ялаў якія б маглі працаваць пры высокай тэмпературы і ціску. У 1938 годзе інжынеры кампаніі Philips прыстасавалі рухавік Стырлінга для прывада генератараў у неэлектрафаваных раёнах. А у 1945 супрацоўнікі той жа кампаніі сталі выкарыстоўваць "стырлінгі" як халадзільную машыну: яны пры дапамозе электраматора раскруцілі вал рухавіка і ахладзілі галоўку. У 1972 быў пабудаваны экспераментальны аўтамабіль Ford Torino з чатырохцыліндровым "стырлінгам" магутнасцю 172 конскія сілы. Але рухавікі Стырлінга, у адрозненні ад рухавікоў унутранага згарання, не могуць быстра мяняць сваю магутнасць (гэты недахоп маюць і астатнія рухавікі знешняга згарання, бо каб адрэагаваць на змяненне цеплавога патоку ад крыніцы цяпла, якая месціца звонку, патрэбен час). Таму іх ужыванне на транспарце зараз абмяжоўваецца некаторымі мадэлямі падводных лодак ды яхт (з-за бязшумнасці гэтых рухавікоў). У наш час NASA цікавіцца "стырлінгамі" ў якасці сродка для атрымання электрычнасці ў космасе.

[правіць] Прынцып дзеяння

Рухавік Стырлінга - рухавік знешняга згарання, у якім працэс акіслення паліва адасоблены ад рабочага цела. У рухавіке Стырлінга адбываецца пераменны працэс нагрэву і ахалоджвання рабочага цела. У якасці рабочага цела выкарыстоўваецца газ (звычайна гэта паветра, вадарод або гелій). Стырлінг выкарыстоўваў перыядычнае змяненне тэмпературы газа, і для гэтага ён ужыў выцясняльны поршань (потым яго назавуць выцясняльнікам (па-руску: вытеснитель)). Выцясняльнік прымушае газ перамяшчацца ў адну з дзвух паласцей цыліндра (пры гэтым адна з іх знаходзіцца пры пастаяннай нізкай тэмпературы, другая - пастаяннай высокай. Калі выцясняльнік рухаецца уверх, газ па каналам награвальніка і халадзільніка перамяшчаецца з гарачай поласці ў халодную. Калі выцясняльнік рухаецца ўніз газ вяртаецца тым жа шляхам у гарачую поласць. У першым выпадку газ павінен аддаваць вялікую колькасць цяпла халадзільніку. У другім - атрымоўваць ад награвальніка раўную колькасьць цяпла. Рэгенератар, які прадназначаны для прадухіленьня страт цяпла, размяшчаюць паміж награвальнікам і халадзільнікам. Ён уяўляе сабою нейкую поласьць, якая запоўнена порыстым матэр'ялам, якому гарачы газ да таго, як паступіць у халадзільнік, аддае цяпло. Калі газ цячэ назад рэгенератар вяртае яму цяпло, якое было назапасена, да таго, як газ паступіць у награвальнік. Сістэма выцесняльніка, якая забаспечвае перыядычнасць нагрэву і ахалоджвання газа, злучана з рабочым поршнем, які сціскае газ у халоднай поласці і дазваляе яму расшырацца ў гарачай. Паколькі сцісканьне газа адбываецца ў поласці з болей нізкай тэмпературай, чым пашырэнне, то адтрымоўваецца карысная работа.

[правіць] Канфігурацыі

Рухавік Стырлінга падзяляюць на тры тыпа: альфа, бэта, гама.

[правіць] Альфа Стырлінг

Альфа Стырлінг мае два асобных сілавых поршня ў асобных цыліндрах. Адзін поршан — гарачы, другі — халодны. Цыліндар з гарачым поршнем знаходзіцца ў цеплаабменніку з больш высокай температурай, у той час як цыліндар з халодным поршнем знаходзіцца у больш халодным цеплаабменніку. У гэтага тыпу рухавіка адносіна магутнасці да аб'ёму дастаткова высокая, але, нажаль, у Альфа Стырлінга ёсць шэраг тэхнічных недахопаў, якія вызваны высокай температурай «гарачага» поршня і яго ізаляцыі.

Ніжэй паказаны анімацыя альфа Стырлінга і яго стан у некаторых пунктах. Рэгенератар змешчаны ў трубцы, што злучае халодны і гарачы цыліндры і на схемах не паказаны. Крывашыпна-шатунны механізм паказаны спрошчана.

1. Большасць рабочага цела кантактуе з сценкай гарачага цыліндра, ён награваецца і пашыраецца, што прыводзіць у рух гарачы поршань. Калі ў гарачым поршне для газа больш не стае месца, ён паступова праходзіць і ў халодны цыліндар.	2. Газ зараз займае максімальны аб'ём. Поршань гарачага цыліндра пачынае за кошт энергіі руха халоднага поршня выштурхоўваць газ з гарачага цыліндра ў халодны, дзе ён ахалоджваецца.	Альфа Стырлінг, анімацыя.
3. Амаль увесь газ знаходзіцца ў халодным цыліндры, дзе ён працягвае ахалоджвацца. Па меры ахалоджвання, газ змяншае свой аб'ём і халодны поршань рухаецца ўніз.	4. Газ амаль увесь выцесніны ў гарачы поршань. Ён зараз займае мінімальны аб'ём і гатовы зноў паўтарыць цыкл.

[правіць] Бэта Стырлінг

У рухавікоў бэта-тыпа цыліндар толькі адзін, гарачы з аднаго канца і халодны з іншага. Унутры цыліндра рухаюцца поршань (з якога знімаецца магутнасць) і "выцясняльнік", які змяняе аб'ём гарачай поласці. Газ перапампоўваецца з халоднай часткі цыліндра ў гарачую праз рэгенератар.

Ніжэй паказаны анімацыя бэта Стырлінга і ягоны стан у некаторых пунктах. Рэгенератар змешчаны ў трубцы, што злучае халодны і гарачы цыліндры і на схемах не паказаны. Крывашыпна-шатунны механізм паказаны спрошчана.

1. Поршань, з якога знімаецца магутнасць (пазначаны цёмна-шэрым колерам) непасрэдна перад гэтым момантам сціснуў газ, "выцясняльнік" (светла-шэры колер) перамясціўся ўверх, чым вымусіў газ перайсці з халоднага ў гарачы канец поршня.

2. Нагрэты газ павялічвае свой ціск і аб'ём і частка яго праз рэгенератар перамяшчаецца ў халодную частку цыліндра і штурхае рабочы поршань уверх. У гэты момант рухавік выпрацоўвае энергію.

3. Увесь газ перайшоў з гарачага ў халодны канец цыліндра.

4. За кошт рухаў выцясняльніка ўверх, а рабочага поршня ўніз газ выцясняецца з халоднага ў гарачы канец поршня, дзе ён награваецца і цыкл паўтараецца.

Бэта Стырлінг, анімацыя.

[правіць] Гама Стырлінг

Гама Стырлінг У гама-тыпа таксама ёсць поршань і "выцясняльнік", але пры гэтым два цыліндра – адзін халодны (там рухаецца поршань, з якога знімаецца магутнасць), а другі гарачы з аднаго канца і халодны з іншага (там рухаецца выцясняльнік). Рэгенератар аб'ядноўвае гарачую частку другога цыліндра з халоднай і адначасова з першым (халодным) цыліндрам

Гама Стырлінг, анімацыя (рэгенератар не паказаны)