Гостевая: Энергетика при БП. Двигатели Стирлинга.

  • Автор: surgik
  • Опубликовано: 24 февраля 2012, 16:43
  • Сегодня о двигателе Стирлинга.
    (много интересного видео)
    Часть 1. Топливные генераторы.
    Для очень многих это неизвестно что такое, поэтому будет много теории.
    Еще это чудесное изобретение называют двигателем внешнего сгорания.
    Рабочий поршень заполнен воздухом или газом, а снаружи на него воздействует тепло.
    Так что для такого двигателя бензин не нужен, он может работать на всем что выделяет тепло, солнце, дрова, уголь, газ, нефть, ядерное топливо. На всем где можно получить разницу температур, есть модели которые работают даже от тепла руки.


    Работа двигателя от тепла чашки:


    Достаточно сказать что холодильники, тепловые насосы и кондиционеры по сути тоже являются двигателями Стирлинга, только работающими в обратном направлении.

    Промышленные солнечные установки где солнечный свет концентрируется на рабочем теле двигателя создавая огромный перепад температуры.
    Мощность таких установок достигает 50-70 кВт.





    КПД таких двигателей может быть от 5 на обычные модельки до 70% на промышленные варианты работающие под давлением 300 атмосфер, это на 50-70% выше двигателей внутреннего сгорания. Достаточно сказать что на космических аппаратах и новейших подводных лодках используются именно двигатели Стирлинга.


    это двигатель разработаный NASA для работы в космосе, мощность 2500 кВт.
    рабочее тело в водороде под давлением 300 атмосфер.


    Тогда возникает вопрос, почему же это чудо изобретение не стоит в каждом доме и дворе,
    когда достаточно положить рабочее тело в обычный костер и наслаждаться наличием электричества? Ответ думаю очевиден, пока есть нефть и те кто ней владеет в обычном пользовании мы это не увидим.
    Для контроля за запасами нефти развязываются войны и стираются целые государства.
    Думаю что никого не удивляет что США несет демократию только в те страны где есть нефтедобыча, Сирия, Кувейт, Ирак, Ливия, Иран, Судан, Пакистан и тд.
    И почему то нет никакого интересна к другим диктаторским режимам.

    Это была лирика.
    Промышленно изготовленный двигатель Стирлинга для бытовых целей продается, но цена его абсолютно не разумная в районе 20-25 тыс. долл. При мощности 5-7 кВт.
    Желающих наверное не очень много.


    Только совсем недавно немецкая фирма производящая бытовые котлы отопления, получила лицензию на установку в свои изделия двигателей с линейным генератором тока.
    При тепловой мощности 16-20 кВт. (это примерно обогрев дома площадью 120-150 метров)
    все излишнее тепло не выходит в трубу а преобразуется в электричество примерно 2 кВт.
    Размер такой преобразователь имеет как термос на 3 литра.
    Сложно сказать сколько будут стоить такие котлы, но заимев такой преобразователь,
    вопрос электроснабжения был бы решен. Положил рабочее тело в костер или топку и все!
    Можно себе представить как бы перевернулась энергозависимость, если бы в каждой котельной которая подает тепло на обогрев целых районов стояли в топках огромные Стирлинги высокого давления. Возможно на весь отопительный сезон можно было не зависеть от электростанций.
    А собственно кто тогда будет приносить мега прибыль генерирующим компаниям?

    В продаже можно встретить красивые, работающие модели Стирлинга,
    но и модели стоят очень дорого, вот например та которая на фото стоит 32000 рублей.



    видео их работы:


    фото самодельных моделей



    видео работы самодельных двигателей:






    Работают даже от солнца:


    Более продвинутый и мощный аппарат с водяным охлаждением:


    интересное видео работы школьной модели:


    Промышлеными образцами нас не балуют.
    Но никто не может запретить изготовить такой двигатель самостоятельно, хоть он и будет намного менее надежным и производительным чем промышленный образец, но он будет всеядным, а это как раз то что нам нужно.
    Для тех кто пробурился и нашел у себя в огороде нефть, это тема не для вас,
    ищите схемы перегонных кубов. )))

    История.
    Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года. Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре.
    Стоит сказать что первый промышленный Стирлинг проработал на механическом заводе приводя в действие механический молот 80 лет.
    В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %. Двигатель Стирлинга имеет много преимуществ и был широко распространён в эпоху паровых машин.
    В основном есть три разновидности двигателя стирлинга.

    Альфа-Стирлинг — содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень — горячий, другой — холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. У данного типа двигателя отношение мощности к объёму достаточно велико, но, к сожалению, высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые технические проблемы.

    Регенератор находится между горячей частью соединительной трубки и холодной.

    Бета-Стирлинг — цилиндр всего один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через регенератор. Регенератор может быть внешним, как часть теплообменника, или может быть совмещён с поршнем-вытеснителем.


    Гамма-Стирлинг — тоже есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра — один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор является частью вытеснителя.


    Недостатки Стирлинга:
    Материалоёмкость — основной недостаток двигателя. У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массо-габаритных показателей силовой установки за счёт увеличенных радиаторов.
    Для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и специальные виды рабочего тела — водород, гелий.
    (тут да, подводную лодку или космический корабль нам раскурочить не дадут)
    Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплобменник работает в очень напряжённых условиях теплопередачи, и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, весьма трудно. Чем выше площадь теплообмена, тем меньше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе. Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно реагирует на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске.
    Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы, отличные от тех, которые применялись в двигателях внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. (инерция, а нам как раз это и нужно для генератора.)

    Преимущества:
    Тем не менее, двигатель Стирлинга имеет преимущества, которые вынуждают заниматься его разработкой.
    КПД двигателя Стирлинга может достигать 65-70% КПД от цикла Карно при современном уровне проектирования и технологии изготовления. Кроме того крутящий момент двигателя почти не зависит от скорости вращения коленвала. В двигателях внутреннего сгорания напротив максимальный крутящий момент достигается в узком диапазоне частот вращения.
    «Всеядность» двигателя — как все двигатели внешнего сгорания (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от почти любого перепада температур: например, между разными слоями воды в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печи и т. д.
    Двигатель не будет «капризничать» из-за потери искры, засорившегося карбюратора или низкого заряда аккумулятора, поскольку не имеет этих агрегатов. Понятие «двигатель заглох» не имеет смысла для Стирлингов. Стирлинг может остановиться, если нагрузка превышает расчетную. Повторно запуск осуществляется однократным проворотом маховика коленчатого вала.
    Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач. Однако, как уже отмечалось выше, он обладает большей материалоёмкостью.
    Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
    Экономичность — в случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги иногда дают больший КПД (до 31,25 %), чем тепловые машины на пару.
    Сгорание топлива происходит вне внутреннего объема двигателя (в отличии от ДВС), что позволяет обеспечить равномерное горение топлива и полное его дожигание (т.е. отбор максимума содержащейся в топливе энергии и минимизация выброса токсичных компонентов).
    В конструкции двигателя отсутствует система высоковольтного зажигания, клапанная система и, соответственно, распредвал. Грамотно спроектированный и технологично изготовленный двигатель Стирлинга не требует регулировки и настройки в процессе всего срока эксплуатации.
    Бесшумность двигателя — стирлинг не имеет выхлопа, а значит — не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).
    Экологичность — сам по себе стирлинг не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.

    Подводные лодки
    Преимущества «стирлинга» привели к тому, что ещё в первой половине 1960-х годов военно-морские справочники указывали на возможность установки на подводных лодках типа «Шёурмен» производства Швеции воздухонезависимых двигателей Стирлинга. Однако ни «Шёурмены», ни последовавшие за ними «Наккены» и «Вестеръётланды» указанные силовые установки так и не получили. И только в 1988 году головная субмарина типа «Наккен» была переоборудована под двигатели Стирлинга. С ними она прошла под водой более 10 000 часов. Другими словами, именно шведы открыли в подводном кораблестроении эру вспомогательных анаэробных двигательных установок. И если «Наккен» — первый опытный корабль этого подкласса, то субмарины типа «Готланд» стали первыми серийными лодками с двигателями Стирлинга, которые позволяют им находиться под водой непрерывно до 20 суток. В настоящее время все подводные лодки ВМС Швеции оснащены двигателями Стирлинга, а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок, путём врезания дополнительного отсека, в котором и размещается новая двигательная установка. Подобные двигатели установлены также в новейших японских подводных лодках

    Одной из нетрадиционных областей применения двигателя Стирлинга есть медицина. Его применяют в системах искусственного сердца. Источником энергии в таких системах, как правило, есть радиоизотопы.


    пример применения двигателя для охлаждения процессора


    Для нас плюсы всей этой технологии в том что грамотный человек сможет воспроизвести конструкцию из тех материалов которые будут под рукой, но для качественной и долговечной конструкции нужно подумать об этом заранее, уже сегодня.
    Для каждого человек может такой двигатель быть источником энергии.
    Если поселение больше 30-50 человек, то можно истопника придумать для круглосуточного
    получения электричества. А электричество это ВСЕ.
    Насосы, добыча воды, освещение, охрана периметра, работа электроинструмента, бытовые приборы, компьютер с собранными данными, в общем оплот цивилизации.
    Инетесное видео от энтузиастов которые восстанавливают двигатели Стирлинга
    успешно работавшие в начале прошлого века.





    Что хочется сказать в заключении.
    Вероятнее всего двигатель Стирлинга является панацеей в период БП для получения энергии,
    как электрической так и механической.
    Потому что не привязан к солнцу, которое светит днем, а электричество нужно ночью,
    мало того когда света нужно больше всего зимой так на небе висят предательские тучи месяцами.
    Не привязан к ветру, который дует когда хочет и как хочет, не знаю как у вас, у меня достаточный ветер дует 20 дней в году.
    Не привязан к бензину и нефти, может в Тюмени и можно докопаться до нефти при желании,
    у нас только если копать насквозь до залежей Венесуэлы.
    Не привязан к напору и потоку воды, кому то и хорошо в предгорьях среди рек и ручьев, ближайшая от меня большая вода строго на север по горизонту 12 км или строго вниз 40 метров.

    Стирлинг подарил нам свое уникальное изобретение которое можно и нужно реализовывать.
    Удобство, надежность, всеядность как например обычная печка или топка.
    Главное подбрасывать дрова в топку, или уголь, у кого как.

    Спасибо за внимание, продолжение следует…
    • +30

    Комментарии (25)

    avatar

    24 февраля 2012, 16:46
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    На все вопросы отчечу что смогу, изучаю тему давно.
    Модераторы, отредактируйте пож. видео, не все видно с сайта,
    опыта мало, поэтому сделал как мог.
    Спасибо. ))
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 16:52
    +56.85 Gorec — Саяногорск
    к чему бы это… или у дураков мысли сходятся- с утра сегодня лазил по сети и смотрел именно двигатели внешнего сгорания. теме всяко+ а о таких совпадениях надо задумываться…
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 16:54
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Толковой информации очень мало среди хлама в сети, все что мог собрал, изучайте. )))
    avatar

    24 февраля 2012, 16:58
    +78.35 UncleGans — Владивосток
    Интересно, да только явно не панацея. На счёт «взял да смастерил из подручных матерьялов» терзают меня смутные сомненья, всёж движёк с достаточно большой мощностью, требует для создания достаточной развитых технологий и производственной базы.
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 17:05
    Именно, а чтоб при этом ещё и высокий КПД иметь — нужны не только глубокие познания, но и довольно точная обработка деталей.
    avatar

    24 февраля 2012, 17:10
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Спутник NASA ко мне в огород не падает, японскую подлодку раскурочить тоже не дадут )))
    Так что двигатели в 300 атмосфер и ресурсом 500 тыс. часов нам не светят.
    Зато как заманчиво звучит, размер с термос, а выработка 2 кВт. электричества.
    Мечта…
    avatar

    24 февраля 2012, 17:13
    По-моему если уж опосля апокалипсиса клепать стирлинги, то идти по пути увеличения размеров. Низкий КПД плохо, затраты на топливо больше (если не на солнечной делать), размеры с дом… Но зато энергии на всех хватит и высокоточных работ не нужно… в теории. Хотя ветряные мельницы работали неплохо раньше, приладить к ней генератор и всего делов. )))
    avatar

    24 февраля 2012, 17:21
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Свой промышленый аппарат Стирлинг сделал из бывшей круглой пустой башни,
    внизу которой постоянно была топка, а все тело башни занимал пустотелый поршень.
    avatar

    24 февраля 2012, 17:24
    ))) Я и говорю, размеры!
    avatar

    24 февраля 2012, 20:21
    +78.35 UncleGans — Владивосток
    Тема заманчивая, но при соответственной производственной базе, так что сначала мастерскую нужно оборудовать и хорошо оборудовать, а потом заниматься конструированьем, самая распрекрасная идея, если нет возможности её реализовать, так и останется на бумаге, если нет чем и из чего делать.Представляю «процесс» изготовления сего агрегата в подвале, при свете коптилки, с помощью найденного обломка напильника… В общем без создания инструментов и станков, увы никак, проще уж у аккупационных войск канистру бензина спереть для бензоагрегата…
    avatar

    24 февраля 2012, 17:05
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Согласен, качественный с хорошим КПД без точных расчетов и оборудования не смастеришь,
    но простенькие вполне можно, забыл вставить видео, где сделан из проволки и 2 пивных банок.
    Понятно что это игрушка, но можно увеличить размеры.
    Главное пробовать делать.
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 17:10
    +16.59 PavelR — М.О. п. Отрадное
    Я о них уже упоминал в каментах к другой теме, даже с картинками. Проблема в том что в домашних условиях без станков хрен получишь что-то действительно стоящее, НО.
    НО стирлинги нужно искать не в яндексе а вгугле и не на российской зоне, тогда можно найти заводские образцы котлов и генераторов(цены все равно зубастые).
    вот пример 10кВ всего 10000$
    Итог: Стирлинги делают, но малыми партиями или под заказ, искать надо забугром и в Российском интернете ничего толкового не найти.
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 17:10
    +9.94 Meldor — Московская область
    Вопрос: где можно купить или как создать этот двигатель выживальщику?
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 19:18
    +76.02 Dordru — Урал
    Вопрос: где можно купить или как создать этот двигатель выживальщику?

    В поисковых системах вбить: «двигатель стирлинга своими руками».
    Встречаются сайты кустарей умельцев, которые делают стирлинги на заказ или продают комплект чертежей, которые можно отдать грамотному мастеру.
    На ютюбе тоже поискать, там видеоинструкции можно найти, где всё наглядно разжёвано.
    Стирлинг из пивных банок видел, с помощью его даже искричество удалось добыть.
    Дерзайте!
    avatar

    24 февраля 2012, 17:23
    +45.78 KEY — Москва
    «Всё понятно, товарищ лектор, паровоз двигатель Стирлинга — это действительно здорово. Одно непонятно: куда всё-таки тут лошадь запрягать надо?» ©

    P.S. Плюс за труды поставил, но ИМХО, обзор практической нагрузки не несет.
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 17:30
    +59.09 MrManiac — Рыбинск
    зная как та или иная вещь устроена и как она работает можно её изготовить...
    обзор практической нагрузки не несет
    практическая нагрузка создаётся вашим желанием построить данный агрегат…
    avatar

    24 февраля 2012, 17:28
    +59.09 MrManiac — Рыбинск
    Толковой информации очень мало среди хлама в сети, все что мог собрал, изучайте. )))
    не в обиду автору, но просто нужно поискать хорошенько… сам очень интересуюсь данной темой…
    вот ссылки на книги о двигателях внешнего сгорания и непосредственно о двигателях стирлинга…
    depositfiles.com/files/2o1zg2qyr
    depositfiles.com/files/8dv4gpoks
    depositfiles.com/files/g4ef0du2b
    depositfiles.com/files/p0z1rw4yg
    depositfiles.com/files/7u3lws289
    depositfiles.com/files/br215g0q7
    depositfiles.com/files/b7tz39bhg
    depositfiles.com/files/035h6ufuc
    depositfiles.com/files/yxcoo0a1z
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 17:35
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Книга у меня есть эта, но она для тех кто реально заинтересуется и захочет изготовить.
    В книгах все больше теории, а реальных размеров и результатов почти нет.
    Данная статья информативная, поэтому ссылки на книги найдет заинтересовавшийся.
    avatar

    24 февраля 2012, 17:40
    +59.09 MrManiac — Рыбинск
    тогда нестоило говорить об отсутствии толковой информации в сети…
    В книгах все больше теории, а реальных размеров и результатов почти нет.
    без теории небыло бы и практики… чтоб получить наиболее оптимальную полезную отдачу нужно изучать теорию… в противном случае все маленькие ошибки в итоге могут привести к провалу…
    avatar

    24 февраля 2012, 20:25
    +78.35 UncleGans — Владивосток
    Согласен, но как показывает практика, лучше спереть подробную документацию или изделие и скопирывать его, чем заниматься собственной разработкой, похождения рисовых братьев на тему промышленного шпионажа, яркий тому пример, кстати.
    avatar

    24 февраля 2012, 21:25
    +52.48 Deer — Томск
    Автор меня опередил! Сильно. Сейчас я пытаюсь изготовить двигатель Стирлинга хотя бы для автомобильного магнето. Как сделаю — выложу итог.
    • v
    • +1
    avatar

    26 февраля 2012, 23:49
    то же самое.
    правда делать решил под самодельный генератор на редкоземельных магнитах)
    avatar

    24 февраля 2012, 21:29
    +43.41 Cooller — Липецк
    Теме +. Всегда были интересны подобные вещи, которые вроде и просты для понимания нашего сейчас но были своего рода прорывом в техническом прогрессе тех времен, когда создавались.
    • v
    • 0
    avatar

    24 февраля 2012, 23:47
    +19.70 Fanet — Запорожье
    Спасибо автору. Тема стоит изучения
    • v
    • +1
    avatar

    25 февраля 2012, 00:50
    +56.10 surgik — Днепропетровск
    Будут еще темы. )))
    Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.