Šodien mēs runāsim par dzinēja tipu, kas atšķiras no parasti izmantotā iekšdedzes dzinēja. Transportlīdzekļos parasti tiek izmantoti dzinēji, kurus darbina fosilo kurināmo kuru efektivitāte parasti nav ļoti augsta. Šajā gadījumā mēs jums piedāvājam Stirlinga dzinējs. Šāda veida dzinēji piedāvā ievērojami lielāku efektivitāti nekā benzīna vai dīzeļdzinēji, kā arī ir videi draudzīgi.
Šajā rakstā mēs izpētīsim Stirlinga dzinēja galvenās funkcijas, kā tas darbojas un kādas ir tā galvenās priekšrocības un trūkumi. Mēs arī iedziļināsimies dažos no šī dzinēja visizplatītākajiem lietojumiem, kuriem var būt izšķiroša nozīme enerģijas pārejā.
Stirling dzinējs
Stirlinga dzinējs ir ārējās iekšdedzes dzinēja veids, kas izmanto spiedienu, ko rada gāze, kas tiek uzkarsēta un atdzesēta, nevis iekšdedzes, kur tiek sadedzināta degviela. Tas ir izgudrojums, kas datēts ar 1816. gadu, kad to izstrādāja un patentēja skotu godātais Roberts Stērlings. Paredzēts kā drošāka alternatīva tvaika dzinējam, kas dominēja laikā, Stirling piedāvāja lielāku efektivitāti un drošību, pateicoties tā vienkāršajai konstrukcijai.
Lai gan tai bija grūtības nostiprināties liela mēroga lietojumos tehnisku un ekonomisku ierobežojumu dēļ, tas joprojām ir ļoti nozīmīgs atsevišķās nozarēs, galvenokārt tā dēļ. klusa darbība un tās spēja ražot enerģiju no dažādiem avotiem, tostarp atjaunojamās enerģijas.
Pašlaik tā izmantošana ir vērsta uz zemūdenes un elektroenerģijas ražošana, jo īpaši saules stacijās, kur Stirlinga dzinēji izmanto saules siltumu, lai efektīvi ražotu enerģiju. Nākamajās sadaļās mēs izpētīsim sīkāku informāciju par tā darbību un lietojumiem.
Stirling motora darbība
Stirlinga dzinējs seko termodinamiskajam ciklam, kas pazīstams kā Stirlinga cikls, kas sastāv no četrām pamatfāzēm: sildīšanas, paplašināšanas, dzesēšanas un saspiešanas. Atšķirībā no iekšdedzes dzinējiem Stirlinga dzinējā gāze paliek noslēgta sistēmā, kas nozīmē, ka neizdalās piesārņojošas emisijas, piemēram, oglekļa dioksīds vai toksiskas gāzes. Tas padara to par pievilcīgu iespēju no ekoloģiskā viedokļa.
Galvenie darbības principi: Stirlinga cikla pamatā ir divi pamatprincipi:
- Spiediens gāzes iekšpusē palielinās, kad tās temperatūra paaugstinās slēgtā tilpumā.
- Gāzes saspiešana nemainīgā tilpumā arī paaugstina tās temperatūru.
Šie principi tiek piemēroti caur divām kamerām, vienu karstu un otru aukstu, kas satur darba gāzi (kas var būt hēlijs, ūdeņradis, slāpeklis vai pat gaiss). Gāze pārvietojas starp abām kamerām, kas izraisa spiediena svārstības, kas virza virzuļus.
Process sākas ar gāzes karsēšanu karstā cilindrā. Sildot, gāze izplešas un nospiež virzuli uz leju. Pēc tam karstā gāze tiek pārnesta uz aukstu kameru, kur tā atdziest un tās spiediens samazinās, ļaujot to atkal saspiest. Tas rada virzuļu ciklisku kustību un pārvērš siltumenerģiju mehāniskā enerģijā, kas ir noderīga elektroenerģijas ražošanai vai transportlīdzekļa pārvietošanai.
Stirlinga dzinēja daļas
Stirlinga dzinējs sastāv no vairākām galvenajām daļām, kas darbojas kopā, lai veiktu enerģijas pārveidošanas ciklu:
- Izspiedēja cilindrs: Atbild par gāzes pārvietošanu starp karsto un auksto fokusu.
- Virzuļa jauda: Gāzes siltumenerģijas pārveidotājs mehāniskā darbā, ko var izmantot mašīnas pārvietošanai.
- Reģenerators: Siltummainis, kas absorbē siltumu no gāzes, kad tā ir dzesēšanas fāzē, un atdod to atpakaļ, kad gāze atkal tiek uzkarsēta. Tas palīdz uzlabot cikla efektivitāti.
- Deglis vai siltuma avots: Nodrošina siltumenerģiju, kas nepieciešama gāzes sildīšanai.
- Spararats: Tas darbojas kā stabilizators, kas uztur vienmērīgu rotācijas kustību, kas ir būtiska nepārtrauktai dzinēja darbībai.
- Kloķvārpsta: Virzuļa lineārās kustības pārveidotājs rotācijas kustībā.
Nākamajā sadaļā mēs detalizēti aprakstīsim katru dzinēja darbības cikla fāzi, lai saprastu, kā šīs daļas sadarbojas, lai radītu mehānisku darbu.
Stirlinga dzinēja cikla posmi
Stirlinga dzinēja darbības cikls sastāv no šādām četrām fāzēm:
- Karstās gāzes izplešanās: Siltums tiek pielietots daļai gāzes karstajā cilindrā, izraisot izplešanos. Karstā gāze nospiež virzuli uz leju, veicot mehānisku darbu.
- Pārnešana uz aukstu cilindru: Karstā gāze tiek pārnesta uz auksto cilindru, kur tā tiek ātri atdzesēta.
- Aukstās gāzes kompresija: Aukstā gāze tiek saspiesta, kad virzulis paceļas, noņemot daļu siltuma, ko tā ieguvusi izplešanās fāzē.
- Atgriešanās pie karstā cilindra: Saspiestā gāze atgriežas karstajā cilindrā, kur process tiek atkārtots.
Stirling dzinēja priekšrocības
Stirlinga dzinējam ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar iekšdedzes dzinējiem:
- Klusa darbība: Tā kā nav iekšdedzes, Stirlinga dzinējs darbojas ārkārtīgi klusi, padarot to ideāli piemērotu troksni jutīgām ierīcēm, piemēram, zemūdenēm vai elektriskajiem ģeneratoriem pilsētās.
- Augsta efektivitāte: Tā spēja izmantot vairākus ārējos siltuma avotus un efektīvais dizains ļauj sasniegt veiktspēju, kas ir tuvu Karno ciklam. Tādos lietojumos kā koģenerācija, šī efektivitāte ir ļoti vērtīga.
- Elastība siltuma avotos: Stirlinga dzinējs var darboties ar dažādiem siltuma avotiem, sākot no fosilā kurināmā līdz pilnīgi tīrai enerģijai, piemēram, saules enerģijai.
- Zema ietekme uz vidi: Tas, ka gāze ir noslēgta, nozīmē, ka tā neizdala piesārņojošas gāzes, padarot to par ļoti ekoloģisku iespēju.
- Samazināta apkope: Pateicoties vienkāršajai konstrukcijai un iekšējo sprādzienu trūkumam, Stirlinga dzinējam ir nepieciešama salīdzinoši neliela apkope, salīdzinot ar tradicionālajām iekšdedzes tehnoloģijām.
- Ilgs kalpošanas laiks: Sistēmas izturīgais dizains un vienkāršība ļauj Stirling dzinējiem kalpot ilgāk, nodrošinot tiem lielu vērtību ilgtermiņa lietojumos.
- Daudzpusība: Stirlinga dzinējam ir plašs pielietojumu klāsts, sākot no zemūdenēm, līdz saules enerģijas ģeneratoriem un beidzot ar koģenerācijas sistēmām, padarot to par noderīgu rīku vairākām nozarēm.
Stirlinga dzinēja trūkumi
Neskatoties uz daudzajām priekšrocībām, Stirlinga dzinējam ir arī daži trūkumi, kas ir palēninājuši tā masveida ieviešanu:
- Augstas sākotnējās izmaksas: Stirlinga dzinēja konstrukcija ar siltummaiņiem un īpašiem materiāliem, kas iztur spiedienu un temperatūru, ir dārga, kas ierobežo tā konkurētspēju attiecībā pret citām tehnoloģijām.
- Popularitātes trūkums: Lai gan tā īpašības ir iespaidīgas, vispārēju zināšanu trūkums par Stirlinga dzinēju ir bijis šķērslis tā plašai ieviešanai.
- Blīvēšanas problēmas: Darba gāzes saglabāšana var būt sarežģīta, īpaši dzinējos, kas darbojas ar augstu spiedienu, kas ietekmē to veiktspēju un izturību.
- Izmērs un svars: Stirlinga dzinēji parasti ir apjomīgāki salīdzinājumā ar līdzīgas jaudas iekšdedzes dzinējiem, jo ir nepieciešami lielāki siltummaiņi.
- Ierobežots atbildes laiks: Lai gan Stirlinga dzinējs ir efektīvs pastāvīgai jaudai, tas nav piemērots sistēmām, kurām nepieciešamas straujas jaudas izmaiņas, piemēram, transportlīdzekļiem.
Stirlinga dzinēju pielietojumi
Stirlinga dzinējs ir atradis pielietojumu vairākās galvenajās jomās. Starp ievērojamākajiem ir:
- Saules enerģijas ražošana: Saulainās vietās Stirlinga dzinējs var izmantot koncentrētu saules enerģiju, lai ražotu elektroenerģiju ar augstu efektivitātes līmeni. Eksperimentālās rūpnīcas ir pierādījušas, ka šī tehnoloģija var būt ļoti konkurētspējīga salīdzinājumā ar citiem atjaunojamiem enerģijas avotiem.
- Zemūdens dzinējspēks: Tā kā Stirlinga dzinējs darbojas klusi un nav gaisa sadegšanai, tas tika izmantots zemūdenēs ilgstošām zemūdens misijām.
- Ūdens sūknēšana: Lauku apvidos, kur elektrības trūkums var būt problēma, Stirlinga dzinējs ir izmantots ūdens sūknēšanai, jo tas spēj darboties ar biomasu vai augu atliekām kā siltuma avotu.
- Rūpnieciskais pielietojums: Stirlinga dzinējs tiek eksperimentēts arī rūpnieciskos lietojumos kā papildu enerģijas ģeneratori rūpnieciskajās iekārtās, kas var izmantot rūpniecisko procesu siltuma pārpalikumu.
- Saldēšana: Apgriežot termodinamisko ciklu, Stirlinga dzinējus var izmantot kriogēnai dzesēšanai, sasniedzot ļoti zemas temperatūras.
Stirlinga dzinējs izceļas ar savu daudzpusību un augstu efektivitāti specializētos lietojumos, kuriem nepieciešama pastāvīga darbība un zemas emisijas. Neskatoties uz ierobežojumiem, tā ir tehnoloģija ar lielu nākotnes potenciālu, jo īpaši attiecībā uz oglekļa pēdas samazināšanu un integrāciju ar atjaunojamiem enerģijas avotiem.