Kwanza, jina la Stirling ni la kawaida huko England na Scotland. Hiyo ni, ikiwa kuna Jumba la Stirling, basi kwanini sio "Bwana Stirling"? Na mtu kama huyo - kasisi wa Scotland Robert Stirling, mnamo Septemba 27, 1816, alipokea hati miliki ya Uingereza ya injini ambayo haikuhusiana na injini ya mvuke! Kwa kuongezea, injini iliyopewa jina lake ilibadilika kuwa ya kipekee, kwani inaweza kufanya kazi kutoka kwa chanzo chochote cha joto!
Robert Stirling.
Mnamo 1843, mtoto wake James Stirling alitumia injini ya baba yake katika kiwanda ambacho alifanya kazi kama mhandisi. Kweli, tayari mnamo 1938, stiirlings zilizo na uwezo wa hadi hp 200 ziliundwa. na ufanisi wa asilimia 30.
Kanuni ya utendaji wa injini hii ni kubadilisha joto na ubaridi wa giligili inayofanya kazi kwenye silinda iliyofungwa kabisa. Kawaida njia inayofanya kazi ni hewa, lakini haidrojeni na heliamu, pamoja na freoni, dioksidi ya nitrojeni, kimiminika propane-butane, na hata maji yanaweza kutumika. Kwa kuongezea, inabaki kioevu katika mzunguko wa thermodynamic. Hiyo ni, muundo wa injini ni rahisi sana na hutumia mali inayojulikana ya gesi: kiasi chao huongezeka kutoka inapokanzwa, na kutoka kwa baridi, hupungua.
Moja ya sterling nyingi za kujifanya.
Injini ya Stirling hutumia … "Mzunguko wa kuchochea", ambayo, kulingana na ufanisi wake wa thermodynamic, sio mbaya tu kuliko mzunguko wa Carnot, lakini hata ina faida kadhaa. Kwa hali yoyote, ni "Mzunguko wa kuchochea" ambayo hukuruhusu kupata injini inayofanya kazi kutoka kwa bati ya kawaida katika masaa kadhaa tu.
Kifaa cha Beta Stirling.
Mzunguko wa "kuchochea" yenyewe ni pamoja na awamu kuu nne na mbili za mpito: inapokanzwa, upanuzi, mpito kwenda chanzo baridi, baridi, ukandamizaji na mpito kwenda chanzo cha joto. Kweli, tunapata kazi muhimu katika mchakato wa kupanua kiwango cha gesi moto.
Awamu ya 1.
Awamu ya 2.
Awamu ya 3.
Awamu ya 4.
Mzunguko wa kufanya kazi wa injini ya aina ya beta Stirling: a - pistoni ya kuhama; b - pistoni inayofanya kazi; c - kuruka kwa ndege; d - moto (eneo la joto); e - mapezi ya baridi (eneo la baridi).
Inafanya kazi kama hii: kuna mitungi miwili na pistoni mbili. Chanzo cha nje cha joto - na wanaweza kuwa hata kuni inayowaka, hata kichoma gesi, hata mwangaza wa jua - huongeza joto la gesi katika sehemu ya chini ya silinda ya kubadilishana joto. Shinikizo linatokea na inasukuma bastola inayofanya kazi kwenda juu, na bastola ya kuhama haifai vizuri dhidi ya kuta za silinda. Kwa kuongezea, ndege, kuruka, inasukuma chini.
Mpango wa kuchochea kutoka kwa bati.
Katika kesi hiyo, hewa moto kutoka chini ya silinda huingia kwenye chumba cha baridi. Katika chumba cha kufanya kazi, hata hivyo, hupoa na mikataba, halafu bastola inayofanya kazi hukimbilia chini. Bastola ya kuhama inaenda juu, na kwa hivyo hewa iliyopozwa huenda chini. Mzunguko unarudiwa hivyo. Katika Stirling, harakati ya bastola inayofanya kazi inahamishwa na 90 ° ikilinganishwa na bastola ya kuhama.
Picha ya kuchochea kutoka kwa bati.
Kwa muda, miundo anuwai ya "mtindo" ilionekana, iliyopewa jina la herufi za alfabeti ya Uigiriki: alpha, beta, gamma, ambayo ina tofauti katika mzunguko wa ushuru. Tofauti za kimsingi kati yao ni ndogo na huchemsha hadi mpangilio wa mitungi na saizi ya bastola.
Injini ya kuchochea na ubadilishaji wa laini.
Alpha Stirling ina bastola mbili tofauti za nguvu katika mitungi tofauti: moto na baridi. Silinda iliyo na bastola ya moto iko katika mchanganyiko wa joto, ambayo ina joto kubwa, na silinda iliyo na bastola baridi, mtawaliwa, katika ile baridi zaidi. Regenerator (i.e. mchanganyiko wa joto) iko kati ya sehemu ya moto na sehemu baridi.
Beta Stirling ina silinda moja tu, moto kwa upande mmoja na baridi kwa upande mwingine. Bastola huenda ndani ya silinda (ambayo nguvu huondolewa) na kihamishaji, ambacho hubadilisha kiwango cha eneo lake lenye moto. Gesi hupigwa hadi mwisho wa moto wa silinda kutoka mwisho wa baridi wa silinda kupitia regenerator.
Gamma Stirling pia ina bastola na kihamishaji, na mitungi miwili - baridi (ambapo bastola hutoka kutoka kwa nguvu huondolewa) na moto (ambapo mkimbizi anasonga, mtawaliwa). Regenerator iko nje, katika kesi hii inaunganisha sehemu moto ya silinda ya pili na ile baridi na wakati huo huo na silinda ya kwanza (baridi). Regenerator ya ndani katika kesi hii ni sehemu ya aliyehama.
Kuna aina ya injini ya Stirling ambayo haianguki chini ya aina hizi tatu za kawaida: kwa mfano, injini ya Rotary Stirling, ambayo shida za uvujaji hutatuliwa na hakuna utaratibu wa kuponda, kwani ni wa kuzunguka.
Je! Ni nini nzuri juu ya kukwama na kwa nini ni mbaya? Kwanza kabisa, ni za kupendeza na zinaweza kutumia tofauti yoyote ya joto, pamoja na ile kati ya matabaka tofauti ya maji baharini. Mwako ndani yao ni wa asili ya kila wakati, ambayo inahakikisha mwako mzuri wa mafuta, ambayo inamaanisha kuwa urafiki wake wa mazingira ni wa hali ya juu. Kwa kuongezea, haina kutolea nje. Kiwango kidogo cha kelele - hakuna "milipuko" kwenye mitungi. Kutetemeka kidogo, kwa mfano, na kuchochea kwa beta. Kioevu cha kufanya kazi hakitumiwi na mtindo. Ubunifu wa injini ni rahisi sana, hauitaji njia za usambazaji wa gesi. Starter haihitajiki, kama vile sanduku la gia halihitajiki.
Unyenyekevu na kukosekana kwa nodi kadhaa "dhaifu" hutoa "kuchochea" na utendaji ambao haujawahi kufanywa kwa injini zingine zote kwa makumi na mamia ya maelfu ya masaa ya operesheni endelevu.
Manowari ya Uswidi "Gotland".
Stirlings ni ya kiuchumi sana. Kwa hivyo, ubadilishaji wa nishati ya jua kuwa umeme kwa njia ya kuchochea hutoa ufanisi zaidi (hadi 31, 25%) kuliko injini za joto zinazofanya kazi kwa mvuke. Kwa hili, "mtindo" umewekwa kwa kuzingatia kioo cha kimfano, ambacho "hufuata" jua ili silinda yake iwe moto kila wakati. Ilikuwa juu ya usanikishaji huko California kwamba matokeo hapo juu yalipatikana mnamo 2008, na sasa kuna ujenzi wa kituo kikubwa cha jua kwenye stirlings. Unaweza kuziunganisha kwenye ganda la tanuu za mlipuko na kisha kuyeyuka kwa chuma cha nguruwe kutatupa mengi … nguvu nafuu, kwa sababu sasa joto hili linapotea!
Kwa ujumla, kuna shida moja tu kwa mtindo. Inaweza kuwa moto na kisha itashindwa mara moja. Kwa kuongeza, kufikia ufanisi mkubwa, gesi lazima iwe chini ya shinikizo kubwa sana kwenye silinda. Hydrojeni au heliamu. Na hii ni usahihi wa kipekee wa kufaa kwa vitengo vyake vyote vya kufanya kazi na grisi maalum ya joto la juu. Kweli, vipimo … chumba cha mwako hakihitajiki. Kuchochea hakuwezi kuishi bila yeye! Na hii ni kiasi cha ziada na mfumo wa insulation na baridi!
Soryu ni manowari ya Kijapani inayotumiwa na injini za Stirling.
Walakini, mabadiliko ya vipaumbele yanaweza kufungua njia kwa injini za Stirling. Ikiwa tunaweka urafiki wa mazingira mbele, basi itawezekana kusema kwaheri kwa injini ya mwako wa ndani mara moja na kwa wote. Kwa kuongezea, matumaini makubwa yamewekwa juu yao kwa uundaji wa mimea ya nguvu ya jua inayoahidi. Tayari zinatumiwa kama jenereta zinazojitegemea kwa watalii. Na biashara zingine zimeanzisha utengenezaji wa sterling, ambayo hufanya kazi kutoka kwa burner ya kawaida ya oveni ya gesi. NASA pia inazingatia chaguzi za jenereta za umeme zinazotokana na Stirling zinazotumiwa na vyanzo vya joto vya nyuklia na redio. Hasa, imepangwa kutumia mtindo huo, pamoja na jenereta ya umeme, katika safari ya nafasi kwenda Titan iliyopangwa na NASA.
"Nina takataka" - mpangilio.
Inafurahisha kuwa ukianza injini ya Stirling katika hali ya kurudi nyuma, ambayo ni kwamba, geuza flywheel kutoka kwa injini nyingine, basi itafanya kazi kama mashine ya majokofu (reverse Stirling cycle), na ni mashine hizi ambazo zilionekana kuwa nzuri sana kwa ajili ya kuzalisha gesi zilizo na kimiminika.
Kweli, sasa, kwa kuwa tuna tovuti ya jeshi, tunaona kwamba Stirlings walijaribiwa kwa manowari za Uswidi nyuma katika miaka ya 60 ya karne iliyopita. Na kisha mnamo 1988 Stirlings ikawa injini kuu ya manowari ya darasa la Nakken. Pamoja nao, alikuwa akisafiri chini ya maji kwa zaidi ya masaa 10,000. "Nakken" ilifuatiwa na manowari za aina ya "Gotland", ambazo zilikuwa manowari za kwanza zilizo na injini za Stirling, ambazo zinawaruhusu kukaa chini ya maji hadi siku 20. Leo, manowari zote za Jeshi la Wanamaji la Uswidi zina injini za kuchochea, na watengenezaji wa meli wa Uswidi wamefanya teknolojia ya asili ya kufunga injini kama hizo kwa manowari za kawaida, kwa kukata ndani yao sehemu ya ziada na mfumo mpya wa msukumo. Wanaendesha oksijeni ya kioevu, ambayo hutumiwa kwenye mashua kwa kupumua, na inajulikana kuwa wana viwango vya chini sana vya kelele. Kweli, mapungufu yaliyotajwa hapo juu (saizi na shida ya baridi) kwenye meli ya manowari sio muhimu. Mfano wa Wasweden walionekana kwa Wajapani wanaostahili kuzingatiwa, na sasa Stirlings pia wako kwenye manowari za Kijapani za darasa la "Soryu". Ni injini hizi ambazo zinachukuliwa leo kama injini za kuahidi zaidi za aina zote kwa manowari za kizazi cha 5.
Na hivi ndivyo mtindo wa mwanafunzi wa Chuo Kikuu cha Jimbo la Penza Nikolai Shevelev anaonekana.
Kweli, sasa kidogo juu ya aina gani ya … "vijana mbaya" tunayo. Mnamo Septemba 1, nilikuja kwa wanafunzi - wahandisi wa injini za baadaye, ninawauliza maswali ya jadi, kile wanachosoma (kivitendo hakuna chochote!), Wanapenda nini (na hali hii sio bora zaidi, lakini zaidi miguu ina shughuli, sio kichwa!), Je! wanajulikanaje majarida ya kiufundi - "Young Technician", "Model Designer", "Sayansi na Teknolojia", "Mechanics maarufu" … (hakuna!), halafu mwanafunzi mmoja ananiambia kuwa yeye ni kupenda injini. Mmoja kati ya 20, lakini hiyo tayari ni kitu! Na kisha ananiambia kuwa alifanya injini ya Stirling mwenyewe. Ninajua jinsi ya kutengeneza injini kama hiyo kutoka kwa bati ya kawaida, lakini baadaye ikawa kwamba alifanya kitu kizuri zaidi. Ninasema: "Leta!" - na akaleta. "Eleza jinsi ulivyofanya!" - na alielezea, na nilipenda "insha" yake sana hivi kwamba ninaiwasilisha hapa bila mabadiliko yoyote au vifupisho.
Mwanzo wa kazi ni "machafuko ya ubunifu".
Nimekuwa nikipenda teknolojia hiyo, lakini haswa injini. Ninajishughulisha na matengenezo, ukarabati na ubinafsishaji na hamu kubwa. Baada ya kujifunza juu ya injini ya Stirling, nilivutiwa nayo kama hakuna injini nyingine yoyote. Ulimwengu wa mitindo ni anuwai na kubwa sana kwamba haiwezekani kuelezea chaguzi zote zinazowezekana kwa utekelezaji wake. Hakuna injini nyingine itakayopeana anuwai kwa muundo, na muhimu zaidi, uwezo wa kuifanya iwe mwenyewe.
Nilikuwa na maoni ya kutengeneza mfano wa injini kutoka kwa bati na njia zingine zilizoboreshwa, lakini haikuwa katika sheria zangu kufanya "vyovyote vile na kwa kile ilichopata". Kwa hivyo, niliamua kuchukua jukumu hili kwa uzito, kuanza na kuandaa kinadharia. Nilisoma fasihi kwenye mtandao, lakini utaftaji haukuleta matokeo unayotaka: pitia nakala na video, ukosefu wa michoro ya modeli za injini hii. Aina zilizomalizika ziliuzwa kwa bei ya juu sana. Kwa kuongezea, hamu kubwa ya kufanya kila kitu mwenyewe, kuelewa kanuni ya operesheni, kurekebisha na kufanya majaribio, kupata kazi muhimu kutoka kwa injini hii na hata kujaribu kupata matumizi yake katika uchumi.
"Kugeuza biashara!" (Mwanafunzi mjanja, alipiga picha mchakato mzima wa kazi kama kumbukumbu. Sasa, raia, ushahidi wa maandishi wa picha … na hapa ndio!)
Niliuliza karibu kwenye mabaraza, na walinishirikisha vichapo. Kilikuwa kitabu "Stirling Engines" (Waandishi: G. Ryder na C. Hooper). Ilionyesha historia yote ya aina hii ya jengo la injini, kwanini maendeleo ya haraka yalisimama, na ambapo injini hizi bado zinatumika. Kutoka kwa kitabu hicho, nilijifunza kwa undani zaidi michakato yote inayotokea kwenye injini, ilipata majibu ya maswali ya kupendeza. Ilikuwa ya kupendeza kusoma, lakini nilitaka kufanya mazoezi. Kwa kweli, hakukuwa na michoro ya mifano ya karakana, na vile vile kwenye wavuti, vizuri, kwa kweli, isipokuwa mfano kutoka kwa bomba na mpira wa povu.
Kwa furaha yangu kubwa, mtu ambaye aliuza mitindo ya mitindo alichapisha kozi ya kutengeneza modeli kama hizo, aliiweka wakati huo kwa $ 20, nilimwandikia na kulipia kozi hiyo. Baada ya kutazama video zote, ambayo kila moja alielezea aina fulani ya mitindo, niliamua kufanya upigaji wa joto la juu wa aina ya gamma. Kwa kuwa alinivutia na muundo wake, tabia na muonekano. Kutoka kwa kozi ya video, nilijifunza uwiano wa takriban kipenyo cha silinda, kipenyo cha pistoni, kibali gani, ukali unapaswa kuwa, ni vifaa gani vya kutumia katika utengenezaji, baadhi ya nuances ya ujenzi. Lakini hakuna mahali pa ukubwa wa injini za mwandishi zilipatikana, takriban tu uwiano wa saizi za nodi.
Mimi mwenyewe ninaishi katika kijiji, mtu anaweza kusema katika vitongoji, mama yangu ni mhasibu, na baba yangu ni seremala, kwa hivyo haikuwa sawa kuwageukia ushauri wa ujenzi wa injini. Na nikamgeukia jirani yangu, Gennady Valentinovich, kwa msaada, alifanya kazi kwenye kiwanda cha KZTM kilichoanguka sasa huko Kuznetsk.
Kwa ujumla, siku iliyofuata Gennady Valentinovich aliniletea tupu ya aluminium kuhusu urefu wa m 1 na karibu 50 mm kwa kipenyo. Nilifurahi sana, nikatafuta nafasi ambazo nilihitaji, na siku iliyofuata nilienda shule kujaribu kunoa heater na jokofu kwa injini yangu ya mwako wa ndani. Niliimarisha lathe ya mafunzo (ambayo babu Lenin alifanya kazi).
Kwa kweli, hakukuwa na usahihi hapo, sehemu ya nje ya heater iliibuka kuwa nzuri sana, lakini sehemu ya silinda yenyewe chini ya pistoni ilikuwa kwenye koni. Trudovik alinielezea kuwa mkataji anayechosha anainama, kwani mashine ya vitu kama hivyo ni ndogo na dhaifu. Swali liliibuka la kufanya baadaye … Ilikuwa bahati kwamba mama yangu wakati huo alifanya kazi kama mhasibu katika biashara ya kibinafsi, ambayo ilikuwa kiwanda cha zamani cha kutengeneza gari. Valery Aleksandrovich (mkurugenzi wa mmea huu) aliibuka kuwa mtu mzuri na alinisaidia sana, nilikuwa tayari nimepewa mashine ya kitaalam ya Soviet na Turner ambaye alinisaidia. Vitu vilikuwa vya kufurahisha zaidi, na haswa wiki moja baadaye, karibu kila kitu kilikuwa tayari, mkutano wa magari ulianza. Kulikuwa na wakati wa kupendeza katika ujenzi, kwa mfano: shimoni, ambayo taa ya taa ilibanwa, ilipewa semina ya ufundi wa usahihi kwenye mmea mwingine (ili kupata usahihi wa fani); jokofu liliongezwa kwenye lathe, na mahali pa vifungo vilifanywa na mashine ya kusaga, flywheel ilikuwa chini kwenye grinder. Ilikuwa ya kupendeza sana na ya kufurahisha kwangu. Wafanyakazi wa kiwanda walidhani mimi ni mwanafunzi na ninaandika aina fulani ya kazi ya kisayansi. Nilikaa kiwandani hadi jioni, na walinileta nyumbani kwa gari rasmi la Valery Alexandrovich. Injini ilianzishwa katika mzunguko mkubwa wa wafanyikazi wa kiwanda, kila mtu alipendezwa sana. Uzinduzi ulifanikiwa, lakini injini ilikuwa ikifanya vibaya.
Matokeo taji mpango huo! Kona ya stendi iliteketezwa wakati wa upimaji.
Mapungufu yalifunuliwa, bawaba za plastiki zilibadilishwa na zile za fluoroplastic, flywheel iliwashwa na usawa, bastola ilipokea kiambatisho cha fluoroplastic kwa uhamishaji wa joto chini, na jokofu likawa na eneo kubwa la baridi. Baada ya kupanga vizuri, injini imeboresha sana utendaji wake wa kiufundi.
Mimi mwenyewe nilifurahi. Marafiki wanapokuja nyumbani kwangu, jambo la kwanza wanalofanya ni kumjia, mwombe aanze. Gennady Valentinovich aliendesha gari kuonyesha mtindo kwenye kazi yake, kila mtu alikuwa na hamu sana, hawakuhitaji hata kumwita mtu, kila mtu alifika, akatazama, na akapata riba."
Jina la kijana huyo ni Nikolai Shevelev, na ndiye mkuu wa kikundi. Nilimchukua kwenda kwa mkuu, na sisi watatu tulikuwa na mazungumzo mazuri sana. Na kisha nikakumbuka takwimu kwamba ni 2% tu ya idadi ya watu ulimwenguni ndio wa kutosha kuendeleza ubinadamu katika njia ya maendeleo ya kisayansi na kiteknolojia. Nilihesabu idadi ya wanafunzi wote na nikagundua kuwa … hakuna haja ya kuwa na wasiwasi sana. Pamoja na watu kama Nikolai, maendeleo bado yatahakikishiwa kwetu!
