Motor z zunanjim zgorevanjem: vrste, princip delovanja, lastnosti

Motorji z zunanjim izgorevanjem so bili uporabljeni, ko so ljudje potrebovali močan in ekonomičen vir energije. Pred tem so se uporabljale parne instalacije, vendar so bile eksplozivne, saj so uporabljale vročo paro pod pritiskom. V začetku 19. stoletja so jih zamenjale naprave z zunanjim zgorevanjem, po nekaj desetletjih pa so izumili že znane naprave z notranjim zgorevanjem.

Izvor naprave

V 19. stoletju se je človeštvo soočilo s težavo, ki jo je sestavljalo dejstvo, da so parni kotli prepogosto eksplodirali in imeli tudi resne konstrukcijske pomanjkljivosti, zaradi česar je njihova uporaba nezaželena. Izhod je leta 1816 našel škotski duhovnik Robert Stirling. Te naprave lahko imenujemo tudi "motorje z vročim zrakom", ki so bili uporabljeni že v 17. stoletju, vendar je ta oseba dodala čistilec v izum, ki se trenutno imenuje regenerator. Tako je Stirlingov motor z zunanjim zgorevanjem lahko znatno povečal produktivnost instalacije, saj je toploto ohranjal v toplem delovnem prostoru, medtem ko se je delovni fluid ohladil. Zaradi tega se je učinkovitost celotnega sistema znatno povečala.

Takrat je bil izum uporabljen precej široko in se je povečal njegovo priljubljenost, vendar se sčasoma ni več uporabljal in je bil pozabljen. Za zamenjavo opreme zunanjega zgorevanja so prišle parne instalacije in motorji, vendar že poznani, z notranjim zgorevanjem. Spet so se spominjali šele v 20. stoletju.

Postopek namestitve

Načelo delovanja motorja z zunanjim zgorevanjem je, da stalno izmenjuje dve stopnji: ogrevanje in hlajenje delovne tekočine v zaprtem prostoru in pridobivanje energije. Ta energija izhaja iz dejstva, da se volumen delovne tekočine stalno spreminja.

Najpogosteje delovna snov v takih napravah postane zrak, vendar je možno uporabiti tudi helij ali vodik. Medtem ko je bil izum v fazi razvoja, so bile kot poskusi uporabljene snovi, kot so dušikov dioksid, freoni in utekočinjeni propan-butan. V nekaterih vzorcih so poskusili tudi navadno vodo. Treba je opozoriti, da se je motor z zunanjim zgorevanjem, ki se je začel uporabljati z vodo kot delovno snov, odlikoval z dejstvom, da je imel dovolj visoko gostoto moči, visok tlak in je bil precej kompakten.

Prvi tip motorja. Alfa

Prvi model, ki je bil uporabljen, je bil Stirling Alpha. Posebnost njegove zasnove je, da ima dva različna cilindra v različnih cilindrih. Eden od njih je imel precej visoko temperaturo in je bil vroč, drugi pa je bil hladen. V izmenjevalniku toplote z visoko temperaturo je prišlo do vroče pare valja-bata. Hladna para je bila znotraj nizkotemperaturnega toplotnega izmenjevalnika.

Glavne prednosti toplotni motor zunanje izgorevanje je bilo dejstvo, da so imeli veliko moč in prostornino. Vendar je bila temperatura vroče pare previsoka. Zaradi tega so bile v postopku izdelave takšnih izumov nekatere tehnične težave. Regenerator te naprave je med toplo in hladno povezovalno cevjo.

Drugi vzorec. "Beta"

Drugi model je bil model "Beta" Stirling. Glavna strukturna razlika je bila v tem, da je bil le en valj. Eden od njegovih koncev je služil kot vroč par, drugi konec pa je ostal hladen. V notranjosti tega valja je premaknjen bat, iz katerega lahko odstranite moč. Tudi znotraj je bil raztezalec, ki je bil odgovoren za spreminjanje prostornine vročega delovnega območja. Ta oprema je s pomočjo regeneratorja uporabljala plin, ki se je črpal iz hladnega v vročo cono. Ta tip motorja z zunanjim zgorevanjem je imel regenerator v obliki zunanjega toplotnega izmenjevalca ali pa je bil kombiniran z batom.

Najnovejši model. "Gama"

Zadnja različica tega motorja je bila Stirlingova gama. Ta tip se ni razlikoval le zaradi prisotnosti bata, temveč tudi zaradi premika, ampak tudi zaradi dejstva, da je že vključeval dva valja. Kot v prvem primeru je bil eden od njih hladen in je bil uporabljen za vzlet. Toda drugi valj, kot v prejšnjem primeru, je bil hladen z enega konca in vroč od drugega. Tu se je premaknil potiskalnik. Batni motor z zunanjim zgorevanjem je imel tudi regenerator, ki je bil lahko dveh vrst. V prvem primeru so bili zunanji in med seboj povezani tako strukturni deli, kot je vroče območje hladnega valja, kot tudi prvi valj. Drugi tip je notranji regenerator. Če je bila ta možnost uporabljena, je bila del konstrukcije premika.

Uporaba Stirlinga je upravičena, če je potreben preprost in majhen pretvornik toplotne energije. Uporablja se lahko tudi, če temperaturna razlika ni dovolj velika za uporabo plinskih ali parnih turbin. Treba je omeniti, da so danes takšne vzorce uporabljali pogosteje. Na primer, samostojni modeli se uporabljajo za turiste, ki lahko delajo iz plinskega gorilnika.

Aplikacijske naprave zdaj

Zdi se, da takšnega starega izuma ne moremo uporabiti danes, vendar ni. NASA je naročila Stirlingov motor zunanjega zgorevanja, vendar je treba kot delovno snov uporabiti jedrske in radioizotopne vire toplote. Poleg tega se lahko uspešno uporabi tudi za naslednje namene:

• Uporaba takšnega modela motorja za črpanje tekočine je veliko lažja kot običajna črpalka. To je v veliki meri posledica dejstva, da se lahko črpana tekočina sama uporablja kot bat. Poleg tega bo hladil delovno tekočino. Na primer, ta vrsta "črpalke" se lahko uporablja za črpanje vode v kanale za namakanje z uporabo sončne toplote.
• Nekateri proizvajalci hladilnikov običajno nameščajo take naprave. Stroški proizvodnje se lahko zmanjšajo, običajni zrak pa se lahko uporabi kot hladilno sredstvo.
• Če kombinirate zunanji motor tega tipa s toplotno črpalko, lahko optimizirate delovanje toplotnega omrežja v hiši.
• Precej uspešno se je Stirling uporabljal v podmornicah švedske mornarice. Dejstvo je, da motor deluje na tekoči kisik, ki se nato uporablja za dihanje. Za podmornico je zelo pomembno. Poleg tega ima takšna oprema precej nizko raven hrupa. Seveda je enota precej velika in zahteva hlajenje, toda ta dva dejavnika sta nepomembna, ko gre za podmornico.

Prednosti uporabe motorja

Če med projektiranjem in montažo uporabimo sodobne metode, bomo lahko povečali učinkovitost motorja z zunanjim zgorevanjem na 70%. Uporabo takih vzorcev spremljajo naslednje pozitivne lastnosti: t

• Presenetljivo pa je navor v tem izumu praktično neodvisen od hitrosti vrtenja ročične gredi.
• V tem agregatu ni elementov, kot so vžigalni sistem in ventilni sistem. Prav tako ni odmične gredi.
• Priročno dovolj, da v celotnem obdobju uporabe ni potrebno prilagajati in prilagajati opreme.
• Ti modeli motorjev ne morejo "ustaviti". Najenostavnejša zasnova naprave vam omogoča, da jo uporabljate dolgo časa v popolnoma avtonomnem načinu.
• Skoraj vse je mogoče uporabiti kot vir energije, začenši z drv in konča z uranovim gorivom.
• Seveda se v motorju z zunanjim zgorevanjem proces izgorevanja snovi izvaja zunaj. To prispeva k dejstvu, da je gorivo popolnoma izgorelo in da je količina toksičnih emisij čim manjša.

Slabosti

Seveda, noben izum ni brez pomanjkljivosti. Če govorimo o minusih takšnih motorjev, so naslednji:

1. Ker se zgorevanje izvaja zunaj motorja, se proizvedena toplota odstrani skozi stene radiatorja. To povzroči povečanje velikosti naprave.
2. Poraba materialov. Da bi ustvarili kompakten in učinkovit model Stirlingovega motorja, je potrebno imeti kakovostno toplotno odporno jeklo, ki lahko prenese visok tlak in visoke temperature. Poleg tega mora biti nizka toplotna prevodnost.
3. Kot mazivo boste morali kupiti posebno orodje, saj je običajno koksanje pri visokih temperaturah, ki se dosežejo v motorju.
4. Za pridobitev dovolj visoke gostote moči je treba uporabiti bodisi vodik ali helij kot delovno snov.

Vodik in helij kot gorivo

Pridobitev visoke moči je seveda potrebna, vendar morate razumeti, da je uporaba vodika ali helija precej nevarna. Vodik, na primer, je že sam po sebi precej eksploziven in pri visokih temperaturah tvori spojine, ki se imenujejo kovinski hidrati. To se zgodi, ko se vodik raztopi v kovini. Z drugimi besedami, lahko uniči valj od znotraj.

Poleg tega sta vodik in helij hlapne snovi, za katere je značilna visoka penetracijska moč. Preprosto povedano, zlahka prodrejo skozi skoraj vse pečate. Izguba snovi pomeni izgubo delovnega tlaka.

Rotacijski motor z zunanjim zgorevanjem

Srce takšnega stroja je rotacijski ekspanzijski stroj. Za motorje z zunanjim načinom zgorevanja je ta element predstavljen v obliki votlega valja, ki je na obeh straneh prekrit s pokrovi. Samo po sebi ima rotor videz kolesa, ki je nameščeno na gredi. Ima tudi določeno število plošč v obliki črke U. Za njihovo promocijo se uporablja posebna drsna naprava.

Motor z notranjim izgorevanjem Lukyanov

Yury Lukianov je raziskovalec na Politehničnem inštitutu v Pskovu. Že dolgo se ukvarja z razvojem novih modelov motorjev. Znanstvenik je poskušal zagotoviti, da novi modeli nimajo elementov, kot so menjalnik, odmična gred in izpušna cev. Glavna pomanjkljivost Stirlingovih naprav je bila, da so bile prevelike. Prav ta pomanjkljivost je znanstvenik uspel odpraviti zaradi dejstva, da so bila rezila zamenjana z bati. To je večkrat zmanjšalo velikost celotne strukture. Nekateri pravijo, da lahko izdelate motor z zunanjim zgorevanjem z lastnimi rokami.