Двигатель Стирлинга

1.

Проектная работа на тему:
«Двигатель Стирлинга»
Москва 2017 год
Автор: Шульга Андрей Владимирович
Руководитель: Рыжаков Сергей Викторович

2.

Гипотеза
Двигатель Стирлинга – отличная альтернатива
дизельному и бензиновому двигателям.
В настоящее время в мире остро стоят такие проблемы
как: нехватка энергоресурсов, загрязнение окружающей
среды и экономический кризис. На все эти проблемы
может сильно, а главное в лучшую сторону, повлиять
двигатель внешнего сгорания – двигатель Стирлинга.

3.

Цель проекта
1. Спроектировать и собрать модель двигателя
Стирлинга,
2. Провести анализ модели и понять, является ли
двигатель Стирлинга отличной альтернативой
бензиновому и дизельному двигателям

4.

Задачи проекта
1. Исследовать историю двигателя.
2. Исследовать принцип работы двигателя.
3. На основе изученных данных спроектировать 3D
модель двигателя Стирлинга.
4. Создать макет на основе 3D модели.
5. Провести расчеты энергоэффективности и
рентабельности созданной модели.
6. На основе всех исследований сделать вывод о том
является ли двигатель Стирлинга достойной
альтернативой бензиновому и дизельному двигателям.

5.

История двигателя
В XIX веке инженеры хотели создать
безопасную замену паровым
двигателям того времени, котлы
которых часто взрывались из-за
высоких давлений пара и
неподходящих материалов для их
постройки. Идеальное решение
предложил священник Роберт
Стирлинг, двигатель которого мог
преобразовывать в работу любую
разницу температур.

6.

Принцип работы двигателя
Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в
постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в
закрытом цилиндре.

7.

Принцип работы двигателя
1. Внешний источник тепла нагревает газ в нижней части теплообменного
цилиндра. Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх (обратите
внимание, что вытеснительный поршень неплотно прилегает к стенкам).
2. Маховик толкает вытеснительный поршень вниз, тем самым перемещая
разогретый воздух из нижней части в охлаждающую камеру.
3. Воздух остывает и сжимается, рабочий поршень опускается вниз.
4. Вытеснительный поршень поднимается вверх, тем самым перемещая
охлаждённый воздух в нижнюю часть. И цикл повторяется.

8.

Конфигурация
Альфа-Стирлинг - содержит два раздельных силовых поршня в
раздельных цилиндрах, один - горячий, другой - холодный.
Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более
высокой температурой, с холодным - в более холодном. У данного
вида двигателя отношение мощности к объёму достаточно велико,
но, к сожалению, высокая температура «горячего» поршня
создаёт определённые технические трудности.

9.

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

10.

Конфигурация
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.

11.

Применение
Двигатели Стирлинга могут применяться
для превращения в электроэнергию
теплоты солнечных электроустановок.
Их применяют как автономные
генераторы для туристов. Некоторые
предприятия выпускают генераторы,
которые работают от конфорки газовой
печи.

12.

Применение
Преимущества «Стирлинга» привели к
тому, что во второй половине XX века
военно-морской флот Швеции и Японии
указывали на возможность установки на
подводных лодках воздухонезависимых
двигателей Стирлинга.
NASA рассматривает варианты
генераторов на основе «Стирлинга»,
работающие от ядерных и
радиоизотопных источников тепла.

13.

Преимущества
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Минимальный вред для окружающей среды.
В качестве топлива может использоваться любой источник
тепла.
Широкий спектр возможного применения.
Большая потенциальная мощность.
Простота конструкции.
Увеличенный ресурс.
Бесшумность.
Недостатки
1.
2.
Ресурсоёмкость
Габариты

14.

Проектирование

15.

Проектирование

16.

Проектирование

17.

Проектирование

18.

Проектирование

19.

Проектирование

20.

Проектирование

21.

Заключение
На данный момент, изучив двигатель Стирлинга,
спроектировав 3D модель и создав на её основе макет,
можно утверждать, что двигатель Стирлинга имеет
большие перспективы по сравнению с бензиновым и
дизельным двигателями, а в некоторых аспектах он их
превосходит.