Untuk mulai dengan, nama keluarga Stirling cukup umum di Inggris dan Skotlandia. Artinya, jika ada Kastil Stirling, lalu mengapa tidak "Mr. Stirling"? Dan orang seperti itu - pendeta Skotlandia Robert Stirling, pada 27 September 1816, menerima paten Inggris untuk mesin yang tidak ada hubungannya dengan mesin uap! Selain itu, mesin yang dinamai menurut namanya ternyata unik, karena dapat bekerja dari sumber panas apa pun!
Robert Stirling.
Pada tahun 1843, putranya James Stirling menggunakan mesin ayahnya di sebuah pabrik tempat dia bekerja sebagai insinyur. Nah, sudah pada tahun 1938, stiirlings dengan kapasitas hingga 200 hp dibuat. dan efisiensi 30 persen.
Prinsip operasi mesin ini adalah untuk memanaskan dan mendinginkan fluida kerja secara bergantian dalam silinder yang benar-benar tertutup. Biasanya media kerja adalah udara, tetapi hidrogen dan helium, serta freon, nitrogen dioksida, propana-butana cair, dan bahkan air dapat digunakan. Selain itu, tetap cair sepanjang siklus termodinamika. Artinya, desain mesinnya sangat sederhana dan menggunakan sifat gas yang terkenal: volumenya meningkat dari pemanasan, dan dari pendinginan, itu berkurang.
Salah satu dari banyak sterling buatan sendiri.
Mesin Stirling menggunakan … "siklus Stirling", yang dalam hal efisiensi termodinamikanya, tidak hanya tidak lebih buruk daripada siklus Carnot, tetapi bahkan memiliki beberapa keuntungan. Bagaimanapun, itu adalah "Siklus Pengadukan" yang memungkinkan Anda mendapatkan mesin yang berfungsi yang terbuat dari kaleng biasa hanya dalam beberapa jam.
Perangkat Pengaduk Beta.
"Siklus pengadukan" itu sendiri mencakup empat fase utama dan dua fase transisi: pemanasan, ekspansi, transisi ke sumber dingin, pendinginan, kompresi, dan transisi ke sumber panas. Nah, kami mendapatkan pekerjaan yang bermanfaat dalam proses memperluas volume gas yang dipanaskan.
Fase 1.
Fase 2.
Fase 3.
Fase 4.
Siklus kerja mesin Stirling tipe beta: a - piston perpindahan; b - piston yang berfungsi; c - roda gila; d - api (area pemanasan); e - sirip pendingin (area pendinginan).
Cara kerjanya seperti ini: ada dua silinder dan dua piston. Sumber panas eksternal - dan mereka bahkan dapat membakar kayu, bahkan kompor gas, bahkan sinar matahari - meningkatkan suhu gas di bagian bawah silinder penukar panas. Tekanan muncul dan mendorong piston yang bekerja ke atas, dan piston perpindahan tidak pas dengan kuat ke dinding silinder. Selanjutnya, roda gila, bergulir, mendorongnya ke bawah.
Skema stirling dari kaleng.
Dalam hal ini, udara panas dari bagian bawah silinder memasuki ruang pendingin. Di ruang kerja, bagaimanapun, mendingin dan berkontraksi, dan kemudian piston yang bekerja bergegas turun. Piston perpindahan bergerak ke atas, dan dengan demikian udara yang didinginkan bergerak ke bawah. Siklus demikian berulang. Dalam Stirling, gerakan piston kerja digeser 90° relatif terhadap perpindahan piston.
Foto stirling dari kaleng.
Seiring waktu, banyak desain "penataan" yang berbeda muncul, dinamai sesuai dengan huruf alfabet Yunani: alfa, beta, gamma, yang memiliki perbedaan dalam siklus kerja. Perbedaan mendasar di antara mereka kecil dan bermuara pada susunan silinder dan ukuran piston.
Mesin stirling dengan alternator linier.
Alpha Stirling memiliki dua piston daya terpisah di silinder yang berbeda: panas dan dingin. Silinder dengan piston panas terletak di penukar panas, yang memiliki suhu lebih tinggi, dan silinder dengan piston dingin, masing-masing, di yang lebih dingin. Regenerator (yaitu penukar panas) terletak di antara bagian panas dan bagian dingin.
Beta Stirling hanya memiliki satu silinder, panas di satu ujung dan dingin di ujung lainnya. Piston bergerak di dalam silinder (dari mana daya dihilangkan) dan pemindah, yang mengubah volume zona panasnya. Gas dipompa ke ujung silinder yang panas dari ujung silinder yang dingin melalui regenerator.
Gamma Stirling juga memiliki piston dan pemindah, dan dua silinder - dingin (di mana piston bergerak dari mana daya dihilangkan) dan panas (di mana pemindah bergerak, masing-masing). Regenerator bersifat eksternal, dalam hal ini menghubungkan bagian panas dari silinder kedua dengan yang dingin dan bersamaan dengan silinder pertama (dingin). Regenerator internal dalam hal ini adalah bagian dari displacer.
Ada beberapa jenis mesin Stirling yang tidak termasuk dalam tiga tipe klasik ini: misalnya, mesin Stirling putar, di mana masalah kebocoran dipecahkan dan tidak ada mekanisme engkol, karena mesin itu berputar.
Apa yang baik tentang stirling dan mengapa mereka buruk? Pertama-tama, mereka adalah omnivora dan dapat menggunakan perbedaan suhu apa pun, termasuk antara lapisan air yang berbeda di lautan. Pembakaran di dalamnya bersifat konstan, yang memastikan pembakaran bahan bakar yang efisien, yang berarti ramah lingkungan lebih tinggi. Apalagi tidak memiliki knalpot. Tingkat kebisingan yang lebih rendah - tidak ada "ledakan" di dalam silinder. Lebih sedikit getaran, misalnya, dengan stirling beta. Cairan kerja tidak dikonsumsi oleh penataan. Desain mesinnya sangat sederhana, tidak memerlukan mekanisme distribusi gas. Starter tidak diperlukan, sama seperti gearbox tidak diperlukan.
Kesederhanaan dan tidak adanya sejumlah node "halus" memberikan "pengaduk" dengan kinerja yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk semua mesin lain dalam puluhan dan ratusan ribu jam operasi terus menerus.
Kapal selam Swedia "Gotland".
Stirling sangat ekonomis. Dengan demikian, konversi energi matahari menjadi listrik dengan cara pengadukan memberikan efisiensi yang lebih tinggi (hingga 31, 25%) dibandingkan dengan mesin panas yang beroperasi dengan uap. Untuk ini, "penataan" diatur pada fokus cermin parabola, yang "mengikuti" matahari sehingga silindernya terus-menerus dipanaskan. Pada instalasi seperti itu di California hasil di atas diperoleh pada tahun 2008, dan sekarang ada pembangunan stasiun surya besar di stirling. Anda dapat menempelkannya ke cangkang tanur tinggi dan kemudian peleburan besi kasar yang terus menerus akan memberi kita banyak … energi murah, karena sekarang panas ini terbuang sia-sia!
Secara umum, hanya ada satu kelemahan pada gaya. Itu bisa menjadi terlalu panas dan kemudian akan segera gagal. Selain itu, untuk mencapai efisiensi tinggi, gas harus berada di bawah tekanan yang sangat tinggi di dalam silinder. Hidrogen atau helium. Dan ini adalah presisi kecocokan yang luar biasa dari semua unit kerjanya dan gemuk khusus suhu tinggi. Nah, dimensinya… ruang bakar tidak diperlukan. Stirling tidak bisa hidup tanpa dia! Dan ini adalah volume ekstra dan sistem isolasi dan pendinginan!
Soryu adalah kapal selam Jepang yang ditenagai oleh mesin Stirling.
Namun, perubahan prioritas kemungkinan akan membuka jalan bagi mesin Stirling. Jika kita mengutamakan keramahan lingkungan, maka akan mungkin untuk mengucapkan selamat tinggal pada mesin pembakaran internal untuk selamanya. Selain itu, harapan besar disematkan pada mereka untuk penciptaan pembangkit listrik tenaga surya yang menjanjikan. Mereka sudah digunakan sebagai generator otonom untuk wisatawan. Dan beberapa perusahaan telah mendirikan produksi sterling, yang bekerja dari kompor gas konvensional. NASA juga mempertimbangkan opsi untuk pembangkit listrik berbasis Stirling yang ditenagai oleh sumber panas nuklir dan radioisotop. Secara khusus, direncanakan untuk menggunakan gaya seperti itu, ditambah dengan generator listrik, dalam ekspedisi luar angkasa ke Titan yang direncanakan oleh NASA.
"Saya mengotori" - tata letaknya.
Sangat menarik bahwa jika Anda menghidupkan mesin Stirling dalam mode terbalik, yaitu memutar roda gila dari mesin lain, maka itu akan berfungsi sebagai mesin pendingin (membalikkan siklus Stirling), dan mesin inilah yang ternyata sangat efektif. untuk menghasilkan gas cair.
Nah, sekarang, karena kami memiliki situs militer, kami mencatat bahwa Stirlings diuji pada kapal selam Swedia pada tahun 60-an abad terakhir. Dan kemudian pada tahun 1988 Stirlings menjadi mesin utama kapal selam kelas Nakken. Bersama mereka, dia berlayar di bawah air selama lebih dari 10.000 jam. "Nakken" diikuti oleh kapal selam seri tipe "Gotland", yang menjadi kapal selam pertama yang dilengkapi dengan mesin Stirling, yang memungkinkan mereka untuk tetap berada di bawah air hingga 20 hari. Saat ini, semua kapal selam Angkatan Laut Swedia memiliki motor penggerak, dan pembuat kapal Swedia telah mengembangkan teknologi asli untuk memasang mesin semacam itu pada kapal selam konvensional, dengan memotong kompartemen tambahan dengan sistem propulsi baru. Mereka berjalan dengan oksigen cair, yang kemudian digunakan di perahu untuk bernafas, dan tercatat bahwa mereka memiliki tingkat kebisingan yang sangat rendah. Nah, kekurangan yang disebutkan di atas (masalah ukuran dan pendinginan) pada kapal perang kapal selam tidak signifikan. Contoh orang Swedia tampaknya patut diperhatikan oleh Jepang, dan sekarang Stirling juga ada di kapal selam Jepang kelas "Soryu". Mesin inilah yang saat ini dianggap sebagai mesin tunggal semua mode yang paling menjanjikan untuk kapal selam generasi ke-5.
Dan beginilah penampilan seorang mahasiswa Universitas Negeri Penza Nikolai Shevelev.
Nah, sekarang sedikit tentang … "pemuda nakal" seperti apa yang kita miliki. Pada 1 September, saya datang ke siswa - insinyur mesin masa depan, saya mengajukan pertanyaan tradisional kepada mereka, apa yang mereka baca (hampir tidak ada!), Apa yang mereka sukai (dengan ini situasinya tidak jauh lebih baik, tetapi sebagian besar kakinya sibuk, bukan kepala!), Jurnal teknis apa yang mereka ketahui - "Teknisi Muda", "Perancang Model", "Ilmu Pengetahuan dan Teknologi", "Mekanika Populer" … (tidak ada!), dan kemudian seorang siswa memberi tahu saya bahwa dia menyukai mesin. Satu dari 20, tapi itu sudah sesuatu! Dan kemudian dia memberi tahu saya bahwa dia membuat mesin Stirling sendiri. Saya tahu cara membuat mesin seperti itu dari kaleng biasa, tetapi ternyata dia melakukan sesuatu yang jauh lebih efektif. Saya berkata: "Bawa!" - dan dia membawa. "Jelaskan bagaimana Anda melakukannya!" - dan dia menjelaskan, dan saya sangat menyukai "esai"-nya sehingga saya menyajikannya di sini tanpa perubahan atau singkatan apa pun.
Awal pekerjaan adalah "kekacauan kreatif".
“Saya selalu menyukai teknologinya, terutama mesinnya. Saya terlibat dalam pemeliharaan, perbaikan dan kustomisasi dengan minat yang besar. Setelah mempelajari tentang mesin Stirling, saya terpesona olehnya tidak seperti mesin lainnya. Dunia gaya sangat beragam dan besar sehingga tidak mungkin untuk menggambarkan semua opsi yang mungkin untuk pelaksanaannya. Tidak ada mesin lain yang akan memberikan variasi seperti itu dalam hal desain, dan yang paling penting, kemampuan untuk membuatnya sendiri.
Saya punya ide untuk membuat model mesin dari kaleng dan cara improvisasi lainnya, tetapi tidak dalam aturan saya untuk melakukan "bagaimanapun dan dari apa yang didapat". Oleh karena itu, saya memutuskan untuk mengambil tugas ini dengan serius, untuk memulai dengan mempersiapkan secara teoritis. Saya mempelajari literatur di Internet, tetapi pencarian tidak membawa hasil yang diinginkan: ulasan artikel dan video, kurangnya gambar untuk model mesin ini. Model yang sudah jadi dijual dengan harga terlalu tinggi. Selain itu, keinginan besar untuk membuat semuanya sendiri, memahami prinsip operasi, men-debug dan melakukan tes, mendapatkan pekerjaan yang bermanfaat dari mesin ini dan bahkan mencoba menemukan penggunaannya dalam ekonomi.
"Mengubah bisnis!" (Seorang siswa yang cerdas, ia memfilmkan seluruh proses pekerjaan sebagai kenang-kenangan. Hadir, warga, bukti foto dokumenter … dan ini dia!)
Saya bertanya-tanya di forum, dan mereka berbagi literatur dengan saya. Itu adalah buku "Stirling Engines" (Penulis: G. Ryder dan C. Hooper). Ini mencerminkan seluruh sejarah pembuatan mesin jenis ini, mengapa perkembangan pesat berhenti, dan di mana mesin ini masih digunakan. Dari buku itu, saya belajar lebih detail semua proses yang terjadi di mesin, menemukan jawaban atas pertanyaan yang menarik. Itu menarik untuk dibaca, tetapi saya ingin berlatih. Tentu saja, tidak ada gambar model garasi, serta di Internet, yah, tentu saja, kecuali model dari kaleng dan karet busa.
Untuk kebahagiaan besar saya, orang yang menjual model styling memposting kursus membuat model seperti itu, dia memasangnya pada waktu itu seharga $ 20, saya menulis kepadanya dan membayar untuk kursus. Setelah menonton semua video, di mana masing-masing dia menjelaskan jenis gaya tertentu, saya memutuskan untuk melakukan gaya suhu tinggi persis jenis gamma. Karena dia membuatku tertarik dengan desain, karakteristik, dan penampilannya. Dari kursus video, saya mempelajari perkiraan rasio diameter silinder, diameter piston, jarak bebas, kekasaran apa, bahan apa yang digunakan dalam pembuatan, beberapa nuansa konstruksi. Tapi tidak ada ukuran mesin penulis yang tersedia, hanya kira-kira rasio ukuran node.
Saya sendiri tinggal di desa, bisa dikatakan di pinggiran kota, ibu saya adalah seorang akuntan, dan ayah saya adalah seorang tukang kayu, jadi entah bagaimana tidak pantas untuk meminta nasihat mereka tentang membuat mesin. Dan saya meminta bantuan tetangga saya, Gennady Valentinovich, dia bekerja di pabrik KZTM yang sekarang runtuh di Kuznetsk.
Secara umum, hari berikutnya Gennady Valentinovich membawakan saya blanko aluminium dengan panjang sekitar 1 m dan diameter sekitar 50 mm. Saya sangat senang, menggergaji bagian yang kosong yang saya butuhkan, dan keesokan harinya saya pergi ke sekolah untuk mencoba mengasah pemanas dan kulkas untuk mesin pembakaran internal saya. Saya mengasah pada mesin bubut pelatihan (tempat kakek Lenin bekerja).
Tentu saja, tidak ada akurasi di sana, bagian luar pemanas ternyata cukup bagus, tetapi bagian silinder itu sendiri di bawah piston ada di kerucut. Trudovik menjelaskan kepada saya bahwa pemotong membosankan itu bengkok, karena mesin untuk hal-hal seperti itu agak kecil dan lemah. Timbul pertanyaan apa yang harus dilakukan selanjutnya … Beruntung ibu saya saat itu bekerja sebagai akuntan di sebuah perusahaan swasta, yang merupakan bekas pabrik perbaikan mobil. Valery Aleksandrovich (direktur pabrik ini) ternyata adalah orang yang luar biasa dan banyak membantu saya, saya sudah diberi mesin Soviet profesional dan turner yang membantu saya. Segalanya menjadi lebih menyenangkan, dan secara harfiah seminggu kemudian, hampir semuanya sudah siap, perakitan motor dimulai. Ada momen menarik dalam konstruksi, misalnya: poros, tempat roda gila ditekan, diberikan ke bengkel mekanik presisi di pabrik lain (untuk mendapatkan akurasi yang diperlukan untuk bantalan); lemari es diasah pada mesin bubut, dan tempat untuk pengencang dibuat dengan mesin penggilingan, roda gila digiling pada penggiling. Itu sangat menarik dan mengasyikkan bagi saya. Para pekerja di pabrik mengira saya adalah seorang mahasiswa dan sedang menulis semacam karya ilmiah. Saya duduk di pabrik sampai larut malam, dan mereka membawa saya pulang dengan mobil resmi Valery Alexandrovich. Mesin dinyalakan dalam lingkaran besar pekerja pabrik, semua orang sangat tertarik. Peluncurannya berhasil, tetapi mesinnya berjalan buruk.
Hasilnya memahkotai kesepakatan! Sudut dudukan terbakar selama pengujian.
Kekurangan terungkap, engsel plastik diganti dengan yang fluoroplastik, roda gila diringankan dan diseimbangkan, piston menerima lampiran fluoroplastik untuk perpindahan panas yang lebih rendah, dan lemari es menjadi dengan area pendinginan yang lebih besar. Setelah fine-tuning, mesin telah secara signifikan meningkatkan kinerja teknisnya.
Saya sendiri merasa senang. Ketika teman-teman datang ke rumah saya, hal pertama yang mereka lakukan adalah mendatanginya, memintanya untuk memulai. Gennady Valentinovich mengemudi untuk menunjukkan gaya pada karyanya, semua orang sangat tertarik, mereka bahkan tidak perlu memanggil seseorang, semua orang mendekat, melihat, dan tertarik.
Nama pemuda itu adalah Nikolai Shevelev, dan dia adalah kepala kelompok. Saya membawanya ke dekan, dan kami bertiga berbicara dengan sangat baik. Dan kemudian saya ingat statistik bahwa hanya 2% dari populasi dunia yang cukup untuk memajukan umat manusia di sepanjang jalur kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Saya menghitung jumlah siswa dan menyadari bahwa … tidak perlu terlalu khawatir. Dengan orang-orang seperti Nikolai, kemajuan akan tetap terjamin bagi kita!
