Silnik Stirlinga historia zasada działania

Silnik Stirlinga
Historia, zasada działania,
rodzaje, cechy użytkowe
i zastosowanie
Historia silnika Stirlinga
Robert Stirling
(ur. 25 października 1790 - zm. 6 czerwca 1878)
Silnik wynalazł szkocki duchowny Robert Stirling
i opatentował go w 1816 roku.
Silnik typu beta został po raz
z kamieniołomu. W XIX wieku
w przemyśle. Niemniej jednak
silniki do XX wieku były używane
pierwszy użyty do usuwania wody
nie znalazł większych zastosowań
w gospodarstwach domowych małe
m.in. do pompowania wody.
W XX wieku zwiększona niepewność co do paliw kopalnych
(głównie ropy naftowej) spowodowała niewielki okres odrodzenia dla
silnika Stirlinga. W tym czasie firma Philips wypuściła na rynek
niewielkie generatory o mocy 200 W pracujące na olej do lamp,
jednak wkrótce wyparły je spalinowe agregaty prądotwórcze.
W latach 70. za sprawą kryzysu naftowego zbudowano nawet
samochód z napędem Stirlinga o mocy 60 kW. W latach 80.
szwedzka firma Kockums zamontowała silniki Stirlinga do
kilku okrętów podwodnych, gdzie służą jako źródło energii pracujące
bez dostępu do powietrza.
W
XXI
wieku
zainteresowanie
używające słońca jako źródła ciepła.
wzbudziły
silniki
Stirlinga
Zasada działania
W silniku Stirlinga gaz roboczy umieszczony w podgrzewanej strefie,
doznaje wzrostu ciśnienia i przepycha tłok roboczy, przekazując mu
energię. Następnie tłok nazywany wypornikiem, przemieszcza gaz
roboczy do strefy chłodzącej, gdzie gaz zmniejsza swoją objętość,
cofając tłok roboczy. Silnik Stirlinga jest maszyną odwracalną i może
produkować energię mechaniczną wykorzystując różnicę temperatur.
Może też być maszyną chłodniczą lub grzewczą, wykorzystując pracę
mechaniczną.
Silnik Stirlinga produkuje energię nie na zasadzie wybuchu ale
w sposób ciągły, dzięki czemu wytwarza znacznie mniej hałasu i nie
wymaga stosowania dużych kół zamachowych dla poprawienia
równomierności obrotów. Mankamentem dotychczasowych konstrukcji
silnika Stirlinga było to, że wymagały one instalowania bardzo
dużej chłodnicy i dlatego uznano je za nieprzydatne do samochodów,
a zwłaszcza samochodów osobowych.
Cykl Stirlinga (dla fanów fizyki)
A jak nam nudzi się to:
Rodzaje silników Stirlinga
Silnik Stirlinga typu alfa
Silnik Stirlinga typu alfa jest najbardziej
zaawansowany. Składa się z dwóch cylindrów
połączonych przewodem, którym przepływa
między nimi gaz.
Przykład Silnika Stirlinga typu alfa.
Silnik Stirlinga typu beta
W silniku Stirlinga typu beta znajduje się tylko
jeden cylinder, w którym pracują dwa tłoki.
O ile w silniku typu alfa oba tłoki były
identyczne to tutaj tłok ciepły jest mniejszy
i przepuszcza pewną ilość gazu.
Przykładowe zdjęcie silnika Stirlinga typu beta.
Silnik Stirlinga typu gamma
Silnik Stirlinga typu gamma ma właściwie jeden cylinder podobnie jak typ beta, lecz w typie gamma nie pokrywa się
oś wzdłuż której przesuwają się tłoki. Cylinder jest tylko
jeden, płaski, ale ma on dobudowany drugi, dużo mniejszy.
Są one jednak połączone, więc trudno mówić o nim jako
o silniku dwucylindrowym.
Przykład silnika Stirlinga typu gamma.
Cechy użytkowe silnika Stirlinga
Silnik Stirlinga nie ma rozrządu, nie korzysta ze spalania
wybuchowego i nie ma wydechu, nie ma w nim źródeł
hałasu – dzięki temu jest niemal bezgłośny.
Jego podstawową zaletą jest to, że cykl Stirlinga jest
bardzo zbliżony do cyklu Carnota, co zapewnia mu
dużą sprawność. Ponadto kontrola procesu spalania paliwa
może być znacznie lepsza niż w przypadku silnika
tłokowego, co umożliwia utrzymanie niskiej toksyczności
spalin. W praktyce silniki Stirlinga mogą osiągać większe
wydajności (do 40%) w stosunku do silników spalinowych
(ok. 30%.)
Wadą silnika Stirlinga jest konieczność używania dużych
powierzchni wymiany ciepła. Problem łagodzi zastosowanie
wysokich ciśnień gazu roboczego, co z kolei sprawia
trudności z uszczelnieniem.
Ogólnie wadą silnika Stirlinga są koszty budowy, a nie
zasada działania.
Zastosowanie silnika Stirlinga
Silnik Stirlinga jest wykorzystywany np. do
napędzania
szwedzkich
okrętów
podwodnych
typu Gotland jako ciche źródło napędu do
"pełzania" w zanurzeniu. Rozważa się także
stosowanie tego silnika do wytwarzania energii
elektrycznej przy wykorzystaniu geotermalnych
źródeł ciepła oraz energii słonecznej.
Firma Lockheed Martin wykonywała testowy
egzemplarz radioizotopowego (źródłem ciepła jest
2,25 kg izotopu promieniotwórczego) generatora
Stirlinga. Znajdujące się w nim dwa silniki Stirlinga
napędzają alternator o mocy około 100 watów.
Układ
ma
posłużyć
do
zasilania
sond
kosmicznych dalekiego zasięgu. NASA zamierza
wykorzystać tę technologię w latach 2012 - 2013.