Двигатель Стирлинга – вчера, сегодня, завтра

За полвека до появления первого работоспособного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) шотландский священник Роберт Стирлинг запатентовал тепловую машину под названием "экономайзер". Это событие произошло в сентябре 1816 года. В дальнейшем данное изобретение в честь своего автора получило название – двигатель Стирлинга.

На рубеже столетий

Новый двигатель стал серьезным прорывом в науке и технике того времени. Он ярко выделялся на фоне других тепловых машин, что вполне закономерно, ведь двигатель Стирлинга имел более высокий коэффициент полезного действия (КПД), был надежным и безопасным. На основе разработок Стирлинга было создано много модификаций двигателя, которые успешно применялись до начала XX века.

Резко изменило ситуацию появление ДВС. Тепловые машины и двигатель Стирлинга в том числе, уступали ДВС по удельной мощности, а также по ряду других показателей. Это и стало решающим фактором в судьбе "экономайзера" на рубеже XIX-XX веков.

Об устройстве и принципе работы

Двигатель Стирлинга – это тепловая машина замкнутого цикла, причем тепловая энергия им не вырабатывается, а поступает от внешнего источника. Эта конструктивная особенность и отличает его от других двигателей.

Принцип действия двигателя Стирлинга довольно прост. Вся работа выполняется за счет расширения газа (воздуха, гелия, водорода) под действием температуры. Конструктивно это выглядит следующим образом. Газ внутри камеры под действием внешнего источника тепла толкает поршень-вытеснитель, который находится на одной оси с рабочим поршнем. За счет кривошипно-шатунной схемы обеспечивается движение поршней и возвращение их в исходное положение. При этом нагретый воздух, проходя через охлаждающую камеру, опускается вниз.

Существует несколько типов конструкций тепловых машин, которые относят к двигателям Стирлинга. Это альфа-, бета- и гамма-конфигурации. Вместе с тем, разработаны и другие виды двигателей Стирлинга, которые нельзя отнести ни к одной из вышеуказанных категорий.

Достоинства и недостатки

К достоинствам двигателей Стирлинга следует отнести простоту конструкции, возможность использовать различные источники энергии, экономичность, большой ресурс работы. Что же касается недостатков, то это материалоемкость, габариты. По причине использования внешних источников нагрева, часть энергии рассеивается на теплообменниках, что снижает КПД. Для достижения мощности, сравнимой с ДВС, необходимо использовать не воздух, а гелий или водород.

Наши дни и перспективы

ДВС доминировали практически весь XX век, но на рубеже столетий, когда остро стал вопрос экономии ресурсов, ученые и разработчики вспомнили о двигателях Стирлинга. В первую очередь, они нашли свое применение в энергетике. К примеру, в солнечных энергетических установках.

В наши дни обратили внимание на двигатели Стирлинга разработчики подводных лодок. Также планируется их использовать и в космонавтике. В частности, в планах NASA по созданию обитаемой базы на Луне, предполагается для питания станции использовать атомный реактор и электрические генераторы, которые будут приводить в действие двигатели Стирлинга.

Понравилось? Поделись с друзьями: