Motor s vanjskim izgaranjem: vrste, princip rada, značajke

Vanjski motori izgaranja korišteni su kada su ljudi trebali snažan i ekonomičan izvor energije. Prije su se koristile parne instalacije, međutim one su bile eksplozivne, jer su koristile vruću paru pod tlakom. Početkom 19. stoljeća zamijenjeni su uređajima s vanjskim izgaranjem, a nakon još nekoliko desetljeća izumljeni su već poznati uređaji s unutarnjim izgaranjem.

Izvor uređaja

U 19. stoljeću čovječanstvo se suočilo s problemom, koji se sastojao u činjenici da su parni kotlovi prečesto eksplodirali, a imali su i ozbiljne projektne mane, zbog čega je njihova uporaba nepoželjna. Izlaz je 1816. godine pronašao škotski svećenik Robert Stirling. Ovi uređaji se također mogu nazvati "motori s vrućim zrakom", koji su korišteni već u 17. stoljeću, ali ta osoba je dodala pročišćivač prema izumu, koji se trenutno naziva regenerator. Tako je Stirlingov motor s vanjskim izgaranjem mogao značajno povećati produktivnost instalacije, budući da je zadržao toplinu u toplom radnom području dok se radni fluid hladio. Zbog toga je značajno povećana učinkovitost cijelog sustava.

U to je vrijeme izum koristio vrlo široko i bio je u porastu njegove popularnosti, ali s vremenom se više nije koristio i bio je zaboravljen. Za zamjenu opreme vanjskog izgaranja došle su parne instalacije i motori, ali već poznati, s unutarnjim izgaranjem. Opet su ih pamtili tek u 20. stoljeću.

Postupak instalacije

Princip rada motora s vanjskim izgaranjem je da stalno mijenja dva stupnja: zagrijavanje i hlađenje radnog medija u zatvorenom prostoru i dobivanje energije. Ta energija proizlazi iz činjenice da se volumen radnog fluida stalno mijenja.

Najčešće, radna tvar u takvim uređajima postaje zrak, ali je također moguće koristiti helij ili vodik. Dok je izum bio u fazi razvoja, tvari kao što su dušikov dioksid, freoni i ukapljeni propan-butan su korištene kao pokusi. U nekim je uzorcima isprobana i obična voda. Valja napomenuti da se motor s vanjskim izgaranjem, koji je pušten u rad kao radna tvar, razlikuje po činjenici da je imao dovoljno veliku gustoću snage, visoki tlak i bio je prilično kompaktan.

Prvi tip motora. „Alfa”

Prvi model koji je korišten bio je Stirling Alpha. Osobitost njegovog dizajna je u tome što ima dva snažna klipa koja se nalaze u različitim cilindrima u odvojenim cilindrima. Jedna od njih imala je prilično visoku temperaturu i bila je vruća, a druga, naprotiv, bila hladna. Unutar izmjenjivača topline s visokom temperaturom bilo je vruće pare cilindra. Hladna para se nalazila unutar niskotemperaturnog izmjenjivača topline.

Glavne prednosti toplinski motor vanjsko izgaranje je činjenica da su imali veliku snagu i volumen. Međutim, temperatura vruće pare bila je previsoka. Zbog toga je bilo nekih tehničkih poteškoća u procesu izrade takvih izuma. Regenerator ovog uređaja je između vrućih i hladnih cijevi za povezivanje.

Drugi uzorak. "Beta"

Drugi model bio je model "Beta" Stirling. Glavna strukturna razlika bila je u tome što je postojao samo jedan cilindar. Jedan od njezinih krajeva služio je kao vrući par, a drugi je ostao hladan. Unutar ovog cilindra pomaknut je klip, iz kojeg možete ukloniti energiju. Također, unutar njega je bio rastezač, koji je bio odgovoran za promjenu volumena vrućeg radnog područja. Ova oprema koristila je plin koji je pumpan iz hladne u vruću zonu preko regeneratora. Ovaj tip motora s vanjskim izgaranjem posjeduje regenerator u obliku vanjskog izmjenjivača topline ili je kombiniran s klipnim rasterom.

Najnoviji model. "Gamma"

Najnovija varijacija ovog motora bila je Stirlingova gama. Ovaj tip se nije razlikovao samo zbog prisutnosti klipa, već i zbog rastezača, ali i zbog činjenice da je već sadržavao dva cilindra. Kao iu prvom slučaju, jedan od njih bio je hladan i korišten za polijetanje snage. Ali drugi cilindar, kao u prethodnom slučaju, bio je hladan s jednog kraja i vruć od drugog. Ovdje se pomicač pomaknuo. Klipni motor s vanjskim izgaranjem također je imao regenerator, koji može biti dva tipa. U prvom slučaju to je bilo vanjsko i međusobno povezano sa strukturnim dijelovima kao što je vruća zona hladnog cilindra, kao i s prvim cilindrom. Drugi tip je unutarnji regenerator. Ako je ova opcija korištena, onda je to dio dizajna rastezača.

Uporaba Stirlinga je opravdana ako je potreban jednostavan i mali pretvarač toplinske energije. Također se može koristiti ako temperaturna razlika nije dovoljno velika za korištenje plinskih ili parnih turbina. Važno je napomenuti da se danas takvi uzorci češće koriste. Na primjer, samostalni modeli koriste se za turiste koji su sposobni raditi iz plinskih plamenika.

Aplikacijski uređaji sada

Čini se da se takav stari izum danas ne može koristiti, ali nije. NASA je naručila Stirlingov motor s vanjskim izgaranjem, ali se kao radna tvar trebaju koristiti nuklearni i radioizotopni izvori topline. Osim toga, može se uspješno koristiti i za sljedeće svrhe:

• Korištenje takvog modela motora za pumpanje tekućine mnogo je lakše od obične crpke. To je uglavnom zbog činjenice da se sama dizana tekućina može koristiti kao klip. Osim toga, ona će ohladiti radni fluid. Na primjer, ova vrsta "pumpe" može se koristiti za ispumpavanje vode u kanale za navodnjavanje pomoću solarne topline.
• Neki proizvođači hladnjaka obično instaliraju takve uređaje. Trošak proizvodnje može se smanjiti, a kao rashladno sredstvo može se koristiti obični zrak.
• Ako kombinirate motor s vanjskim izgaranjem ovog tipa s toplinskom pumpom, možete optimizirati rad toplinske mreže u kući.
• Vrlo uspješno Stirling se koristio u podmornicama Švedske mornarice. Činjenica je da motor radi na tekućem kisiku, koji se potom koristi za disanje. Za podmornicu je vrlo važno. Osim toga, takva oprema ima relativno nisku razinu buke. Naravno, jedinica je prilično velika i zahtijeva hlađenje, ali ova dva čimbenika su nevažna kada se radi o podmornici.

Prednosti korištenja motora

Ako se tijekom projektiranja i montaže primjenjuju suvremene metode, moguće je povećati učinkovitost motora s vanjskim izgaranjem na 70%. Uporaba takvih uzoraka popraćena je sljedećim pozitivnim svojstvima:

• Iznenađujuće, međutim, zakretni moment u takvom izumu je praktički neovisan o brzini okretanja radilice.
• U ovom agregatu nema elemenata kao što su sustav paljenja i sustav ventila. Također nema bregastog vratila.
• Praktično dovoljno da se tijekom čitavog razdoblja korištenja neće zahtijevati podešavanje i podešavanje opreme.
• Ti modeli motora ne mogu "zaustaviti". Najjednostavniji dizajn uređaja omogućuje vam da ga koristite dugo vremena u potpuno autonomnom načinu rada.
• Gotovo sve se može koristiti kao izvor energije, počevši od drva za ogrjev i završavajući s uranovim gorivom.
• Naravno, u motoru za vanjsko izgaranje proces spaljivanja tvari provodi se izvana. To pridonosi činjenici da je gorivo potpuno izgorjelo, a količina toksičnih emisija minimizirana.

mane

Naravno, svaki izum nije bez mana. Ako govorimo o minusima takvih motora, oni su sljedeći:

1. Zbog činjenice da se izgaranje provodi izvan motora, proizvedena toplina se uklanja kroz zidove radijatora. Time se povećava veličina uređaja.
2. Potrošnja materijala. Kako bi se stvorio kompaktan i učinkovit model Stirlingovog motora, potrebno je imati visokokvalitetan čelik otporan na toplinu koji može izdržati visoki tlak i visoke temperature. Osim toga, mora postojati niska toplinska vodljivost.
3. Kao lubrikant morat ćete kupiti poseban alat, jer je uobičajeno koksiranje na visokim temperaturama koje se postižu u motoru.
4. Da bi se dobila dovoljno velika gustoća snage, potrebno je koristiti ili vodik ili helij kao radnu tvar.

Vodik i helij kao gorivo

Dobivanje velike snage, naravno, je potrebno, ali morate shvatiti da je uporaba vodika ili helija prilično opasna. Vodik, na primjer, je sam po sebi prilično eksplozivan, a na visokim temperaturama stvara spojeve koji se nazivaju metalni hidrati. To se događa kada se vodik otopi u metalu. Drugim riječima, može uništiti cilindar iznutra.

Osim toga, i vodik i helij su hlapljive tvari koje karakterizira visoka penetracijska snaga. Jednostavno rečeno, lako prolaze kroz gotovo bilo koje pečate. Gubitak tvari znači gubitak radnog tlaka.

Rotacijski motor s vanjskim izgaranjem

Srce takvog stroja je rotacijski ekspanzioni stroj. Za motore s vanjskim izgaranjem ovaj element je predstavljen u obliku šupljeg cilindra, koji je s obje strane prekriven poklopcima. Sam po sebi rotor ima izgled kotača koji je montiran na osovinu. On također ima određeni broj U-oblika ploča koje se uvlače. Za njihovu promociju koristi poseban klizni uređaj.

Motor s vanjskim izgaranjem Lukyanov

Yury Lukianov je istraživač na Politehničkom institutu u Pskovu. Dugo se bavio razvojem novih modela motora. Znanstvenik je pokušao osigurati da novim modelima nedostaju elementi poput mjenjača, bregastog vratila i ispušne cijevi. Glavni nedostatak Stirlingovih uređaja bio je u tome što su bili preveliki. Upravo je taj nedostatak znanstvenik uspio eliminirati zbog činjenice da su lopatice zamijenjene klipovima. To je nekoliko puta smanjilo veličinu cijele strukture. Neki kažu da vlastitim rukama možete napraviti motor s vanjskim izgaranjem.