Šta je Stirlingov motor? Kako radi Stirlingov motor?

Šta je Stirlingov motor? Kako radi Stirlingov motor? Kako je otkriven Stirlingov motor? U kojim oblastima se koristi? Kako se toplotna energija pretvara u energiju kretanja? Detalji o Stirlingovim motorima nalaze se u našem članku.

Šta je Stirlingov motor?

Stirlingov motor je mašina koja pretvara energiju stvorenu vanjskim zagrijavanjem zatvorene komore u mehaničku energiju. Također poznat kao motor na vrući zrak. Kako se zagrijani zrak širi i sabija, motor počinje da se kreće. Izumio ga je 1816. škotski svećenik, velečasni Robert Stirling. Motor je razvio njegov brat James Stirling. U vrijeme pronalazača koristile su se mašine na parni pogon i bile su prilično opasne. Krenuli su da pronađu pouzdaniju alternativu. Ono što su željeli je da toplotnu energiju pretvore direktno u energiju kretanja.

Šta je u Stirlingovom motoru?

• Snaga klipa (izmjenjivača): Služi za kretanje gasa u zatvorenoj komori. Obično se koristi u motorima beta i alfa tipa.
• Klip: Pomaže u pretvaranju toplotne energije u mehaničku energiju kretanjem u cilindrima u motoru.
• Zamašnjak: To je struktura na koju su pričvršćeni klipovi. Zadatak ove strukture je da prenese stvorenu mehaničku energiju na pokretne dijelove.
• Hladnjak: Pomaže u hlađenju plina u zatvorenoj komori. Pomaže da se motor koristi duže vreme.
• grijač: To je najvažniji dio motora. Koristi se za zagrijavanje plina u zatvorenoj komori za pretvaranje toplinske energije u energiju kretanja.

Osim toga, u nekim tipovima motora, može se koristiti u različitim komponentama osim ovih. Ovo je u potpunosti na diskreciji programera.

Princip rada Stirlingovog motora

Stirlingov motor radi ponavljanim zagrijavanjem i hlađenjem izolirane količine radnog plina (obično zraka ili plinova kao što su helijum, vodonik).

Gas pokazuje ponašanje definisano gasnim zakonima (u odnosu na pritisak, temperaturu i zapreminu). Kada se plin zagrije, budući da se nalazi u izoliranom prostoru, njegov tlak raste i utiče na pogonski klip, stvarajući strujni udar. Kada se gas ohladi, pritisak opada i kao rezultat toga klip koristi deo posla obavljenog na svom povratnom hodu da ponovo kompresuje gas. Rezultirajući rad mreže stvara silu na vretenu. Radni gas periodično teče između toplog i hladnog izmenjivača toplote. Radni gas je zapečaćen unutar klipnih cilindara. Dakle, ovde nema izduvnih gasova. Za razliku od drugih tipova klipnih motora, ventili nisu potrebni.

Neki Stirlingovi motori koriste razdjelni klip za pomicanje radnog plina naprijed-nazad između hladnog i vrućeg spremnika. Radni plin se kreće održavajući cilindre na različitim temperaturama, zahvaljujući međusobnom povezivanju pogonskih klipova više cilindara.

U stvarnim Stirlingovim motorima, regenerator je postavljen između rezervoara. Ova toplota se prenosi iz regeneratora kako se gasni ciklus odvija između tople i hladne strane. U nekim izvedbama, klip separatora je sam regenerator. Ovaj regenerator doprinosi efikasnosti Stirlingovog ciklusa. Struktura koja se ovdje spominje kao regenerator je zapravo čvrsta struktura koja neće spriječiti prolazak zraka kroz nju. Na primjer, čelične kuglice se mogu koristiti za ovaj rad. Kako se zrak kreće između hladne i tople prostorije, on prolazi kroz ovaj regenerator. Prije nego što vrući zrak dođe do hladnog dijela, on ostavlja nešto toplinske energije na ovim kuglicama. Kako hladni vazduh prelazi na vruću stranu, on se malo zagreva sa toplotnom energijom koja se ranije oslobađala. Drugim riječima, povećava efikasnost motora predgrijavanjem zraka prije ulaska u vrući dio i predhlađenjem prije ulaska u hladni dio.

Idealan ciklus Stirlingovog motora ima istu teorijsku efikasnost kao i Carnot toplotni motor za iste ulazne i izlazne temperature. Njegova termodinamička efikasnost je veća od parnih mašina. (ili neki jednostavni motori sa unutrašnjim sagorevanjem i dizel motori)

Bilo koji izvor toplote može pokretati Stirlingov motor. Motor s vanjskim sagorijevanjem, sagorijevanje u izrazu se često pogrešno razumije. Izvor topline može biti generiran sagorijevanjem, ali može biti i solarna energija, geotermalna energija ili nuklearna energija. Isto tako, izvor hladnoće koji se koristi za stvaranje temperaturne razlike mogu biti različiti materijali ispod temperature okoline. Hlađenje se može postići upotrebom hladne vode ili rashladnog sredstva. Međutim, budući da će temperaturna razlika koja se dobija iz izvora hladnoće biti niska, to će zahtijevati rad sa većim masama, a gubitak snage koji će nastati pri pumpanju će smanjiti efikasnost ciklusa.Produkti sagorijevanja ne dolaze u kontakt sa unutrašnjim delovima motora. Životni vek ulja za podmazivanje kod Stirling motora je duži nego kod motora sa unutrašnjim sagorevanjem.

Tipovi Stirling motora

Postoje 3 glavne vrste Stirling motora. Ostali tipovi motora su poboljšane verzije 3 motora.

• Stirling motor alfa tipa:

Sastoji se od dva klipa, zamajca, zatvorene gasne komore sa klipovima, izmenjivača toplote, generatora toplote i zamajca. Ima za cilj aktiviranje plina u njemu zagrijavanjem područja klipa smještenog na vrhu izvorom topline. Zagrijani plin počinje gurati klip naprijed-nazad, drugi spojeni klip počinje da se kreće, tako da se topli i hladni plin istiskuju u komori. Generirana energija prenosi se uz pomoć zamašnjaka na koji su spojena ova dva klipa.

• Beta tip Stirling motora:

Na istoj osovini se nalaze 2 klipa. Ova dva klipa su međusobno povezana. Zagrevanjem komore sa klipom na dnu, gas u zatvorenoj komori se zagreva i aktivira. Na taj način klip počinje svoje kretanje prema gore. Drugi spojeni klip također pomaže hladnom plinu da se kreće u komori. Zamajac, na koji su pričvršćeni klipovi, prenosi generisanu energiju.

• Stirling motor gama tipa:

Postoje dva odvojena klipa. Komora sa većim klipom se zagreva i gas u njoj se aktivira. Na taj način se klipovi međusobno povezani sa zamašnjakom počinju kretati.

Prednosti Stirling motora

• Pošto se toplota primenjuje spolja, možemo precizno kontrolisati mešavinu goriva i vazduha.
• Budući da se za zagrijavanje koristi kontinuirani izvor topline, količina neizgorjelog goriva je vrlo mala.
• Ovaj tip motora zahtijeva manje održavanja i podmazivanja od tipova motora na njihovom nivou snage.
• Prilično su jednostavne strukture u poređenju sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem.
• Mogu da rade čak i pri niskom pritisku, sigurniji su od mašina sa izvorom pare.
• Nizak pritisak omogućava upotrebu lakših i izdržljivijih cilindara.

Nedostaci Stirling motora

• Trošak je visok u smislu uštede goriva, jer je potrebna toplina pri prvom pokretanju motora.
• Prilično je teško njegovu moć podići na drugačiji nivo.
• Neki Stirling motori se ne mogu brzo pokrenuti. Potrebno im je dovoljno topline.
• Generalno, gas vodonik se koristi u zatvorenoj komori. Međutim, kada su molekuli ovog gasa prilično mali, teško ga je zadržati u komori. Stoga se suočavamo sa dodatnim troškovima.
• Hladniji dio mora apsorbirati dovoljno topline. Ako dođe do prevelikog gubitka topline, učinkovitost motora će se smanjiti.

Područja primjene Stirlingovih motora

Stirlingovi motori se koriste u avionskim motorima male snage, brodskim motorima, toplotnim pumpama, kombinovanim toplotnim i energetskim sistemima. Danas se uglavnom koristi za proizvodnju električne energije u poljima solarnih panela.