Двигател с външно горене: видове, принцип на работа, характеристики

Двигателите с външно горене се използват, когато хората се нуждаят от мощен и икономичен източник на енергия. Преди това се използваха парни инсталации, но те бяха експлозивни, тъй като използваха гореща пара под налягане. В началото на 19-ти век те са заменени от устройства с външно горене и след още няколко десетилетия са измислени вече познатите устройства с вътрешно горене.

Произход на устройството

През 19-ти век човечеството се сблъска с проблем, който се състоеше в това, че парните котли експлодираха твърде често и също имаха сериозни недостатъци в дизайна, което прави използването им нежелателно. Изходът е открит през 1816 г. от шотландския свещеник Робърт Стърлинг. Тези устройства могат също да бъдат наречени "двигатели с горещ въздух", които са били използвани още през 17-ти век, но този човек е добавил пречиствател към изобретението, който в момента се нарича регенератор. По този начин двигателят на Стърлинг с външно горене може значително да увеличи производителността на инсталацията, тъй като запазва топлината в топла работна зона, докато работният флуид се охлажда. Поради това ефикасността на цялата система е значително увеличена.

По това време изобретението е използвано доста широко и се увеличава популярността му, но с течение на времето вече не се използва и е забравено. За да се замени оборудването на външното горене, дойдоха парни инсталации и двигатели, но вече познати с вътрешно горене. Отново те са запомнени едва през 20-ти век.

Операция по инсталиране

Принципът на работа на двигателя с външно горене е, че непрекъснато се редуват два етапа: загряване и охлаждане на работния флуид в затворено пространство и получаване на енергия. Тази енергия произтича от факта, че обемът на работния флуид постоянно се променя.

Най-често работното вещество в такива устройства става въздух, но също така е възможно да се използва хелий или водород. Докато изобретението е в етап на развитие, като експерименти се използват вещества като азотен диоксид, фреони и втечнен пропан-бутан. В някои проби се използва и обикновена вода. Трябва да се отбележи, че двигателят с външно горене, който е пуснат с вода като работно вещество, се отличава с факта, че има достатъчно висока плътност на мощността, високо налягане и е доста компактен.

Първият тип двигател. "Алфа"

Първият модел, който беше използван, беше Стърлинг Алфа. Особеността на неговия дизайн е, че разполага с две силови бутала, разположени в различни цилиндри в отделни цилиндри. Един от тях имаше доста висока температура и беше горещ, а другият, напротив, беше студен. Вътре в топлообменника с висока температура имаше гореща пара цилиндър-бутало. Студената пара беше вътре в топлообменник с ниска температура.

Основни предимства топлинен двигател Външното горене е фактът, че те имат висока мощност и обем. Температурата на горещата пара беше твърде висока. Поради това имаше някои технически трудности в процеса на изготвяне на такива изобретения. Регенераторът на това устройство е между горещите и студените свързващи тръби.

Втората проба. "Бета"

Вторият модел е моделът "Бета" Стърлинг. Основната структурна разлика е, че има само един цилиндър. Един от краищата му служи като гореща двойка, а другият край остана студен. Вътре в този цилиндър се движи буталото, от което можете да премахнете мощността. Вътре имаше и изместител, който отговаряше за промяната на обема на горещата работна зона. Това оборудване използва газ, който се изпомпва от студена до гореща зона чрез регенератор. Този тип двигател с външно горене притежава регенератор под формата на външен топлообменник, или е комбиниран с бутало-изместващ механизъм.

Най-новият модел. "Гама"

Последният вариант на този двигател беше „Стърлинг Гама“. Този тип се отличава не само от наличието на буталото, но и от дефлектора, но и от факта, че той вече включва два цилиндъра. Както и в първия случай, един от тях беше студен и беше използван за излитане. Но вторият цилиндър, както и в предишния случай, беше студен от единия край и горещ от другия. Тук изместителят се премести. Външният бутален двигател също има регенератор, който може да бъде от два типа. В първия случай тя беше външна и свързана с такива структурни части като горещата зона на студения цилиндър, както и с първия цилиндър. Вторият тип е вътрешен регенератор. Ако тази опция е била използвана, тя е била част от дизайна на дефлектора.

Използването на Стърлинг е оправдано, ако е необходим прост и малък конвертор на топлинна енергия. Може също да се използва, ако температурната разлика не е достатъчно голяма, за да се използват газови или парни турбини. Струва си да се отбележи, че днес такива проби се използват по-често. Например, самостоятелни модели се използват за туристи, които могат да работят от газова горелка.

Приложни устройства сега

Изглежда, че такова старо изобретение не може да се използва днес, но не е така. НАСА е поръчала двигател за външно горене от тип Стърлинг, но като работно вещество трябва да се използват ядрени и радиоизотопни топлинни източници. Освен това, той може да се използва успешно и за следните цели:

• Използването на такъв модел двигател за изпомпване на течност е много по-лесно от обикновената помпа. Това до голяма степен се дължи на факта, че самата помпана течност може да се използва като бутало. Освен това той ще охлажда работния флуид. Например, този вид "помпа" може да се използва за изпомпване на вода в напоителни канали, използвайки слънчева топлина.
• Някои производители на хладилници са склонни да инсталират такива устройства. Разходите за производство могат да бъдат намалени, а обикновеният въздух може да се използва като хладилен агент.
• Ако комбинирате двигател с външно горене от този тип с термопомпа, можете да оптимизирате работата на топлопреносната мрежа в къщата.
• Доста успешно Стърлинг се използва в подводниците на шведския флот. Факт е, че двигателят работи с течен кислород, който впоследствие се използва за дишане. За подводница е много важно. В допълнение, такова оборудване е с доста ниско ниво на шум. Разбира се, устройството е доста голямо и изисква охлаждане, но тези два фактора са без значение, когато става въпрос за подводница.

Предимства при използване на двигателя

Ако по време на проектирането и монтажа се прилагат съвременни методи, ще бъде възможно да се повиши ефективността на двигателя с външно горене до 70%. Използването на такива проби се придружава от следните положителни качества: t

• Изненадващо, обаче, въртящият момент в такова изобретение е практически независим от скоростта на въртене на коляновия вал.
• В този агрегат няма елементи като системата за запалване и вентилната система. Също така няма разпределителен вал.
• Достатъчно удобно, че през целия период на употреба няма да се налага да регулирате и регулирате оборудването.
• Тези модели на двигатели не са в състояние да "сринат". Най-простият дизайн на устройството ви позволява да го използвате доста дълго време в напълно автономен режим.
• Почти всичко може да се използва като източник на енергия, като се започне от дърва за огрев и завърши с ураново гориво.
• Естествено, в двигателя с външно горене процесът на изгаряне на веществата се извършва отвън. Това допринася за факта, че горивото е напълно изгорено, а количеството токсични емисии е сведено до минимум.

недостатъци

Естествено, всяко изобретение не е без недостатъци. Ако говорим за минусите на такива двигатели, те са както следва:

1. Поради факта, че горенето се извършва извън двигателя, произведената топлина се отстранява през стените на радиатора. Това принуждава да се увеличи размерът на устройството.
2. Консумацията на материали. За да се създаде компактен и ефективен модел на двигателя на Стърлинг, е необходимо да има висококачествена топлоустойчива стомана, която да издържа на високо налягане и висока температура. Освен това трябва да има ниска топлопроводимост.
3. Като лубрикант ще трябва да закупите специален инструмент, тъй като обичайното коксуване е при високи температури, които се постигат в двигателя.
4. За да се получи достатъчно голяма мощностна плътност, е необходимо да се използва или водород или хелий като работно вещество.

Водород и хелий като гориво

Получаване на висока мощност, разбира се, е необходимо, но трябва да се разбере, че използването на водород или хелий е доста опасно. Водородът, например, сам по себе си е доста експлозивен и при високи температури създава съединения, наречени метални хидрати. Това се случва, когато водородът се разтваря в метала. С други думи, той може да унищожи цилиндъра отвътре.

В допълнение, както водород, така и хелий са летливи вещества, които се характеризират с висока проникваща сила. Просто казано, те лесно се просмукват през почти всички уплътнения. Загубата на вещество означава загуба на работно налягане.

Ротационен двигател с външно горене

Сърцето на такава машина е ротационна машина за разширяване. За двигатели с външен тип горене този елемент е представен под формата на кух цилиндър, който е покрит от двете страни с капаци. Само по себе си, роторът има вид на колело, което е монтирано на вал. Той също има определен брой U-образни подвижни плочи. За тяхната промоция се използва специално плъзгащо устройство.

Двигател за външно горене Лукянов

Юрий Лукянов е изследовател в Политехническия институт в Псков. Той отдавна се занимава с разработването на нови модели двигатели. Ученият се опита да се увери, че на новите модели липсват такива елементи като скоростната кутия, разпределителния вал и изпускателната тръба. Основният недостатък на устройствата на Стърлинг е, че те са твърде големи. Именно този недостатък, който ученият е успял да елиминира поради факта, че ножовете са заменени с бутала. Това помогна за намаляване на размера на цялата структура няколко пъти. Някои казват, че можете да направите външен двигател с вътрешно горене със собствените си ръце.