Stirlingi mootor on edasi-tagasi liikuv soojusmootor, mis kasutab töötsükli jaoks energia loomiseks välisest allikast saadavat soojust. Seda soojust saadakse sageli välispõlemise teel, seega on tegemist välispõlemismootoriga.

Seda tüüpi mootor kasutab kütuse põletamisel saadud keemilist energiat tööaine kuumutamiseks, mis seejärel teeb tööd mootoris. Põlemine toimub alati väljaspool mootorit ja tööaineks on enamasti gaas.

Sisu

• Stirlingi mootori ajalugu lühidalt
• Stirlingi mootori ehitus
• Kuidas ühesilindriline Stirlingi mootor töötab?
• Kuidas kahe- või enama silindriga Stirlingi mootor töötab?
• Stirlingi mootori eelised
• Stirlingi mootori puudused
• Stirlingi mootori kasutamine
• Tuleviku uuendused
• Huvitavad faktid Stirlingi mootori kohta
• Korduma kippuvad küsimused Stirlingi mootori kohta
• Järeldus

Stirlingi mootori ajalugu lühidalt

Stirlingi mootori väljatöötamine algas 19. sajandi alguses, kui šoti insener ja vaimulik Robert Stirling püüdis luua ohutumat alternatiivi aurumasinatele, mis olid kurikuulsad plahvatuse poolest. Stirlingi mootor patenteeriti aastal 1816. Järgnevatel aastatel tehti seda efektiivsuse suurendamiseks mitmeid täiustusi. Vennad Stirlingid patenteerisid 1827. aastal ka kuumaõhumootori.

19. ja 20. sajandil tekkis Stirlingi mootorite vastu suurem huvi ja innovatsioon, eriti kütusepuuduse või kiire tehnoloogilise arengu perioodidel. Tänapäeval tõusevad Stirlingi mootorid taas esile kui ökoloogiline alternatiiv traditsioonilistele sisepõlemismootoritele.

Stirlingi mootori ehitus

Disaini poolest on Stirlingi mootoril teiste sisepõlemismootorite ees palju eeliseid. Mootor on vastupidav ja lihtsa konstruktsiooniga, mis teeb selle väga töökindlaks.

See mootor on kapseldatud ja tihe, mis võimaldab seda kasutada näiteks vee all või vaakumis. Kuna kütus mootori sees ära ei põle, siis pole asjatut müra ega vibratsiooni.

Mootor on seetõttu vaiksem, rafineeritum ja pikema tööeaga kui klassikalistel sisepõlemismootoritel, kuna selle osad on vähem koormatud. Stirlingi mootori kasutegur on sama, mõnikord isegi kõrgem kui parimatel diiselmootoritel. Selle suurim eelis on aga see, et mootori juhtimiseks saab kasutada erinevat tüüpi kütust.

Kuidas ühesilindriline Stirlingi mootor töötab?

Esialgu on gaas madalal temperatuuril ja seega paikneb rõhk alumise (lekke) ja ülemise töö (tihe) kolbide vahel, mis on omavahel ühendatud. Alumine kolb liigub silindri ülemisse ossa ja ajab välja gaasi, mis voolab ümber kolvi silindri alumisse ossa, mida soojendab väline soojusallikas.

Tänu küttele tõuseb ballooni sees oleva gaasi temperatuur. Seega suurendab gaas oma mahtu ja rõhku ning paisub ülespoole, samal ajal kui see uuesti lekkiva kolvi ümber voolab.

Seotud postitus - 

Mootori kolvid: kuidas need töötavad?

Silindri ülaosas gaas jahutatakse, vähendades selle mahtu ja rõhku, mille tõttu liigub töökolb allapoole, tõstes lekkivat kolvi ülespoole ja lastes gaasil tagasi pöörduda silindri põhja, mis soojendatakse. See tsükkel kordub pidevalt.

Kuidas kahe- või enama silindriga Stirlingi mootor töötab?

Väline soojusallikas soojendab punast silindrit. Gaas silindris suurendab selle mahtu ja rõhku, surudes silindri (punase) kolvi üles. Pärast seda, kui kolb jõuab silindri ülemise piirini, voolab gaas läbi toru teise (sinisesse) silindrisse.

Seal see jahutatakse, tänu millele väheneb selle maht ja rõhk, mis põhjustab kolvi kukkumise, mis surub jahutatud gaasi tagasi kuumutatud silindrisse.

Stirlingi mootori eelised

Stirlingi mootoril on mitmekülgne kasutus ja võrreldav tõhusus säde- või diiselmootoritega. Nagu öeldud, on tegemist välispõlemismootoriga, mis tekitab vähem kahjulikke aineid.

Seotud postitus - 

Bensiini- ja diiselmootor: kuidas need erinevad?

Kuna ühtegi ainet ei sisene ega välju mootorist, on võimalik kasutada sobivaimat silindrite täitmist. Stirlingi mootori peamised eelised on järgmised:

1. Kütuse mitmekülgsus: Stirlingi mootorid võivad töötada peaaegu iga soojusallikaga, muutes need kohandatavaks paljude erinevate kütustega, sealhulgas taastuvate energiaallikatega, nagu päikeseenergia.
2. Kõrge kasutegur: tänu regeneraatorile ja isotermilistele protsessidele suudavad Stirlingi mootorid saavutada sisepõlemismootoritega võrreldes kõrgema soojusliku efektiivsuse.
3. Madalad heitkogused: välise põlemisprotsessi tulemuseks on väiksemad heitkogused ja vähem saastet, muutes Stirlingi mootorid keskkonnasõbralikuks lahenduseks. Õli puudumise tõttu kütuses satub õhku vähem kahjulikke aineid.
4. Vaikne töö: Stirlingi mootorid töötavad minimaalse müra ja vibratsiooniga, kuna puudub sisepõlemine ega kiire heitgaaside eemaldamine.

Kütused Stirlingi mootorile

Nagu juba mainitud, on Stirlingi mootori suur eelis teiste sisepõlemismootorite ees see, et mootori toiteks saab kasutada laia valikut erinevaid kütuseid, näiteks:

• Maagaas (sellega saavutatakse parimad tulemused majanduslikust, aga ka ökoloogilisest aspektist)
• Vedelad ja gaaskütused
• Tahkekütus
• Biomass (puiduhake, taimejäägid ja muud...) Biogaas (gaas prügilatest, reoveepuhastitest, koksigaas)
• Päikeseenergia
• palju muud...

Peale Stirlingi mootori ei saa ükski teine ​​mootor kasutada oma jõuallikaks nii suurt hulka erinevaid allikaid.

Stirlingi mootori puudused

Nagu igal teisel seadmel, on ka Stirlingi mootoril plusse ja miinuseid. Selle mootori puuduste hulka võime lisada järgmised:

• Madalam võimsuse ja kaalu suhe: võrreldes sisepõlemismootoritega on Stirlingi mootoritel madalam võimsuse ja kaalu suhe.
• Keeruline disain: Stirlingi mootorid on keerukama konstruktsiooniga, mis toob kaasa kõrgemad tootmiskulud ja tülikama hoolduse.
• Materjalide keerukus: tõhus soojusülekanne kuuma ja külma kambri vahel on optimaalse jõudluse tagamiseks hädavajalik. Seetõttu on nõuded tihendusmaterjalidele kõrged ja seega ka tootmiskulud.

Stirlingi mootori kasutamine

Stirlingi mootorit kasutatakse selle mitmekülgsuse ja ainulaadsete omaduste tõttu paljudes rakendustes:

• Elektrienergia tootmine: Stirlingi mootor suudab toota elektrit kaugetes piirkondades, kasutades heitsoojust või taastuvaid energiaallikaid, näiteks päikeseenergiat.
• Koostootmine: soojuse ja elektri koostootmissüsteemides suudab Stirlingi mootor tööstusprotsessidest või hoonetest jääksoojuse taaskasutada, suurendades energiatõhusust.
• Mere tõukejõud: Stirlingi mootorit kasutatakse allveelaevades ja muudes mereväe laevades vaikse töö ja kütusesäästu tagamiseks.
• Kosmoseaparaadi võimsus: radioisotoopide Stirlingi generaatoreid kasutatakse kosmosemissioonidel toiteallikana, näiteks NASA Advanced Radioisotoope Stirling Generator (ASRG).

Tuleviku uuendused

Stirlingi mootorid on valmis mängima olulist rolli üleminekul puhtamatele ja tõhusamatele energialahendustele. Tuleviku innovatsiooni potentsiaalsed valdkonnad on järgmised:

• Päikeseenergia: kontsentreeritud päikeseenergiasüsteemid saavad kasutada Stirlingi mootoreid päikesevalguse elektrienergiaks muutmiseks, pakkudes taastuvat ressurssi.
• Jääsoojuse taaskasutamine: täiustatud materjalide ja disainilahenduste arendamine võib veelgi parandada Stirlingi mootorite tõhusust, muutes need atraktiivseks võimaluseks jääksoojuse taaskasutamiseks ja energiasäästuks.
• Kasutamine autodes: ehkki Stirlingi mootorite integreerimine hübriidsõidukite süsteemidesse ei ole veel laialt levinud, võib see aidata vähendada kütusekulu ja heitkoguseid.

Huvitavad faktid Stirlingi mootori kohta

• Esimene patenteeritud mootor: Stirlingi mootor oli esimene patenteeritud mootor, mis sai patendi 1816. aastal, isegi enne sisepõlemismootorit.
• Ohutusuuendus: Stirlingi mootor töötati algselt välja turvalisema alternatiivina aurumasinatele, mis võivad kõrgsurve auru tõttu plahvatada.
• Rootsi allveelaevad: Rootsi merevägi on oma Gotlandi-klassi allveelaevadel Stirlingi mootoreid kasutanud alates 1996. aastast, kasutades ära mootorite vaikset tööd ja tõhusust.
• Philips Electronics: 1950. aastatel töötas Philips Electronics välja hulga Stirlingi mootoreid kasutamiseks raadiotes ja muudes väikestes seadmetes, aidates seda tehnoloogiat populariseerida.
• Kõige kauem töötav Stirlingi mootor: pikim pidevalt töötav Stirlingi mootor asub Uus-Meremaal Canterbury ülikoolis. See mootor, mida tuntakse kui Canterbury ringpommi, on kasutusel olnud aastast 1986.

Korduma kippuvad küsimused Stirlingi mootori kohta

K: Kas Stirlingi mootorit saab autos kasutada?

Vastus: Stirlingi mootor pole selle väiksema võimsuse ja kaalu suhte ning keerukuse tõttu autotööstuses veel laialt levinud. Selle saab aga integreerida hübriidsõidukite süsteemidesse, et parandada kütusesäästlikkust ja vähendada heitgaase.

Küsimus: Kuidas on Stirlingi mootori efektiivsus võrreldav sisepõlemismootori omaga?

Vastus: Stirlingi mootor võib saavutada sisepõlemismootoritega võrreldes kõrgema soojusliku kasuteguri, saavutades sageli 30–40% või rohkem efektiivsust, samas kui sisepõlemismootorite efektiivsus on tavaliselt umbes 20–25%.

Küsimus: Millised on peamised tegurid, mis mõjutavad Stirlingi mootori efektiivsust?

Vastus: Stirlingi mootori efektiivsus sõltub mitmest tegurist, sealhulgas kuuma- ja külmakambri temperatuuride erinevusest, regeneraatori konstruktsioonist, töögaasist ja mehaanilistest kadudest mootoris.

K: Kuidas Stirlingi mootor käivitub?

Vastus: Stirlingi mootor vajab töö alustamiseks välist soojusallikat. Kui töötav gaas soojeneb ja hakkab paisuma, käivitub mootor ja jätkab töötamist seni, kuni soojusallikat hoitakse.

K: Millist töögaasi Stirlingi mootoris kasutatakse?

Vastus: Stirlingi mootori töögaas võib olenevalt konkreetsest konstruktsioonist ja rakendusest erineda. Tavaliselt kasutatavad gaasid on õhk, vesinik, heelium ja lämmastik.

Järeldus

Stirlingi mootor pakub ainulaadset kombinatsiooni kütuse mitmekülgsusest, suurest kasutegurist ja madalatest heitkogustest, mis teeb selle võimalikuks paljude rakenduste jaoks. Tehnoloogia arenedes suureneb Stirlingi mootori potentsiaal, nagu ka selle kasutamine erinevates valdkondades.

Vaadake töötavat Stirlingi mootorit vähendatud versioonis: