Стирлинга двигатель

двигатель внешнего сгорания, двигатель с внешним подводом и регенерацией тепловой энергии, преобразуемой в полезную механическую работу. С. Д. Назван по имени английского изобретателя Р. Стирлинга (R. Stirling. 1790—1878), который в 1816—40 создал двигатель с незамкнутым циклом, работавший на подогреваемом воздухе. Двигатель имел несовершенный регенератор (теплообменник), был громоздким и тяжёлым, вследствие чего не нашёл применения. Современый С. Д. Работает по замкнутому регенеративному циклу (циклу Стирлинга), состоящему из последовательно чередующихся двух изотермических и двух изохорических процессов. Рабочее тело С. Д. — гелий или водород под давлением 10—14 Мн/м2 (100—140 кгс/см2) — находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется, а лишь изменяет объём при нагревании и охлаждении.

Регенератор как бы разделяет это пространство на верхнюю (горячую) и нижнюю (холодную) полости (рис. 1). К верхней полости тепло подводится от нагревателя, от нижней отводится охладителем, в котором циркулирует вода. В цилиндре С. Д. Находятся 2 поршня — рабочий и вытеснитель. Горячая и холодная полости соединяются между собой каналами, проходящими через нагреватель, регенератор и охладитель. Рабочий цикл С. Д. Осуществляется за 4 такта (рис. 2). В 1-м такте вытеснитель неподвижен, а рабочий поршень перемещается вверх и сжимает холодное рабочее тело в нижней полости. В конце сжатия рабочий поршень останавливается, а вытеснитель движется вниз, холодное сжатое рабочее тело перетекает из нижней полости в верхнюю, подогреваясь сначала в регенераторе, а затем в нагревателе — 2-й такт.

3-й такт — рабочий ход, в течение которого рабочее тело, расширяясь в верхней полости, совершает полезную работу. Во время рабочего хода оба поршня совместно движутся вниз. В 4-м такте рабочий поршень остаётся неподвижным, а вытеснитель движется вверх. Рабочее тело из верхней полости поступает в нижнюю, отдавая сначала часть теплоты регенератору, а затем окончательно охлаждаясь в охладителе. Теоретически кпд С. Д. Вследствие регенерации теплоты может быть равен кпд двигателя внутреннего сгорания, работающего по Карно циклу, в действительности же только приближается к кпд дизеля (См. Дизель). Преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение осуществляется ромбическим механизмом (см.

Рис. 1). Разработан многоцилиндровый рядный или V-образный С. Д. Двойного действия, в каждом цилиндре которого находится только 1 поршень, обеспечивающий сжатие, расширение и вытеснение рабочего тела. Рабочий процесс осуществляется одновременно в двух полостях, расположенных по обеим сторонам поршня. Рабочий поршень каждого цилиндра одновременно является вытеснителем для соседнего цилиндра. Полный рабочий цикл осуществляется за один оборот кривошипа, как в двухтактном двигателе внутреннего сгорания. Такие С. Д. Обладают уменьшенными габаритами и массой. В С. Д. Топливо сжигается в форсунках (горелках), пламя которых направлено на трубки нагревателя. Горение происходит с большим избытком воздуха, вследствие чего в продуктах сгорания содержится.

Значительно меньше токсичных веществ, чем в продуктах сгорания поршневых двигателей внутреннего сгорания. С. Д. Может работать на любом топливе, включая ядерное. Работа С. Д. Отличается бесшумностью, мягкостью (из-за отсутствия взрывного сгорания), высокой надёжностью и экономичностью (удельный расход топлива приближается к удельному расходу топлива дизеля). Основные недостатки С. Д. Большие габариты и масса, высокая стоимость по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания, трудность повышения быстроходности, сложность регулирования и управления, конструктивная сложность уплотнений, которые должны выдерживать большие давления рабочего тела. Работы по совершенствованию С. Д. Направлены на уменьшение массы и габаритов, применение более дешёвых жаростойких материалов и рациональных методов производства, на повышение мощности и экономичности.

Наиболее отработаны С. Д. Для грузовых автомобилей и судов. Лит. Смирнов Г. В., Двигатели внешнего сгорания, М., 1967. Белов П. М., Бурячко В. Р., Акатов Е. И., Двигатели армейских машин, ч. 1, М., 1971. Н. Ф. Кайдаш Рис. 1. Схема двигателя внешнего сгорания. 1 — горячая полость. 2 — нагреватель. 3 — поршень-вытеснитель. 4 — регенератор. 5 — охладитель. 6 — холодная полость. 7 — рабочий поршень. 8 — наружное уплотнение. 9 — зубчатые колеса, синхронизирующие работу поршней. 10 — ромбический механизм. Рис. 2. Схема работы двигателя Стирлинга. I — такт сжатия. II — такт нагревания. III — рабочий ход. IV — такт охлаждения. 1 — рабочий поршень. 2 — холодная полость. 3 — регенератор. 4 — форсунки (горелки). 5 — поршень-вытеснитель. 6 — горячая полость. 7 — охладитель..