وصلت صناعة السيارات الحديثة إلى مستوى من التطور يكاد يكون من المستحيل فيه، بدون البحث العلمي الأساسي، تحقيق تحسينات أساسية في تصميم محركات الاحتراق الداخلي التقليدية. هذا الوضع يجبر المصممين على الاهتمام به تصاميم بديلة لمحطات الطاقة. وقد ركزت بعض المراكز الهندسية جهودها على إنشاء وتكييف النماذج الهجينة والكهربائية للإنتاج الضخم، في حين تستثمر شركات صناعة السيارات الأخرى في تطوير المحركات التي تستخدم الوقود من مصادر متجددة (على سبيل المثال، وقود الديزل الحيوي الذي يستخدم زيت بذور اللفت). هناك مشاريع أخرى لتوليد القوة يمكن أن تصبح في نهاية المطاف نظام الدفع القياسي الجديد للمركبات.
تشمل المصادر المحتملة للطاقة الميكانيكية للسيارات المستقبلية محرك الاحتراق الخارجي، الذي اخترعه الاسكتلندي روبرت ستيرلينغ في منتصف القرن التاسع عشر كمحرك للتمدد الحراري.
مخطط التشغيل
يقوم محرك ستيرلينغ بتحويل الطاقة الحرارية الواردة من الخارج إلى عمل ميكانيكي مفيد التغيرات في درجة حرارة سائل العمل(غاز أو سائل) يدور في حجم مغلق.
بشكل عام، مخطط تشغيل الجهاز هو كما يلي: في الجزء السفلي من المحرك، يتم تسخين مادة العمل (على سبيل المثال، الهواء)، وزيادة الحجم، يدفع المكبس إلى الأعلى. يدخل الهواء الساخن إلى الجزء العلوي من المحرك، حيث يتم تبريده بواسطة المبرد. ينخفض \u200b\u200bضغط سائل العمل، ويتم خفض المكبس للدورة التالية. في هذه الحالة، يتم إغلاق النظام ولا يتم استهلاك المادة العاملة، بل تتحرك فقط داخل الاسطوانة.
هناك العديد من خيارات التصميم لوحدات الطاقة باستخدام مبدأ ستيرلنغ.
تعديل ستيرلينغ "ألفا"
يتكون المحرك من مكبسين منفصلين للطاقة (ساخن وبارد)، يقع كل منهما في أسطوانة خاصة به. يتم توفير الحرارة للأسطوانة بواسطة المكبس الساخن، وتقع الأسطوانة الباردة في مبادل حراري للتبريد.
تعديل ستيرلينغ "بيتا"
يتم تسخين الأسطوانة التي تحتوي على المكبس من أحد طرفيها وتبريدها من الطرف المقابل. يتحرك مكبس الطاقة والإزاحة في الأسطوانة، وهو مصمم لتغيير حجم الغاز العامل. يقوم المجدد بتنفيذ حركة العودة للمادة العاملة المبردة إلى التجويف الساخن للمحرك.
تعديل ستيرلينغ "جاما"
يتكون التصميم من اسطوانتين. الأول بارد تمامًا، حيث يتحرك مكبس الطاقة، والثاني، ساخن من جهة وبارد من جهة أخرى، يعمل على تحريك أداة الإزاحة. يمكن أن يكون المولد لتدوير الغاز البارد مشتركًا في كلا الأسطوانتين أو أن يكون جزءًا من تصميم جهاز الإزاحة.
مميزات محرك ستيرلينغ
مثل معظم محركات الاحتراق الخارجي، تتميز ستيرلينغ متعدد الوقود: يعمل المحرك بسبب التغيرات في درجات الحرارة بغض النظر عن الأسباب التي أدت إلى ذلك.
حقيقة مثيرة للاهتمام!تم عرض عملية تركيب تعمل على عشرين خيارًا للوقود. دون إيقاف المحرك، تم تزويد غرفة الاحتراق الخارجية بالبنزين ووقود الديزل والميثان والنفط الخام والزيت النباتي - واستمرت وحدة الطاقة في العمل بثبات.
المحرك لديه بساطة التصميمولا يتطلب أنظمة وملحقات إضافية (حزام التوقيت، بداية، علبة التروس).
تضمن ميزات الجهاز عمر خدمة طويل: أكثر من مائة ألف ساعة من التشغيل المستمر.
محرك ستيرلينغ صامت، حيث لا يحدث تفجير في الأسطوانات ولا داعي لإزالة غازات العادم. يعد التعديل التجريبي المجهز بآلية الكرنك المعينية نظامًا متوازنًا تمامًا ولا يحتوي على اهتزازات أثناء التشغيل.
لا توجد أي عمليات تحدث في أسطوانات المحرك يمكن أن يكون لها تأثير سلبي على البيئة. عن طريق اختيار مصدر الحرارة المناسب (مثل الطاقة الشمسية) يمكن أن يكون ستيرلينغ على الاطلاق صديقة للبيئةوحدة الطاقة.
عيوب تصميم ستيرلنغ
على الرغم من كل الخصائص الإيجابية، فإن الاستخدام الجماعي الفوري لمحركات ستيرلنغ أمر مستحيل للأسباب التالية:
المشكلة الرئيسية هي استهلاك المواد للهيكل. يتطلب تبريد سائل العمل مشعات كبيرة الحجم، مما يزيد بشكل كبير من حجم التركيب واستهلاك المعدن.
سيسمح المستوى التكنولوجي الحالي لمحرك "ستيرلينغ" بمقارنة الأداء بمحركات البنزين الحديثة فقط من خلال استخدام أنواع معقدة من سوائل العمل (الهيليوم أو الهيدروجين) تحت ضغط يزيد عن مائة ضغط جوي. تثير هذه الحقيقة أسئلة جدية في مجال علم المواد وفي ضمان سلامة المستخدم.
ترتبط مشكلة تشغيلية مهمة بقضايا التوصيل الحراري ومقاومة درجات الحرارة للمعادن. يتم توفير الحرارة لحجم العمل من خلال المبادلات الحرارية، الأمر الذي يؤدي إلى خسائر لا مفر منها. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون المبادل الحراري مصنوعًا من معادن مقاومة للحرارة يمكنها تحمل الضغط العالي. المواد المناسبة غالية الثمن ويصعب معالجتها.
تختلف مبادئ تغيير أوضاع محرك "ستيرلنغ" أيضًا بشكل جذري عن المبادئ التقليدية، الأمر الذي يتطلب تطوير أجهزة تحكم خاصة. وبالتالي، لتغيير الطاقة، من الضروري تغيير الضغط في الأسطوانات، وزاوية الطور بين الإزاحة ومكبس الطاقة، أو التأثير على سعة التجويف مع سائل العمل.
يمكن مشاهدة إحدى طرق التحكم في سرعة دوران العمود في طراز محرك ستيرلينغ في الفيديو التالي:
كفاءة
في الحسابات النظرية تعتمد كفاءة محرك ستيرلينغ على اختلاف درجة حرارة سائل العمل ويمكن أن تصل إلى 70% أو أكثر حسب دورة كارنو.
ومع ذلك، فإن العينات الأولى المصنوعة من المعدن كانت ذات كفاءة منخفضة للغاية للأسباب التالية:
- خيارات سائل التبريد (سائل العمل) غير الفعالة التي تحد من درجة حرارة التسخين القصوى؛
- فقدان الطاقة بسبب احتكاك الأجزاء والتوصيل الحراري لجسم المحرك؛
- نقص مواد البناء المقاومة للضغط العالي.
تعمل الحلول الهندسية باستمرار على تحسين تصميم وحدة الطاقة. وهكذا، في النصف الثاني من القرن العشرين، ظهرت سيارة ذات أربع أسطوانات أظهر محرك ستيرلينغ ذو المحرك المعيني كفاءة بنسبة 35% في الاختباراتعلى مبرد ماء بدرجة حرارة 55 درجة مئوية. وقد أدى التطوير الدقيق للتصميم واستخدام مواد جديدة وضبط وحدات العمل إلى ضمان كفاءة العينات التجريبية بنسبة 39%.
ملحوظة! تتمتع محركات البنزين الحديثة ذات الطاقة المماثلة بكفاءة تتراوح بين 28-30٪ ومحركات الديزل ذات الشاحن التوربيني بنسبة 32-35٪.
تُظهر الأمثلة الحديثة لمحرك Stirling، مثل ذلك الذي أنشأته الشركة الأمريكية Mechanical Technology Inc، كفاءة تصل إلى 43.5%. ومع تطور إنتاج السيراميك المقاوم للحرارة والمواد المبتكرة المماثلة، سيكون من الممكن زيادة درجة حرارة بيئة العمل بشكل كبير وتحقيق كفاءة تصل إلى 60٪.
أمثلة على التنفيذ الناجح لسيارة Stirlings
على الرغم من كل الصعوبات، هناك العديد من نماذج محركات ستيرلنغ المعروفة ذات الكفاءة والتي يمكن تطبيقها في صناعة السيارات.
ظهر الاهتمام بـ Stirling المناسب للتركيب في السيارة في الخمسينيات من القرن العشرين. تم تنفيذ العمل في هذا الاتجاه من قبل شركات مثل شركة Ford Motor Company ومجموعة Volkswagen Group وغيرها.
قامت شركة UNITED STIRLING (السويد) بتطوير Stirling، التي حققت أقصى استفادة من المكونات والتجمعات التسلسلية التي تنتجها شركات صناعة السيارات (العمود المرفقي، وقضبان التوصيل). كان للمحرك V رباعي الأسطوانات الناتج وزن محدد يبلغ 2.4 كجم/كيلوواط، وهو ما يمكن مقارنته بخصائص محرك الديزل المدمج. تم اختبار هذه الوحدة بنجاح كمحطة لتوليد الطاقة لشاحنة بضائع سعة سبعة أطنان.
ومن العينات الناجحة محرك ستيرلينغ رباعي الأسطوانات مصنوع في هولندا موديل “Philips 4-125DA” مخصص للتركيب في سيارة الركاب. تبلغ قوة المحرك 173 حصان. مع. بأبعاد مشابهة لوحدة البنزين الكلاسيكية.
حقق مهندسو جنرال موتورز نتائج مهمة من خلال بناء محرك ستيرلينغ ذو ثماني أسطوانات (4 أسطوانات عمل و4 أسطوانات ضغط) على شكل حرف V مع آلية كرنك قياسية في السبعينيات.
محطة كهرباء مماثلة في عام 1972 مجهزة بسلسلة محدودة من سيارات فورد تورينوالذي انخفض استهلاكه للوقود بنسبة 25٪ مقارنة بالبنزين الكلاسيكي على شكل حرف V.
تعمل حاليًا أكثر من خمسين شركة أجنبية على تحسين تصميم محرك "ستيرلنغ" من أجل تكييفه مع الإنتاج الضخم لتلبية احتياجات صناعة السيارات. وإذا كان من الممكن القضاء على عيوب هذا النوع من المحركات، مع الحفاظ في نفس الوقت على مزاياه، فستحل "ستيرلينغ"، وليس التوربينات والمحركات الكهربائية، محل محركات الاحتراق الداخلي التي تعمل بالبنزين.
محرك ستيرلينغ هو محرك يمكن تشغيله بالطاقة الحرارية. في هذه الحالة، مصدر الحرارة ليس مهما على الإطلاق. الشيء الرئيسي هو أن هناك اختلافًا في درجة الحرارة، وفي هذه الحالة سيعمل هذا المحرك. اكتشف المؤلف كيفية صنع نموذج لمثل هذا المحرك من علبة كوكا كولا.
المواد والأدوات
- بالون واحد؛
- 3 علب كولا؛
- المحطات الكهربائية، خمس قطع (5A)؛
- حلمات لربط مكبرات الدراجة (قطعتان)؛
- الصوف المعدني
- قطعة من الأسلاك الفولاذية بطول 30 سم ومقطع عرضي 1 مم؛
- قطعة من الأسلاك الفولاذية أو النحاسية السميكة يبلغ قطرها من 1.6 إلى 2 مم؛
- دبوس خشبي بقطر 20 ملم (طول 1 سم)؛
- غطاء زجاجة (بلاستيك)؛
- الأسلاك الكهربائية (30 سم)؛
- صمغ فائق
- مطاط مبركن (حوالي 2 سم مربع)؛
- خط الصيد (طوله حوالي 30 سم)؛
- زوج من الأوزان لتحقيق التوازن (على سبيل المثال، النيكل)؛
- أقراص مدمجة (3 قطع)؛
- دبابيس الدفع؛
- علبة أخرى لصنع صندوق نار؛
- سيليكون مقاوم للحرارة وعلبة من الصفيح لتبريد الماء.
الخطوة الأولى. تحضير الجرار
بادئ ذي بدء، عليك أن تأخذ علبتين وتقطع الجزء العلوي منهما. إذا تم قطع الأجزاء العلوية بالمقص، فيجب حفظ الشقوق الناتجة بملف.
القادمة تحتاج إلى قطع الجزء السفلي من الجرة. يمكن القيام بذلك بسكين.
الخطوة الثانية. خلق فتحة
استخدم المؤلف بالونًا معززًا بالمطاط المفلكن كحاجز. يجب قطع الكرة وسحبها إلى الجرة، كما هو موضح في الصورة. يتم بعد ذلك لصق قطعة من المطاط المفلكن في منتصف الحجاب الحاجز. بعد أن يصلب الغراء، يتم عمل ثقب في وسط الحجاب الحاجز لتثبيت السلك. أسهل طريقة للقيام بذلك هي استخدام دبوس الدفع، والذي يمكن تركه في الفتحة حتى التجميع.
الخطوة الثالثة. قطع وخلق ثقوب في الغطاء
تحتاج إلى حفر فتحتين بحجم 2 مم في جدران الغطاء؛ وهما ضروريتان لتثبيت المحور الدوار للرافعات. يجب حفر ثقب آخر في الجزء السفلي من الغطاء، وسوف يمر سلك من خلاله، والذي سيتم توصيله بالمزاح.
وفي المرحلة النهائية يجب قطع الغطاء كما هو موضح في الصورة. يتم ذلك حتى لا يلتصق سلك الإزاحة بحواف الغطاء. مقص منزلي مناسب لمثل هذا العمل.
الخطوة الرابعة. حفر
تحتاج إلى حفر فتحتين في العلبة للمحامل. في هذه الحالة تم ذلك باستخدام مثقاب 3.5 ملم.
الخطوة الخامسة. إنشاء نافذة عرض
يجب قطع نافذة الفحص في علبة المحرك. يمكنك الآن ملاحظة كيفية عمل جميع مكونات الجهاز.
الخطوة السادسة. تعديل المحطات
تحتاج إلى أخذ المحطات وإزالة العزل البلاستيكي منها. ثم قم بإجراء تمرين وقم بعمل ثقوب على حواف المحطات الطرفية. في المجموع، تحتاج إلى حفر 3 أطراف، وترك اثنين غير محفورين.
الخطوة السابعة. خلق النفوذ
المادة المستخدمة في صنع الرافعات هي سلك نحاسي يبلغ قطره 1.88 ملم. يظهر في الصور كيفية ثني إبر الحياكة بالضبط. يمكنك أيضًا استخدام الأسلاك الفولاذية، فالعمل بالنحاس أكثر متعة.
الخطوة الثامنة. صنع المحامل
لتصنيع المحامل، ستحتاج إلى حلمتين للدراجة. يجب فحص قطر الثقوب. قام المؤلف بحفرها باستخدام مثقاب 2 مم.
الخطوة التاسعة. تركيب الرافعات والمحامل
يمكن تثبيت الرافعات مباشرة من خلال نافذة العرض. يجب أن يكون أحد طرفي السلك طويلًا، وسيكون هناك دولاب الموازنة عليه. يجب أن تتناسب المحامل بإحكام في مكانها. إذا كان هناك أي مسرحية، فيمكن لصقها.
الخطوة العاشرة. إنشاء الإزاحة
الإزاحة مصنوعة من الصوف الفولاذي للتلميع. لإنشاء إزاحة، يتم أخذ سلك فولاذي، ويتم صنع خطاف عليه، ثم يتم لف الكمية المطلوبة من الصوف القطني على السلك. يجب أن يكون حجم الإزاحة بحيث يتحرك بحرية في الجرة. يجب ألا يزيد الارتفاع الإجمالي للمزاح عن 5 سم.
ونتيجة لذلك، على جانب واحد من الصوف القطني، تحتاج إلى تشكيل دوامة من الأسلاك بحيث لا تخرج من الصوف القطني، وعلى الجانب الآخر، يتم إجراء حلقة من السلك. بعد ذلك، يتم ربط خط الصيد بهذه الحلقة، والتي يتم سحبها لاحقًا عبر مركز الحجاب الحاجز. يجب أن يكون المطاط المفلكن في منتصف الحاوية.
الخطوة 11: إنشاء خزان الضغط
تحتاج إلى قطع الجزء السفلي من الجرة بحيث يبقى حوالي 2.5 سم من قاعدتها. يجب وضع المزاح مع الحجاب الحاجز في الخزان. بعد ذلك، يتم تثبيت هذه الآلية بأكملها في نهاية العلبة. يجب تشديد الحجاب الحاجز قليلاً حتى لا يتدلى.
ثم عليك أن تأخذ الطرف الذي لم يتم حفره وتمديد خط الصيد من خلاله. يجب لصق العقدة حتى لا تتحرك. يجب أن يتم تشحيم السلك جيدًا بالزيت وفي نفس الوقت التأكد من أن جهاز الإزاحة يسحب الخط معه بسهولة
الخطوة 12: إنشاء قضبان الدفع
تربط قضبان الدفع الحجاب الحاجز والرافعات. ويتم ذلك بقطعة من الأسلاك النحاسية طولها 15 سم.
الخطوة 13. إنشاء وتثبيت دولاب الموازنة
لإنشاء دولاب الموازنة، يتم استخدام 3 أقراص مضغوطة قديمة. يتم استخدام قضيب خشبي باعتباره الجزء المركزي. بعد تثبيت دولاب الموازنة، يتم ثني قضيب العمود المرفقي بحيث لا تسقط دولاب الموازنة.
في المرحلة النهائية، يتم تجميع الآلية بأكملها معًا.
بيئة الاستهلاك العلوم والتكنولوجيا: يُستخدم محرك ستيرلينغ في أغلب الأحيان في المواقف التي تتطلب جهازًا لتحويل الطاقة الحرارية، ويتميز بالبساطة والكفاءة.
منذ أقل من مائة عام، حاولت محركات الاحتراق الداخلي الحصول على مكانها الصحيح في المنافسة بين الآلات والآليات المتحركة الأخرى المتاحة. علاوة على ذلك، في تلك الأيام، لم يكن تفوق محرك البنزين واضحًا جدًا. تتميز الآلات الموجودة التي تعمل بمحركات بخارية بالهدوء وخصائص الطاقة الممتازة في ذلك الوقت وسهولة الصيانة والقدرة على استخدام أنواع مختلفة من الوقود. في مزيد من النضال من أجل السوق، اكتسبت محركات الاحتراق الداخلي اليد العليا بسبب كفاءتها وموثوقيتها وبساطتها.
أدى السباق الإضافي لتحسين الوحدات وآليات القيادة، الذي دخلته توربينات الغاز وأنواع المحركات الدوارة في منتصف القرن العشرين، إلى حقيقة أنه على الرغم من تفوق محرك البنزين، فقد جرت محاولات لإدخال نوع جديد تمامًا من المحركات. المحرك في "ساحة اللعب" - حراري، اخترع لأول مرة في عام 1861 من قبل كاهن اسكتلندي يدعى روبرت ستيرلنغ. تلقى المحرك اسم منشئه.
محرك ستيرلينغ: الجانب المادي للمشكلة
لفهم كيفية عمل محطة توليد الطاقة Stirling المنضدية، عليك أن تفهم فهمًا عامًا لمبادئ تشغيل المحركات الحرارية. من الناحية الفيزيائية، مبدأ التشغيل هو استخدام الطاقة الميكانيكية، والتي يتم الحصول عليها عندما يتمدد الغاز عند تسخينه وضغطه اللاحق عند تبريده. لتوضيح مبدأ التشغيل، يمكننا أن نعطي مثالا على أساس زجاجة بلاستيكية عادية ومقاليين، أحدهما يحتوي على ماء بارد، والآخر ساخن.
عند خفض الزجاجة إلى الماء البارد، الذي تكون درجة حرارته قريبة من درجة الحرارة التي يتشكل فيها الجليد ويتم تبريد الهواء داخل الحاوية البلاستيكية بما فيه الكفاية، يجب إغلاقها بسدادة. علاوة على ذلك، عندما يتم وضع الزجاجة في الماء المغلي، بعد مرور بعض الوقت، فإن الفلين "يطلق النار" بقوة، لأنه في هذه الحالة يؤدي الهواء الساخن عملاً أكبر بعدة مرات من العمل الذي يتم أثناء التبريد. وإذا تكررت التجربة عدة مرات فإن النتيجة لا تتغير.
الآلات الأولى التي تم تصنيعها باستخدام محرك ستيرلنغ أعادت إنتاج العملية الموضحة في التجربة بدقة. وبطبيعة الحال، تطلبت الآلية تحسينًا، يتمثل في استخدام جزء من الحرارة التي فقدها الغاز أثناء عملية التبريد لمزيد من التسخين، مما يسمح بإعادة الحرارة إلى الغاز لتسريع عملية التسخين.
ولكن حتى استخدام هذا الابتكار لا يمكن أن ينقذ الوضع، لأن ستيرلينغز الأولى كانت كبيرة الحجم وكان إنتاجها منخفضًا للطاقة. وبعد ذلك جرت محاولات أكثر من مرة لتحديث التصميم ليصل إلى قوة تبلغ 250 حصاناً. أدى ذلك إلى حقيقة أنه في ظل وجود أسطوانة يبلغ قطرها 4.2 متر، فإن خرج الطاقة الفعلي الذي تنتجه محطة توليد الكهرباء في "ستيرلنغ" والذي يبلغ 183 كيلووات كان في الواقع 73 كيلووات فقط.
تعمل جميع محركات ستيرلينغ على مبدأ دورة ستيرلينغ، والتي تتضمن أربع مراحل رئيسية ومرحلتين وسيطتين. وأهمها التسخين والتمدد والتبريد والضغط. تعتبر المرحلة الانتقالية هي الانتقال إلى المولد البارد والانتقال إلى عنصر التسخين. يعتمد العمل المفيد الذي يقوم به المحرك فقط على اختلاف درجة الحرارة بين أجزاء التسخين والتبريد.
تكوينات ستيرلينغ الحديثة
تميز الهندسة الحديثة بين ثلاثة أنواع رئيسية من هذه المحركات:
- ستيرلينغ ألفا، والفرق بينهما هو مكبسان نشطان يقعان في أسطوانات مستقلة. من بين جميع الخيارات الثلاثة، يتمتع هذا الطراز بأعلى قوة، حيث يتمتع بأعلى درجة حرارة لمكبس التسخين؛
- ستيرلينغ بيتا، يعتمد على أسطوانة واحدة، جزء منها ساخن والآخر بارد؛
- غاما ستيرلنغ، والتي بالإضافة إلى المكبس لديها أيضا إزاحة.
سيعتمد إنتاج محطة توليد الكهرباء "ستيرلنغ" على اختيار طراز المحرك الذي سيأخذ في الاعتبار جميع الجوانب الإيجابية والسلبية لمثل هذا المشروع.
المزايا والعيوب
ونظرًا لميزات تصميمها، تتمتع هذه المحركات بعدد من المزايا، لكنها لا تخلو من العيوب.
تتضمن محطة كهرباء Stirling المكتبية، والتي لا يمكن شراؤها من متجر، ولكن فقط من الهواة الذين يقومون بتجميع هذه الأجهزة بشكل مستقل، ما يلي:
- الأحجام الكبيرة الناتجة عن الحاجة إلى التبريد المستمر لمكبس العمل ؛
- استخدام الضغط العالي، وهو أمر مطلوب لتحسين أداء المحرك وقوته؛
- فقدان الحرارة، والذي يحدث بسبب حقيقة أن الحرارة المتولدة لا تنتقل إلى سائل العمل نفسه، ولكن من خلال نظام المبادلات الحرارية، الذي يؤدي تسخينه إلى فقدان الكفاءة؛
- يتطلب التخفيض الحاد في الطاقة استخدام مبادئ خاصة تختلف عن تلك التقليدية لمحركات البنزين.
إلى جانب العيوب، تتمتع محطات الطاقة التي تعمل بوحدات "ستيرلينغ" بمزايا لا يمكن إنكارها:
- أي نوع من الوقود، حيث أن هذا المحرك مثله مثل أي محرك يستخدم الطاقة الحرارية، قادر على العمل عند اختلاف درجة حرارة أي بيئة؛
- كفاءة. يمكن أن تكون هذه الأجهزة بديلاً ممتازًا لوحدات البخار في الحالات التي يكون فيها من الضروري معالجة الطاقة الشمسية، مما يوفر كفاءة أعلى بنسبة 30٪؛
- السلامة البيئية. نظرًا لأن محطة الطاقة المنضدية كيلووات لا تخلق عزم دوران للعادم، فإنها لا تنتج ضوضاء ولا تنبعث منها مواد ضارة في الغلاف الجوي. مصدر الطاقة هو الحرارة العادية، ويحترق الوقود بالكامل تقريبًا؛
- البساطة الهيكلية. ولعملها، لن تحتاج "ستيرلنغ" إلى أجزاء أو أجهزة إضافية. إنه قادر على البدء بشكل مستقل دون استخدام بادئ الحركة؛
- زيادة موارد الأداء. ونظرًا لبساطته، يمكن للمحرك توفير مئات الساعات من التشغيل المتواصل.
مجالات تطبيق محركات ستيرلينغ
غالبًا ما يستخدم محرك ستيرلنغ في المواقف التي تتطلب جهازًا بسيطًا لتحويل الطاقة الحرارية، في حين أن كفاءة الأنواع الأخرى من الوحدات الحرارية تكون أقل بشكل ملحوظ في ظل ظروف مماثلة. في كثير من الأحيان، يتم استخدام هذه الوحدات لتشغيل معدات الضخ والثلاجات والغواصات وبطاريات تخزين الطاقة.
من المجالات الواعدة لاستخدام محركات ستيرلينغ هي محطات الطاقة الشمسية، إذ يمكن استخدام هذه الوحدة بنجاح لتحويل طاقة الأشعة الشمسية إلى طاقة كهربائية. ولتنفيذ هذه العملية، يتم وضع المحرك في بؤرة مرآة تتراكم عليها الأشعة الشمسية، مما يوفر إضاءة دائمة للمنطقة التي تحتاج إلى تدفئة. وهذا يسمح بتركيز الطاقة الشمسية على مساحة صغيرة. وقود المحرك في هذه الحالة هو الهيليوم أو الهيدروجين. نشرت
حيث يتحرك سائل العمل (الغازي أو السائل) في حجم مغلق، فهو في الأساس نوع من محركات الاحتراق الخارجي. تعتمد هذه الآلية على مبدأ التسخين والتبريد الدوري لسائل العمل. يتم استخراج الطاقة من الحجم الناشئ لسائل العمل. لا يعمل محرك ستيرلينغ من طاقة احتراق الوقود فحسب، بل من أي مصدر تقريبًا. وقد حصل الاسكتلندي روبرت ستيرلينغ على براءة اختراع هذه الآلية في عام 1816.
الآلية الموصوفة، على الرغم من كفاءتها المنخفضة، لديها عدد من المزايا، أولا وقبل كل شيء، هي البساطة والبساطة. بفضل هذا، يحاول العديد من المصممين الهواة تجميع محرك "ستيرلنغ" بأيديهم. البعض ينجح والبعض الآخر لا.
في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على DIY Stirling من المواد المرتجلة. سنحتاج إلى الفراغات والأدوات التالية: علبة من الصفيح (يمكن أن تكون من الإسبرط)، صفائح معدنية، مشابك ورق، مطاط رغوي، شريط مطاطي، حقيبة، قواطع أسلاك، كماشة، مقص، مكواة لحام،
الآن دعونا نبدأ التجميع. فيما يلي تعليمات مفصلة حول كيفية صنع محرك "ستيرلنغ" بيديك. تحتاج أولاً إلى غسل الجرة ورمل الحواف. لقد قطعنا دائرة من الصفائح المعدنية بحيث تتناسب مع الحواف الداخلية للعلبة. نحدد المركز (لهذا نستخدم الفرجار أو المسطرة)، ونصنع ثقبًا بالمقص. بعد ذلك، أحضر سلكًا نحاسيًا ومشبكًا للورق، وقم بتسوية مشبك الورق واصنع حلقة في النهاية. نقوم بلف السلك حول مشبك الورق - أربع لفات ضيقة. بعد ذلك، استخدم مكواة لحام لقصدير اللولب الناتج بكمية صغيرة من اللحام. ثم تحتاج إلى لحام اللولب بعناية بالفتحة الموجودة في الغطاء بحيث يكون القضيب عموديًا على الغطاء. يجب أن يتحرك مشبك الورق بحرية.
بعد ذلك، تحتاج إلى عمل ثقب توصيل في الغطاء. نصنع إزاحة من المطاط الرغوي. يجب أن يكون قطرها أصغر قليلا من قطر العلبة، ولكن لا ينبغي أن تكون هناك فجوة كبيرة. ارتفاع الإزاحة يزيد قليلاً عن نصف العلبة. نقطع فتحة في وسط المطاط الرغوي للكم، ويمكن أن يكون الأخير مصنوعًا من المطاط أو الفلين. نقوم بإدخال القضيب في الجلبة الناتجة ونغلق كل شيء. يجب وضع المزاح بشكل موازٍ للغطاء، وهذا شرط مهم. بعد ذلك، كل ما تبقى هو إغلاق الجرة وإغلاق الحواف. يجب أن تكون مختومة التماس. الآن نبدأ في تصنيع اسطوانة العمل. للقيام بذلك، قم بقطع شريط من القصدير بطول 60 مم وعرض 25 مم، وثني الحافة بمقدار 2 مم باستخدام الزردية. نحن نشكل الأكمام، ثم نلحم الحافة، ثم تحتاج إلى لحام الغلاف بالغطاء (فوق الفتحة).
الآن يمكنك البدء في صنع الغشاء. للقيام بذلك، قم بقطع قطعة من الفيلم من الكيس، واضغط عليها قليلاً بإصبعك إلى الداخل، واضغط على الحواف بشريط مطاطي. بعد ذلك تحتاج إلى التحقق من التجميع الصحيح. سخني قاع الجرة على النار واسحبي الجذع. ونتيجة لذلك، يجب أن ينحني الغشاء إلى الخارج، وإذا تم تحرير القضيب، فيجب أن ينخفض المزاح تحت ثقله، وبالتالي يعود الغشاء إلى مكانه. إذا لم يتم تصنيع أداة الإزاحة بشكل صحيح أو أن لحام العلبة ليس محكم الإغلاق، فلن يعود القضيب إلى مكانه. بعد ذلك نصنع العمود المرفقي والدعامات (يجب أن تكون المسافة بين الكرنك 90 درجة). يجب أن يكون ارتفاع السواعد 7 مم، وارتفاع المزاحات 5 مم. يتم تحديد طول قضبان التوصيل من خلال موضع العمود المرفقي. يتم إدخال نهاية الساعد في القابس. لذلك نظرنا في كيفية تجميع محرك "ستيرلنغ" بأيدينا.
ستعمل مثل هذه الآلية من شمعة عادية. إذا قمت بتركيب مغناطيس على دولاب الموازنة وأخذت ملف ضاغط حوض السمك، فيمكن لمثل هذا الجهاز أن يحل محل محرك كهربائي بسيط. كما ترون، فإن صنع مثل هذا الجهاز بيديك ليس بالأمر الصعب على الإطلاق. ستكون هناك رغبة.