Рухавік Стырлінга

Рухавік Стырлінга — поршневы рухавік вонкавага згараньня, які працуе па тэрмадынамічным цыкле з ізатэрмічным сьцісканьнем ды расшырэньнем. У якасьці рабочага цела выкарыстоўваецца газ.

Гісторыя

Рухавік Стырлінга быў створаны шатляндзкім сьвятаром Робэртам Стырлінгам. Упершыню запатэнтаваны 27 верасьня 1816 году (патэнт № 4081 на «машыну, якая вырабляе сілу руху з дапамогай нагрэтага паветра». Потым неаднаразова дапрацоўвалася і ў 1827 і 1840 гадах вынаходнік атрымаў яшчэ два патэнты (№ 5456 і 8652) на больш дасканалыя варыянты сваёй машыны. Было зроблена некалькі рухавікоў для прамысловага ўжываньня, адна зь іх — на ліцейным заводзе ў Дандзі (1845 год). Але тады «стырлінгі» ня мелі посьпеху з-за нізкай надзейнасьці і невысокіх паказьнікаў, бо не было матэрыялаў, якія б маглі працаваць пры высокай тэмпэратуры і ціску.

У 1938 годзе інжынэры кампаніі Philips прыстасавалі рухавік Стырлінга для прывада генератараў у неэлектрафікаваных раёнах. А ў 1945 годзе супрацоўнікі той жа кампаніі сталі выкарыстоўваць «стырлінгі» як халадзільную машыну: яны пры дапамозе электраматора раскруцілі вал рухавіка і ахаладзілі галоўку. У 1972 быў пабудаваны экспэрымэнтальны аўтамабіль Ford Torino з чатырохцыліндровым «стырлінгам» магутнасьцю 172 конскія сілы. Але рухавікі Стырлінга, у адрозьненьне ад рухавікоў унутранага згараньня, ня могуць быстра мяняць сваю магутнасьць (гэты недахоп маюць і астатнія рухавікі вонкавага згараньня, бо каб адрэагаваць на зьмяненьне цеплавога патоку ад крыніцы цяпла, якая месьціца звонку, патрэбен час). Таму іх ужываньне на транспарце зараз абмяжоўваецца некаторымі мадэлямі падводных лодак ды яхт (з-за бясшумнасьці гэтых рухавікоў). У наш час NASA цікавіцца «стырлінгамі» ў якасьці сродка для атрыманьня электрычнасьці ў космасе.

Прынцып дзеяньня

Рухавік Стырлінга — рухавік вонкавага згараньня, у якім працэс акісленьня паліва адасоблены ад рабочага цела. У рухавіке Стырлінга адбываецца пераменны працэс нагрэву і ахалоджваньня рабочага цела. У якасьці рабочага цела выкарыстоўваецца газ (звычайна гэта паветра, вадарод або гелій). Стырлінг выкарыстоўваў пэрыядычнае зьмяненьне тэмпэратуры газа, і для гэтага ён ужыў выцясьняльны поршань (потым яго назавуць «выцясьняльнікам».

Выцясьняльнік прымушае газ перамяшчацца ў адну з дзьвюх поласьцей цыліндра (пры гэтым адна зь іх знаходзіцца пры пастаяннай нізкай тэмпэратуры, другая — пастаяннай высокай). Калі выцясьняльнік рухаецца уверх, газ па каналам награвальніка і халадзільніка перамяшчаецца з гарачай поласьці ў халодную. Калі выцясьняльнік рухаецца ўніз, газ вяртаецца тым жа шляхам у гарачую поласьць. У першым выпадку газ павінен аддаваць вялікую колькасьць цяпла халадзільніку. У другім — атрымоўваць ад награвальніка раўную колькасьць цяпла. Рэгенэратар, які прадназначаны для прадухіленьня страт цяпла, разьмяшчаюць паміж награвальнікам і халадзільнікам. Ён уяўляе сабою нейкую поласьць, якая запоўнена порыстым матэр’ялам, якому гарачы газ да таго, як паступіць у халадзільнік, аддае цяпло. Калі газ цячэ назад, рэгенэратар вяртае яму цяпло, якое было назапасена, да таго, як газ паступіць у награвальнік.

Сыстэма выцясьняльніка, якая забясьпечвае пэрыядычнасьць нагрэву і ахалоджваньня газа, злучана з рабочым поршнем, які сьціскае газ у халоднай поласьці і дазваляе яму расшырацца ў гарачай. Паколькі сьцісканьне газа адбываецца ў поласьці з болей нізкай тэмпэратурай, чым пашырэньне, то адтрымоўваецца карысная работа.

Канфігурацыі

Рухавік Стырлінга падзяляюць на тры тыпа: альфа, бэта, гама.

Альфа Стырлінг

Альфа Стырлінг мае два асобных сілавых поршня ў асобных цыліндрах. Адзін поршан — гарачы, другі — халодны. Цыліндар з гарачым поршнем знаходзіцца ў цеплаабменьніку з больш высокай темпэратурай, у той час як цыліндар з халодным поршнем знаходзіцца у больш халодным цеплаабменьніку. У гэтага тыпу рухавіка адносіна магутнасьці да аб’ёму дастаткова высокая, але, нажаль, у Альфа Стырлінга ёсьць шэраг тэхнічных недахопаў, якія вызваны высокай темпэратурай «гарачага» поршня і яго ізаляцыі.

Ніжэй паказаны анімацыя альфа Стырлінга і яго стан у некаторых пунктах. Рэгэнэратар зьмешчаны ў трубцы, што злучае халодны й гарачы цыліндры і на схемах не паказаны. Крывашыпна-шатунны механізм паказаны спрошчана.

1. Большасьць рабочага цела кантактуе са сьценкай гарачага цыліндра, ён награваецца і пашыраецца, што прыводзіць у рух гарачы поршань. Калі ў гарачым поршне для газа больш не стае месца, ён паступова праходзіць і ў халодны цыліндар.	2. Газ зараз займае максымальны аб’ём. Поршань гарачага цыліндра пачынае за кошт энэргіі руха халоднага поршня выштурхоўваць газ з гарачага цыліндра ў халодны, дзе ён ахалоджваецца.	Альфа Стырлінг, анімацыя.
3. Амаль увесь газ знаходзіцца ў халодным цыліндры, дзе ён працягвае ахалоджвацца. Па меры ахалоджваньня, газ зьмяншае свой аб’ём і халодны поршань рухаецца ўніз.	4. Газ амаль увесь выцесьніны ў гарачы поршань. Ён зараз займае мінімальны аб’ём і гатовы зноў паўтарыць цыкл.

Бэта Стырлінг

Бэта Стырлінг у рухавікоў бэта-тыпа цыліндар толькі адзін, гарачы з аднаго канца і халодны зь іншага. Унутры цыліндра рухаюцца поршань (зь якога зьнімаецца магутнасьць) і «выцясьняльнік», які зьмяняе аб’ём гарачай поласьці. Газ перапампоўваецца з халоднай часткі цыліндра ў гарачую праз рэгэнэратар.

Ніжэй паказаны анімацыя бэта Стырлінга і ягоны стан у некаторых пунктах. Рэгэнэратар зьмешчаны ў трубцы, што злучае халодны і гарачы цыліндры і на схемах не паказаны. Крывашыпна-шатунны механізм паказаны спрошчана.

1. Поршань, зь якога зьнімаецца магутнасьць (пазначаны цёмна-шэрым колерам) непасрэдна перад гэтым момантам сьціснуў газ, «выцясьняльнік» (сьветла-шэры колер) перамясьціўся ўверх, чым вымусіў газ перайсьці з халоднага ў гарачы канец поршня.

2. Нагрэты газ павялічвае свой ціск і аб’ём і частка яго праз рэгенератар перамяшчаецца ў халодную частку цыліндра і штурхае рабочы поршань уверх. У гэты момант рухавік выпрацоўвае энэргію.

3. Увесь газ перайшоў з гарачага ў халодны канец цыліндра.

4. За кошт рухаў выцясьняльніка ўверх, а рабочага поршня ўніз газ выцясьняецца з халоднага ў гарачы канец поршня, дзе ён награваецца і цыкл паўтараецца.

Бэта Стырлінг, анімацыя.

Гама Стырлінг

Гама Стырлінг У гама-тыпа таксама ёсьць поршань і «выцясьняльнік», але пры гэтым два цыліндра — адзін халодны (там рухаецца поршань, зь якога зьнімаецца магутнасьць), а другі гарачы з аднаго канца і халодны зь іншага (там рухаецца выцясьняльнік). Рэгэнэратар аб’ядноўвае гарачую частку другога цыліндра з халоднай і адначасова зь першым (халодным) цыліндрам

Гама Стырлінг, анімацыя (рэгэнэратар не паказаны)

Вонкавыя спасылкі

Рухавік Стырлінга — сховішча мультымэдыйных матэрыялаў