Мотор спољног сагоревања: типови, принцип рада, карактеристике

Спољни мотори сагоревања су коришћени када је људима био потребан моћан и економичан извор енергије. Раније су се користиле парне инсталације, али су биле експлозивне, јер су користиле врућу пару под притиском. Почетком 19. века замењени су уређајима са спољним сагоревањем, а након још неколико деценија изумљени су већ познати уређаји са унутрашњим сагоревањем.

Поријекло уређаја

У 19. веку човечанство се суочило са проблемом, који се састојао од чињенице да су парни котлови експлодирали пречесто, а имали су и озбиљне пројектне мане, због чега је њихова употреба непожељна. Излаз је 1816. године пронашао шкотски свештеник Роберт Стирлинг. Ови уређаји се такође могу назвати "мотори са врућим ваздухом", који су коришћени још у 17. веку, али је ова особа додала прочишћивач према проналаску, који се тренутно назива регенератор. Тако је Стирлингов мотор са спољним сагоревањем био у могућности да значајно повећа продуктивност инсталације, јер је задржао топлоту у топлом радном простору док се радни флуид хладио. Због тога је значајно повећана ефикасност читавог система.

У то време, овај изум је коришћен прилично широко и био је у порасту његове популарности, али временом се више није користио и био је заборављен. За замену опреме спољног сагоревања дошле су парне инсталације и мотори, али већ познати, са унутрашњим сагоревањем. Опет су их памтили тек у 20. веку.

Операција инсталације

Принцип рада мотора са спољним сагоревањем је да се стално мењају две фазе: грејање и хлађење радног флуида у затвореном простору и добијање енергије. Ова енергија произилази из чињенице да се волумен радног флуида стално мења.

Најчешће, радна супстанца у таквим уређајима постаје ваздух, али је такође могуће користити хелиј или водоник. Док је проналазак био у фази развоја, супстанце као што су азот диоксид, фреони и течни пропан-бутан су коришћене као експерименти. У неким узорцима је испробана и обична вода. Треба напоменути да се мотор са спољним сагоревањем, који је пуштен у рад као радна супстанца, одликовао чињеницом да је имао довољно велику густину снаге, висок притисак, и био је прилично компактан.

Први тип мотора. Алпха

Први модел који је коришћен је Стирлинг Алпха. Посебност његовог дизајна је у томе што има два снажна клипњача који се налазе у различитим цилиндрима у одвојеним цилиндрима. Један од њих је имао доста високу температуру и био је врућ, а други, напротив, био хладан. Унутар измењивача топлоте са високом температуром дошло је до вруће пумпе са цилиндром. Хладна пара је била унутар нискотемпературног измењивача топлоте.

Главне предности хеат енгине спољно сагоревање је чињеница да су имали велику снагу и запремину. Међутим, температура вруће паре била је превисока. Због тога је било неких техничких потешкоћа у процесу израде таквих изума. Регенератор овог уређаја се налази између топлих и хладних спојних цеви.

Други узорак. "Бета"

Други модел је био модел "Бета" Стирлинг. Главна структурна разлика била је у томе што је постојао само један цилиндар. Један од његових крајева служио је као врући пар, а други крај је остао хладан. Унутар овог цилиндра померан је клип, из којег можете уклонити струју. Такође, унутра је био растезач, који је био одговоран за промену обима врућег радног простора. Ова опрема је користила гас који је пумпан из хладне у врућу зону преко регенератора. Овај тип мотора са спољним сагоревањем поседује регенератор у облику спољашњег измењивача топлоте или је комбинован са клипним потисним гасом.

Најновији модел. "Гамма"

Најновија варијација овог мотора била је Стирлингова гама. Овај тип се разликовао не само због присуства клипова, већ и због растезача, али и због чињенице да је већ имао два цилиндра. Као иу првом случају, један од њих је био хладан и кориштен за полетање снаге. Али други цилиндар, као иу претходном случају, био је хладан с једног краја и врео од другог. Овде се померач помера. Клипни мотор са спољним сагоревањем такође је имао регенератор, који може бити два типа. У првом случају, био је спољашњи и повезан са структурним деловима као што је врућа зона хладног цилиндра, као и са првим цилиндром. Други тип је интерни регенератор. Ако је ова опција коришћена, онда је то део дизајна растезача.

Употреба Стирлинга је оправдана ако је потребан једноставан и мали претварач топлинске енергије. Може се користити и ако температурна разлика није довољна за коришћење гасних или парних турбина. Важно је напоменути да се данас такви узорци чешће користе. На пример, самостални модели се користе за туристе који су у стању да раде из гасног горионика.

Апликациони уређаји сада

Чини се да се такав стари изум данас не може користити, али није. НАСА је наручила Стирлингов мотор са спољним сагоревањем, али се као радна супстанца користе нуклеарни и радиоизотопни извори топлоте. Поред тога, може се успешно користити и за следеће сврхе:

• Употреба таквог модела мотора за пумпање флуида је много лакша од обичне пумпе. То је углавном због чињенице да се сама пумпа може користити као клип. Осим тога, хладиће радни флуид. На пример, ова врста "пумпе" се може користити за пумпање воде у канале за наводњавање користећи соларну топлоту.
• Неки произвођачи фрижидера обично инсталирају такве уређаје. Трошкови производње могу се смањити, а обичан зрак се може користити као расхладно средство.
• Ако комбинујете мотор спољног сагоревања овог типа са топлотном пумпом, можете оптимизовати рад топлотне мреже у кући.
• Сасвим успјешно Стирлинг се користио у подморницама Шведске морнарице. Чињеница је да мотор ради на течном кисеонику, који се затим користи за дисање. За подморницу је веома важно. Поред тога, таква опрема има релативно низак ниво буке. Наравно, јединица је прилично велика и захтева хлађење, али ова два фактора су ирелевантна када се ради о подморници.

Предности коришћења мотора

Ако се током пројектовања и монтаже примене савремене методе, могуће је подићи ефикасност мотора са спољним сагоревањем на 70%. Употреба таквих узорака праћена је следећим позитивним квалитетима:

• Изненађујуће, међутим, момент у таквом проналаску је практично независан од брзине ротације радилице.
• У овом агрегату нема елемената као што су систем паљења и систем вентила. Такође нема брегастог вратила.
• Практично довољно да током читавог периода коришћења не буде потребно подешавати и подешавати опрему.
• Ови модели мотора нису у стању да "зауставе". Најједноставнији дизајн уређаја омогућава вам да га користите дуже време у потпуно аутономном режиму.
• Готово све се може користити као извор енергије, почевши од огрјевног дрвета и завршавајући са урановим горивом.
• Наравно, у мотору за спољно сагоревање процес сагоревања материја се одвија напољу. То доприноси чињеници да је гориво потпуно изгорело, а количина токсичних емисија је сведена на минимум.

Недостаци

Наравно, сваки изум није без мана. Ако говоримо о минусима таквих мотора, они су следећи:

1. Због чињенице да се сагоревање врши изван мотора, произведена топлота се уклања кроз зидове радијатора. Тиме се повећава величина уређаја.
2. Потрошња материјала. Да би се створио компактан и ефикасан модел Стирлинговог мотора, неопходно је имати квалитетан челик отпоран на топлину који може издржати високи притисак и високу температуру. Поред тога, мора постојати мала топлотна проводљивост.
3. Као мазиво, мораћете да купите специјални алат, јер је уобичајено коксирање на високим температурама које се постижу у мотору.
4. Да би се добила довољно висока густина снаге, потребно је користити или водоник или хелијум као радну супстанцу.

Водоник и хелијум као гориво

Добијање велике снаге је, наравно, неопходно, али морате разумети да је употреба водика или хелијума прилично опасна. Водоник је, на пример, сам по себи прилично експлозиван, а на високим температурама ствара спојеве који се називају метални хидрати. То се дешава када се водоник раствори у металу. Другим речима, може уништити цилиндар изнутра.

Поред тога, и водоник и хелијум су хлапљиве супстанце које карактерише висока пенетрациона снага. Једноставно речено, они лако пролазе кроз скоро било које печате. Губитак супстанце значи губитак радног притиска.

Ротациони мотор са спољним сагоревањем

Срце такве машине је ротациона машина за експанзију. За моторе са спољним типом сагоревања, овај елемент је представљен у облику шупљег цилиндра, који је са обе стране покривен поклопцима. Сама ротор има изглед котача који је монтиран на осовину. Он такође има одређени број У-облика плоча које се увлаче. За њихову промоцију користи се специјални клизни уређај.

Мотор за спољно сагоревање Лукианов

Иури Лукианов је истраживач на Политехничком институту у Пскову. Дуго се бавио развојем нових модела мотора. Научник је покушао да осигура да новим моделима недостају елементи као што су мењач, брегасте осовине и издувна цев. Главни недостатак Стирлингових уређаја је био што су били превелики. Управо тај недостатак је научник успио елиминирати због чињенице да су лопатице замијењене клиповима. Ово је неколико пута помогло да се смањи величина читаве структуре. Неки кажу да можете направити сопствени мотор са унутрашњим сагоревањем.