Externí spalovací motor: typy, princip činnosti, vlastnosti

Externí spalovací motory byly používány, když lidé potřebovali silný a ekonomický zdroj energie. Dříve byly používány parní instalace, byly však výbušné, protože používaly horkou páru pod tlakem. Na začátku 19. století byly nahrazeny zařízeními s vnějším spalováním a po několika desetiletích byla vynalezena již známá zařízení s vnitřním spalováním.

Původ přístroje

V 19. století lidstvo čelilo problému, kterým bylo, že parní kotle příliš často explodovaly a také měly vážné chyby v návrhu, které způsobily jejich nežádoucí použití. Výjezd nalezl v roce 1816 skotský kněz Robert Stirling. Tato zařízení mohou být také nazývána "horkovzdušnými motory", které byly používány již v 17. století, ale tato osoba přidala čistič k vynálezu, který je v současné době nazýván regenerátorem. Díky tomu byl externí spalovací motor Stirlingu schopen výrazně zvýšit produktivitu instalace, protože udržoval teplo v teplé pracovní ploše, zatímco pracovní tekutina byla ochlazena. Z tohoto důvodu byla účinnost celého systému výrazně zvýšena.

V té době byl vynález používán docela široce a byl na vzestupu jeho popularity, ale po čase se už nepoužíval a byl zapomenut. Při výměně zařízení pro vnější spalování byly instalovány parní instalace a motory, ale již známé, s vnitřním spalováním. Opět byly vzpomínány až ve 20. století.

Provoz instalace

Princip činnosti vnějšího spalovacího motoru spočívá v tom, že střídavě střídá dvě fáze: zahřívání a chlazení pracovní kapaliny v uzavřeném prostoru a získání energie. Tato energie vyplývá ze skutečnosti, že objem pracovní kapaliny se neustále mění.

Nejčastěji se pracující látka v takových prostředcích stává vzduchem, ale je také možné použít helium nebo vodík. Zatímco vynález byl ve fázi vývoje, jako experimenty byly použity látky jako oxid dusičitý, freony a zkapalněný propan-butan. U některých vzorků byla zkoušena i obyčejná voda. Je třeba poznamenat, že externí spalovací motor, který byl vypouštěn vodou jako pracovní látka, se vyznačoval tím, že měl poměrně vysokou hustotu výkonu, vysoký tlak a byl spíše kompaktní.

První typ motoru. Alpha

První model, který byl použit, byl Stirling Alpha. Zvláštnost jeho konstrukce spočívá v tom, že má dva samostatné písty umístěné v různých válcích v samostatných válcích. Jeden z nich měl poměrně vysokou teplotu a byl horký, druhý, naopak chladný. Uvnitř výměníku tepla s vysokou teplotou byla horká pára válce a pístu. Studená pára byla uvnitř nízkoteplotního výměníku tepla.

Hlavní výhody tepelný motor vnějším spalováním byla skutečnost, že měli vysoký výkon a objem. Teplota horké páry byla však příliš vysoká. Z tohoto důvodu byly v procesu vytváření takových vynálezů určité technické obtíže. Regenerátor tohoto zařízení je mezi horkými a studenými spojovacími trubkami.

Druhý vzorek. "Beta"

Druhým modelem byl model "Beta" Stirling. Hlavním strukturálním rozdílem bylo, že existuje pouze jeden válec. Jeden z jeho konců sloužil jako horký pár a druhý konec zůstal chladný. Uvnitř tohoto válce se posunul píst, ze kterého můžete odpojit napájení. Také uvnitř byl výtlak, který byl zodpovědný za změnu objemu horké pracovní plochy. Toto zařízení používalo plyn, který byl čerpán z chladného do horkého pásma přes regenerátor. Tento typ spalovacího motoru měl regenerátor ve formě externího výměníku tepla nebo byl kombinován s výtlakem pístu.

Nejnovější model. "Gamma"

Nejnovější variantou tohoto motoru byla Stirlingova gamma. Tento typ se vyznačoval nejen přítomností pístu, ale i posuvem, ale také skutečností, že již obsahoval dva válce. Stejně jako v prvním případě byl jeden z nich chladný a byl použit pro startování. Druhý válec, stejně jako v předchozím případě, byl studený z jednoho konce a horký od druhého. Zde se posunovač pohyboval. Externí spalovací pístový motor měl také regenerátor, který by mohl být dvou typů. V prvním případě byly tyto konstrukční části vnější a vzájemně propojeny, jako je horká zóna studeného válce, stejně jako první válec. Druhým typem je interní regenerátor. Kdyby byla tato možnost použita, pak byla součástí návrhu vytěsňovače.

Použití Stirlingu je oprávněné, pokud je zapotřebí jednoduchý a malý měnič tepelné energie. Může se také použít, pokud není teplotní rozdíl dostatečně velký pro použití plynových nebo parních turbín. Stojí za zmínku, že dnes jsou tyto vzorky používány častěji. Například samostatné modely se používají pro turisty, kteří jsou schopni pracovat s plynovým hořákem.

Aplikační zařízení nyní

Zdá se, že takový starý vynález nelze dnes použít, nicméně není. NASA objednala externí spalovací motor typu Stirling, ale jako pracovní materiál by měly být použity jaderné a radioizotopové zdroje tepla. Kromě toho může být úspěšně použita i pro následující účely:

• Použití takového modelu motoru pro čerpání kapaliny je mnohem jednodušší než běžné čerpadlo. To je z velké části způsobeno skutečností, že čerpaná kapalina samotná může být použita jako píst. Navíc ochlazuje pracovní tekutinu. Například, tento druh "čerpadla" může být použit k čerpání vody do zavlažovacích kanálů pomocí slunečního tepla.
• Někteří výrobci chladniček mají tendenci instalovat takové zařízení. Výrobní náklady mohou být sníženy a běžný vzduch může být použit jako chladivo.
• Pokud kombinujete externí spalovací motor tohoto typu s tepelným čerpadlem, můžete optimalizovat provoz tepelné sítě v domě.
• Poměrně úspěšně použitý Stirling v ponorkách švédského námořnictva. Faktem je, že motor běží na kapalném kyslíku, který se následně používá k dýchání. Pro ponorku je velmi důležité. Kromě toho má takové zařízení poměrně nízkou hladinu hluku. Jednotka je samozřejmě poměrně velká a vyžaduje chlazení, ale tyto dva faktory jsou nepostradatelné, pokud jde o ponorku.

Výhody použití motoru

Pokud při návrhu a montáži použijete moderní metody, bude možné zvýšit účinnost spalovacího motoru na 70%. Použití těchto vzorků je doprovázeno následujícími pozitivními vlastnostmi:

• Překvapivě je však točivý moment v takovém vynálezu prakticky nezávislý na rychlosti otáčení klikového hřídele.
• V tomto agregátu nejsou žádné prvky, jako je zapalovací systém a ventilový systém. Také neexistuje vačkový hřídel.
• Pohodlně, že po celou dobu používání nebude nutné nastavovat a upravovat zařízení.
• Tyto modely motorů nejsou schopné "zastavit". Nejjednodušší konstrukce zařízení vám umožňuje používat ji po delší dobu v zcela autonomním režimu.
• Téměř vše může být použito jako zdroj energie, počínaje palivovým dřevem a končícím uranovým palivem.
• Přirozeně je ve spalovacím motoru prováděn proces vypalování látek venku. To přispívá k tomu, že palivo je zcela vypáleno a množství toxických emisí je minimalizováno.

Nevýhody

Samozřejmě, žádný vynález není bez vad. Pokud mluvíme o minusech těchto motorů, jsou to následující:

1. Vzhledem k tomu, že spalování se provádí mimo motor, vzniklé teplo se odstraňuje stěnami chladiče. To nutí zvýšení velikosti zařízení.
2. Spotřeba materiálu. Pro vytvoření kompaktního a účinného modelu motoru Stirling je nutné mít vysoce kvalitní ocel odolnou proti vysokým teplotám a vysokou teplotou. Kromě toho musí být nízká tepelná vodivost.
3. Jako mazivo budete muset koupit speciální nástroj, protože obvyklé koksování je při vysokých teplotách dosažených v motoru.
4. Aby byla získána dostatečně vysoká hustota výkonu, je nutné použít jako vodíkovou látku buď vodík nebo hélium.

Vodík a hélium jako palivo

Získání vysokého výkonu je samozřejmě nezbytné, ale musíte pochopit, že použití vodíku nebo hélia je poměrně nebezpečné. Například vodík je zcela výbušný a při vysokých teplotách vytváří sloučeniny nazývané kovové hydráty. K tomu dochází, když se vodík rozpouští v kovu. Jinými slovy může zničit válec zevnitř.

Kromě toho jsou jak vodík, tak hélium těkavé látky, které jsou charakterizovány vysokou pronikavou silou. Jednoduše řečeno, snadno projíždí skoro všemi těsněními. Ztráta látky znamená ztrátu pracovního tlaku.

Externí spalovací rotační motor

Srdcem takového stroje je rotační expanzní stroj. U motorů s vnějším spalováním je tento prvek v podobě dutého válce, který je na obou stranách pokryt kryty. Samotný rotor má vzhled kola, která je namontována na hřídeli. Má také určitý počet zasouvatelných desek ve tvaru U. Pro jejich propagaci používá speciální posuvné zařízení.

Externí spalovací motor Lukyanov

Yury Lukianov je výzkumníkem Polytechnického institutu v Pskově. Již dlouho se zabývá vývojem nových modelů motorů. Vědec se snažil zajistit, aby nové modely neměly takové prvky jako převodovka, vačkový hřídel a výfukové potrubí. Hlavní nevýhodou zařízení Stirling bylo to, že byly příliš velké. Právě tento nedostatek byl vědec schopen eliminovat kvůli tomu, že lopatky byly nahrazeny písty. To pomohlo několikrát snížit velikost celé konstrukce. Někteří říkají, že můžete vytvořit vlastní motor s externím spalovacím motorem.