Как работает Стирлинг

 

Принципиальная схема двигателя внешнего сгорания:

1 — топливная форсунка;

2 — выпускной патрубок;

3 — элементы воздухоподогревателя;

4 — подогреватель воздуха;

5 — горячие газы;

6 — горячее пространство цилиндра;

7 — регенератор;

8 — цилиндр;

9 — ребра охладителя;

10 — холодное пространство;

11 — рабочий поршень; 12 — ромбический привод;

13 — шатун рабочего поршня;

14 — синхронизирующие шестерни;

15 — камера сгорания;

16 — трубки нагревателя;

17 — горячий воздух;

18 — поршень-вытеснитель;

19 — воздухоприемник;

20 — подвод охлаждающей воды;

21 — уплотнение;

22 — буферный объем;

23 — уплотнение;

24 — толкатель поршня-вытеснителя;

25 — толкатель рабочего поршня;

26 — ярмо рабочего поршня;

27 — палец ярма рабочего поршня;

28 — шатун поршня-вытеснителя;

29 — ярмо поршня-вытеснителя;

30 — коленчатые валы.

Красный фон - контур нагрева;

точечный фон — контур охлаждения 

 

В современной конструкции «стирлинга», работающего на жидком топливе, — три контура, имеющих между собой лишь тепловой контакт. Это контур рабочего тела (обычно водорода или гелия), контур нагрева и контур охлаждения. Главное назначение контура нагрева — поддерживать высокую температуру в верхней части рабочего контура. Контур охлаждения поддерживает низкую температуру в нижней части рабочего контура. Сам контур рабочего тела замкнут.

Контур рабочего тела. В цилиндре 8 движутся два поршня — рабочий 11 и поршень-вытеснитель 18. Движение рабочего поршня вверх приводит к сжатию рабочего тела, движение его вниз вызывается расширением газа и сопровождается совершением полезной работы. Движение поршня-вытеснителя вверх выжимает газ в нижнюю, охлаждаемую полость цилиндра. Движение же его вниз соответствует нагреванию газа. Ромбический привод 12 сообщает поршням перемещение, соответствующее четырем тактам цикла ({на схеме показаны эти такты).

Такт I — охлаждение рабочего тела. Поршень-вытеснитель 18 движется вверх, выжимая рабочее тело через регенератор 7, в котором запасается тепло нагретого газа, в нижнюю, охлаждаемую часть цилиндра. Рабочий поршень 11 находится в НМТ.

Такт II — сжатие рабочего тела. Энергия, запасенная в сжатом газе буферного объема 22, сообщает рабочему поршню 11 движение вверх, сопровождающееся сжатием холодного рабочего тела.

Такт III — нагревание рабочего тела. Поршень-вытеснитель 18, почти примкнув к рабочему поршню 11, вытесняет газ в горячее пространство через регенератор 7, в котором к газу возвращается тепло, запасенное при охлаждении.

Такт IV — расширение рабочего тела — рабочий такт. Нагреваясь в горячем пространстве, газ расширяется и совершает полезную работу. Часть ее запасается в сжатом газе буферного объема 22 для последующего сжатия холодного рабочего тела. Остальное снимается с валов двигателя.

Контур нагрева. Воздух вентилятором нагнетается в воздухоприемник 19, проходит через элементы 3 подогревателя, нагревается и попадает в топливные форсунки. Получившиеся горячие газы нагревают трубки 16 нагревателя рабочего тела, обтекают элементы 3 подогревателя и, отдав свое тепло воздуху, идущему на сжигание топлива, выбрасываются через выпускной патрубок 2 в атмосферу.

Контур охлаждения. Вода через патрубки 20 подается в нижнюю часть цилиндра и, обтекая ребра 9 охладителя, непрерывно охлаждает их.