Двигатель Стирлинга: что же на нём в самом деле "ездит"?
Что это за устройство, и какая техника на нём движется, летает или плавает?
Этот мотор работает по принципу температурного расширения и сжатия. Его идея проста как всё эффективное. Представьте цилиндр или замкнутую колбу. Газ или жидкость, находящуюся в ней, с одной стороны греют, а с другой — охлаждают. Разница в температурном расширении и сжатии двигает поршень туда-сюда и раскручивает маховик через кривошипно-шатунный механизм.
Такую рабочую схему придумал священник из Шотландии Роберт Стирлинг в 1816 году. Его мотор ещё называют двигателем внешнего сгорания или тепловой машиной
Двигатель Стирлинга даже относительно несложно сделать своими руками. Таких примеров в сети достаточно.
Что же на нём сейчас ездит из современного транспорта?
Ответ вас удивит. Почти ничего... А что плавает? Подводные лодки. Швеция применяет такие силовые установки на своих субмаринах с 1960-х годов. Япония — страна-лидер технического прогресса также не пренебрегла идей шотландского священника и разместила его движки на своих подлодках.
NASA даже планирует применять силовые установки Стирлинга в космосе...
Автомобильный транспорт? А вот тут загвоздка...
Дело в том, что двигатель Стирлинга, несмотря на свою простоту и надёжность, обладает ограничениями для применение в массовом транспорте.
Почему "стирлинг" не стал мотором для автомобилей?
Главная проблема здесь — низкая удельная мощность и медленный отклик на изменение нагрузки. ДВС быстро набирает обороты. "Стирлинг" требует определенного времени для выхода на рабочий режим. Это делает его неудобным для динамичного городского движения.
Кроме того, для эффективной работы ему нужен значительный перепад температур, а значит — громоздкие системы нагрева и охлаждения. В автомобиле это сложно реализовать компактно, но были единичные исключения.
С 1930-х годов с этой техникой работала фирма Philips. С 1970-х по 1990-е годы компании General Motors, Ford Motors экспериментировала с автомобильными "стирлингами", а NASA и Lockheed Martin разрабатывали гибридные системы для военной техники. Однако дальше прототипов и компактных источников энергии дело не пошло.
С 1990-х годов некоторые из компаний работают над применением двигателя в качестве генератора постоянного тока и стационарного источника электропитания. В последние годы интерес к такому направлении возрос. К разработке генерации тепла и электричества на основе "стирлинга" подключились такие гиганты производства энергоустановок как: TODEM, CumminsPowerGeneration, ToshibaCorp., MitsubishiElectricCorp.
Где "стирлинг" нашел постоянное применение?
Этот класс силовых установок всё же нашел себе узкопрофильные ниши. Их и перечислим ниже.
Подводные лодки (как уже упоминалось) — шведские класса Gotland-class и японские Sōryū-class. Эти суда используют силовые установки Стирлинга в подводном положении. У шведов такая подлодка может находиться до 20 суток в режиме акустической малозаметности под водой. Двигатели малошумны, а это критически важно для скрытности.
Космос: здесь NASA давно тестирует "стирлинги" для генерации энергии в долговременных миссиях, например, на Луне или Марсе. Установки можно питать от ядерного топлива или солнечного тепла, что делает их перспективными для автономных станций.
Солнечные электростанции — в некоторых установках фокусированного солнечного нагрева устройство Стирлинга преобразует тепловую энергию в электричество с КПД выше, чем у паровых турбин.
Бытовая энергетика: микро-ТЭЦ на биотопливе или сжиженном газе иногда используют "стирлинги" для когенерации (одновременной выработки тепла и электричества).
Установка-когенератор на основе двигателя Стирлинга
Пока этот двигатель остаёшься узким "нишевым" решением, но с развитием "зелёной энергетики" и автономных систем энергоснабжения его наверняка вытащат из тени времён. Возможно, когда-нибудь мы увидим что-то серьёзное на "стирлингах". Вот сейчас можно купить настольный смешной моторчик на маркетплейсе для забавы и зарядки телефона...
Одно из предложений на Яндекс.Маркет.
А пока — это гениальный и не в полной мере оценённый мотор ещё ждёт своего звёздного часа...
Наверняка талантливый механик-самоучка Роберт Стирлинг из шотландской глубинки двести лет назад и представить не мог, что его "детище" может воплотиться во "внеземных" программах XXI века. Ведь о полётах в космос тогда и мечтать не могли, а свой двигатель изобретатель придумал и разработал как замену взрывоопасной паровой машине.
Если вам любопытно каждый день узнавать об интересной технике и ее истории, то приглашаю к себе по ссылке ниже.
Канал "Причуды техники..."