Как работает двигатель стирлинга в майнкрафт

двигатель Стирлинга, энергия, разработка и прокачка

«Майнкрафт» - игра, которая получила неоднозначную репутацию. С одной стороны, это проект, который пользуется популярностью у детей от 5 до 15 лет, с другой - масштабная и полноценная разработка с огромным количеством модов и дополнений. В игре есть термины, которые непросто понять детям. Например, двигатель Стирлинга в «Майнкрафте».

Реальный прототип двигателя

Двигатель Стирлинга - это не вымышленное оборудование, которое было придумано разработчиками игры. Эта тепловая машина является реальным изобретением. Она представляет собой оборудование, в котором есть рабочее тело. Оно может быть газом или жидкостью и двигается в замкнутом пространстве. Считается, что эта машина - один из видов двигателя внешнего сгорания.

Изобретение было впервые запатентовано в 1816 году Робертом Стирлингом. Несмотря на то, что подобные машины были уже изобретены в XVII веке, исследователь смог привнести нечто новое, что и позволило ему стать известным. К механизму Стирлинг добавил узел, который назвал «эконом».

Модификации игры "Майнкрафт"

В обычной версии игры «Майнкрафт» двигателя Стирлинга нет. Чтобы с ним работать, нужно установить одну из модификаций. BuildCraft - это мод, который позволяет игроку научиться использовать механизмы для добычи материалов, а не самостоятельно заниматься этим.

Помимо BuildCraft, есть IndustrialCraft 2, в котором также есть этот двигатель. В модах представлены машины, которые могут использовать чертежи для строения. В BuildCraft можно заниматься передачей предметов, энергии и жидкостей. Разработчики создали собственную единицу измерения энергии - Minecraft Joules.

Двигатели в моде

В этом моде Minecraft двигатель Стирлинга не единственный. Помимо него, есть механический, творческий и двигатель внутреннего сгорания. Все могут быть изготовлены игроком для получения особых ресурсов.

К примеру, механический двигатель - самый медленный механизм в игре, зато не нуждается в топливе, а может работать от сигнала редстоуна. Также он практически никогда не перегревается и не взрывается.

Двигатель внутреннего сгорания - самый быстрый механизм в игре. Он доступен в выживании. В ранних версиях функционировал от лавы, сейчас может работать с помощью нефти или бензина, вместе с сигналом редстоуна. Может взорваться от перегрева, поэтому для охлаждения нужно использовать воду.

Творческий двигатель в Minecraft работает в одноименном режиме. Ему не нужно топливо, поскольку работает от сигнала редстоуна. Этот механизм не взрывается. С помощью гаечного ключа можно регулировать количество вырабатываемой энергии.

Двигатель Стирлинга

Еще одним механизмом стал двигатель Стирлинга в «Майнкрафте». Этот механизм вырабатывает 10 RF/t. Этот показатель можно получить от любого топлива, которое попадает в печь. Исключением может стать лишь кактус. Включить двигатель можно с помощью красной пыли или рычага.

Как работает двигатель Стирлинга в «Майнкрафте»? Как уже упоминалось, для того чтобы механизм начал вырабатывать энергию, нужно в печь подбрасывать топливо. Обычно игроки используют дерево, уголь, лаву и т. п. Чтобы активировать двигатель, нужно использовать сигнал редстоуна. Игроку придется следить за тем, чтобы механизм не взорвался. Обычно взрыв происходит из-за того, что двигатель ни к чему не подключен и собрал много энергии. В последней версии мода «БилдКрафт» механизм может сгореть при перегреве в 1000 °C.

Описание механизма

Генератор Стирлинга в Minecraft относится к типу «предметы». На него не действует гравитация в игре. Он имеет прозрачность, но вместе с этим отсутствует светимость. Его можно разрушить обычной киркой. Двигатель можно собрать из блоков. Загореться механизм не может.

Чтобы использовать в игре этот тип двигателя, понадобятся:

булыжник;
стекло;
каменная шестерня;
поршень.

Булыжник: крафт

Это блок, который можно получить, разрушая камень или другой булыжник. Делать это можно с помощью кирки. Этот блок обычно появляется при взаимодействии лавы с водой. В игре булыжник считается одним из главных строительных ресурсов, вместе с досками.

Можно булыжник не добывать, а попробовать найти. Обычно он спрятан в сокровищницах вместе с другим видом, а также в хранилище крепости. Если прийти в деревню, то можно разрушить одно из зданий, поскольку практически все постройки изготавливаются из этого блока. Также можно поискать булыжник глубоко под землей, где может соединяться лава с водой.

Стекло: крафт

Это прозрачный блок, обычно используют для украшений. Его можно покрасить в один из 16 цветов. Это самый хрупкий блок, который можно разрушить даже рукой. После разрушения стекла ничего не выпадает. Только в случае «Шелкового касания» можно вернуть стекло в инвентарь.

Получить стекло разрушением практически невозможно. Только если использовать инструмент, зачарованный на «Шелковое касание». Этот блок получают обжигом красного или обычного песка. Для этого можно брать разные виды угля, древесину и т. п. В природе стекло можно найти в городах Края или в секретной комнате лесного особняка.

Каменная шестерня: крафт

Это один из основных компонентов устройств. Эта деталь есть только в моде BuildCraft. Самой простой шестерней является деревянная. Есть также каменная, железная, золотая и алмазная.

И хотя деревянная шестерня не нужна для двигателя Стирлинга в Minecraft, она понадобится для создания каменного аналога. Поэтому, чтобы ее сделать, нужно взять палки и разместить их во вторую, четвертую, шестую и восьмую ячейки. Чтобы получилась каменная шестерня, нужно деревянную поместить в центральную ячейку, а в четные добавить булыжники.

Поршень: крафт

Это последний элемент, который нужен для изготовления двигателя Стирлинга в «Майнкрафте». Этот тип относится к блокам-механизмам. Они работают для подачи сигнала редстоуна. Существует обычный и липкий поршень.

Чтобы сделать обычный поршень, нужно в первые три ячейки поместить любые доски, в пятую добавить железный слиток, а в восьмую - красную пыль. Остальные ячейки нужно заполнить булыжниками.

Железный слиток можно получить, используя обжиг железной руды. Также можно отправиться разрушать ядро реактора Нижнего мира. Также можно использовать железный блок в центральной ячейке крафта.

Красная пыль - это специальный механизм, который нужен для функционирования сигнала редстоуна. Обычно этот ресурс можно получить, если использовать железную или алмазную кирку при добыче красной руды. Красная пыль генерируется в храме джунглей. Также она может выпасть во время убийства ведьмы, или ее продаст вам священник.

Создание двигателя: прокачка

Чтобы создать двигатель, в первые три ячейки нужно поместить булыжник, четвертую и шестую оставить пустыми. В центральную помещают стекло, в седьмую и десятую - каменные шестерни. В восьмую нужно поместить поршень.

Прокачать этот двигатель нельзя. Но если использовать вместо булыжников железные слитки, можно получить более мощный двигатель внутреннего сгорания.

Энергия

Как получить энергию двигателя Стирлинга? Для этого нужно использовать топливо. В зависимости от типа ресурса, механизм будет создавать определенное количество энергии. К примеру, из ведра лавы можно получить больше всего энергии - 200 000 RF с единицы. При этом придется подождать около 17 минут.

Если использовать коксовый уголь, то за 5 минут игрок получит 64 000 RF. Огненный стержень за 2 минуты выработает 24 000 RF, а уголь, торф или древесный уголь за полторы минуты помогут создать 16 000 RF.

Для получения энергии можно использовать древесину, доски, ступени, люк, забор, блок грибы и многое другое.

Как работают двигатели Стирлинга?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 апреля 2020 г.

Двигатели работают в нашем мире с Промышленная революция: сначала грязные паровые машины, работающие на угле, затем более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время реактивные двигатели в самолетах. Основная концепция двигателя - то, что использует разницу между высокой и низкой температурой. один - не изменился за пару сотен лет, хотя иногда люди все же придумывают небольшие улучшения, которые сделайте процесс немного быстрее или эффективнее.Один двигатель ты возможно, в последнее время много слышал о двигателе Стирлинга, что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и перерабатывает тот же воздух или газ в снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной. объединился Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям, двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но на самом деле они с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования Возобновляемая энергия.На этом фото вы можете увидеть массив зеркал. концентрация солнечного тепла на двигателе Стирлинга, вырабатывающем электричество. Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Что такое двигатель?

Двигатели для транспортных средств или заводских машин являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для выпуска тепловая энергия, которая используется для производства газ расширяется и охлаждается, толкает поршень, поверните колесо и заведите машину.Двигатели бывают двух основных типов: двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят топливо в одном месте и выработка энергии в другой части такая же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные) сжигать топливо и производить мощность в одном и том же месте (в автомобиле все это происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Обе типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляя газ расширяться, а затем остывать. Чем больше разница температур (между газом при самый горячий и самый холодный), тем лучше работает двигатель.Теория того, как двигатель работает на основе науки термодинамики (буквально «как движется тепло») и теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются. газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде, чем мы узнаем, что такого хорошего Двигатели Стирлинга, это помогает, если мы знаем, что такого плохого Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает вода, пока она не закипит и не станет паром. Пар движется по трубе к цилиндру через открытый входной клапан, где он толкает поршень и водит колесо.Затем входной клапан закрывается, а выходной клапан открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Паровозы, такие как у этого локомотива, являются примерами. двигателей внешнего сгорания. Огонь, который обеспечивает энергию путем горения (1), находится снаружи (вне) цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3).Между ними есть бойлер (2), преобразующий тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выталкивается из дымовой трубы (7), что делает этот способ питания движущейся машины особенно неэффективным и неудобным. Но это было нормально в те дни, когда угля было в изобилии, и никого не волновало нанесение ущерба планете.

Проблем со steam много двигателей, но вот четыре наиболее очевидных.Во-первых, котел что заставляет пар работать под высоким давлением, и есть риск что он может взорваться (взрывы котла были серьезной проблемой с очень ранней паровой двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то расстояние от цилиндра, поэтому энергия теряется на получение тепла от один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще довольно горячий, поэтому он содержит потраченную впустую энергию. В-четвертых, потому что пар выбрасывается из цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные количество воды, а также топлива.(Вот почему у паровозов постоянно останавливаться у бортовых цистерн с водой.)

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, который преодолеет эти проблемы? Предположим, мы избавимся от котла (что решит риск взрыва) и использовать тепло от огня для питания двигатель напрямую. Тогда вместо использования пара для передачи тепловой энергии от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к огонь и используйте обычный воздух (или другой простой газ) для перемещения тепла энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда называется воздушные двигатели .) Если мы закроем этот воздух в закрытую трубу, тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию от огня и выпустив его в цилиндр, решаем проблему двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды. Наконец, почему бы и нет добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы горячий воздух проходил обратно и далее, его энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в повысить общую эффективность. Это основные способы, которыми Двигатель Стирлинга лучше парового двигателя.Вы иногда увидите Двигатели Стирлинга описываются как "замкнутый цикл регенеративного тепла". двигателей ", что является очень кратким выражением того, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют запечатанный объем газа для отвода тепла обратно и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они используйте теплообменники, чтобы сохранить часть тепла, которое в противном случае теряться в каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровом двигателе).

Простой или сложный?

Некоторые говорят, что двигатели Стирлинга просты.Если это правда, то это так же, как и великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но более богатые, более сложные и потенциально очень запутанные, пока вы их действительно не разберетесь. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube покажите, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за тем, как он работает снаружи: вам нужно хорошенько подумать о цикле шагов, которые он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается от того, что происходит в обычном паровом двигателе.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала посмотрев на компоненты, которые он содержит, затем подумайте о том, что они делают, и, наконец, рассмотрев более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Маленькие компактные двигатели Стирлинга, подобные этому, могут работать от крошечных перепады тепла - даже если положить кому-то руки и отвести тепло, которое они содержат. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Каковы основные части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как вытеснительный двигатель Стирлинга (также известный как бета двигатель Стирлинга).Это ключевые части:

Источник тепла

Источник тепла - это источник энергии, от которого двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь. огонь в солнечное зеркало, концентрирующее тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга описываются как двигатели внешнего сгорания, они не должны вообще использовать сжигание (фактическое сжигание топлива): они просто нужна разница в температуре источника тепла (откуда берется энергия) и радиатор (где он попадает).

Вы можете управлять небольшим двигателем Стирлинга, используя тепло от чашки кофе, теплая ладонь чьей-то руки или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, которую вырабатывает двигатель, исходит от любой разницы температур между источником тепла и теплом тонуть. Сказав это, стоит помнить, что крошечный двигатель Стирлинга, приводимый в движение что-то вроде чашки кофе, просто потому, что он содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Иллюстрация: Основные части вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Внутри машины в закрытом баллоне постоянно находится объем газа. Это может быть обычный воздух, водород, гелий или другое легкодоступное вещество, которое остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия операции, через которые он проходит). Его единственная цель - отвести тепловую энергию от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, который приводит в движение машину, а затем снова вернуться к подобрать еще.Газ, перемещающий тепло, иногда называют рабочим телом.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом в источник тепла. Обычно это какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который отводит отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня - это один из более очевидных вещей, которые отличает их от других двигателей.В общей конструкции под названием двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, есть два одинаковых поршня и цилиндра, а газовые челноки назад и далее между ними, нагревание и расширение, затем охлаждение и сжатие, прежде чем цикл повторится.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой поршневым (или бета) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (зеленого цвета), задача которого заключается в перемещении газа между источником тепла и радиатором. В отличие от обычного поршня в паровом двигателе, буйковый уровень устанавливается очень свободно (с небольшим свободным пространством между край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад.Также имеется рабочий поршень (темно-синего цвета), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, которая приводит в движение независимо от того, какой двигатель работает. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелый маховик прикреплен для наращивания импульс и поддерживать бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень буйка постоянно движутся, но они не совпадают (одна четверть цикла или 90 ° по фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень буйка всегда на одну четверть цикла (90 °) опережает рабочего поршня.

Теплообменник

Также известный как регенератор, теплообменник находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла, за которую держится регенератор. Когда газ движется обратно, он снова улавливает это тепло. Без регенератора это тепло было бы потеряно в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга иметь несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Итого

Как паровой двигатель или двигатель внутреннего сгорания, Стирлинг двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя серия основных операций, известная как ее цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга буйкового типа. На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит то, что газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках перемещается от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно.Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для привода механизма, приводимого в действие двигателем, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повторяться. Работа зеленого поршня буйка заключается в перемещении газа от горячей стороны цилиндра (слева) к холодной стороне (справа) и обратно. Работая в команде, два поршня гарантируют, что тепловая энергия многократно перемещается от источника к раковине и преобразуется в полезную механическую работу.

Подробнее

Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показанная синими квадратами) заканчивается справа в более холодном конце цилиндра.Когда он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня перемещаются внутрь (к центру).
Перенос и регенерация: Поршень буйка перемещается вправо, а охлажденный газ перемещается вокруг него к более горячей части цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделял.
Нагрев и расширение: Большая часть газа (показанная красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра.Он нагревается огнем (или другим источником тепла), поэтому его давление повышается, и он расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и все, что приводится в действие двигателем. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую (и работает).
Передача и охлаждение: Поршень буйка перемещается влево, а горячий газ перемещается вокруг него к более холодной части цилиндра справа. Объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор (теплообменник), отдавая часть своей энергии по пути.Теперь цикл завершен и готов к повторению.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому месту, где он был запущен, это не симметричный процесс: энергия постоянно отводится от источника и откладывается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ объем работы на рабочий поршень, когда он расширяется, но поршень выполняет меньше работы, сжимая охлажденный газ и возвращая его в исходное положение.

Теоретически

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, если простой паровой двигатель может обойтись только одним? Почему все эти отдельные ступени? Почему бы не упростить все это?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам необходимо понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с законами газа (основные законы классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа относятся к).Наиболее известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (сохранение тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

Изотермическое (при постоянной температуре) сжатие: наш этап (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается, поскольку он отдает тепло в сток.
Изометрический (постоянный объем) нагрев: наш этап (2) выше, на котором объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего предыдущего тепла.
Изотермическое (при постоянной температуре) расширение: наш этап (3) выше, на котором газ поглощает энергию из источника, его объем увеличивается, а его давление уменьшается, в то время как температура остается постоянной.
Изометрическое (постоянный объем) охлаждение: наш этап (4) выше, на котором объем газа остается постоянным, поскольку он проходит через регенератор и охлаждается.

Настоящий двигатель Стирлинга работает по более сложной, менее идеальной версии этого цикла, которая выходит за рамки данной статьи. Достаточно просто отметить, что четыре этапа не разделены жестко, а сливаются друг с другом. Если вам интересно, то гораздо больше об этом можно прочитать в статье Википедии о цикле Стирлинга.

Некоторые альтернативные анимации

В Википедии есть еще одна анимация двигателя Стирлинга бета-типа (хотя и красиво нарисован, за ним трудно следить, потому что этапы рядом не поясняются).
MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но сопровождающее объяснение довольно минимально.
Лучшее из всех: на сайте есть отличная анимация и объяснение. Animated Engines - отличный веб-сайт с множеством понятных и простых страниц, посвященных всем другим движкам, которые стоит изучить. Мне нравится, что все движки выполнены в одном простом стиле, поэтому вы можете легко их сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: Хотя инженеры пытались установить на автомобили двигатели Стирлинга, эксперименты не увенчались успехом.Двигателю Стирлинга нужно время, чтобы набрать скорость, и он не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для питания автомобиля чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим какой-либо прогресс на этом направлении: автомобили будущего, скорее всего, будут приводиться в действие электродвигателями или топливными элементами. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, требующих непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-то горячее и что-то холодное.Они идеально подходят для солнечных электростанций, где тепло Солнца играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и высокоэффективные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые должны обеспечивать стабильные поставки электроэнергии. Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга. используя их в качестве основы для компактного домашнего электроснабжения генератор, получивший название Beacon 10, примерно размером с бытовую стиральную машину.

В нормальном двигателе Стирлинга тепло нагревается до горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора).Как только электродвигатели могут быть реверсивно использованы как генераторы, поэтому вы можете поставить энергии в двигатель Стирлинга и запустить его назад, эффективно отвод тепла от радиатора и отвод его на источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криокулер» - очень эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в сверхпроводимость и электронное исследование.

Достоинства и недостатки двигателей Стирлинга

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за замкнутый цикл и регенеративный теплообменник).У них нет котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в воде и не имеют сложную систему открытия и закрытия клапанов, двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише паровых двигателей, и потому что они не обязательно предполагают сжигание топлива, они могут быть намного чище. В отличие от паровых двигателей, которые обычно сжигают уголь до кипения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов разные виды топлива.

С другой стороны, двигатели Стирлинга запускаются не мгновенно (это требуется время, чтобы очень важный теплообменник нагрелся, а маховик набирают скорость), и они не работают так хорошо в режиме остановки-запуска (в отличие от внутреннего сгорания двигатели).Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло, что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Изображение: Эта иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 г.) напоминает обычную паровую машину, но более сложна. Два больших чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху (источник тепла и радиатор) и поршни буйка перемещаются внутри них вперед и назад.Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик. Произведение искусства из истории и прогресса парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667.

Неудивительно, что Стирлинг двигатели были изобретены шотландским священником по имени Роберт Стирлингом в 1816 году. Он надеялся создать более безопасный двигатель эффективнее паровых двигателей, которые были разработаны около века назад Томас Ньюкомен (а позже улучшил Джеймсом Ваттом и другими). Рост объемов внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные двигатели) привел к Двигатели Стирлинга были отключены, хотя они были заново открыты Компания Philips в середине 20 века.Совсем недавно они становятся популярными на солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии. энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология получил новый импульс в 1980-х, когда Иво Колин из Университета Загреба и Джеймс Сенфт из Университета Висконсина разработали новый, очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между источник тепла и радиатор.

Узнать больше

На сайте

Статьи

Книги

Двигатели Стирлинга

Термодинамика двигателя

Двигатели: Введение Джона Лиска Ламли.Cambridge University Press, 1999. Хотя здесь основное внимание уделяется двигателям внутреннего сгорания, это будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
«Термодинамика для чайников» Майка Паукена. Джон Вили и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение в таких вещах, как двигатели.

Видео

Пример двигателя Стирлинга: 2-минутная демонстрация реального двигателя Стирлинга бета-типа, подобного показанному в моей анимации выше.
Двигатель Стирлинга: разбираем один: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает различные детали внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте...

Как работают двигатели Стирлинга | HowStuffWorks

Двигатель Стирлинга - это тепловой двигатель, который сильно отличается от двигателя внутреннего сгорания в вашем автомобиле. Двигатель Стирлинга, изобретенный Робертом Стирлингом в 1816 году, может быть намного более эффективным, чем бензиновый или дизельный двигатель. Но сегодня двигатели Стирлинга используются только в некоторых очень специализированных приложениях, таких как подводные лодки или вспомогательные генераторы энергии для яхт, где важна бесшумная работа.Хотя двигатель Стирлинга не нашел успешного массового применения, над ним работают некоторые очень мощные изобретатели.

В двигателе Стирлинга используется цикл Стирлинга , который отличается от циклов, используемых в двигателях внутреннего сгорания.

Газы, используемые в двигателе Стирлинга, никогда не покидают двигатель. Здесь нет выпускных клапанов, которые выпускают газы под высоким давлением, как в бензиновом или дизельном двигателе, и не происходит взрывов.Из-за этого двигатели Стирлинга работают очень тихо.
Цикл Стирлинга использует внешний источник тепла, которым может быть что угодно, от бензина до солнечной энергии и тепла, вырабатываемого гниющими растениями. Внутри цилиндров двигателя сгорание не происходит.

Есть сотни способов собрать двигатель Стирлинга. В этой статье мы узнаем о цикле Стирлинга и посмотрим, как работают две разные конфигурации этого двигателя.

CNCC Справочник: Двигатель Стирлинга

Солнечный генератор энергии двигателя Стирлинга

Это страница о двигателях Стирлинга на солнечных батареях, вырабатывающих электричество. Еще у меня есть страничка по модели Стирлингс.

Однажды мне в голову пришла идея, которая действительно заставила меня задуматься. Могут ли машинисты домашнего цеха построить надежный солнечный электрический генератор Стирлинга? По данным Sandia Laboratories, такая система - наиболее эффективный способ преобразования солнечной энергии в электричество.Их система имеет КПД около 30%, что примерно в два раза больше, чем у фотоэлектрической системы. Sandia совместно со Stirling Technologies придумали, как построить 37-футовую антенну, которая должна генерировать достаточно энергии для 8-10 домов. Видимо это около 25 киловатт.

Мой вопрос: насколько успешной была бы система, основанная на концентраторе размером со спутниковые антенны C-диапазона «старой школы»? Они должны быть легко доступны в качестве излишков, и у них есть технология для отслеживания солнца.Каждый из них имеет диаметр около 6 футов. Если мы возьмем фигуру диаметром 37 футов выше, то это большое блюдо имело площадь поверхности 1075 квадратных футов. 6-футовая спутниковая антенна имеет площадь поверхности 28 квадратных футов, или около 3% от этой площади. Соответственно, если такая антенна может работать с аналогичной эффективностью, она должна выдавать около 5-6 сотен ватт электроэнергии. Думайте об этом как о солнечном эквиваленте электрогенератора Honda. Поставьте два из них, которые все равно не займут столько места на вашем участке, и у вас будет 1 киловатт.Начиная с приличного количества сока. Предположительно, есть налоговые льготы, но я в этом не разбираюсь! Если вам нужно больше сока, я боюсь, что вам понадобится более крупный коллектор, так что проект может оказаться не таким уж практичным.

Что мне любопытно, так это какой двигатель Стирлинга нужен, чтобы привести в движение такое чудовище? Возможно, версия Sandia слишком экзотична для изготовления и придется довольствоваться более низкой эффективностью. Меня это не слишком беспокоит. Даже вдвое меньший КПД по-прежнему ничем не хуже солнечных элементов (фотоэлектрических), и я уверен, что дешевле.Очевидно, они использовали разработанный в Скандинавии Стирлинг под названием «двигатель Стирлинга Kockums 4-95».

Судя по всему, изначально он был создан для подводных лодок. Это выглядит немного внушительно для среднего домашнего магазина, но напомним, что нам нужно только 1/8 вместимости, поэтому он будет значительно меньше. Учитывая, на что он способен, он кажется относительно компактным. Тот, который был окончательно усовершенствован для этого солнечного применения, даже меньше, чем изображение выше, и, очевидно, имеет размер 55-галлонной масляной бочки.1/8 из них не мала, но многие слесари-мастера должны справиться с этим.

Вот тут я выдыхаюсь, так сказать. Я понятия не имею, что находится внутри всех этих замысловатых корпусов, и я не видел планов относительно каких-либо крупномасштабных проектов Стирлинга в сообществе разработчиков моделей. Лучшее, что мне удалось найти, - это генератор Стирлинга мощностью 1 киловатт Sunpower EG-1000, конструкция которого выглядит простой, компактной и выполнимой. Генератор представляет собой цельную линейную конструкцию, что круто. Также доступна более подробная научная статья.Вот как выглядит версия на 1 кВт:

На практике представьте, что перевернули этот рисунок так, чтобы фокус параболического отражателя был тепловым концом. Этот конкретный агрегат предназначен для водяного охлаждения. Так же, как установка Sandia / Kockums, я бы предложил небольшие (мотоциклетные?) Радиаторы с вентилятором для охлаждения воды на стороне, противоположной солнечному коллектору. Еще несколько фактоидов по EG-1000:

Поршень и вытеснитель перемещаются всего на 9 мм при максимальной эффективности.
Работает с плоской пружиной.
Линейные подшипники отсутствуют. Скорее, газовые подшипники поддерживают конструкцию и не требуют смазки.
Включает линейный генератор на движущихся постоянных магнитах и катушку со специальной намоткой.

Я подозреваю, что для создания работоспособного Стирлинга для этого приложения потребуются значительные эксперименты. Насколько я понимаю, они могут быть привередливыми животными в беге и очень чувствительны к трению и другим факторам.Если бы я предпринял такие исследования, я подозреваю, что имело бы смысл построить тарелку, измерить тепло, доступное в ее фокусе, а затем построить испытательную установку, которая доставляла бы это тепло с помощью электрического или газового огня, чтобы я мог возиться с двигателями Стирлинга в комфорт моего собственного магазина.

Ромбический привод аналогичен по конструкции, но преобразует движение из линейного в вращательное:

Мне кажется, что рабочую ромбическую конструкцию привода можно значительно упростить до линейной конструкции со свободным поршнем.Для перемешивания со свободным поршнем требуется нагрузка, обеспечиваемая линейным генератором / генератором.

Ссылки

Большая ветка на CNCZone о солнечной энергии Стирлинга: есть несколько интересных мыслей:

Используйте выброшенные компакт-диски для отражателей. Мне это нравится. Их можно легко прикрепить к дополнительной параболической спутниковой антенне.
Как вариант, возьмите «космическое одеяло» - один из тех уцелевших листов из алюминизированных / покрытых золотом пластиковых листов - и подумайте, как сделать фокусирующее зеркало.Не знаю, насколько прочным будет этот материал в посуде, но он, безусловно, дешевый. Возможно, потребуется просто ламинировать новый слой каждые несколько лет.
«Преимущество гелия в газе Стирлинга состоит в том, что он имеет самую высокую теплопроводность среди всех газов, кроме водорода. Цикл Стирлинга требует, чтобы рабочий газ набирал и отдавал тепло в окружающую среду, и это в значительной степени ограничивает работу двигателя Стирлинга. Чем выше теплопроводность газа, тем быстрее может происходить этот процесс.«Вот почему Kockums использует водород в качестве рабочего тела - он способствует повышению эффективности. Я точно знаю, что водород и гелий очень привередливы, особенно если нужно учитывать движущиеся части. Интересно, о какой эффективности мы здесь говорим?

PMinMo’s Stirling Wiki: несколько полезных ссылок, но далеко не зашло.

Очень хорошая статья о генераторе Стирлинга Sunpower EG-1000.

2-цилиндровый двигатель Стирлинга «V» может быть хорошей ставкой на мощность

Большой учебник по работе Стирлинга

Хорошая электронная таблица, пошаговая инструкция по проектированию двигателя Стирлинга

Стальной двигатель Стирлинга

Чертежи: 4-цилиндровый двигатель с заявленной мощностью 40 Вт.Он размером с двигатель большой модели самолета.

Превосходный схематический обзор различных конфигураций Стирлинга

Замечательные анимации двигателя Стирлинга

Интересное обновление модели 5HP Stirling от Меррика Локвуда: Оригинальная книга на 140 страниц доступна здесь.

Форумы двигателей Стирлинга

Робот-рыба Стирлинга: Интересный японский проект. Хорошая шкала Стирлинга.

Моделирование и моделирование солнечной системы Стирлинга со свободным поршнем

Военная генераторная установка Стирлинга мощностью 3 кВт: отчет в формате pdf на 218 страницах.

Cool Nasa Анимация свободной поршневой линейной конструкции

Генератор Sunpower 7 кВт со свободным поршнем, работающий на природном газе

Отличное знакомство НАСА с компанией Stirling Power Generation

Руководство НАСА по конструкции двигателей Стирлинга: 300+ страниц. Один интересный комментарий заключается в том, что двигатели Стирлинга, работающие на воздухе, всего на 20-25% эффективнее тех, которые используют гелий или водород в качестве рабочего газа. В этом тексте анализируется множество моделей ромбических дисков.

Список документов Sunpower по свободно-поршневому перемешиванию

DS Stirling Page: любительская постройка относительно большой вместимости Stirlings