Koncepcja budowy silnika Stirlinga. Rafał Pawłucki gr.uoś 2005/06

Transkrypt

1 Koncepcja budowy silnika Stirlinga Rafał Pawłucki gr.uoś 2005/06

2 Twórca pierwszego silnika Wielebny dr Robert Stirling, żyjący w latach 1790 do 1878, ur. w Szkocji w hrabstwie Perthshire. W wieku 26 lat stworzył ekonomizer, a następnie przedstawił patent na silnik cieplny o zamkniętej komorze roboczej. Obecnie wszystkie silniki cieplne, w których gaz wykonuje pracę w zamkniętej przestrzeni nazywamy silnikami Stirlinga

3 Istota wynalazku Na początku XIXw. zaczęto na szeroką skalę użytkować silniki parowe, które stanowiły rewolucyjny krok na przód w procesach uzyskiwania energii mechanicznej. Silniki te miały jednak poważną wadę (spowodowane to było głównie czynnikami: niski stan techniki tamtych czasów, materiały nieokreślonej jakości, brak całkowitego zrozumienia procesów w nich zachodzących), bardzo często eksplodowały czyniąc ogromne straty ludzkie oraz materialne. R.Stirling postanowił ograniczyć zużycie paliwa do procesów cieplnych poprzez przenoszenie traconej energii na początek procesu, gdzie była ona odzyskiwana. Urządzenie (które dziś nazywamy pompą ciepła) nazwał ekonomizerem. W niedługim czasie skonstruował i opatentował urządzenie przetwarzające energię cieplną na mechaniczną. Silnik ten powstał na bazie ekonomizera przystosowanego do odwróconego działania.

4 Istota wynalazku c.d. Silnik znamienny był tym, że do swojej pracy wykorzystywał gaz roboczy zamknięty w jednej komorze, przetłaczany od strony ciepłej do zimnej, pobierając i oddając tym samym energię. W pierwowzorze silnik składał się z jednego cylindra w którym poruszały się dwa tłoki (jeden z racji swojej funkcji nazwany wypornikiem), połączone za pomocą mechanizmu dźwigniowego z kołem zamachowym, przesunięte w fazie o ćwierć obrotu. Ponieważ ciśnienie średnie gazu roboczego było na poziomie atmosferycznego, silnik był całkowicie bezpieczny. Dzięki tej podstawowej zalecie szybko znalazł zastosowanie przede wszystkim do napędu pomp pompujących wodę z szybów górniczych.

5 Schemat pierwszego silnika Stirlinga

6 Budowa i zasada działania silnika Stirlinga

7 Układy konstrukcyjne: a

8 Układy konstrukcyjne: b

9 Układy konstrukcyjne: g

10 Rozwiązania produkowane seryjnie SOLO Kleinmotoren GmbH - Niemcy

11 Rozwiązania produkowane seryjnie Kockums - Szwecja

12 Rozwiązania produkowane seryjnie Stirling Energy Systems - USA

13 Główne założenia projektowe Moc użytkowa około 30 do 50kWe Wykorzystanie energii cieplnej spalin z procesu gazyfikowania biomasy Kompaktowe wymiary gabarytowe pozwalające umieścić układ silnik-prądnica na przyczepie samochodu osobowego.

14 Główne zagadnienia projektowe Wybór rozwiązania konstrukcyjnego silnika Wybór gazu roboczego Model obliczeniowy Konstrukcja silnika Konstrukcja wymienników ciepła Konstrukcja regeneratora Dobór uszczelnień tłoków Dobór prądnicy

15 Schemat działania silnika w układzie cylindrów V

16 Składany wał korbowy

17 Mechanizm krzywkowy

18 Wykresy dla napędu krzywkowego Kierunek obrotów zgodny z ruchem wskazówek zegara (CW)

19 Przykład konstrukcji wymiennika

20 Zestawienie danych technicznych -Szacowana moc silnika: -Moc dostarczona : -Skok tłoka: -Średnica tłoka: 32kW przy 1500obr/min. 80kW 70 mm 80 mm -Temperatura spalin na wejściu: -Temperatura spalin na wyjściu: -Temperatura helu w nagrzewnicy: -Temperatura helu w chłodnicy: 800oC 500oC 650oC 30oC -Maksymalne ciśnienie w komorze: -Średnie ciśnienie w komorze: -Ciśnienie w karterze silnika: -Maksymalna siła działająca na rolkę: -Średnia siła działająca na rolkę: -Maksymalna prędkość tłoka: 7.17 Mpa 5.82 Mpa 4.6MPa 13.2kN 6.2kN 3.5m/s

21 Wizualizacja koncepcji silnika

22 Dziękuje za uwagę.