Temat referatu: Silnik Stirlinga

Imię i nazwisko oraz klasa

Silnik Stirlinga jest maszyną przetwarzającą energie cieplną na mechaniczną, jednak bez procesu wewnętrznego spalania paliwa, a na skutek dostarczania ciepła z zewnątrz, dzięki czemu możliwe jest zasilanie go ciepłem z dowolnego źródła. Gazy wewnątrz silnika przepływają w obiegu zamkniętym. Źródłem ciepła może być w szczególności proces spalania jakiegoś paliwa, ale nie jest to konieczne. Aby wprawić go w ruch wystarczy tylko i wyłącznie podgrzać lub ochłodzić go (wywołać różnicę temperatur). W małych modelach, zabawkach, wykorzystuje się ciepło ludzkiej dłoni.

Budowa: W podstawowej konfiguracji silnik Stirlinga składa się z dwóch cylindrów (ciepłego i zimnego), pomiędzy którymi (przy ich podstawach) znajduje się połączenie. W cylindrach znajduje się stała ilość gazu. Ponadto w każdym cylindrze jest tłok, a tłoki te są połączone wałem korbowym tak, aby tłok w cylindrze ciepłym wyprzedzał tłok w cylindrze zimnym o 1/4 cyklu ruchu. Najpierw gaz ogrzewany w cylindrze ciepłym powiększa swoją objętość, potem jest przepompowywany do cylindra zimnego, gdzie zmniejsza objętość i w minimum objętości jest przepompowywany do cylindra ciepłego. Silnik nie wymaga w ogóle spalania - korzysta wyłącznie z różnicy temperatur pomiędzy cylindrami. Isnieje rozwiązanie korzystające z jednego cylindra i akumulatora ciepła. W takim rozwiązaniu jeden z końców cylindra jest "zimny", a drugi "ciepły". Istnieją 3 rodzaje silników Stirlinga: „alfa”, „beta” i „gamma”.

Silnik „beta”: Silnik ogrzewamy z prawej strony (symbol płomienia) a chłodzimy tam gdzie znajduje się radiator oznaczony na niebiesko. Na rysunku kolorem czerwonym oznaczyłem tłok szczelny, zwany zimnym. Na żółto natomiast tłok, który przepuszcza gaz (tzw. tłok gorący). Jego celem jest jednak głównie oddzielenie gazu zimnego oraz ciepłego i mieszanie ich. Warto zauważyć że kąt między korbami na kole zamachowym musi wynosić 90 stopni. Cykl pracy silnika Stirlinga możemy podzielić na 4 etapy:

1) Tutaj na skutek ogrzania rozszerza się gaz we wnętrzu silnika (może być to np. powietrze, hel..). Pcha go tłok zimny.	2) Widać że gaz jest rozprężony i zaczyna działać na niego już niska temperatura. Tłok zimny jednak nie pozwala na razie przemieszać się gazom o różnej temperaturze, dlatego objętość gazu nie ulega znaczącej zmianie.
3) Dzięki rozpędowi koła zamachowego zimny tłok powędrował do ścianki cylindra. Separuje również grzejący wpływ ściany cylindra od gazu. Tym samym gazy o różnej temperaturze wymieszały się i są chłodzone. Zmniejszenie temperatury niesie ze sobą zmniejszenie objętości. To oczywiście powoduje że gorący tłok zostaje wessany do środka.	4) Ostatni z etapów nazywamy sprężaniem. Mały tłok zaczyna poruszać się w lewo, co w konsekwencji doprowadzi do zwiększenia temperatury i objętości gazu (powrót do etapu nr 1).

Cechy użytkowe silnika: Silnik Stirlinga nie ma rozrządu, nie korzysta ze spalania wybuchowego i nie ma wydechu, czyli nie ma źródeł hałasu - dzięki temu jest niemal bezgłośny. Podstawową wadą jest niska sprawność, zazwyczaj poniżej 20%. Wada jest kompensowana w dużym stopniu możliwością dokładnej kontroli procesu spalania paliwa, znacznie lepszej, niż w przypadku silnika tłokowego, co umożliwia utrzymanie niskiej toksyczności spalin.

Historia: Silnik wynalazł szkocki duchowny Robert Stirling i opatentował go w 1816 roku (patent angielski nr 4081). W XIX i XX wieku używano go do napędu niewielkich maszyn. Silnik emituje bardzo mało zanieczyszczeń i jest bardzo wydajny. Zbudowane dotychczas prototypy silnika osiągały moc do 500 KM i dobre współczynniki sprawności 35-40% (klasyczne silniki spalinowe mają ten współczynnik na poziomie ok. 20-25%).

Zastosowanie: Próby zastosowania w pojazdach mechanicznych (autobusach), nie wyszły poza stadium ekperymentów. Silnik Stirlinga jest wykorzystywany np. do napędzania szwedzkich okrętów podwodnych typu Gottland jako ciche źródło napędu do "pełzania" w zanurzeniu. Rozważa się także stosowanie tego silnika do wytwarzania energii elektrycznej przy wykorzystaniu geotermalnych źródeł ciepła. Najpowszechniejszym zastosowaniem silnika Stirlinga są układy CHP (kogeneracji produkcji ciepła i energii elektrycznej) w małych (do 34KW) aplikacjach.

Źródła informacji:

Strony internetowe:

http://www.zgapa.pl/zgapedia/Silnik_Stirlinga.html

http://www.stirling.fc.pl/index.php?plik=teoria

http://pl.wikipedia.org/wiki/Silnik_Stirlinga

2

---