militaria
Silnik Stirlinga w praktyce, czyli jak szwedzka łódź podwodna (typ Gotland) niepostrzeżenie podpłynęła do lotniskowca (wideo HD)
Silnik Stirlinga – silnik cieplny, który przetwarza energię cieplną w energię mechaniczną, jednak bez procesu wewnętrznego spalania paliwa, a na skutek dostarczania ciepła z zewnątrz, dzięki czemu możliwe jest zasilanie go ciepłem z dowolnego źródła. Źródłem ciepła może być w szczególności proces spalania jakiegoś paliwa, ale nie jest to konieczne.
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.
Istnieje rozwiązanie korzystające z jednego cylindra i akumulatora ciepła. W takim rozwiązaniu jeden z końców cylindra jest "zimny", a drugi "ciepły".
Silnik Stirlinga nie ma rozrządu, nie korzysta ze spalania deflagracyjnego i nie ma wydechu, nie ma w nim źródeł hałasu – dzięki temu jest niemal bezgłośny. Jego podstawową zaletą jest to, że cykl Stirlinga jest bardzo zbliżony do cyklu Carnota, co zapewnia mu dużą sprawność[potrzebny przypis]. Ponadto kontrola procesu spalania paliwa może być znacznie lepsza niż w przypadku silnika tłokowego, co umożliwia utrzymanie niskiej toksyczności spalin. W praktyce silniki Stirlinga mogą osiągać bardzo duże wydajności (do 40%) w stosunku do silników spalinowych wewnętrznego spalania (maksymalnie 30%.)
Wadą silnika Stirlinga jest konieczność używania dużych powierzchni wymiany ciepła. Problem łagodzi zastosowanie wysokich ciśnień gazu roboczego, co z kolei sprawia trudności z uszczelnieniem. Ogólnie wadą silnika Stirlinga są koszty budowy, a nie zasada działania.
Próby zastosowania w pojazdach mechanicznych (autobusach) nie wyszły poza stadium eksperymentów. Był stosowany do napędu torped oraz w przenośnych agregatach prądotwórczych.
Silnik Stirlinga jest wykorzystywany np. do napędzania szwedzkich okrętów podwodnych typu Gotland jako ciche źródło napędu do "pełzania" w zanurzeniu. Rozważa się także stosowanie tego silnika do wytwarzania energii elektrycznej przy wykorzystaniu geotermalnych źródeł ciepła oraz energii słonecznej. W tym ostatnim zastosowaniu jest zdecydowanie sprawniejszy i tańszy od ogniw fotowoltaicznych.
Ostatnio najmodniejszym zastosowaniem silnika Stirlinga są układy CHP (kogeneracji produkcji ciepła i energii elektrycznej) małej mocy (do 34 kW). Generacja skojarzona czyli kogeneracja polega na wytwarzaniu energii elektrycznej i wykorzystaniu ciepła odpadowego, co w sumie daje bardzo wysoką sprawność. Kogeneracja z silnikiem Stirlinga jest nowoczesną, ale drogą inwestycją, gdzie łączna sprawność nie będzie konkurencyjna do np. od dawna stosowanych elektrociepłowni turbinowych czy układów kogeneracyjnych z klasycznym silnikiem spalinowym. Najciekawsza przyszłość rysuje się przed silnikiem Stirlinga w napędzie hybrydowym. Konkretnie w zastąpieniu silnika spalinowego generatorem elektrycznym, hermetycznie zblokowanym z silnikiem Stirlinga. Powyższy układ pozwala uniknąć problemów konstrukcyjnych występujących w silniku produkującym moc mechaniczną, wykazując przy tym zdecydowanie większą sprawność w stosunku do hybrydy typu silnik spalinowy - generator oraz niską toksyczność spalin bez konieczności stosowania katalizatora.
Firma Lockheed Martin dokonywała poprawek w testowym egzemplarzu radioizotopowego (źródłem ciepła jest 2,25 kg izotopu promieniotwórczego) generatora Stirlinga, który miał być gotowy wiosną 2008 roku. Znajdujące się w nim dwa silniki Stirlinga napędzają liniowy alternator o mocy około 100 watów. Celem było wykorzystanie układu do zasilania sond kosmicznych dalekiego zasięgu.
Wiki
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.
Istnieje rozwiązanie korzystające z jednego cylindra i akumulatora ciepła. W takim rozwiązaniu jeden z końców cylindra jest "zimny", a drugi "ciepły".
Silnik Stirlinga nie ma rozrządu, nie korzysta ze spalania deflagracyjnego i nie ma wydechu, nie ma w nim źródeł hałasu – dzięki temu jest niemal bezgłośny. Jego podstawową zaletą jest to, że cykl Stirlinga jest bardzo zbliżony do cyklu Carnota, co zapewnia mu dużą sprawność[potrzebny przypis]. Ponadto kontrola procesu spalania paliwa może być znacznie lepsza niż w przypadku silnika tłokowego, co umożliwia utrzymanie niskiej toksyczności spalin. W praktyce silniki Stirlinga mogą osiągać bardzo duże wydajności (do 40%) w stosunku do silników spalinowych wewnętrznego spalania (maksymalnie 30%.)
Wadą silnika Stirlinga jest konieczność używania dużych powierzchni wymiany ciepła. Problem łagodzi zastosowanie wysokich ciśnień gazu roboczego, co z kolei sprawia trudności z uszczelnieniem. Ogólnie wadą silnika Stirlinga są koszty budowy, a nie zasada działania.
Próby zastosowania w pojazdach mechanicznych (autobusach) nie wyszły poza stadium eksperymentów. Był stosowany do napędu torped oraz w przenośnych agregatach prądotwórczych.
Silnik Stirlinga jest wykorzystywany np. do napędzania szwedzkich okrętów podwodnych typu Gotland jako ciche źródło napędu do "pełzania" w zanurzeniu. Rozważa się także stosowanie tego silnika do wytwarzania energii elektrycznej przy wykorzystaniu geotermalnych źródeł ciepła oraz energii słonecznej. W tym ostatnim zastosowaniu jest zdecydowanie sprawniejszy i tańszy od ogniw fotowoltaicznych.
Ostatnio najmodniejszym zastosowaniem silnika Stirlinga są układy CHP (kogeneracji produkcji ciepła i energii elektrycznej) małej mocy (do 34 kW). Generacja skojarzona czyli kogeneracja polega na wytwarzaniu energii elektrycznej i wykorzystaniu ciepła odpadowego, co w sumie daje bardzo wysoką sprawność. Kogeneracja z silnikiem Stirlinga jest nowoczesną, ale drogą inwestycją, gdzie łączna sprawność nie będzie konkurencyjna do np. od dawna stosowanych elektrociepłowni turbinowych czy układów kogeneracyjnych z klasycznym silnikiem spalinowym. Najciekawsza przyszłość rysuje się przed silnikiem Stirlinga w napędzie hybrydowym. Konkretnie w zastąpieniu silnika spalinowego generatorem elektrycznym, hermetycznie zblokowanym z silnikiem Stirlinga. Powyższy układ pozwala uniknąć problemów konstrukcyjnych występujących w silniku produkującym moc mechaniczną, wykazując przy tym zdecydowanie większą sprawność w stosunku do hybrydy typu silnik spalinowy - generator oraz niską toksyczność spalin bez konieczności stosowania katalizatora.
Firma Lockheed Martin dokonywała poprawek w testowym egzemplarzu radioizotopowego (źródłem ciepła jest 2,25 kg izotopu promieniotwórczego) generatora Stirlinga, który miał być gotowy wiosną 2008 roku. Znajdujące się w nim dwa silniki Stirlinga napędzają liniowy alternator o mocy około 100 watów. Celem było wykorzystanie układu do zasilania sond kosmicznych dalekiego zasięgu.
Wiki
