Stirlingo variklis

Stirlingo variklis (dar. Stirlingo karšto oro variklis) – variklis kurį sudaro du cilindrai, kurių vienas yra karštasis, o kitas – šaltasis.

Stirlingo variklis. Alfa tipas su dviem cilindrais

Stirlingo variklis. Vieno cilindro Beta tipas

Paskirtis

Stirlingo variklio idėja buvo sugalvota 1816 metais. Jo išradėjas ir patento autorius Robertas Stirlingas tikėjosi, jog įtaisas taps sėkmingu konkurentu garo varikliui, tačiau iki pat šiandien jis naudojamas itin retai. Pats variklis pasižymi palyginti dideliu naudingumo koeficientu ir įdomiomis pritaikymo galimybėmis.

Tai – ne pirmasis bandymas sukurti vadinamąjį „karšto oro“ variklį, tačiau bene pirmasis, kuris buvo pritaikytas praktiškai.

Veikimo būdas ir sandara

Variklio konstrukcija yra tokia, kad jis yra perskirtas į mažiausiai dvi skirtingos temperatūros dalis. Šaltesnėje dalyje darbinės dujos (pavyzdžiui, oras) yra suslegiamos, o karštesnėje dalyje jos plečiasi. Šis termomechaninis ciklas yra panaudojamas naudingam mechaniniam darbui atlikti. Skirtingai nuo tipinių vidaus degimo variklių, darbinės dujos cirkuliuoja uždarame cikle – jos nėra išmetamos lauk, kaip kad benzino arba dyzelino degimo produktai.

1818 m. R. Stirlingas pagamino šiuo principu veikiantį modelį, kuris buvo naudojamas kasyklose vandeniui pumpuoti. Esminis išradėjo patento aspektas buvo šilumokaitis – pats autorius jį vadino „ekonomiškumo didintoju“ (angl. economiser), kadangi įtaisas padidindavo energetinį agregato efektyvumą. Patente taip pat buvo detaliai aprašytas vienos šilumokaičio modifikacijos pritaikymas konstruojant unikalų uždaro ciklo oro variklį – šį konstrukcija dabar yra žinoma regeneratoriaus pavadinimu. Vėliau R. Stirlingas kartu su savo broliu Džeimsu užpatentavo dar keletą įvairių patobulintų pradinio variklio modifikacijų. Pavyzdžiui, 1843 m. sukurtas sandarios konstrukcijos variklis. Jo galia buvo pakankama ištisos geležies liejyklos mechaniniams agregatams varyti.

Dėl išradimo paskirties istorikai ginčijasi iki pat dabar. Manoma, jog vienas motyvų buvo sukurti variklį, kuris pasižymėtų didesne kuro sąnaudų ekonomija. Kai kurie tyrinėtojai taip pat teigia, jog išradėjai siekė sukurti saugesnę alternatyvą to meto garo varikliams, kurių boileriai neretai sprogdavo, taip sužeisdami ar užmušdami daug žmonių.

Norint išgauti didelę Stirlingo variklio galią ir efektyvumą, jie turėdavo veikti esant aukštai darbinei temperatūrai. Aukščiausią galimą temperatūrą ribojo to meto medžiagų atsparumas. Tie keli pirmaisiais dešimtmečiais pagaminti varikliai gesdavo nepriimtinai dažnai. Nors gedimų pasekmės buvo gerokai „taikesnės“ lyginant su boilerių sprogimais, Stirlingo variklius netrukus pakeitė garo varikliai. Karštasis cilindras sujungtas su kaitintuvu, užkaitintuvo įrengtas regeneratorius, toliau – aušintuvas, kuris sujungtas su šaltuoju cilindru. Visa sistema uždara ir užpildyta suslėgtomis azoto, helio, vandenilio dujomis arba oru. Degimo kameroje sudegus kurui degimo produktai per kaitintuvą perduoda šilumą kaitintuve esančioms dujoms. Aušintuve esančios dujos aušinamos iš išorės apliejant aušintuvą vandeniu arba apgaubiant oru. Slėgio svyravimas sukuria darbą, kuris perduodamas per alkūninį veleną. Regeneratoriaus paskirtis – akumuliuoti šilumą. Atidirbę degimo produktai kaitintuve gali būti naudojami šilumai gaminti.

Nuorodos

• Stirlingo variklio analizė. Aut. I. Urieli (2008 m., anglų k.) Archyvuota kopija 2012-02-23 iš Wayback Machine projekto.