LoginRandom Images |
StirlingMotorA Kokums svéd tengeralattjárók Stirling motorja nem publikus. A(z általam ismert) legjobb leírás jól sikerült Stirling motorról az ASE (Automotive Stirling Engine). Ez egy 1000-4000 RPM-es, 60kW-os, 38%-os gép (a meleg oldal 820C). Fajlagos teljesítménye és sorozatgyártási költsége 1kW-ra kb 4kg ill. 300 USD (1997-es áron, betanított munkás kb ~50 órányi munkabére). Nyilván a költség sorozatgyártásban alacsonyabb (a cikk szerint hasonló dízellel összevethető, szerintem a dízelnél legalább kétszer drágább), prototípusé magasabb. Persze Stirling motornak nem a legfontosabb alkalmazása ez. Jó dinamikát egyébként a gáz közepes nyomásának szabályozásával értek el (és persze a nyomatékváltót is megtartották). Nagyon figyelemreméltó írás ! Kezdjük a fenti ASE cikkel ! A lentiek jó része (sajnos) korábban, az ASE ismerete nélkül íródott. Olvassuk el elõször a KalorikusGépek oldalt. A legfontosabb tudnivalók az
A fentieket ne hagyjuk ki ! Stirling motor ismertetõ (fénykapu cikk). A Stirling alapjai (pl. a regenerátor fontossága - igaz, számok nélkül. Nagyon is igaza van) Holt tér: a gépnek ill. a regenerátornak az a része, ahol expanziókor viszonylag alacsony, vagy kompressziókor viszonylag magas hõmérsékletû gáz található. Ez ugyebár nemkívánatos: a teljesítményt és a hatásfokot csökkenti. A Stirling motorban a munkaközeg nem hagyja el a készüléket. "Csak a hõt kell beadni egyik ponton, és kivenni a másikon" - mindezt a holt tér minimalizálásával. Ez általában igen körülményes, és a stirling motorok teljesítménysûrûségét W / kg -ban mérhetjük (10-20W / kg már igen jó!), a gázturbinák és TeslaTurbina kW / kg -ja helyett. Röviden az a probléma, hogy a nagy felületet igénylõ hõcserét Stirling motorban (a dugattyú lökettérfogatához képest) igen kis belsõ térfogatban kell megvalósítani (regenerátor + hõbevitel). Ugyanerre Ericsson ciklus esetén ( gázturbinában vagy dugattyús, szelepes gépben) tetszõleges térfogat áll rendelkezésre. Összefoglaló - következtetés hosszas elemzés után (ha használható, 40+ W-os motort akarunk, nem csak jópofa játékot):
Wikipedián (?) láttam egy emberi léptékû, állítólag "55 kW -os" stirling motort, ott gázégõvel hevítették. (lehet, hogy 55 kW gázhõ és kb 10kW elektromos teljesítmény ? Legalábbis hihetõbb lenne). Vagy pedig 100-200 bar körüli nyomással dolgozott.
Kb 80..150W-os Stirling-motor építhetõ 2-hengeres (eredetileg 1.8kW-os) V2-es (90 fokos hengerelfázisú) kompresszorból: video szinte hihetetlenül egyszerû módon: a visszacsapószelepek lezárásával, és fémforgáccsal megtöltött regenerátor (-csõ) alkalmazásával. Használtan beszerezve kb 1000 EUR / kW végeredmény. Aki még nem épített Stirling gépet, mindenképpen ezzel kezdje ! Érdemes 5bar-os H2-vel megtölteni (ne robbanjunk fel közben!). Stirling motorként az eredetinél kisebb fordulattal üzemeltethetõ elfogadható hatásfokkal. Kötelezõ olvasmány: Ericsson ciklus igaz, hogy van benne szelep, de a legkisebb játékokat kivéve ez megéri az egyéb elõnyök miatt. A Stirling-Stirlinghez képest Nagyobb térfogat áll rendelkezésre a hõcserére. Mellesleg az Ericsson ciklus használható:
Általános ismertetõ - korábban nem láttam ehhez fogható jó összefoglalást. Apróság: a Rankine ciklusnál fel van cserélve a toluol és a vízgõz (de ez a szövegbõl kiderül). Ahol gyakorlati fejlesztés folyik: lásd Archimedesz project. Philips 200W-os Stirling generátor Becslés: kb. 40kg lehet (~5W/kg), kb. akkora, mint egy 1kW-os benzinmotoros generátor.
Teljesítmény becslés
Játék: ForgóStirling (English page: RotaryMoonStirlingEngine)
Egy másik helyen naptükrös alkalmazásnál a wikipedia azt mondja, stirling motorral tartják a hatásfok rekordot 31% (gondolom körfolyamat-hatásfok) értékkel. Ez a "rekord" kissé túlzás, mert még fosszilis égetésekor is elérték a 60%-os hatásfokot kombinált ciklusú (azaz GázTurbina és hulladékhõjével GozTurbina), NapKollektor-ral pedig két okból is jobb hatásfokot lehet elérni, mint fosszilis égetésével: magasabb hõmérsékletet tesz lehetõvé, és mivel nem kell friss levegõt szívni, alacsony nyomásviszonyú GázTurbina alkalmazható (pl. 8bar He => 15bar He) anélkül, hogy a méretek nagyon megnövekednének (1bar levegõ => 1.9bar kis fajlagos teljesítménnyel járna). Az a vezérlési megoldás látszik praktikusnak, ahol a lendkerék két oldalán van a két dugattyú-hajtókar (összehangolt) vezérlése.
A bonyolultabb "rhombic-drive" meg ilyesmi inkább maszturbációnak tûnik (feleslegesen sok csapágy és alkatrész; a himbás megoldásnál is jóval bonyolultabb), elõnyét megmondani nehéz. Az, amikor a dugattyún átmegy a kiszorítónak a vezérlése (rúdja), igazi kretén elrendezés (tömítések szempontjából). Több helyen azt írják, a regenerátor nagyon fontos a jó hatásfokhoz. Ez a gép is menne, regenerátor nélkül is, de roppant lassú forgás engedhetõ meg a jó hõcseréhez, ezért vagy a hatásfok, vagy a fajlagos teljesítmény gyalázatos. Másik különbség, hogy kell-e bele dugattyúgyûrû vagy sem. Sok esetben membránnal helyettesítik (pl. ha játékról van szó: gumikesztyûvel). Cell nem tervezi stirling motor (vagy akár számítógépes modell) készítését. De azért csak gyûjtsétek a tapasztalatokat, linkeket. Ha valaki ilyet épít, pláne, ha 1kW körüli méretet eléri, feltétlen számoljon be róla. Holt tér hatása: becslés Egyszerű modell segítségével becsüljük meg a holt tér hatásfokra gyakorolt hatását. A holt térben (a regenerátorban és az egyéb holt térben) köztes hőmérséklet uralkodik: Kompresszió:
Expanzió:
pV = nRT alapján, minden térrészre különfelírva, ha az egész térben állandó nyomást feltételezünk - és persze szumma(nR) = állandó Középhelyzetben p nyomás a T hőmérséklet V szerint súlyozott átlagával lesz arányos: 480K ill. 720K ami 33% termodinamikai hatásfokot sugall... (egyébként 100 / 150 kPa értéknek felel meg, ami majdnem egyezik John Ericsson a Caloric ship mérnökének adott "max +8 psi", azaz 155 kPa instrukcióval - igaz az nem Stirling hanem Ericsson ciklusú volt). Az kétségtelen, hogy a holt tér a kivehető teljesítményt csökkenti. De hogyan hat a hideg oldalon kiveendő hőre ? Mert ha esetleg az is arányosan csökkenne, akkor a hatásfok magas maradna - sajnos nem ez a helyzet: magasabb nyomáson komprimáláskor (az isotherm hőmérséklet megtartásához) több hőt kell kivenni (egészen pontosan a bevitt mechanikai munkát) vagyis a hatásfok romlik: kb. a súlyozott hőmérsékletek szerint. A schmidt modell mit mond ? Szelepes megoldás Végh Ferencnek valami Stirling (és gõz) megszállott ismerõse azt hozta ki, hogy az egyik legjobb Stirling elrendezés:
Ennek ciklusa: (mikor ezt írtam, nem igazán tudtam összevetni az Ericsson ciklussal; ezért lehet, hogy Ericsson ciklusú "Stirling" gép - nehéz eldönteni)
Hogy mennyire a "ciklus vége felé", ez jó kérdés (sok tényezõtõl függ). Elõnye a 2-dugattyús 90 fokos "alpha" megoldáshoz:
Hátránya:
Lásd még: minto kerék (ahol szintén nem hagyja el a közeg a szerkezetet, de kétfázisú "Rankine": folyadék ill. gáz fázis is van). Mivel a nyomást nem használja ki hajtásra kellõképpen, csak amennyi a hidrosztatikai nyomáshoz kell (felnyomja a gépen belül: 10m-es keréknél ~1bar; a szokásos min 10bar-os Rankinhoz 100m magas óriáskerék gép kellene!), ez eredeti formában csak játék. (a Heron-labda elég nagy fordulat esetén már komolyabb energiaátalakító lehet !) Úgy tudom a magyar fejlesztésű solo-duo autóba stirling motort is használnának erőforrásként, és már van is működő egységük (persze nem sorozatban). Vajon
A leghuteses motoroknal az egesho kb 10%-at kell leghutessel elvezetni, mert (ha 20%-a a tengelyre kerul) a 70% a kipufogon megy ki. Ha a ho 100%-at kell elvezetni a gaz elvezetese nelkul, az biztosan nagyon problemas es draga. Az a tippem, hogy 40kW -ra egy fa/vegyes-tuzelesu GozKazan -t és TeslaTurbina -t (vagy akár RadiálDugattyúsMotor -t kisebb súlyban és térfogatban összehoznánk, mint stirlingmotorbol egy benzinest. (tehat a fatüzelésû égésteret és benne a csõkazánt kisebben kialakítjuk, mint a stirling-motornál a hõelvezetést). Ha valakinek vannak konkrét adatai, vagy akárcsak becslései, rója ide.
Folyadékdugattyús alfa-stirling Ha fluidyne pumpaként használjuk, akkor 1bar körüli nyomáson jár, kis fajlagos teljesítménnyel. Viszont hidraulikus motorhoz nagyobb nyomásra méretezett rendszernél a fajlagos teljesítmény jóval nagyobb lehet. A folyadékdugattyú kis súrlódással jól tömít nagy nyomás esetén is.
|
Powered by TikiWiki CMS/Groupware