搜索機(jī)械制造原理：這發(fā)動(dòng)機(jī)，一看就不簡(jiǎn)單
2017-07-11 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
一、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是如何出現(xiàn)的
17和18世紀(jì)是個(gè)天才輩出的時(shí)代,在巴黎,1個(gè)銅板可以買3個(gè)天才。瓦特給蒸汽機(jī)加上了調(diào)速器,人類進(jìn)入了蒸汽時(shí)代,繼而有了火車、輪船。只是這個(gè)蒸汽機(jī)太耗煤,當(dāng)時(shí)有人認(rèn)為,如果用熱的氣體來(lái)代替蒸汽,就可以避免蒸汽因冷凝造成的熱損失。
英國(guó)的科學(xué)家羅伯特·斯特林(Robert Stirling)根據(jù)這一設(shè)想,于1816年發(fā)明了外部燃燒的閉式循環(huán)熱空氣機(jī),即“斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)”(Stirling Engine)。由于當(dāng)時(shí)缺乏良好地耐熱材料,而且那時(shí)法國(guó)的工程師尼古拉·萊昂納爾·薩迪·卡諾還沒(méi)有提出卡諾循環(huán),人們對(duì)熱氣機(jī)的性能了解很有限,已知機(jī)器的效率和功率都很低;19世紀(jì)中葉以后,隨著高效率的內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和石油的大量開(kāi)采,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作就停止了。
1938年,隨著荷蘭飛利浦公司重新研制斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),現(xiàn)代意義上的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了;不過(guò)一個(gè)做燈泡的公司研制發(fā)動(dòng)機(jī),有點(diǎn)難為他們了,如果是上汽做,肯定比他們做得好。隨著技術(shù)的進(jìn)步,人們采用了傳熱好、粘度小的氫氣或氦氣作為工質(zhì),研制成功了各種類型的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),將他們用于衛(wèi)星、汽車、輪船、潛艇、甚至人造心臟上。
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是一種封閉循環(huán)回?zé)崾桨l(fā)動(dòng)機(jī),它由燃料在外部燃燒加熱工質(zhì),工質(zhì)吸熱后膨脹推動(dòng)活塞做功,工質(zhì)被活塞壓縮時(shí)冷卻,如此循環(huán)。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)的連續(xù)工作,因此一般還需要一個(gè)配氣活塞和回?zé)崞?。根?jù)這些零件的配置和結(jié)構(gòu),一般可分為α、β和γ型。
二、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明者
斯特林,英國(guó)物理學(xué)家,熱力學(xué)研究專家。斯特林對(duì)于熱力學(xué)的發(fā)展有很大貢獻(xiàn)。他的科學(xué)研究工作主要是熱機(jī)。熱機(jī)的研制工作,是18世紀(jì)物理學(xué)和機(jī)械學(xué)的中心課題,各種各樣的熱機(jī)殊涌而出,不斷互相借鑒,取長(zhǎng)補(bǔ)短,熱機(jī)制造業(yè)興旺起來(lái),工業(yè)革命處于高潮時(shí)期。
三、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理
1816年蘇格蘭人羅伯特?斯特林發(fā)明了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),是一種用外部熱源加熱使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的外燃機(jī),外部熱源連續(xù)加熱發(fā)動(dòng)機(jī)的熱缸,外部冷源連續(xù)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的冷缸,適用于各種熱源,下面通過(guò)一個(gè)原理模型來(lái)介紹它的工作原理。
圖1是該原理模型的結(jié)構(gòu),模型有一個(gè)熱氣缸與一個(gè)冷氣缸(氣缸為剖面表示),熱氣缸上有吸熱片幫助吸熱,冷氣缸上有散熱片幫助散熱,兩個(gè)氣缸通過(guò)回?zé)崞鬟B通;在氣缸內(nèi)充有氣體作為工質(zhì),工質(zhì)不會(huì)向外泄漏。熱活塞可在熱氣缸中往復(fù)移動(dòng),冷活塞可在冷氣缸中往復(fù)移動(dòng),熱氣缸外有加熱源對(duì)氣缸內(nèi)氣體進(jìn)行加熱,冷氣缸外有冷卻源吸收氣缸內(nèi)氣體的熱量。
圖1 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)原理模型
加熱源由爐火表示,冷卻源用風(fēng)扇表示;回?zé)崞饔休^大的熱容量與很好的導(dǎo)熱性,比回?zé)崞鳒囟雀叩臍怏w通過(guò)回?zé)崞鲿r(shí),回?zé)崞魑諝怏w的熱量;比回?zé)崞鳒囟鹊偷臍怏w通過(guò)回?zé)崞鲿r(shí),氣體吸收回?zé)崞鞯臒崃?對(duì)于該模型我們假設(shè)回?zé)崞骺臻g容量很小(內(nèi)部氣體可忽略),假設(shè)氣缸導(dǎo)熱性能很好。
兩個(gè)活塞通過(guò)一個(gè)機(jī)構(gòu)相連接,按一定的規(guī)律移動(dòng)。下面將演示模型是如何工作的,圖2是運(yùn)行第一階段起始狀態(tài)。
圖2 斯特林循環(huán)——等溫壓縮
運(yùn)行開(kāi)始,機(jī)構(gòu)推動(dòng)冷活塞向左移動(dòng),熱活塞不動(dòng),冷氣缸中氣體被壓縮,向氣缸外放出的熱量由冷源吸收,氣體溫度不變。運(yùn)行下一步進(jìn)入第二階段,圖3是運(yùn)行第二階段起始狀態(tài)。
圖3 斯特林循環(huán)——等容升溫
機(jī)構(gòu)繼續(xù)推動(dòng)冷活塞左移,在氣體壓力與機(jī)構(gòu)控制下熱活塞與冷活塞同步左移,冷氣缸中的氣體通過(guò)回?zé)崞鬟M(jìn)入熱氣缸,氣體在通過(guò)回?zé)崞鲿r(shí)溫度升高氣壓升高。運(yùn)行下一步進(jìn)入第三階段,圖4是運(yùn)行第三階段起始狀態(tài)。
機(jī)構(gòu)控制冷活塞不動(dòng),高壓氣體膨脹推動(dòng)熱活塞向左移動(dòng),向外部做功,加熱源使熱氣缸中氣體在膨脹做功時(shí)溫度不變,減緩氣壓下降,熱活塞移動(dòng)到熱氣缸端頭。運(yùn)行下一步進(jìn)入第四階段,圖5是運(yùn)行第四階段起始狀態(tài)。
圖5 斯特林循環(huán)——等容冷卻
機(jī)構(gòu)控制熱活塞與冷活塞同步右移,氣體通過(guò)回?zé)崞鲿r(shí)把熱量傳給回?zé)崞?氣體溫度降低,氣體壓力下降,等到活塞移動(dòng)到氣缸端頭,整個(gè)運(yùn)行完成,四個(gè)階段構(gòu)成一個(gè)循環(huán),然后又進(jìn)入第一階段起始狀態(tài),開(kāi)始下一個(gè)循環(huán),這個(gè)循環(huán)稱為斯特林循環(huán)。
以下是斯特林循環(huán)模型的運(yùn)行動(dòng)畫(huà)
斯特林循環(huán)模型工作原理
以上是理想的斯特林循環(huán),理想的斯特林循環(huán)有很高的熱效率,上例中加熱源與冷卻源間歇工作是為了表示理想斯特林循環(huán)的實(shí)現(xiàn),實(shí)際上加熱源與冷卻源可連續(xù)工作,機(jī)構(gòu)仍可工作,只不過(guò)循環(huán)曲線的拐角會(huì)變得園一些,效率會(huì)低一點(diǎn)。根據(jù)該原理有多種結(jié)構(gòu)可近似實(shí)現(xiàn)斯特林循環(huán),在后面將擇主要介紹。
在實(shí)際應(yīng)用中也有按照這個(gè)基本原理結(jié)構(gòu)制成的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),輸出往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng),可直接帶動(dòng)直線發(fā)電機(jī)發(fā)電。
在上面斯特林循環(huán)圖的上方有一個(gè)熱力狀態(tài)坐標(biāo)圖,縱坐標(biāo)p是氣缸內(nèi)氣體的壓力,橫坐標(biāo)v是氣缸內(nèi)氣體的體積,稱之為壓容圖或p-v圖,是分析熱機(jī)效率的主要圖形之一。坐標(biāo)內(nèi)的閉環(huán)曲線就是氣缸內(nèi)氣體的壓力與體積的變化曲線,循環(huán)曲線的面積代表該斯特林機(jī)在一個(gè)循環(huán)所做的有用功,曲線上的紅點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)活塞的運(yùn)行狀態(tài)與位置。
四、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)分類
1、配氣活塞式
配氣活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)分為β型和γ型兩種?；镜摩滦退固亓职l(fā)電機(jī)只有一個(gè)氣缸,氣缸內(nèi)有一個(gè)配氣活塞和一個(gè)動(dòng)力活塞。配氣活塞的作用是將氣體按斯特林循環(huán)的規(guī)律在熱腔和冷腔內(nèi)轉(zhuǎn)移。動(dòng)力活塞的作用是在壓縮過(guò)程中將氣體壓縮,在膨脹過(guò)程中受氣體推動(dòng),輸出機(jī)械功。兩個(gè)活塞的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了完整的斯特林循環(huán)所需的氣體流動(dòng)過(guò)程。
γ型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和β型相似,區(qū)別在于動(dòng)力活塞和配氣活塞分別在兩個(gè)氣缸內(nèi)。兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣活塞的兩端壓力差都接近零,因此不需要設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu),但其活塞桿處有滑動(dòng)密封的要求。動(dòng)力活塞兩端的壓力差較大,靠近工質(zhì)的一端壓力最大值接近發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)壓力最大值,必須采用密封結(jié)構(gòu)以防止工質(zhì)泄漏和壓力損失。
2、雙活塞式
一臺(tái)完整的α斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)至少有兩個(gè)氣缸,每個(gè)氣缸中各有一個(gè)活塞。推動(dòng)工質(zhì)做等溫壓縮的活塞稱為冷腔活塞或壓縮活塞;工質(zhì)在等溫膨脹時(shí)向外做工而推動(dòng)的活塞稱為熱腔活塞或膨脹活塞。在實(shí)際的α型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)做功時(shí),兩個(gè)活塞在循環(huán)過(guò)程中都承擔(dān)著傳遞功率的功能;活塞兩端壓力差大,必須采用密封結(jié)構(gòu)以防止工質(zhì)泄露。但活塞桿或連桿則不需考慮密封。
五、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)
1、污染水平低
該產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程污染排放被控制在最低水平。熱氣機(jī)運(yùn)行時(shí),由于燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒,可以和空氣充分接觸,燃燒比較完全,燃料的燃燒值比較高,和內(nèi)燃機(jī)相比,大大降低了廢氣中CO、HC等有害氣體的排放,減少環(huán)境污染。
2、模塊化設(shè)計(jì)
該產(chǎn)品的模塊化設(shè)置使得Cleanergy太陽(yáng)能斯特林發(fā)電機(jī)能得到非常靈活的應(yīng)用,不僅可以獨(dú)立離網(wǎng)使用,還可集群成 100 兆瓦容量的發(fā)電機(jī)組,從而形成兆瓦級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電園區(qū)。
3、節(jié)省水資源
該產(chǎn)品利用氣體循環(huán)壓縮和擴(kuò)張來(lái)發(fā)電,是無(wú)水消耗的發(fā)電技術(shù),直接節(jié)省了水資源,而其他聚光太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)(CSP)則通過(guò)加熱水或液體產(chǎn)生水蒸氣帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的技術(shù),需要消耗大量水資源。
4、低成本發(fā)電
目前,該產(chǎn)品發(fā)電成本約為6歐分/度,僅為太陽(yáng)光伏發(fā)電成本的二分之一,在所有太陽(yáng)能發(fā)電解決方案中成本最低,隨著規(guī)?；\(yùn)營(yíng),發(fā)電成本尚存繼續(xù)下降空間。和內(nèi)燃機(jī)相比,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,減少了40%以上的零部件。沒(méi)有高精密的氣閥機(jī)構(gòu)、高壓噴油系統(tǒng),不用氣化和點(diǎn)火系統(tǒng),沒(méi)有需要良好潤(rùn)滑的活塞環(huán)等,制造成本低,便于維修保養(yǎng)。
5、高發(fā)電效率
該產(chǎn)品能有效利用太陽(yáng)熱能產(chǎn)生高于太陽(yáng)光伏發(fā)電(PV)兩倍效率的發(fā)電產(chǎn)出。同時(shí),該產(chǎn)品還能持續(xù)追蹤太陽(yáng),每天發(fā)電峰值持續(xù)8小時(shí),高于太陽(yáng)光伏發(fā)電每天發(fā)電僅維持峰值5小時(shí)的水平。此外,該產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)換效率不會(huì)遞減,而太陽(yáng)光伏發(fā)電的光電轉(zhuǎn)換效率每年都會(huì)衰減1%左右。
6、適用各種能源
無(wú)論是液態(tài)的、氣態(tài)的或固態(tài)的燃料,當(dāng)采用載熱系統(tǒng)(如熱管)間接加熱時(shí),幾乎可以使用任何高溫?zé)嵩?如:
生物質(zhì)能(柴火等)(太陽(yáng)能放射性同位素和核反應(yīng)等),而發(fā)動(dòng)機(jī)本身(除加熱器外)不需要作任何更改。同時(shí)熱氣機(jī)無(wú)需壓縮機(jī)增壓,使用一般風(fēng)機(jī)即可滿足要求,并允許燃料具有較高的雜質(zhì)含量。
太陽(yáng)能。這是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)較為常見(jiàn)的用途之一。
放射性同位素。常見(jiàn)于用于潛艇、深空的AIP系統(tǒng)。
7、不受氣壓影響
這是由于斯特林閉循環(huán)中工質(zhì)與大氣隔絕產(chǎn)生的。這使得它非常適合于高海拔地區(qū)使用。
8、噪音小
熱氣機(jī)在運(yùn)行時(shí),由于燃料的燃燒是連續(xù)的,因此避免了類似內(nèi)燃機(jī)的爆震做功和間歇燃燒過(guò)程,從而實(shí)現(xiàn)了低噪音的優(yōu)勢(shì)。這使得它可以用在潛艇上以得到較好的隱蔽性。熱氣機(jī)單機(jī)容量小,機(jī)組容量從20-50kw,可以因地制宜的增減系統(tǒng)容量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,零件數(shù)比內(nèi)燃機(jī)少40%,降價(jià)空間大,同時(shí)維護(hù)成本也較低。
六、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組件
1、冷卻器
位于回?zé)崞骱屠淝恢g,功能是將壓縮熱傳到外界,保證工質(zhì)在較低的溫度下進(jìn)行壓縮。
2、加熱器
加熱器是將外部熱源的熱能傳給工質(zhì),使其受熱膨脹。加熱器的一端與熱腔聯(lián)接,另一端與回?zé)崞髀?lián)接。
3、回?zé)崞?/strong>
串聯(lián)在加熱器和冷卻器之間,是循環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)內(nèi)部換熱器,它交替從工質(zhì)吸熱和向工質(zhì)放熱,使工質(zhì)反復(fù)地受到冷卻和加熱?；?zé)崞鞑⒉皇潜匦柩b置,但它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率影響極大。
在往復(fù)式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中,回?zé)崞鞯氖褂眉仁顾固亓盅h(huán)的熱效率明顯提高,但又增加了工質(zhì)的阻力和壓力損失,工質(zhì)吸熱、散熱交替進(jìn)行,限制了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,影響了功率的輸出。因此,優(yōu)化回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的核心技術(shù)問(wèn)題。
4、熱腔
始終處于循環(huán)的高溫部分,連續(xù)地將外部熱源傳給工質(zhì),在膨脹時(shí)相當(dāng)部分的工質(zhì)居于熱腔。因此其必須能承受高溫和高壓,大量的熱損失是由熱腔散失的。
5、冷腔
處于循環(huán)的低溫部分,和冷卻器聯(lián)接,壓縮熱量由冷卻器導(dǎo)至外界,在壓縮過(guò)程中有相當(dāng)一部分工質(zhì)居于冷腔。
七、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)如何自制
1、材料的準(zhǔn)備和加工
要制作一個(gè)飲料罐斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),你需要如下材料:10毫米厚的木板;10毫米厚的巴爾沙(輕木,做航模用的);1.5毫米直徑的金屬絲;釣魚(yú)線;1個(gè)氣球;5毫米邊長(zhǎng)的正方形木條;2個(gè)圖釘;1個(gè)曲別針;粘土;1個(gè)200毫升的鐵罐;硬紙板;蠟燭;釘子(或木螺釘);橡皮筋。
需要如下工具:鉗子、剪子、鋸、木膠、快干膠,潤(rùn)滑油。
它主要由木頭框架,金屬絲做的曲軸,鐵罐做的氣缸體,氣球做的隔膜幾部分組成。你可以很容易得到這些材料。木制的活塞通過(guò)魚(yú)線與曲軸聯(lián)接。
2、切割木板
你必須切割兩塊側(cè)板,2塊安裝鐵罐的木板和1塊底板,都要厚10毫米。你必須在側(cè)板打孔,使曲軸的金屬絲能夠穿過(guò),且順滑轉(zhuǎn)動(dòng)。
3、制作木制活塞
把幾塊輕木做的活塞用木膠粘在一起。用快干膠把一段魚(yú)線粘在活塞的正中。
注意:我用的鐵罐的直徑大約是50毫米,高度大約100毫米。如果你使用其它尺寸的罐子,當(dāng)然活塞的尺寸也要隨著改動(dòng),活塞與罐子之間留2到3毫米的縫隙就可以了。
4、制作隔膜
你可以用氣球來(lái)做隔膜。剪切氣球,并在上面粘貼紙板增加強(qiáng)度。在正中剪一個(gè)小孔,用來(lái)穿過(guò)魚(yú)線。注意小孔不可過(guò)大,魚(yú)線剛好能穿過(guò)即可。
5、制作連接木條和曲軸
制作2根邊長(zhǎng)5毫米的方木條,上面穿過(guò)曲軸的小孔要比曲軸略粗,保證摩擦力足夠小。用直徑1.5毫米的金屬絲彎曲成曲軸,可以直接比著木條來(lái)彎曲,保證尺寸一致。
6、組裝隔膜和曲軸系統(tǒng)
把隔膜用2個(gè)圖釘釘在木方底部。
7、組裝框架
組裝框架,要保證曲軸能夠非常順滑地轉(zhuǎn)動(dòng)。
8、組裝木活塞和曲軸系統(tǒng)
把粘貼在活塞上的魚(yú)線穿過(guò)隔膜,系在固定在曲軸上的曲別針上。
9、裝配鐵罐
把飲料罐的頂部切掉,緊緊安裝在支架上。把隔膜用皮筋綁在罐子上。調(diào)整魚(yú)線的長(zhǎng)度,使活塞上下運(yùn)動(dòng)卻碰不到罐子。最后在穿過(guò)曲軸的小孔里加一點(diǎn)潤(rùn)滑油。至此這個(gè)飲料罐斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)就完成了!
八、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用
1、斯特林太陽(yáng)能發(fā)電裝置
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域是作為太陽(yáng)能熱發(fā)電的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置。太陽(yáng)能是可再生能源,又是免費(fèi)能源,是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳動(dòng)力源泉。
太陽(yáng)能碟式發(fā)電系統(tǒng)利用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)外燃的特性,使用拋物面碟式聚光器將太陽(yáng)光匯聚在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱腔,加熱工質(zhì),使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工作,將太陽(yáng)熱轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,再經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)作為碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心組件,既適合分布式應(yīng)用,又適合大規(guī)模兆瓦級(jí)并網(wǎng)。目前碟式系統(tǒng)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化電能效率達(dá)到了33%,高于光伏電池的18-20%的水平。
相較太陽(yáng)能光伏發(fā)電板占用空間大,它更適合大型電力事業(yè)。采用太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù),避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝,可以大大降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本,是新能源利用的一個(gè)重要方向。
2、分布式能源系統(tǒng)的利用
(1)熱電聯(lián)產(chǎn)。燃料來(lái)源廣,環(huán)境污染小,非常適用于家庭熱電聯(lián)產(chǎn)。在大城市里可以以天然氣作燃料。在農(nóng)村可以燃燒如木屑、米糠、棉稈等各種農(nóng)林廢棄物,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組合,即可發(fā)電,又可利用冷卻水系統(tǒng)供應(yīng)熱水和采暖。美國(guó)STM公司和日本各自開(kāi)發(fā)成功了家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)用于民用。
(2)遠(yuǎn)距離發(fā)電、備用電力、電網(wǎng)支持等。在偏遠(yuǎn)地區(qū),直接使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電,可以大大降低架設(shè)網(wǎng)線的成本;在醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、電信等,作為備用電力應(yīng)急使用;電力系統(tǒng)在負(fù)荷高峰時(shí),使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電作為電力補(bǔ)充,可以降低運(yùn)行成本。
我國(guó)中航工業(yè)西航公司研發(fā)的兆瓦級(jí)碟式斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電站示范工程進(jìn)入實(shí)施階段,該兆瓦級(jí)太陽(yáng)能熱發(fā)電站由58臺(tái)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組成,標(biāo)志著我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電進(jìn)入實(shí)用階段。
3、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在中國(guó)的應(yīng)用
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)使用普通熱能,生產(chǎn)的是可再生能源,規(guī)?？纱罂尚?功率和效率不受海拔影響,利用的自由度非常廣,城市、農(nóng)村、平原、山地皆可使用。太陽(yáng)能直接、環(huán)保、免費(fèi)和可再生等優(yōu)點(diǎn)是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的最佳動(dòng)力。
中國(guó)太陽(yáng)能資源非常豐富,理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,中國(guó)大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時(shí)以上,與同緯度的其他國(guó)家相比,與美國(guó)相近,比歐洲、日本優(yōu)越得多,因而有巨大的開(kāi)發(fā)潛能。
4、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的其他應(yīng)用
(1)生物質(zhì)燃料能源發(fā)電。在瑞典,生物質(zhì)燃料直燃發(fā)電技術(shù)已經(jīng)基本成熟并得到規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電技術(shù)是目前生物質(zhì)能源利用方面的研發(fā)重點(diǎn)。歐、美、日等國(guó)家都在積極性進(jìn)行這方面的研發(fā)。
(2)低溫差動(dòng)力型。最先進(jìn)的當(dāng)屬美國(guó)威斯康辛大學(xué)Senft教授研制的Ringbom斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),只需0.5℃的溫差就能以60r/min的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。日本也研制出150W低溫差斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),工作溫差為100℃。低溫差斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)適合于作廢熱回收發(fā)電動(dòng)力。
(3)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)還被廣泛地應(yīng)用在水下動(dòng)力、空間站動(dòng)力、熱泵空調(diào)動(dòng)力等方面。
九、盤(pán)點(diǎn)世界上的那些變態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)
1、杜克發(fā)動(dòng)機(jī)
3.0升5缸無(wú)氣閥式結(jié)構(gòu),4500轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)力輸出215匹馬力,扭矩250磅英尺。功率輸出略微大于兩臺(tái)傳統(tǒng)3升發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率之和,重量卻只有1/5。革命性的無(wú)閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),讓它的擁有超高的動(dòng)力輸出、更高的燃料利用率、更少的運(yùn)動(dòng)部件和更緊湊輕便的身形。五缸軸向設(shè)計(jì),曲軸與活塞運(yùn)動(dòng)方向平行,五個(gè)活塞成星型通過(guò)往復(fù)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。往復(fù)機(jī)與主軸中心相同,運(yùn)動(dòng)方向相反,令整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)異常平穩(wěn),甚至不會(huì)顛翻放在上面的一枚豎立的硬幣。
2、Duke無(wú)氣閥五缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)
來(lái)自新西蘭的Duke無(wú)氣閥五缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī),五缸結(jié)構(gòu)可以輸出相當(dāng)于傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)六缸的動(dòng)力。無(wú)氣閥設(shè)計(jì),取消了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜的氣門、曲軸閉鎖系統(tǒng)。重量更輕,只有相當(dāng)功率傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)重量的70%。結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,所需部件更少,制造成本更低。
3、星型發(fā)動(dòng)機(jī)
星型發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性高,重量輕,功率提升潛力大,維修性和生存性也不錯(cuò),一般星型發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸組數(shù)是奇數(shù)個(gè),有5缸,7缸,9缸,為了增加功率還可以將其多排疊加,將多個(gè)汽缸組排成好幾排,最多竟然能到4排×7缸,普·惠公司的巨黃蜂 R-4360達(dá)到28個(gè)汽缸。
4、奎西發(fā)動(dòng)機(jī)
奎西發(fā)動(dòng)機(jī)是一種基于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī),與一般轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的三葉片不同,奎西發(fā)動(dòng)機(jī)使用了四部分組成的鏈條式轉(zhuǎn)子,使得其具有四個(gè)沖程,兼顧了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。是一種體積小、馬力大、低轉(zhuǎn)速、大扭矩,可使用多種新型能源的新型發(fā)動(dòng)機(jī)。
5、潛式微型橢圓齒輪發(fā)動(dòng)機(jī)
這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)重量?jī)H有5.6公斤,采用四沖程,符合國(guó)際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),封閉潤(rùn)滑系統(tǒng),保證24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),使用壽命6-10年,無(wú)需維護(hù)!廣泛用于航空、船舶、汽車工業(yè)。
6、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)
是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一種,由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(Turbojet)發(fā)展而成。 與渦輪噴氣比較,主要特點(diǎn)是首級(jí)壓縮機(jī)的面積大很多,同時(shí)被用作為空氣螺旋槳(扇),將部分吸入的空氣通過(guò)噴射引擎的外圍向后推。發(fā)動(dòng)機(jī)核心部分空氣經(jīng)過(guò)的部分稱為內(nèi)涵道,僅有風(fēng)扇空氣經(jīng)過(guò)的核心機(jī)外側(cè)部分稱為外涵道。渦扇引擎最適合飛行速度400至1,000公里時(shí)使用,因此現(xiàn)在多數(shù)的飛機(jī)引擎都采用渦扇作為動(dòng)力來(lái)源。
7、水平對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)
水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)活塞平均分布在曲軸兩側(cè),在水平方向上左右運(yùn)動(dòng)。使發(fā)動(dòng)機(jī)的整體高度降低、長(zhǎng)度縮短、整車的重心降低,車輛行駛更加平穩(wěn),發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在整車的中心線上,兩側(cè)活塞產(chǎn)生的力矩相互抵消,大大降低車輛在行駛中的振動(dòng),使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到很大提升,減少噪音。
8、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)
一般發(fā)動(dòng)機(jī)是往復(fù)運(yùn)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī),工作時(shí)活塞在氣缸里做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),為了把活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),必須使用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)則不同,它直接將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)扭矩。與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相比,轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)取消了無(wú)用的直線運(yùn)動(dòng),因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸較小,重量較輕,而且振動(dòng)和噪聲較低,具有較大優(yōu)勢(shì)。
9、OPOC對(duì)置活塞對(duì)置汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)
OPOC對(duì)置活塞對(duì)置汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)其實(shí)就是一臺(tái)有兩個(gè)氣缸但實(shí)際效果卻有四個(gè)氣缸的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī),其中一個(gè)氣缸內(nèi)的活塞是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。
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