Двигатель Стирлинга

Дви́гатель Сти́рлинга, двигатель внешнего сгорания с внешним подводом и регенерацией тепловой энергии, преобразуемой в механическую работу. Назван по имени английского изобретателя Р. Стирлинга (1790–1878), который в 1816–1840 гг. запатентовал несколько двигателей с незамкнутым термодинамическим циклом, работавших на подогреваемом воздухе (первый двигатель пущен в 1845 на литейном заводе в Дании). Современный двигатель Стирлинга работает по замкнутому регенеративному циклу (циклу Стирлинга), состоящему из последовательно чередующихся двух изотермических и двух изохорических процессов. Рабочее тело двигателя Стирлинга (гелий или водород под давлением 10–20 МПа) находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется, а лишь изменяет объём при нагревании и охлаждении. Для предотвращения потерь теплоты применяется регенератор (регенеративный теплообменник), который размещается между нагревателем и охладителем (как бы разделяет пространство на горячую и холодную полости); представляет собой камеру, заполненную пористым материалом, которому рабочее тело (горячий газ) до поступления в холодильник отдаёт теплоту, а когда газ течёт обратно, регенератор возвращает ему запасённую теплоту до того, как газ поступает в нагреватель. В двигателе Стирлинга топливо сжигается в форсунках (горелках), их пламя направлено на нагреватель, от которого теплота подводится к горячей полости, от холодной полости отводится охладителем с циркулирующей водой. В двигателе Стирлинга используются 2 поршня – вытеснитель (обеспечивает периодичность нагрева и охлаждения газа), который соединён с рабочим поршнем (сжимает газ в холодной полости и позволяет ему расширяться в горячей). Преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала осуществляется ромбическим механизмом, кривошипно-ползунным механизмом.

Рабочий цикл двигателя Стирлинга осуществляется за 4 такта:

• сжатие;

• нагревание;

• рабочий ход;

• охлаждение.

Теоретически кпд двигателя Стирлинга вследствие регенерации теплоты может быть равен кпд двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Карно, в действительности же только приближается к кпд дизеля. Созданы опытные конструкции двигателя Стирлинга для работы на автомобилях, судах, в стационарных условиях.