مکانیک

موتورهاي استرلینگ

موتورهاي استرلینگ

مقدمه

موتور استرلینگ موتورهاي گرما- کاري هستند که حرارت را تبدیل به جنبش می کنند و نسبت به موتور بنزینی و دیزلی کارآیی بیشتري دارند.

امروزه چنین موتورهایی براي موردهاي خاص استفاده می کنند

مثل زیر دریایی یا قایق خصوصی.

گازهایی که درون موتور استرلینگ استفاده می شود هرگز از موتور خارج نمی شوند.

در چنین موتورهایی هیچ احتراقی صورت نمی پذیرد، هیچ اگزوزي وجود ندارد و

هیچ صداي انفجاري شنیده نمی شود به همین دلیل چنین موتورهایی فاقد صدا هستند.

این موتورها از منبع گرمایی خارجی مثل آتش استفاده می کنند.

گرما به گاز درون سیلندر گرم شده اضافه می شود. همین امر سبب ایجاد فشار می گردد و پیستون را به سمت پائین می برد.

زمانیکه پیستون راست پائین میرود پسیتون چپ به سمت بالا برده می شود.

سپس گاز گرم را به سیلندر خنک شده وارد می نماید که خیلی سریع گاز را خنک می سازد و فشار آنرا پائین می آورد. پیستون سیلندر خنک شده گاز را، فشرده می سازد.

گرماي ایجاد شده توسط چنین فشرده سازي توسط منبع خنک سازي خارج می گردد.

موتور استرلینگ فقط نیرو را در مدت بخش اولیه چرخش بوجود می آورد.

دو روش اساسی جهت افزایش نیروي خارجی چرخه استرلینگ وجود دارد:

در مرحله اول، فشار گاز گرم شده بر پیستون فشار وارد می آورد.
افزایش فشار در این مرحله نیروي خارجی موتور را افزایش میدهد.

یک روش افزایش فشار، افزایش درجه حرارت گاز است


موتورهاي استرلینگ چگونه کار می کنند؟

موتور استرلینگ یک موتورحرارتی است که اختلاف زیادي با موتورهاي احتراق داخلی در اتومبیل دارد که در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ اختراع شد.

موتور استرلینگ قابلیت بازدهی بیشتري نسبت به موتورهاي بنزینی و دیزلی دارد.

اما امروزه موتورهاي استرلنگ فقط در برخی کاربرد هاي خاص مانند زیر دریاییها یا ژنراتورهاي کمکی در قایق ها که عملکرد بی صدا مهم است استفاده می شود.

اگر چه موتورهاي استرلینگ به تولید انبوه نرسید اما برخی اختراعات پرقدرت با این موتور کار می کند.

موتورهاي استرلنگ از چرخه استرلنگ استفاده می کند که مشابه چرخه هاي استفاده شده در موتورهاي احتراق داخلی نیست.

گاز استفاده شده در داخل موتورهاي استرلنگ هیچ وقت موتور را ترك نمی کند و مانند موتورهاي دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گازهاي پر فشار را تخلیه می کند و محفظه احتراق وجود ندارد .

به همین علت موتورهاي استرلنگ بسیار بی صدا هستند .

چرخه استرلینگ از یک منبع حراتی خارجی که می تواند هر چیزي از بنزین و انرژي خورشیدي تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندرهاي موتور رخ نمی دهد .

صدها راه وجود دارد که یک موتورهاي استرلنگ ایجاد کنیم .

در این مقاله ما درمورد چرخه استرلینگ و چگونگی کار انوع مختلف این موتورمطالبی می آموزیم .


چرخه استرلینگ:

قاعده اصلی کار موتور استرلنگ این است که مقداري گاز داخل موتور محفوظ شده است .چرخه استرلینگ شامل یک سري رویداد است که فشار گاز داخل موتور را تغییر می دهد و سبب ایجاد کار می شود .

چند خاصیت مهم گاز وجود دارد که براي عملکرد موتورهاي استرلنگ مهم است :

اگر مقداري گاز محبوس در یک حجم ثابت از فضا داشته باشید و شما به آن گاز حرارت بدهید , فشار گاز افزایش خواهد یافت .
اگر مقداري گاز محبوس داشته باشید و آن را فشرده کنید (حجم آن را در فضا کاهش دهید ) ، دماي آن گاز افزایش خواهد یافت .

اجازه دهید به هر کدام از مراحل سیکل استرلینگ ، هنگامی که به موتور ساده شده استرلینگ نگاه می کنیم برویم

موتور ساده شده ما از دو سیلندر استفاده می کند. یک سیلندر به وسیله ي یک منبع خارجی گرما، گرم می شود (مثل آتش) ودیگري به وسیله ي یک منبع سرد خارجی ، سرد می شود (مثل یخ ).محفظه گاز دو سیلندر به هم
متصلند ، وپیستون ها به طور مکانیکی به وسیله ي یک اتصال که چگونگی حرکت انها را معین می کند به یکدیگر متصلند .

دو پیستون در انیمیشن بالا تمام مراحل سیکل را انجام می دهند .

سیکل استرلینگ 4 مرحله دارد :

-1 حرارت به گاز داخل سیلندر گرم منتقل می شود (چپ) و سبب ایجاد فشار می شود این فشار پیستون را مجبور می کند تا به سمت پایین حرکت کند و این قسمتی از سیکل استرلینگ است که کار انجام می دهد .

-2 هنگامی که پیستون راست به طرف پایین حرکت میکند پیستون چپ بالا می آید .این جابجایی گاز داغ را به داخل سیلندر سرد می راند ، که به سرعت گاز داخل منبع سرد را ، سرد می کند و فشار آن کاهش می یا بد .این عمل
فشرده کردن گاز را در قسمت بعدي سیکل ساده تر می کند .

-3 پیستون داخل سیلندر سرد (راست) شروع به فشرده کردن گاز می کند و گرماي تولید شده توسط این متراکم سازي به وسیله ي منبع سرد حذف می شود .

-4 هنگامی که پیستون چپ پایین می رود پیستون سمت راست بالا می آید .این عمل گاز را به داخل سیلندر گرم می راند ،که به سرعت گرم شده و فشار ایجاد می کند .در این هنگام سیکل تکرار می شود .
موتوراسترلنگ فقط در طول مرحله اول سیکل نیرو تولید می کند .

در این جا دو روش براي افزایش قدرت خروجی از سیکل استر لیتگ وجود دارد :

افزایش قدرت خروجی در مرحله اول :

در مرحله اول سیکل، فشار گاز گرم،پیستونی که کار انجام می دهد

را می راند ، افزایش فشار در طول این قسمت از سیکل قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد .

یک راه افزایش فشار،افزایش دماي گاز است . هنگامی که ما بعدا به دو پیستون موتور استرلنگ در این مقاله نگاه کنیم خواهیم دید که چگونه یک وسیله که ریجناتور نامیده می شود قدرت خروجی موتور را به وسیله ي حرارت ذخیره شده ي لحظه اي بهبود می بخشد .

کاهش قدرت استفاده شده در مرحله 3 :در مرحله سوم سیکل ، پیستون روي گاز کار انجام می دهد و از قسمتی ازکار ایجاد شده در مرحله اول استفاده می کند . کاهش فشار در طول این مرحله از سیکل، می تواند قدرت
استفاده شده در این مرحله را کاهش دهد (و به طور موثر قدرت خروجی افزایش می یابد ). یک راه کاهش فشار سرد کردن گاز در دماي پایین تر است

این بخش سیکل ایده آل استرلینگ را توضیح داد .کار واقعی موتور به دلیل محدودیتهاي طراحی فیزیکی مقداري با سیکل ایده آل اختلاف دارد .

در دو قسمت بعدي ما نگاهی به دو نوع مختلف موتورهاي استرلنگ می کنیم .

تحلیل نوع جابجا شونده موتور ساده تر است بنابراین ما این نوع را شروع می کنیم .

نوع جابجا شونده موتور استرلینگ :

به جاي داشتن دو پیستون ،نوع جابه جا شونده یک پیستون دارد که جابه جا می شود .جابه جا کننده براي کنترل موقعی که مخزن گاز گرم و یا موقعی که سرد است به کار می رود .این نوع موتور استرلینگ اغلب به صورت
نمایشی در کلاس درس استفاده می شود . شما حتی می توانید قطعات آنرا براي سر هم کردن بخرید .

به عبارتی حرکت موتور بالا مستلزم یک اختلاف دما بین بالا و پایین سیلندر بزرگ است . در این مورد ، اختلاف بین دماي دستتان و هواي اطراف آن براي چرخش موتور کافی است.

در این موتورها

-1 پیستون قدرت : که پیستون کوچکتر در بالاي موتور است و به طور محکم محفوظ شده است وبه علت انبساط گاز داخل موتور بالا می آید .

-2 جابه جا کننده :

این پیستون در داخل سیلندر بسیار آزاد است بنابراین هوا به سادکی بین قسمت گرم و سرد موتور هنگامی که پیستون بالا و پایین می رود می تواند حرکت کند .

جابه جا کننده بالا و پایین می رود تا گاز داخل موتور گرم و سرد شود .


دو موقعیت براي این حالت وجود دارد :

هنگامی که جابه جاکننده نزدیک بالاي سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور توسط منبع گرم ، گرم و منبسط شده است و فشار ایجاد شده درداخل موتور، نیروي بالا برندگی پیستون را ایجاد می کند .
هنگامی که جابه جاکننده نزدیک کف سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور سرد و متراکم شده است که سبب افت فشار می شود و پایین آمدن پیستون قدرت را ساده تر می کند و گاز فشرده می شود .
موتور مکررا گاز گرم وسرد می کند و از گاز منبسط و منقبض شده انرژي دریافت می کند .

ما نگاهی به موتور استرلینگ دو پیستونه خواهیم داشت .

موتور استرلینگ دو پیستونه:

در این موتور ،سیلندر به وسیله ي مشعل خارجی گرم می شود .

سیلندر سرد با جریان هوا سرد شده و در آن بالا و پایین می رود تا به فرایند سرد شدن کمک کند .

میل رابط هر پیستون به یک دیسک کوچک متصل است که در حال چرخیدن به یک فلایویل بزرگ متصل است و هنگامی که نیرویی توسط موتور تولید نمی شود باعث تداوم حرکت پیستون می شود .

-1 در قسمت اول سیکل ، فشار تولید می شود و پیستون را به حرکت به سمت چپ مجبور می کند و کار صورت می گیرد . پیستون سرد چون در موقعیتی است که در حرکت خود تغییر جهت خواهد داد تقریبا ساکن باقی می ماند .

-2 در مرحله بعدي ، هر دو پیستون حرکت می کنند ،پیستون گرم به سمت راست و پیستون سرد به سمت بالا حرکت می کند . این عمل گاز را بیشتر به سمت رجیناتور و پیستون سرد حرکت می دهد .رجیناتور وسیله اي است که به طور موقت حرارت را می تواند ذخیره کند و از شبکه سیمی که گاز گرم از بین آن عبور می کند ساخته شده است .سطح بزرگ شبکه سیمی، حرارت را جذب می کند وآن را به آرامی به محیط سرد می دهد .
-3 پیستون در سیلندر سرد شروع به متراکم کردن گاز می کند .گرماي ایجاد شده توسط این تراکم به واسطه ي سطح سرد از بین می رود .

-4 در آخرین مرحله سیکل هر دو پیستون حرکت می کنند ، هنگامی که پیستون گرم به سمت چپ حرکت می کند پیستون سرد به سمت پایین حرکت می کند .

این عمل گاز اطراف رجیناتور (جایی که در طول سیکل قبلی گرما را ذخیره کرده بود ) را به داخل سیلندرگرم می راند .در این لحظه سیکل دوباره تکرار می شود.

شما ممکن است از اینکه هیچ درخواستی براي تولید انبوه موتور استرلینگ نبوده است تعجب کرده باشید .
در بخش بعدي ما به برخی دلایل آن اشاره می کنیم.

 

چرا موتورهاي استرلینگ متداول نیستند؟

دو ویژگی وجود دارد که ساخت موتورهاي استرلینگ را براي استفاده در بسیاري از کاربردها مانند بسیاري از ماشین ها و کامیون ها غیر عملی می کند.

به دلیل اینکه منبع حرارت در خارج است براي موتور مقداري طول می کشد تا به تغییرات گرمایی داخل سیلندر عکس العمل نشان دهد. براي انتقال حرارت بین دیواره هاي سیلندر و گاز داخل موتور زمانی صرف می شود .

این بدین معناست که :

موتورقبل از اینکه کار مفید را ایجاد کند به مقدارزمانی نیاز دارد تا گرم شود موتور نیروي خروجی اش را نمی تواند به سرعت تغییر دهد

این نقایص باعث شده است که این موتور با موتورهاي احتراق داخلی اتومبیل جایگزین نشود. هر چند که وجود موتور استرلینگی که به ماشین هیبریدي نیرو می دهد امکان پذیر است .

موتورهاي استرلینگ علیرغم مزایاي ویژه اي که نسبت به موتورهاي احتراق داخلی دارند، داراي این عیب عمده هستند که به خاطر نحوه انتقال انرژي گرمایی، توان مورد نیاز را با تاخیر تامین می کنند.

کندي عکس العمل موتورهاي استرلینگ در مقابل تغییرات بار ورودي باعث محدودیت کاربردهاي صنعتی آنها خاصه در مواردي که نظیر خودرو، نیاز به تغییرات سریع بار وجود دارد گردیده است.

مقاله حاضر روشی را براي این حل مشکل در کلاس وسیعی از موتورهاي استرلینگ ارایه می نماید.

در این مقاله طراحی سیستم کنترلی، بر روي مدل ریاضی غیر خطی موتور استرلینگ نوع گاما که با استفاده از نتایج
تجربی به دست آمده، اعمال شده است.

سیستم کنترلی پیشنهادي بر مبناي تنظیم دو عامل دما و فشار به عنوان ورودي هاي کنترلی طراحی و ارایه شده است.

نشان داده شده است که این سیستم دو ورودي – یک خروجی، توانایی پاسخگویی به تغییرات سریع توان را دارد

در موتورهاي استرلینگ، علت اصلی کندي عکس العمل موتور نسبت به تامین توان مورد نیاز آن است که تامین انرژي سیستم به وسیله انتقال انرژي حرارتی از طریق پوسته گرمکن به گاز عامل داخل سیلندر انجام می شود.

چون انتقال انرژي حرارتی از طریق پوسته به کندي انجام می شود، برخلاف اکثر سیستمهاي کنترلی، درموتورهاي استرلینگ عملگر سیستم خود داراي بیشترین تاخیر زمانی است.

، به منظور افزایش سرعت عکس العمل موتور استرلینگ به تغییرات توان مورد نیاز، علاوه بر ورودیهاي کنترلی دما و فشار، سرعت پیستون جابجایی نیز در نظر گرفته شده است.

به این ترتیب، سیستم کنترلی نخست درشرایط دما ثابت، براساس توان مورد تقاضا، ازجداول سرعت- توان، سرعت مناسب موتور را انتخاب می نماید. این سرعت در ابتدا تامین می شود.

سپس، با مقایسه DC توسط یک موتور الکتریکی کمکی سیگنال خروجی، توان حاصله با توان مورد نیاز، فرامین کنترلی براي تنظیم فشار و دماي گاز عامل تعیین می شوند.

در مدلسازي موتور استرلینگ فرض ایزوترم بودن فرایند حذف شده است تا رفتار مدل به موتور واقعی نزدیکترباشد.

نتایج شبیه سازي سیستم مدار بسته با کنترلر طراحی شده نشان دهنده افزایش موثر سرعت عکس العمل موتور است.

همچنین، نشان داده شده که سیستم کنترلی در مقابل اغتشاشات خارجی و داخلی نیز مقاوم است.

این اغتشاشات به صورت تغییر در دماي منبع سرد و تغییر در پارامترهاي سیستم اعمال شده است. به دلیل ثابت بودن گشتاور موتور هاي استرلینگ در محدوده وسیعی از سرعت، در سیستم کنترلی فرض شده راندمان موتور کمتر دستخوش تغییر می شود دانشمندان تلاش میکنند موتورهاي گرمایی را به بالاترین بازده ممکن یعنی بازده کارنو ( بازدهی که موتور گرمایی بتواند بدون اتلاف انرژي در جهت عکس(یخچال) هم کار کند یعنی یخچالی که به همان خوبی اي که یخچال است بتواند موتور هم باشد یا بر عکس !) برسانند.

موتور استرلینگ نمونه عینی قانون ترمودینامیک در مورد موتورهاي گرمایی است( حتی بهتر از موتور بخار پیستونی) چون دقیقآ همان تعاریفی که در ترمودینامیک از ان می شود را می توان بدون هیچ تغییري در مورد موتور استرلینگ به کار برد( مثلآ موتورهاي چهار زمانه کار براتوري مرحله تخلیه را مترادف بامرحله سرد شدن گاز

محبوس( ! در ترمودینامیک گاز کاري یا سیستم درون استوانه اي محبوس شده و هیچ ارتباط مستقیمی با محیط بیرون ندارد ضمن اینکه در شرایط ایدئال همیشه گاز در تعادل(شرایط استاندارد)است)در نظر می گیریم) ولی در موتور استرلینگ واقعآ گاز محبوس را سرد می کنیم و احتیاج به هیچگونه تطبیق دادن فرایند ها و فرض انگاري نیست .

پس موتور استرلینگ براي یاد گیري اصول ترمودینامیک مدلی بسیار عالی است به همین خاطر در کشورهاي غربی براي یادگیري بهتر اصول ترمودینامیک دانش اموزان را با این موتورها اشنا می کنند و مثلآ دانش اموزان ترغیب می شوند که خودشان با وسایل ابتدایی مانند قوطیهاي کنسرو و … کار دستی هایی از موتورهاي استرلینگ بسازند وقتی بچه ها می بینند موتوري که با دست خودشون ساخته اند و سر کلاس معلم قواعد حاکم بر ان را توضیح داده واقعآ کار می کند اشتیاق به یادگیري زیادي درونشان به وجود می یاد به عنوان یک مدل می توان گفت یخچال شما توسط یک موتور استرلینگ کارمیکند قبلآ گفته بودم که پمپها وموتورهاي شیمیایی و به طور کلی انبساطی داراي اصول کار کرد یکسانی هستند واقعآ مهیج است وقتی می بینید مطالب تئوري اینگونه و بدون هیچ اشتباه و خطایی به عمل تبدیل می شوند صرفآ با چند فرمول و قاعده که بر مبناي اصول ریاضی است در اکثر مورد وسیله هاي اختراع می شود و سپس قوانین و فرمولها براي توجیه رفتار آن کشف می شوند ولی اینکه از رابطه یا فرمولی وسیله اي ساخته شود کاري به مراتب مشکل تر است و فقط از پس افراد خاصی بر می اید…

دانش طراحی موتور استرلینگ :

شما اگر بخواهید مطمئن باشید می تونید بدون دانشگاه رفتن یک متخصص طراح موتورخیلی ماهر باشید درست است که براي طراحی حتی یک موتور چهار زمانه نسبتآ ساده به چند صد نفر نیاز داریم تا هر کدام کار بخصوصی را
انجام بدهند ولی حتی یک نفر متخصص هم می تونه کار همه ي اونها را انجام بده به شرطی که مهارتهاش را طی سالها روز به روز زیاد کنه تا بالاخره در این زمینه متخصص شود اگر سالها پیش حتی یک نفرایرانی خودش را وقف موتور کرده بود الان مجبور نبودیم یک موتور با فناوري سطح متوسط اروپاي فعلی را موتور ملی خودمون بنامیم در صورتی که اصلا می تونیم اونرا موتوري المانی بنامیم من اصلآ نمیخوام قدر نشناسی از زحمات محققان کشورمون کنم ولی
حقیقت تلخ اینه که در ایران چنین فردي که بتونه فناوري طراحی موتور رابراي ایران بومی کنه نیست حالا شما میتونید از همین حالا مهارتهاي طراحی خودتون را تقویت کنید تا انشاالله بتونیم دین خودمون را به کشورمون ادا کنیم اولین کار دادن طرح اولیه است که میتونه مال خودتون باشه یا کس دیگري ابتدا اصول کارکرد موتور را مشخص کنید و ببینید ایا تا بحال چنین موتوري ساخته شده و پس از ساختن نمونه ي اولیه و مطمئن شدن ازکار کرد صحیح ان شروع کنید به بهینه سازي طرح اولیه پس از کامل شدن بهینه سازي و طراحی اولیه کلیه اجزاشروع می کنیم به طراحی دقیق اجزاء امروزه با وارد شدن نرم افزارهاي بسیار قوي در زمینه ي شبیه سازي وانالیز کارها بسیار سریعتر و دقیقتر انجام می شود ولی بازهم مجبورید در بسیاري مواقع از همان روشهاي سنتی استفاده کنید در زمینه ي موتور شما به دو دانش اصلی ترمودینامیک و دینامیک باید احاطه ي کامل داشته باشید و همچنین باید ریاضیات خودتون را بخصوص در زمینه ي حل معادلات دیفرانسیلی قوي کنیداین دروس بیشتر در دانشگاهها شامل دروس: مکانیک سیالات ،ترمودینامیک ،مقامت مصالح ، طراحی اجزاء دینامیک ،ارتعاشات،طراحی مکانیزمها.. می باشد

براي تمرین یک قطعه رادر نظر بگیرید مثل میل لنگ ابتدا حرکت انرا در کل مجموعه بررسی کنید بینید چند درجه ازادي دارد نقاط تکیه گاهی و قید ان کجاست حدس بزنید به چه قسمتهایی بار بیشتري وارد می شوندچه قسمتهایی میتونند باعث ارتعاش شدیتري در سیستم شونداگر می تونید با فرملهایی که بلدید نقاط بحرانی سیستم را پیدا کنیدو هر قطعه اي را جدا گانه طراحی کنیدو اگر با نرم افزار ها اشنایی داري انها را تحت تنشهاي استاتیک دینامیکی و حرارتی قرار دهید من همیشه در منزلم یک موتور همراه با کولیس میکرو متر و ساعت اندازه گیري دارم در مواقع بی
کاریم به سراغشون می رم دقیقآ قطعات اونرواندازه گیري می کنم و فکر میکنم که چرا مثلآ قطر اینجا بیشتر است و قطر اینجا کمتروچرا فلان قطعه این شکل را داردو…

و سعی می کنم با فرمولهایی که بلدم قطعه مورد نظرم را طراحی کنم و بعضی مواقعکه نتیجه مطلوب نمی رسم به مراجع دیگر رجوع می کنم.

به این صورت در علم طراحی پیشرفت زیادي پیدا می کنیدو به جایی می رسید که با دیدن هر موتوري نقاط ضعف و قوت طراحی اش برایتان نمایان می شودو با مواجه شدن با طرحهاي جدید آنآ چهار چوب و روند طراحی ان برایتان نمایان می شود

رفتار سوخت را در موقع واکنش بررسی کنید ضربه انفجار اونرو پیداکنید و اثراتش را بر محفظه ي احتراق اگر می تونید با نرم افزار بدست بیارید بهترین شکل و جنس را براي قطعات پیدا کنید همه ي قطعات طراحی شده را ادغام کنید و بهینه ترین حالت را پیدا کنیدشاید چیزي که به دست می اورید اصلآ با واقعیت صدق نکند ولی شما چیزهاي زیادي یاد می گیریدچون مجبورید به منابع زیادي رجوع کنیدتا به پرسشهایی که در ذهنتان بوجود امده پاسخ دهید و جسارت طراحی قطعات جدید درونتان بوجود می اید اگر بازم خواستید پیش بریدو مشخص کنید چه قطعاتی را نمی توان به سادگی ساخت ویا ساختشون گرون تموم می شه اگه می تونید اونرا طوري طراحی کنیدکه بشه راحت ساختش و گرنه یکم بررسی کنید ببینید می تونید اجزاء دیگر را طوري تغیر دهید که بتونیداون قطعه را دوباره طراحی کنید و اگر بازم نشد ببینید گرون تموم شدن قطعه بهتره یا طراحی مجدد مکانیزم و بالاخره طرحتون را کامل کنید لازم نیست از قطعات پیچیده شروع کنیدمی تونید از مکانیزمهاي کاملآ ساده واستاتیک شروع کنیددر ابتدا شاید سردر گم باشیدو اصلآ ندونید باید چکار کنیدولی کم کم راه می افتید موتور دیزلی تنها در محلی که هوا وجود دارد، می تواند کارکند .

موتور دیزلی، صدایی بسیار بلند تولید می کند که براي زیردریایی بسیار نامناسب است .زیردریایی ها در هنگام غوطه ور شدن، از باتري هایی که تنها براي یک روز قابلیت شارژ دارند، استفاده می کنند .

موتورهاي اتمی این محدودیت راه حل AB ها را ندارند، اما شرکت سوئدي تولید کننده زیردریایی کوکافر دیگري را پیشنهاد می کند.این سازنده، موتورهاي استرلینگ را درون تولیدات خود نصب می کند .

این موتورها نیروي لازم را براي نیازهاي الکتریکی زیردریایی ها فراهم می کنند .این طرح موتور نیازي به هوا ندارد و در همین حال دیزلی است و ذخیره اکسیژن را با خودش حمل می کند .

به گفته لارس لارسون، مدیر بخش استرلینگ شرکت، این زیردریایی می تواند هفته ها زیر آب بماند .

برخلاف موتورهاي دیزلی دیگر، موتور استرلینگ بسیار بی سروصدا کار می کند .

موتور استرلینگ در نوع خود پدیده اي شگرف است، شاید به این دلیل است که تعداد کمی از آنها در اطرافمان وجود دارند .

هنگامی که این گونه موتور اختراع شد، در قیاس با موتورهاي بخار امنیت بیشتري داشت، اما با ظهور موتورهاي درون سوز از وجهه آنها کاسته شد .

با این حال، آنها هیچ گاه از رده خارج نبوده اند .سیکل با ،( آمریکن استرلینگ ) استرلینگ در اسباب بازي هاي ساخت شرکت گرماي دست کار می کنند .

موتورهاي استرلینگ در خنک کننده هاي انجمادي و تولید نیرو در بخش هاي خاصی از صنعت به کار می روند، اما در
ماه هاي اخیر، خبرهایی به گوش می رسد که نشان دهنده فزونی توجه به این موتورها است .

توسعه دهندگان موتورهاي استرلینگ می گویند که موتورهاي آنها بازده انرژي بالایی دارند و دوام آنها از دیگر انواع موتورهاي با کارکرد یکسان بیشتر است .

این موتورها ساکت و آرام کار می کنند، زیرا سیکل هاي استرلینگ برخلاف موتورهاي درون سوز، نیازي به انفجار سوخت براي به حرکت درآوردن پیستون ها ندارند .تنها نیاز آن حرارت دائمی است .

تفاوتی ندارد که این حرارت از آتش مواد نفتی، شیمیایی، واکنش هسته اي و یا نور خورشید گرفته شده باشد .هنگامی که دکتر رابرت استرلینگ در سال ١٨١۶ موتوري را که اکنون به نام او خوانده می شود، به ثبت رسانید، انتظار داشت نتیجه اي درخور از تلاش هاي خود بگیرد .

قصد او این بود که راه حل جانشین امنی براي بویلرهاي بخاري که بر اثر ساخت بد مخازن، کارکنان اطراف آن را به کشتن می داد، بیابد .گازي که درون سیلندر محبوس نگه داشته می شود، به تدریج گرم و سرد می شود تا پیستون را به حرکت درآورد .

همانند موتور بخار، منبع حرارت بیرون از سیلندر قرار داده می شود، اما فشار داخل آن بسیار کمتر از موتورهاي بخار است .با ظهور استیل بسمر، کارآیی و ایمنی دیگ هاي بخار بهبود یافت و ایده استرلینگ کم رنگ تر شد .

موتورهاي استرلینگ براي ساخت به ماشین کاري دقیق نیاز دارند و در مقایسه با ماشین هاي بخار نیروي کمتري تولید می کنند . درست هنگامی که دنیا در حال گذار از دوران دیگ هاي بخار به دوران موتورهاي درون سوز بود، ایراد بزرگ زمان طولانی گرم کردن موتور استرلینگ آن را در حاشیه قرار داد .شرکت استرلینگ تکنولوژي چند پروژه فضایی و زمینی دارد که با استفاده از همین موتورها انرژي لازم را براي این پروژه ها فراهم می کند .

یکی از این ژنراتورها براي ناسا ساخته شده است .

این ژنراتور ویژگی هاي بازده بالا و کارکرد درازمدت را که براي یک کاوشگر ژرفناي فضا حیاتی هستند، فراهم می آورد .یک مجموعه تست با خروجی ١٠ وات که با این ٨٧ ساعت کار مداوم را که معادل / موتورها کار می کند، آگوست گذشته ۶٠٠ ١٠ سال کار بدون نیاز به تعمیرات و کاهش کارآیی است، رد کرد .

به گفته موسس این شرکت، این سیستم تست به وسیله منبع حرارتی الکتریکی نیرودهی می شود، اما خود سیستم به گونه اي طراحی شده است که بتواند در فضا به وسیله یک رادیو تلسکوپ تغذیه شود .

این موضوع سوژه مقاله اي بود که در سال ١٩٩۶ در شماره فوریه مجله مهندسی مکانیک به چاپ بود .

هرگز زمان ( موتورهایی که هرگز خورده نمی شوند ) رسید .

عنوان مقاله زیادي است، البته ١٠ سال کار بدون وقفه هم زمان زیادي است .

یکی از ویژگی هاي موتورهاي استرلینگ امروزي این است که اجزایی که مالش دائم روي یکدیگر داشته باشند، ندارند .پیستون لقی ٢۵ میکرومتري درون سیلندر را دارد و یاتاقان هاي منحنی، به ویژه دیسک هاي فلزي با چاك هاي
مارپیچی به خوبی مهار می شوند .

آنها از طرفین صلب هستند و پیستون را در مرکز نگاه می دارند .

با حرکت پیستون آنها نیز حرکت نرم و خمیده اي را انجام می دهند .پیستون یک آلترناتور خطی را به حرکت در می آورد .

هیچ اتصالی براي تبدیل حرکت خطی به دورانی صورت نمی گیرد .موتور و ژنراتور هر دو درون یک محفظه گرد آمده و ایزوله شده اند.ایزولاسیون محفظه به دلیل انتخاب گاز هلیم به جاي هیدروژن درون موتور است .

هزینه هلیم بالاتر است، اما براي این شیوه طراحی بهتر جواب می دهد .

هیدروژن به طور اجتناب ناپذیري از فلز داغ تراوش می کند و به طور نامحسوسی انرژي را در سیستم به هدر می دهد .هلیم براي سرهاي هیترها شکنندگی ایجاد نمی کند و مشکلات مربوط به ایمنی حمل و نقل هیدروژن استرلینگ تکنولوژي می گوید که در حال حاضر در حال تولید .« را ندارد ژنراتورهاي ١٠ وات و ۵۵ وات است و پیش بینی می شود که در مجموع ۴٠ سیستم را در ظرف سه سال آینده به دست مشتریان برساند .

پروژه دیگري که این شرکت سرگرم کار روي آن است، یک ژنراتور متحرك براي ارتش است .

این ژنراتور دیزلی، آب گرم مورد نیاز براي آشپزخانه صحرایی و یک کیلووات الکتریسیته را فراهم خواهد آورد .

یک شرکت هلندي به همراه موسسه اي تحقیقاتی از همان کشور، سیستمی مشابه براي مصارف خانگی ساخته اند .سیستم شرکت اناتک از یک دیگ تشکیل شده است که بخشی از انرژي حرارتی را براي تولید الکتریسیته به کار می گیرد .تا به حال ١٠ دستگاه از آن در خانه هاي دور افتاده نصب شده اند .

شرکت مجزاي دیگري به نام سیستم هاي انرژي استرلینگ به همراه آزمایشگاه هاي ملی ساندیا از دیش هاي کولکتور براي متمرکر کردن نور خورشید استفاده می کنند تا بتوانند حرارت مورد نیاز براي یک سیستم ژنراتور استرلینگی را فراهم کنند . به گفته باب لیدن، مدیر سیستم هاي انرژي استرلینگ، ژنراتورهاي استرلینگ هریک به تنهایی می توانند حداکثر ٢۵ کیلووات، از یک دیش ٩٠ متري تولید کنند .چنین ٩٠ وات انرژي خورشیدي را جذب می کند و در نتیجه نرخ / مساحتی ٠٠٠بازده ٣٠ درصد است .

براي مقایسه، پانل هاي فتوولتاییک موجود دربازار، که نور خورشید را به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل می کنند، بازده هایی کمتر از ١۵ درصد دارند .

سیستم هاي فتوولتاییک با قدرت یک کیلووات که نور خورشید را متمرکز می کنند و بازده بالاي ٢۵ درصدي دارند نیز، به بازار آمده اند .

٩٠ ٢ نور خورشید را روي مساحتی به قطر M دیش شرکت استرلینگ انرژي معادل ٢٠ سانتی متر متمرکز می کند تا موتور استرلینگ چهار پیستونی که یک ژنراتور دورانی را به راه می اندازد، تغذیه کند .

شرکت دیگري که نیروگاه هاي تولید الکتریسیته دارند نیز، به گونه اي دیگر از این موتورها استفاده می کنند .

سوختی که این موتورها را گرم می کند، از نفت سبک همراه با اسیدهاي چرمی که از کارخانه هاي روغن گیاهی گرفته می شوند، تشکیل شده است .

این عصاره هاي پسماندهاي روغن گیاهی، قیمت کمی دارند و معمولاًدر مخازن ذخیره می شوند .

این شرکت امیدوار است که بتواند ٣٠ ١ میلیون دلاري پروژه را با دریافت کمک هاي ایالت / درصد از هزینه ٧ نیوجرسی براي به کارگیري انرژي هاي بازگشت پذیر و پاکیزه جبران کند .

سوختی که شرکت آرهوس استفاده می کند، براي موتورهاي درون سوز کنونی بسیار خورنده است، اما در موتورهاي استرلینگ به خوبی جواب می دهد، زیرا محصولات احتراق با هیچ یک از قطعات متحرك موتور تماس ندارند .

تعمیرات و نگهداري شامل روان کاري و تعویض سیالات روانکاري، تعویض رینگ هاي پیستون ها، کار تریج هاي پوشش میله ها و دیگر اجزایی ١٠ ساعت کار ١۶ ساعت زمان می برد .

سخن / است که در عوض هر ٠٠٠آخر این که موتورهاي استرلینگ در ١٩٠ سال زمان پیدایششان نه هرگز از رده خارج شده اند و نه جایگاه مستحکمی یافته اند .در کتاب ها و سایت هاي مربوط به صنعت همواره از این موتورها یاد می شود .شرکت هایی هم در تلاشند تا با تولید انبوهی از محصولات استرلینگی وارد بازار تولید انرژي خانگی تجاري شوند .

را ( سبزتر، ساکت تر و خارق العاده تر ) سازندگان این موتورها همواره شعار سر می دهند و اگر این موتورها فراگیر شوند، شاید همگان بهتر به آنها عادت کنند .

نمایش بیشتر

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

همچنین ببینید

بستن
بستن