LoginRandom Images |
BetaStirlingMembrános (nagy furatú, rövid löketû) Beta Stirling motor. Lásd még: FolyadékDugattyúsBetaStirling, KalorikusGépek, EricssonCiklus, StirlingMotor Alkalmazás:
A Béta Stirling motor ügyes kialakítás (nemszinuszos munkadugattyú-mozgás, lásd lenti ábra jobb felsõ sarkát) esetén megközelítheti a (külsõégésû) <strong>EricssonCiklus</strong> hatásfokát és teljesítménysûrûségét: ráadásul a meleg oldali dugattyú problémája nélkül (egy kohóban használt Ericsson gépre éveken keresztül évente kb 1 "hot-piston related failure" -t említenek - ez az akkori technika mellett nem is csoda). A beta-Stirling kiszorítója távolról sem ennyire problémás (nem kell tökéletes tömítés). A normál üzemhez szelep sem kell. Viszont kiváló regenerátort kell építeni, kevés holt térrel. Hátrány, hogy az egész gép (de legalábbis a kiszorító) szokatlanul nagy. Szerencsére emellett nem túl drága, nagy méreteknél jóval 1000 EUR / kW alatt van, talán 500 alatt is). A géphez kb. annyi anyag kell, mint egy rekuperátoros gázturbina (counterflow, separated flow) rekuperátorához (itt is, ott is a hõcsere határozza meg a fémlemez-mennyiséget). Megmunkálása ugyan egyszerûbb, de a Béta Stirling padlófelületet jóval többet fogyaszt. A regenerátor lehet a kiszorítóban, vagy a hengeren kívül. Termodinamikailag kívül elõnyösebb (mert az egyre kevésbé forró füstgázok is tudnak a meleg végének hõt átadni) A holt tér csökkentésével javítható a termodinamikai hatásfok. Ennek egyik eszköze, ha a kiszorító behatol az expandáló henger terébe. (Gamma Stirling esetén ez nem jön szóba; ha viszont ezt a behatolás trükköt nem játsszuk, akkor a béta (vagy az már nem is igazi béta ?) egyenértékû a GammaStirling -el. A szokásos hajtókaros/szinuszos (a kiszorító és munkadugattyú közötti) 90 fokos fáziseltérésú megvezetéssel ezt nem tudjuk elérni. Arra alkalmas kihajtást kell választani. VezérműTárcsa (pl. kis vasútkerekes "kocsi") megvezetéssel tetszõleges pályafüggvény kialakítható kis súrlódási veszteségek mellett. Pl:
Megvalósítás (100W feletti gép) A rajzon jobbra fent látható a nemszinuszos munkadugattyú-pálya (a kisebb löket) és a majdnem szinuszos kiszorító-pálya (a nagyobb löket): img src="http://www.ideje.hu/images/Energy/StirlingMotor/Membrane_beta_Stirling_m.jpg" alt="powerful membrane Beta Stirling Engine"
Ennél egyszerûbb kialakítást találtunk ki azóta. Egy LPG tartályból nagy esztergán könnyen kiszúrható alsó és felsõ részt. A kiszorító jöhet egy másik hasonló LPG tartályból, vagy 1-2 lemez hengerítve, a hideg oldalon, ill. köztük szigeteléssel. A membrán védelmét egy dupla-lemezzel is meg lehetne oldani, amik között víz folyik (kisebb helyigény, mint a csövek) - és egyszerubb kialakítás. A dugattyú (pláne a forróoldali, ami az alfa stirlinget és az Ericsson gépet sújtja, a beta-stirlinget nem) komoly problémát jelent. Hosszú löket, kis dugattyúátmérõ esetén nagy nehézség a hõt bevinni. A nyomás növelésével a gond még súlyosabbá válik. Ezért nagy munkadugattyú mellett döntöttünk. Vastag gumiabroncsú kerékpárgumi(ka)t használhatunk a munkadugattyúhoz. Alternatívaként rugalmas (pl. szilikongumi) csõbõl tekert spirált is használhatunk (a rajz jobb oldalál látszik). Minden esetben hidegvizes rézcsövek mögé rejtjük, hogy minél kevesebb meleget kapjon szegény gumi. A gumit / membránt kívül víz (közvetlenül), belül pedig csövekben áramló víz hûti / védi. Természetesen a gép hideg részében lakik. Pár Watt mechanikus munkát eszik (1/sec összenyomásához ennél kicsit több kell, de a rugalmasságának köszönhetõen egy részét visszakapjuk). Természetesen több gumit használhatunk a löket növelésére, ami a gép költségét csak minimális mértékben növeli - teljesítményét viszont nagymértékben. Azóta egy még egyszerûbb kialakítást gondoltunk ki, ahol a munkadugattyúra és a házra 1-1 bilinccsel végtelenített szalagot (nem feltétlenül rugalmasat: lehet szövetbetétes, olyasmi, mint amit a berquist, kolofol.hu stb... árul) bilincselünk.
Kiszorító:
Regenerátor:
Rankin - kombinált ciklus A tömítés hûtövize véletlenül vagy szándékosan bekerülhet a forró térbe. Ez gõzciklussal kombinálja a Stirling körfolyamatot.
Az Aero-Steam engine család tudománytörténeti érdekesség. Gyakorlati jelentõsége alighanem csekély. "Nyomásviszony" => hatásfok Míg Ericsson ill. Brayton ciklusnál szabadon választhatunk nyomásviszonyt 1.5 - 30 tartományban, Stirling ciklusnál nem. Itt az elért magasabb/alacsonyabb nyomás aránya közvetlen kapcsolatban van a hõmérsékletek arányával - hisz a térfogat az isochor (isovolumetrikus / térfogattartó) állapotváltozások során közel állandó. Példa: 100 => 155 kPa esetén max hatásfok: 1- 300/ (300*1.55) = 35% - amit persze az összes "szivárgõ hõ" tovább csökkent. Beleértve azt, ami a füstgázokkal távozik, és azt, ami nem a gép különbösõ részein a nem rendeltetésszerû úton vándorol a melegrõl a hideg oldal felé. Beta cikkek
Méretezés: legalább 10 cm -es munkalöket ? A Stirling motoroknál a hõ átadása az egyik legnagyobb probléma. Nagyságrendi becslés a furat-keresztmetszetre (m2) vetítve:
Ha nagyobb nyomású gépet készítünk, akkor sem tudunk bonyolult alakú hõcserélõ nélkül több hõt bevinni. Vagyis a deltaP magasabb, a löket arányosan kisebb lesz. Ami teljesen feleslegesnek látszik. Alacsonyabb fordulatnak viszont van értelme. Ehhez hosszabb löket tartozik. Egy 4m-es dugattyúhoz alighanem majdnem 1m-es munkalöket tartozik. (a Beta-Stirling kiszorító lökete pedig 2-3x akkora)
Magasabb fordulatszám esetén szintén a löket csökken, tehát a jóval magasabb fordulatszám is felesleges ? Nehéz is lenne más okból is... A Stirling egyik elõnye, hogy alacsony nyomás és kis veszteségek mellett is jó hatásfokot el lehet vele érni: ha a hõcserét és a gép mechanikáját + tartószerkezetét tudjuk "finanszírozni". 500 EUR / kW alá menni nehéz lesz - eleinte azt elérni is: de ez már igen jó érték.
|
Powered by TikiWiki CMS/Groupware