StirlingPEDIA - Comprendre le moteur Stirling

(TRADUCTION DE L ANGLAIS ....)
Source :
http://autonopedia.org/crafts_and_technology/Engines/Stirling_Engines.html


COMPRENDRE LE MOTEUR STIRLING



I. INTRODUCTION
Les moteurs Stirling sont des moteurs à combustion externe qui utilisent de l'air ou d'autres gaz comme fluide de travail. Ils peuvent brûler un combustible solide ou liquide comme source de chaleur. Cela les rend très attractifs, en particulier dans les situations où les carburants conventionnels sont coûteux et difficiles à obtenir. Parce que certains types de moteur Stirling est si simple à faire et pourtant si efficace, ils sont d'excellents choix pour la production d'énergie dans les pays en développement.

Ce document décrit le moteur Stirling de base, ainsi que quelques-unes des variétés les plus prometteuses moderne. Le but ici est de familiariser les gens dans les pays en développement avec le fonctionnement du moteur et la gamme d'applications.

HISTOIRE
Le moteur Stirling a été inventé par Robert Stirling, un ministre écossais, en 1816. Le moteur Stirling tôt avait une histoire de bon service et une longue vie (jusqu'à 20 ans). Il a été utilisé comme une relativement faible puissance de pompage d'eau du moteur à partir du milieu du XIXe siècle à 1920 environ, lorsque le moteur à combustion interne et le moteur électrique a remplacé. Le moteur à air chaud était connu pour sa facilité d'utilisation, sa capacité à utiliser tout matériel consommable comme combustible; son coffre-fort, un fonctionnement silencieux et moyennement efficace, et ses exigences en matière de durabilité et d'entretien faible.

Il était très grand pour sa puissance de sortie faible, cependant, et a eu un coût d'achat élevé. Néanmoins, son faible coût d'exploitation généralement justifié la choisissent plutôt la machine à vapeur - la seule alternative à l'époque - qui a brûlé du carburant beaucoup plus pour la même puissance et a exigé une attention constante pour éviter les explosions dangereux ou d'autres défaillances.

L'autre inconvénient majeur du début du moteur à air chaud était sa tendance à l'échec si la tête chauffe trop chaud. Cette; en raison de la résistance thermique relativement faible de la tête de chauffe en fonte. Le problème a été résolu par la refonte du brûleur, ce qui a empêché le moteur de la surchauffe. Cette amélioration a résulté en danger, mais encore inférieur opération du pouvoir. Malgré cette amélioration, le moteur Stirling ne pouvait pas rivaliser avec le moteur à combustion interne moins cher, plus puissant, et il a disparu de la scène commerciale.

L'avènement de nouveaux aciers inoxydables et les avancées dans la compréhension des processus du moteur thermodynamique complexe a attiré l'attention nouvelle au moteur pendant et après la Seconde Guerre mondiale. La performance de l'ancien moteur à air chaud a été améliorée et sa taille et le coût ont été réduits. Sa simplicité de construction et d'exploitation, et le plus important, sa capacité à utiliser les combustibles rugueux ont été retenus.

Ces efforts sur les moteurs Stirling ont été presque exclusivement destinés à des applications difficiles qui n'étaient pas appropriés pour les pays en développement - à savoir, le moteur avancé de l'automobile, puissance spatiale, et les coeurs artificiels. Presque aucun effort n'a été mis à la tâche relativement facile de concevoir un moteur pour les usages ordinaires. Les pays très développés dans lesquels le travail du moteur Stirling a été fait n'a pas besoin d'un moteur simple, il n'y avait donc pas d'incitation économique pour concevoir un.

Cette situation a changé en 1980, lorsque l'Agence américaine pour le développement international (USAID) a financé le développement d'un moteur Stirling simple spécifiquement destinés à la fabrication et l'utilisation dans les pays en développement. Le moteur a été conçu, construit, testé et livré au Bangladesh, et des copies de celui-ci ont été construits et mis en service là-bas. Cela a démontré la Possibilité de fabrication du moteur dans les ateliers d'usinage simples du type trouvé dans de nombreuses régions d'Afrique, d'Asie et d'Amérique latine.

En conséquence de cela et d'autres évolutions récentes, l'autrefois perspectives faibles pour l'application des moteurs Stirling dans les pays en développement ont amélioré énormément. Des plans sont maintenant en mouvement pour apporter un nouveau design du moteur Stirling en production commerciale dans une forme beaucoup améliorée. Cette version moderne sera beaucoup plus puissante pour son poids et beaucoup plus efficace; dans le même temps, il sera aussi silencieux, facile à utiliser, fiable et robuste que le moteur d'origine. D'autres modèles, capables de générer de l'électricité, le refroidissement, le pompage de l'eau, et de servir dans d'autres moyens utiles pas possible avec l'ancien moteur à air chaud, sont également l'entrée en production commerciale.

BESOINS SERVIS PAR LA TECHNOLOGIE
Bien que le moteur Stirling est une vieille machine, le matériel et les méthodes modernes de conception rendent beaucoup plus attrayant que jamais. La manivelle promenade moteur Stirling est certainement utile à quiconque a combustible solide. Ce type de moteur Stirling peut brûler tout combustible local comme sa source de chaleur pour produire de l'électricité, pompe à eau, ou effectuer des tâches nécessitant une puissance mécanique comme la transformation alimentaire.

Machines très simples en utilisant l'air atmosphérique comme fluide de travail peut être construit à partir de matériaux locaux tels que des récipients en métal. Les gens qui sont enclins à essayer de tels dessins ont une bonne chance de succès.

II. PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT
THÉORIE DE BASE DE LA TECHNOLOGIE
Le cycle de Stirling est indiqué dans le schéma de la figure 1. L'idée de base est que lorsque le gaz dans un cylindre fermé est déplacé dans la partie chaude de la bouteille, il se dilate, sa pression augmente, et il peut faire le travail. Quand le gaz se déplace dans la partie froide du cylindre, sa pression est réduite. Une fois le gaz atteigne la pression plus faible, il est comprimé à son volume initial. Le gaz effectue plus de travail pendant son expansion doit être mis en elle lors de sa compression. Ainsi, les résultats du cycle entier dans la production nette positive de travail.



Comme indiqué dans la phase 1 de la figure 1, le piston est sorti (le point mort bas), et le plongeur est dans la mesure où il peut aller. Le gaz est dans l'espace froid, et la pression du gaz est faible. (Notez que le gaz est à la même pression à tout instant dans chaque partie du moteur, mais que cette pression se modifie avec le temps. Parce que la pression est basse, le piston peut être déplacé pour comprimer le gaz à basse température . A la fin de ce processus de compression, le moteur a atteint la phase 2, comme le montre la figure 1.

Maintenant il est temps d'augmenter la pression du gaz. Ce n'est pas fait en brûlant un combustible à l'intérieur du gaz se fait dans un moteur à combustion interne. Le gaz est déplacé de l'espace froid à travers une série d'échangeurs de chaleur, à cause desquelles elle entrer dans l'espace chaude à une température élevée. Notez que le gaz dans le réchauffeur, refroidisseur, régénérateur, et des espaces chauds et froids, est toujours à la même pression à tout instant, car les passages d'écoulement de gaz sont importantes et ne pas restreindre le passage du gaz.

Comme indiqué dans la phase 3 de la figure 1, le gaz est comprimé, chaud, et à haute pression. A ce stade, il est prêt à étendre et à travailler sur le piston. Lorsque le piston se déplace hors de la bouteille, le plongeur se déplace avec lui, afin de garder autant de gaz que possible dans l'espace chaud pour que la pression est maintenue aussi élevée que possible de faire le maximum de travail sur le piston . Cette expansion et mouvement vers l'extérieur les résultats de piston dans la réalisation de la phase 4, comme le montre la figure 1.

L'étape suivante consiste à réduire la pression du gaz en le déplaçant de l'espace chaud à travers les échangeurs de chaleur à l'espace froid. Cela se fait en déplaçant le displacer de sa position, comme indiqué dans la phase 4, revenir à sa position vers l'intérieur, comme indiqué dans la phase 1. Le cycle est maintenant terminée. Notez que le piston a étendu le gaz en se déplaçant vers l'extérieur lorsque le gaz est chaud et à haute pression, et a comprimé le gaz quand il est froid et à basse pression. Ainsi, le plan initial a été accompli, et le cycle a produit travail net vers l'extérieur.

Pour que ce processus en quatre étapes pour se poursuivre indéfiniment, la chaleur doit être continuellement ajoutées à l'échangeur de chaleur chaud provenant d'une source externe comme un feu ou un capteur solaire, et la fin du froid doit être constamment refroidi par un jet d'eau ou d'air.

Vous pouvez vous demander maintenant comment les mouvements du piston et le plongeur sont accomplies, car il est clair qu'ils ne peuvent se déplacer par leurs propres moyens. La réponse est qu'il ya au moins deux façons de faire les deux composantes du mouvement du moteur Stirling simple que nous souhaitons:


(1), nous pouvons les joindre à travers les bielles manivelles, comme se fait couramment dans des moteurs d'automobile, ou

(2), nous pouvons utiliser les forces de gaz d'une manière soigneusement conçu afin qu'elles rebondissent sur des ressorts à gaz, avec le plongeur toujours en avance sur le piston dans son en-et-vient d'oscillation.

Parmi les deux méthodes, l'utilisation de manivelles a appelé la manivelle promenade, ou Stirling cinématique, est la méthode la plus facile à comprendre. La seconde méthode, qui utilise des mouvements oscillants du piston et displacer sur les sources, est appelé le Stirling à pistons libres. La manivelle promenade Stirling est plus facile à comprendre encore plus difficile à faire, tandis que le Stirling à pistons libres est plus difficile à comprendre toujours plus facile de faire au moins certaines de ses formes.

III. VARIATIONS DU DESSIN
Cette section du document décrit une variété de moteurs Stirling prometteur. Il souligne leurs caractéristiques physiques, avantages et inconvénients, les applications et l'efficacité du carburant.

TYPES DE MOTEURS STIRLING
La manivelle promenade moteur Stirling


Un schéma de la manivelle promenade moteur Stirling est montré dans la figure 2, et une manivelle promenade moteur Stirling pompage de l'eau est montré dans la figure 3.



Bien que ce moteur est exceptionnellement grand pour la petite quantité d'énergie (5 kilowatts) il produit, il est néanmoins très simple à faire et à exploiter. Il n'utilise pas d'huile dans le carter, ici il est important d'éviter d'être de l'huile dans les parties chaudes de fonctionnement du moteur, car il pourrait bloquer le flux d'air à travers les échangeurs de chaleur et aussi provoquer une explosion. N'importe lequel des trois types de paliers peuvent être utilisés: roulements scellés, roulements à billes ou bagues non lubrifié faite d'un plastique comme le Téflon.

Si nécessaire, les roulements à billes et à rouleaux peuvent être remplacés par des paliers lisses et scellés dans de la graisse. Comme le moteur est légèrement sous pression, jusqu'à environ atmosphères (atm), il utilise un joint simple manivelle arbre pour maintenir l'air dans, et une petite pompe à air pour maintenir la pression contre fuite lente devant le joint. La pompe à air ainsi que tous les autres accessoires nécessitant le pouvoir sont conduits directement à partir de l'arbre du moteur rotatif.



Autres accessoires nécessitant une alimentation de l'arbre. sont la vis d'alimentation du carburant, la soufflerie d'air chaud, et la pompe à eau de refroidissement et le ventilateur du radiateur .. Avec ces accessoires, le moteur est capable de travailler sans aucune autre source d'énergie, et a seulement besoin de carburant pour fonctionner.

Instructions d'utilisation typiques sont comme suit:

1. Assurez-vous que le moteur est en bon état de fonctionnement et de la trémie est plein de carburant.

2. Démarrer un feu dans le brûleur avec allumer (par exemple, des copeaux de bois, des feuilles séchées), et faire fonctionner le ventilateur de l'air à la main jusqu'à l'intérieur du brûleur est suffisamment chaude pour recevoir et enflammer le carburant de l'alimentation en carburant.

3. Main opère le soufflerie d'air chaud et la tarière du combustible jusqu'à la tête de chauffage du moteur atteint une température modérée (environ 300 [degrés] C). Le moteur est maintenant prêt à commencer.

4. Tournez le volant, et le moteur devrait commencer à fonctionner sur son propre pouvoir immédiatement (démarrage facile est l'une des meilleures fonctionnalités de ce moteur).

5. Laisser un peu de temps pour que le moteur se pressuriser et à conduire le brûleur jusqu'à ce qu'il soit à la pression de fonctionnement pleine et température. Pendant ce temps, le moteur va progressivement devenir plus fort et plus capable de faire un travail. La charge peut être augmenté alors que le moteur devient plus fort. Cela se fait automatiquement lorsque le moteur est attaché aux charges telles que les pompes à eau centrifuges ou générateurs, mais les charges telles que les scies et les machines de fraisage ont la capacité de caler le moteur si leur charge est appliquée trop rapidement. Si le moteur a calé, il peut être redémarré immédiatement par le décharger et tourner le volant à nouveau.

6. Une fois que le moteur est à pleine puissance et faire son travail, l'opérateur n'a besoin que de garder la trémie de carburant plein et maintenir une charge. Si la charge est supprimée pour une raison quelconque, le moteur va accélérer, mais pas à un degré dangereux, il va rapidement atteindre une vitesse à laquelle sa puissance de sortie tombe à zéro, et il continuera à fonctionner.

7. Quand il est temps de couper le moteur, il suffit de couper le carburant et le moteur va lentement à l'arrêt. Il peut être arrêté plus rapidement à tout moment en relâchant la pression interne, ce qui réduit la puissance à une valeur faible.

Comme il ya très peu d'ajustements critiques de combustible, d'air ou le débit d'eau, et il n'ya pas de carburant ou système d'injection d'allumage, la manivelle promenade moteur Stirling est extrêmement fiable et facile à exécuter. Mais afin d'atteindre une performance maximale, il est important de faire des ajustements corrects de ces flux, dont quelqu'un avec seulement un peu d'expérience peut faire facilement,

En raison de sa facilité d'utilisation, de durabilité, de l'industrialisation locale, et la possibilité d'utiliser n'importe quel combustible local comme sa source de chaleur, de la manivelle promenade moderne moteur Stirling est remarquablement bien adapté pour la production d'énergie dans les pays en développement. Les plans pour ce moteur Stirling sera disponible à partir USAID en 1984 ou 1985. La production commerciale du moteur, ou des versions de celui-ci, devrait commencer en 1984.

Simple moteur de piston libre
La figure 4 représente un faible vitesse moteur de piston libre, qui est une version simple du moteur Stirling. Ce moteur est presque le summum de la simplicité par rapport à d'autres modèles de moteurs Stirling. C'est la configuration que l'on appelle saturé dans lequel le plongeur est lancée par des ressorts et se déplace spontanément vers le haut ou le bas sous l'influence de la moindre force ou la perturbation de la pression à l'intérieur du moteur.



Le grand avantage de cet arrangement est que le moteur n'est pas seulement l'auto-démarrage (ne nécessitant qu'une différence de température soit établie entre les espaces chauds et froids), mais il faudra s'adapter à n'importe quelle charge, voire un arrêt complet du piston, et encore le cycle de haut en bas.

Ainsi, le moteur est très. indulgent et facile à utiliser. Son inconvénient majeur est qu'il est trop grand pour sa petite puissance de sortie, ce qui est, car il utilise l'air atmosphérique comme fluide de travail et fonctionne à une fréquence très faible. Contrebalançant cet inconvénient est la capacité de levage très élevé et l'efficacité de la pompe volumétrique simple que le moteur peut fonctionner.

Le diamètre du piston plongeur et peut être le même. Le plongeur doit être au moins aussi long que son diamètre, avec une longueur maximale de trois fois son diamètre, et l'embout doit. soyez bombé pour autoriser une certaine force contre l'effondrement. L'écart entre le plongeur et le cylindre doit être d'environ une à deux centièmes de diamètre, avec une préférence pour le moindre écart. Afin de garder le displacer centré, il aurait dû soulever des bosses de l'épaisseur de l'écart qui frottent légèrement contre le cylindre dans sa section froide.

La longueur section de chauffage devrait être d'environ un quart du diamètre de plongeur, et le refroidisseur près le même. Ce qui laisse la moitié de la displacer agir comme un régénérateur, qui sert à stocker la chaleur de l'air comme il vient de l'appareil de chauffage à la glacière, et la libère dans l'air comme il revient de la glacière pour le chauffage. Cette action augmente le rendement du carburant du moteur.

Le mouvement du displacer disponible devrait être d'environ un tiers de sa longueur.

La tige d'entraînement du plongeur devrait couvrir environ 15 pour cent de la surface du cylindre du déplaceur. La tige d'entraînement doit correspondre étroitement dans sa manche mais est libre de se déplacer.

Matériaux

Le meilleur matériau pour le displacer la fin chaude est l'un des 300 aciers inoxydable de la série, tels que 304, 316 ou 321. Ils sont également appelés type 18-8, inox du type utilisé dans les casseroles. L'extrémité chaude du cylindre plongeur doit être en acier inoxydable aussi, ou peut-être céramique s'il peut être rendu étanche. Bien sûr, si ce n'est que de courte durée sont des expériences dans le but, puis en tôle d'acier au carbone ordinaires peuvent être utilisés tant pour le plongeur et la tête chauffe.

Le plongeur lui-même peut être assez mince, à condition que la vanne d'un retour non est installé dans son extrémité froide pour permettre à l'intérieur pour atteindre la pression maximale du cycle et y rester. Sinon, le plongeur pourrait s'effondrer sous la pression. Il est également important de faire la coquille plongeur assez épaisse pour empêcher son effondrement sous la pression extérieure.

Le reste du moteur peuvent être en acier, fonte, aluminium, ou tout ce qui est disponible localement, car il n'est pas exposé à la chaleur. Des précautions doivent être prises pour rendre le plongeur comme la lumière est aussi pratique. Sinon, il va répondre trop lentement à la pression de gaz et ne développera pas la tête en mouvement sur le piston nécessaire pour accomplir le cycle de Stirling.

Production d'énergie

Un simple moteur de piston libre avec un plongeur de diamètre 60 cm, fonctionnant à un cycle par seconde, on peut s'attendre à produire environ 500 watts de puissance (50 litre-meter/sec) d'eau pompée. Bien sûr, comme avec toute tentative première, la production réelle pourrait être beaucoup moins.

Moteur de cylindre libre
Un autre excellent candidat pour une utilisation dans les pays en développement est le moteur de cylindre libre. Il partage beaucoup des vertus de la manivelle promenade moteur Stirling et est encore plus simple à faire. Par ailleurs, parce qu'il est hermétiquement scellé, il est imperméable aux dommages causés par les contaminants à l'extérieur. Cependant, parce qu'il est fondamentalement une machine de la production alternatif, il doit avoir une certaine sorte de pouvoir transformer périphérique tel qu'un lecteur de cliquet et boîte de vitesses pour fournir un mouvement rotatif, si tel est nécessaire. Il ya beaucoup d'utilisations pour un mouvement alternatif simple, tels que le pompage d'eau, et dans ces utilise le moteur de cylindre libre est un excellent choix.

La figure 5 montre un modèle typique d'un moteur de cylindre libre utilisé comme une pompe à eau. Le pouvoir est pris de la bouteille oscille, qui se déplace en réaction au mouvement opposé de l'intérieur du piston lourd. Le plongeur est entraîné par la pression du gaz sur sa tige, qui est attachée au piston.



Le moteur stirling à piston libre, comme tous les moteurs Stirling, peut fonctionner sur n'importe quelle source de chaleur. L'utilisation d'une clé à cliquet permet de haute fréquence à faible course libre-cylindres à conduire toute charge nécessitant un arbre tournant, et donc améliore grandement son utilité.

Le moteur de cylindre libre utilisé comme un réciprocateur peut facilement conduire non seulement les pompes du liquide, mais les compresseurs d'air ou de gaz aussi bien. Il peut également entraîner des pompes de réfrigérant pour la conservation des aliments.

Démarrage du moteur de cylindre libre peut être automatique si le moteur est en position verticale, sinon, un pot léger est nécessaire pour commencer les mouvements initiaux, après quoi le moteur courra vigoureusement aussi longtemps que les températures prescrites à la fois pour la fin chaude et l'extrémité froide du cylindre sont maintenues. La température requise est habituellement de 400 à 700 ° C sur la fin chaude et jusqu'à 100 ° C sur la chemise de refroidissement.

Comme il ya seulement deux pièces mobiles à l'intérieur du cylindre, le moteur de cylindre libre est encore plus facile à fabriquer que le moteur Stirling manivelle d'entraînement décrits précédemment dans ce document. Par ailleurs, depuis le cylindre est hermétiquement fermé, le moteur n'a pas besoin d'une pompe à air ou un joint coulissant pour contenir ses émissions de gaz de travail. Par conséquent, le moteur peut fonctionner à une pression élevée, disons jusqu'à 15 atm, ce qui rend très compact et bon marché pour sa puissance.

Duplex moteur Stirling
Le moteur Stirling double est une machine de refroidissement thermique conduit, c'est qu'elle prend dans la chaleur et produit du froid sans produire tout autre effet externe. Il est très simple, presque aussi simple que la pompe à eau de cylindre libre, et est très économe en carburant, si soigneusement conçu.



La figure 6 montre une coupe transversale typique du moteur Stirling double conçu comme un réfrigérateur de la nourriture à la chaleur entraînée. La figure 7 montre qu'il en fonctionnement.



L'idée fondamentale derrière le fonctionnement du moteur Stirling double est que quand commandé, il devient une pompe à chaleur. Dans le Stirling duplex, un moteur Stirling est utilisé pour piloter une pompe à chaleur Stirling. Cela peut être fait avec seulement trois pièces mobiles - le plongeur chaude, le piston qui agit comme le piston à la fois pour le moteur thermique et la pompe à chaleur, et le plongeur froid. Cette combinaison d'éléments rend une pompe à chaleur simple et efficace de la chaleur-disque, qui peut être manipulée à n'importe quelle taille ou gamme de température, de températures très froides nécessaire pour liquéfier l'air à des températures douces utile pour la climatisation des locaux.

Le moteur Stirling double sera commercialement disponible dans les prochaines années, probablement comme un portatif, congélateur-réfrigérateur foodstoring dans les petites tailles.

Moteur alternateur de piston libre
Les efforts récents pour développer le moteur de l'alternateur de piston libre ont produit des résultats remarquables. Alors que le moteur ne deviendra pas un article commercial aussi vite que le moteur Stirling manivelle d'entraînement, il suivra avec seulement environ une année de retard. Le plus développés en ce moment est une machine de sortie de 1 kW qui a un excellent rendement énergétique, promet une longue vie, et elle est très compacte. Cette machine n'est pas simple, cependant, et exige des procédures de fabrication très sophistiquée et des matériaux. D'autre part, parce qu'il est hermétiquement scellé, il ne peut pas être endommagé par toute sorte de mauvais traitements, bien que le système de contrôle et autres auxiliaires ne sont pas si invulnérable.

Le moteur alternateur de piston libre est idéalement adapté à la tâche de développer l'électricité à partir d'énergie solaire, surtout lorsque jumelé à un concentrateur à faible coût de film plastique de type venir maintenant sur le marché. Ces machines sont activement développé dans les tailles jusqu'à 10 kW, et pourrait être disponible dans les tailles encore plus grandes dans quelques années. La figure 8 est une sortie de 10 kW.



UTILISATIONS DU MOTEUR STIRLING
Irrigation à la biomasse
Les deux la manivelle promenade moteur Stirling et le moteur de cylindre libre sont pratiques pour l'irrigation avec de la biomasse, à condition que la biomasse ample est disponible pour du carburant ainsi que le travail bon marché pour alimenter le moteur avec du carburant et tendent son fonctionnement. Le moteur de manivelle d'entraînement est pratique d'environ 500 watts à plusieurs dizaines de kilowatts de puissance délivrée, mais en puissance supérieure à 3 kW, il faudra un panier à roulettes pour le transporter. Le moteur de cylindre libre fait une bonne irrigation de la pompe jusqu'à environ 500 watts. Autre moteur peut conduire à la fois bien superficielle et profonde pompes de puits, ainsi que des pompes fossé de bas ascenseur. En outre, le piston générateur électrique libre peut être attaché à une pompe électrique pour ce service.

Production d'électricité - Petites Dimensions - combustible solide
Les deux la manivelle promenade moteur Stirling et le moteur alternateur de piston libre sont pratiques pour cet usage. Le moteur alternateur de piston libre a l'avantage de très faible bruit et une longue vie, mais est plus difficile à réparer sur le terrain. La manivelle promenade moteur Stirling est simple, facile à réparer, et moins cher, et peut être fabriqué dans les ateliers de réparation simple, cependant, il n'est pas aussi économe en carburant.

Production d'électricité - Power Village - combustible solide
Là encore, les deux la manivelle promenade moteur Stirling et le moteur alternateur de piston libre servirait pour une puissance allant jusqu'à environ 100 kW. Moteurs Stirling de plus grande puissance ne sont pas susceptibles dans un avenir proche, bien qu'il soit toujours possible de combiner des unités plus petites dans une unité plus grande pour plus de puissance.

Dans cette application, la fréquentation constante est nécessaire pour assurer le bon fonctionnement de l'alimentation en carburant et autres auxiliaires. Sous-produits utiles incluent l'eau chaude du système de refroidissement et de cendres du brûleur.

Grain Processing - Déchets de céréales comme combustible
Ceci est une application idéale en raison de la disponibilité de la biomasse sous-produit comme carburant pour le moteur. Le financé par l'USAID, simple moteur à air chaud, référencé précédemment dans ce document comme ayant été élaborés pour la fabrication au Bangladesh, est un excellent exemple. La figure 9 montre ce riz moteur à air chaud millng. Il brûle la balle de riz produite par l'usine elle entraîne. Seule une fraction de la cosse produite par l'usine est nécessaire pour alimenter le moteur, donc des quantités suffisantes sont laissés plus pour le moteur à utiliser tout en pompant l'eau d'irrigation pour la prochaine récolte de riz. De cette façon, l'énergie solaire, sous forme de biomasse, est utilisé comme l'entrée d'énergie primaire pour la riziculture processus, et pas de carburant à l'extérieur est nécessaire.



Puissance solaire
Il est important de reconnaître que le moteur Stirling est une machine à haute température. Il ne peut pas bien fonctionner sur les basses températures disponibles auprès de simples capteurs solaires plans. Il faut utiliser une concentration, soleil poursuite collecteur solaire. Ce dispositif augmente considérablement le coût et les besoins de maintenance du système. En outre, un tel dispositif ne pas faire usage de la composante diffuse de l'énergie solaire, seule la composante directe. Le soleil si brumeux n'est pas assez bon.

Bright, un ciel clair sont nécessaires avant que le collecteur de concentration sera de développer la haute température nécessaire pour faire fonctionner le moteur Stirling. Pour toutes ces raisons, les systèmes de Stirling en utilisant la concentration, qui poursuit le soleil capteurs solaires seront beaucoup plus chers et exigent plus de soins dans leur fonctionnement que ceux utilisant du carburant comme source de chaleur.

Avec ces réserves à l'esprit, il est juste de remarquer qu'il ya des situations dans lesquelles ces systèmes solaires axée sont dignes de considération: d'où le soleil intense est la règle, où il n'ya pas de biomasse disponible et aucun derivable des effets du moteur (comme il serait finalement si le moteur irriguait un autrefois région désertique), et où le coût du moteur, collecteur, traqueur, montagne, et l'entretien n'est pas prohibitif.

Une telle situation pourrait exister où plusieurs kilowatts d'électricité sont nécessaires, et le coût des systèmes photovoltaïques est trop élevé. Il est probable que d'un système solaire électrique basée sur un moteur à pistons libres Stirling coûtera moins par watt considérablement délivré que d'un système photovoltaïque dans le kilowatt gamme de puissance.

Une note d'avertissement sur les systèmes solaires Stirling: bien que le moteur Stirling sera commercialement disponible dans un ou deux ans, les collectionneurs se concentrer et à leurs auxiliaires sont encore loin de la production. Pour toutes ces raisons, les systèmes solaires moteur Stirling sont susceptibles d'être beaucoup plus coûteux que les autres systèmes, sauf si rien d'autre n'est disponible, comme pourrait être le cas dans les zones extrêmes du désert.

Plus souvent qu'autrement, un système solaire direct est moins pratique que celui qui utilise la biomasse avec l'aide d'irrigation fournie par le moteur. Par ce moyen, les terres qui seraient autrement grandissez rien ne pourrait être composé de produire des aliments ainsi que du carburant pour la pompe d'irrigation. Plus simplement, un champ d'herbes, récoltés pour être brûlé dans le moteur, est une voie beaucoup plus facile à l'énergie solaire qu'un système elabourate optique, montage, et le tracker. Et les mauvaises herbes, contrairement au soleil, ne pas se cacher derrière les nuages ​​ou disparaissent dans la nuit.

CONSOMMATION DE CARBURANT ET PUISSANCE
Le moteur Stirling est susceptible de brûler environ 10 kilogrammes (kg) par kilowatt-heure (kWh) de combustible de la biomasse, et 6 kg / kWh de charbon. C'est moins que le taux de consommation de carburant des moteurs à vapeur de petite taille. Selon la façon dont bien un opérateur guide la machine, cette vitesse de combustion peut facilement varier autant que 20 pour cent, vers le haut ou vers le bas; avec bien conçu et bien assisté à moteurs, il pourrait être aussi peu que la moitié.

La puissance par unité de poids varie fortement avec la conception. Généralement, il varie d'environ 0,04 kW / kg pour une simple manivelle d'entraînement du modèle à environ 0,07 kW / kg pour une publicité de haute technologie du moteur alternateur de piston libre.

IV. COMPARER LES ALTERNATIVES
Le moteur Stirling est capable d'accepter la chaleur d'une source supérieure à environ 400 [degrés] C et convertir une partie de la chaleur en travail utile. Cela le rend capable d'une grande variété d'utilisations. Lequel d'entre eux sont pratiques et mérite un examen en comparaison avec les autres sources d'énergie mécanique?

Si les carburants classiques et de machines sont disponibles et satisfaisants, il n'est probablement pas pratique d'envisager de les remplacer par un moteur Stirling. Ce n'est que lorsque l'essence ou diesel ou combustibles gazeux propres sont rares, chers, ou autrement peu attrayant, et quand le moteur à allumage commandé à combustion interne ou moteur diesel est trop courte ou trop coûteux de maintenir ou d'achat, est-il raisonnable d'envisager l'application de la le moteur Stirling. Si vous envisager d'introduire le moteur Stirling, vous devez soigneusement évaluer sa disponibilité, des caractéristiques des performances éprouvées, et de l'économie, de peur que résultat de la déception.

LES CONCURRENTS DU MOTEUR STIRLING
La compétition pour le moteur Stirling est un moteur à combustion interne, y compris le moteur à allumage commandé fonctionnant à l'essence, le gaz naturel, de l'alcool, biogaz, ou gaz de gazogène, et le moteur diesel fonctionnant au gazole, ou un mélange de diesel et d'autres gaz ou des combustibles liquides. Les divers dispositifs de cellules solaires ainsi que la machine à vapeur sont également considérés comme une concurrence pour le moteur Stirling.

Le moteur Stirling est plus susceptible d'être le meilleur choix, où la puissance requise est comprise entre 100 watts et 20 kW, et une sorte de biomasse, le charbon ou la tourbe comme combustible est disponible. Si le combustible gazeux ou liquide est facilement disponible, un moteur à combustion interne est correctement adapté susceptibles d'être moins cher, au moins dans le court terme, même si, selon le coût relatif des combustibles, le moteur Stirling pourrait être moins cher sur le long terme, raison de la baisse des coûts d'entretien et de carburant.

Parce que le moteur Stirling a été réintroduit seulement récemment, il est difficile de prévoir les coûts d'achat relatif des différents types de machines Stirling. Il est probable que le moteur Stirling coûtera plus cher que le moteur à allumage commandé à combustion interne, et à peu près la même chose qu'un slowspeed moteur diesel de la même qualité. Mais le moteur Stirling est susceptible d'avoir des coûts de maintenance inférieurs l'un de ces en raison de sa grande simplicité.

Le Moteur du gaz comme un concurrent du moteur Stirling
Le moteur de producteur de gaz fonctionne au gaz par le biais d'un convertisseur de la biomasse en gaz appelé un générateur de gaz du producteur. Le moteur utilisant du gaz de gazogène peut être un moteur à essence converti ou un moteur diesel utilisant du gaz principalement mais nécessitant également une petite quantité de carburant diesel comme allumeur pour le producteur de gaz. Depuis cette combinaison peut en fait faire la même chose comme un moteur Stirling - qui est, de développer l'énergie mécanique du bois et autres biomasses - on est obligé de se demander si le moteur Stirling a aucun avantage sur la combinaison de générateur de gaz du producteur et conventionnelles moteur à combustion interne. Dans certains cas, la réponse est oui.

Le moteur Stirling a trois avantages: (1) il peut brûler les combustibles avec haute teneur en cendres comme des balles de riz, dont le système de gaz ne peuvent pas; (2) puisque les produits de combustion n'entrent pas dans le moteur Stirling, ils ne nécessitent pas de nettoyage, en Contrairement au moteur à combustion interne producteur de gaz, et (3) le moteur Stirling, en combinaison avec un brûleur du combustible forgé simple, est beaucoup plus simple et plus sans entretien du système que la combinaison de générateur de gaz du producteur, le système de nettoyage, et à combustion interne du moteur.

Le moteur Stirling double le système producteur de gaz du moteur si le combustible utilisé, n'est pas de haute qualité, tels que des balles de riz, et si le coût du maintien du système d'allumage, système d'injection, la lubrification, et d'autres composants relativement délicate de la combustion interne moteur et le producteur de gaz est un problème, comme c'est si souvent.

La machine à vapeur comme un Concurrent du moteur Stirling
Il est logique de considérer la machine à vapeur comme compétition naturelle pour le moteur Stirling, comme il était en fait au moment Révérend Stirling l'a inventé. A cette époque, la machine à vapeur a été le producteur de puissance dominante, alors que le moteur Stirling a été plus économes en carburant, et beaucoup plus sûr car il est presque impossible de causer un moteur Stirling d'exploser, et plutôt facile à faire avec un moteur à vapeur. Toujours à cette époque, le grand inconvénient du moteur Stirling était la température pauvre résistance de la tête de chauffe en fonte.

Aujourd'hui, la situation est différente. La machine à vapeur est tombée en désuétude, et le Stirling a bondi en avant dans la performance, la vie, et la disponibilité. Avec l'utilisation de séries d'acier inoxydable 300, un matériau couramment disponibles, il n'est plus le danger d'échec de la tête chauffe, au moins en dessous de 700 [degrés] C, qui une chambre de combustion du combustible solide normal produit sur un moteur Stirling courant. Et il est possible de faire la tête chauffe en céramique, en particulier dans les très basse pression de moteurs tels que l'autopompe de l'eau de piston libre simple.

Par conséquent, pour les applications de faible puissance en dessous de plusieurs dizaines de kilowatts, le moteur Stirling est susceptible d'être beaucoup plus efficace du carburant, beaucoup plus facile à utiliser, beaucoup plus sûr, et nécessitent beaucoup moins d'entretien. Il est également susceptible de coûter moins, puisque le moteur Stirling a si peu de parties et tels simples en comparaison avec la machine à vapeur. Par exemple, le moteur Stirling n'a pas besoin de vannes, alors que le moteur à vapeur exige beaucoup, et chacun d'eux doit travailler infailliblement dans un environnement chaud et corrosif.


fin

Bonjour Gregory,

Bonne idée cette traduction de Stirlingpedia.

Infos historiques et techniques assez complètes.

@+

Traduction de l'Anglais


Réfrigération cycle de Stirling
Le moteur à cycle Stirling a été inventée par le révérend Robert Stirling de Kilmarnock en 1812 dans une tentative pour produire un moteur qui a été beaucoup plus sûr que la combinaison mortelle de la chaudière à vapeur basse et la pression du moteur à vapeur brut, qui était entrée en usage à cette époque. Le moteur à cycle Stirling est un moteur à combustion externe. La chaleur est appliquée à une quantité de gaz scellés dans le moteur. Cela déplace le piston du moteur et produit une rotation via un vilebrequin. Le gaz détendu est ensuite transmis, à volume plus ou moins constante, à travers un échangeur de chaleur régénératif, à une position où le gaz est comprimé isotherme à la pression maximale du cycle. Le gaz comprimé est ensuite réacheminé à travers l'échangeur de chaleur régénératif, où elle se réchauffe au point où il peut encore être chauffé par la source de chaleur externe pour fournir de l'expansion nécessaire à la source d'alimentation. Le révérend Robert Stirling a réussi dans sa tentative de produire une alimentation sûre, non polluante, moteur. Pressions et les températures ont été relativement faibles. Accidents étaient inconnus. Cependant, étant un moteur à combustion externe, où la chaleur a été transférée à travers les cylindres, il y avait une limite distincte à la quantité de surface de transfert de chaleur qui pourraient être inclus. Les premiers moteurs à cycle de Stirling avaient un diamètre de piston de l'ordre de 2 pieds. Ces grands, la course lente, les moteurs ont été capables de fonctionner pendant de nombreuses années sans entretien. C'est une caractéristique du moteur à cycle de Stirling qui, si elle est entraînée par une source d'alimentation externe, le gaz scellés dans le système va absorber la chaleur durant le processus d'expansion et de rejeter la chaleur pendant le processus de compression isotherme. La machine à cycle de Stirling est, en principe, d'un réfrigérateur très efficace. Cependant les machines à cycle de Stirling sont assez complexes, contenant des pistons de compression, les pistons plongeur et les échangeurs de chaleur, avec un mécanisme d'une certaine sorte de réguler le mouvement relatif des pistons de puissance et les pistons plongeur.

Le principal champ d'opération du réfrigérateur à cycle de Stirling a été jusqu'à présent dans la production efficace de basse température sur une échelle relativement petite. Il est possible d'acheter des machines standards cycle de Stirling qui va produire l'azote liquide et d'oxygène liquide de l'air atmosphérique.
L'hydrogène est le meilleur gaz pour une utilisation dans un réfrigérateur à cycle de Stirling en raison de son faible poids moléculaire, mais l'azote est souvent utilisé dans les machines standards commerciaux, car elle est beaucoup moins cher et plus sûr.
Machines à cycle de Stirling ont une fascination pour beaucoup d'ingénieurs ingénieux. Matériaux et dessins modernes sont sans cesse à améliorer l'efficacité et la fiabilité des réfrigérateurs à cycle de Stirling. Hermétique versions sont maintenant disponibles. Une conception ingénieuse hollandaise utilise des pistons oscillants et les plongeurs de fournir un petit scellées, une machine, qui pourrait être utilisé dans les réfrigérateurs domestiques. L'efficacité de ces réfrigérateurs se compare favorablement avec l'efficacité des trois systèmes d'absorption des fluides et les systèmes de thermo-électriques décrits précédemment. Il ya donc la possibilité fascinante de trois nouvelles formes de réfrigérateur domestique en compétition pour le poste de principal concurrent avec le système de compression de vapeur. Le cycle de Stirling n'est pas susceptible d'être important pour les services ingénieurs en bâtiment sauf peut-être le cadre d'une production combinée de chaleur et d'électricité.

Voir Stirling cryogenics.com

Salut Grégory, intéressante traduction

SWINGREGORY a écrit:Le cycle de Stirling n'est pas susceptible d'être important pour les services ingénieurs en bâtiment sauf peut-être le cadre d'une production combinée de chaleur et d'électricité.

Sur ce point, je ne suis pas d'accord, car l'on peut doubler, voire tripler le pouvoir calorifique d'un combustible en s'appuyant sur du Stirling.

Où l'appareil de cogénération et la pompe à chaleur(PAC) seront de préférence en cycle de Stirling (meilleur rendement).

Aucune surunité là dedans, juste de la thermodynamique très orthodoxe, mais avec une installation/agencement hyperoptimisés ; concept dont je suis l'auteur.

Malheureusement, je ne suis pas chauffagiste de métier.

Plus de précisions dans la FAQ du SPRATL* du 20/12/2008
*Présenté sur l'exemple du SPRATL, mais toute machine de Stirling est compatible avec ce concept de multiplication du pouvoir calorifique de tout combustible.

@+

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