ćw14 silnik stirlinga sprawko by pawelekm


LABORATORIUM KONWERSJI ENERGII
Data wykonania
Ćwiczenie nr 14
Temat ćwiczenia:
ćwiczenia:
Silnik Stirlinga
Nr zespołu: V
10.10.2011
Wydział Energetyki i Paliw, kierunek Energetyka, III rok, grupa 2
Imię i nazwisko
Teoria Wykonanie Końcowa ocena z
ćwiczenia ćwiczenia
1. Marek Biduś
2. Mateusz Gajewski
3. Paweł Miszczyk
1. Opracowanie teorii
Silnik cieplny Stirlinga został opatentowany w 1816 roku przez szkockiego
duchownego Roberta Stirlinga. Zasada działania tego silnika polega dostarczaniu energii
cieplnej z zewnątrz do ogrzania naszego czynnika roboczego (jest nim dowolny sprężony
gaz, najczęściej wodór, hel lub powietrze) i przetwarzaniu tej energii na energię
mechaniczną lub elektryczną.
Podstawowa konfiguracja silnika to układ dwóch połączonych ze sobą cylindrów
(ciepłego i zimnego), tak aby tłok w cylindrze ciepłym wyprzedzał tłok w cylindrze zimnym o
ź cyklu ruchu.
Zasada działania silnika jest stosunkowo prosta. Gaz zostaje ogrzewany w cylindrze
ciepłym i powiększą swoją objętość, następnie zostaje przepompowany do cylindra zimnego,
gdzie zmniejszą swoją objętość i przy minimalnej objętości
jest przepompowany do cylindra ciepłego. Dzięki różnicy
temperatur obu cylindrów mamy ruch.
Silnik Stirlinga może również składać się z jednego
cylindra, który zbudowany jest tak, że jeden z końców
cylindra jest ciepły a drugi zimny-jedna z powierzchni jest
dostawcą ciepła, a druga odbiornikiem (chłodnicą) Podczas
pracy takiego modelu silnika czynnik roboczy jest sprężany i
oziębiany w zimnej komorze. Pózniej gaz jest przenoszony
do komory gorącej, gdzie ulega rozprężeniu, a powstająca w
ten sposób energia napędza tłok.
Silnik Stirlinga miał być alternatywą dla często
zawodnych i niebezpiecznych silników parowych. W XIX
wieku i XX silnik ten używano do napędu niewielkich
maszyn. Emituje on bardzo mało spalin, jest cichy a także
bardzo wydajny dlatego w dzisiejszych czasach znów
powraca zainteresowanie tym urządzeniem.
Zalety silnika Stirlinga:
-niezawodność uruchamiania
-niska emisja spalin dzięki pełnemu spalaniu paliwa
-minimalny hałas
-brak osprzętu elektrycznego
-luzne pasowanie gorącego tłoka
-brak wrażliwości na warunki pracy(zapylenie powietrza, zmienność temperatur otoczenia,
zwilgocenie itp.)
-relatywnie długie cykle eksploatacyjne między remontami
-niskie koszty eksploatacji
Wady silnika Stirlinga:
-1-
-konieczność instalacji dużej chłodnicy
-relatywnie duży ciężar własny silnika
-wysokie koszty materiałowe
-najwyższa efektywność silnika przy ciśnieniu 200 atmosfer i temperaturze do 800C
-wysokie koszty całkowite dla silnika
-duże rozmiary elementów silnika
Badania rozwojowe silników Stirlinga podjęły w 1937 roku zakłady Philips, prace
jednak przerwano na skutek wybuchu wojny. Pierwsze współczesne silniki zastosowane w
zespołach wyprodukowano w 1948 roku. Obecnie silnik Stirlinga jest wykorzystywany do
napędzania szwedzkich okrętów podwodnych typu Gottland jako ciche zródło napędu do
pełzania przy zanurzeniu.
W latach 2001-2002 firma SOLO Sindelfingen rozpoczęła sprzedaż silników Stirlinga
o macach 2-9 kWel oraz 8-24 kWec. Silniki te mogą być zasilane gazem ziemnym, biogazem
lub brykietami z drewna. Sprzęga się je w elektrociepłowniach przeznaczonych do zasilania
obiektów komunalnych.
Holenderska firma ENATEC CHP produkuje domowe urządzenia do ogrzewania o
mocy 26 kW oraz generator napędzany silnikiem Stirlinga o mocy 1kW. Wykorzystywanym w
tym urządzeniu paliwem jest biomasa.
Problem zastosowania tego silnika w pojazdach mechanicznych, wiąże się z
kłopotami dotyczącymi płynnej regulacji mocy silników Stirlinga.
2. Opis eksperymentu i zdjęcie stanowiska pomiarowego
Dokonujemy pomiaru prędkości obrotowej śmigła silnika w funkcji malejącej
temperatury. Nasz układ pomiarowy składa się z: komputera połączonego z modułem
pomiarowym, kubeczka z gorącą wodą(którą przed rozpoczęciem ćwiczenia gotujemy w
czajniku elektrycznym), podkładki izolacyjnej, na której kładziemy nasz kubek, przewodów
łączących ze sobą dane elementy(czujnik temp. z gniazdem  Temp. oraz czujnik obrotów z
gniazdem  czujnik Obr. ) oraz silnika Stirlinga. Poniższe zdjęcia przedstawiają:
to po lewej stronie nasz układ pomiarowy, a to po prawej silnik Stirlinga.
-2-
Kiedy już wszytko zostanie poprawnie podłączone należy uruchomić komputer,
załączyć zasilanie modułu pomiarowego i uruchomić aplikacje strling.exe znajdującą się na
pulpicie. Teraz już właściwie można zacząć nasz eksperyment.
Gorącą wodę z czajnika wlewamy do kubeczka i umieszczamy w nim czujnik pomiaru
temperatury tak, aby znajdował się tuż pod silnikiem oraz równolegle do lustra wody.
Następnie uruchamiamy program wciskając ikonkę RUN i lekko popychamy śmigło silnika
zgodnie ze strzałką  Engine on steam (HOT) . Śmigło zaczyna się kręcić. Ćwiczenie polega
na obserwacji zmian obrotów śmigła silnika w funkcji malejącej temperatury n=f(t) oraz na
narysowaniu wykresu obrazującego tą zależność. Gdy śmigło przestanie się kręcić wciskamy
ikonkę STOP w programie w celu zatrzymania zapisu danych.
3. Opracowanie wyników pomiaru
Na podstawie wyników pomiaru zapisanych przez program zostały opracowane odpowiednie
wykresy(wykresy zostały umieszczone na osobnych kartkach):
Pierwszy wykres przedstawia charakterystyki obrotów n=f(t) i temperatury T=f(t) w
funkcji czasu. Obie wielkości (obroty, temperatura) są liniowymi funkcjami czasu.
Momentowi ruszenia towarzyszą najwyższe obroty: 287 [obr/min] i najwyższa
temperatura wody: 78,7 [C]
Silnik uległ zatrzymaniu zaraz po spadku obrotów poniżej 70 [obr/min] i temperaturze
wody: 53,5 [C]
Drugi wykres przedstawia zależność obrotów w funkcji malejącej temperatury n=f(T).
Po obejrzeniu tego wykresu nasuwają się dwa podstawowe wnioski:
-obroty silnika są liniową funkcją temperatury
-im wyższa jest temperatura tym wyższe są obroty silnika
Do obliczenia sprawności konwersji energii cieplnej na energię mechaniczną wykorzystujemy
wzór Carnota:
gdzie T1  temperatura zródła ciepła [K], T2  temperatura chłodnicy [K]
Ponieważ temperatury się zmieniają dlatego też ta sprawność również maleje w czasie
trwania eksperymentu od 0,16 do 0,08
Zmianę sprawności w czasie przedstawia poniższy wykres:
sprawność silnika Stirlinga w czasie =f(t)
czas t sprawność 
0,20
0,18
105 0,16
0,16
878 0,12
0,14
1300 0,11
0,12
1780 0,10
0,10
2567 0,09
0,08
0,06
3038 0,08
0,04
0,02
0,00
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
czas t [s]
-3-
sprawność 
Najwyższa sprawność towarzyszy momentowi startu, po którym sprawność konwersji
systematycznie spada.
Otrzymana sprawność procesu konwersji na pewno nie zachwyca, ale jest związana ze
stosunkową małą różnicą temperatur (40-50K) pomiędzy zródłem ciepła, a chłodnicą. Gdyby
ta różnica temperatur była większa sprawność naszego procesu również byłaby większa.
-4-


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Silnik Stirlinga Technologia
Lepiar sprawko by Wiola
lab2 sprawko by Vaz
Lokalne elektrociepłownie na biomasę – z silnikami Stirlinga Kotowski
I SILNIK STIRLINGA
Ts 3 running stirling engine with steam as working fluid by using heat energy from producer gas
Sprawko Maszyny Silnik indukcyjny
Silnik prądu stałego sprawko
45 Odpalać silniki! Fire up Your engines! by Kirk Lundbeck Feb 16 2013
Found And Downloaded by Amigo
FUNKCJA CHŁODZENIE SILNIKA (FRIC) (ZESPOLONE Z KALKULATOREM
kod z WOŚP polecane chomiki by closer9
Found And Downloaded by Amigo
kaskada sprawko
Found And Downloaded by Amigo

więcej podobnych podstron