موتور استرلینگ

[Mårzï¥ē]

موتور استرلینگ (به انگلیسی: Stirling engine) یک موتورحرارتی است که اختلاف زیادی با موتورهای احتراق داخلی در اتومبیل دارد که در سال ۱۸۱۶ توسط رابرت استرلینگ اختراع شد. موتور استرلینگ قابلیت بازدهی بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی و دیزلی دارد.
اما امروزه موتورهای استرلینگ فقط در برخی کاربردهای خاص مانند زیر دریاییها یا ژنراتورهای کمکی در قایق‌ها که عملکرد بی صدا مهم است استفاده می‌شود. اگر چه موتورهای استرلینگ به تولید انبوه نرسید اما برخی اختراعات پرقدرت با این موتور کار می‌کند.
موتورهای استرلینگ از چرخه استرلینگ استفاده می‌کند که مشابه چرخه‌های استفاده شده در موتورهای احتراق داخلی نیست.
گاز استفاده شده در داخل موتورهای استرلینگ هیچ وقت موتور را ترک نمی‌کند و مانند موتورهای دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گازهای پر فشار را تخلیه می‌کند و محفظه احتراق وجود ندارد. به همین علت موتورهای استرلینگ بسیار بی صدا هستند.
چرخه استرلینگ از یک منبع حراتی خارجی که می‌تواند هر چیزی از بنزین و انرژی خورشیدی تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندرهای موتور رخ نمی‌دهد.

 

[Mårzï¥ē]

در یک موتور استرلینگ سه تا چهار مبدل حرارتی وجود دارد. این مبدلها در شکل زیر نشان داده شده اند که شامل هیتر، کولر، بازیاب حرارتی و پیش گرمکن(به صورت اختیاری ) است

 

[Mårzï¥ē]

قاعده اصلی کار موتور استرلینگ این است که مقداری گاز داخل موتور محفوظ شده است .چرخه استرلینگ شامل یک سری رویداد است که فشار گاز داخل موتور را تغییر می دهد و سبب ایجاد کار می شود .
چند خاصیت مهم گاز وجود دارد که برای عملکرد موتورهای استرلینگ مهم است :
• اگر مقداری گاز محبوس در یک حجم ثابت از فضا داشته باشیم و به آن گاز حرارت بدهیم , فشار گاز افزایش خواهد یافت .
• اگر مقداری گاز محبوس داشته باشیم و آن را فشرده کنیم (حجم آن را در فضا کاهش دهیم ) ، دمای 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 ی یک منبع خارجی گرما، گرم می شود و دیگری به وسیله ی یک منبع سرد خارجی ، سرد می شود.
محفظه گاز دو سیلندر به هم متصلند ، و پیستون ها به طور مکانیکی به وسیله ی یک رابط که چگونگی حرکت انها را معین می کند به یکدیگر متصلند .

 

[Mårzï¥ē]

سیکل استرلینگ 4 مرحله دارد :
1- حرارت از منبع گرمایی به گاز داخل سیلندر گرم منتقل می شود (قرمز) در این مرحله ، فشار تولید می شود و پیستون گرم را به حرکت در می آورد 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 بعدی ، هر دو پیستون حرکت می کنند، پیستون گرم به سمت پایین و پیستون سرد به سمت بالا حرکت می کند . این عمل گاز را بیشتر به سمت ریجنریتور (وسیله ای 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) و پیستون سرد را حرکت می دهد.
3- پیستون در سیلندر سرد شروع به متراکم کردن گاز می کند. گرمای ایجاد شده توسط این تراکم به واسطه ی سطح سرد از بین می رود .
4- در آخرین مرحله سیکل هر دو پیستون حرکت می کنند، هنگامی که پیستون گرم به سمت بالا حرکت می کند پیستون سرد به سمت پایین حرکت می کند . این عمل گاز اطراف ریجنریتور (جایی که در طول سیکل قبلی گرما را ذخیره کرده بود ) را به داخل سیلندر گرم می راند .در این لحظه سیکل دوباره تکرار می شود.


 

[Mårzï¥ē]

طبقه بندی موتورهای استرلینگ از نظر اتصال سیلندرها:
الف)موتورهای نوع آلفا
موتورهای نوع آلفا دارای دو سیلندر مجزا برای فضاهای تراکم و انبساط بوده و در هر سیلندر یک پیستون قرار دارد. دو سیلندر مجزا به واسطه هیتر، بازیاب و کولر به هم متصل شدهاند. پیستون گرم در کنار منبع گرم و پیستون سرد در کنار منبع سرد قرار میگیرد. این نوع از موتورها، از لحاظ مفهومی، سادهترین ترکیب را در میان انواع ترکیبات موتور استرلینگ دارند. گرچه احتیاج به آب بندی هر دو پیستون از معایب آن به شمار میرود و مسئله آب بندی پیستون گرم به دلیل تماس با منبع گرم از مشکلات فنی آن میباشد. موتورهای آلفا دارای نسبت توان به حجم بالایی هستند.

 

[Mårzï¥ē]

ب)موتورهای نوع بتا
موتور استرلینگ نوع بتا، قدیمیترین ساختمان موتورهای استرلینگ میباشد. اختراع رابرت استرلینگ به عنوان اولین موتور استرلینگ دارای ساختمان بتا بوده است. موتورهای نوع بتا از ترکیب پیستون قدرت و جابجا کننده استفاده میکنند. ساختمان موتور به این گونه است که هر دو پیستون در یک سیلندر به طور خطی قرار گرفتهاند.

 

[Mårzï¥ē]

ج)موتورهای نوع گاما
موتور استرلینگ نوع گاما همانند موتور نوع بتا دارای ترکیب پیستون- جابجا کننده میباشد. در این نوع موتور پیستون و جابجا کننده در دو سیلندر مجزا قرار دارند. موتور استرلینگ گاما نسبت به نمونه های آلفا و بتا، دارای نسبت تراکم کمتری میباشد. اما به دلیل اینکه تنها پیستون قدرت نیاز به آب بندی دارد و همچنین سیلندرها مجزا هستند، از لحاظ مکانیکی سادهترین آرایش را در میان سایر چیدمانها دارد.