ИСТОРИЯ РАЗВИДИЯ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Роберт Стирлинг изобрел двигатель 21 сентября 1816 г. в Эдинбурге, столице Шотландии. Это было приблизительно за 80 лет до дизеля, и поэтому двигатель Стирлинга пользовался огромной популярностью да начала ХХ века В 1816 году Стирлинг получил патент на “машину, которая производит движущую силу посредством нагретого воздуха”.

В 1827 и 1840 годах он получает еще два патента на усовершенствованные варианты своей машины. А в 1845 году на литейном заводе в Дании была пущена машина Стирлинга мощностью 50 индикаторных лошадиных сил, проработавшая в течение трех лет Долгое время после этого двигатели Стирлинга не строились.

И только в 1890 году было выпущено несколько образцов таких машин малой мощности. Интерес к двигателям Стирлинга утратился окончательно с конца XIX века, в связи с успехами в развитии двигателей внутреннего сгорания и отсутствием подходящих конструкционных материалов, что в значительной степени затруднило дальнейшее совершенствование двигателя Роберт Стирлинг постоянно совершенствовал свой двигатель, работающий на подогретом воздухе.

К 1908г. двигатель Стирлинга был уже настолько усовершенствован, что по обе стороны Атлантического океана широко использовались регенератор и принцип двойного действия в нем. Обсуждение возможных областей применения и перспектив этого двигателя регулярно проводилось в известных журналах, таких, как “труды института инженеров-механиков”.

С середины XIX в. и до начала первой мировой войны воздушно-тепловые двигатели как с разомкнутым, так и с замкнутым циклов имели значительный коммерческий успех, удовлетворяя технические потребности человечества в чрезвычайно широком диапазоне -–от энергетических установок на судах до приводов швейных машин, насосов и агрегатов для подачи воздуха в церковные органы. Эта последняя область применения была, пожалуй, первым случаем, когда основанием для применения двигателя была бесшумность его работы Еще в 1908 г. была предложена солнечная установка для привода водяного насоса с помощью двигателя Стирлинга.

Популярность водяных насосов подтверждалась наличием в фирменных каталогах рекомендаций, подписанных такими известными личностями, как король Эдуард VII. Но несмотря на этот успех, к 20-м годам нашего века интерес к двигателям Стирлинга угас Этапы разработки двигателей Стирлинга можно проследить начиная с 1818г., однако наибольшее внимание уделяется совершенствованию двигателей Стирлинга начиная с 1938г. Разработка конструкций двигателей Стирлинга с этого времени прошла через определенные этапы. Одной из фирм, проводивших исследования в области совершенствования двигателей была фирма “Филипс”

1937-1938 гг. Фирма “Филипс” проявляет интерес к двигателям с замкнутым циклом, работающим на подогретом воздухе и предназначенным для электрогенераторов малой мощности

1938-1947 гг. Создано несколько опытных образцов двигателей с лучшими характеристиками по сравнению с двигателями 30-х годов 1948-1953 гг. Внимание переключается на холодильные машины. Выясняется, что применение газов с малыми молекулярными массами улучшает рабочие характеристики. Тем не менее продолжается исследование и разработка Двигателей – источников механической энергии как простого, так и двойного действия, Интерес к ним проявляют фирмы “Форд” (США) и “Дженерал моторс”.

Резкий скачок в разработке двигателя Стирлинга был сделан в 1953 г., когда Мейер изобрел ромбический привод, что позволило использовать более высокие рабочие давления. Развитие конструкций двигателей- источников механической энергии и холодильных машин пошло различными путями 1954-1958 гг.

В течение этого периода было построено и испытано много двигателей с ромбическим приводом, при этом в двигателе 1-365 с водородом в качестве рабочего тела среднее давление цикла достигло 14 МПа. С использованием газа при высоких давлениях возникла проблема надежности уплотнений.

Чугунные поршневые кольца не подходили из-за значительной утечки масла. Уплотнения сальникового типа для картера также оказались неподходящими. Было разработано уплотнение поршня с плотной посадкой. Поршень изготавливался с нанесенными на нем кольцевыми слоями сплава олова, свинца и сернистого молибдена. Затем поршень при сильном охлаждении вставлялся в цилиндр. В 1957 году “Дженерал моторс” вновь проявляет интерес к Двигателю Стирлинга и работам фирмы “Филипс”.

И в ноябре 1958 года между ними заключается соглашение по предоставлению лицензии сроком на 10 лет 1958-1962 гг. “ Филипс” продолжает работу над двигателем 1-98 с ромбическим приводом. Было построено свыше 30 вариантов этого двигателя В этот период времени были намечены три основных области применения двигателей Стирлинга, в которых фирма “Дженерал моторс” намеревалась проводить дальнейшую работу: подвесной мотор для судов, генератор для спутников, работающий на солнечной энергии, и компактный генератор ГПУ (англ). GPU-Ground Power Unit) для работы в полевых условиях для армии США.

Другие возможные области применения включали силовые установки для речных и каботажных морских судов, подводных лодок и железнодорожного транспорта Первым двигателем, который испытывался фирмой “Дженерал моторс”, был одноцилиндровый двигатель мощностью 23 кВт с плотной посадкой поршня в цилиндре 1963-1968 гг.

Изобретение ромбического привода и уплотнения типа “скатывающийся чулок”, а также усовершенствования процесса сгорания, теплообменников и систем регулирования позволили приступить к созданию более мощных двигателей. Продолжалась интенсивная работа с двигателем ГПУ, и его мощность была доведена до 9 кВт. Кроме того, и “Филипс”, и “Дженерал моторс” провели исследования и построили двигатели мощностью 200 кВт. Использовались они на морских судах, на автобусах, в военно-морских силах США Продолжались работы и над двигателем простого действия, которые интенсивно вела фирма “Дженерал моторс”.

Они построили и провели испытания двигателя PD67 для спутника. В 1964 г. на автомобиле марки “Кал вер” был испытан двигатель Стирлинга мощностью 23 кВт, тепловая энергия, для которого поступала от теплового аккумулятора энергии на основе окиси алюминия В этот же период были начаты исследования свободнопоршневых двигателей и двигателей с жидкими поршнями. Были созданы и испытаны с разной степенью успеха опытные образцы таких двигателей.

Работы по свободнопоршневым двигателям проводились в различных институтах США 1968-1978 гг. Это был период интенсивных исследований, однако, без крупных достижений. Работа над автомобильным двигателем Стирлинга не прекратилась, и ее продолжали фирмы “Форд” и “Филипс” в соответствии с соглашением, подписанным в 1972г. Шведская фирма “Юнайтед Стирлинг” также совершенствовала свои автомобильные двигатели, предназначенные для тяжелых грузовиков и автобусов.

Объединение MAN-MWM не раскрыло предполагаемую область применения своих двигателей, однако, предполагалось, что эти двигатели предназначены для военно-морских судов К концу рассматриваемого периода были достигнуты значительные успехи в разработке двигателя Стирлинга, работающего на жидком природном топливе и предназначенного для использования на легковых и грузовых автомобилях.

Успешные испытания двигателей серии Р фирмы “Юнайтед Стирлинг”, в которых использовался U-образный кривошипный привод Рикардо, вызвали интерес многих фирм. Помимо автомобильного транспорта были рассмотрены другие области применения, такие, как электрические генераторы, использующие солнечную энергию, установки для подводных лодок и дистанционного управляемые стационарные электрогенераторы, работающие не на жидком топливе.

Работы над свободнопоршневым двигателем в этот период достигли такого уровня развития, что стало возможным приступить к коммерческому выпуску двигателей. Были предприняты работы по совершенствованию двигателя с целью использования его на Индийском субконтиненте. Изучались также возможности использования “сухой” модификации этого двигателя, работающего на угле Период, начиная с 1978г.

Основное направление работ переключилось с двигателя с качающей шайбой на энергосиловую установку Р-40 с U-образным кривошипным приводом. Интенсивность исследований, связанных с двигателем Стирлинга, с 1978 г. возросла примерно в 10 раз, однако все усилия были направлены в основном на доводку существующих конструкций, а не на разработку новых.

Нельзя, конечно, утверждать, что работа над новыми конструкциями вообще не велась. Но направление работ во всех областях в большей степени ориентировалось на создание промышленных образцов двигателей, поскольку почти все программы ориентированы на определенную область применения двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга