Ստիռլինգի շարժիչ

Ստիրլինգի շարժիչ, ջերմային մեքենա, որում աշխատանքային մարմինը, որը գազ կամ հեղուկ վառելիք է, շարժվում է փակ ծավալում։

Հիմնված է էներգիայի անջատման միջոցով պարբերական տաքացման և սառեցման վրա, ինչի արդյունքում աշխատանքային մարմնի ծավալը փոփոխվում է։

Կարող է աշխատել ցանկացած ջերմության աղբյուրի դեպքում։

Պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ստիռլինգի շարժիչի առաջին արտոնագրողը համարվում է շոտլանդացի քահանա Ռոբերտ Ստիռլինգը (1816 թվական, սեպտեմբերի 27)։

Սակայն առաջին ջերմային շարժիչները հայտնի էին դեռ XVII դարից։ Ստիռլինգի ձեռքբերումը համարվում է մաքրող սարքի ավելացումը, որը նա անվանեց «էկոնոմ»։

ժամանակակից գրականության մեջ այդ մաքրող սարքը անվանվում է «ռեգեներատոր»։ Այն մեծացնում է շարժիչի արտադրողականությունը, ջերմությունը պահելով շարժիչի տաք մասում, այն ժամանակի ընթացքում, երբ աշխատանքային մարմինը սառում է։ Այս պրոցեսը մեծացնում է համակարգի էֆեկտիվությունը։

Գազը, անցնելով ռեգեներատորի միջով մի ուղղությամբ, տալիս է (կամ ստանում է) ջերմություն, իսկ հակառակ ուղղությամբ շարժման ընթացքում կլանում է (տալիս է) ջերմություն։

Ռեգեներատորը կարող է լինել արտաքին, կախված գլանի նկատմամբ տեղակայման դիրքից, կարող է նաև տեղադրված լինել բետտա կամ գամմա կառուցվածքներում։ Երկրորդ դեպքում շարժիչի չափերը ավելի փոքր են ստացվում։

1843 թվականին Ջեյմս Ստիռլինգը այդ շարժիչը օգտագործեց այն գործարանում, որտեղ աշխատում էր որպես ինժեներ։ 1939 թվականին «Ֆիլիպս» ֆիրման մեծացրեց շարժիչի հզորությունը մինչև 200 ձիաուժ։

Ստիռլինգի շարժիչը լայնորեն օգտագործվում էր շոգեմեքենաներում։

Նկարագրություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

XIX դարում ինժեներները ցանկանում էին գոլորշով աշխատող շարժիչները փոխարինել ավել կատարելագործվածներով, քանի որ այդ ժամանակի շարժիչները բարձր ճնշումների պատճառով պայթում էին, իսկ վերանորոգման համար սարքեր չկային։

Լավագույն տարբերակ համարվեց Ստիռլինգի շարժիչը, որը կարող էր աշխատանքի վերածել ջերմաստիճանների ցանկացած տարբերություն։

Աշխատանքի սկզբունքը փակ գլանում աշխատանքային մարմնի անընդհատ տաքացման և սառեցման մեջ է։

Սովորաբար որպես աշխատանքային մարմին օգտագործվում է օդը, բայց օգտագործվում են նաև ջրածին և հելիում։

Փորձերի ընթացքում օգտագործվել է նաև ֆրեոններ, պրոպան-բութան և ջուր։ Վերջին դեպքում ջուրը մնում է հեղուկ վիճակում ողջ թերմոդինամիկական ցիկլի ընթացքում։

Հեղուկ աշխատանքային մարմնով շարժիչները ունեն փոքր չափեր, բարձր հզորություն և աշխատանքայի մեծ ճնշումներ։

Գոյություն ունեն նաև երկփուլ ստիռլինգի շարժիչներ։ Դրանք նույնպես բնութագրվում են բարձր հզորությամբ և մեծ աշխատանքային ճնշումներով։

Թերմոդինամիկաից հայտնի է, որ ճնշումը, ջերմաստիճանը և իդելական գազի ծավալը կապված են հետևյալ առնչությամբ՝

$PV=vRT$ ,

որտեղ

P՝ գազի ճնշում,
V` գազի ծավալ,
v՝ գազի մոլերի քանակ,
R՝ ոււնիվերսալ գազային հաստատուն,
Т՝ ջերմաստիճանը Կելվինով։ Սա նշանակում է, որ տաքացնելիս գազի ծավալը մեծանում է, իսկ սառեցնելիս՝ փոքրանում։ Այն գազի հատկություններից է և ընկած է Ստիռլինգի շարժիչի աշխատանքի հիմքում։

Ստիռլինգի շարժիչը օգտագործում է Ստիռլինգի ցիկլը, որը թերմոդինամիկական տեսանկյունից չի զիջում Կառնոյի ցիկլին, նույնիսկ ունի առավելություն։

Պատճառն այն է, որ Կառնոյի ցիկլը բաղկացած է իրարից շատ տարբերվող իզոթերմերից ու ադիաբադերից։ Այդ ցիկլի օգտագործումը քիչ հեռանկարային է։

Ստիռլինգի ցիկլը հնարավորություն է տալիս ստանալ աշխատող շարժիչ խելամիտ չափսերում։

Ստիռլինգի ցիկլը բաղկացած է 4 փուլից և կազմված է 2 հաջորդական փուլերից՝ տաքացում, ծավալի մեծացում, անցում դեպի սառնության աղբյուր, սառեցում, սեղմում և անցում դեպի ջերմության աղբյուր։

Այսպիսով, ջերմության աղբյուրից դեպի սառնության աղբյուր անցումը ուղեկցվում է գլանում գազի ծավալի մեծացմամբ ու գազի սեղմմամբ։ Այդ ընթացքում փոխվում է ճնշումը, ինչի շնորհիվ կարելի է ստանալ օգտակար աշխատանք։

Աշխատանքային մարմնի տաքացումն ու սառեցումը կատարվում է 2 և 4 հատվածներում։ Իդեալական դեպքում արձակված և կլանված ջերմությունները քանակապես համընկնում են։

Օգտակար աշխատանքը կատարվում է միայն իզոթերմերի ընթացքում, այսինքն կախված է ջեռուցչի և սառնարանի ջերմաստիճաններից, ինչպես Կառնոյի ցիկլի դեպքում։

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]