ĐỘNG CƠ STIRLING CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Động có Stirling là loại động cơ nhiệt kiểu piston, được đặt tên theo người sáng chế ra nó, ông Robert Stirling. Năm 1816 , khi động cơ hơi nước vận hành ở mọi nơi, Robert Stirling đã sáng chế ra một loại động cơ mới động cơ Stirling (hình 1.1). Đây là loại động có sử dụng buồng đốt ngoài, công được tạo ra do sự giãn nở khí ở nhiệt độ cao. Cũng nhu các loại động cơ đốt trong, động cơ Stirling cung cấp công theo một chu trình, trong đó piston nén khí ở nhiệt độ thấp và cho khí giãn nở ở nhiệt độ cao.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY TIỂU LUẬN Đề tài: “ ĐỘNG CƠ STIRLING CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI” Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: ThS NGUYỄN HỒNG TRÍ PHẠM NGỌC PHI MSSV: 10103108 Lớp: 1111431A Khoá: 2011-2015 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2014 MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU .1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ STIRLING .2 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 MỘT VÀI MƠ HÌNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ STIRLING.5 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ ĐỘNG CƠ STIRLING .6 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC STIRLING 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG HỌC 2.2 HIỆU SUẤT NHIỆT LÝ THUYẾT .10 PHÂN LOẠI ĐỘNG có STIRLING 11 3.1 GIỚI THIỆU 11 3.2 CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ STIRLING .12 3.2 SO SÁNH CÁC LOẠI ĐỘNG có STIRLING 16 MÔI CHẤT CÔNG TÁC 18 BỘ HOÀN NHIỆT 20 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ STIRLING 20 6.1 ƯU ĐIỂM 20 6.2 NHƯỢC ĐIẾM 21 KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 LỜI NÓI ĐẦU Từ lâu nay, vấn đề lượng vấn đề quan tâm hàng đầu người Nguồn dầu mỏ giới dù phong phú, khai khác dầu mỏ cách ạt làm cho nguồn dầu mỏ ngày cạn kiệt dần, giá dầu tăng cao Hơn nữa, thời đại ngày nay, mà vấn đề môi trường vấn đề tồn cầu, mơi trường bị nhiễm nặng, mà ngun nhân khí thải động Nồng độ chất gây nhiễm khí xả động NOx, CO, HC, bồ hống có xu hướng gia tăng mạnh mẽ với gia tăng nởng độ C0 2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ bầu khí quyển, đề tài bàn cãi nhiều diễn đàn quốc tế khu vực Tất vấn đề đó, địi hỏi ngành động phải có giải pháp thích họp Động đốt ngày thay loại động khác, động Stirling quan tâm nhiều người Đây loại động đốt ngồi sử dụng mơi chất cơng tác thể khí Động có kết cấu đơn giản, khơng có hệ thống phức tạp hệ thống điện, hệ thống phun nhiên liệu Động Stirling cung cấp cơng theo chu trình piston nén khí nhiệt độ thấp cho khí giãn nở nhiệt độ cao Động dùng nguồn nhiệt nào, trình cấp nhiệt thực bên hay bên ngồi xylanh Ở tiểu luận này, em giới thiệu tổng quát động nhiệt động Stirling, nêu mục đích nghiên cứu, tìm hiểu loại kết cáu khác động cơ, nêu ưu nhược điểm nó, tìm hiểu ngun lý hoạt động động Stirling hình ảnh, nghiên cứu lý thuyết thiết kế động Stirling chạy nguồn điện làm sở để nghiên cứu phát triển loại động Stirling khác Trong q trình hồn thành tiểu luận, thân em cố gắng, khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong bảo thầy bạn để việc thuyết trình có hồn thiện Em xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Hồn Minh Trí bạn giúp đở để em hồn thành tiểu luận Thành phố HỒ CHÍ MINH, ngày 22 tháng 11 năm 2014 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ STIRLING 1.1 GIỚI THIỆU Động có Stirling loại động nhiệt kiểu piston, đặt tên theo người sáng chế nó, ông Robert Stirling Năm 1816 , động nước vận hành nơi, Robert Stirling sáng chế loại động mới- động Stirling (hình 1.1) Đây loại động có sử dụng buồng đốt ngồi, cơng tạo giãn nở khí nhiệt độ cao Cũng nhu loại động đốt trong, động Stirling cung cấp công theo chu trình, piston nén khí nhiệt độ thấp cho khí giãn nở nhiệt độ cao Hình 1.1 Động có Stirling ngun thủy năm 1816, loại động có sử dụng vào năm 1818 để bơm nước từ mỏ đá Tuy động có Stirling xuất sớm chưa phát triển để ứng dụng sống giá thành chế tạo cao lợi nhuận thấp nên không cạnh tranh với động nhiệt Trong kỷ này, người bắt đầu nghĩ mơi trường động Stirling quan tâm đặc biệt bồi trình hoạt động động êm, hiệu suất cao thải nhờ sử dụng nguồn nhiệt gây nhiễm Động sử dụng nguồn nhiệt nào, điều cho phép sử dụng nguồn nhiệt thơng thưịng nguồn nhiệt đốt cháy than củi, rác , sử dụng nguồn nhiệt từ lượng mặt trời cơng nghệ động Stirling có kết cấu đơn giản, loại động chế tạo tương đối dễ dàng sở khí nước ta Một hưống phát triển động Stirling chế tạo nhừng động cở nhỏ đế cung cấp công học tàu thuyền quan tâm có nhiều phương án thiết kế gọn nhẹ để nâng cao công suất riêng động Những nghiên cứu phát triển ứng dụng động Stirling phương tiện vận chuyến nhà sản xuất ôtô quan tâm Mặt khác biến đổi nhiệt trực tiếp từ lượng mặt trời thành cơng nên đá nghiên cứu ứng dụng tàu không gian từ năm 1995 1.2 MỘT VÀI MƠ HÌNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ STIRLING Đế hiểu động Stirling ta xem xét số hình ảnh động động có Stirling sau 1.2.1 Động Stirling kiểu hai piston: Động có hoạt động theo trình ( hình 1.2): Hình 1.2 Động có Stirling kiểu hai piston  Q trình cấp nhiệt (heat): Piston nóng di chuyển lên phía trên, piston lạnh di chuyến xuống phí phần tư vịng quay trục khuỷu  Q trình giãn (expansion): Hai piston di chuyển phía Năng lượng sử dụng để sinh cơng  Q trình làm lạnh (cool): Trục khuỷu quay nhờ lượng bánh đà Piston nóng tiếp tục di chuyển phía piston lạnh di chuyển phía Khơng khí chuyển từ buồng nóng tởi buồng lạnh, áp suất động có giảm  Quá trình nén (compression): Hai piston di chuyến phía Năng lượng tích trừ giai đoạn Động có Stirling kiểu trượt: Mơ hình động có thể hình 1.3: Hình 1.3 Động Stirling kiểu trượt  Mơi chất cơng tác: giãn cấp nhiệt co lại làm lạnh  Con trượt: làm chuyển đổi khơng khí thay đổi áp suất động Ấp suất tăng lên trượt vị trí xylanh, áp suất giảm trượt vị trí xylanh  Piston lực: động có nén đến áp suất lớn nhờ vận hành trượt, piston lực giãn làm vận hành động 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ ĐỘNG CƠ STIRLING Động có nhiệt thiết bị động lực, dùng đế biến đổi nhiệt thành có Nhiệt có đốt cháy nhiên liệu Ngày nay, động có nhiệt gắn ôtô, máy kéo, máy bay, xe gắn máy hai bánh, máy bơm nước Người ta ước tính 80% cơng có thể giới động nhiệt cung cấp Động nhiệt có bề dày lịch sử 200 năm, năm 1769, James Watt cấp sáng chế động nước Động nước xem phát minh tiên phong, mở thời kỳ phát triển thịnh vượng loại động có nhiệt Trong tất loại động nhiệt, nhiệt lượng nhiên liệu đốt tạo chuyển thành cơng có ích động đốt dùng rộng rãi vởi số lượng lớn Tổng công suất động đốt tạo chiếm khoảng 90% công suất thiết bị động lực nguồn lượng tạo (nhiệt năng, thủy năng, lượng nguyên tử, lượng mặt trời ) Động đốt bao gồm: động đốt piston, tua bin khí động phản lực (hình 1.2) Năm 1876, Nicolas Otto, người Đức, sau thời gian dài nghiên cứu chế tạo thành công động hoạt động theo ngun tắc thì, vừa chạy ga vừa chạy xăng Đây Là động nguyên thủy động có Diesel động Xăng ngày Động Stirling xuất sớm, với tên gọi trước động khí nóng, đưa lần mục sĩ người Scotland, có tên Robert Stirling vào năm 1816 Sau thời gian phát triển, tính ưu việt công suất riêng động nước làm lu mờ động Stirling Tuy nhiên, động Stirling quan tâm suốt kỷ 19 tính chất đặc biệt động là: chu trình nhiệt động học thực tiễn hóa hiệu suất động Stirling giống hiệu suất chu trình Carnot, tức hiệu suất lý thuyết cực đại có động nhiệt Ngày nay, vởi cạn kiệt dần nguồn lượng truyền thống nhu dầu mỏ, than đá sức ép vấn đề môi trường ngày bị nhiễm nặng động Stirling quan tâm hàng đầu nhà nghiên cứu sản xuất Năm 1938, công ty N.V.Philips Glaxilampen Fabrieken Hà Lan bắt đầu nghiên cứu chế tạo động Stirling cung cấp cho thị trường 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Từ đời nay, động Stirling quan tâm đặc biệt nhiều chất công tác, làm dịch chuyển mơi chất cơng tác từ phía sang phía khác trượt Trong trường hợp piston, áp suất môi chất công tác piston không giống Công tạo môi chất cơng tác giãn nhiệt độ cao tạo áp suất tác dụng lên piston, piston dịch chuyến xy lanh Trong số động cơ, trượt làm phần toàn khung kim loại xốp, thân đóng vai trị hoàn nhiệt Con trượt gọi trượt hoàn nhiệt động gọi động trượt hồn nhiệt 3.1.1 Động có piston trượt 3.1.1.1 Động piston trượt xy lanh đơn (loại β): Loại động dẫn động trục khuỷu Robert Stirling chế tạo với trượt hoàn nhiệt gọi loại Stirling, loại động dẫn động trục khuỷu bố trí hồn nhiệt riêng biệt bên gọi loại Rankine- Napier Loại động piston tự gần đưa vào áp dụng giáo sư Beale đại học Ohio gọi loại Beale Trong loại động piston trượt xylanh đơn cịn có loại động mà xylanh dao động gọi loại xylanh dao động 3.1.1.2 Động piston trượt xylanh riêng (loại γ): Loại động có trượt hồn nhiệt song song vởi xylanh lực loại động có Lanbereaw Schwarzkopff, loại động có có hồn nhiệt riêng nằm bên loại động Heinrici Một loại động piston- trượt hai xylanh riêng khác có tên gọi Robinson loại kết cấu mà trục xylanh nghiêng góc 90°, có trượt hồn nhiệt Một kết cấu khác đặc biệt H.Raibow công ty Bristol thiết kế với hai piston trượt đơn có hai xylanh giãn chung Hình 3.3 Cấc kết cấu khấc loại động piston trượt xylanh riêng 3.1.2 Động piston: Các kết cấu khác động hai piston tác dụng đơn rõ hình 3.4 Loại kết cấu bao gồm số động hai piston, ba loại với xylanh có định (hai xylanh song song, hai xylanh hình chừ V hai xylanh đối đỉnh nhau) loại có xylanh quay (có bốn piston) Trong số loại có kết cấu xylanh song song gọi loại Rider, sản xuất với số lượng nhỏ kỷ 19 Hình 3.4 Cấc kết cấu khắc động hai piston tác dụng đơn Hai dạng động nhiều piston tác dụng kếp rõ hình 3.5 Loại kết cấu Finkelstein thiết kế, bao gồm hai xylanh (nỏi xylanh gồm piston tác dụng kếp), kết hợp đế hoạt động động có hai xylanh chu trình đơi gọi loại Finkelstein Một xylanh có hai buồng nén, xylanh cịn lại có hai buồng giãn nở, có khả phân chia hồn tồn vật lý vùng nóng vùng lạnh động Kết cấu lại gọi loại Rinia, áp dụng cho loại động có nhiều xylanh, bố trí cho khoảng khơng gian phía piston xylanh nối qua đường dẫn chứa hoàn nhiệt, đến khoảng khơng gian phía piston xylanh Kết cấu đặc biệt thích hợp cho loại ba đến sáu xylanh, với xylanh xếp vòng tròn, với có cấu dần động trục khuỷu Kết cấu loại nhiều xylanh thẳng hàng khơng thích hợp lắm, buồng xa nói vởi đường ống dài Động có Rinia đựơc phát minh vào thời kỳ cơng ty Phillips Sau bị bở phức tạp việc bơi trơn làm kín Những mà phát triển loại động có cơng suất cao dùng cho ơtơ 3.2 SO SÁNH CÁC LOẠI ĐỘNG có STIRLING 3.2.1 Động có piston- trượt vdi động có piston: Ta biết, có nhiều loại kết cấu khác động có piston-con trượt động nhiều piston Một số phát triển lĩnh vực thương mại Trong tất loại khơng có loại có kết cấu tối ưu nhất, có số yếu tố dẫn đén lựa chọn thích hợp Đối với loại động piston- trượt xylanh đơn, lựa chọn cho phần lớn loại động kích thưởc nhỏ Trong loại động lớn hơn, việc lựa chọn nằm động piston-con trượt nhiều xylanh đơn trục khuỷu chung động nhiều xylanh loại Rinia hay Finkelstein Một lý quan trọng cho việc lựa chọn động piston- trượt động nhiều piston chổ động đa piston thường gặp phải trở ngại việc bao kín Trong trường ba loại động hình 3.1, roăng bao kín mơi chất cơng tác phải có tất piston, hai trường hợp cho động có hai piston, trường hợp cho động piston- trượt, roăng bao kín bở sung cần thiết cho truyền trượt Roăng bao kín cho truyền trượt nhỏ nhiều so với roăng bao kín piston, rị rỉ mơi chất cơng tác ma sát Điều có lẽ ữu điểm thuận lợi động piston- trượt, vấn đề bao kín khó, đặc biệt mơi chất cơng tác khơng phải khơng khí Một ưu điếm động piston-con trượt khối lượng chuyến động tịnh tiến tồn nhỏ động nhiều piston, điều làm động dễ cân giảm bởt rung động Mặt khác trượt khơng tạo cơng mà chịu lực khí thể xuất tổn thất dịng khí động lực học chịu lực qn tính thân Do trượt có kết cấu nhẹ Vì cần truyền, đồ tương ứng có khối lượng nhỏ Điều làm giảm đáng kế trọng lượng tổn thất ma sát Công suất động Stirling (theo cách tính gần đúng) hàm tuyến tính áp suất mơi chất cơng tác Vì vậy, để nâng cao cơng suất riêng động Stirling ta dùng biện pháp tăng áp cho động động nhở, việc tăng áp hợp trục khuỷu thuận tiện Điều khơng giảm nhẹ nhiệm vụ bao kín roăng, mà giảm bớt yêu cầu độ bền cụm piston truyền ổ đỡ Thực tế cho thấy với hợp trục khuỷu có áp suất cao, chênh lệch áp suất ngang qua piston giảm xuống cịn (Pxylanh- Plrụckhuỷu ), thay ( Pxylanh- Pkhơngkhí ) hợp trục khuỷu thơng thưịng Do giảm trọng lượng, giảm ma sát có khí đồ ma sát roăng bao kín 3.2.2 Động có piston- trượt xylanh đơn với động piston- trượt xylanh riêng: Có hai ưu điểm động piston- trượt xylanh đơn so với động pistoncon trượt xylanh riêng Ưu điếm thứ động hai xylanh (hình 3.1b), buồng nén phân chia xylanh trượt xylanh piston bao gồm đường nói hai xylanh, không gian giảm xuống không Vì vậy, buồng nén tích khe hở lớn, dẫn đến giảm công suất động Ưu điếm thứ hai động piston trượt xylanh nơi vòng quay, trượt piston quét phần xylanh thời điểm khác nhau, thể cho sử dụng hiệu thể tích xylanh động MƠI CHẤT CƠNG TÁC Theo lý thuyết Schmidt, khơng có tính tốn cụ thể có từ đặc trưng vật lý mơi chất cơng tác thực tế, ngoại trừ tính chất khí lý tưởng (nghĩa tn theo phương trình trạng thái khí lý tưởng PV = RT) Tuy nhiên, giả thiết xây dựng theo lý thuyết Schmidt, việc sử dụng mơi chất cơng tác khí lý tưởng có tính chất khơng có thực tế Giả thiết khơng có tốn thất ma sát khí động học đạt mơi chất cơng tác có độ nhớt Tương tự giả thiết hoàn nhiệt lý tưởng nén, giãn nở đẳng nhiệt có mơi chất cơng tác có giá trị vơ hạn hệ số truyền nhiệt Vơi đặc trũng lý nhiệt yêu cầu, thực tế có mơi chất cơng tác quan tâm nghiên cứu, là: khơng khí, khí Helium khí Hydrozen Khơng khí quan tâm ý có sẵn tự nhiên, khí Helium khí Hydrozen dùng bồi đặc trúng lý nhiệt chúng cho phép hệ số truyền nhiệt dòng chảy cao, vối tổn thất dịng khí động lực học tương đối bé Nếu xét mặt hiệu suất động cơ, môi chất công tác dùng Hydrozen tốt Helium Nếu xét mặt kinh tế dùng Hydrozen rẻ Helium Nhưng nhược điểm Hydrozen dễ cháy có khơng khí oxyzen Đối với động có cơng suất cao hiệu suất nhiệt cao, hoạt động áp suất tốc độ cao (lớpn 2000 vịng/phút) cần phải dùng Hydrozen Helium làm mơi chất cơng tác để có hệ số truyền nhiệt khối lượng môi chất cần thiết, với tổn thất dịng chấp nhận Tuy nhiên, vấn đề bao kín khó Mặt khác, hệ thống điều chỉnh cần thiết để thay đổi công suất động phức tạp; chúng phải lắp thêm bể chứa, van, máy nén đế thay đối mức áp suất động trì lượng môi chất công tác không đối Giá thành loại động cao, khó áp dụng đối vởi động tương đối lớn, loại động có ưu điểm độ ồn nhỏ ô nhiễm thấp Động sử dụng khơng khí làm mơi chất cơng tác, khơng đạt hệ số truyền nhiệt cao khối lượng môi chất công tác lớn động sử dụng Hydrozen Helium Những động động cở lớn nặng, có cơng suất đặc trưng hiệu suất nhiệt thấp; nhiên mơi chất cơng tác sẵn sàng cấp bở sung từ môi trường xung quanh Vì vậy, bao kín vấn đề vật liệu có bị loại bở; động chế tạo đơn giản, rẻ tiền đáng tin cậy Động sử dụng môi chất công tác không khí có hiệu suất thấp, nên chúng khơng cạnh tranh vối động đốt áp dụng lĩnh vực ơtơ áp dụng vào mục đích thông thường Tuy nhiên, nhu cầu cần thiết ngày tăng loại động có cơng suất thấp (nhỏ mã lực), có độ tin cậy cao hiệu suất trung bình, có khả hoạt động không cần bảo dưởng thời gian dài Ví dụ động yêu cầu để dẫn động máy phát điện dùng cho mục đích hàng hải, khí tượng thơng tin việc sử dụng động Stirling dùng môi chất công tác khơng khí hồn tồn thích hợp Hiệu suất so sánh động Stirling sử dụng mơi chất cơng tác khác là: khơng khí, Hydrozen, Helium minh họa hình 4.7 Đây đồ thị ông Meijer đứa vào năm 1970 Ở động Stirling có cơng st cao tôc độ cao, động Stirling CO môi chất công tác sử dụng Hydrozen tốt Helium, tốt nhiều so vởi động dùng môi chất cơng tác khơng khí Tuy nhiên , điều quan trọng tốc độ thấp công suất riêng thấp, khơng có khác biệt lớn việc sử dụng mơi chất cơng tác khơng khí so với sử dụng Hydrozen Helium Do việc chọn lựa môi chất công tác định quan trọng cần phải thực giai đoạn đầu công việc thiết kế Nếu dự định chế tạo động có tốc độ cao, có hiệu suất cao phải dùng Hydrozen Helium, cần loại động tốc độ vừa hiệu suất vừa phải nên sử dụng khơng khí làm mơi chất cơng tác kết cấu đơn giản giá thành chế tạo thấp BỘ HỒN NHIỆT Thiết kế hồn nhiệt trao đổi nhiệt khác động Stirling cơng việc phức tạp Sự hồn nhiệt lý tưởng giả định khảo sát chu trình Stirling chu trình hoạt động Schmidt Sự hồn nhiệt lý tưởng có mơi chất công tác vào khỏi hồn nhiệt hai nhiệt độ khơng đổi Điều đạt nểu hoạt động tiến hành vô chậm, hệ số truyền nhiệt diện tích truyền nhiệt vơ hạn Trong chu trình Stirling chu trình Schmidt, khơng có khác biệt áp suất tức thời ngang qua khng hồn nhiệt hồn nhiệt lý tưởng khơng tính đến ma sát mơi chất cơng tác Hơn nữa, trường hợp chu trình Stirling thể tích lớp trống hồn nhiệt xem khơng Trong đó, hồn nhiệt động thực tế hoạt động điều kiện khác xa vởi điều kiện giả định trường hợp lý tưởng Nhiệt độ môi chất công tác đầu vào đầu hồn nhiệt khơng phải khơng thay đổi theo chu kỳ chu trình Bởi q trình nén giãn khơng đắng nhiệt, áp suất mật độ môi chất công tác thay đổi với thay đối ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ STIRLING Bây giò ta hày tìm hiểu ưu nhược điểm loại động có Stirling đế so sánh với loại động có tại, từ ta thấy cần thiết loại động có 6.1 ƯU ĐIỂM Các ưu điểm động có Stirling bao gồm: - Động có Stirling chạy khơng có tiếng nố rung động, khả gây nhiễm mơi trữịng thấp - Có thể tận dụng cung cấp nhiệt từ nguồn nhiệt nào, bao gồm lượng nhiệt từ việc đốt cháy rác rưởi, than củi, đến lượng mặt trời, từ đồng vị phóng xạ lị phản ứng hạt nhân - Động có Stirling có hiệu suất nhiệt lý thuyết tối đa, thiết bị chuyển đổi nhiệt tốt - Các sản phấm cháy cấp nhiệt cho động không tiếp xúc với chi tiết chuyển động, mài mịn nhỏ, kết động có tuổi thọ lớn việc bảo dường dễ dàng - Kết cấu động cho phép giảm lượng dầu bôi trơn, tiêu thụ dầu bơi trơn xem khơng đáng kế Động Stirling có kết cấu đa dạng Một số loại đơn giản, làm theo kích thưởc nhỏ đồ chơi đến kích thước lớn Cơng suất động thiết kế nhỏ từ Watt đến hàng nghìn mã lực Động Stirling sữ dụng làm động lực máy, máy làm lạnh 6.2 NHƯỢC ĐIẾM Nhược điểm động Stirling cao cấp vừa đắt tiền vừa phức tạp Các loại động đơn giản rẻ tiền, lại có hiệu suất riêng công suất riêng thấp Hiện tại, giá thành sức ngựa (735 W) động Stirling cao cấp lớn nhiều so với giá thành động Diesel, đến không tính đến chênh lệch giá số lượng động sản xuất hạn chế Các động Stirling có hiệu suất nhiệt cơng suất riêng cao, nảy sinh vấn đề phức tạp việc thiết kế phương pháp truyền nhiệt, cơng nghệ bao kín vấn đề chọn vật liệu công nghệ chế tạo Những vấn đề khó khăn dẫn đén việc sử dụng động Stirling cịn hạn chế: 1- Vấn đề nung nóng Bộ trao đối nhiệt chịu nhiệt độ cao vấn đề phải quan tâm đế nâng cao tuổi thọ Các chi tiết phải hoạt động liên tục nhiệt độ tối đa chu trình động cơ, trao đổi nhiệt phải làm hợp kim chịu nhiệt độ cao vật liệu gốm Đế có hiệu suất nhiệt cao tích lớp trống bên trong, cấu thành không gian chết động cơ, phải thiết kế mức tối thiểu Như để có động Stirling vởi hiệu suất nhiệt cao thể tích khơng gian chết động phải nhỏ, diện tích cho truyền nhiệt nhỏ, nên vật liệu phải tiếp xúc với nhiệt lượng lớn đơn vị diện tích, điều địi hỏi ta phải chọn vật liệu có sức bền nhiệt cao Để có cơng suất riêng cao, động cần phải tăng áp đén áp suất cao định, sử dụng môi chất công tác công tác khí Hydrozen Helium, khơng phải khơng khí Tuy nhiên, nhiều vật liệu nhiệt độ áp suất cao có khuynh hướng trở thành tươi xốp loại khí Bộ trao đổi nhiệt làm việc nhiệt độ cao, hoạt động liên tục với nhiệt độ gần với nhiệt độ giới hạn bền nhiệt, áp suất bên cao thay đối Điều khó khăn lớn cho cơng nghệ chế tạo, kỹ thuật vật liệu thiết kế nhiệt Vấn đề làm nguội: Một vấn đề quan trọng khác động Stirling công suất cao vấn đề làm nguội Trong tổng số nhiệt lượng cung cấp nhiệt độ cao cho động cơ, phần bị theo thoát khí Đây lượng nhiệt mát vơ ích động Nhiệt lượng lại truyền cho động cơ, phần chuyển thành cơng, phần cịn lại bị thải theo hệ thống làm mát Trong trường hợp động Diesel động Xăng, lượng nhiệt mát phân thành lượng nhiệt bị hút hệ thống làm mát lượng nhiệt thải theo đường ống xả Đối với động đốt trong, gia tăng nhiệt độ môi trường làm mát nâng cao hiệu suất nhiệt Nhưng với động Stirling, gia tăng nhiệt độ môi trường làm mát (Tmin) môi chất công tác ảnh hưởng xấu đến công suất riêng lẫn hiệu suất nhiệt động So sánh với động có Diesel, hệ thống làm mát động Stirling không nhừng phải tải nhiều nhiệt đế giảm nhiệt độ buồng lạnh tới mức nhỏ có thể, mà hệ thống làm mát cịn phải có hiệu suất cao để giữ nhiệt độ làm mát gần với nhiệt độ khơng khí bao quanh (khi vấn đề làm mát đơn giản hơn) Vì tản nhiệt động Stirling cần phải có kích thưởc lớn kích thước tản nhiệt động Diesel Cho nên động Stirling hiệu suất cao, với hệ thống làm mát khơng khí đơn giản khơng thể áp dụng thực tế Vấn đề bao kín: Bao kín vấn đề phức tạp động Stirling hiệu suất cao Đối với môi chất công tác khơng phải khơng khí mơi chất cần phải cung cấp thêm từ bên ngồi, rị rỉ dù phải có động hoạt động thời gian dài Để khắc phục tình trạng động phải thiết kế kèm theo dự trữ cung cấp mơi chất cơng tác cho động Ngồi cịn có số vấn đề phức tạp khác liên quan đến động Stirling Đó ứng suất nhiệt gây cho vật liệu giai đoạn chuyển tiếp từ vùng nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp hồn nhiệt, việc tránh điểm nóng trao đối nhiệt nhiệt độ cao, vận hành điều chỉnh tốc độ động KẾT LUẬN Như vậy, qua tiểu luận ta tìm hiểu loại động mang tên động Stirling mà phố biến, có ưu điểm đặc biệt mà loại động khác khơng có Đó là: động có hiệu suất nhiệt cực đại giống hiệu suất nhiệt chu trình Camot - hiệu suất nhiệt lý tưởng cho động có nhiệt nào; động sử dụng buồng đốt buồng đốt trong, điều cho phép ta sử dụng tất nguồn nhiệt thơng thưịng nguồn nhiệt tạo đốt cháy than củi, rác rưởi, dầu mở, dầu thực vật đặc biệt nguồn nhiệt lấy từ lượng mặt trời vơ tận; ngồi động cịn có kết cấu đơn giản, hoạt động êm Đồng thời với việc tìm hiểu kết cấu nguyên lý làm việc động cơ, em hiểu rỏ động Stirling chạy lượng mặt trời hoạt động theo chu trình Stirling Tuy động có Stirling ưu điểm đặc biệt cịn hạn chế mà ta phải nghiên cứu khắc phục để động Stirling ứng dụng rộng rãi sống Đó là: hồn nhiệt ln phải chịu nhiệt độ cao nên phải làm vật liệu có sức bền nhiệt cao; cơng nghệ chế tạo, kỹ thuật vật liệu thiết kế nhiệt cho hồn nhiệt khó; bao kín cho động Stirling cơng việc phức tạp Tóm lại theo vấn đề tìm hiếu, ta tìm hướng cho ngành động mà vấn đề môi trường vấn đề lượng đặc biệt xem trọng Đở nghiên cứu sản xuất động Stirling để phục vụ cho sống tương lai, mà trước tiên động có cơng suất nhỏ Nước ta nước nơng nghiệp, có nguồn nhiên liệu rơm rạ nhiều, ta chế tạo động có Stirling có cơng suất nhỏ sử dụng buồng đốt dùng nguồn nhiên liệu rơm rạ để bơm nước cho vùng nông thôn Đồng thời nước ta nước nhiệt đới, có nguồn lượng mặt trời phong phú, nên ta chế tạo động Stirling sử dụng nguồn lượng để cung cấp công học phục vụ cho đời sống ngày Nếu có điều kiện, nghiên cứu thêm động Stirling để chế tạo động Stirling hoàn thiện hơn, với công suất hiệu suất cao TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bốn - Hoàng Ngọc Đồng, Nhiệt kĩ thuật, Nhà xuất Giáo dục 1999 Hồ Sĩ Xuân Diệu, Nghiên cứu lý thuyết thiết kế chế tạo động có Stirling mẫu, Luận án thạc sĩ khoa học kĩ thuật, Đà Nằng - 2000 Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động có đốt trong, Nhà xuất Giáo dục-2000 ... HÌNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ STIRLING Đế hiểu động Stirling ta xem xét số hình ảnh động động có Stirling sau 1.2.1 Động Stirling kiểu hai piston: Động có hoạt động theo trình ( hình 1.2): Hình 1.2 Động. .. từ lượng mặt trời vơ tận; ngồi động cịn có kết cấu đơn giản, hoạt động êm Đồng thời với việc tìm hiểu kết cấu nguyên lý làm việc động cơ, em hiểu rỏ động Stirling chạy lượng mặt trời hoạt động. .. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ STIRLING .2 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 MỘT VÀI MƠ HÌNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ STIRLING. 5 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ ĐỘNG CƠ STIRLING .6 1.3