PHAN 2. TONG QUAN VE ĐỘNG CO STIRLING
3. So sánh động cơ Stirling với động cơ đối trong
So với động cơ đốt trong thông dụng (động cơ xăng và diesel), động cơ Stirling có những ưu điểm
sau đây:
Động cơ Stirling có the chạy được bằng bat kỳ loại nhiên liệu nao, từ nhiên liệu hoá thạch (than da, san phẩm dau mỏ) đến nhiên liệu tai tạo như gỗ. củi...
Ngoài ra, động cơ Stirling cũng có thê hoạt động tốt với các nguồn nhiệt thiên nhiên
như địa nhiệt, năng lượng mặt trời...
Nếu chạy bằng nắng lượng mặt trời hoặc địa nhiệt thi động cơ Stirling có thé coi là động cơ sạch.
Ngay cả trong trường hợp chạy bằng các loại nhiên liệu truyền thống (xăng, dầu diesel....) thi nguy co gây 6 nhiễm môi trường bởi khí thải cũng thấp hơn nhiều do quá trình cháy ở động co Stirling
diễn ra liên tục ở bên ngoài không gian công tác của động cơ nên việc dam bảo cho quá trình chay
diễn ra hoản toan dé dang hơn nhiều so với trường hợp động cơ đốt trong.
Chu trình công tác của động cơ Stirling thuộc loại chu trình kín, tức là không có sự trao đôi môi
chất công tác với môi trưởng bên ngoải nên động co Stirling có thé hoạt động bắt cứ nơi đâu nếu có
sự chênh lệch nhiệt độ.
Độ ôn và rung động khi hoạt động của động cơ Stirling thấp hơn do không có sự biến đôi áp suất của môi chat công tác một cách đột ngột như ở động cơ đốt trong. Hơn nữa, động co Stirling lại
không có cơ cầu nạp xả.
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Luong Hạnh Hoa
Đối với động co Stirling, sản phẩm cháy không tiếp xúc trực tiếp với các bộ phận chuyên động nên cường độ mài mòn và ăn mòn thấp hơn, tudi thọ động cơ lớn hơn, lượng tiêu thụ dầu bôi trơn hau như không đáng kẻ.
Vẻ cau tạo thì động cơ Stirling đơn giản hơn nhiều so với động cơ đốt trong.
Nó có ít chỉ tiết,bộ phận hơn, không có các hệ thông phức tạp như ở động cơ đốt trong.
Tuy nhiên động co Stirling cũng có những hạn chế không nhỏ trong vấn dé chế tạo, làm mát và van dé làm kin:
Van dé vat liệu ché tạo: các bộ phận trao đổi nhiệt như buồng đốt, bộ phận cấp nhiệt, bộ phận hồi nhiệt luôn tiếp xúc với nhiệt độ cao mả lại không được làm mát nên để bị oxy hoá. Do đó phải được chế tạo bằng các vật liệu chịu nhiệt tốt, đắt tiền. Hơn thé nữa, động cơ Stirling chỉ đạt được công suất vả hiệu suất cao nhất khi thé tích lỗ trong bên trong cấu thành nên không gian chết của động cơ
phải được giảm nhỏ tôi thiêu, môi chat công tác phải là hydrogen hoặc helium. Nhưng như thể thi
diện tích cho sự truyền nhiệt lại càng nhỏ và nhiều vật liệu sẽ trở nên giòn xốp khi tiếp xúc với hai loại môi chất công tác trên ở nhiệt độ cao. Những điều này làm cho công nghệ chế tạo, công nghệ
vật liệu và nhiệt luyện rất khó khăn.
Van dé làm mát: trong tông số nhiệt lượng cung cấp cho động cơ, một phan lập tức mat đi theo sự
thoát khí, đây là nhiệt lượng mat mát vô ích. Nhiệt lượng còn lại, một phan chuyên thành công, một phan truyền cho bộ phận làm mát (cũng xem như là vô ích). Trong trường hợp động cơ diesel hoặc động cơ xăng thì phần nhiệt bỏ di bao gồm nhiệt lượng truyền cho hệ thống làm mát va nhiệt lượng theo khí xả ra ngoài. Đôi với động cơ đốt trong. sự gia tăng nhiệt độ nước lam mát sẽ làm tang hiệu suất nhiệt. Nhung đối với động co Stirling thi bat kỳ sự gia tăng nhiệt độ T„¡„ nào của môi chat công tác cũng ảnh hướng xấu đến công suất riêng và hiệu suất của động cơ. Chính vì vậy bộ phận làm mát của động co Stirling phái lớn hon đề giữ nhiệt độ làm mát càng gân với nhiệt độ không khí bao quanh cảng tốt. So với bộ tản nhiệt của động cơ diesel cùng công suất thì bộ tản nhiệt của động cơ Stirling lớn hơn gap hai đến ba lần. Do đó muốn có một động cơ Stirling công suất cao với hệ thống
lam mát không khí đơn giản là không thé có.
Van đề làm kín: bao kín là vấn dé phức tạp đối với động cơ Stirling công suất cao bởi lẽ chỉ cần một sự rò ri môi chất công tác đủ là rat nhỏ cũng ảnh hưởng rất xấu đến hiệu suất va công suất của động co, Đối với môi chất công tác không phải là không khí thì cần phải có sự cung cấp thêm tir bên
ngoài,
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Luong Hạnh Hoa
Ngoài ra, còn một số khó khăn nữa trong việc chế tạo động cơ Stirling công suất lớn, đó là ứng suất nhiệt trong vật liệu của bộ hỏi nhiệt ở giai đoạn chuyển tiếp từ vùng nhiệt độ cao tới vùng nhiệt độ thấp, việc tránh các điểm nóng trong bộ trao đổi nhiệt, sự vận hành va điều chỉnh động co, ...
V, Chu trình nhiệt động của đông cơ Stirling
Chu trình nhiệt động 1a một hoặc một số quá trình nhiệt động xảy ra liên tiếp nhau, sau khi thực hiện
các quá trình đó, chat môi giới trở về trạng thai ban đầu.
Qua trình nhiệt động 1a qua trình biến đôi trạng thái của hệ một cách liên tục.
Chu trình nhiệt động của động co Stirling bao gồm tat cá những sự thay đổi về trạng thái của môi chất công tác dién ra trong một giai đoạn lam việc tương ứng với một lần sinh công. Mục tiêu
nghiên cứu chu trình nhiệt động của động cơ nhiệt lả xác định vả phân tích ảnh hưởng của những
yếu tổ khác nhau đến hiệu suất của chư trình (7 )vả áp suất trung bình của môi chất công tác (py) các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản của chu trình nhiệt động của động cơ nhiệt, trên cơ sở đó có cơ sở đề tính toán thiết kế, đồng thời tìm biện pháp nâng cao hiệu suất và công suất của động cơ.
Tương tự như ở động cơ đốt trong, chu trình nhiệt động thực té của động co Stirling chịu anh hưởng
của rất nhiều yếu tô khác nhau, các yếu tô đó lại ảnh hưởng tương tác lẫn nhau. Vi vậy, cho đến nay chỉ có thé xác định được hiệu suất nhiệt của chư trình và áp suất trung bình của môi chat công tác
của nó một cách chính xác khi đã có động cơ thực tế. Nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số và các quá trình nhiệt động cơ bản đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của chu trình, từ đó có thé dé ra các biện pháp tăng hiệu suất và công suất của động cơ thực tế, người ta thường đưa ra các giả định
đơn giản hoá các quá trình nhiệt động thực tế đẻ có thể xây dựng được các chu trình nhiệt động ngay từ trong giai đoạn nghiên cứu lý thuyết hoặctrong giai đoạn thiết kế động cơ. Tuy thuộc vao mức độ đơn giản hoá, chúng ta sẽ có chu trình lý thuyết hoặc chu trình của động cơ nhiệt.
1. Chu trình lý thuyết của động cơ Stirling:
Chu trình lý thuyết của động cơ Stirling là chu trình nhiệt động của động cơ Stirling được xây dựng
trên cơ sở những giả định đơn giản hoá các quá trình nhiệt động.
Các giả định dé đơn giản hoá quá trình nhiệt động.
Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Luong Hạnh Hoa
Bộ làm mát Bộ bôi Bộ cấp nhiệt
Buảng nên nhiệt ` Bưổng dan nở
Piston nến - Puton dan nở
(a)
PA T 3 4
3 Troe
2 — 4|
ee I2— _ 2
1 1V - S