斯特林引擎在小作坊應(yīng)用的可行性
2012-12-31 00:00:00賈文臣
【摘 要】斯特林引擎是一種外部加熱式閉式循環(huán)活塞式引擎，也就是說只要能給它提供熱量它就能夠工作，這個(gè)熱量可以由太陽能，原子能，蓄熱裝置，包括小作坊產(chǎn)生的廢熱提供。如果我們能夠充分的利用小作坊產(chǎn)生的廢熱充當(dāng)斯特林引擎動(dòng)力裝置的熱源，給機(jī)械設(shè)備提供動(dòng)力，無疑是件利國利民的事。
【關(guān)鍵詞】斯特林引擎;廢熱;動(dòng)力裝置;小作坊
斯特林引擎是一種高效率的能量轉(zhuǎn)換裝置?，F(xiàn)在，我們來對斯特林引擎的工作原理簡單介紹一下。為了更好地闡述其工作原理，我們將舉例子說明。用一個(gè)容器，把橡皮綁在容器口上，我們知道，橡皮受熱時(shí)會(huì)膨脹，冷卻時(shí)會(huì)縮收，這是因?yàn)闅怏w受熱產(chǎn)生壓力作用在橡皮上，如果我們放入一個(gè)活塞，也可以叫做移氣器，活塞直徑比容器的內(nèi)徑小一些，當(dāng)活塞上移，容器內(nèi)的氣體被擠至容器底端，此時(shí)由于容器底端加熱，因此氣體受熱膨脹，氣體經(jīng)由活塞與容器間的空隙來到橡皮，使橡皮膨脹。當(dāng)活塞下移時(shí)，容器內(nèi)的氣體被擠至容器上端，此時(shí)由于容器上端為冷卻區(qū)，因此氣體被冷卻收縮，使得橡皮縮收，如此，不斷使活塞自由上下移動(dòng)，也可以看到橡皮會(huì)不斷膨脹及收縮。由以上我們可以知道活塞上下移動(dòng)導(dǎo)致氣體在冷熱兩個(gè)容腔來回流動(dòng)，故這樣的活塞也有移氣器的美稱。
根據(jù)斯特林引擎工作原理，可知，以該結(jié)構(gòu)為動(dòng)力源，該結(jié)構(gòu)就必須有冷熱兩個(gè)容腔，需要外界熱源給其中一個(gè)容腔加熱，使兩個(gè)容腔產(chǎn)生溫差。分隔冷熱容腔的活塞本身是不會(huì)動(dòng)的，起初必須有一個(gè)外力使活塞上下移動(dòng)，而且該活塞要靠一定的慣性上下移動(dòng)，再加上橡皮縮收，在容器內(nèi)產(chǎn)生氣流，對活塞有一個(gè)推力作用，使得活塞不斷的運(yùn)動(dòng)。加熱容器內(nèi)的氣體溫度越高，橡皮膨脹越大，縮收時(shí)氣流就越大，推力也就越大?？偟膩砜?，是熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過程。我們知道靠橡皮縮收所提供的動(dòng)力是很小的，是不可能完成需要?jiǎng)恿^大的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，對于斯特林引擎不僅要解決好熱源，還要解決如何提高其傳動(dòng)動(dòng)力。
目前，斯特林引擎已經(jīng)廣泛應(yīng)用在水下動(dòng)力，空間站動(dòng)力，熱泵空調(diào)動(dòng)力，車用混合推進(jìn)動(dòng)力等方面；但是由于其造價(jià)成本高，熱損失大，還不能商品化的用于小作坊。其實(shí)，在生活中，一些小作坊產(chǎn)生的廢熱也是相當(dāng)可觀的，這些熱量嚴(yán)重的影響到了人們生活的舒適度，若能將這些廢熱變廢為寶，用作斯特林引擎的熱源，造福人民，那該多好呀！下面，我們將從幾個(gè)方面對斯特林引擎運(yùn)用于小作坊的可行性進(jìn)行分析。
根據(jù)斯特林引擎原理可以知道，任何一個(gè)斯特林引擎動(dòng)力機(jī)都需要外界提供熱源，這樣斯特林引擎動(dòng)力機(jī)才能不斷地向機(jī)械設(shè)備提供動(dòng)力。細(xì)加分析，斯特林引擎動(dòng)力裝置工作必須要有兩腔，一個(gè)加熱腔，一個(gè)冷卻腔。在小作坊廢熱發(fā)生處工作，發(fā)熱源分散，散發(fā)出的熱量不能夠集中，也就是說，廢熱不能集中地給加熱腔加熱，冷卻腔也會(huì)受熱而溫度升高，導(dǎo)致溫差縮小，甚至不能產(chǎn)生溫差。這樣斯特林引擎動(dòng)力機(jī)也就工作不起來。所以說，如何能夠把廢熱集中給加熱腔加熱，算是個(gè)難題，幸運(yùn)的是，現(xiàn)在可以通過一些導(dǎo)熱手段，緩解了這一難題，這就是說，斯特林引擎在小作坊運(yùn)用的熱源問題是可以解決的，從這一點(diǎn)看是可行的。
我們知道，斯特林引擎在運(yùn)用過程中，光有熱源是運(yùn)動(dòng)不起來的，必須先有一個(gè)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力活塞，靠一些慣性作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣才能不斷循環(huán)運(yùn)動(dòng)。所以，在運(yùn)用斯特林引擎動(dòng)力機(jī)在小作坊工作，外部機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)也比較重要，一般采用曲柄機(jī)構(gòu)與動(dòng)力活塞相連結(jié)。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞就會(huì)被帶上帶下，往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在前面我們介紹斯特林工作原理時(shí)，提到橡皮膨脹，縮收提供動(dòng)力，當(dāng)然在小作坊中斯特林動(dòng)力裝置的應(yīng)用，用橡皮是不足以提供動(dòng)力的，對此，我們有α型--又稱雙氣缸型、β型—又稱為同軸活塞型、Y型—一個(gè)具有兩個(gè)獨(dú)立氣缸，可供我們選擇，視具體設(shè)備具體應(yīng)用，就能提供足夠的動(dòng)力了。
從斯特林原理看，它在小作坊中的應(yīng)用是可行的，不過，小作坊的環(huán)境復(fù)雜多變，選用的材料必須耐高溫耐腐蝕。隨著材料科學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造工程學(xué)的不斷發(fā)展，在不久的將來，一定能制造出物廉價(jià)美并廣泛被應(yīng)用在各種小作坊的斯特林引擎動(dòng)力裝置。在我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的今天，國民物質(zhì)生活水平不斷提高，對精神生活方面的欲望越來越強(qiáng)烈，對生活的質(zhì)量不斷提出新的要求。環(huán)境保護(hù)，廢物利用思想深入人心，促使人們對斯特林引擎的研究與利用只會(huì)加強(qiáng)，不會(huì)削弱。因此，斯特林引擎應(yīng)用前景是廣闊的，它的研究工程是美好的。
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