مجددا نعود مع محرك آخر،
والذي في النهاية تعرض إلى الاختفاء تدريجيا،
لتظهر المحركات الكهربائية والتي فاقته من حيث عدد المستخدمين،
كما حصل لمحرك وانكل،
موضوع استمتعت بالعمل عليه ليكون أفضل المواضيع بالنسبة لي،
تابعونا!
محرك ستيرلينغ هو محرك حراري يعمل بواسطة ضغط دائري والتوسع في الهواء يعمل بدرجات حرارة مختلفة فهو يبدأ من الطاقة الحرارية إلى العمل الميكانيكي.
يعمل كالمحرك البخاري، فمحرك ستيرلينغ يصنف من محركات الاحتراق الخارجي،
كالحرارة عندما تنتقل من وإلى جدار المحرك.
وهذا يتناقض مع محرك الاحتراق الداخلي حيث مدخلات الحرارة تحرق الوقود المضغوط عن طريق السوائل.
وخلافاً للمحركات البخارية التي تستخدم السوائل أو الغازات المضغوطة.
محرك ستيرلينغ يحتوي على كمية ثابتة من السوائل الغازية.
الدورة الواحدة بشكل عام تتكون من ضغط الغاز البارد، تسخين الغاز، توسيع الغاز الساخن،
وأخيراً تبريد الغاز قبل الدورة الثانية.
محرك ستيرلنغ من نوع ألفا، به اسطوانتين اثنتين. اسطوانة التوسع "الحمراء" مهمتها
الحفاظ على معدل الحرارة العالي وبالتالي الاسطوانة "الزرقاء" للتبريد.
والممر بين الاسطوانتين مهمته إعادة تجديد الدورة.
محرك ستيرلينغ من نوع بيتا. يعمل عن طريق اسطوانة واحدة، حار في المؤخرة وبارد في مقدمته.
الهواء أو الغاز الحار يوسع الأنبوب ويجعله يدور وعندما يبرد يضغط ويعود الأنبوب كما كان.
كان روبيرت ستيرلينغ المخترع الاسكتلندي الأول الذي صنع محركات الهواء في 1816م
وكانت من إقتراح فلييمن جنكينز في بداية 1884م أن كل محركات كهذه يجب أن تسمى محركات ستيرلينغ في الأربعينات 1940م،
كانت تسعى شركة فيليبس لصنع اسم خاص لمحركات الهواء،
وفي ذلك الوقت تم اختبار المحرك مع الغازات والسوائل وقررت اسم "محرك ستيرلينغ" في 1945م.
مع ذلك، بعد ثلاثين عاماً كان غراهام ووكر متحسرا من استخدام مصطلح كـ "محرك الهواء الحار"
الذي مازال مُستخدما بدلاً من "محرك ستيرلينغ " الذي كان مستخدماً بشكل واسع.
تم تصميم المحرك حيث إن الغاز يتم ضغطه في الجزء البارد ويتمدد في الجزء الحار مما يؤدي إلى تحول سريع في درجة الحرارة ويولد الحركة
مبادل التجدد الداخلي يزيد كفاءة المحرك ستيرلينغ الحراري مقارنة بأبسط محركات الهواء الساخن التي تفتقر إلى هذه الميزة.
ويحدث التجدد الداخلي بسبب دوران الاسطوانات داخل المحرك.
هي الزعانف الداخلية والخارجية أو عدة أنابيب صغيرة مجوفة.
مبادلات الحرارة لمحركات ستيرلينغ هي للموزانة بين درجة الحرارة العالية مع المنخفضة.
مع محركات التي تعمل على طاقة وضغط عالي،
مبادلات الحرارة في الجانب الساخن يجب أن تكون مصنوعة من سبائك تتحمل درجة حرارة عالية لكي لا تتآكل أو تزحف.
لا يظهر مصدر الحرارة ومخفّضها في هذا التصميم،
يوضع مكبس الإزاحة بدون وضع جهاز إعادة التوليد.
جهاز إعادة التوليد
في محرك ستيرلينغ جهاز إعادة التوليد هو جهاز تبادل حرارة داخلي و جهاز تخزين حرارة مؤقت بين المنطقه الحارة
والباردة التي يعبر خلالها السائل في اتجاه معين ثم عكسه.
مهمته هو الحفاظ على النظام وإلا فإن الحرارة سيتم تبادلها مع المحيط في درجة حرارة متوسطة لأعلى و أقل دورة حرارة.
وهذا يمنع دورة الحرارة من الوصول إلى الحرارة الفعالة والاقتراب من دورة كارنو الفعالة بالحد الأعلى والأقل.
المبرد "جزء مبدل الحرارة البارد"
بالمختصر، في المحركات قليلة الطاقة يتكون المبرد ببساطة من جدران من المساحات الباردة،
أما المحركات ذات الطاقة العالية فإنها تحتاج مبرد يستخدم السوائل كالماء لتنقل مقدارا كافيا من الحرارة.
خافض الحرارة "heat sink" طبيعياً درجة حرارته هي نفسها درجة الحرارة المحيطة به.
أما في حالات المحركات متوسطة إلى عالية الطاقة فإنها تحتاج شبكة تبريد لنقل الحرارة من المحرك إلى الهواء المحيط.
كانت المحركات البحرية تستخدم الماء المحيط بها للتبريد.
أما المحركات التي تدمج بين نظامي الحرارة و الطاقة فكانت تستخدم الماء للتبريد بطريقة مباشرة أو غير مباشرة.
التكوينات
هنالك نوعان رئيسيان لمحركات ستيرلنغ ويتم التفريق بينهما من خلال الطريقة التي يتحرك فيها الهواء البارد والحار في الاسطوانة:
مكبسان من نوع ألفا تحتوي على مكابس باسطواناتمنفصلة والغاز يعبر بين المساحات الباردة والحارة. نوع الإزاحة من محركات ستيرلينغ والمعروفة في نوعي بيتا وجاما يستخدمان إزاحة عازل ميكانيكي لدفع الغاز بين الجهة الحارة والباردة من الاسطوانة.
جهاز الإزاحة كبير بما يكفي لعزل الجهتين الباردة والحارة من الاسطوانة عن بعضهما حراريا وليستبدل كمية كبيرة من الغاز.
ولابد أن تحتوي على فتحة كافية بين المبدل و جدار الاسطوانة للسماح للغاز بالطفو بالمبدل "displacer" بسهولة.
ألفا ستيرلينغ يحتوي على مكبسي الطاقة في اسطوانات مختلفة أحدهما بارد والآخر حار.
الاسطوانة الحارة وضعت داخل مبدل الحرارة العالية.
والاسطوانة الباردة وضعت داخل مبدل الحرارة المنخفضة.
هذا النوع من المحركات يحتوي نسبة طاقة إلى حجم عالية ولكن به مشاكل تقنية نظرا إلى حرارة المكبس الحار ومتانة إغلاقه "إختامه".
عمليا هذا المكبس عادة يحمل رأسا عازلا كبيرا ليحرك الختم بعيدا عن المنطقة الحارة على حساب منطقة ميتة اضافية.
حركة محرك ستيرلينغ من النوع ألفا
الرسم البياني التالي لا يُظهر مبدل الحرارة الداخلي في عملية الضغط والتوسع، وهو أمر ضروري لانتاج الطاقة.
جهاز إعادة التوليد وُضِع في الانبوب الذي يصل بين الاسطوانتين، مع إهمال العمود المرفقي أيضا.
[TABLE="class: grid"]
[TR]
[TD]
أغلب الغاز على اتصال مع جدران
الاسطوانة الحارة، فقد تم منحه حرارة
ليتمدد ويدفع بالمكبسالحار إلى
نهاية الاسطوانة. التمدد يستمر في
الاسطوانة الباردة وهي 90 درجة مئوية
عند المكبس الحار، مما يؤدي إلى
استخراج عمل إضافي من الغاز الحار.[/TD]
[TD]
الآن الغاز في أعلى حجم له. يبدأ مكبس
الاسطوانة الحارة بتحريك أغلب الغاز إلى
الاسطوانة الباردة حيث يبرد وينخفض الضغط.[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]
أغلب الغاز الآن في الاسطوانة الباردة
و يستمر التبريد. المكبس البارد يعمل
بقوه دفع دولاب الموازنة. يضغط الجزء
المتبقي من الغاز.[/TD]
[TD]
الغاز يصل إلى أقل حجم له.ثم يتمدد في
الاسطوانة الحارة حيث سيتعرض للحرارة
مرة أخرى دافعا المكبس الحار للخلف
ومنتجا الطاقة.[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]
الدورة الكاملة لستيرلينغ ألفا
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
النوع بيتا يحتوي على مكبس طاقة واحد على نفس الاسطوانة والعمود لمكبس الإزاحة.
مكبس الإزاحة معدٌ بطريقة غير محكمة "غير مشدود" ولا يستخرج أي طاقة من الغاز المتمدد ولكنه يعمل على تحريك
الغاز من مبدل الحرارة الحار إلى مبدل الحرارة البارد و يدفع مكبس الطاقة.
تتقلص عندما يتم دفعها إلى النهاية الباردة من الاسطوانة وقوة دفع الآلة غالبا تعزز بدولاب الموازنة،
مما يدفع مكبس الطاقة إلى الاتجاه الآخر لضغط الغاز.
وعلى العكس النوع ألفا، النوع بيتا يتجنب مشاكل مانع التسرب الحار "الأختام".
حركة محرك ستيرلينغ من النوع بيتا
مجددًا، الرسم البياني التالي لايظهر مبدل الحرارة الداخلي أو جهاز إعادة التوليد والذي سيكون مكانها في طريق الغاز حول مكبس الإزاحة.
[TABLE="class: grid"]
[TR]
[TD][/TD]
مكبس الطاقة "رمادي
غامق" يضغط الغاز،
مكبس الإزاحة "رمادي
فاتح" تحرك لكي يكون
أغلب الغاز مجاورًا
لمبدل الحرارة الحار.
[TD][/TD]
يزداد ضغط الغازالمتعرض
للحرارة فيدفع مكبس
الطاقة إلى أبعد
ما يمكن .
[TD][/TD]
مكبس الإزاحة يتحرك
ناقلا الغاز إلى النهاية
الباردة من الاسطوانة.
[TD][/TD]
الغاز البارد تقوم القوة
الدافعة لدولاب الموازنة
بضغطه. وهذا يأخذ طاقة
أقل وحين يبرد ينخفض
ضغطه.
[TD][/TD]
الحلقة الكاملة
لستيرلينغ بيتا.
[/TR]
[/TABLE]
جاما ستيرلنغ
هو ببساطة ألفا ستيرلينغ ولكن مكبس الطاقة في اسطوانة مختلفة بجانب اسطوانة مكبس الإزاحة لكنها مازلت متصلة بنفس دولاب الموازنة.
الغاز يمكنه التنقل بحرية بين الاسطوانتين أثناء البقاء في جسم واحد.
هذا الترتيب يخفض نسبة الضغط ولكن في نفس الوقت يبقى أسهل ميكانيكيا ويستخدم غالبا في محركات ستيرلينغ متعددة الاسطوانات.
تكوين المحرك سترلينغ غاما هو مجرد محرك ستيرلينغ بيتا "بيتا: هي كلمة تعني إصدارا تجريبيا."
لا تتركب الطاقة في مكبس محوري مع مكبس المحل ولكن في اسطوانة منفصلة.
لتجنب هذه المضاعفات ربط مكبس بعوامة يمر عبر مكبس السلطة.
المحافظة على مقدار ثابت من السوائل العمل "الغاز" في اسطوانات من المكابس التي تشكل الختمالغاز مع ضيق في جدران الاسطوانة.
والمحل فضفاض يصلح داخل الاسطوانة الساخنة، ويسمح بتمرير الغاز إلى أسفل الجانبي و هو يتحرك صعودا وهبوطا.
كما هو الحال مع محركات ستيرلينغ الأخرى، يسخن التناوب الغاز ويقوم بتبريده،
مما أدى إلى توسع العقد كما يتنقل بين اسطوانات الساخنة والباردة نقل الطاقة لديها إلى السلطة في مكبس الاسطوانة الباردة.
تصميم المحرك الهوائي الذي حصل به روبرت ستيرلينغ عام 1816م على براءة الاختراع،
والذي أصبح يعرف لاحقا باسم محرك ستيرلينغ "أو محرك ستيرلينغ الهوائي كما كان يعرف في ذلك الوقت"
وقد سبقته محاولات أخرى لصناعة محرك هوائي.
أول استخدام له كان في عام 1818م حين استُخدم محرك ستيرلينغ لضخ الماء.
كان الموضوع الرئيسي لبراءة اختراع ستيرلينغ الأصلية مبدل الحرارة الذي سماه "economiser"
لتعزيزه الاقتصاد في الوقود في استخدامات مختلفة في أواخر القرن التاسع عشر.
لا يوجد أي دليل على أن أخوة ستيرلينغ قاموا بتطويرات إضافية على المحرك الهوائي بعد فشل محرك "Dundeefoundry" ولهذا لم ينافس البخار
كمصدر صناعي للطاقة "المراجل البخاريه كانت تصبح آمنه و أكثر فعالية ولهذا كانت قليلة المنافسة" في بدايات القرن العشرين دور محركات
ستيرلينغ كمحرك محلي غُطيَ عليه تدريجيا من قبل المحركات الكهربائية و محركات الاحتراق الداخلي الصغيرة.
في أواخر 1930م كانت منسية بشكل كبير و لم تعد تستخدم إلا في الألعاب و بعض مراوح التهوية الصغيرة.
المترجم: Sharlock & Axis sniper
المدقق: ポートガス・D・エース
المصمم: ポートガス・D・エース
المنسق: ポートガス・D・エース
ناشر مسومس: ポートガス・D・エース
ناشر ويكيبيديا: MeGa
المفضلات