Stirling - Kolin, Silnik Stirlinga, Dokumenty

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STIRLING -1815
Zwei getrennte Zylinder
Das früheste und einfachste Modell befindet sich in der
Universität Edinburgh. Es wurde höchstwahrscheinlich um
1815 gebaut, also noch vor der Patenterteilung von 1815.
Nach der allgemein anerkannten Klassifizierung bezeichnet
man dieses Modell als Gamma-Typ. Da die Maschine
jedoch mit Luftkühlung arbeitet, stellt das Heinrici-Modell
(Nr.20), das mit Wasserkühlung arbeitet, den Gamma-Typ
besser dar. Das Heinrici-Modell eignet sich besonders gut
als Schulbeispiel, um das Arbeitsprinzip zu erklären.
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STIRLING-1816
Zwei Kolben in einem Zylinder
Wenn für beide Kolben nur ein Zylinder verwendet wird,
läßt sich der Fließwiderstand im Verbindungsrohr
vermeiden. Man spart dadurch aber nicht viel ein. Der
Arbeitsmechanismus bringt technische Schwierigkeiten mit
sich, weil der Verdrängerkolben durch den Arbeitskolben
bewegt werden muß. Dieses Problem wurde im Laufe der
Zeit von vielen Erfindern durch eine Reihe erfolgreicher
Lösungen überbrückt. Lehmann (Nr. 10) führte später die
Wasserkühlung ein. Seine Maschine stellt daher den Beta-
Typ besser dar als die Original-Stirling-Maschine.
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STIRLING-1827
Maschine mit Regenerator
Die Stirling-Methode:
"Die erste Verbesserung besteht
darin, den Luflbehälter und den Plungerkolben so
auszuformen und zu konstruieren, daß die dünnen Plättchen
im Plungerkolben, die den Wärmedurchlauf nach oben
verlangsamen sollen, gleichzeitig zum Erwärmen und
Kühlen der Luft dienen können. Die zweite Verbesserung
besteht darin, zwei oder auch mehr dieser Luftbehälter und
Plungerkolben an einen Zylinder anzuschließen. Dadurch
entsteht eine wechselnde und gleich große Einwirkung auf
die entgegengesetzten Seiten des gleichen Kolbens."
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STIRLING-1840
Getrennter Regenerator
Zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche führte
Stirling röhrenförmige Wärmetauscher ein, die später
weitgehende Verbreitung fanden. In der Patentspezifikation
wird statt des Wortes "Regenerator" das Wort "Plate-box"
verwendet. Der Behälter wurde
"mit ungefähr 1/40 Zoll
dicken Blechplatten gefüllt. Der Abstand zwischen den
einzelnen Platten betrug 1150 Zoll. Dieser Abstand wurde
durch kleine Stege oder Markierungen erzielt. Die einzelnen
Platten bestehen aus mindestens vier Teilen. Dadurch
verzögert sich die Wärmeübertragung vom heißen zum
kalten Teil des Plattenstapels"
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STIRLING - 1845
Kreisprozeß unter Druck
Die getrennt arbeitende Pumpe (die hier nicht gezeigt wird)
diente dazu, ein extra Reservoir mit komprimierter Luft zu
füllen. Von hier aus konnte die Maschine aufgeladen
werden, bis der Arbeitsdruck erreicht war. Diese Maschine
mit 2,5 PS diente acht oder zehn Monate lang als Antrieb
für die gesamte Maschineneinrichtung der Dundee-Gießerei.
Als sich herausstellte, daß die Antriebskraft zu niedrig war,
wurde eine stärkere Maschine des selben Typs konstruiert,
die über zwei Jahre lang ohne Unterbrechung arbeitete.
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NAPIER-RANKINE - 1854
Heiße und kalte röhrenförmige Wärmetauscher
Weniger als zehn Jahre nach der Konstruktion der letzten
Stirling-Maschine setzten Napier und Rankine auch in der
heißen Seite röhrenförmige Wärmetauscher ein. Sie
verwendeten ungefähr 20 Röhren, um den
Wärmeübertragungsbereich so weit wie möglich zu
vergrößern. Die Maschine enthielt zusätzlich noch
zahlreiche Stangen und Hebel (die nicht dargestellt sind),
die dazu dienen sollten, das Kolbenspiel des
Verdrängerkolbens und des Arbeitskolbens während des
Betriebes zu ändern. Es ist nicht überliefert, ob dieser
Maschinenprototyp jemals in Betrieb genommen wurde.
Der Grund dafür war wahrscheinlich der übermäßig große,
tote Raum innerhalb der Maschine.
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ERICSSON- l860
Offener Stirling-Zyklus
Um technische Schwierigkeiten mit dem Kühlwasser zu
vermeiden, konstruierte Ericsson den offenen Zyklus. Nach
jedem Hub wurde die heiße, ausgedehnte Luft durch neue,
kalte Luft aus der Umgebung ersetzt. Bei dieser Betriebsart
ging sehr viel Wärme verloren, so daß nur eine
Gesamtleistung von 2% erreicht wurde. Trotz dieses
Nachteils fand die Maschine weite Verbreitung und wurde
als Antrieb für Buchdruckerpressen, Nebelhörner auf
Leuchttürmen, Wasserpumpen und viele andere Zwecke
eingesetzt
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LAUBEREAU -1861
Vergrößerte Wärmeübertragungsfläche
Die Maschine hat Ähnlichkeit mit der unter -7-
beschriebenen Ericsson-Maschine, aber sie weist auch
große Unterschiede dazu auf. Laubereau vergrößerte die
Wärmeübertragungsfläche auf der kalten und heißen Seite
durch die Verwendung eines engen Ringspalts um einen
hohlen Zentralkolben herum beträchtlich. Dadurch
vergrößerte er leider auch die Strömungsverluste durch den
komplizierten Luftdurchlaß innerhalb des Zylinders.
Infolgedessen erreichte die Maschine nur eine
Gesamtleistung von 1,8%. Als Vergleich kann die
Lehmann-Maschine (Nr. 10) dienen, die eine Gesamtleitung
von 4% erreichte.
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YOUNG und KIRK - 1865
Gezahnter Wärmeübertragungsbereich
Die Maschine wurde mit kondensiertem Dampf geheizt.
Dadurch erhöhte sich der Wärmeübertragungskoeffizient
beträchtlich. Als Auslöser für diese Konstruktion scheint
das zweite Stirling-Patent (Nr.3) gewirkt zu haben. Die
Konstrukteure verwendeten jedoch eine wesentlich größere,
gezahnte Fläche. Das ursprüngliche Konzept der Flachplatte
erscheint auch in dieser Maschine, die dadurch einen
interessanten Konstruktionsversuch aus der frühen
Entwicklungsphase darstellt. Leider gibt es keinerlei
Berichte über eine Weiterentwicklung in dieser Richtung.
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LEHMANN-1866
Der charakteristische Beta-Typ
Wasserkühlung ist der Hauptvorteil der Lehmann-Maschine
im Vergleich zu der ähnlichen, luftgekühlten Stirling-
Maschine (Nr.2). Die Lehmann-Maschine repräsentiert also
den Beta-Typ besser als die ursprüngliche Stirling-
Maschine. Den besten und ausführlichsten Bericht über die
Erprobung der Lehmann-Maschine lieferte Ingenieur Eckert,
Direktor der Weitzer Kutschen-Fabrik, "Weitzer Coach
Co.", in Graz, Österreich. Seine Erprobungen sowie die
Kommentare von Delabar bilden die Grundlage, auf der
Professor Schmidt (1871) seine Theorie über alle
Maschinen vom Typ Stirling aufbaute.
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LAUBEREAU - 1869
Unterbrochene Bewegung
Der französische Erfinder Laubereau führte eine Art
unterbrochene Bewegung ein. Er benutzte das Homblower-
Dreieck für die Bewegung des Verdrängerkolbens. Da die
technischen Schwierigkeiten größer waren als die
praktischen Vorteile, ließ er bei späteren Konstruktionen
das Dreieck fort. Seine Maschine fand vor allem
Anwendung als Antrieb von Mischwerken und kleinen
Umwälzpumpen in vielen chemischen Laboratorien jener
Zeit.
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ERICSSON -1870
Die erste Heißluftmaschine mit Solarantrieb
Hier die Beschreibung, die Ericsson selbst gab:
"Der erste,
durch direkte Sonneneinstrahlung betriebene Motor wurde
in New York gebaut. Er sollte ein Geschenk für die
französische Akademie der Wissenschaften sein. Ein
Solarmotor von l PS braucht die gespeicherte
Sonnenwärme einer Fläche von 10 Quadratfuß. Die Zeit
wird kommen, in der Europa aus Kohlenmangel seine
Fabrikanlagen stillegen muß. Dann wird Oberägypten, ein
Land mit nie nachlassender Sonneneinstrahlung, die
europäischen Industriellen auffordern, ihre
Maschinenanlagen abzubauen und auf dem festen
Untergrund am Nilufer neu zu errichten"
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