Двигатель внешнего сгорания лукьянова своими руками

Обновлено: 07.07.2024

Генератор электричества и тепла для коттеджей и загородных домов на древесно-топливных гранулах (пеллетах). Комплект генератации построен на двигателе Стирлинга и представляет собой пиролизный пеллетный котел низкого давления с рабочими температурами до 950 градусов с электрогенератором внешнего сгорания (работающий от разности температур в котле и водяного контура охлаждения). Материалы установки подобраны таким образом, чтобы обеспечить возможность непрерывной работы в течение длительного периода времени. Ресурс оборудования не менее 100.000 часов работы, при обязательном выполнении сервисных работ (самостоятельно, или с привлечением сервисных организаций).

Установка позволяет обеспечить один загородный дом с площадью 50-150 кв.м. отоплением и электроэнергией. Запуск установки производится от встроенного стартера с автоматическим запуском при достижении рабочей температуры. При наличии данных установок нет необходимости подключения к внешним электросетям и городским сетям теплоснабжения. А при устройстве теплообменника "вода-вода" дополнительным плюсом является получение горячей питьевой воды. Комплект Armasysgen-30 оснащается водогрейным котлом, работающем на древесных гранулах (пеллетах), для выработки электричества не использует пар, а следовательно установка не подведомственна РосТехНадзору.

Простота и дешевизна в монтаже, эксплуатации и обслуживании позволяет данному генератору беспрепятственно выходить на рынки, в том числе и России. Постоянно растущие тарифы на энергоносители, дают подобным системам огромное преимущество. Кроме того данным установкам присущи все плюсы, относящиеся к установкам на экологически чистых видах топлива (безопасность хранения запаса топлива, взрыво-пожаро безопасность, отсутствие выделения вредных газов в том числе углекислоты в процессе горения и т.д.).

Единственным минусом данного решения является высокая стоимость, что определяется технической сложностью реализации двигателя Стирлинга. Техническая сложность характеризуется материалами, из которых изготавливается оборудование, так как данная установка предназначена работать круглосутоно (без перерывов) в течение длительного времени (несколько лет подряд). Если пересчитать данный ресурс на двигатель внутреннего сгорания в автомобиле, то первое ТО автомобилю необходимо было бы делать через 1.000.000 км, а общий ресурс автомобильного двигателя ограничивался бы 10.000.000 км.

Стоимость капитальных вложений на оборудование по производству электрической энергии на двигателе Стирлинга на 1 кВт доходит до 10.000 евро/кВт, что полностью исключает данный вид оборудования из промышленного сегмента. При необходимости получения электрической энергии в промышленных масштабах, необходимо использовать другие технологии производства электрической энергии, с капитальными вложениями до 1000 евро/кВт, например основанные на пиролизе биомассы с переработкой в синтетическое топливо и дальнейшее производство электроэнергии на поршневых генераторах.

Все производимые изделия обязательно испытываются перед отгрузкой на работоспособность при температурах, превышающих рабочие на 10-15%, для чего используется термочехол с керамическими нагревателями.

СТОИМОСТЬ КОМПЛЕКТА ArmasysGen-30 — 2 450 000 рублей, с учетом НДС

SV-2 представляет собой двигатель Стирлинга альфа конфигурации с использованием воздуха в качестве рабочего тела. Рабочее давление составляет 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм или 11.8 атмосфер или 1,2 мегапаскаля). Объем составляет 127 кубиков. Механическая выходная мощность на валу равна 700 Вт при 1800 оборотов в минуту.

На Ютьюбе есть видео генератора, разработанного на основе автомобильного компрессора от кондиционера. Далее перевод рассказа Дэйва Кирка, который представил на YouTube свой проект SV-2 MKII альфа-стирлинг (V-Twin) генератора.

Вдохновленный MP1002C Philips

В середине 80-х, я имел удовольствие быть свидетелем испытаний генераторной установки MP1002C Philips которая на самом деле реально работала. Опыт произвёл на меня глубокое впечатление, особенно в том, как спокойно Стирлинг завёлся и ожил. Максимум шума исходил от горелки (камеры сгорания), но в конечном итоге от двигателя Philips исходил очень приятный звуковой фон — всё, что нужно было заменить — были шумящие подшипники.

Наддув (нагнетание давления в Стирлинге)

Для получения значимых выходных мощностей необходимо повышать давление в рабочей зоне двигателя. Зная, что двигатель Philips работал при давлении 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм), я хотел бы получить двигатель, который был бы конструктивно прочным и компактным, чтобы работать на данных уровнях внутреннего давления рабочего газа. Рабочим телом был воздух, и выбран он был на основании практичности. Я хотел, чтобы в моём генераторе смазка осуществлялась маслом, так же как и в Стирлинге от Philips — эта функция в значительной степени способствует тихой работе и длительному сроку службы, который очень хочется получить в двигателе Стирлинга.

Компрессор кондиционера от Chrysler

Примерно в это же время мне в руки попался холодильный компрессор и оказалось, что он идеально подходит в качестве основы для запланированного мной двигателя. Это был автоматический компрессор кондиционера RV-2 компании Chrysler. Кривошип разносил поршни на 90 градусов (дизайн V-твин), с диаметром цилиндра 58,7 мм и ходом поршня 33,4 мм.

В обоих цилиндрах в сочетании с правильной траекторией движения газа, рабочим объемом составил 127,8 куб.см, что составляет более чем вдвое больший объём по сравнению с MP1002C двигателя Philips. Являясь холодильным компрессором, конструкция была сделана основательно и с достаточным запасом прочности для такого сильного сжатия. Кроме того, этот компрессор содержал героторный масляный насос, который под давлением смазывал края большим шатунным подшипникам. Каждый алюминиевый поршень имел одно компрессионное кольцо и соединены через алюминиевые шатуны Alcoa. Этот компрессор оказался самым оптимальным для моей задумки.

Компрессор кондиционера Chrysler RV-2

Годы разработки

На протяжение нескольких лет, я спроектировал и уже отработал все необходимые компоненты, для того, чтобы адаптировать компрессор к работе в двигателе Стирлинга. Я также сконструировал трубчатую несущую раму, которая являлась несущим основанием для двигателя. Рама стилизована под аналогичную используемую на генераторной установке Philips.

Головка нагревателя, вытеснитель и внутренний цилиндр выполнен из труб нержавейки 302 различных размеров. В роли регенератора использовал путанку из медной проволоки. Охладитель, расположенный со стороны сжатия двигателя, был изготовлен из алюминиевых трубок. Использовал небольшой генератор 200 Вт 12 вольт с ременным приводом, который изначально был куплен и предназначался для работы на садовом тракторе.

Вот этот двигатель, получивший название SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark I):

Генератор на базе двигателя Стирлинга SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark 1)

Изначальные характеристики и рабочее тело

Двигатель заработал, но производительность его была далека от ожидаемой величины. Я пробовал использовать гелий в качестве рабочего тела, и это помогло, повлияв как на выходную мощность, так и на обороты, но при этом было слишком очевидно, что что-то было кардинально не правильно. Работа двигателя будет существенно лучше при поднятии давления до 2 бар и оборотах 2000 в минуту, отдавая примерно 50 Вт мощности на выходе уже с электрогенератора … дальнейшее изменение в большую или меньшую сторону скорости или давления приведёт к потере выходной мощности. Кроме того, блок цилиндров начнёт очень сильно греться через незначительное время после запуска, что является доказательством о завышенной теплопередаче вдоль корпуса двигателя.

Конфигурация двигателя. Пробы и ошибки

Несмотря на не оптимальную работу, я много узнал о расходе масла и о том как очищать перемещающуюся смазку в рабочем пространстве. Разобрался с техническими особенностями особой скруглённой формы вытеснителя, его прерывистых движений, уплотнительными кольцами и канавками для них и разделённой формы вытеснителя. Открытие безуглеродного состава синтетических масел с высокой температурной точкой вспышки также было очень полезно. Собственная конструкция отражателя пламени горелки на пропане также вызывал сомнение, но после нахождения некоторых старых публикаций на эту тему, успешная расчетная схема горелки наконец-то появилась и была успешно апробирована на трёх построенных экземплярах.

Конструкция самодельного кольца газовой пропановой горелки

Новый дизайн и появление MK II

В тот момент я понял, что была необходима большая модернизация для того, чтобы получить хороший и эффективный двигатель. Копаясь в моих технических справочниках и книгах, я внедрил модернизацию во все термодинамические компоненты в газовом контуре. Были переработаны: головка нагревательного цилиндра из нержавеющей стали 316, на которой нанесены рёбра внутренние и внешние, фольга для регенератора, ребристый охладитель, а также новый вытеснитель из нержавейки с тонкими стенками.

Ребристый снаружи и внутри нагреватель двигателя стирлинга из нержавейки

Мой друг и энтузиаст в стирлингостроении Джон Арчибальд, согласился подготовить чертежи из моих эскизов дизайна и используя свои навыки в качестве слесаря-механика, помочь с созданием некоторых из наиболее сложных частей. Потребовалось еще несколько лет, чтобы получить все новые компоненты, но в конце 2012 года, версия MK II двигателя была готова и была собрана.

Кулер с рёбрами для двигателя стирлинга

Пробный запуск генератора Стирлинга SV-2 MK II

Для SV-2 MK II был первый запуск в январе 2013 года и сразу было видно, что редизайн улучшил как ходовые качества, так и производительность. Двигатель стал работать довольно приятно, когда давление рабочего газа было поднято до 4 бар (3,95 атм. или 0,4 МПа), и при увеличении давления обороты увеличивались пропорционально. И замеры мощности не были сделаны в тот момент из-за не соответствующей геометрии горелки новой ребристой головке нагревателя.

Собранный двигатель с генератором показан ниже:

Генератор на двигателе стирлинга МК-2 Генератор МК-2. Вид сзади

Водяное охлаждение стирлинга

Так как двигатель альфа имеет водяное охлаждение, то для циркуляции охлаждающей жидкости применён небольшой электрический гидронасос, запитываемый в дальнейшем от выходной мощности электрогенератора.

Дальнейшая разработка горелки

Новая горелка сейчас строится, она будет соответствовать ребристой геометрии головки нагревателя и будет выдавать более высокую теплоотдачу для предполагаемого вывода выходного вала 700 Вт на 1800 оборотов в минуту. Конструкция горелки должна быть готова к тестированию в следующем месяце или чуть позже, и должна быть полностью готова для исследования и раскрытия полного потенциала этого двигателя.

Сейчас нет планов и нет чертежей для этого генератора

У меня нет никаких планов ни производить этот двигатель ни продавать чертежи для изготовления его деталей. Это строго научный проект для демонстрации жизнеспособности данного изделия. Затруднения и издержки в изготовлении некоторых компонентов нивелировались выбором усреднённого хоббийного качества изготовления. Также, существуют компромиссы в использовании для данного двигателя элементов компрессора РВ-2, которые не будут присутствовать в идеальной конструкции. Если так и будет, то для повышения производительности это требует размещение всех термодинамических компонентов на основе собственной разработки — то есть, спроектированный заново картер, поршни, шатуны и т.д. Только тогда это будет продукт, который сможет иметь определённый рыночный потенциал.

Пожалуйста, смотрите на мои новые видео YouTube, как прогрессирует развитие. Я искренне благодарю всех вас за проявленный интерес!

Кирк Двигатели, Inc.

Далее некоторые данные из самого видео.

Совсем недавно, полная реконструкция нагревателя, регенератора и холодильника была выполнена и ,были произведены новые компоненты. Этот вариант, SV-2 MKII включает в себя все тонкости, необходимые для достижения поставленных целей. Головка нагревателя сделана из заготовки стали 316 при помощи электроэрозионного процесса. Купол и фланец свариваются в месте. Как внутренние, так и наружные ребра использованы для усиления теплообмена с рабочей жидкостью.

Внешние рёбра нагревателя и сварочный шов

Внутренние рёбра нагревателя и сварочный шов

Регенератор имеет корпус из нержавеющей стали 316 используя оберточную нержавеющую фольгу в виде материала регенератора. Толщина составляет 0,001 дюйма. Эта часть выполнена в виде цилиндрического контейнера. Торцевые экраны держат фольгу на месте.

Корпус регенератора

Холодильник двигателя стирлинга с водяной рубашкой

Головка цилиндра зоны компрессии изготовлена из алюминиевой заготовки. Соединительный канал сделан из толстостенной медной трубы.

Компрессионный насос двигателя стирлинга

Кольцевые хомуты на двигателе стирлинга

Компания Sunpower Inc. создала комплект промышленного 1 кВт-го свободнопоршневого двигателя Стирлинга для разработчиков. На сайте указано, что компания ищет потенциальных интеграторов.

Основой технологии Sunpower является свободнопоршневой двигатель Стирлинга (FPSE), изобретенный Sunpower. FPSE преобразует тепло в электричество в герметически закрытом сосуде с помощью термодинамического цикла Стирлинга. Sunpower использует запатентованную технологию газовых подшипников, которая предотвращает контакт во время работы, устраняя износ и необходимость смазки, что приводит к многолетнему, не требующему технического обслуживания производству электроэнергии с высоким КПД. Как свидетельство этого уровня эффективности и надежности, НАСА финансирует разработку и производство SunPower FPSE в качестве потенциальной системы преобразования энергии следующего поколения для дальних космических полетов.

Преимущества

Не требует технического обслуживания за все время своего существования
Расчетный срок службы двигателя 20 лет
Система изменяет мощность в зависимости от спроса на электроэнергию
КПД больше, чем у термоэлектрических преобразователей
Более экологически чистые, чем термоэлектрические, газовые или дизельные генераторы
Тихая работа
Возможность применения любого топлива

В настоящее время комплект для разработчика на 1 кВт предполагает работу на пропане или природном газе, но если имеется другой источник высокой температуры, возможны варианты перенастройки.

Потенциальные области применения

Автономные источники электроэнергии
Системы катодной защиты
Системы диспетчерсого управления и сбора данных
Военное
Морские суда
Off-grid бесперебойные источники
Возобновляемая энергетика

Текущий статус разработки

1 кВт двигатель Стирлинга успешно продемонстрировал, что она готов для коммерческого развертывания. Sunpower разрабатывает контроллер двигателя и настраивает заводские компоненты в соответствии с требованиями различных областей применения. В настоящее время комплект на 1 кВт для разработчиков является лабораторией для инженерных подразделений для оказания помощи потенциальным интеграторам и исследовательским группам в понимании технологии и разработке будущих продуктов, основанных на технологии. Пока еще не продукт готов к продаже для конечного потребителя.

Кого ищет SunPower Inc? В идеале, Sunpower ищет потенциальных партнеров с жизнеспособными приложениями и существующей сетью продаж и обслуживания. Sunpower работает над определением ключевых характеристик, необходимых продуктам для различных рынков, и хотели бы работать непосредственно с потенциальными интеграторами, чтобы лучше понять требования.

В наше время индустрия автомобилестроения достигла такого уровня развития, при котором без базовых научных принципов сложно достичь улучшения конструкции традиционных двигателей внутреннего сгорания. Это вынудило конструкторов всё больше обращать внимание на проекты альтернативных силовых установок. Инженерные центры и автоконцерны подошли к этому вопросу по-разному. Одни сосредоточились на создании адаптации к серийному выпуску электрических и гибридных моделей силовой установки. Другие делают вложения в разработку двигателей, потребляющих топливо из возобновляемых источников.

Одним из перспективных источников механической энергии для автомобилей является двигатель внешнего сгорания, разработанный уроженцем Шотландии Робертом Стирлингом пару веков назад. Двигатель внешнего сгорания Стирлинга по принципу работы сильно отличается от привычного для всех ДВС. Но на какое-то время после разработки о нём благополучно забыли.

История создания

В 1816 году уроженец Шотландии Роберт Стирлинг запатентовал тепловую машину, которую сегодня называют в честь своего создателя. Однако сама идея двигателей горячего воздуха была придумана вовсе не им. Но первый осознанный проект по созданию такого агрегата реализовал именно Стирлинг. Он усовершенствовал систему, добавив в неё очиститель, в технической литературе называвшийся теплообменником. Благодаря этому сильно возросла производительность мотора благодаря удержанию его в тепле. Эта модель для того времени была признана самой прочной, поскольку никогда не взрывалась.

Несмотря на такой быстрый успех продвижения модели, в начале двадцатого столетия от дальнейшего развития двигателя внешнего сгорания отказались из-за его себестоимости в пользу двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель Стирлинга: принцип работы и модификации

На рисунке наглядно отображается рабочий цикл двигателя Стирлинга.

Как работает двигатель Стирлинга? Он преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу. Этот процесс происходит за счёт изменения температуры газа или жидкости, циркулирующих в замкнутом объёме. В нижней части агрегата рабочее вещество нагревается, увеличивается в объёме и выталкивает поршень вверх. Горячий воздух поступает в верхнюю часть мотора и охлаждается с помощью радиатора. Давление рабочего тела понижается, а поршень опускается для повторения всего цикла. Система полностью герметична, благодаря чему рабочее вещество не расходуется, а лишь перемещается внутри цикла.

Кроме того, существуют моторы с открытым циклом, в которых регулирование потоком реализуется с помощью клапанов. Эти модели называют двигателем Эриксона. В целом принцип работы двигателя внешнего сгорания схож с ДВС. При низких температурах в нём происходит сжатие и наоборот. Нагрев же осуществляется по-разному. Тепло в двигателе внешнего сгорания подводится через стенку цилиндра извне. Стирлинг догадался применять периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Этот поршень перемещает газы с одной полости цилиндра в другую. При этом с одной стороны постоянно поддерживаются низкие температуры, а с другой — высокие. При перемещении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость. Система вытеснителя в двигателе соединена с рабочим поршнем, который сжимает газ в холоде и позволяет расширяться в тепле. Полезная работа совершается как раз благодаря сжатию в более низких температурах. Непрерывность обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом. Особых границ между стадиями цикла не наблюдается. Благодаря этому КПД двигателя Стирлинга не уменьшается.

Некоторые детали работы двигателя

В теории подводить энергию в двигатель внешнего сгорания может любой источник тепла (солнце, электричество, топливо). Принцип работы тела двигателя заключается в использовании гелия, водорода или воздуха. Термическим максимально возможным КПД обладает идеальный цикл. КПД при этом составляет от 30 до 40 %. Эффективный регенератор может обеспечить более высокий КПД. Встроенные теплообменники обеспечивают регенерацию, обмен и охлаждение в современных двигателях. Их преимуществом является работа без масел. В целом смазки двигателю необходимо немного. Среднее давление в цилиндре варьируется от 10 до 20 МПа. Необходима хорошая уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

Согласно теоретическим расчётам эффективность двигателя Стирлинга сильно зависима от температуры и может достигать даже 70 %. Самые первые реализованные в металле образцы двигателя обладали низким КПД, поскольку варианты теплоносителя были неэффективны и ограничивали максимальную температуру нагрева, отсутствовали конструкционные материалы, устойчивые к высокому давлению. Во второй половине XX века двигатель с ромбическим приводом во время испытаний превысил показатель 35 % КПД на водном теплоносителе и с температурой 55 градусов по Цельсию. Совершенствование конструкции в некоторых экспериментальных образцах позволило достичь практически 39 % КПД. Почти все современные бензиновые двигатели, имеющие аналогичную мощность, обладают КПД 28 — 30 %. Турбированные дизели достигают около 35 %. Самые современные образцы двигателей Стирлинга, разработанные компанией Mechanical Technology Inc в США, показывают эффективность до 43 %.

После освоения жаропрочной керамики и других инновационных материалов появится возможность ещё сильнее увеличить температуру среды. КПД может при таких условиях достичь даже 60 %.

Существует несколько модификаций двигателя внешнего сгорания Стирлинга.

Такой двигатель состоит из горячего и холодного раздельных силовых поршней, находящихся в собственных цилиндрах. К цилиндру с горячим поршнем поступает тепло, а холодный располагается в охлаждающем теплообменнике.

В этом варианте двигателя цилиндр, в котором расположился поршень, с одной стороны нагревается, а другой охлаждается. Внутри цилиндра двигаются вытеснитель и силовой поршень. Вытеснитель предназначен для изменения объёма рабочего газа. Регенератор же выполняет возвращение остывшего рабочего вещества в нагретую полость двигателя.

Преимущества двигателя внешнего сгорания

При выборе альтернативных источников тепла (энергии солнца) двигатель Стирлинга превращается в разновидность экологически чистого силового агрегата.

Недостатки двигателя внешнего сгорания

Массовый выпуск таких двигателей в настоящее время невозможен. Основная проблема — это материалоёмкость конструкции. Охлаждение рабочего тела двигателя требует установку радиаторов с большими объёмами. Вследствие этого увеличиваются размеры. Использование сложных видов рабочего тела вроде водорода или гелия поднимает вопрос о безопасности двигателя. Теплопроводность и температурная стойкость должны быть на высоком уровне. Тепло к рабочему объёму поступает через теплообменники. Таким образом, часть тепла теряется по дороге. При изготовлении теплообменники приходится использовать термостойкие металлы. При этом металлы должны быть устойчивы к высокому давлению. Все эти материалы стоят дорого и долго обрабатываются. Принципы изменения режимов двигателя внешнего сгорания сильно отличаются от традиционных. Требуется разработка специальных управляющих устройств. Изменение мощности вызывается изменением давления в цилиндрах и угла фаз между вытеснителем и силовым поршнем. Также можно изменить ёмкость полости с рабочим телом.

Примеры реализации двигателей внешнего сгорания на автомобилях

Работоспособные модели такого двигателя были выпущены в свет, несмотря на все сложности изготовления. В 50 года XX века у автомобилестроительных компаний появилась заинтересованность в этой разновидности силового агрегата. В основном реализацией двигателей Стирлинга на автомобилях занимались Ford Motor Company и Volkswagen Group. Шведская компания UNITED STIRLING разработала такой двигатель, в котором разработчики старались чаще использовать серийные агрегаты и узлы (коленвал, шатуны). Был разработан четырёхцилиндровый V-образный двигатель, обладавший удельной массой 2,4 кг/кВт. Аналогичной массой обладает компактный дизель. Двигатель попробовали устанавливать на семитонные грузовые фургоны.

Наиболее выделяющимся успешным образцом стал Philips 4-125DA, доступный для установки на легковые автомобили. Рабочая мощность двигателя составляла 173 лошадиных силы. Размеры несильно отличались от обычного бензинового ДВС.

Компания General Motors разработала восьмицилиндровый V-образный двигатель внешнего сгорания с серийным кривошипно-шатунным механизмом. В 1972 году ограниченная версия автомобилей Ford Torino оснащалась таким двигателем. Причём расход топлива снизился на целых 25 % по сравнению с предыдущими моделями. Сегодня несколько зарубежных компаний пытаются совершенствовать конструкцию этого двигателя с целью адаптации для серийного производства и установки на легковые автомобили.

Выводы

В случае, если недостатки двигателя внешнего сгорания будут устранены, то этот вид силового агрегата придёт на смену ДВС и даже электромоторам. Но ввиду высокой стоимости материалов, сложности их обработки и громоздкости конструкции, двигатель внешнего сгорания пока не может выпускаться массово. Возможно, когда-нибудь будут разработан дешёвый жаростойкий и устойчивый к давлению материал, который будет использоваться при изготовлении двигателя Стирлинга, а пока вся конструкция обходится производителям гораздо дороже, чем обычный ДВС. Удачи и лёгких дорог!

В среде изобретателей слова "двигатель Стирлинга" звучат как пароль. По нему узнают своих. Тот, кто проникся его очевидными достоинствами, как правило, заболевает на всю жизнь. В самом деле, если для любого двигателя внутреннего сгорания выхлопы - это головная боль, то "Стирлинг" экологически чист. А еще его КПД - более 60 процентов, у ДВС - не более 35. Словом, не двигатель, а мечта. Она манит изобретателей почти 200 лет, с тех пор как шотландец Роберт Стирлинг придумал эту конструкцию, однако область применения пока остается узкой.

Есть несколько причин, почему "Стирлинг" не идет в массы. Одна из них - поршень. Принцип действия двигателя таков, что для эффективной работы число поршней в нем должно быть вдвое больше, чем в ДВС. Отсюда сразу же резко увеличиваются габариты и вес, а главное - цена. Поэтому уже давно энтузиасты "Стирлинга" пытаются уйти от поршня, заменив его роторно-лопастной системой.

- Я заболел этой идеей еще в юности, когда мечтал на автомобиле подняться на высоту 5-6 метров, - рассказывает главный конструктор нового двигателя Юрий Лукьянов. - Было ясно, что нужен мощный движок малых габаритов. Перебрав все варианты, понял, что подходит только роторно-лопастной "Стирлинг".

С тех пор прошло много лет. Лукьянов окончил институт, работал инженером на заводе, затем перешел в Псковский политехнический институт. Именно здесь собрал команду энтузиастов, куда вошли два доктора наук и три кандидата. Они взялись за создание нового двигателя, выиграли конкурс Роснауки и получили грант - 7,6 миллиона рублей.

- Мы сделали главное - описали математически все процессы в этом двигателе, - говорит Лукьянов. - До сих пор подобное никому не удавалось. И затем воплотили в железе основные узлы, доказав на деле, что математика верна.

По словам изобретателя, достоинства созданного ими "Стирлинга" очевидны. Он легче поршневого варианта, в нем намного меньше деталей, а потому он проще в изготовлении и в 10 раз дешевле. По тем же параметрам он выигрывает и у ДВС, не говоря уже об экологии и КПД.

Новый двигатель найдет применение прежде всего на небольших ТЭС мощностью до 1,5 МВт. Причем в качестве топлива можно использовать любое топливо, даже опилки. Себестоимость электроэнергии - копейка за киловатт-час! Такой "Стирлинг" можно устанавливать и на транспорте - судах и тепловозах, и т.д. Что же касается автомобиля, то специально для него Лукьянов сейчас разрабатывает новый вариант двигателя.

Среди других экспонатов этой выставки доминировали модные сегодня нанотехнологии, а также различные способы повышения добычи нефти и ее переработки. Так, Обнинский физико-энергетический институт им. Лейпунского представил не имеющие аналогов в мире самоочищающиеся фильтры, которые самую грязную воду делают совершенно прозрачной. Очисткой ведает мембрана с напыленными наночастицами. Специалисты сразу же оценили главные достоинства фильтра. Он не забивается грязью, которая быстро смывается водой. Впечатляет и производительность: от 100 до 700 литров в час. На их основе можно строить мини-заводы, причем их стоимость в два раза меньше, чем существующих сегодня установок очистки.

А предприятия Зеленограда выставили макеты платформ для выпуска самых разных элементов наноэлектроники, в частности, нанотранзисторов, чипов, интегральных схем и т.д. Такие комплексы уже установлены в Таганрогском радиотехническом университете, МГТУ им. Баумана, МИСиСе, Курчатовском институте.

Казанский государственный технологический университет вообще сделал ставку только на "нано". Здесь более десятка самых разных нанотехнологий для получения материалов с улучшенными свойствами, а также наноразмерных центров кристаллизации для эффективного тушения пожаров, рассеивания тумана, увлажнения почвы и т.д.

Ученые ВНИИнефть предлагают метод, который позволяет увеличить добычу "черного золота" из обводненных скважин. Дело в том, что вытесняющая нефть вода ищет "легкие пути", поэтому она не добирается до многих богатых топливом зон с низкой проницаемостью. Ученые научились управлять водой, направляя ее туда, где есть нефть. В итоге удается дополнительно взять из скважины тысячи тонн топлива.

Много лет символом бесхозяйственности считался попутный газ. Это бесценное сырье на месторождениях нефти просто сжигается в факелах. Об этом написаны кипы статей, сняты фильмы, но ничего не меняется. И вот, кажется, появилась надежда, что дело сдвинется с мертвой точки. Во всяком случае, Московский физтех представил технологию, которая позволяет получить из попутного газа метанол. По словам авторов разработки, уже есть опытный образец установки, а в ближайшее время на одном из месторождений начнется ее внедрение.

За попутный газ взялись и ученые ассоциации "Аспект". На основе нанотехнологий они создали комплекс по переработке попутного газа в ароматические углеводороды. Благодаря "нано" он потребляет мало энергии, что делает технологию экономически привлекательной.

Другая разработка "Аспекта" позволяет не только получать биогаз из любых видов отходов, но с помощью нанокатализаторов выделять из него метан, который обладает высокой теплоотдачей. Такой биокомплекс становится выгоден для небольших поселков.

Двигатель Стирлинга относится к двигателям внешнего сгорания. Он может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла, например, солнечных лучей. Принцип действия заключается в чередуемом нагревании и охлаждении воздуха в герметичном рабочем цилиндре.

Где то в интернете видел инфу про типо вечный двигатель который делается из магнитов, проверьте информацию если будет время, а то есть большие сомнения по этому поводу

Данил Илюшин

Посмотрите пожалуйста если это фейк какой-то, то как то можете раскрыть всё это дело. А то обещают там тоже рекордные показатели.

Ежегодно 8 февраля отечественное научное сообщество отмечает свой профессиональный праздник — День российской науки, учреждённый указом президента РФ в 1999 году.

В какой-то степени вы тоже занимаетесь наукой . Так что с Праздником

Михаил Федотов ответил Никите

Никита, есть аксиома, которую все знают, но почему-то всегда забывают: если что-то крутится-вертится, значит когда нибудь отвалится.
Следствие — вечный двигатель невозможен, как и другая вечная техника.

Михаил, было бы неплохо увидеть репортаж про эту тему

Данил, я не изучал этот патент, но вообще роторно-волновая машина Придумана французским изобретателем и очень давно. Сейчас по такой схеме например делают насосы для перекачки цемента и для гидропривода. Для двигателестроения эта схема заманчива тем, что позволяет создавать очень большое давление.
По этому сделать из такой машины двигатель пытаются многие, ( ведь чем больше давление тем больше КПД двигателя)

Дело в том что сделать ДВС сложнее чем насос. Основная проблема в том, что из-за больших температур, и неравномерности нагрева разных частей возникают зазоры и утечка газов из рабочей камеры. А это означает снижение давления и КПД. И пока я не видел чтобы эта проблема как-то была преодолена.

Данил Илюшин ответил Дмитрию

Дмитрий, видимо это другой взгляд на РВД. И патент вроде наш а не французский. И предназначен именно для двс, а не насосов, просто по нему информации (именно испытаний и каких-либо характеристик - нет) (или не там искал). Но обещания, весьма заманчивы.

Взгляд очень простой: есть роторно-волновая машина. Не двигатель. Её придумал француз и предложил в качестве насоса. Потом на её основе стали придумывать волновые двигатели. И таких попыток и патентов очень много и анализировать их можно бесконечно. Но к сожалению пока ни у кого не получилось сделать по этой схеме жизнеспособный двигатель. Разве что кроме Ванкеля, но он ушёл далеко в сторону и это уже отдельная история.
Но изначально всё пошло именно от того француза. Не помню как его зовут, видел даже его патент но сходу не найду сейчас.

С теплом, светом и водой теперь не будет проблем. И все это без использования котельных, линий электропередачи и прочих коммуникаций. Такой "коммунальный рай без хлопот и забот", как поется в песне, уже в ближайшем будущем может появиться в России благодаря уникальной разработке псковских ученых. В лабораториях Псковского госуниверситета они сконструировали автономный модуль жизнеобеспечения, "сердце" которого — роторно-лопастной двигатель с внешним подводом тепла.

Начиналось с мечты

"Есть такой эффект — "экран Земли", когда самолет заходит на посадку, он барражирует, то есть воздушный поток от крыльев не дает самолету опуститься. Поэтому он на этом потоке, на "экране Земли", движется долгое время. Тогда и возникла идея сделать легковую машину, которая бы летала на высоте 5−6 метров на эффекте "экрана Земли", — вспоминает Лукьянов.

Но для такой машины требовался компактный двигатель в 300 лошадиных сил. Постепенно ученые выяснили, что роторно-лопастная схема позволит создать двигатель, по объему равный трехлитровой банке. Мощность такого двигателя — примерно 200 лошадиных сил. Тогда вес машины будет небольшой, и можно сделать такую машину.

"Так и зародилась идея создания компактного двигателя, способного выдавать большую мощность на базе роторно-лопастной машины, с этого и началась вся история", — говорит Лукьянов.

Сейчас, спустя более 40 лет, журналисты и коллеги-инженеры называют созданное им устройство не иначе как "двигатель будущего".

"На самом деле все просто, — говорит ученый, рассказывая о принципе действия модуля. — Парогенератор вырабатывает пар, он раскручивает роторно-лопастную машину. Она в свою очередь крутит электрический генератор, мы получаем электричество".

Оставшийся пар конденсируется в теплообменнике и охлаждается, при этом получается горячая вода 90 градусов для отопления. Она отправляется в бак промежуточного накопителя, из которого выходит чистая горячая вода, подаваемая в краны потребителей.

"Также из этого бака мы насосом подаем горячую воду в парогенератор, она вскипает, получается снова пар — и вот он, замкнутый цикл", — говорит Лукьянов.

Кроме того, добавляет ученый, вся вода, поступающая в модуль, проходит тщательную очистку.

"Мы очищаем сетевую воду с помощью технологии обратного осмоса (технология очистки воды, при которой жидкость проходит через специальную мембрану, избавлясь от химических примесей и бактерий — прим. ТАСС), и когда вода кипит, то отложений солей в системе нет. В итоге мы получаем питьевую воду, и осмос нам нужен, чтобы не использовать химические реагенты. В любой котельной существует подготовка воды, чтобы ее вскипятить, а у нас нет реагентов", — говорит Лукьянов.

Работает на всем, что горит

Для работы модуля жизнеобеспечения нужны вода и топливо. Воду можно использовать любую: водопроводную или из скважины. А "заправлять" устройство можно практически всем, что горит: солярка, газ, минеральное отработанное масло или спирт. Подойдут даже опилки и солнечная энергия. С помощью топлива вода в установке нагревается и превращается в пар, который и вращает "двигатель будущего".

Он принципиально отличается от тех, которые сейчас есть под капотом у каждого автомобиля. В "движке" Лукьянова нет клапанов, которые в двигателе внутреннего сгорания работают буквально на износ — при высоких температурах и больших нагрузках. Псковский мотор — это хитроумная система лопастей и механизмов, которые равномерно распределяют нагрузку по всему двигателю. За счет этого устройство оказалось в три раза легче при той же мощности, и самое главное — оно не вырабатывает выхлопных газов, как в автомобиле.

По словам ученого, похожий по конструкции двигатель использовался при создании "Ё-мобиля".

"Двигатель в "Ё-мобиле" — это такая же конструкция, как у нас, там используется принцип роторно-лопастной машины. Механизм они придумали свой, но на этом провозились. А мы использовали другой механизм, который запатентован, который распределяет нагрузку равномерно", — поясняет ученый.

"Старая добрая" паровая машина

В основе принципа действия модуля жизнеобеспечения, говорит Лукьянов, — старая добрая паровая машина, которая известна человечеству аж с XVII века. Используя проверенную временем технологию, ученые смогли сделать так, чтобы топливо в "устройстве будущего" сгорало при пониженных температурах и при избытке кислорода. А это означает, что такой двигатель не дымит: выбросы вредных веществ в атмосферу практически нулевые.

"Разработанный двигатель сравним по экологичности с домашней кухней, со сгоранием газа на газовой плите. В основе — паровая машина с низкими параметрами пара, там давление всего 10 атмосфер, а значит, температура пара не выше 196 градусов по Цельсию", — говорит ученый.

Чтобы получить такие параметры, высокие температуры сжигания топлива не нужны, поэтому горелка, используемая для создания пара, поддерживает температуру не более 400 градусов. В результате получается, что при избытке сгорания воздуха, как и на кухне, мы не получаем вредных выбросов, они минимальны по окисям азота и угарному газу.

Юрий Лукьянов (пятый слева) с коллегами на территории учебных корпусов Псковского государственного университета

А еще, добавляет Лукьянов, созданная машина оказалась весьма экономичной, потери на трение у нее в семь раз меньше, чем у остальных двигателей. "Поскольку нет возвратно-поступательного движения, то потери на трение в нашей конструкции всего лишь 5%, это как у турбины. При этом, представьте, у других двигателей только на трение потери составляют 35%", — говорит ученый.

Прототип за свой счет

Изобретением, вспоминает Лукьянов, в 2006 году заинтересовались в правительстве страны: ученые получили грант на 7,6 млн рублей от Федерального агентства по науке и инновациям.

На эти средства провели научно-исследовательские работы, успешно их защитили, а вот на создание опытного образца конкурс выиграть не смогли. В итоге первый прототип устройства псковские инженеры изготовили за свой счет.

"Мы своими силами создали прототип, года три создавали в лабораториях ПсковГУ, трудилась вся команда, около 15 человек. Университет помог нам приобрести парогенератор, поставили его в нашу машину, сделали систему, и в итоге появился модуль жизнеобеспечения с внешним подводом тепла (пара) из парогенератора", — говорит Лукьянов.

К массовому производству

Сейчас, говорит Лукьянов, к нему поступают сотни заявок от желающих купить модуль жизнеобеспечения. Наибольший интерес устройство вызывает у жителей отдаленных территорий.

"Вот сейчас обращаются с Дальнего Востока, там раздали "дальневосточный гектар", а энергетики нет, оттуда звонят и говорят: "Если твой контейнер привезти сюда, то появится цивилизация".

Предложения поступают со всей России, все хотят купить модуль, а кто бы мог вложить деньги в опытно-конструкторскую разработку и заняться производством — таких мало", — рассказывает ученый.

А еще, добавляет инженер, есть и те, кто готов запустить серийное производство без тестовых испытаний.

"Много тех, кто говорят, мол, давайте чертежи и мы поехали, то есть минуя опытно-конструкторские разработки. А я всегда отвечаю, что ОКР нужно пройти обязательно, важно испытать образец, проверить на перегрузку, в разных режимах работы, провести климатические испытания. Он, конечно, функционирует, но мы его еще не испытывали, а это нужно обязательно сделать, вопрос — где и кем", — говорит Лукьянов.

По оценке ученого, чтобы испытать модуль, придется потратить порядка 90 млн рублей. И эту сумму готовы выделить инвесторы. Но пока реальных договоров у Лукьянова ни с кем нет.

Серьезная экономия

Если модуль удастся поставить на конвейер, то псковское изобретение поможет серьезно сэкономить на "коммуналке".

"Чтобы, например, обеспечить ресурсами двухэтажный индивидуальный дом, вполне хватит модуля 30 кВт. При условии массового производства он будет стоить около 1 млн рублей. По сути, это стоимость легкового автомобиля, и вы обеспечены теплом, электричеством, горячей и чистой питьевой водой. Такая установка может окупиться за год-полтора", — делится расчетами Лукьянов.

Модуль даст еще более серьезную экономию, если поступит на вооружение предприятий.

"Сейчас предприятия, которые хотели бы получить этот автономный модуль, просят 1 МВт мощности, такая установка будет стоить 20 млн рублей, но она окупается за полгода. Подсчет простой: в году 8 тыс. часов, если установка 1 МВт работает в течение года, производится 8 млн кВт⋅ч электроэнергии, если посчитать по розничной цене, то в год предприятие только на энергию тратит 40 млн рублей", — поясняет инженер.

А еще одно преимущество, добавляет ученый, — это что модуль можно применять везде, даже в больницах.

"Модуль не вибрирует и не шумит. У нас симметричная конструкция двигателя, поэтому механизм уравновешенный, и вибрация всего 300 микрон, по шуму это сравнимо со звуком работы системного блока компьютера или холодильника", — рассказывает Лукьянов.

Для сравнения: в больницах нормы по шуму — 50 децибел, шум модуля как раз удерживается около этого уровня.

"А поскольку в нем есть пар, то в частных домовладениях, например, можно баню прогреть паром за 5 минут и не нужно печку топить. Достаточно подвести пар из парогенератора, температура его под 200 градусов: и огня нет, то есть баня не сгорит", — улыбается инженер.

Сжигание мусора без выбросов

По словам Лукьянова, автономный модуль жизнеобеспечения может дать не только тепло, воду и свет. На основе устройства можно возводить передвижные мусоросжигающие заводы, которые не будут дымить и выбрасывать в атмосферу вредные вещества.

И самое главное, добавляет он, что при таком способе сжигания мусора не нужна труба, так как в атмосферу выбрасывать просто нечего.

"После того как мы отобрали температуру 960 градусов у пара в нашем парогенераторе и потом еще сконденсировали эту пароводяную смесь, то трубы нет, горения в воздухе нет и выбросов в воздух нет никаких", — поясняет ученый.

По расчетам Лукьянова, модуль можно привезти в любое место, где находятся залежи мусора, и уничтожать их с производительностью 10 тонн в час.

"Все просто — привезли модуль на свалку и уничтожили мусор. И главное — его не нужно высушивать. При любых других способах нужно весь мусор высушивать, он мокрый, имеет 100-процентную влажность, а для этой установки влажный — и хорошо. У нас на арктических территориях столько бочек с остатками масла и мазута, все это можно уничтожить, прямо железо можно бросать, потому что температура плавления железа — 1,5 тыс. градусов, а температура плазматрона — 6 тыс. градусов", — заверяет инженер.

Сейчас псковские ученые раздумывают над тем, как реализовать эту идею на практике.

"Будем дальше двигаться в этом направлении, надеемся на поддержку со стороны государства и что на этот проект обратят внимание", — добавляет Лукьянов.

Читайте также: