斯特林发动机是1816年,英国牧师罗伯特,斯特林发明的。
具体的构造和原理,诸位可以去百度。
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斯特林当初发明斯特林发动机,并不是因为她效率高,不挑食这些优点。
因为当时的蒸汽机也不挑食,而以1816年的工艺制造的斯特林发动机,效率还没有蒸汽机高。
斯特林发明这个东西的初衷其实是————不用加水。
当时的蒸汽机需要消耗两种东西:
1、燃料
2、淡水
1816年那阵子,化学工业还不发达,对河流湖泊的净水工艺自然也不发达,自来水厂自然是不存在的咯。(世界第一个现代意义上的自来水厂建成于1852年)
符合蒸汽机要求的水只有井水。
但是铁路沿线,不是什么地方都可以打井出水的,出了水,也未必符合蒸汽机的要求。
打井的地方离河流湖泊太远——出不了水;
离河流湖泊太近——水质太硬,锅炉容易结垢爆炸。
并且消耗淡水太多,也阻止了蒸汽机搬上船舶的速度。当时的蒸汽机,只能在内河船舶上运转。因为内河船舶补充淡水方便。或者用在军舰上用作临时加速用。
在远洋民用船只上,基本上看不见蒸汽机,因为没法补充淡水。
斯特林的如意算盘就是利用斯特林发动机无需消耗淡水的特点,首先占领船用蒸汽机市场,然后慢慢的把陆地上的蒸汽机也替换掉。
当然,理想很丰满,现实很骨感。
斯特林的优点在于——工质不用水,缺点也在于——工质不用水。
不用水的优点地球人都知道了,但是不用水的缺点在哪里呢???
不用水的斯特林,使用气体作为工质。所以斯特林发动机也叫作热气机。这个气体也包括空气。
但是使用空气作为工质的斯特林,效率将会低得一塌糊涂———因为空气的导热能力太差。
于是,工程师给斯特林换了导热最好的气体——氢气。
………………效率似乎好了一点点,但是问题也随之而来,再好的气缸活塞,也是会漏气的,斯特林的漏气问题直到现在都还没解决,更不用说1816年的人类那惨不忍睹的金属加工能力了。
解决这个问题的办法就是————运行一段,停下来,补充氢气。
折腾来折腾去,其实问题还是没有解决,问题只是从补充水变成了更难补充的氢气。
即便是解决了效率(氢气)的问题,也还是还有一个问题摆在工程师面前————扭矩太小!!!
你看网上发的视频,那个小发动机转的挺欢实,其实没多少力量,只能带动个小发电机,点亮一个led。手一按,就停住了。
而同样重量的电动机,扭矩可以用来钻墙。
解决这个问题有两个办法:
1、提高转速,然后多级减速,扭矩就有了。
但是对于有曲轴活塞的机械设备而言,转速10k已经是极限了,再高,活塞和缸套受不了。
此路不通!!!!!
2、提高工质气压,气压提高了,扭矩自然就有了。
前面说过,再好的气缸活塞,也是会漏气的,提高了气压,也就等于是漏气更严重了。更糟糕的是,为了提高效率,使用了氢气。而氢气是分子个头最小的气体。这也就意味着,很多其他气体和物质都“挤”不出来的缝隙,氢气是可以溜出来的。
雪上加霜啊!!!!!
现代斯特林发动机是怎么解决这个问题的呢???
把所有的东西都封在一个壳子里:气缸、活塞、曲轴、换热器、甚至包括发电机。
也就是说,整个斯特林发电机外壳,看不到一个活动部件。
输出能量直接就是两根接线柱输出电力。
(即便这样,也还是要定期补充气体。)
俄罗斯拉达级潜艇的斯特林发动机,整个发动机包括发电机都被封装在一个钛合金大罐子里。见不到任何活动部件。
但是这个办法在1816年显然行不通,先不说那个时代惨不忍睹的加工工艺。1816年,电磁感应还在法拉第的脑子里还没有想出来那!!!!
斯特林发动机在那个年代只能以机械的方式输出动力,也就是漏气的问题根本无法解决。
于是,斯特林发动机就悲剧了,所有的优点在几个重大缺陷面前,都不再是优点。
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60年过去了,1875年,带冷凝器的多胀式蒸汽机的发明,让蒸汽机可以循环使用淡水,蒸汽机顺利的成为了船舶的主动力,指望登上舰船的斯特林发动机继续坐冷板凳。
又过了十年,只使用燃料,不使用工质的内燃机问世。指望在小型化方面和蒸汽机竞争的斯特林接着坐冷板凳。
(严格来说,内燃机也是有工质的,只不过工质就是燃料的燃烧产物,并且因为“工质”是消耗性的,跑掉一点没关系。所以内燃机的气缸活塞的气密性要求比斯特林要低得多。)
然后就是科技大发展的20世纪,蒸汽轮机,燃气轮机……………………
秉承19世纪设计思路,但却对材料要求达到22世纪的斯特林就更加没有活路了。