了解斯特林发动机：原理简介与应用

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：实验表明，斯特林发动机的实际有效效率能达到32%～40%，最高可达47%。如STM生产的50kW的斯特林发动机，其裸机工作时在1m处的噪声低于75dB。由于斯特林发动机中最大压力与最小压力之比一般小于2，因此，其扭矩比较均匀、运转比较平稳。斯特林发动机的结构简单，比内燃机少40%的零部件。

斯特林发动机属于外燃式往复发动机，与传统的内燃机的区别在于对封入内部的气体从外部进行加热和冷却，从而推动活塞往复做功。由于这一区别，斯特林发动机主要具备了以下几个方面的优点：

1）燃料来源广。斯特林发动机对燃料的适应性很强，可用燃料除了煤、石油、天然气、化石燃料外，还包括太阳能、原子能、化学能，以及木材、秸秆等农林废弃物燃烧所放出来的能量。此外，斯特林发动机还可以用来回收各种分散或低品位的热能。

2）热效率高。理想斯特林循环由两个等温过程和两个等容过程组成，其理论循环效率等于相同状态下的卡诺效率。实验表明，斯特林发动机的实际有效效率能达到32%～40%，最高可达47%。

3）排气污染小。由于斯特林发动机的燃烧过程是连续的，空气燃烧比的变化对效率和功率的影响都很小，所以斯特林发动机可以在足够的空气下运转，燃料的燃烧值比较高，与内燃机相比，大大降低了废气中CO、HC等有害气体的含量。

4）噪声低。斯特林发动机没有气阀机构且工质在汽缸内的压力变化类似于正弦，并且没有燃烧产生的爆震和排气波，因而斯特林发动机运转比较平稳，噪声比较小。如STM生产的50kW的斯特林发动机，其裸机工作时在1m处的噪声低于75dB。

5）运转特性好。由于斯特林发动机中最大压力与最小压力之比一般小于2，因此，其扭矩比较均匀、运转比较平稳。此外，斯特林发动机的超负荷能力强，在超负荷50%的情况下仍然能正常运转，相对于内燃机5%～15%的超负荷能力具有更好的运转特性。

6）结构简单、维修方便。斯特林发动机的结构简单，比内燃机少40%的零部件。例如，自由活塞式斯特林发动机只有三大部件（即密封的气缸和两个活塞），没有容易出故障的气阀机构、高压喷油系统和需要良好润滑的活塞环，便于保养维修。

斯特林发动机通过采用不同的活塞形式、气缸组数和不同的驱动机构（曲轴、回转斜板等），可组合成数十种发动机型式，广泛作为各种机械的动力源。

关于斯特林发动机的推广应用方面，主要有以下三个方向：

1）用于热电联产。由于它对环境的污染小，且预热容易回收方便，效率高而又适用于各种燃料，用于热电联产后可取得更好的效益。

2）用于低能级余热回收利用。只要将燃烧器适当改进后便可利用其他热源，这是内燃机难以办到的，如利用于太阳能发电和带动水泵，亦可考虑利用工厂中低温余热和地热。

3）用于移动式动力源。将其小型化和轻量化，并改善其控制性和适应性，亦可作为车辆的发动机使用。

了解斯特林发动机：原理简介与应用

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