SeyrüseferMühendishaneMakaleler → Stirling Motoru

Stirling Motoru

Mühendishane - Makaleler
Perşembe, 03 Haziran 2004

Stirling MotoruStirling motoru'nun mucidi Robert Stirling (1790-1878) aslında İskoç Kilisesinin baş rahibiydi ve kendi icadı olan bu motora hava motoru adını vermişti. O günlerin buhar motorları sıklıkla patlayıp yakınlarındaki insanları öldürdüğü halde Stirling'in motoru hiç patlamadı.

1816'da Stirling yeni "hava motoru" için ilk patentini aldı ki sağ tarafta görülen çizim bu patente aittir. Bu ilk motor ve onu takip edenler 1940'lara, helyum ve hidrojen gibi diğer gazların da işletme akışkanı olarak kullanılmaya başlanmasına kadar "sıcak hava motoru" olarak adlandırıldılar.

Stirling motorları başlı başına bir motor sınıfını tanımlar. Bunlar sıcak havayı veya helyum gibi diğer gazları kendi çalışma çevriminde tekrar tekrar kullanan kapalı devre motorlardır.

Motorun içindeki gaz asla motor dışına atık olarak gönderilmez. Bunun yerine motor çevrimin bölümleri arasında kullanılır. Stirling motorunun içindeki sıcak gaz soğuk rejeneratör içinden aktığında onu ısıtır. Bu, havayı ısısının geri kalanı kaybedeceği ve çevrimin tamamlanacağı motorun soğuk tarafına geçmeden önce, bir miktar soğutur. Bu işlem, bir çevrimini her tamamladığında egzoz yoluyla kalan bütün ısısını dışarı atan içten yanmalı motorlarla karşılaştırılabilir.

Stirling motorları devamlı yanmalı motorlardır. Temiz çalışan bir motor yapmak istediğinde bu büyük bir üstünlük sağlar. Elinize bir kibrit çöpü alıp birkaç saniye yakın ve söndürün. En çok duman ne zaman çıktı? Yanmanın en parlak ve güçlü olduğu sırada değil, sönmek üzereyken ve söndükten sonra. Bu nedenle devamlı yanma işlemi, tekrarlanan yanma ve sönme işlemlerinden (içten yanmalı motorlarda olduğu gibi) çok daha temizdir.

Bir stirling motorunda motorun bir tarafı devamlı olarak ısıtılırken diğer tarafı devamlı olarak soğutulur. Hava (veya gaz) önce ısıtılacağı ve genleşeceği sıcak tarafa gönderilir, bu etki pistonu iter. Sonra hava rejeneratöre (diğer çevrim için bir miktar ısıyı koruyacağı yere) oradan da soğuyacağı ve büzüleceği soğuk tarafa yönlendirilir ve pistonu kendine çeker. Motorun içindeki ısı değişimi pistonu hareket ettirecek basınç değişimini üretir ve motor çalışır.

Striling motoru içten yanmalı motorlardan motorlardan birkaç şekilde farklılık gösterir;

  1. Stirling motorları dıştan yanmalı motorlardır. Bunun anlamı basitçe şudur; motoru çalıştıran ısı silindirin içinde üretilmez. Bu nedenle stirling motoru herhangi bir yakıtla veya ısı kaynağıyla çalıştırmak mümkündür, güneş enerjisi ile bile. Tabii ki bir stirling motorunun sıcak tarafı kullanılacak ısı kaynağına veya yakıta göre tasarlanır.
  2. Stirling motorlarında sübap bulunmaz.
  3. Yakıt açısından farklıdır. Stirling motoru her türlü ısı kaynağı ve yakıtla çalışabilir; benzin, dizel, kömür, zeytinyağı, alkol, güneş...

Her çevrimde üretilen ısının bir miktarı rejeneratörde korunduğundan stirling motorları daha da verimli olurlar ve verimleri ısı motorları için mümkün olan en yüksek nazari verime yani carnot çevrimine yakındır. Motoru çalıştıran gazın (günümüzde genellikle helyum gibi asal gazlar kullanılır) ısıtılması mesma sistemindeki gibi harici olarak yapıldığından yanma sonucu ortaya çıkan ürünlerin kontrol edilmesi örneğin kapalı devre dizel gibi içten yanmalı sistemlere göre belirgin bir kolaylık ve akustik üstünlük sağlar.

Bir stirling motoru ilk kez İsveç'in Kockums şirketi tarafından 1980'lerin ortalarında 500 tonluk bir Fransız sivil araştırma denizaltısına yerleştirilmiştir. Saga adlı bu denizaltı 600m derinliğe dalabiliyordu ve içindeki stirling motoru da 450 metreye kadar olan derinliklerde güç üretebiliyordu. Yeri gelmişken belirtmek gerekirse Kockums denizaltılar ve otomobillerde kullanmak amacıyla striling motorları üzerindeki araştırma geliştirme çalışmalarına 1960'larda başlamıştır.

Nükleer sonrası dönemdeki konvansiyonel askeri denizaltı tarihinde ilk olarak kullanıma giren ve kendini ispatlayan HBT sistemi 2x75kW'lık V4-275 adlı bir stirling sistemidir. V4-275 motorlarının ilki 1988 senesinde Näcken adlı denizaltının ikiye kesilip, ayrıca inşa edilen 8m'lik HBT modülünün iki parçanın arasına eklenmesiyle hizmete girmiştir.

Bu sistem denizaltıda ilave olarak depolanan sıvı oksijeni ve mevcut dizel yakıtını (düşük sülfür içeren ve ligroin olarak adlandırılan özel bir yakıt kullanılır) bir yanma odasında ve basınç altında yakarak üretilen ısı ile stirling motorlarına bağlı alternatörler üzerinen mekanik enerjiyi elektriğe çevirir ve bu elektrik doğrudan ana elektrik motorunu çalıştırmak için veya aküleri doldurmak için kullanılır.

Yanma odasının basıncı denizaltının bulunduğu derinlikteki hidrostatik basınçtan daha yüksek olacak şekilde ayarlanır böylece yanma ürünlerinin deniz suyunda çözünerek denizaltı dışına bir sıkıştırıcı kullanmadan atılabilmesi de mümkün olur. İsveç donanması V4-275'den memnun kalınca daha sonra inşa edilen 3 adet 1.500 tonluk Gotland sınıfı gemide de bu HBT sistemi kullanılmıştır. Türk Deniz Kuvvetlerinin Preveze sınıfı gemilerine benzer boyutlardaki Gotland sınıfı denizaltıların 150kW'lık stirling sistemiyle 2,5m/s süraâtle su altında 14 gün devamlı seyir yapabildiği söylenmektedir.

 







Telif Hakkı © 1997-2017 [uskudar.biz] - sürüm 5.5.1 - Bütün Hakları Saklıdır. Kullanım şartları için tıklayın!
Joomla! GNU/GPL lisansı altında özgür bir yazılımdır.