كاركرد آرام و طولانی

كار كردن زیردریایی با موتور دیزل, بسیار دور از واقعیت می نماید

موتور دیزلی تنها در محلی كه هوا وجود دارد، می تواند كاركند. موتور دیزلی، صدایی بسیار بلند تولید می كند كه برای زیردریایی بسیار نامناسب است. زیردریایی ها در هنگام غوطه ور شدن، از باتری هایی كه تنها برای یك روز قابلیت شارژ دارند، استفاده می كنند. موتورهای اتمی این محدودیت ها را ندارند، اما شركت سوئدی تولید كننده زیردریایی كوكافر AB راه حل دیگری را پیشنهاد می كند.این سازنده، موتورهای استرلینگ را درون تولیدات خود نصب می كند. این موتورها نیروی لازم را برای نیازهای الكتریكی زیردریایی ها فراهم می كنند. این طرح موتور نیازی به هوا ندارد و در همین حال دیزلی است و ذخیره اكسیژن را با خودش حمل می كند. به گفته لارس لارسون، مدیر بخش استرلینگ شركت، این زیردریایی می تواند هفته ها زیر آب بماند. برخلاف موتورهای دیزلی دیگر، موتور استرلینگ بسیار بی سروصدا كار می كند. موتور استرلینگ در نوع خود پدیده ای شگرف است، شاید به این دلیل است كه تعداد كمی از آنها در اطرافمان وجود دارند. هنگامی كه این گونه موتور اختراع شد، در قیاس با موتورهای بخار امنیت بیشتری داشت، اما با ظهور موتورهای درون سوز از وجهه آنها كاسته شد. با این حال، آنها هیچ گاه از رده خارج نبوده اند. سیكل استرلینگ در اسباب بازی های ساخت شركت «آمریكن استرلینگ»، با گرمای دست كار می كنند. موتورهای استرلینگ در خنك كننده های انجمادی و تولید نیرو در بخش های خاصی از صنعت به كار می روند، اما در ماه های اخیر، خبرهایی به گوش می رسد كه نشان دهنده فزونی توجه به این موتورها است. توسعه دهندگان موتورهای استرلینگ می گویند كه موتورهای آنها بازده انرژی بالایی دارند و دوام آنها از دیگر انواع موتورهای با كاركرد یكسان بیشتر است. این موتورها ساكت و آرام كار می كنند، زیرا سیكل های استرلینگ برخلاف موتورهای درون سوز، نیازی به انفجار سوخت برای به حركت درآوردن پیستون ها ندارند. تنها نیاز آن حرارت دائمی است. تفاوتی ندارد كه این حرارت از آتش مواد نفتی، شیمیایی، واكنش هسته ای و یا نور خورشید گرفته شده باشد. هنگامی كه دكتر رابرت استرلینگ در سال ۱۸۱۶ موتوری را كه اكنون به نام او خوانده می شود، به ثبت رسانید، انتظار داشت نتیجه ای درخور از تلاش های خود بگیرد. قصد او این بود كه راه حل جانشین امنی برای بویلرهای بخاری كه بر اثر ساخت بد مخازن، كاركنان اطراف آن را به كشتن می داد، بیابد. گازی كه درون سیلندر محبوس نگه داشته می شود، به تدریج گرم و سرد می شود تا پیستون را به حركت درآورد. همانند موتور بخار، منبع حرارت بیرون از سیلندر قرار داده می شود، اما فشار داخل آن بسیار كمتر از موتورهای بخار است. با ظهور استیل بسمر، كارآیی و ایمنی دیگ های بخار بهبود یافت و ایده استرلینگ كم رنگ تر شد. موتورهای استرلینگ برای ساخت به ماشین كاری دقیق نیاز دارند و در مقایسه با ماشین های بخار نیروی كمتری تولید می كنند. درست هنگامی كه دنیا در حال گذار از دوران دیگ های بخار به دوران موتورهای درون سوز بود، ایراد بزرگ زمان طولانی گرم كردن موتور استرلینگ آن را در حاشیه قرار داد. شركت استرلینگ تكنولوژی چند پروژه فضایی و زمینی دارد كه با استفاده از همین موتورها انرژی لازم را برای این پروژه ها فراهم می كند. یكی از این ژنراتورها برای ناسا ساخته شده است. این ژنراتور ویژگی های بازده بالا و كاركرد درازمدت را كه برای یك كاوشگر ژرفنای فضا حیاتی هستند، فراهم می آورد. یك مجموعه تست با خروجی ۱۰ وات كه با این موتورها كار می كند، آگوست گذشته۶۰۰/۸۷ ساعت كار مداوم را كه معادل ۱۰ سال كار بدون نیاز به تعمیرات و كاهش كارآیی است، رد كرد. به گفته موسس این شركت، این سیستم تست به وسیله منبع حرارتی الكتریكی نیرودهی می شود، اما خود سیستم به گونه ای طراحی شده است كه بتواند در فضا به وسیله یك رادیو تلسكوپ تغذیه شود. این موضوع سوژه مقاله ای بود كه در سال ۱۹۹۶ در شماره فوریه مجله مهندسی مكانیك به چاپ رسید. عنوان مقاله « موتورهایی كه هرگز خورده نمی شوند» بود. هرگز زمان زیادی است، البته ۱۰ سال كار بدون وقفه هم زمان زیادی است. یكی از ویژگی های موتورهای استرلینگ امروزی این است كه اجزایی كه مالش دائم روی یكدیگر داشته باشند، ندارند. پیستون لقی ۲۵ میكرومتری درون سیلندر را دارد و یاتاقان های منحنی، به ویژه دیسك های فلزی با چاك های مارپیچی به خوبی مهار می شوند. آنها از طرفین صلب هستند و پیستون را در مركز نگاه می دارند. با حركت پیستون آنها نیز حركت نرم و خمیده ای را انجام

می دهند. پیستون یك آلترناتور خطی را به حركت در می آورد. هیچ اتصالی برای تبدیل حركت خطی به دورانی صورت نمی گیرد. موتور و ژنراتور هر دو درون یك محفظه گرد آمده و ایزوله شده اند.ایزولاسیون محفظه به دلیل انتخاب گاز هلیم به جای هیدروژن درون موتور است.

هزینه هلیم بالاتر است، اما برای این شیوه طراحی بهتر جواب می دهد. هیدروژن به طور اجتناب ناپذیری از فلز داغ تراوش می كند و به طور نامحسوسی انرژی را در سیستم به هدر می دهد. هلیم برای سرهای هیترها شكنندگی ایجاد نمی كند و مشكلات مربوط به ایمنی حمل و نقل هیدروژن را ندارد. «استرلینگ تكنولوژی می گوید كه در حال حاضر در حال تولید ژنراتورهای ۱۰ وات و ۵۵ وات است و پیش بینی می شود كه در مجموع ۴۰ سیستم را در ظرف سه سال آینده به دست مشتریان برساند. پروژه دیگری كه این شركت سرگرم كار روی آن است، یك ژنراتور متحرك برای ارتش است. این ژنراتور دیزلی، آب گرم مورد نیاز برای آشپزخانه صحرایی و یك كیلووات الكتریسیته را فراهم خواهد آورد. یك شركت هلندی به همراه موسسه ای تحقیقاتی از همان كشور، سیستمی مشابه برای مصارف خانگی ساخته اند. سیستم شركت اناتك از یك دیگ تشكیل شده است كه بخشی از انرژی حرارتی را برای تولید الكتریسیته به كار می گیرد. تا به حال ۱۰ دستگاه ازآن در خانه های دورافتاده نصب شده اند. شركت مجزای دیگری به نام سیستم های انرژی استرلینگ به همراه آزمایشگاه های ملی ساندیا از دیش های كولكتور برای متمركر كردن نور خورشید استفاده می كنند تا بتوانند حرارت مورد نیاز برای یك سیستم ژنراتور استرلینگی را فراهم كنند. به گفته باب لیدن، مدیر سیستم های انرژی استرلینگ، ژنراتورهای استرلینگ هریك به تنهایی

می توانند حداكثر ۲۵ كیلووات، از یك دیش ۹۰ متری تولید كنند. چنین مساحتی ۰۰۰/۹۰ وات انرژی خورشیدی را جذب می كند و در نتیجه نرخ بازده ۳۰ درصد است. برای مقایسه، پانل های فتوولتاییك موجود دربازار، كه نور خورشید را به طور مستقیم به الكتریسیته تبدیل می كنند، بازده هایی كمتر از ۱۵ درصد دارند. سیستم های فتوولتاییك با قدرت یك كیلووات كه نور خورشید را متمركز می كنند و بازده بالای ۲۵ درصدی دارند نیز، به بازارآمده اند.

دیش شركت استرلینگ انرژی M۲ ۹۰ نور خورشید را روی مساحتی به قطر معادل ۲۰ سانتی متر متمركز می كند تا موتور استرلینگ چهار پیستونی كه یك ژنراتور دورانی را به راه می اندازد، تغذیه كند. شركت دیگری كه نیروگاه های تولید الكتریسیته دارند نیز، به گونه ای دیگر از این موتورها استفاده می كنند. سوختی كه این موتورها را گرم می كند، از نفت سبك همراه با اسیدهای چرمی كه از كارخانه های روغن گیاهی گرفته می شوند، تشكیل شده است. این عصاره های پسماندهای روغن گیاهی، قیمت كمی دارند و معمولاًدر مخازن ذخیره می شوند. این شركت امیدوار است كه بتواند ۳۰ درصد از هزینه ۷/۱ میلیون دلاری پروژه را با دریافت كمك های ایالت نیوجرسی برای به كارگیری انرژی های بازگشت پذیر و پاكیزه جبران كند. سوختی كه شركت آرهوس استفاده می كند، برای موتورهای درون سوز كنونی بسیار خورنده است، اما در موتورهای استرلینگ به خوبی جواب می دهد، زیرا محصولات احتراق با هیچ یك از قطعات متحرك موتور تماس ندارند. تعمیرات و نگهداری شامل روان كاری و تعویض سیالات روانكاری، تعویض رینگ های پیستون ها، كار تریج های پوشش میله ها و دیگر اجزایی است كه در عوض هر ۰۰۰/۱۰ ساعت كار ۱۶ ساعت زمان می برد. سخن آخر این كه موتورهای استرلینگ در ۱۹۰ سال زمان پیدایششان نه هرگز از رده خارج شده اند و نه جایگاه مستحكمی یافته اند. در كتاب ها و سایت های مربوط به صنعت همواره از این موتورها یاد می شود. شركت هایی هم در تلاشند تا با تولید انبوهی از محصولات استرلینگی وارد بازار تولید انرژی خانگی تجاری شوند.

سازندگان این موتورها همواره شعار «سبزتر، ساكت تر و خارق العاده تر» را سر می دهند و اگر این موتورها فراگیر شوند، شاید همگان بهتر به آنها عادت كنند.

منبع: نیرو و انرژی، سایت انجمن مهندسان مكانیك آمریكا، هری هاچینسن