Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Research on μCHP with the Stirling engine

Cezary Białecki

Abstract

In this paper there is presented a review of the cogeneration systems based on Stirling engines. There are also presented assumptions of climate and energy policy of the European Union in 2030. It is also explained, how distributed generation works and what are the types of distributed generation depending on sources size. There are also listed devices of distributed generation with their range of power. Then, it is explained the concept of microcogeneration understood as the combined production of electricity or heat by small and medium power devices. In the further part of this paper, it is presented a review of the Stirling engines. The basic formulas for theoretical efficiency of the Stirling engine and its theoretical work were derived. It is also shown the basic types of Stirling engines (alpha, beta, gamma) and the exemplary method for its use in µCHP (micro combined heat and power - microcogeneration). This piece of work was written to conduct positional research of the alpha type Stirling engine. Research was carried out to check possibilities of using the Stirling engine in microcogeneration systems and to check the methods of steering its work parameters. The alpha type Stirling engine and computer with LabVIEW software were used during the research. The research was made in three stages, with three different pressure values of the working gases (nitrogen and argon): 3 bars, 5 bars and 6 bars. During each stage there were measured temperatures: on the heater, on the regenerator on the side of the heater, on the regenerator on the side of the cooler, on the cooler and rotation speed, pressure in the work space and current electric of the system load. After carrying out research, the results were analyzed in MATLAB software and presented as charts: power in function of the rotation speed, pressure in function of the time and indicator diagrams. According to the charts, with the increase of pressure in the working space increases the power of the engine (the maximum power points vary linearly) and is increased the maximum rotation speed of the engine. It is also suggested the method of determining the indicator diagrams in order to implement them into simulation model.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Cezary Białecki (FACME) Cezary Białecki,, Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Title in Polish
Badania stanowiskowe μCHP z silnikiem Stirlinga
Supervisor
Robert Gumiński (FACME/IV) Robert Gumiński,, Institute of Vehicles (FACME/IV)Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Jędrzej Mączak (FACME/IV) Jędrzej Mączak,, Institute of Vehicles (FACME/IV)Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Certifying unit
Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Affiliation unit
Institute of Automotive Engineering (FACME/IV)
Study subject / specialization
, Mechatronika
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
06-12-2016
Issue date (year)
2016
Pages
54
Internal identifier
SIMR; D-1514
Reviewers
Adam Gałęzia (FACME/IV) Adam Gałęzia,, Institute of Vehicles (FACME/IV)Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME) Robert Gumiński (FACME/IV) Robert Gumiński,, Institute of Vehicles (FACME/IV)Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering (FACME)
Keywords in Polish
1. Mikrokogeneracja, 2. Silnik Stirlinga, 3. Generacja rozproszona, 4. Badania stanowiskowe
Abstract in Polish
W pracy zaprezentowano przegląd stanu wiedzy na temat kogeneracji opartej m.in. o silniki Stirlinga. Przedstawiono założenia polityki klimatyczno-energetycznej UE w perspektywie 2030r. Zdefiniowano również pojęcie generacji rozproszonej i jej rodzaje w zależności od wielkości źródeł rozproszonych. Wymienione zostały również urządzenia generacji rozproszonej (do których zaliczany jest m.in. silnik Stirlinga) wraz z zakresami ich mocy. Kolejno zostało opisane pojęcie mikrokogeneracji rozumianej jako skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej lub ciepła w oparciu o urządzenia małych i średnich mocy. W dalszej części pracy zostały przedstawione zagadnienia związane z silnikiem Stirlinga. Wyprowadzone zostały podstawowe zależności termodynamiczne opisujące sprawność teoretyczną silnika Stirlinga oraz jego pracę teoretyczną. Został również przedstawiony cykl pracy silnika Stirlinga oraz różne warianty jego budowy (alfa, beta, gamma). Omówiono przykładowy sposób zastosowania silnika Stirlinga w mikrokogeneracji. Celem pracy było również przeprowadzenie badań stanowiskowych silnika Stirlinga typu alfa. Badania miały na celu praktyczne sprawdzenie możliwości wykorzystania silnika Stirlinga w układzie mikrokogeneracyjnym oraz sposobów sterowania parametrami jego pracy. Do badań wykorzystano stanowisko z silnikiem Stirlinga typu alfa, wraz z aparaturą pomiarową oraz laptop z oprogramowaniem LabVIEW. Badania przebiegały przy kilku różnych średnich ciśnieniach (3 bar, 5 bar i 6 bar) dla dwóch gazów roboczych jakimi były azot i argon. Mierzone były m.in.: temperatury na nagrzewnicy, regeneratorze od strony nagrzewnicy i regeneratorze od strony chłodnicy, na chłodnicy, prędkość obrotowa, ciśnienie w przestrzeni roboczej i prąd układu obciążającego. Po przeprowadzeniu badań, wyniki zostały opracowane graficznie z wykorzystaniem programu MATLAB i przedstawione jako charakterystyki: mocy w funkcji prędkości obrotowej, ciśnienia w funkcji czasu, temperatur w funkcji czasu oraz wykresy indykatorowe zamknięte. Na podstawie charakterystyk można stwierdzić, że wraz ze wzrostem średniego ciśnienia w przestrzeni roboczej zwiększa się moc maksymalna (rośnie liniowo w przypadku uwzględnionych ciśnień) oraz wzrasta maksymalna prędkość obrotowa silnika. Zaproponowano również metodę wyznaczania wykresów indykatorowych zamkniętych dla obciążeń pośrednich w celu implementacji jej do modelu symulacyjnego.
File
  • File: 1
    251370_Cezary Białecki - Badania stanowiskowe uchp z silnikiem Stirlinga-listopad 2016.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 14495

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTc719d7cbb7ab412192bb063d240bbc31/
URN
urn:pw-repo:WUTc719d7cbb7ab412192bb063d240bbc31

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page