Robert Stirling - Robert Stirling
Robert Stirling | |
|---|---|
 | |
| Născut |
25 octombrie 1790 |
| Decedat | 6 iunie 1878 (87 de ani) |
| Naţionalitate | scoţian |
| Cetățenie | Regatul Unit |
| Ocupaţie | Inginer |
| Copii |
Patrick Stirling n. 1820 Jane Stirling n. 1821 William Stirling n. 1822 Robert Stirling n. 1824 David Stirling n. 1828 James Stirling n. 1835 Agnes Stirling n. 1838 |
| Părinţi) | Patrick Stirling și Agnes Stirling |
| Cariera inginerească | |
| Instituții | Universitatea din Edinburgh, Universitatea din Glasgow |
| Proiecte | Motor Stirling |
Robert Stirling (25 octombrie 1790 - 6 iunie 1878) a fost un duhovnic și inginer scoțian . El a inventat motorul Stirling și a fost introdus în 2014 în Scoția Inginerească Scoțiană.
Context și slujire creștină
Robert Stirling s-a născut la Fatal Fields, o locație din Scoția, lângă satul Methven , Perthshire . Un membru al părții Dublane a familiei Stirling, Robert s-a născut din Patrick și Agnes Stirling. El a fost unul dintre cei opt copii pe care i-au împărtășit Patrick și Agnes. Bunicul său a fost Michael Stirling, cel mai cunoscut pentru invenția mașinii de treierat . Patrick, tatăl lui Robert, și-a petrecut timpul experimentând și inovând echipamente agricole industriale.
Deși Robert, la fel ca tatăl și bunicul său, avea o înclinație naturală pentru inginerie, a început să frecventeze Universitatea din Edinburgh în 1805 la vârsta de cincisprezece ani pentru a studia divinitatea în speranța de a deveni ministru. Fratele său James, care avea să joace un rol major în viitoarele eforturi inginerești ale lui Stirling, a participat și el la Edinburgh la vârsta de 14 ani. Robert și-a încheiat studiile la Edinburgh și a continuat să studieze la Universitatea Glasgow în noiembrie 1809. În 1814, s-a întors la Universitatea Edinburgh. studiind divinitatea pentru ultima dată.
Robert a fost autorizat să predice în Biserica Scoției în 1816 de către Presbiteriul din Dumbarton . În septembrie 1816, comisarul ducelui de Portland i-a acordat lui Stirling titlul de ministru ca a doua acuzație pentru parohia Laigh Kirk din Kilmarnock. În cele din urmă, în februarie 1824, Stirling a fost numit ministru al bisericii parohiale Galston din apropiere , unde și-a continuat slujirea până în 1878.
În iulie 1819, Robert Stirling s-a căsătorit cu Jane Rankine. Împreună, au avut șapte copii, cinci fii și două fiice.
Inginerie și știință
Istorie
Robert Stirling este considerat unul dintre părinții motoarelor cu aer cald. Puțini înainte de el s-au aventurat să construiască motoare cu aer, Guillaume Amontons fiind primul care a construit un motor cu aer cald funcțional în 1699.
Amonton a fost urmat în 1807 de George Cayley al cărui motor era unul dintre cele în care este închis focul și alimentat cu aer pompat sub grătar în cantitate suficientă pentru a menține arderea, în timp ce de departe cea mai mare porțiune de aer intră deasupra focului, să fie încălzit și extins; ansamblul, împreună cu produsele de ardere, acționează apoi asupra pistonului și trece prin cilindrul de lucru; iar operația fiind doar de amestec simplu, nu este necesară nicio suprafață de încălzire a metalului, aerul de încălzit fiind adus în contact imediat cu focul.
Stirling a venit cu un prim brevet pentru un motor cu aer în 1816. Principiul motorului cu aer Stirling diferă de cel al lui Cayley, în care aerul este forțat prin cuptor și epuizat, în timp ce în motorul lui Stirling aerul funcționează într-un circuit închis. Inventatorul și-a dedicat cea mai mare parte a atenției. Un motor Stirling cu aer cald cu două cai putere, construit în 1818 pentru pomparea apei la o carieră din Ayrshire, a continuat să funcționeze o vreme, până când un însoțitor nepăsător a permis încălzitorului să se supraîncălzească. Acest experiment i-a dovedit inventatorului că, datorită presiunii reduse de lucru obținută, motorul putea fi adaptat doar la puteri mici pentru care în acel moment nu exista cerere.
Brevetul Stirling 1816 a fost, de asemenea, despre un „ Economizor ”, predecesorul regeneratorului. În acest brevet (# 4081) el descrie tehnologia „economizor” și mai multe aplicații în care o astfel de tehnologie poate fi utilizată. Din ele a ieșit un nou aranjament pentru un motor cu aer cald. În 1818, un motor a fost construit pentru a pompa apa dintr-o carieră din Ayrshire, dar din cauza unor probleme tehnice, motorul a fost abandonat pentru o vreme.
Stirling a brevetat un al doilea motor cu aer cald, împreună cu fratele său James , în 1827. Au inversat designul astfel încât capetele fierbinți ale deplasatoarelor să fie sub mașinărie și au adăugat o pompă de aer comprimat, astfel încât aerul din interior să poată fi crescut sub presiune. în jur de 20 de atmosfere.
Cei doi frați Stirling au fost urmăriți la scurt timp în 1828 de Parkinson & Crossley și în 1829 și de Arnott. Acești precursori, la care ar trebui adăugat John Ericsson , au adus în lume tehnologia motorului cu aer cald și avantajele sale enorme față de motorul cu abur. Fiecare dintre ei a venit cu propria sa tehnologie specifică și, deși motorul Stirling și motoarele Parkinson & Crossley erau destul de asemănătoare, Robert Stirling s-a remarcat prin inventarea regeneratorului, primul exemplu de schimbător de căldură regenerator .
Parkinson și Crosley au introdus principiul utilizării aerului cu densitate mai mare decât cea a atmosferei și, astfel, au obținut un motor de putere mai mare în aceeași busolă. James Stirling a urmat aceeași idee când a construit celebrul motor Dundee.
Brevetul Stirling din 1827 a stat la baza celui de-al treilea brevet Stirling din 1840. Modificările față de brevetul din 1827 au fost minore, dar esențiale. Acest al treilea brevet a dat naștere motorului Dundee.
James Stirling a prezentat motorul său în fața Instituției Inginerilor Civili din 1845. Primul motor de acest gen, care, după diferite modificări, a fost construit și încălzit eficient, avea un cilindru de aproximativ 30 cm diametru, cu o lungime a cursei de 2 picioare (aprox. 61 cm) și a făcut 40 de curse sau rotații într-un minut (40 rpm). Acest motor a mutat toate utilajele la lucrările companiei Dundee Foundry Company timp de opt sau zece luni și a fost găsit anterior capabil să ridice 700.000 de lbs un picior într-un minut (aproximativ 21 CP).
Găsind această putere insuficientă pentru lucrările lor, Dundee Foundry Company a ridicat al doilea motor, cu un cilindru de 16 inci (aproximativ 40 cm) în diametru, o cursă de 4 picioare (aprox. 1,20 m) și efectuând 28 de curse într-un minut. Acest motor a funcționat în mod continuu de peste doi ani și nu numai că a efectuat lucrările turnătoriei în modul cel mai satisfăcător, dar a fost testat (printr-o frână de frecare pe un al treilea motor) până la ridicarea aproape 1.500.000 lbs (aprox. 45 CP).
Acest lucru oferă un consum de 2,7 lbs. (aprox. 1,22 kg) pe cai-putere pe oră; dar când motorul nu era complet împovărat, consumul era considerabil sub 2,5 lbs. (aprox. 1,13 kg) pe putere de cai pe oră. Această performanță a fost la nivelul celor mai bune motoare cu abur a căror eficiență a fost de aproximativ 10%. După James Stirling, o astfel de eficiență a fost posibilă numai datorită utilizării economizorului (sau regeneratorului).
Motor cu aer cald
Cea mai cunoscută invenție a lui Robert Stirling este motorul termic denumit acum motorul Stirling . În 1816, frații Stirling au solicitat un brevet atât în Scoția, cât și în Anglia, pentru un dispozitiv inventat de ei, un Heat Economiser. Funcția acestei invenții a fost de a stoca și elibera căldură pe măsură ce aerul circulă prin mecanismele sale. Acest lucru diferea de majoritatea motoarelor termice care foloseau aburul ca metodă de stocare și eliberare a energiei.
În timp ce se afla la Kilmarnock, a colaborat cu un alt inventator, Thomas Morton, care a oferit facilități de atelier pentru cercetarea lui Stirling. Până în 1818, Stirling a încorporat acest Heat Economiser într-un motor cu piston care a creat un motor termic cu ciclu închis, care a fost alimentat de aer, spre deosebire de motoarele cu aburi care erau predominante la acea vreme. Această versiune actualizată a motorului termic a fost utilizată pentru a pompa apa dintr-o carieră. Motorul termic Stirling a reușit să funcționeze bine, dar a fost limitat de metalele mai slabe disponibile la acea vreme. Datorită fragilității materialelor utilizate, vasele de aer au fost în cele din urmă zdrobite de presiunea ridicată a aerului încălzit.
În 1824 Stirling a căutat să îmbunătățească eficiența motorului termic încercând să separe aerul prezent în economizor. Acest lucru a fost făcut prin realizarea pistonilor din motorul de aer din plăci subțiri de metal. Aceasta a fost pentru a îmbunătăți fluxul de aer și a oferi o mai bună încălzire și răcire a motorului. Deși această idee a primit un brevet, în cele din urmă nu a reușit să îmbunătățească eficiența generală a motorului termic.
În 1840, Stirling a primit un alt brevet pentru motorul termic după ce a modificat designul într-o nouă încercare de a crește durabilitatea. Îmbunătățirile adăugate de Stirling au inclus adăugarea de tije sau plăci în pasajul prin care aerul fierbinte a călătorit către secțiunea rece a motorului. Având aceste suprafețe, aerul a putut fi răcit la o temperatură mai scăzută atunci când se deplasa de la secțiunea fierbinte a motorului la secțiunea rece a motorului. În plus, Stirling a adăugat gulere din piele cu cupe în jurul tijelor pistonului pentru a sigila golurile și a minimiza scurgerile de aer din motor. După ce a dezvoltat aceste îmbunătățiri, Stirling a construit două dintre aceste motoare termice pentru a le folosi la o turnătorie de fier pe care a administrat-o în Dundee. Unul dintre aceste motoare aeriene a fost pornit în martie 1843, unde a funcționat până în decembrie 1845, când un vas aerian a eșuat. Defecțiunea vasului aerian ar putea fi atribuită faptului că metalele nu pot rezista la temperaturile ridicate la care funcționează motorul. După înlocuirea navei aeriene de câteva ori, motorul aerian a fost demontat în 1847 după ce Stirling a părăsit turnătoria de fier Dundee.
În 1876 Robert Stirling a scris o scrisoare prin care recunoaște importanța noii invenții a lui Henry Bessemer , procesul Bessemer pentru fabricarea oțelului. Stirling a fost optimist că noul oțel va îmbunătăți performanțele motoarelor cu aer.
Dezvoltarea motorului cu aer cald de Robert Stirling a fost parțial motivată de siguranță. Motorul său a fost proiectat să funcționeze mult mai puțin catastrofal decât motoarele cu aburi ale vremii, obținând în același timp o eficiență mai mare. Deși motorul Stirling este rar folosit astăzi, capacitatea sa de mișcare aparent continuă continuă să atragă interesul instituțiilor de cercetare precum Laboratorul Național Los Alamos și NASA .
Viața personală și moartea
La 10 iulie 1819, Stirling s-a căsătorit cu Jane Rankine la Kilmarnock. Au avut șapte copii:
- Patrick Stirling , născut la 29 iunie 1820, a devenit inginer de locomotive
- Jane Stirling, născută la 25 septembrie 1821, gospodină
- William Stirling născut la 14 noiembrie 1822, a devenit inginer civil și inginer feroviar în America de Sud
- Robert Stirling, născut la 16 decembrie 1824, a devenit inginer feroviar în Peru.
- David Stirling, născut la 12 octombrie 1828, a devenit ministrul Craigie, Ayrshire
- James Stirling , născut la 2 octombrie 1835, a devenit inginer de locomotive
- Agnes Stirling, născută la 22 iulie 1838, a devenit artistă
Pr. Robert Stirling a murit la Galston, East Ayrshire, la 6 iunie 1878. Este înmormântat în cimitirul Galston, unde a fost ridicată o nouă piatră funerară în decembrie 2014, prin înscriere publică, înlocuind piatra originală aflată într-o stare ruinată. A fost dedicat din nou duminică, 3 mai 2015.
Onoruri
La 11 ianuarie 1840, Stirling a primit titlul de Doctor în Divinitate de Universitatea St. Andrews pentru excelența sa în slujire.
La 3 octombrie 2014, Stirling a fost introdus în Sala Inginerului Scoției din Scoția.