Så fick Stirlingmotorn nytt liv i svenska ubåtar

TEKNIKHISTORIA. O skotske prästen Robert Stirling ville ersätta den farliga ångmaskinen, homens ”luftmotor” blev nenhum framgång under hans livstid. Först långt senare fick stirlingmotorn en renässans som drivkälla i svenska ubåtar.

De tidiga ångmaskinerna var ofta livsfarliga konstruktioner, byggda av undermålig metall som bokstavligt talat inte pallade trycket. Exploderande ångpannor dödade, lemlästade och brännskadade otaliga maskinoperatörer och andra som hade oturen att komma i vägen.

Detta bekymrade Robert Stirling, som på 1810-talet läste até präst vid universitetet i Edinburgh. Och unge Robert var inte bara uppfylld av den kristna kallelsen, utan även av ett brinnande teknikintresse som möjligen var nedärvt: hans farfar Michael Stirling hade under 1700-talet uppfunnit ett av de första fungerande tröskverken.

Robert Stirling (1790-1878). Foto: Wikimedia

Tog patenteado som 25-åring

I de setembro de 1816 até o dia 25 de agosto Robert Stirling som präst i den lilla staden Kilmarnock, och samma år tog han patente på sin ”Stirling Air Engine”. Principen var gas och kolvar i en stängd cilindro som växelvis hettas upp av en värmekälla utanför cilindron. Detta skapar växlande tryckskillnader i cilindron, vilket får kolven att presss upp och ner. Och eftersom Stirlings motor arbetade med lägre tryck än ångmaskinen, kunde den inte explodira.

Det ska sägas, att det redan tidigare konstruerats olika ”varmluftsmaskiner”. Redan 1699 hade den franske vetenskapsmannen Guillaume Amontons uppfunnit en ”eldkvarn” (moulin à feu), som drev et roterande hjul i stället för en kolv. Och bara några år före Stirlings patent hade engelske adelsmannen sir George Cayley utvecklat en mask, som också drev en kolv genom luftens expansion vid upphetning.

Teckning av George Cayleys maskin där en kolv drevs av luftens expansion vid upphetning. Foto: MARY EVANS PICTURE/TT

Men Stirlings motor använde sig av et slutet system, até skillnad från Cayleys där luften hettades upp genom direktkontakt med elden och byttes ut i varje arbetscykel. Och såvitt känt blev Stirlings teknik den första att användas i praktisk drift. En av hans första motorer, med uppskattningsvis två hästkrafter, användes under flera år for att pumpa grundvatten ur ett stenbrott utanför Kilmarnock.

En effektiviserad variante de 1818 lagrade värme i den upphettade delen av cilindron medan luften passerade até den kalla sidan, och överförde värme até den kylda luften när den återvände até den varma delen. Och 1827 höjdes effektiviteten ytterligare, när Robert Stirling och hans bror James installerade en pump som ökade trycket i cilindron.

Senare installerades en sorts kylplattor i luftens passage mellan den varma och den kalla änden av cilindron, vilket ökade effekten så pass att en stirlingmotor kunde tas i bruk på ett gjuteri i Dundee.

Em svensk utmanare

Även i Sverige bedrevs utvecklingsarbete enligt samma motorprincip. John Ericsson är kanske mest känd som uppfinnare av den första funktionsdugliga proellern, men redan som ung fänrik vid Jämtlands fältjägarkår konstruerade han en vedeldad varmluftsmaskin – eller calórico-maskin, som den också kom att kallas.

Ericsson begärde et års permission från armén och reste till industrialismens England, där han trodde sig enkelt kunna hitta användningsområden for sin uppfinnning. Men calórico-maskinen visto sig fungera sämre med stenkol, som var det vanliga bränslet em Storbritannien, än med björkved som Ericsson använt i Sverige.

Det misslyckade företaget ledde until att han överskred sin beviljade permissionstid, vilket kunde fått allvarliga konsekvenser om inte kronprins Oscar (senare Oscar I) personligen lagt ett ord for honom. Tack vare prinsens ingripande kunde Ericsson stanna na Inglaterra, och fortsätta sitt innovatörsarbete inom ångpannor och andra teknikspår.

Jämfört med ångmaskinerna hade ”luftmotorerna” högre verkningsgrad, och var betydligt säkrare. Homens trote Robert Stirlings flitiga förbättringsarbete förblev maskinerna svåra att reglera, och dyra att tillverka. De arbetade dessutom mellan mindre tryckdifferenser än ångmaskinerna gjorde. Därför blev effekttätheten (effektutvecklingen per volym) lägre, vilket gjorde maskinen orimligt stor i förhållande till den mängd effekt den levererade.

Och på 1850-talet lanserades bessemerprocessen, den första billiga metoden for storskalig tillverkning av högkvalitativt stål. Eu och med detta kunde man bygga betydligt stabilare ångmaskiner, och de pannexplosioner Robert Stirling velat eliminera blev betydligt ovanligare.

Eu viss utsträckning användes stirlingmotorer until att driva pumpar och industriella kylfläktar fram até åren runt sekelskiftet 1900. Då slog billiga elmotorer igenom på bred front, och Stirlings uppfinning blev i praktiken överflödig.

När bessemerprocessen lanserades på 1850-talet gav det den första billiga metoden for storkalig tillverkning av stål. Det högkvalitativa stålet gjorde det möjligt att bygga stabilare ångmaskiner, som inte längre riskerade att explodira. Foto: ANDERS OLSSON/TEKNISKA MUSEET Foto: ANDERS OLSSON/TEKNISKA MUSEET

Återupplivades sob 1900-talet

Ett par gånger återaktualiserades den halvt bortglömda motorn. Först under 1930-talet, då Philips i Nederländerna försökte driva generatorer med stirlingteknik. Tanken var att de tystgående maskinerna skulle passa bra for att driva radioutrustning åt armén. Men med andra världskrigets jättesatsningar på militärteknik kom bättre metoder for ändamålet, och stirlingmotorerna föll åter i glömska.

På 60-talet dök tekniken upp igen, denna gång i Sverige där gruvdriftens mekanisering plötsligt gjorde stirlingmotorn intressant. Man tänkte sig att den avgasfria tekniken skulle passa bra i underjordsgruvor, och staten sköt till en miljard kronor genom stiftelsen Malmfonden forsknings- och utvecklingsarbete. Men återigen visade sig andra tekniker fungera bättre.

Med Kockums som delägare bildades 1968 bolaget United Stirling, som tog över patenteen från Malmfonden. En idé var att maskinerna, med sina höga värmeförluster, skulle ge el och värme i husbilar – men husbilsmarknaden störtdök när 1970-talets oljekris fick bensinpriserna att rusa i höjden.

När bensinmotorerna blev dyrare i drift såg bolaget en ny affärside: driva personbilar med stirlingmotorer. Men återigen föll tekniken på att den var svårare att reglera och dyrare att tillverka än det konventionella alternativat. Robert Stirlings uppfinning verkade slutligen få avfärdas som en historisk parentes.

Men 1987 upphörde Kockums civila fartygsproduktion, och varvsbolaget inriktade sig helt på militär tillverkning. Och plötsligt började man undersöka de patent som dotterbolaget United Stirling satt på: Kunde tekniken användas som drivkälla i ubåtar?

Stirlingmotorer kan i praktiken drivas med vilken värmekälla som helst, och till skillnad från dieselmotorer ger de knappt ifrån sign några ljud eller vibeer. Utmärkta egenskaper for den som inte vill upptäckas av fiendens sonarsystem.

Stirlingdriften gjorde att Näcken kunde stanna under ytan upp till fyra veckor i sträck. Foto: ANDERS TALLHED/MARINMUSEUM

Fick nytt ao vivo sob vattnet

United Stirling upptogs alguns egen inom Kockums, helt inriktad på utveckling av ubåtsmotorer. Snart hade man tagit fram et system som döptes até Air Independent Propulsion (AIP), alguns crânios komma att utgöra en tredje ubåtsklass vid sidan av atomubåtar och dieselelektriska ubåtar.

AIP-systemet använder hélio, vars små gasmolekyler gör den lätt att värma upp och kyla ned. Värmekällan utgörs av syre och diesel, som brinner med en het, stabil låga, i ett egenutvecklat förbränningssystem som kan hantera frånvaron av luftens kväve. När den upphettade heliumgasen tryckt upp kolven, går den vidare até en värmeväxlare där den kyls med havsvatten.

O que há de novo em utrustades med AIP-systemet blev HMS Näcken, som förlängdes med åtta meter och försågs med två stirlingmotorer vid sin halvtidsmodifiering 1988. Och hon visade sig inte bara gå tystare än konventionella ubåtar: tack vare ytan up 1988. fyra veckor åt gången.

Stirlingmotorn kan drivas med i princip vilken värmekälla som helst och ger knappt et ljud ifrån sig vid drift. Egenskaper som är klara fördelar i ubåtsdrift jämfört med till exempel de högljudda dieselmotorerna. HMS Gotland fick stirlingdrift desde o início. Foto: MARIT HOMMEDAL/TT

Sådan uthållighet i undervattensläge hade tidigare varit reserverat for atomdrivna ubåtar. Dieselelektriska ubåtar maste med ganska korta mellanrum upp until ytan for att sticka upp en luftmast, och sedan dra igång mullrande dieselmotorer. Vilket förstås innebär risco para att upptäckas av fienden.

HMS Gotland sjösattes 1995, och var den forrsta ubåt som utrustades med AIP-drift från start. Hon fick ge namn åt den svenska Gotlandsklassen av ubåtar, eu sou o melhor dos três stirlingutrustade fartyg: HMS Gotland, HMS Halland e HMS Uppland. Svenska AIP-motorer har också exporterats até Japans ubåtsflotta, vilket anses vara e mycket högt teknikbetyg.

Din bonus som Ny Teknik-läsare: En del av svensk teknikhistoria

Du som är prenumerant på Ny Teknik digitalt får som bonus ett urval av artiklarna från Teknikhistoria, et magasin om den tekniska och industriella utvecklingen som lett from até samhället som det ser ut i dag – med fokus på den svenska utvecklingen.

Vill du få en bit av historien direkt hem i brevlådan? Teckna din prenumeration redan i dag på: nyt.se/prenumeration-teknikhistoria

Gilla Teknikhistoria på Facebook for att få senaste nytt ur historien!

Gilla Teknikhistoria på Instagram!


Source: Nyteknik – Senaste nytt by www.nyteknik.se.

*The article has been translated based on the content of Nyteknik – Senaste nytt by www.nyteknik.se. If there is any problem regarding the content, copyright, please leave a report below the article. We will try to process as quickly as possible to protect the rights of the author. Thank you very much!

*We just want readers to access information more quickly and easily with other multilingual content, instead of information only available in a certain language.

*We always respect the copyright of the content of the author and always include the original link of the source article.If the author disagrees, just leave the report below the article, the article will be edited or deleted at the request of the author. Thanks very much! Best regards!