Мощный двигатель стирлинга своими руками: Мощный двигатель стирлинга своими руками. Двигатель стирлинга своими руками, схема и чертеж Стирлинг своими руками чертежи

Опубликовано

Содержание

Мощный двигатель Стирлинга своими руками :: SYL.ru

Двигатель Стирлинга, некогда известный, был надолго забыт из-за широкого распространения другого мотора (внутреннего сгорания). Но сегодня о нем слышно все больше. Может быть, у него есть шансы стать более популярным и найти свое место в новой модификации в современном мире?

История

Двигатель Стирлинга — это тепловая машина, которая была изобретена в начале девятнадцатого века. Автором, как понятно, был некий Стирлинг по имени Роберт, священник из Шотландии. Устройство представляет собой двигатель внешнего сгорания, где тело движется в замкнутой емкости, постоянно меняя свою температуру.

Из-за распространения другого вида мотора о нем почти забыли. Тем не менее, благодаря своим преимуществам, сегодня двигатель Стирлинга (своими руками многие любители сооружают его дома) снова возвращается.

Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что энергия тепла приходит извне, а не вырабатывается в самом двигателе, как в ДВС.

Принцип работы

Можно представить замкнутый воздушный объем, заключенный в корпусе, имеющем мембрану, то есть поршень. При нагревании корпуса воздух расширяется и совершает работу, выгибая таким образом поршень. Затем происходит охлаждение, и он вгибается снова. В этом состоит цикл работы механизма.

Немудрено, что термоакустический двигатель Стирлинга своими руками многие изготавливают в домашних условиях. Инструментов и материалов для этого требуется самый минимум, который найдется в доме у каждого. Рассмотрим два разных способа, как легко его создать.

Материалы для работы

Чтобы сделать двигатель Стирлинга своими руками, понадобятся следующие материалы:

  • жесть;
  • спица из стали;
  • трубка из латуни;
  • ножовка;
  • напильник;
  • подставка из дерева;
  • ножницы по металлу;
  • детали крепежа;
  • паяльник;
  • пайка;
  • припой;
  • станок.

Это все. Остальное – дело нехитрой техники.

Как сделать

Из жести готовят топку и два цилиндра для базы, из которых будет состоять двигатель Стирлинга, своими руками изготовленный. Размеры подбирают самостоятельно, учитывая цели, для которых предназначено это устройство. Предположим, что мотор делается для демонстрации. Тогда развертка главного цилиндра составит от двадцати до двадцати пяти сантиметров, не более. Остальные части должны подстраиваться под него.

На верху цилиндра для передвижения поршня делают два выступа и отверстия диаметром от четырех до пяти миллиметров. Элементы выступят в роли подшипников для расположения кривошипного устройства.

Далее делают рабочее тело мотора (им станет обычная вода). К цилиндру, который сворачивают в трубу, припаивают кружочки из жести. В них проделывают отверстия и вставляют трубки из латуни от двадцати пяти до тридцати пяти сантиметров в длину и диаметром от четырех до пяти миллиметров. В конце проверяют, насколько герметичной стала камера, залив ее водой.

Далее приходит черед вытеснителя. Для изготовления берут заготовку из дерева. На станке добиваются, чтобы она обрела форму правильного цилиндра. Вытеснитель должен быть немногим меньше диаметра цилиндра. Оптимальную высоту подбирают уже после того, как двигатель Стирлинга своими руками будет сделан. Потому на данном этапе длина должна предполагать некоторый запас.

Спицу превращают в шток цилиндра. По центру деревянной емкости делают отверстие, подходящее под шток, вставляют его. В верхней части штока необходимо предусмотреть место для шатунного устройства.

Затем берут трубки из меди длиной четыре с половиной сантиметра и диаметром два с половиной сантиметра. Кружок из жести припаивают к цилиндру. По бокам на стенках делают отверстие для сообщения емкости с цилиндром.

Поршень также подгоняют на токарном станке под диаметр большого цилиндра изнутри. Наверху подсоединяют шток шарнирным способом.

Сборку заканчивают и настраивают механизм. Для этого поршень вставляют в цилиндр большего размера и соединяют последний с другим цилиндром меньшего размера.

На большом цилиндре сооружают кривошипно-шатунный механизм. Фиксируют часть двигателя при помощи паяльника. Основные части закрепляют на деревянном основании.

Цилиндр наполняют водой и под низ подставляют свечку. Двигатель Стирлинга, своими руками сделанный от начала и до конца, проверяют на работоспособность.

Второй способ: материалы

Двигатель можно сделать и другим способом. Для этого понадобятся следующие материалы:

  • консервная банка;
  • поролон;
  • скрепки;
  • диски;
  • два болта.

Как сделать

Поролон очень часто используют, чтобы сделать дома простой не мощный двигатель Стирлинга своими руками. Из него готовят вытеснитель для мотора. Вырезают поролоновый круг. Диаметр должен быть немного меньше, чем у консервной банки, а высота — чуть более половины.

По центру крышки проделывают отверстие для будущего шатуна. Чтобы он ходил ровно, скрепку сворачивают в спиральку и паяют к крышке.

Поролоновый круг посередине пронизывают тонкой проволокой с винтом и фиксируют его сверху шайбой. Затем соединяют кусок скрепки пайкой.

Вытеснитель вталкивают в отверстие на крышке и соединяют банку с крышкой путем пайки для герметизации. На скрепке делают маленькую петлю, а в крышке — еще одно, более крупное отверстие.

Жестяной лист сворачивают в цилиндр и спаивают, а потом прикрепляют к банке настолько, чтобы щелей не осталось совсем.

Скрепку превращают в коленчатый вал. Разнос при этом должен быть ровно девяносто градусов. Колено над цилиндром делают слегка больше другого.

Остальные скрепки превращаются в стойки для вала. Делается мембрана следующим образом: цилиндр оборачивают в пленку из полиэтилена, продавливают и крепят ниткой.

Шатун изготавливается из скрепки, которую вставляют в кусок резины, и готовую деталь прикрепляют к мембране. Длина шатуна делается такой, чтобы в нижней валовой точке мембрана была втянутой в цилиндр, а в высшей — вытянута. Таким же образом делается и вторая деталь шатуна.

Затем один приклеивают к мембране, а другой — к вытеснителю.

Ножки для банки можно также сделать из скрепок и припаять. Для кривошипа используют CD-диск.

Вот и готов весь механизм. Осталось лишь под него подставить и зажечь свечку, а затем дать толчок через маховик.

Заключение

Таков низкотемпературный двигатель Стирлинга (своими руками сооруженный). Конечно, в промышленных масштабах такие приборы изготавливаются совсем другим способом. Однако принцип остается неизменным: происходит нагрев, а затем охлаждение воздушного объема. И это постоянно повторяется.

Напоследок посмотрите эти чертежи двигателя Стирлинга (своими руками его можно сделать без особых навыков). Может быть, вы уже загорелись идеей, и вам захочется сделать что-либо подобное?

Двигатель стирлинга своими руками. Как сделать двигатель стирлинга своими руками Двигатель стирлинга своими руками из консервной

Дело было вечером, делать было нечего 🙂 да и дети давно просили объяснить как работает двигатель, решил объяснить на модели.

Две консервные банки, два вечера по два часа, и вот готов модель двигателя Стирлинга

Если кратко, принцип работы двигателя объясняет следующая картинка:

Принцип работы низкотемпературного двигателя Стирлинга

1 Заготовка

Лучше использовать банку от шпрот которая открывается дергая за язычок, т.к. крышку нам потом придется обратно запаивать, и нам нужен ровный срез.

2) Вытеснитель изготовил из куска поролона, диаметром чуть меньше внутреннего диаметра консервной банки и толщиной примерно половину внутренней высоты консервной банки

3) На крышке делаем 2 отверстия: один по середине под шток вытеснителя второй сбоку под гильзу рабочего поршня. Под гильзу использовал цоколь автомобильной лампочки

Под шток использовал скребку

Собираем конструкцию, запаиваем крышку проверяем на герметичность

Устанавливаем коленвал

И смотрим на результат

В ходе экспериментов первый образец пришел в негодность, после вскрытия обнаружил что выгорел вытеснитель

Но как говориться, на ошибках учатся, постараюсь отремонтировать двигатель учитывая допущенные ошибки. Самое главное было достигнуто, двигатель заработал не смотря на очень грубую сборку.

Во первых для вытеснителя подобрал более термостойкий материал, откопал на балконе туристическую хобу и вырезал новый вытеснитель.

Во вторых шток толкателя решил сделать из более толстого материала, разобрал не исправный cd — привод и снял с него направляющий стержень.

Процесс сборки скорее всего будет долгим в виду отсутствия свободного времени в течении рабочей недели, а вообще мне торопиться некуда, пока буду выкладывать мысли.

3) Коленвал тоже решил сделать из тех же направляющих (если конечно они паяются???)

примерно будет выглядит вот так:

Ну и в качестве маховика, приспособить электродвигатель от привода дисковода, попытаться использовать его как генератор, вот такие вот идеи, посмотрим что получиться…

17.02.2013 модель #2 готова, пока что без генератора, пока что экспериментальным путем добиваемся оптимального шага колена поршня

Всем привет! Сегодня я хочу представить вашему вниманию самодельный двигатель, который любую разницу температур преобразовывает в механическую работу:

Двигатель Стирлинга – тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Представляю вашему вниманию свой двигатель, сделанный по картинках из Интернета:

Увидев это чудо, у меня возникло желание его сделать)) Тем более на просторах Интернета оказалось много чертежей и конструкций двигателя. Скажу сразу: сделать- не трудно, но отрегулировать и добиться нормальной работы- немного проблематично. У меня он нормально заработал только с третьего раза (надеюсь вы так мучиться не будете)))).

Принцип работы двигателя стирлинга:

Все сделано из материалов, доступных каждому мозгочину:

Ну и как же без размеров)))

Каркас двигателя сделан из проволоки от скрепок. Все неподвижные соединения проволоки-паяные()

Вытеснитель (диск который перемещает воздух внутри двигателя) — из чертежной бумаги и склеен суперклеем (внутри он полый):

Чем меньше зазор между крышками и вытеснителем в верхнем и нижнем положении, тем больше кпд двигателя.

Шток вытеснителя- из вытяжной заклепки (изготовление: акуратно вытянуть внутреннюю часть и если надо- зачистить наждачной бумагой нулевкой; внешнюю часть приклеить к верхней «холодной» крышке шляпкой вовнутрь). Но у этого варианта есть недостаток- нет полной герметиности и есть небольшое трение, хотя капля моторного масла поможет от него избавиться.

Цилиндр поршня- горлышко от обыкновенной пластиковой бутылки:

Кожух поршня сделан из медицинской перчатки и закреплен нитью, которую после намотки нужно пропитать суперклеем для надежности. По центру кожуха приклеен диск из нескольких слоев картона, на котором закреплен шатун.

Коленвал- из тех же скрепок, что и весь каркас двигателя. угол между коленами поршня и вытеснителя- 90 градусов. Рабочий ход вытеснителя- 5мм; поршня- 8мм.

Маховик- состоит из двух CD дисков которые приклеены на картонный цилиндр и посажены на ось коленвала.

Итак, хватит нести всякий бред представляю вам видео работы двигателя :

Трудности, которые у меня возникали, в основном были связаны с избыточним трением и отсутствием точных размеров конструкции. в первом случае капля моторного масла и центровка коленвала исправляла ситуацию, то во втором- приходилось полагаться на интуицию))) Но как видите все вышло(правда 3 раза полностью переделывал двигатель))))

Если у вас возникли вопросы- пишите в коментариях, разберемся)))

Спасибо за внимание)))

Вытеснил остальные виды силовых установок, однако, работы, направленные на отказ от использования этих агрегатов, наводят на мысль о скорой смене лидирующих позиций.

С начала технического прогресса, когда использование моторов, сжигающих горючее внутри, только начиналось, не было очевидным их превосходство. Паровая машина, как конкурент, содержит в себе массу преимуществ: наряду с тяговыми параметрами, бесшумная, всеядная, легко управляется и настраивается. Но лёгкость, надёжность и экономичность позволили двигателю внутреннего сгорания взять вверх над паром.

Сегодня во главе угла стоят вопросы экологии, экономичности и безопасности. Это заставляет инженеров бросать силы на серийные агрегаты, работающие за счёт возобновляемых источников топлива. В 16 году девятнадцатого века Роберт Стирлинг зарегистрировал двигатель, работающий от внешних источников тепла. Инженеры считают, что этот агрегат способен сменить современного лидера. Двигатель Стирлинга сочетает экономичность, надёжность, работает тихо, на любом топливе, это делает изделие игроком на автомобильном рынке.

Роберт Стирлинг (1790-1878 года жизни):

История двигателя Стирлинга

Изначально, установку разрабатывали с целью заменить машину, работающую за счёт пара. Котлы паровых механизмов взрывались, при превышении допустимых норм давлением. С этой точки зрения Стирлинг намного безопасней, функционирует, используя температурный перепад.

Принцип работы двигателя Стирлинга в поочередной подаче или отборе тепла у вещества, над которым совершается работа. Само вещество заключено в объём закрытого типа. Роль рабочего вещества выполняют газы, либо жидкости. Встречаются вещества, выполняющие роль двух компонентов, газ преобразовывается в жидкость и наоборот. Жидкопоршневой мотор Стирлинга обладает: небольшими габаритами, мощный, вырабатывает большое давление.

Уменьшение и увеличение объёма газа при охлаждении либо нагреве соответственно, подтверждается законом термодинамики, согласно которого все составляющие: степень нагрева, величина занимаемого пространства веществом, сила, действующая на единицу площади, связаны и описываются формулой:

P*V=n*R*T
  • P – сила действия газа в двигателе на единицу площади;
  • V – количественная величина, занимаемая газом в пространстве двигателя;
  • n – молярное количество газа в двигателе;
  • R – постоянная газа;
  • T – степень нагрева газа в двигателе К,

Модель двигателя Стирлинга:


За счёт неприхотливости установок, двигатели подразделяются: твердотопливные, жидкое горючее, солнечная энергия, химическая реакция и другие виды нагрева.

Цикл

Двигатель внешнего сгорания Стирлинга, использует одноимённую совокупность явлений. Эффект от протекающего действия в механизме высок. Благодаря этому есть возможность сконструировать двигатель с неплохими характеристиками в рамках нормальных габаритов.

Необходимо учитывать, что в конструкции механизма предусмотрен нагреватель, холодильник и регенератор, устройство, отвода тепла от вещества и возвращения тепла, в нужный момент.

Идеальный цикл Стирлинга, (диаграмма «температура-объём»):

Идеальные круговые явления:

  • 1-2 Изменение линейных размеров вещества с постоянной температурой;
  • 2-3 Отвод теплоты от вещества к теплообменнику, пространство, занимаемое веществом постоянно;
  • 3-4 Принудительное сокращение пространства, занимаемого веществом, температура постоянна, тепло отводится охладителю;
  • 4-1 Принудительное увеличение температуры вещества, занимаемое пространство постоянно, тепло подводится от теплообменника.

Идеальный цикл Стирлинга, (диаграмма «давление-объём»):

Из расчёта (моль) вещества:

Подводимое тепло:

Получаемое охладителем тепло:

Теплообменник получает тепло (процесс 2-3), теплообменник отдаёт тепло (процесс 4-1):

R – Универсальная постоянная газа;

СV – способность идеального газа удерживать тепло при неизменной величине занимаемого пространства.

За счёт применения регенератора, часть теплоты остается, в качестве энергии механизма, не меняющейся за проходящие круговые явления. Холодильник получает меньше тепла, таким образом, теплообменник экономит тепло нагревателя. Это увеличивает эффективность установки.

КПД кругового явления:

ɳ =

Примечательно, что без теплообменника совокупность процессов Стирлинга осуществима, но его эффективность будет значительно ниже. Прохождение совокупности процессов задом наперёд ведёт к описанию охлаждающего механизма. В этом случае наличие регенератора, обязательное условие, поскольку при прохождении (3-2) невозможно нагреть вещество от охладителя, температура которого значительно ниже. Так же невозможно отдать тепло нагревателю (1-4), температура которого выше.

Принцип работы двигателя

Что бы понять, как работает двигатель Стирлинга, разберёмся в устройстве и периодичности явлений агрегата. Механизм преобразует тепло, полученное от нагревателя, находящегося за пределами изделия в действие силы на тело. Весь процесс происходит благодаря температурному перепаду, в рабочем веществе, находящемся в закрытом контуре.


Принцип действия механизма базируется на расширении за счёт тепла. Непосредственно до расширения, вещество в замкнутом контуре нагревается. Соответственно, перед тем, как сжаться, вещество охлаждают. Сам цилиндр (1) окутан водяной рубашкой (3), ко дну подается тепло. Поршень, совершающий работу (4) помещен в гильзу и уплотнён кольцами. Между поршнем и дном находится механизм вытеснения (2), имеющий значительные зазоры и свободно перемещающийся. Вещество, находящееся в замкнутом контуре, двигается по объёму камеры за счёт вытеснителя. Перемещение вещества ограничено двумя направлениями: дно поршня, дно цилиндра. Движение вытеснителя обеспечивает шток (5), который проходит через поршень и функционирует за счет эксцентрика с запаздыванием на 90° в сравнении с приводом поршня.

Поршень расположен в крайнем нижнем положении, вещество охлаждается за счет стенок.

Вытеснитель занимает верхнее положение, перемещаясь, пропускает вещество через торцевые щели ко дну, сам охлаждается. Поршень стоит неподвижно.

Вещество получает тепло, под действием тепла увеличивается в объёме и поднимает расширитель с поршнем вверх. Совершается работа, после чего вытеснитель опускается на дно, выталкивая вещество и охлаждаясь.

Поршень опускается вниз, сжимает охлаждённое вещество, выполняется полезная работа. Маховик служит в конструкции аккумулятором энергии.

Рассмотренная модель без регенератора, поэтому КПД механизма не велико. Тепло вещества после совершения работы отводится в охлаждающую жидкость, используя стенки. Температура не успевает снижаться на нужную величину, поэтому время охлаждения продлевается, скорость мотора маленькая.

Виды двигателей

Конструктивно, есть несколько вариантов, использующих принцип Стирлинга, основными видами считаются:


Конструкция применяет два разных поршня, помещенных в различные контуры. Первый контур используется для нагрева, второй контур применяется для охлаждения. Соответственно, каждому поршню принадлежит свой регенератор (горячий и холодный). Устройство обладает хорошим соотношением мощности к объёму. Недостаток в том, что температура горячего регенератора создает конструктивные сложности.

  • Двигатель «β – Стирлинг»:


Конструкция использует один замкнутый контур, с разными температурами на концах (холодный, горячий). В полости расположен поршень с вытеснителем. Вытеснитель делит пространство на холодную и горячую зону. Обмен холодом и теплом происходит путём перекачивания вещества через теплообменник. Конструктивно, теплообменник выполняется в двух вариантах: внешний, совмещённый с вытеснителем.

  • Двигатель «γ – Стирлинг»:


Поршневой механизм предусматривает применение двух замкнутых контуров: холодного и с вытеснителем. Мощность снимается с холодного поршня. Поршень с вытеснителем с одной стороны горячий, с другой стороны холодный. Теплообменник располагается как внутри, так и снаружи конструкции.

Некоторые силовые установки не похожи на основные виды двигателей:

  • Роторный двигатель Стирлинга.


Конструктивно изобретение с двумя роторами на валу. Деталь совершает вращательные движения в замкнутом пространстве цилиндрической формы. Заложен синергетический подход реализации цикла. Корпус содержит радиальные прорези. В углубления вставлены лопасти с определённым профилем. Пластины надеты на ротор и могут двигаться вдоль оси при вращении механизма. Все детали создают меняющиеся объёмы с выполняющимися в них явлениями. Объёмы различных роторов связаны при помощи каналов. Расположение каналов имеют сдвиг в 90° друг к другу. Сдвиг роторов относительно друг друга составляет 180°.

  • Термоакустический двигатель Стирлинга.


Двигатель использует акустический резонанс для проведения процессов. Принцип основан на перемещении вещества между горячей и холодной полостью. Схема уменьшает количество движущихся деталей, сложность в снятии полученной мощности и поддержании резонанса. Конструкция относится к свободнопоршневому виду мотора.

Двигатель Стирлинга своими руками

Сегодня довольно часто в интернет магазине можно встретить сувенирную продукцию, выполненную в виде рассматриваемого двигателя. Конструктивно и технологично механизмы довольно просты, при желании двигатель Стирлинга легко сконструировать своими руками из подручных средств. В интернете можно найти большое количество материалов: видео, чертежи, расчёты и прочая информация на эту тему.

Низкотемпературный двигатель Стирлинга:


  • Рассмотрим самый простой вариант волнового двигателя, для выполнения которого понадобится консервная банка, мягкая полиуретановая пена, диск, болты и канцелярские скрепки. Все эти материалы легко найти дома, осталось выполнение следующих действий:
  • Возьмите мягкую полиуретановую пену, вырежьте на два миллиметра меньшим диаметром от внутреннего диаметра консервной банки круг. Высота пены на два миллиметра больше половины высоты банки. Поролон играет роль вытеснителя в двигателе;
  • Возьмите крышку банки, в средине проделайте дырку, диаметр два миллиметра. Припаяйте к отверстию полый шток, который будет выполнять, роль направляющей для шатуна двигателя;
  • Возьмите круг, вырезанный из пены, вставьте в средину круга винтик и застопорите с двух сторон. К шайбе припаяйте предварительно выпрямленную скрепку;
  • В двух сантиметрах от центра просверлите дырочку, диаметром три миллиметра, проденьте вытеснитель через центральное отверстие крышки, припаяйте крышку к банке;
  • Сделайте из жести небольшой цилиндр, диаметром полтора сантиметра, припаяйте его к крышке банки таким образом, что бы боковое отверстие крышки оказалось чётко по центру внутри цилиндра двигателя;
  • Сделайте коленчатый вал двигателя из скрепки. Расчёт выполняется таким образом, что бы разнос колен был 90°;
  • Изготовьте стойку под коленчатый вал двигателя. Из полиэтиленовой плёнки сделайте упругую перепонку, наденьте плёнку на цилиндр, продавите её, зафиксируйте;


  • Самостоятельно изготовьте шатун двигателя, один конец выпрямленного изделия выгнете в форме кружка, второй конец вставьте в кусочек ластика. Длина подгоняется таким образом, что бы в крайней нижней точке вала перепонка была втянута, в крайней верхней точке, перепонка максимально вытянута. Настройте другой шатун по такому же принципу;
  • Шатун двигателя с резиновым наконечником приклейте к перепонке. Шатун без резинового наконечника закрепите на вытеснителе;
  • Наденьте на кривошипный механизм двигателя маховик из диска. К банке приделайте ножки, чтобы не держать изделие в руках. Высота ножек позволяет разместить под банкой свечку.

После того, как удалось сделать двигатель Стирлинга дома, мотор запускают. Для этого под банку помещают зажженную свечку, а после того, как банка прогрелась, дают толчок маховику.


Рассмотренный вариант установки можно быстро собрать у себя дома, как наглядное пособие. Если задаться целью и желанием сделать двигатель Стирлинга максимально приближённый к заводским аналогам, в свободном доступе есть чертежи всех деталей. Пошаговое выполнение каждого узла позволит создать работающий макет ни чем не хуже коммерческих версий.

Преимущества

Для двигателя Стирлинга характерны такие плюсы:

  • Для работы двигателя необходим температурный перепад, какое топливо вызывает нагрев не важно;
  • Нет необходимости использовать навесное и вспомогательное оборудование, конструкция двигателя простая и надёжная;
  • Ресурс двигателя, благодаря особенностям конструкции, составляет 100000 часов работы;
  • Работа двигателя не создаёт постороннего шума, поскольку отсутствует детонация;
  • Процесс работы двигателя не сопровождается выбросом отработанных веществ;
  • Работа двигателя сопровождается минимальной вибрацией;
  • Процессы в цилиндрах установки экологически безвредны. Использование правильного источника тепла позволяет сделать двигатель «чистым».

Недостатки

К недостаткам двигателя Стирлинга относятся:

  • Трудно наладить серийное производство, поскольку конструктивно двигатель требует использования большого количества материалов;
  • Высокий вес и большие габариты двигателя, поскольку для эффективного охлаждения надо применять большой радиатор;
  • Для повышения эффективности двигатель форсируют, применяя в качестве рабочего тела сложные вещества (водород, гелий), что делает эксплуатацию агрегата опасным;
  • Высокотемпературная стойкость стальных сплавов и их теплопроводность усложняет процесс изготовления двигателя. Значительные потери тепла в теплообменнике снижают эффективность агрегата, а применение специфических материалов делают изготовление двигателя дорогим;
  • Для регулировки и перехода двигателя с режима на режим надо применять специальные устройства управления.

Использование

Двигатель Стирлинга нашел свою нишу и активно применяется там, где габариты и всеядность важный критерий:

  • Двигатель Стирлинг-электрогенератор.

Механизм преобразования тепла в электрическую энергию. Часто встречаются изделия, используемые в качестве портативных туристических генераторов, установки по использованию солнечной энергии.

  • Двигатель, как насос (электрика).

Двигатель применяют для установки в контур отопительных систем, экономя на электрической энергии.

  • Двигатель, как насос (обогреватель).

В странах с тёплым климатом двигатель используют как обогреватель для помещений.

Двигатель Стирлинга на подводной лодке:


  • Двигатель, как насос (охладитель).

Практически все холодильники в своей конструкции применяют тепловые насосы, устанавливая двигатель Стирлинга, экономятся ресурсы.

  • Двигатель, как насос, создающий сверхнизкие степени нагрева.

Устройство применяют в качестве холодильника. Для этого процесс запускают в обратную сторону. Агрегаты сжижают газ, охлаждают измерительные элементы в точных механизмах.

  • Двигатель для подводной техники.

Подводные корабли Швеции и Японии работают благодаря двигателю.

Двигатель Стирлинга в качестве солнечной установки:


  • Двигатель, как аккумулятор энергии.

Топливо в таких агрегатах, расплавы соли, двигатель применяют, как источник энергии. Мотор по запасу энергии опережает химические элементы.

  • Солнечный двигатель.

Преобразуют энергию солнца в электричество. Вещество в данном случае, водород или гелий. Двигатель ставится в фокусе максимальной концентрации энергии солнца, созданного при помощи параболической антенны.

Можно, конечно купить красивые заводские модели двигателей Стирлинга, как например, в этом китайском интернет-магазине. Однако, иногда хочется творить самому и сделать вещь, пусть даже из подручных средств. На нашем сайте уже есть несколько вариантов изготовления данных моторов, а в этой публикации ознакомьтесь с совсем простым вариантом изготовления в домашних условиях.

Посмотрите ниже 3 варианта для самостоятельного изготовления.

Дмитрий Петраков по многочисленным просьбам отснял пошаговую инструкцию по сборке мощного, относительно своих габаритов и потребляемого количества тепла двигателя Стирлинга. В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы – обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, автор подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы, благодаря чему обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

C чувством, толком и расстановкой.

Мотор Стирлинга в работе с нагрузкой (водяная помпа).

Водяная помпа, собранная в качестве рабочего прототипа, предназначена для работы в паре с моторами Стирлинга. Особенность насоса заключается в небольших затратах энергии, требуемых для совершения им работы: такая конструкция задействует лишь небольшую часть динамического внутреннего рабочего объёма двигателя, и тем самым по минимуму влияет на его производительность.

Мотор Стирлинга из консервной банки

Для его изготовления вам понадобятся подручные материалы: банка из под консервов, небольшой кусок поролона, CD-диск, два болтика и скрепки.

Поролон – одни из самых распространенных материалов, которые используются при изготовлении моторов Стирлинга. Из него делается вытеснитель двигателя. Из куска нашего поролона вырезаем круг, диаметр его делаем на два миллиметров меньше внутреннего диаметра банки, а высоту немного больше ее половины.

В центре крышки просверливаем отверстие, в которое вставим потом шатун. Для ровного хода шатуна делаем из скрепки спиральку и припаиваем ее к крышке.

Поролоновый круг из поролона пронизываем посередине винтиком и застопориваем его шайбой сверху и снизу шайбой и гайкой. После этого присоединяем путем пайки отрезок скрепки, предварительно распрямив ее.

Теперь втыкаем вытеснитель в сделанное заранее отверстие в крышке и герметично пайкой соединяем крышку и банку. На конце скрепки делаем небольшую петельку, а в крышке просверливаем еще одно отверстие, но чуть-чуть больше, чем первое.

Из жести делаем цилиндр, используя пайку.

Присоединяем с помощью паяльника готовый цилиндр к банке, так, чтобы не осталось щелей в месте пайки.

Из скрепки изготавливаем коленвал. Разнос колен нужно сделать в 90 градусов. Колено, которое будет над цилиндром по высоте на 1-2 мм больше другого.

Из скрепок изготавливаем стойки под вал. Делаем мембрану. Для этого на цилиндр надеваем полиэтиленовую пленку, немного продавливаем ее внутрь и закрепляем на цилиндре ниткой.

Шатун который нужно будет приделать к мембране, изготавливаем из скрепки и вставляем его в обрезок резины. По длине шатун нужно сделать таким, чтобы в нижней мертвой точке вала мембрана была втянута внутрь цилиндра, а в высшей – напротив – вытянута. Второй шатун настраиваем так же.

Шатун с резиной приклеиваем к мембране, а другой присоединяем к вытеснителю.

Присоединяем паяльником ножки из скрепок к банке и на кривошип пристраиваем маховик. Например, можно использовать СД-диск.

Двигатель Стирлинга в домашних условиях сделан. Теперь осталось под банку подвести тепло – зажечь свечку. А через несколько секунд дать толчок маховику.

Как сделать простой двигатель Стирлинга (с фотографиями и видео)

www.newphysicist.com

Давайте сделаем двигатель Стирлинга.

Мотор Стирлинга – это тепловой двигатель, который работает за счет циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа (рабочего тела) при различных температурах, так что происходит чистое преобразование тепловой энергии в механическую работу. Более конкретно, двигатель Стирлинга представляет собой двигатель с рекуперативным тепловым двигателем с замкнутым циклом с постоянно газообразным рабочим телом.

Двигатели Стирлинга имеют более высокий КПД по сравнению с паровыми двигателями и могут достигать 50% эффективности. Они также способны бесшумно работать и могут использовать практически любой источник тепла. Источник тепловой энергии генерируется вне двигателя Стирлинга, а не путем внутреннего сгорания, как в случае двигателей с циклом Отто или дизельным циклом.

Двигатели Стирлинга совместимы с альтернативными и возобновляемыми источниками энергии, поскольку они могут становиться все более значительными по мере роста цен на традиционные виды топлива, а также в свете таких проблем, как истощение запасов нефти и изменение климата.


В этом проекте мы дадим вам простые инструкции по созданию очень простого двигателя DIY Стирлинга с использованием пробирки и шприца .

Как сделать простой движок Стирлинга – Видео

Компоненты и шаги, чтобы сделать моторчик Стирлинга

1. Кусок лиственных пород или фанеры

Это основа для вашего двигателя. Таким образом, он должен быть достаточно жестким, чтобы справляться с движениями двигателя. Затем сделайте три маленьких отверстия, как показано на рисунке. Вы также можете использовать фанеру, дерево и т.д.

2. Мраморные или стеклянные шарики

В двигателе Стирлинга эти шарики выполняют важную функцию. В этом проекте мрамор действует как вытеснитель горячего воздуха от теплой стороны пробирки к холодной стороне. Когда мрамор вытесняет горячий воздух, он остывает.

3. Палки и винты

Шпильки и винты используются для удержания пробирки в удобном положении для свободного перемещения в любом направлении без каких-либо перерывов.



4. Резиновые кусочки

Купите ластик и нарежьте его на следующие формы. Он используется для того, чтобы надежно удерживать пробирку и поддерживать ее герметичность. Не должно быть утечек в ротовой части пробирки. Если это так, проект не будет успешным.




5. Шприц

Шприц является одной из самых важных и движущихся частей в простом двигателе Стирлинга. Добавьте немного смазки внутрь шприца, чтобы поршень мог свободно перемещаться внутри цилиндра. Когда воздух расширяется внутри пробирки, он толкает поршень вниз. В результате цилиндр шприца перемещается вверх. В то же время мрамор катится к горячей стороне пробирки и вытесняет горячий воздух и заставляет его остывать (уменьшать объем).

6. Пробирка Пробирка является наиболее важным и рабочим компонентом простого двигателя Стирлинга. Пробирка изготовлена ​​из стекла определенного типа (например, из боросиликатного стекла), обладающего высокой термостойкостью. Так что его можно нагревать до высоких температур.

Как работает двигатель Стирлинга?

Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то так же, как и великие уравнения физики (например, E = mc2), они просты: на поверхности они просты, но богаче, сложнее и потенциально очень запутаны, пока вы их не осознаете. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: многие очень плохие видео на YouTube показывают, как легко «объяснить» их очень неполным и неудовлетворительным образом.

На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто создав его или наблюдая за тем, как он работает извне: вам нужно серьезно подумать о цикле шагов, через которые он проходит, что происходит с газом внутри, и как это отличается из того, что происходит в обычном паровом двигателе.

Все, что требуется для работы двигателя, – это наличие разницы температур между горячей и холодной частями газовой камеры. Были построены модели, которые могут работать только с разницей температуры 4 ° C, хотя заводские двигатели, вероятно, будут работать с разницей в несколько сотен градусов. Эти двигатели могут стать наиболее эффективной формой двигателя внутреннего сгорания.

Двигатели Стирлинга и концентрированная солнечная энергия

Двигатели Стирлинга обеспечивают аккуратный метод преобразования тепловой энергии в движение, которое может привести в движение генератор. Наиболее распространенная схема состоит в том, чтобы двигатель был в центре параболического зеркала. Зеркало будет установлено на устройство слежения, чтобы солнечные лучи фокусировались на двигателе.

* Двигатель Стирлинга как приемник

Возможно, вы играли с выпуклыми линзами в школьные годы. Сосредоточение солнечной энергии для сжигания листа бумаги или спички, я прав? Новые технологии развиваются день ото дня. Концентрированная солнечная тепловая энергия приобретает все большее внимание в эти дни.

Выше приведен короткий видеофильм о простом двигателе с пробиркой, использующим стеклянные шарики в качестве вытеснителя и стеклянный шприц в качестве силового поршня.

Этот простой двигатель Стирлинга был построен из материалов, которые доступны в большинстве школьных научных лабораторий и может быть использован для демонстрации простого теплового двигателя.

Диаграмма давление-объем за цикл

Процесс 1 → 2 Расширение рабочего газа на горячем конце пробирки, тепло передается газу, и газ расширяется, увеличивая объем и толкая поршень шприца вверх.

Процесс 2 → 3 По мере движения мрамора к горячему концу пробирки газ вытесняется из горячего конца пробирки на холодный конец, а по мере движения газа он отдает тепло стенке пробирки.

Процесс 3 → 4 Из рабочего газа отводится тепло, и объем уменьшается, поршень шприца движется вниз.

Процесс 4 → 1 Завершает цикл. Рабочий газ движется от холодного конца пробирки к горячему концу, поскольку мраморные шары вытесняют ее, получая тепло от стенки пробирки, когда она движется, тем самым увеличивая давление газа.

Современное автомобилестроение вышло на такой уровень развития, при котором без фундаментальных научных исследований практически невозможно достигнуть кардинальных улучшений в конструкции традиционных моторов внутреннего сгорания. Такая ситуация вынуждает конструкторов обратить внимание на альтернативные проекты силовых установок . Одни инженерные центры сосредоточили свои силы на создании и адаптации к серийному выпуску гибридных и электрических моделей, другие автоконцерны вкладывают средства в разработку двигателей на топливе из возобновляемых источников (например, биодизель на рапсовом масле). Существуют и другие проекты силовых агрегатов, которые в перспективе могут стать новым стандартным движителем для транспортных средств.

Среди возможных источников механической энергии для автомобилей будущего следует назвать двигатель внешнего сгорания, который был изобретен в середине XIX века шотландцем Робертом Стирлингом в качестве тепловой расширительной машины.

Схема работы

Двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу за счет изменения температуры рабочего тела (газа или жидкости), циркулирующего в замкнутом объеме.

В общем виде схема работы устройства выглядит следующим образом: в нижней части двигателя рабочее вещество (например, воздух) нагревается и, увеличиваясь в объеме, выталкивает поршень вверх. Горячий воздух проникает в верхнюю часть мотора, где охлаждается радиатором. Давление рабочего тела снижается, поршень опускается для следующего цикла. При этом система герметична и рабочее вещество не расходуется, а только перемещается внутри цилиндра.

Существует несколько вариантов конструкции силовых агрегатов, использующих принцип Стирлинга.

Стирлинг модификации «Альфа»

Двигатель состоит из двух раздельных силовых поршней (горячего и холодного), каждый из которых находится в своем цилиндре. К цилиндру с горячим поршнем подводится тепло, а холодный цилиндр расположен в охлаждающем теплообменнике.

Стирлинг модификации «Бета»

Цилиндр, в котором находится поршень, нагревается с одной стороны и охлаждается с противоположного конца. В цилиндре двигается силовой поршень и вытеснитель, предназначенный для изменения объема рабочего газа. Обратное перемещение остывшего рабочего вещества в горячую полость двигателя выполняет регенератор.

Стирлинг модификации «Гамма»

Конструкция состоит из двух цилиндров. Первый – полностью холодный, в котором движется силовой поршень, а второй, горячий с одной стороны и холодный с другой, служит для перемещения вытеснителя. Регенератор для циркуляции холодного газа может быть общим для обоих цилиндров или входить в конструкцию вытеснителя.

Преимущества двигателя Стирлинга

Как и большинство моторов внешнего сгорания, Стирлингу присуща многотопливность : двигатель работает от перепада температуры, независимо от причин его вызвавших.

Интересный факт! Однажды была продемонстрирована установка, которая функционировала на двадцати вариантах топлива. Без остановки двигателя во внешнюю камеру сгорания подавались бензин, дизельное топливо, метан, сырая нефть и растительное масло – силовой агрегат продолжал устойчиво работать.

Двигатель обладает простотой конструкции и не требует дополнительных систем и навесного оборудования (ГРМ, стартер, коробка передач).

Особенности устройства гарантируют длительный эксплуатационный ресурс: более ста тысяч часов непрерывной работы.

Двигатель Стирлинга бесшумен , так как в цилиндрах не происходит детонация и отсутствует необходимость вывода отработанных газов. Модификация «Бета», оснащенная ромбическим кривошипно-шатунным механизмом, является идеально сбалансированной системой, которая в процессе работы не имеет вибраций.

В цилиндрах двигателя не происходят процессы, которые могут оказать негативное воздействие на окружающую среду. При выборе подходящего источника тепла (например, солнечная энергия) Стирлинг может быть абсолютно экологически чистым силовым агрегатом.

Недостатки конструкции Стирлинга

При всем наборе положительных свойств немедленное массовое применение двигателей Стирлинга невозможно по следующим причинам:

Основная проблема заключается в материалоемкости конструкции. Охлаждение рабочего тела требует наличия радиаторов большого объема, что существенно увеличивает размеры и металлоемкость изготовления установки.

Нынешний технологический уровень позволит двигателю Стирлинга сравниться по характеристикам с современными бензиновыми моторами только за счет применения сложных видов рабочего тела (гелий или водород), находящихся под давлением более ста атмосфер. Этот факт вызывает серьезные вопросы как в области материаловедения, так и обеспечения безопасности пользователей.

Немаловажная эксплуатационная проблема связана с вопросами теплопроводности и температурной стойкости металлов. Тепло подводится к рабочему объему через теплообменники, что приводит к неизбежным потерям. Кроме того, теплообменник должен быть изготовлен из термостойких металлов, устойчивых к высокому давлению. Подходящие материалы очень дороги и сложны в обработке.

Принципы изменения режимов двигателя Стирлинга также кардинально отличаются от традиционных, что требует разработки специальных управляющих устройств. Так, для изменения мощности необходимо изменить давление в цилиндрах, угол фаз между вытеснителем и силовым поршнем или повлиять на емкость полости с рабочим телом.

Один из способов управления скоростью вращения вала на модели двигателя Стирлинга можно увидеть на следующем видео:

Коэффициент полезного действия

В теоретических расчетах эффективность двигателя Стирлинга зависит от разницы температур рабочего тела и может достигать 70% и более в соответствии с циклом Карно.

Однако первые реализованные в металле образцы обладали крайне невысоким КПД по следующим причинам:

  • неэффективные варианты теплоносителя (рабочего тела), ограничивающие максимальную температуру нагрева;
  • потери энергии на трение деталей и теплопроводность корпуса двигателя;
  • отсутствие конструкционных материалов, устойчивых к высокому давлению.

Инженерные решения постоянно совершенствовали устройство силового агрегата. Так, во второй половине XX века четырехцилиндровый автомобильный двигатель Стирлинга с ромбическим приводом показал на испытаниях КПД равный 35% на водном теплоносителе с температурой 55 °C.Тщательная проработка конструкции, применение новых материалов и доводка рабочих узлов обеспечили КПД экспериментальных образцов в 39%.

Примечание! Современные бензиновые двигатели аналогичной мощности обладают коэффициентом полезного действия на уровне 28-30%, а турбированные дизели в пределах 32-35%.

Современные образцы двигателя Стирлинга, такие как созданный американской компанией Mechanical Technology Inc, демонстрируют эффективность до 43,5%. А с освоением выпуска жаропрочной керамики и аналогичных инновационных материалов появится возможность значительного повышения температуры рабочей среды и достижения КПД в 60%.

Примеры успешной реализации автомобильных Стирлингов

Несмотря на все сложности, известно немало работоспособных моделей двигателя Стирлинга, применимых для автомобилестроения.

Заинтересованность в Стирлинге, подходящем для установки в автомобиль, появилась в 50-е годы XX века. Работу в данном направлении вели такие концерны, как Ford Motor Company, Volkswagen Group и другие.

Компания UNITED STIRLING (Швеция) разработала Стирлинг, в котором максимально использовались серийные узлы и агрегаты, выпускаемые автопроизводителями (коленчатый вал, шатуны). Получившийся в результате четырехцилиндровый V-образный мотор обладал удельной массой 2,4 кг/кВт, что сравнимо с характеристиками компактного дизеля. Данный агрегат был успешно опробован в качестве силовой установки семитонного грузового фургона.

Одним из успешных образцов является четырехцилиндровый двигатель Стирлинга нидерландского производства модели «Philips 4-125DA», предназначавшийся для установки на легковой автомобиль. Мотор имел рабочую мощность 173 л. с. в размерах, аналогичных классическому бензиновому агрегату.

Значительных результатов добились инженеры компании General Motors, построив в 70-х годах восьмицилиндровый (4 рабочих и 4 компрессионных цилиндра) V-образный двигатель Стирлинга со стандартным кривошипно-шатунным механизмом.

Аналогичной силовой установкой в1972 году оснащалась ограниченная серия автомобилей Ford Torino , расход топлива у которой снизился на 25% по сравнению с классической бензиновой V-образной восьмеркой.

В настоящее время более полусотни зарубежных компаний ведут работы по совершенствованию конструкции двигателя Стирлинга в целях его адаптации к массовому выпуску для нужд автомобилестроения. И если удастся устранить недостатки данного типа двигателей, в то же время сохранив его преимущества, то именно Стирлинг, а не турбины и электромоторы, придет на смену бензиновым ДВС.

Рекомендуем также

Двигатель стирлинга. У какого двигателя стирлинга лучшая конструкция с максимальным кпд Паровой двигатель из шприца и компрессора

Можно, конечно купить красивые заводские модели двигателей Стирлинга, как например, в этом китайском интернет-магазине. Однако, иногда хочется творить самому и сделать вещь, пусть даже из подручных средств. На нашем сайте уже есть несколько вариантов изготовления данных моторов, а в этой публикации ознакомьтесь с совсем простым вариантом изготовления в домашних условиях.

Посмотрите ниже 3 варианта для самостоятельного изготовления.

Дмитрий Петраков по многочисленным просьбам отснял пошаговую инструкцию по сборке мощного, относительно своих габаритов и потребляемого количества тепла двигателя Стирлинга. В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы – обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, автор подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы, благодаря чему обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

C чувством, толком и расстановкой.

Мотор Стирлинга в работе с нагрузкой (водяная помпа).

Водяная помпа, собранная в качестве рабочего прототипа, предназначена для работы в паре с моторами Стирлинга. Особенность насоса заключается в небольших затратах энергии, требуемых для совершения им работы: такая конструкция задействует лишь небольшую часть динамического внутреннего рабочего объёма двигателя, и тем самым по минимуму влияет на его производительность.

Мотор Стирлинга из консервной банки

Для его изготовления вам понадобятся подручные материалы: банка из под консервов, небольшой кусок поролона, CD-диск, два болтика и скрепки.

Поролон – одни из самых распространенных материалов, которые используются при изготовлении моторов Стирлинга. Из него делается вытеснитель двигателя. Из куска нашего поролона вырезаем круг, диаметр его делаем на два миллиметров меньше внутреннего диаметра банки, а высоту немного больше ее половины.

В центре крышки просверливаем отверстие, в которое вставим потом шатун. Для ровного хода шатуна делаем из скрепки спиральку и припаиваем ее к крышке.

Поролоновый круг из поролона пронизываем посередине винтиком и застопориваем его шайбой сверху и снизу шайбой и гайкой. После этого присоединяем путем пайки отрезок скрепки, предварительно распрямив ее.

Теперь втыкаем вытеснитель в сделанное заранее отверстие в крышке и герметично пайкой соединяем крышку и банку. На конце скрепки делаем небольшую петельку, а в крышке просверливаем еще одно отверстие, но чуть-чуть больше, чем первое.

Из жести делаем цилиндр, используя пайку.

Присоединяем с помощью паяльника готовый цилиндр к банке, так, чтобы не осталось щелей в месте пайки.

Из скрепки изготавливаем коленвал. Разнос колен нужно сделать в 90 градусов. Колено, которое будет над цилиндром по высоте на 1-2 мм больше другого.

Из скрепок изготавливаем стойки под вал. Делаем мембрану. Для этого на цилиндр надеваем полиэтиленовую пленку, немного продавливаем ее внутрь и закрепляем на цилиндре ниткой.

Шатун который нужно будет приделать к мембране, изготавливаем из скрепки и вставляем его в обрезок резины. По длине шатун нужно сделать таким, чтобы в нижней мертвой точке вала мембрана была втянута внутрь цилиндра, а в высшей – напротив – вытянута. Второй шатун настраиваем так же.

Шатун с резиной приклеиваем к мембране, а другой присоединяем к вытеснителю.

Присоединяем паяльником ножки из скрепок к банке и на кривошип пристраиваем маховик. Например, можно использовать СД-диск.

Двигатель Стирлинга в домашних условиях сделан. Теперь осталось под банку подвести тепло – зажечь свечку. А через несколько секунд дать толчок маховику.

Как сделать простой двигатель Стирлинга (с фотографиями и видео)

www.newphysicist.com

Давайте сделаем двигатель Стирлинга.

Мотор Стирлинга – это тепловой двигатель, который работает за счет циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа (рабочего тела) при различных температурах, так что происходит чистое преобразование тепловой энергии в механическую работу. Более конкретно, двигатель Стирлинга представляет собой двигатель с рекуперативным тепловым двигателем с замкнутым циклом с постоянно газообразным рабочим телом.

Двигатели Стирлинга имеют более высокий КПД по сравнению с паровыми двигателями и могут достигать 50% эффективности. Они также способны бесшумно работать и могут использовать практически любой источник тепла. Источник тепловой энергии генерируется вне двигателя Стирлинга, а не путем внутреннего сгорания, как в случае двигателей с циклом Отто или дизельным циклом.

Двигатели Стирлинга совместимы с альтернативными и возобновляемыми источниками энергии, поскольку они могут становиться все более значительными по мере роста цен на традиционные виды топлива, а также в свете таких проблем, как истощение запасов нефти и изменение климата.


В этом проекте мы дадим вам простые инструкции по созданию очень простого двигателя DIY Стирлинга с использованием пробирки и шприца .

Как сделать простой движок Стирлинга – Видео

Компоненты и шаги, чтобы сделать моторчик Стирлинга

1. Кусок лиственных пород или фанеры

Это основа для вашего двигателя. Таким образом, он должен быть достаточно жестким, чтобы справляться с движениями двигателя. Затем сделайте три маленьких отверстия, как показано на рисунке. Вы также можете использовать фанеру, дерево и т.д.

2. Мраморные или стеклянные шарики

В двигателе Стирлинга эти шарики выполняют важную функцию. В этом проекте мрамор действует как вытеснитель горячего воздуха от теплой стороны пробирки к холодной стороне. Когда мрамор вытесняет горячий воздух, он остывает.

3. Палки и винты

Шпильки и винты используются для удержания пробирки в удобном положении для свободного перемещения в любом направлении без каких-либо перерывов.



4. Резиновые кусочки

Купите ластик и нарежьте его на следующие формы. Он используется для того, чтобы надежно удерживать пробирку и поддерживать ее герметичность. Не должно быть утечек в ротовой части пробирки. Если это так, проект не будет успешным.




5. Шприц

Шприц является одной из самых важных и движущихся частей в простом двигателе Стирлинга. Добавьте немного смазки внутрь шприца, чтобы поршень мог свободно перемещаться внутри цилиндра. Когда воздух расширяется внутри пробирки, он толкает поршень вниз. В результате цилиндр шприца перемещается вверх. В то же время мрамор катится к горячей стороне пробирки и вытесняет горячий воздух и заставляет его остывать (уменьшать объем).

6. Пробирка Пробирка является наиболее важным и рабочим компонентом простого двигателя Стирлинга. Пробирка изготовлена ​​из стекла определенного типа (например, из боросиликатного стекла), обладающего высокой термостойкостью. Так что его можно нагревать до высоких температур.

Как работает двигатель Стирлинга?

Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то так же, как и великие уравнения физики (например, E = mc2), они просты: на поверхности они просты, но богаче, сложнее и потенциально очень запутаны, пока вы их не осознаете. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: многие очень плохие видео на YouTube показывают, как легко «объяснить» их очень неполным и неудовлетворительным образом.

На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто создав его или наблюдая за тем, как он работает извне: вам нужно серьезно подумать о цикле шагов, через которые он проходит, что происходит с газом внутри, и как это отличается из того, что происходит в обычном паровом двигателе.

Все, что требуется для работы двигателя, – это наличие разницы температур между горячей и холодной частями газовой камеры. Были построены модели, которые могут работать только с разницей температуры 4 ° C, хотя заводские двигатели, вероятно, будут работать с разницей в несколько сотен градусов. Эти двигатели могут стать наиболее эффективной формой двигателя внутреннего сгорания.

Двигатели Стирлинга и концентрированная солнечная энергия

Двигатели Стирлинга обеспечивают аккуратный метод преобразования тепловой энергии в движение, которое может привести в движение генератор. Наиболее распространенная схема состоит в том, чтобы двигатель был в центре параболического зеркала. Зеркало будет установлено на устройство слежения, чтобы солнечные лучи фокусировались на двигателе.

* Двигатель Стирлинга как приемник

Возможно, вы играли с выпуклыми линзами в школьные годы. Сосредоточение солнечной энергии для сжигания листа бумаги или спички, я прав? Новые технологии развиваются день ото дня. Концентрированная солнечная тепловая энергия приобретает все большее внимание в эти дни.

Выше приведен короткий видеофильм о простом двигателе с пробиркой, использующим стеклянные шарики в качестве вытеснителя и стеклянный шприц в качестве силового поршня.

Этот простой двигатель Стирлинга был построен из материалов, которые доступны в большинстве школьных научных лабораторий и может быть использован для демонстрации простого теплового двигателя.

Диаграмма давление-объем за цикл

Процесс 1 → 2 Расширение рабочего газа на горячем конце пробирки, тепло передается газу, и газ расширяется, увеличивая объем и толкая поршень шприца вверх.

Процесс 2 → 3 По мере движения мрамора к горячему концу пробирки газ вытесняется из горячего конца пробирки на холодный конец, а по мере движения газа он отдает тепло стенке пробирки.

Процесс 3 → 4 Из рабочего газа отводится тепло, и объем уменьшается, поршень шприца движется вниз.

Процесс 4 → 1 Завершает цикл. Рабочий газ движется от холодного конца пробирки к горячему концу, поскольку мраморные шары вытесняют ее, получая тепло от стенки пробирки, когда она движется, тем самым увеличивая давление газа.

В которой рабочее тело (газообразное или жидкое) двигается в замкнутом объёме, по сути это разновидность двигателя внешнего сгорания. Этот механизм основан на принципе периодического нагрева и охлаждения рабочего тела. Извлечение энергии происходит из возникающего объема рабочего тела. Двигатель Стирлинга работает не только от энергии сгорающего топлива, но и от практически любого источника Запатентован этот механизм шотландцем Робертом Стирлингом в 1816 году.

Описанный механизм, несмотря на невысокий КПД, имеет ряд преимуществ, в первую очередь это простота и неприхотливость. Благодаря этому многие конструкторы-любители совершают попытки собрать двигатель Стирлинга своими руками. Некоторым это удается, а некоторым нет.

В этой статье мы рассмотрим, Стирлинга своими руками из подручных материалов. Нам понадобятся следующие заготовки и инструменты: консервная банка (можно из-под шпрот), листовая жесть, канцелярские скрепки, поролон, резинка, пакет, кусачки, плоскогубцы, ножницы, паяльник,

Теперь приступим к сборке. Вот подробная инструкция к тому, как сделать двигатель Стирлинга своими руками. Сначала необходимо вымыть банку, зачистить наждачной бумагой края. Вырезаем из листовой жести круг таким образом, чтобы он лег на внутренние края банки. Определяем центр (для этого воспользуемся штангенциркулем или линейкой), делаем ножницами отверстие. Далее берем медную проволоку и канцелярскую скрепку, выпрямляем скрепку, на конце делаем кольцо. Наматываем на скрепку проволоку – четыре плотных витка. Далее паяльником пролудим полученную спираль небольшим количеством припоя. Потом необходимо аккуратно спираль припаять к отверстию в крышке таким образом, чтобы шток получился перпендикулярным крышке. Скрепка должна двигаться свободно.

После этого необходимо сделать в крышке сообщающееся отверстие. Из поролона делаем вытеснитель. Его диаметр должен быть немного меньше диаметра банки, но при этом не должно быть большого зазора. Высота вытеснителя – немногим больше половины банки. Вырезаем в поролоне по центру отверстие для втулки, последнюю можно изготовить из резины или пробки. Вставляем в полученную втулку шток и все заклеиваем. Вытеснитель необходимо размещать параллельно крышке, это важное условие. Далее остается закрыть банку и запаять края. Шов должен быть герметичным. Теперь приступаем к изготовлению рабочего цилиндра. Для этого вырезаем из жести полосу длиной 60 мм и шириной 25 мм, загибаем плоскогубцами край на 2 мм. Формируем гильзу, после этого спаиваем край, далее необходимо припаять гильзу к крышке (над отверстием).

Теперь можно приступить к изготовлению мембраны. Для этого отрезаем от пакета кусок пленки, немного продавливаем его пальцем внутрь, резинкой прижимаем края. Далее необходимо проверить правильность сборки. Нагреваем на огне дно банки, тянем за шток. В результате мембрана должна выгибаться наружу, а если шток отпустить, вытеснитель под собственным весом должен опуститься, соответственно, мембрана возвращается на место. В том случае, если вытеснитель сделан неправильно или пайка банки не герметична, шток не вернется на место. После этого делаем коленвал и стойки (разнос кривошипов должен составить 90 градусов). Высота кривошипов должна составлять 7 мм, а вытеснителей 5 мм. Длина шатунов определена положением коленвала. Конец кривошипа вставляется в пробку. Вот мы и рассмотрели, как собрать двигатель Стирлинга своими руками.

Такой механизм будет работать от обычной свечки. Если прикрепить к маховику магниты и взять катушку аквариумного компрессора, то такое устройство способно заменить простой электродвигатель. Своими руками, как вы видите, сделать такой прибор совсем не сложно. Было бы желание.

Вытеснил остальные виды силовых установок, однако, работы, направленные на отказ от использования этих агрегатов, наводят на мысль о скорой смене лидирующих позиций.

С начала технического прогресса, когда использование моторов, сжигающих горючее внутри, только начиналось, не было очевидным их превосходство. Паровая машина, как конкурент, содержит в себе массу преимуществ: наряду с тяговыми параметрами, бесшумная, всеядная, легко управляется и настраивается. Но лёгкость, надёжность и экономичность позволили двигателю внутреннего сгорания взять вверх над паром.

Сегодня во главе угла стоят вопросы экологии, экономичности и безопасности. Это заставляет инженеров бросать силы на серийные агрегаты, работающие за счёт возобновляемых источников топлива. В 16 году девятнадцатого века Роберт Стирлинг зарегистрировал двигатель, работающий от внешних источников тепла. Инженеры считают, что этот агрегат способен сменить современного лидера. Двигатель Стирлинга сочетает экономичность, надёжность, работает тихо, на любом топливе, это делает изделие игроком на автомобильном рынке.

Роберт Стирлинг (1790-1878 года жизни):

История двигателя Стирлинга

Изначально, установку разрабатывали с целью заменить машину, работающую за счёт пара. Котлы паровых механизмов взрывались, при превышении допустимых норм давлением. С этой точки зрения Стирлинг намного безопасней, функционирует, используя температурный перепад.

Принцип работы двигателя Стирлинга в поочередной подаче или отборе тепла у вещества, над которым совершается работа. Само вещество заключено в объём закрытого типа. Роль рабочего вещества выполняют газы, либо жидкости. Встречаются вещества, выполняющие роль двух компонентов, газ преобразовывается в жидкость и наоборот. Жидкопоршневой мотор Стирлинга обладает: небольшими габаритами, мощный, вырабатывает большое давление.

Уменьшение и увеличение объёма газа при охлаждении либо нагреве соответственно, подтверждается законом термодинамики, согласно которого все составляющие: степень нагрева, величина занимаемого пространства веществом, сила, действующая на единицу площади, связаны и описываются формулой:

P*V=n*R*T
  • P – сила действия газа в двигателе на единицу площади;
  • V – количественная величина, занимаемая газом в пространстве двигателя;
  • n – молярное количество газа в двигателе;
  • R – постоянная газа;
  • T – степень нагрева газа в двигателе К,

Модель двигателя Стирлинга:


За счёт неприхотливости установок, двигатели подразделяются: твердотопливные, жидкое горючее, солнечная энергия, химическая реакция и другие виды нагрева.

Цикл

Двигатель внешнего сгорания Стирлинга, использует одноимённую совокупность явлений. Эффект от протекающего действия в механизме высок. Благодаря этому есть возможность сконструировать двигатель с неплохими характеристиками в рамках нормальных габаритов.

Необходимо учитывать, что в конструкции механизма предусмотрен нагреватель, холодильник и регенератор, устройство, отвода тепла от вещества и возвращения тепла, в нужный момент.

Идеальный цикл Стирлинга, (диаграмма «температура-объём»):

Идеальные круговые явления:

  • 1-2 Изменение линейных размеров вещества с постоянной температурой;
  • 2-3 Отвод теплоты от вещества к теплообменнику, пространство, занимаемое веществом постоянно;
  • 3-4 Принудительное сокращение пространства, занимаемого веществом, температура постоянна, тепло отводится охладителю;
  • 4-1 Принудительное увеличение температуры вещества, занимаемое пространство постоянно, тепло подводится от теплообменника.

Идеальный цикл Стирлинга, (диаграмма «давление-объём»):

Из расчёта (моль) вещества:

Подводимое тепло:

Получаемое охладителем тепло:

Теплообменник получает тепло (процесс 2-3), теплообменник отдаёт тепло (процесс 4-1):

R – Универсальная постоянная газа;

СV – способность идеального газа удерживать тепло при неизменной величине занимаемого пространства.

За счёт применения регенератора, часть теплоты остается, в качестве энергии механизма, не меняющейся за проходящие круговые явления. Холодильник получает меньше тепла, таким образом, теплообменник экономит тепло нагревателя. Это увеличивает эффективность установки.

КПД кругового явления:

ɳ =

Примечательно, что без теплообменника совокупность процессов Стирлинга осуществима, но его эффективность будет значительно ниже. Прохождение совокупности процессов задом наперёд ведёт к описанию охлаждающего механизма. В этом случае наличие регенератора, обязательное условие, поскольку при прохождении (3-2) невозможно нагреть вещество от охладителя, температура которого значительно ниже. Так же невозможно отдать тепло нагревателю (1-4), температура которого выше.

Принцип работы двигателя

Что бы понять, как работает двигатель Стирлинга, разберёмся в устройстве и периодичности явлений агрегата. Механизм преобразует тепло, полученное от нагревателя, находящегося за пределами изделия в действие силы на тело. Весь процесс происходит благодаря температурному перепаду, в рабочем веществе, находящемся в закрытом контуре.


Принцип действия механизма базируется на расширении за счёт тепла. Непосредственно до расширения, вещество в замкнутом контуре нагревается. Соответственно, перед тем, как сжаться, вещество охлаждают. Сам цилиндр (1) окутан водяной рубашкой (3), ко дну подается тепло. Поршень, совершающий работу (4) помещен в гильзу и уплотнён кольцами. Между поршнем и дном находится механизм вытеснения (2), имеющий значительные зазоры и свободно перемещающийся. Вещество, находящееся в замкнутом контуре, двигается по объёму камеры за счёт вытеснителя. Перемещение вещества ограничено двумя направлениями: дно поршня, дно цилиндра. Движение вытеснителя обеспечивает шток (5), который проходит через поршень и функционирует за счет эксцентрика с запаздыванием на 90° в сравнении с приводом поршня.

Поршень расположен в крайнем нижнем положении, вещество охлаждается за счет стенок.

Вытеснитель занимает верхнее положение, перемещаясь, пропускает вещество через торцевые щели ко дну, сам охлаждается. Поршень стоит неподвижно.

Вещество получает тепло, под действием тепла увеличивается в объёме и поднимает расширитель с поршнем вверх. Совершается работа, после чего вытеснитель опускается на дно, выталкивая вещество и охлаждаясь.

Поршень опускается вниз, сжимает охлаждённое вещество, выполняется полезная работа. Маховик служит в конструкции аккумулятором энергии.

Рассмотренная модель без регенератора, поэтому КПД механизма не велико. Тепло вещества после совершения работы отводится в охлаждающую жидкость, используя стенки. Температура не успевает снижаться на нужную величину, поэтому время охлаждения продлевается, скорость мотора маленькая.

Виды двигателей

Конструктивно, есть несколько вариантов, использующих принцип Стирлинга, основными видами считаются:


Конструкция применяет два разных поршня, помещенных в различные контуры. Первый контур используется для нагрева, второй контур применяется для охлаждения. Соответственно, каждому поршню принадлежит свой регенератор (горячий и холодный). Устройство обладает хорошим соотношением мощности к объёму. Недостаток в том, что температура горячего регенератора создает конструктивные сложности.

  • Двигатель «β – Стирлинг»:


Конструкция использует один замкнутый контур, с разными температурами на концах (холодный, горячий). В полости расположен поршень с вытеснителем. Вытеснитель делит пространство на холодную и горячую зону. Обмен холодом и теплом происходит путём перекачивания вещества через теплообменник. Конструктивно, теплообменник выполняется в двух вариантах: внешний, совмещённый с вытеснителем.

  • Двигатель «γ – Стирлинг»:


Поршневой механизм предусматривает применение двух замкнутых контуров: холодного и с вытеснителем. Мощность снимается с холодного поршня. Поршень с вытеснителем с одной стороны горячий, с другой стороны холодный. Теплообменник располагается как внутри, так и снаружи конструкции.

Некоторые силовые установки не похожи на основные виды двигателей:

  • Роторный двигатель Стирлинга.


Конструктивно изобретение с двумя роторами на валу. Деталь совершает вращательные движения в замкнутом пространстве цилиндрической формы. Заложен синергетический подход реализации цикла. Корпус содержит радиальные прорези. В углубления вставлены лопасти с определённым профилем. Пластины надеты на ротор и могут двигаться вдоль оси при вращении механизма. Все детали создают меняющиеся объёмы с выполняющимися в них явлениями. Объёмы различных роторов связаны при помощи каналов. Расположение каналов имеют сдвиг в 90° друг к другу. Сдвиг роторов относительно друг друга составляет 180°.

  • Термоакустический двигатель Стирлинга.


Двигатель использует акустический резонанс для проведения процессов. Принцип основан на перемещении вещества между горячей и холодной полостью. Схема уменьшает количество движущихся деталей, сложность в снятии полученной мощности и поддержании резонанса. Конструкция относится к свободнопоршневому виду мотора.

Двигатель Стирлинга своими руками

Сегодня довольно часто в интернет магазине можно встретить сувенирную продукцию, выполненную в виде рассматриваемого двигателя. Конструктивно и технологично механизмы довольно просты, при желании двигатель Стирлинга легко сконструировать своими руками из подручных средств. В интернете можно найти большое количество материалов: видео, чертежи, расчёты и прочая информация на эту тему.

Низкотемпературный двигатель Стирлинга:


  • Рассмотрим самый простой вариант волнового двигателя, для выполнения которого понадобится консервная банка, мягкая полиуретановая пена, диск, болты и канцелярские скрепки. Все эти материалы легко найти дома, осталось выполнение следующих действий:
  • Возьмите мягкую полиуретановую пену, вырежьте на два миллиметра меньшим диаметром от внутреннего диаметра консервной банки круг. Высота пены на два миллиметра больше половины высоты банки. Поролон играет роль вытеснителя в двигателе;
  • Возьмите крышку банки, в средине проделайте дырку, диаметр два миллиметра. Припаяйте к отверстию полый шток, который будет выполнять, роль направляющей для шатуна двигателя;
  • Возьмите круг, вырезанный из пены, вставьте в средину круга винтик и застопорите с двух сторон. К шайбе припаяйте предварительно выпрямленную скрепку;
  • В двух сантиметрах от центра просверлите дырочку, диаметром три миллиметра, проденьте вытеснитель через центральное отверстие крышки, припаяйте крышку к банке;
  • Сделайте из жести небольшой цилиндр, диаметром полтора сантиметра, припаяйте его к крышке банки таким образом, что бы боковое отверстие крышки оказалось чётко по центру внутри цилиндра двигателя;
  • Сделайте коленчатый вал двигателя из скрепки. Расчёт выполняется таким образом, что бы разнос колен был 90°;
  • Изготовьте стойку под коленчатый вал двигателя. Из полиэтиленовой плёнки сделайте упругую перепонку, наденьте плёнку на цилиндр, продавите её, зафиксируйте;


  • Самостоятельно изготовьте шатун двигателя, один конец выпрямленного изделия выгнете в форме кружка, второй конец вставьте в кусочек ластика. Длина подгоняется таким образом, что бы в крайней нижней точке вала перепонка была втянута, в крайней верхней точке, перепонка максимально вытянута. Настройте другой шатун по такому же принципу;
  • Шатун двигателя с резиновым наконечником приклейте к перепонке. Шатун без резинового наконечника закрепите на вытеснителе;
  • Наденьте на кривошипный механизм двигателя маховик из диска. К банке приделайте ножки, чтобы не держать изделие в руках. Высота ножек позволяет разместить под банкой свечку.

После того, как удалось сделать двигатель Стирлинга дома, мотор запускают. Для этого под банку помещают зажженную свечку, а после того, как банка прогрелась, дают толчок маховику.


Рассмотренный вариант установки можно быстро собрать у себя дома, как наглядное пособие. Если задаться целью и желанием сделать двигатель Стирлинга максимально приближённый к заводским аналогам, в свободном доступе есть чертежи всех деталей. Пошаговое выполнение каждого узла позволит создать работающий макет ни чем не хуже коммерческих версий.

Преимущества

Для двигателя Стирлинга характерны такие плюсы:

  • Для работы двигателя необходим температурный перепад, какое топливо вызывает нагрев не важно;
  • Нет необходимости использовать навесное и вспомогательное оборудование, конструкция двигателя простая и надёжная;
  • Ресурс двигателя, благодаря особенностям конструкции, составляет 100000 часов работы;
  • Работа двигателя не создаёт постороннего шума, поскольку отсутствует детонация;
  • Процесс работы двигателя не сопровождается выбросом отработанных веществ;
  • Работа двигателя сопровождается минимальной вибрацией;
  • Процессы в цилиндрах установки экологически безвредны. Использование правильного источника тепла позволяет сделать двигатель «чистым».

Недостатки

К недостаткам двигателя Стирлинга относятся:

  • Трудно наладить серийное производство, поскольку конструктивно двигатель требует использования большого количества материалов;
  • Высокий вес и большие габариты двигателя, поскольку для эффективного охлаждения надо применять большой радиатор;
  • Для повышения эффективности двигатель форсируют, применяя в качестве рабочего тела сложные вещества (водород, гелий), что делает эксплуатацию агрегата опасным;
  • Высокотемпературная стойкость стальных сплавов и их теплопроводность усложняет процесс изготовления двигателя. Значительные потери тепла в теплообменнике снижают эффективность агрегата, а применение специфических материалов делают изготовление двигателя дорогим;
  • Для регулировки и перехода двигателя с режима на режим надо применять специальные устройства управления.

Использование

Двигатель Стирлинга нашел свою нишу и активно применяется там, где габариты и всеядность важный критерий:

  • Двигатель Стирлинг-электрогенератор.

Механизм преобразования тепла в электрическую энергию. Часто встречаются изделия, используемые в качестве портативных туристических генераторов, установки по использованию солнечной энергии.

  • Двигатель, как насос (электрика).

Двигатель применяют для установки в контур отопительных систем, экономя на электрической энергии.

  • Двигатель, как насос (обогреватель).

В странах с тёплым климатом двигатель используют как обогреватель для помещений.

Двигатель Стирлинга на подводной лодке:


  • Двигатель, как насос (охладитель).

Практически все холодильники в своей конструкции применяют тепловые насосы, устанавливая двигатель Стирлинга, экономятся ресурсы.

  • Двигатель, как насос, создающий сверхнизкие степени нагрева.

Устройство применяют в качестве холодильника. Для этого процесс запускают в обратную сторону. Агрегаты сжижают газ, охлаждают измерительные элементы в точных механизмах.

  • Двигатель для подводной техники.

Подводные корабли Швеции и Японии работают благодаря двигателю.

Двигатель Стирлинга в качестве солнечной установки:


  • Двигатель, как аккумулятор энергии.

Топливо в таких агрегатах, расплавы соли, двигатель применяют, как источник энергии. Мотор по запасу энергии опережает химические элементы.

  • Солнечный двигатель.

Преобразуют энергию солнца в электричество. Вещество в данном случае, водород или гелий. Двигатель ставится в фокусе максимальной концентрации энергии солнца, созданного при помощи параболической антенны.

Двигатель Стирлинга — это некий двигатель, который начинает работать от тепловой энергии. При этом источник энергии совсем неважен. Главное, чтобы была разница температурного режима, в этом случае, такой двигатель будет работать. Сейчас мы разберем, как можно создать модель такого низкотемпературного двигателя из баночки от «Кока-колы».

Материалы и приспособления

Сейчас мы разберем, что нам нужно взять для создания двигателя в домашних условиях. Что нам потребуется взять для стирлинга:

  • Воздушный шар.
  • Три баночки от колы.
  • Специальные клеммы, пять штучек (на 5А).
  • Ниппели для закрепления велосипедных спиц (две штучки).
  • Вата из металла.
  • Кусок проволоки из стали длиной в тридцать см и сечением 1 мм.
  • Кусок большой стальной или медной проволоки с диаметром от 1.6 до 2 мм.
  • Деревянный штырь с диаметром двадцать мм (длина один см).
  • Крышка от бутылочки (из пластика).
  • Электропроводка (тридцать см).
  • Специальный клей.
  • Вулканизированная резина (где-то 2 сантиметра).
  • Рыболовная леска (длина тридцать см).
  • Несколько грузил для балансировки (например, никелевые).
  • CD-диски (три штуки).
  • Специальные кнопки.
  • Жестяная баночка для создания топки.
  • Теплоустойчивый силикон и консервная банка для изготовления водного охлаждения.

Описание процесса создания

Этап 1. Подготовка баночек .

Вначале стоит взять 2 банки и отрезать у них верхнюю часть. Если верхушки будут отрезаться ножницами, полученные зазубрины придется сточить при помощи напильника.

Этап 2. Изготовление диафрагмы.

В качестве диафрагмы можно взять воздушный шарик, который стоит усилить вулканизированной резиной. Шар надо разрезать и натянуть на баночку. Потом на центральную часть диафрагмы приклеим кусок специальной резины. После застывания клея , в центре диафрагмы пробьем дырочку для установки проволоки. Легче всего это выполнить при помощи специальной кнопки, которую можно оставить в дырке до момента сборки.

Этап 3. Разрезание и создание дырок в крышке.

В стенках крышки надо сделать два отверстия по два мм, они необходимы для установки поворотной оси рычагов. Еще одну дырочку надо сделать в донышке крышки, через него будет идти проволока, которая будет соединена с вытеснителем.

На последнем этапе крышку надо обрезать. Это делается для того, чтобы проволока вытеснителя не зацепилась за края крышки. Для таких работ можно взять хозяйственные ножницы.

Этап 4. Сверлим.

В баночке надо просверлить две дырки для подшипников. В нашем случае это было выполнено сверлом 3.5 мм.

Этап 5. Изготовление смотрового окна.

В корпусе двигателя надо вырезать специальное окно. Теперь можно будет понаблюдать, как работают все узлы прибора.

Этап 6. Доработка клемм .

Необходимы взять клеммы и убрать с них пластиковую изоляцию. Потом возьмем дрель, и сделаем сквозные отверстия на краях клемм. Всего надо высверлить три клеммы. Оставим две клеммы, не просверленными.

Этап 7. Создание рычагов.

В качестве материала для изготовления рычагов берется медная проволока, диаметр которой всего 1.88 мм. Как именно подогнуть спицы, стоит посмотреть в интернете. Можно взять и стальную проволоку, просто с медной проволокой, удобнее работать.

Этап 8. Изготовление подшипников.

Чтобы сделать подшипники потребуется два велосипедных ниппеля. Диаметр дырок надо проверить. Автор просверлил их насквозь с помощью сверла на два мм.

Этап 9. Установка рычагов и подшипников .

Рычаги можно ставить прямо через смотровое окошко. Один кончик проволоки должен быть длинным, на нем будет лежать маховое колесо. Подшипники должны крепко сесть на нужные места. Если будет присутствовать люфт, их можно приклеить.

Этап 10. Делаем вытеснитель.

Вытеснитель делается из стальной ваты ля полировки. Для изготовления вытеснителя берется проволока из стали, на ней создается крючок, а потом на проволоку наматывается определенное количество ваты. Вытеснитель должен быть таким же по размерам, чтобы он спокойно перемещался в банке. Вся высота вытеснителя не должна быть больше пяти сантиметров.

В конце на одной стороне ваты надо сделать спираль из проволоки, чтобы она не выходила из ваты, а на второй стороне из проволоки делаем петлю. Потом к этой петле привяжем леску, которая впоследствии притянется через центральную часть диафрагмы. Вулканизированная резина должна быть в серединке емкости.

Этап 11. Изготовление резервуара под давлением

Надо вырезать дно банки определенным образом, чтобы осталось где-то 2.5 см от ее основы. Вытеснитель вместе с диафрагмой надо переместить в резервуар. После этого весь этот механизм переносится в конец банки. Диафрагму надо немножко натянут ь, чтобы она не провисла.

Потом необходимо взять клемму, которая не была просверлена, и провести через нее леску. Узел надо приклеить так, чтобы он не передвигался. Проволоку надо качественно смазать маслом и при этом убедиться, что вытеснитель без труда протянет за собой леску.

Этап 12. Изготовление толкательных тяг.

Эти специальные тяги соединяют диафрагму и рычаги. Это производится с куска медной проволоки длиной пятнадцать см.

Этап 13. Создание и установка маховика

Для изготовления маховика берем три старых СД-диска. В качестве центра возьмем деревянный стержень. После установки маховика, стержень коленчатого вала загнем, так маховик уже не будет спадать.

На последнем этапе весь механизм собирается полностью.

Последний шаг, создание топки

Вот мы и дошли до последнего шага в создании двигателя.

Современное автомобилестроение вышло на такой уровень развития, при котором без фундаментальных научных исследований практически невозможно достигнуть кардинальных улучшений в конструкции традиционных моторов внутреннего сгорания. Такая ситуация вынуждает конструкторов обратить внимание на альтернативные проекты силовых установок . Одни инженерные центры сосредоточили свои силы на создании и адаптации к серийному выпуску гибридных и электрических моделей, другие автоконцерны вкладывают средства в разработку двигателей на топливе из возобновляемых источников (например, биодизель на рапсовом масле). Существуют и другие проекты силовых агрегатов, которые в перспективе могут стать новым стандартным движителем для транспортных средств.

Среди возможных источников механической энергии для автомобилей будущего следует назвать двигатель внешнего сгорания, который был изобретен в середине XIX века шотландцем Робертом Стирлингом в качестве тепловой расширительной машины.

Схема работы

Двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу за счет изменения температуры рабочего тела (газа или жидкости), циркулирующего в замкнутом объеме.

В общем виде схема работы устройства выглядит следующим образом: в нижней части двигателя рабочее вещество (например, воздух) нагревается и, увеличиваясь в объеме, выталкивает поршень вверх. Горячий воздух проникает в верхнюю часть мотора, где охлаждается радиатором. Давление рабочего тела снижается, поршень опускается для следующего цикла. При этом система герметична и рабочее вещество не расходуется, а только перемещается внутри цилиндра.

Существует несколько вариантов конструкции силовых агрегатов, использующих принцип Стирлинга.

Стирлинг модификации «Альфа»

Двигатель состоит из двух раздельных силовых поршней (горячего и холодного), каждый из которых находится в своем цилиндре. К цилиндру с горячим поршнем подводится тепло, а холодный цилиндр расположен в охлаждающем теплообменнике.

Стирлинг модификации «Бета»

Цилиндр, в котором находится поршень, нагревается с одной стороны и охлаждается с противоположного конца. В цилиндре двигается силовой поршень и вытеснитель, предназначенный для изменения объема рабочего газа. Обратное перемещение остывшего рабочего вещества в горячую полость двигателя выполняет регенератор.

Стирлинг модификации «Гамма»

Конструкция состоит из двух цилиндров. Первый – полностью холодный, в котором движется силовой поршень, а второй, горячий с одной стороны и холодный с другой, служит для перемещения вытеснителя. Регенератор для циркуляции холодного газа может быть общим для обоих цилиндров или входить в конструкцию вытеснителя.

Преимущества двигателя Стирлинга

Как и большинство моторов внешнего сгорания, Стирлингу присуща многотопливность : двигатель работает от перепада температуры, независимо от причин его вызвавших.

Интересный факт! Однажды была продемонстрирована установка, которая функционировала на двадцати вариантах топлива. Без остановки двигателя во внешнюю камеру сгорания подавались бензин, дизельное топливо, метан, сырая нефть и растительное масло – силовой агрегат продолжал устойчиво работать.

Двигатель обладает простотой конструкции и не требует дополнительных систем и навесного оборудования (ГРМ, стартер, коробка передач).

Особенности устройства гарантируют длительный эксплуатационный ресурс: более ста тысяч часов непрерывной работы.

Двигатель Стирлинга бесшумен , так как в цилиндрах не происходит детонация и отсутствует необходимость вывода отработанных газов. Модификация «Бета», оснащенная ромбическим кривошипно-шатунным механизмом, является идеально сбалансированной системой, которая в процессе работы не имеет вибраций.

В цилиндрах двигателя не происходят процессы, которые могут оказать негативное воздействие на окружающую среду. При выборе подходящего источника тепла (например, солнечная энергия) Стирлинг может быть абсолютно экологически чистым силовым агрегатом.

Недостатки конструкции Стирлинга

При всем наборе положительных свойств немедленное массовое применение двигателей Стирлинга невозможно по следующим причинам:

Основная проблема заключается в материалоемкости конструкции. Охлаждение рабочего тела требует наличия радиаторов большого объема, что существенно увеличивает размеры и металлоемкость изготовления установки.

Нынешний технологический уровень позволит двигателю Стирлинга сравниться по характеристикам с современными бензиновыми моторами только за счет применения сложных видов рабочего тела (гелий или водород), находящихся под давлением более ста атмосфер. Этот факт вызывает серьезные вопросы как в области материаловедения, так и обеспечения безопасности пользователей.

Немаловажная эксплуатационная проблема связана с вопросами теплопроводности и температурной стойкости металлов. Тепло подводится к рабочему объему через теплообменники, что приводит к неизбежным потерям. Кроме того, теплообменник должен быть изготовлен из термостойких металлов, устойчивых к высокому давлению. Подходящие материалы очень дороги и сложны в обработке.

Принципы изменения режимов двигателя Стирлинга также кардинально отличаются от традиционных, что требует разработки специальных управляющих устройств. Так, для изменения мощности необходимо изменить давление в цилиндрах, угол фаз между вытеснителем и силовым поршнем или повлиять на емкость полости с рабочим телом.

Один из способов управления скоростью вращения вала на модели двигателя Стирлинга можно увидеть на следующем видео:

Коэффициент полезного действия

В теоретических расчетах эффективность двигателя Стирлинга зависит от разницы температур рабочего тела и может достигать 70% и более в соответствии с циклом Карно.

Однако первые реализованные в металле образцы обладали крайне невысоким КПД по следующим причинам:

  • неэффективные варианты теплоносителя (рабочего тела), ограничивающие максимальную температуру нагрева;
  • потери энергии на трение деталей и теплопроводность корпуса двигателя;
  • отсутствие конструкционных материалов, устойчивых к высокому давлению.

Инженерные решения постоянно совершенствовали устройство силового агрегата. Так, во второй половине XX века четырехцилиндровый автомобильный двигатель Стирлинга с ромбическим приводом показал на испытаниях КПД равный 35% на водном теплоносителе с температурой 55 °C.Тщательная проработка конструкции, применение новых материалов и доводка рабочих узлов обеспечили КПД экспериментальных образцов в 39%.

Примечание! Современные бензиновые двигатели аналогичной мощности обладают коэффициентом полезного действия на уровне 28-30%, а турбированные дизели в пределах 32-35%.

Современные образцы двигателя Стирлинга, такие как созданный американской компанией Mechanical Technology Inc, демонстрируют эффективность до 43,5%. А с освоением выпуска жаропрочной керамики и аналогичных инновационных материалов появится возможность значительного повышения температуры рабочей среды и достижения КПД в 60%.

Примеры успешной реализации автомобильных Стирлингов

Несмотря на все сложности, известно немало работоспособных моделей двигателя Стирлинга, применимых для автомобилестроения.

Заинтересованность в Стирлинге, подходящем для установки в автомобиль, появилась в 50-е годы XX века. Работу в данном направлении вели такие концерны, как Ford Motor Company, Volkswagen Group и другие.

Компания UNITED STIRLING (Швеция) разработала Стирлинг, в котором максимально использовались серийные узлы и агрегаты, выпускаемые автопроизводителями (коленчатый вал, шатуны). Получившийся в результате четырехцилиндровый V-образный мотор обладал удельной массой 2,4 кг/кВт, что сравнимо с характеристиками компактного дизеля. Данный агрегат был успешно опробован в качестве силовой установки семитонного грузового фургона.

Одним из успешных образцов является четырехцилиндровый двигатель Стирлинга нидерландского производства модели «Philips 4-125DA», предназначавшийся для установки на легковой автомобиль. Мотор имел рабочую мощность 173 л. с. в размерах, аналогичных классическому бензиновому агрегату.

Значительных результатов добились инженеры компании General Motors, построив в 70-х годах восьмицилиндровый (4 рабочих и 4 компрессионных цилиндра) V-образный двигатель Стирлинга со стандартным кривошипно-шатунным механизмом.

Аналогичной силовой установкой в1972 году оснащалась ограниченная серия автомобилей Ford Torino , расход топлива у которой снизился на 25% по сравнению с классической бензиновой V-образной восьмеркой.

В настоящее время более полусотни зарубежных компаний ведут работы по совершенствованию конструкции двигателя Стирлинга в целях его адаптации к массовому выпуску для нужд автомобилестроения. И если удастся устранить недостатки данного типа двигателей, в то же время сохранив его преимущества, то именно Стирлинг, а не турбины и электромоторы, придет на смену бензиновым ДВС.

Двигатель стирлинга из жестяных банок. У какого двигателя стирлинга лучшая конструкция с максимальным кпд Горячий двигатель стирлинга своими руками

Дело было вечером, делать было нечего 🙂 да и дети давно просили объяснить как работает двигатель, решил объяснить на модели.

Две консервные банки, два вечера по два часа, и вот готов модель двигателя Стирлинга

Если кратко, принцип работы двигателя объясняет следующая картинка:

Принцип работы низкотемпературного двигателя Стирлинга

1 Заготовка

Лучше использовать банку от шпрот которая открывается дергая за язычок, т.к. крышку нам потом придется обратно запаивать, и нам нужен ровный срез.

2) Вытеснитель изготовил из куска поролона, диаметром чуть меньше внутреннего диаметра консервной банки и толщиной примерно половину внутренней высоты консервной банки

3) На крышке делаем 2 отверстия: один по середине под шток вытеснителя второй сбоку под гильзу рабочего поршня. Под гильзу использовал цоколь автомобильной лампочки

Под шток использовал скребку

Собираем конструкцию, запаиваем крышку проверяем на герметичность

Устанавливаем коленвал

И смотрим на результат

В ходе экспериментов первый образец пришел в негодность, после вскрытия обнаружил что выгорел вытеснитель

Но как говориться, на ошибках учатся, постараюсь отремонтировать двигатель учитывая допущенные ошибки. Самое главное было достигнуто, двигатель заработал не смотря на очень грубую сборку.

Во первых для вытеснителя подобрал более термостойкий материал, откопал на балконе туристическую хобу и вырезал новый вытеснитель.

Во вторых шток толкателя решил сделать из более толстого материала, разобрал не исправный cd — привод и снял с него направляющий стержень.

Процесс сборки скорее всего будет долгим в виду отсутствия свободного времени в течении рабочей недели, а вообще мне торопиться некуда, пока буду выкладывать мысли.

3) Коленвал тоже решил сделать из тех же направляющих (если конечно они паяются???)

примерно будет выглядит вот так:

Ну и в качестве маховика, приспособить электродвигатель от привода дисковода, попытаться использовать его как генератор, вот такие вот идеи, посмотрим что получиться…

17.02.2013 модель #2 готова, пока что без генератора, пока что экспериментальным путем добиваемся оптимального шага колена поршня

Вытеснил остальные виды силовых установок, однако, работы, направленные на отказ от использования этих агрегатов, наводят на мысль о скорой смене лидирующих позиций.

С начала технического прогресса, когда использование моторов, сжигающих горючее внутри, только начиналось, не было очевидным их превосходство. Паровая машина, как конкурент, содержит в себе массу преимуществ: наряду с тяговыми параметрами, бесшумная, всеядная, легко управляется и настраивается. Но лёгкость, надёжность и экономичность позволили двигателю внутреннего сгорания взять вверх над паром.

Сегодня во главе угла стоят вопросы экологии, экономичности и безопасности. Это заставляет инженеров бросать силы на серийные агрегаты, работающие за счёт возобновляемых источников топлива. В 16 году девятнадцатого века Роберт Стирлинг зарегистрировал двигатель, работающий от внешних источников тепла. Инженеры считают, что этот агрегат способен сменить современного лидера. Двигатель Стирлинга сочетает экономичность, надёжность, работает тихо, на любом топливе, это делает изделие игроком на автомобильном рынке.

Роберт Стирлинг (1790-1878 года жизни):

История двигателя Стирлинга

Изначально, установку разрабатывали с целью заменить машину, работающую за счёт пара. Котлы паровых механизмов взрывались, при превышении допустимых норм давлением. С этой точки зрения Стирлинг намного безопасней, функционирует, используя температурный перепад.

Принцип работы двигателя Стирлинга в поочередной подаче или отборе тепла у вещества, над которым совершается работа. Само вещество заключено в объём закрытого типа. Роль рабочего вещества выполняют газы, либо жидкости. Встречаются вещества, выполняющие роль двух компонентов, газ преобразовывается в жидкость и наоборот. Жидкопоршневой мотор Стирлинга обладает: небольшими габаритами, мощный, вырабатывает большое давление.

Уменьшение и увеличение объёма газа при охлаждении либо нагреве соответственно, подтверждается законом термодинамики, согласно которого все составляющие: степень нагрева, величина занимаемого пространства веществом, сила, действующая на единицу площади, связаны и описываются формулой:

P*V=n*R*T
  • P – сила действия газа в двигателе на единицу площади;
  • V – количественная величина, занимаемая газом в пространстве двигателя;
  • n – молярное количество газа в двигателе;
  • R – постоянная газа;
  • T – степень нагрева газа в двигателе К,

Модель двигателя Стирлинга:


За счёт неприхотливости установок, двигатели подразделяются: твердотопливные, жидкое горючее, солнечная энергия, химическая реакция и другие виды нагрева.

Цикл

Двигатель внешнего сгорания Стирлинга, использует одноимённую совокупность явлений. Эффект от протекающего действия в механизме высок. Благодаря этому есть возможность сконструировать двигатель с неплохими характеристиками в рамках нормальных габаритов.

Необходимо учитывать, что в конструкции механизма предусмотрен нагреватель, холодильник и регенератор, устройство, отвода тепла от вещества и возвращения тепла, в нужный момент.

Идеальный цикл Стирлинга, (диаграмма «температура-объём»):

Идеальные круговые явления:

  • 1-2 Изменение линейных размеров вещества с постоянной температурой;
  • 2-3 Отвод теплоты от вещества к теплообменнику, пространство, занимаемое веществом постоянно;
  • 3-4 Принудительное сокращение пространства, занимаемого веществом, температура постоянна, тепло отводится охладителю;
  • 4-1 Принудительное увеличение температуры вещества, занимаемое пространство постоянно, тепло подводится от теплообменника.

Идеальный цикл Стирлинга, (диаграмма «давление-объём»):

Из расчёта (моль) вещества:

Подводимое тепло:

Получаемое охладителем тепло:

Теплообменник получает тепло (процесс 2-3), теплообменник отдаёт тепло (процесс 4-1):

R – Универсальная постоянная газа;

СV – способность идеального газа удерживать тепло при неизменной величине занимаемого пространства.

За счёт применения регенератора, часть теплоты остается, в качестве энергии механизма, не меняющейся за проходящие круговые явления. Холодильник получает меньше тепла, таким образом, теплообменник экономит тепло нагревателя. Это увеличивает эффективность установки.

КПД кругового явления:

ɳ =

Примечательно, что без теплообменника совокупность процессов Стирлинга осуществима, но его эффективность будет значительно ниже. Прохождение совокупности процессов задом наперёд ведёт к описанию охлаждающего механизма. В этом случае наличие регенератора, обязательное условие, поскольку при прохождении (3-2) невозможно нагреть вещество от охладителя, температура которого значительно ниже. Так же невозможно отдать тепло нагревателю (1-4), температура которого выше.

Принцип работы двигателя

Что бы понять, как работает двигатель Стирлинга, разберёмся в устройстве и периодичности явлений агрегата. Механизм преобразует тепло, полученное от нагревателя, находящегося за пределами изделия в действие силы на тело. Весь процесс происходит благодаря температурному перепаду, в рабочем веществе, находящемся в закрытом контуре.


Принцип действия механизма базируется на расширении за счёт тепла. Непосредственно до расширения, вещество в замкнутом контуре нагревается. Соответственно, перед тем, как сжаться, вещество охлаждают. Сам цилиндр (1) окутан водяной рубашкой (3), ко дну подается тепло. Поршень, совершающий работу (4) помещен в гильзу и уплотнён кольцами. Между поршнем и дном находится механизм вытеснения (2), имеющий значительные зазоры и свободно перемещающийся. Вещество, находящееся в замкнутом контуре, двигается по объёму камеры за счёт вытеснителя. Перемещение вещества ограничено двумя направлениями: дно поршня, дно цилиндра. Движение вытеснителя обеспечивает шток (5), который проходит через поршень и функционирует за счет эксцентрика с запаздыванием на 90° в сравнении с приводом поршня.

Поршень расположен в крайнем нижнем положении, вещество охлаждается за счет стенок.

Вытеснитель занимает верхнее положение, перемещаясь, пропускает вещество через торцевые щели ко дну, сам охлаждается. Поршень стоит неподвижно.

Вещество получает тепло, под действием тепла увеличивается в объёме и поднимает расширитель с поршнем вверх. Совершается работа, после чего вытеснитель опускается на дно, выталкивая вещество и охлаждаясь.

Поршень опускается вниз, сжимает охлаждённое вещество, выполняется полезная работа. Маховик служит в конструкции аккумулятором энергии.

Рассмотренная модель без регенератора, поэтому КПД механизма не велико. Тепло вещества после совершения работы отводится в охлаждающую жидкость, используя стенки. Температура не успевает снижаться на нужную величину, поэтому время охлаждения продлевается, скорость мотора маленькая.

Виды двигателей

Конструктивно, есть несколько вариантов, использующих принцип Стирлинга, основными видами считаются:


Конструкция применяет два разных поршня, помещенных в различные контуры. Первый контур используется для нагрева, второй контур применяется для охлаждения. Соответственно, каждому поршню принадлежит свой регенератор (горячий и холодный). Устройство обладает хорошим соотношением мощности к объёму. Недостаток в том, что температура горячего регенератора создает конструктивные сложности.

  • Двигатель «β – Стирлинг»:


Конструкция использует один замкнутый контур, с разными температурами на концах (холодный, горячий). В полости расположен поршень с вытеснителем. Вытеснитель делит пространство на холодную и горячую зону. Обмен холодом и теплом происходит путём перекачивания вещества через теплообменник. Конструктивно, теплообменник выполняется в двух вариантах: внешний, совмещённый с вытеснителем.

  • Двигатель «γ – Стирлинг»:


Поршневой механизм предусматривает применение двух замкнутых контуров: холодного и с вытеснителем. Мощность снимается с холодного поршня. Поршень с вытеснителем с одной стороны горячий, с другой стороны холодный. Теплообменник располагается как внутри, так и снаружи конструкции.

Некоторые силовые установки не похожи на основные виды двигателей:

  • Роторный двигатель Стирлинга.


Конструктивно изобретение с двумя роторами на валу. Деталь совершает вращательные движения в замкнутом пространстве цилиндрической формы. Заложен синергетический подход реализации цикла. Корпус содержит радиальные прорези. В углубления вставлены лопасти с определённым профилем. Пластины надеты на ротор и могут двигаться вдоль оси при вращении механизма. Все детали создают меняющиеся объёмы с выполняющимися в них явлениями. Объёмы различных роторов связаны при помощи каналов. Расположение каналов имеют сдвиг в 90° друг к другу. Сдвиг роторов относительно друг друга составляет 180°.

  • Термоакустический двигатель Стирлинга.


Двигатель использует акустический резонанс для проведения процессов. Принцип основан на перемещении вещества между горячей и холодной полостью. Схема уменьшает количество движущихся деталей, сложность в снятии полученной мощности и поддержании резонанса. Конструкция относится к свободнопоршневому виду мотора.

Двигатель Стирлинга своими руками

Сегодня довольно часто в интернет магазине можно встретить сувенирную продукцию, выполненную в виде рассматриваемого двигателя. Конструктивно и технологично механизмы довольно просты, при желании двигатель Стирлинга легко сконструировать своими руками из подручных средств. В интернете можно найти большое количество материалов: видео, чертежи, расчёты и прочая информация на эту тему.

Низкотемпературный двигатель Стирлинга:


  • Рассмотрим самый простой вариант волнового двигателя, для выполнения которого понадобится консервная банка, мягкая полиуретановая пена, диск, болты и канцелярские скрепки. Все эти материалы легко найти дома, осталось выполнение следующих действий:
  • Возьмите мягкую полиуретановую пену, вырежьте на два миллиметра меньшим диаметром от внутреннего диаметра консервной банки круг. Высота пены на два миллиметра больше половины высоты банки. Поролон играет роль вытеснителя в двигателе;
  • Возьмите крышку банки, в средине проделайте дырку, диаметр два миллиметра. Припаяйте к отверстию полый шток, который будет выполнять, роль направляющей для шатуна двигателя;
  • Возьмите круг, вырезанный из пены, вставьте в средину круга винтик и застопорите с двух сторон. К шайбе припаяйте предварительно выпрямленную скрепку;
  • В двух сантиметрах от центра просверлите дырочку, диаметром три миллиметра, проденьте вытеснитель через центральное отверстие крышки, припаяйте крышку к банке;
  • Сделайте из жести небольшой цилиндр, диаметром полтора сантиметра, припаяйте его к крышке банки таким образом, что бы боковое отверстие крышки оказалось чётко по центру внутри цилиндра двигателя;
  • Сделайте коленчатый вал двигателя из скрепки. Расчёт выполняется таким образом, что бы разнос колен был 90°;
  • Изготовьте стойку под коленчатый вал двигателя. Из полиэтиленовой плёнки сделайте упругую перепонку, наденьте плёнку на цилиндр, продавите её, зафиксируйте;


  • Самостоятельно изготовьте шатун двигателя, один конец выпрямленного изделия выгнете в форме кружка, второй конец вставьте в кусочек ластика. Длина подгоняется таким образом, что бы в крайней нижней точке вала перепонка была втянута, в крайней верхней точке, перепонка максимально вытянута. Настройте другой шатун по такому же принципу;
  • Шатун двигателя с резиновым наконечником приклейте к перепонке. Шатун без резинового наконечника закрепите на вытеснителе;
  • Наденьте на кривошипный механизм двигателя маховик из диска. К банке приделайте ножки, чтобы не держать изделие в руках. Высота ножек позволяет разместить под банкой свечку.

После того, как удалось сделать двигатель Стирлинга дома, мотор запускают. Для этого под банку помещают зажженную свечку, а после того, как банка прогрелась, дают толчок маховику.


Рассмотренный вариант установки можно быстро собрать у себя дома, как наглядное пособие. Если задаться целью и желанием сделать двигатель Стирлинга максимально приближённый к заводским аналогам, в свободном доступе есть чертежи всех деталей. Пошаговое выполнение каждого узла позволит создать работающий макет ни чем не хуже коммерческих версий.

Преимущества

Для двигателя Стирлинга характерны такие плюсы:

  • Для работы двигателя необходим температурный перепад, какое топливо вызывает нагрев не важно;
  • Нет необходимости использовать навесное и вспомогательное оборудование, конструкция двигателя простая и надёжная;
  • Ресурс двигателя, благодаря особенностям конструкции, составляет 100000 часов работы;
  • Работа двигателя не создаёт постороннего шума, поскольку отсутствует детонация;
  • Процесс работы двигателя не сопровождается выбросом отработанных веществ;
  • Работа двигателя сопровождается минимальной вибрацией;
  • Процессы в цилиндрах установки экологически безвредны. Использование правильного источника тепла позволяет сделать двигатель «чистым».

Недостатки

К недостаткам двигателя Стирлинга относятся:

  • Трудно наладить серийное производство, поскольку конструктивно двигатель требует использования большого количества материалов;
  • Высокий вес и большие габариты двигателя, поскольку для эффективного охлаждения надо применять большой радиатор;
  • Для повышения эффективности двигатель форсируют, применяя в качестве рабочего тела сложные вещества (водород, гелий), что делает эксплуатацию агрегата опасным;
  • Высокотемпературная стойкость стальных сплавов и их теплопроводность усложняет процесс изготовления двигателя. Значительные потери тепла в теплообменнике снижают эффективность агрегата, а применение специфических материалов делают изготовление двигателя дорогим;
  • Для регулировки и перехода двигателя с режима на режим надо применять специальные устройства управления.

Использование

Двигатель Стирлинга нашел свою нишу и активно применяется там, где габариты и всеядность важный критерий:

  • Двигатель Стирлинг-электрогенератор.

Механизм преобразования тепла в электрическую энергию. Часто встречаются изделия, используемые в качестве портативных туристических генераторов, установки по использованию солнечной энергии.

  • Двигатель, как насос (электрика).

Двигатель применяют для установки в контур отопительных систем, экономя на электрической энергии.

  • Двигатель, как насос (обогреватель).

В странах с тёплым климатом двигатель используют как обогреватель для помещений.

Двигатель Стирлинга на подводной лодке:


  • Двигатель, как насос (охладитель).

Практически все холодильники в своей конструкции применяют тепловые насосы, устанавливая двигатель Стирлинга, экономятся ресурсы.

  • Двигатель, как насос, создающий сверхнизкие степени нагрева.

Устройство применяют в качестве холодильника. Для этого процесс запускают в обратную сторону. Агрегаты сжижают газ, охлаждают измерительные элементы в точных механизмах.

  • Двигатель для подводной техники.

Подводные корабли Швеции и Японии работают благодаря двигателю.

Двигатель Стирлинга в качестве солнечной установки:


  • Двигатель, как аккумулятор энергии.

Топливо в таких агрегатах, расплавы соли, двигатель применяют, как источник энергии. Мотор по запасу энергии опережает химические элементы.

  • Солнечный двигатель.

Преобразуют энергию солнца в электричество. Вещество в данном случае, водород или гелий. Двигатель ставится в фокусе максимальной концентрации энергии солнца, созданного при помощи параболической антенны.

Уже давно наблюдаю за умельцами на данном ресурсе, а когда появилась статья захотелось изготовить его самому. Но как всегда времени не было и я откладывал затею.
Но вот я, наконец, сдал диплом, закончил военную кафедру и появилось оно-время.
Как мне кажется сделать такой двигатель намного проще, чем флешку:)

Первым делом хочу покаяться перед гуру данного сайта, что человек в свои 20 лет занимается такой ерундой, но мне просто захотелось его сделать и это желание нечем не объяснить, надеюсь, следующим моим шагом все же станет флешка.
Итак нам понадобится:
1 Желание.
2 Три жестяных банки.
3 Медная проволока (я нашел сечением 2 мм).
4 Бумага (газета или офисная не важно).
5 Клей канцелярский(ПВА).
6 Супер клей (CYJANOPAN или любой другой в том же духе).
7 Резиновая перчатка или воздушный шарик.
8 Клеммы для электропроводки 3 шт.
9 Пробка от вина 1шт.
10 Немного лески.
11 Инструменты по вкусу.

1- первая банка; 2- вторая; 3- третья; 3-крышка третьей банки; 4- мембрана; 5- вытеснитель; 6- клемма электропроводки; 7- коленвал; 8- жестяная деталька:) 9- шатун; 10- пробка; 11- диск; 12- леска.
Начнем с того, что отрежем у всех трех банок двух банок крышки. Я делал это самодельным дремелем, сперва хотел шилом колоть дырки по кругу и резать ножницами, но вспомнил про чудо аппарат.
Честно говоря, получилось не очень красиво и я нечаянно профрезеровал отверстие в стенке одной из банок, так что она на рабочую емкость уже не годилась (но у меня были еще две и их я сделал более аккуратно).


Далее нам понадобится баночка, которая будет служить формой для вытеснителя (5).
Так как в понедельник базары не работали и все ближние автомагазины были закрыты, а сделать двигатель хотелось, я позволил себе изменить первоначальную конструкцию и сделать вытеснитель из бумаги, а не из стальной ваты.
Для этого я нашел баночку от рыбьего корма, которая наиболее подошла мне по размерам. Размер я выбрал исходя из того что диаметр банки от газировки был 53мм, так что я искал 48-51мм чтобы когда я намотаю бумагу на форму, получилось примерно 1-2мм расстояния между стенкой банки и вытеснителем(5) для прохода воздуха. (банку предварительно обклеил скотчем чтобы клей не приклеился).


Дальше я разметил полоску листа А4 на 70 мм, а остальное порезал на полоски по 50 мм (как в статье). Сколько я намотал таких полосок, честно говоря, не помню, ну пусть будет 4-5 (полоски 50мм х 290мм, количество слоев делал на глаз, чтобы, когда клей схватится, вытеснитель не был мягким). Каждый слой промазывал клеем ПВА.


Потом сделал крышки вытеснителя из 6-ти слоев бумаги (тоже все проклеивал и прижимал круглой ручкой, чтобы выдавить остатки клея и пузыри воздуха) когда приклеил все слои, прижал их сверху книгами, чтобы не выгибались.

Еще я ножницами отрезал дно банки(2) которая была целая, на расстоянии примерно 10мм, так как вытеснитель через верхнее отверстие не проходил. Это и будет наша рабочая емкость .
Вот что в итоге получилось (я не сразу отрезал крышку у банки(3) но это все равно придется сделать чтобы ставить туда свечу).


Дальше на расстоянии примерно 60мм от дна я отрезал и ту банку(3) которая у меня все еще была с крышкой. Это дно нам будет служить топкой .


Потом отрезал дно у второй банки(1) с выпиленной крышкой, тоже на расстоянии 10мм (от дна). И составил все воедино.


Далее мне показалось, что если на мембрану(4) рабочего цилиндра(2) вместо крышки приклеить объект поменьше, то конструкция улучшится и я вырезал из бумаги вот такой образец. В основе квадрат 15х15мм и «ушки» по 10мм каждое. И выкроил из образца детальку(8).


Затем я просверлил в клеммах(6) отверстия диаметром 2,1 или 2,5мм (неважно), после чего я взял проволоку(сечением 2мм) отмерял 150мм это будет наш “коленвал ” (7). И согнул ее по таким размерам: высота колена вытеснителя(5)-20мм высота колена мембраны(4)-5мм. между ними должно быть 90 градусов (неважно в какую сторону). Предварительно надевая клеммы на свои места. Также я сделал шайбочки и прикрепил их клеем, чтобы клеммы не болтались по коленвалу.
Сразу сделать ровно и точно по размерам не получилось, но я переделал заново(скорее для собственного успокоения).


Потом я опять взял проволоку(2мм) и отрезал кусок, примерно 200мм, это будет шатун(9) мембраны(4), продел сквозь него деталь(8) и согнул (будет показано).
Взял банку(1) (ту, что немного дырявая) и проделал в ней отверстия под «коленвал»(7) на расстоянии 30мм от верха (но это не важно). И прорезал смотровое окошко ножницами.


Затем, когда цилиндр вытеснителя(5) высох и окончательно приклеился, я стал приклеивать к нему крышки. Когда приклеил крышки продел свозь него проволоку сечения примерно пол миллиметра, для того чтобы присоединить леску(12).


Далее я выточил из деревянной ручки ось(10) для соединения дисков(11) с коленвалом, но рекомендую использовать пробку от вина.
А теперь самое сложное (как для меня) я вырезал мембрану(4)из медицинских перчаток и приклеил к ней ту самую детальку(8) по центру. Разместил мембрану на рабочем цилиндре(2) и привязал по каемочке ниткой, а когда стал отрезать лишние части мембрана стала вылезать из под нитки (хотя я мембрану не натягивал) и когда она была полностью отрезана я стал ее перетягивать и мембрана слетела полностью.
Я взял супер клей и проклеил торец банки, а потом приклеил уже заново заготовленную мембрану, размещая ее строго по центру, подержал и дождался, пока застынет клей. Затем опять прижал, но на этот раз резинкой, отрезал края, снял резинку и проклеил еще раз (снаружи).
Вот что на тот момент получилось


Далее я проколол иголочкой отверстие в мембране(4) и детальке(8) и продел в них леску(12)(что тоже было не просто).
Ну а когда я собрал все воедино, получилось вот что:


Признаюсь сразу, сначала двигатель не работал, даже больше, мне показалось, что он вообще не будет работать, потому что крутить его (при горящей свечке) приходилось вручную и с довольно большим (как для самостоятельно крутящегося двигателя) усилием. Я совсем раскис и уже стал ругать себя, что сделал вытеснитель из бумаги, что взял не те банки, что допустил ошибку в длинне шатуна(9) или лески вытеснителя(5). Но через час мучений и разочарований окончательно сгорела моя свечка (та что в алюминиевом корпусе) и я взял оставшуюся с Нового Года(та что зеленая на фотке), горела она ЗНАЧИТЕЛЬНО сильнее и о чудо, у меня получилось его завести.
ВЫВОДЫ
1 Из чего сделан вытеснитель значения не имеет, как я вычитал на одном из сайтов «он должен быть легким и не теплопроводящим».
2 Изменение длинны шатуна(9) и длинны лески(12) вытеснителя(5) не имеет значения, как читал на одном из сайтов «главное чтобы вытеснитель во время работы не бился об верх или низ рабочей камеры», поэтому я выставил его примерно посередине. И мембрана в спокойном (холодном) состоянии должна быть ровной, а не вытянутой вниз или вверх.
Видео
Видео с работой двигателя. Я поставил 4 диска, они используются как маховик. При запуске стараюсь поднять вытеснитель в верхнее положение, так как все-таки боюсь, чтобы он не перегревался. Крутится, он должен так: сначала вытеснитель поднимается вверх, а за тем за ним поднимается и мембрана, вытеснитель опускается вниз, и за ним опускается мембрана.

ПС: может если от балансировать то будет и быстрее крутится, но у меня на скорую руку от балансировать не получилось:)

Видео с водяным охлаждением. Оно мало чем помогает в работе, и как видите, не особо ускоряет его вращение, но с таким охлаждением двигателем можно любоваться дольше, не боясь о его перегреве.

А вот примерный чертеж моего прототипа (большого размера):
s016.radikal.ru/i335/1108/3e/a42a0bdb9f32.jpg
Кому будет нужен оригинал(КОМПАС V 12) смогу скинуть на почту.

Возможно, вы спросите меня, зачем же все-таки он нужен и я отвечу. Как и все в нашем стимпанке в основном для души.
Прошу сильно не пинать это моя первая публикация.

Современное автомобилестроение вышло на такой уровень развития, при котором без фундаментальных научных исследований практически невозможно достигнуть кардинальных улучшений в конструкции традиционных моторов внутреннего сгорания. Такая ситуация вынуждает конструкторов обратить внимание на альтернативные проекты силовых установок . Одни инженерные центры сосредоточили свои силы на создании и адаптации к серийному выпуску гибридных и электрических моделей, другие автоконцерны вкладывают средства в разработку двигателей на топливе из возобновляемых источников (например, биодизель на рапсовом масле). Существуют и другие проекты силовых агрегатов, которые в перспективе могут стать новым стандартным движителем для транспортных средств.

Среди возможных источников механической энергии для автомобилей будущего следует назвать двигатель внешнего сгорания, который был изобретен в середине XIX века шотландцем Робертом Стирлингом в качестве тепловой расширительной машины.

Схема работы

Двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию, подводимую извне, в полезную механическую работу за счет изменения температуры рабочего тела (газа или жидкости), циркулирующего в замкнутом объеме.

В общем виде схема работы устройства выглядит следующим образом: в нижней части двигателя рабочее вещество (например, воздух) нагревается и, увеличиваясь в объеме, выталкивает поршень вверх. Горячий воздух проникает в верхнюю часть мотора, где охлаждается радиатором. Давление рабочего тела снижается, поршень опускается для следующего цикла. При этом система герметична и рабочее вещество не расходуется, а только перемещается внутри цилиндра.

Существует несколько вариантов конструкции силовых агрегатов, использующих принцип Стирлинга.

Стирлинг модификации «Альфа»

Двигатель состоит из двух раздельных силовых поршней (горячего и холодного), каждый из которых находится в своем цилиндре. К цилиндру с горячим поршнем подводится тепло, а холодный цилиндр расположен в охлаждающем теплообменнике.

Стирлинг модификации «Бета»

Цилиндр, в котором находится поршень, нагревается с одной стороны и охлаждается с противоположного конца. В цилиндре двигается силовой поршень и вытеснитель, предназначенный для изменения объема рабочего газа. Обратное перемещение остывшего рабочего вещества в горячую полость двигателя выполняет регенератор.

Стирлинг модификации «Гамма»

Конструкция состоит из двух цилиндров. Первый – полностью холодный, в котором движется силовой поршень, а второй, горячий с одной стороны и холодный с другой, служит для перемещения вытеснителя. Регенератор для циркуляции холодного газа может быть общим для обоих цилиндров или входить в конструкцию вытеснителя.

Преимущества двигателя Стирлинга

Как и большинство моторов внешнего сгорания, Стирлингу присуща многотопливность : двигатель работает от перепада температуры, независимо от причин его вызвавших.

Интересный факт! Однажды была продемонстрирована установка, которая функционировала на двадцати вариантах топлива. Без остановки двигателя во внешнюю камеру сгорания подавались бензин, дизельное топливо, метан, сырая нефть и растительное масло – силовой агрегат продолжал устойчиво работать.

Двигатель обладает простотой конструкции и не требует дополнительных систем и навесного оборудования (ГРМ, стартер, коробка передач).

Особенности устройства гарантируют длительный эксплуатационный ресурс: более ста тысяч часов непрерывной работы.

Двигатель Стирлинга бесшумен , так как в цилиндрах не происходит детонация и отсутствует необходимость вывода отработанных газов. Модификация «Бета», оснащенная ромбическим кривошипно-шатунным механизмом, является идеально сбалансированной системой, которая в процессе работы не имеет вибраций.

В цилиндрах двигателя не происходят процессы, которые могут оказать негативное воздействие на окружающую среду. При выборе подходящего источника тепла (например, солнечная энергия) Стирлинг может быть абсолютно экологически чистым силовым агрегатом.

Недостатки конструкции Стирлинга

При всем наборе положительных свойств немедленное массовое применение двигателей Стирлинга невозможно по следующим причинам:

Основная проблема заключается в материалоемкости конструкции. Охлаждение рабочего тела требует наличия радиаторов большого объема, что существенно увеличивает размеры и металлоемкость изготовления установки.

Нынешний технологический уровень позволит двигателю Стирлинга сравниться по характеристикам с современными бензиновыми моторами только за счет применения сложных видов рабочего тела (гелий или водород), находящихся под давлением более ста атмосфер. Этот факт вызывает серьезные вопросы как в области материаловедения, так и обеспечения безопасности пользователей.

Немаловажная эксплуатационная проблема связана с вопросами теплопроводности и температурной стойкости металлов. Тепло подводится к рабочему объему через теплообменники, что приводит к неизбежным потерям. Кроме того, теплообменник должен быть изготовлен из термостойких металлов, устойчивых к высокому давлению. Подходящие материалы очень дороги и сложны в обработке.

Принципы изменения режимов двигателя Стирлинга также кардинально отличаются от традиционных, что требует разработки специальных управляющих устройств. Так, для изменения мощности необходимо изменить давление в цилиндрах, угол фаз между вытеснителем и силовым поршнем или повлиять на емкость полости с рабочим телом.

Один из способов управления скоростью вращения вала на модели двигателя Стирлинга можно увидеть на следующем видео:

Коэффициент полезного действия

В теоретических расчетах эффективность двигателя Стирлинга зависит от разницы температур рабочего тела и может достигать 70% и более в соответствии с циклом Карно.

Однако первые реализованные в металле образцы обладали крайне невысоким КПД по следующим причинам:

  • неэффективные варианты теплоносителя (рабочего тела), ограничивающие максимальную температуру нагрева;
  • потери энергии на трение деталей и теплопроводность корпуса двигателя;
  • отсутствие конструкционных материалов, устойчивых к высокому давлению.

Инженерные решения постоянно совершенствовали устройство силового агрегата. Так, во второй половине XX века четырехцилиндровый автомобильный двигатель Стирлинга с ромбическим приводом показал на испытаниях КПД равный 35% на водном теплоносителе с температурой 55 °C.Тщательная проработка конструкции, применение новых материалов и доводка рабочих узлов обеспечили КПД экспериментальных образцов в 39%.

Примечание! Современные бензиновые двигатели аналогичной мощности обладают коэффициентом полезного действия на уровне 28-30%, а турбированные дизели в пределах 32-35%.

Современные образцы двигателя Стирлинга, такие как созданный американской компанией Mechanical Technology Inc, демонстрируют эффективность до 43,5%. А с освоением выпуска жаропрочной керамики и аналогичных инновационных материалов появится возможность значительного повышения температуры рабочей среды и достижения КПД в 60%.

Примеры успешной реализации автомобильных Стирлингов

Несмотря на все сложности, известно немало работоспособных моделей двигателя Стирлинга, применимых для автомобилестроения.

Заинтересованность в Стирлинге, подходящем для установки в автомобиль, появилась в 50-е годы XX века. Работу в данном направлении вели такие концерны, как Ford Motor Company, Volkswagen Group и другие.

Компания UNITED STIRLING (Швеция) разработала Стирлинг, в котором максимально использовались серийные узлы и агрегаты, выпускаемые автопроизводителями (коленчатый вал, шатуны). Получившийся в результате четырехцилиндровый V-образный мотор обладал удельной массой 2,4 кг/кВт, что сравнимо с характеристиками компактного дизеля. Данный агрегат был успешно опробован в качестве силовой установки семитонного грузового фургона.

Одним из успешных образцов является четырехцилиндровый двигатель Стирлинга нидерландского производства модели «Philips 4-125DA», предназначавшийся для установки на легковой автомобиль. Мотор имел рабочую мощность 173 л. с. в размерах, аналогичных классическому бензиновому агрегату.

Значительных результатов добились инженеры компании General Motors, построив в 70-х годах восьмицилиндровый (4 рабочих и 4 компрессионных цилиндра) V-образный двигатель Стирлинга со стандартным кривошипно-шатунным механизмом.

Аналогичной силовой установкой в1972 году оснащалась ограниченная серия автомобилей Ford Torino , расход топлива у которой снизился на 25% по сравнению с классической бензиновой V-образной восьмеркой.

В настоящее время более полусотни зарубежных компаний ведут работы по совершенствованию конструкции двигателя Стирлинга в целях его адаптации к массовому выпуску для нужд автомобилестроения. И если удастся устранить недостатки данного типа двигателей, в то же время сохранив его преимущества, то именно Стирлинг, а не турбины и электромоторы, придет на смену бензиновым ДВС.

В которой рабочее тело (газообразное или жидкое) двигается в замкнутом объёме, по сути это разновидность двигателя внешнего сгорания. Этот механизм основан на принципе периодического нагрева и охлаждения рабочего тела. Извлечение энергии происходит из возникающего объема рабочего тела. Двигатель Стирлинга работает не только от энергии сгорающего топлива, но и от практически любого источника Запатентован этот механизм шотландцем Робертом Стирлингом в 1816 году.

Описанный механизм, несмотря на невысокий КПД, имеет ряд преимуществ, в первую очередь это простота и неприхотливость. Благодаря этому многие конструкторы-любители совершают попытки собрать двигатель Стирлинга своими руками. Некоторым это удается, а некоторым нет.

В этой статье мы рассмотрим, Стирлинга своими руками из подручных материалов. Нам понадобятся следующие заготовки и инструменты: консервная банка (можно из-под шпрот), листовая жесть, канцелярские скрепки, поролон, резинка, пакет, кусачки, плоскогубцы, ножницы, паяльник,

Теперь приступим к сборке. Вот подробная инструкция к тому, как сделать двигатель Стирлинга своими руками. Сначала необходимо вымыть банку, зачистить наждачной бумагой края. Вырезаем из листовой жести круг таким образом, чтобы он лег на внутренние края банки. Определяем центр (для этого воспользуемся штангенциркулем или линейкой), делаем ножницами отверстие. Далее берем медную проволоку и канцелярскую скрепку, выпрямляем скрепку, на конце делаем кольцо. Наматываем на скрепку проволоку – четыре плотных витка. Далее паяльником пролудим полученную спираль небольшим количеством припоя. Потом необходимо аккуратно спираль припаять к отверстию в крышке таким образом, чтобы шток получился перпендикулярным крышке. Скрепка должна двигаться свободно.

После этого необходимо сделать в крышке сообщающееся отверстие. Из поролона делаем вытеснитель. Его диаметр должен быть немного меньше диаметра банки, но при этом не должно быть большого зазора. Высота вытеснителя – немногим больше половины банки. Вырезаем в поролоне по центру отверстие для втулки, последнюю можно изготовить из резины или пробки. Вставляем в полученную втулку шток и все заклеиваем. Вытеснитель необходимо размещать параллельно крышке, это важное условие. Далее остается закрыть банку и запаять края. Шов должен быть герметичным. Теперь приступаем к изготовлению рабочего цилиндра. Для этого вырезаем из жести полосу длиной 60 мм и шириной 25 мм, загибаем плоскогубцами край на 2 мм. Формируем гильзу, после этого спаиваем край, далее необходимо припаять гильзу к крышке (над отверстием).

Теперь можно приступить к изготовлению мембраны. Для этого отрезаем от пакета кусок пленки, немного продавливаем его пальцем внутрь, резинкой прижимаем края. Далее необходимо проверить правильность сборки. Нагреваем на огне дно банки, тянем за шток. В результате мембрана должна выгибаться наружу, а если шток отпустить, вытеснитель под собственным весом должен опуститься, соответственно, мембрана возвращается на место. В том случае, если вытеснитель сделан неправильно или пайка банки не герметична, шток не вернется на место. После этого делаем коленвал и стойки (разнос кривошипов должен составить 90 градусов). Высота кривошипов должна составлять 7 мм, а вытеснителей 5 мм. Длина шатунов определена положением коленвала. Конец кривошипа вставляется в пробку. Вот мы и рассмотрели, как собрать двигатель Стирлинга своими руками.

Такой механизм будет работать от обычной свечки. Если прикрепить к маховику магниты и взять катушку аквариумного компрессора, то такое устройство способно заменить простой электродвигатель. Своими руками, как вы видите, сделать такой прибор совсем не сложно. Было бы желание.

Как работают двигатели Стирлинга?

Как работают двигатели Стирлинга? – Объясните этот материал Реклама

Двигатели питают наш мир с Промышленная революция: сначала грязные паровые машины, работающие на угле, затем более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время реактивные двигатели в самолетах. Основная концепция двигателя — то, что использует разницу между высокой температурой и низкой один — не изменился за пару сотен лет, хотя иногда люди все же придумывают небольшие улучшения, которые сделать процесс немного быстрее или эффективнее.Один двигатель вы возможно, много слышал о недавно двигатель Стирлинга, что немного похоже на паровой двигатель, который не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и рециркулирует один и тот же воздух или газ снова и снова. снова и снова, чтобы произвести полезную мощность, которая может управлять машиной. В команде Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям двигатели Стирлинга кажутся передовыми технологиями, но на самом деле они с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Двигатели Стирлинга становятся все более популярными для запряжки Возобновляемая энергия.На этом фото вы можете увидеть массив зеркал концентрируя солнечное тепло на двигателе Стирлинга, который вырабатывает электричество. Двигатель Стирлинга установлен на крайнем правом рычаге. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Что такое двигатель?

Двигатели, приводящие в движение транспортные средства или заводские машины являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще) для высвобождения тепловая энергия, которая используется для производства газ расширится и остынет, нажми на поршень, крутить руль и водить машину.Двигатели бывают двух основных типов: двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят топливо в одном месте и производить энергию в другой части та же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели) сжигать топливо и производить мощность точно в одном месте (в автомобиле все происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Оба типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем остыть. Чем больше разница температур (между газом при самое горячее и самое холодное), тем лучше работает двигатель.Теория того, как работа двигателя основана на науке термодинамики (буквально «как движется тепло») и на теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются. газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде чем мы узнаем, что в этом такого хорошего Двигатели Стирлинга, это поможет, если мы узнаем, что так плохо Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает воды, пока она не закипит и не сделает пар. Пар идет по трубе в цилиндр через открытый впускной клапан, где он толкает поршень и водит колесо.Затем впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный ненужный пар через выйти и прочь вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Фото: Паровые двигатели, такие как в этом локомотиве, являются примерами двигателей внешнего сгорания. Огонь, дающий энергию при сгорании (1), находится снаружи (вне) цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3).Между ними есть котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который приводит в движение колеса с кривошипом (5) и приводит в движение поезд (6). Паровая и тепловая энергия постоянно выбрасывается из дымовой трубы (7), что делает этот способ приведения в действие движущейся машины особенно неэффективным и неудобным. Но это было нормально в те дни, когда угля было много и никто особо не заботился о том, чтобы навредить планете.

Много проблем с паром двигателей, но вот четыре наиболее очевидных.Во-первых, котел из-за чего пар работает под высоким давлением и существует риск что он может взорваться (взрывы котлов были серьезной проблемой с очень ранними паровыми двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется, получая тепло от один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, еще достаточно горячий, поэтому он содержит потраченную впустую энергию. В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из цилиндр каждый раз, когда поршень толкает, двигатель должен потреблять огромные количества воды, а также топлива.(Вот почему паровозы имеют продолжать останавливаться у цистерн с водой на обочине пути.)

Рекламные ссылки

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, преодолевающий эти проблемы? Предположим, мы избавились от котла (что решило бы опасность взрыва) и использовать тепло от огня для питания двигатель напрямую. Тогда вместо использования пара для перемещения тепловой энергии от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к огонь и использовать обычный воздух (или какой-либо другой простой газ) для перемещения тепла энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда называется двигатели горячего воздуха .) Если мы запечатаем этот воздух в закрытой трубе, то один и тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию от огня и выпуская его в цилиндр, решаем проблему двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды. Наконец, почему бы и нет добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы горячий воздух проходил обратно и далее, его энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в повысить общую эффективность. Это основные способы, которыми Двигатель Стирлинга совершенствует паровой двигатель.Вы будете иногда видеть Двигатели Стирлинга, описываемые как «замкнутый цикл с рекуперацией тепла». двигатели», что является очень кратким способом выразить то, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют герметичный объем газа для возврата тепла и вперед, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они использовать теплообменники для сохранения части тепла, которое в противном случае теряться при каждом цикле (бесполезно взорваться в дымовую трубу, как в паровой машине).

Простой или сложный?

Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты.Если это правда, то это так же верно, как и великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но богаче, сложнее и потенциально очень запутанно, пока вы действительно не разберетесь с ними. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube. показать, как легко их «объяснить» очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто построив его или наблюдая за его работой снаружи: вам нужно хорошо подумать о цикле шагов, который он проходит, что происходит с газом внутри и чем он отличается. от того, что происходит в обычной паровой машине.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала рассмотрев содержащиеся в нем части, затем подумав, что они делают, и, наконец, взглянув на более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: Небольшие, компактные двигатели Стирлинга, подобные этому, могут работать от крошечного разницы в тепле — даже когда человек отдыхает на чьих-то руках и убегает от содержащегося в них тепла. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Каковы основные части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как вытесняющий (или рабочий объем) двигатель Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга).Вот ключевые части:

Источник тепла

Источником тепла двигатель получает всю свою энергию, и это может быть что угодно, например, уголь. огонь солнечному зеркалу, концентрирующему тепло Солнца (как на нашем верхнем фото). Хотя двигатели Стирлинга называются двигателями внешнего сгорания, они не должны вообще использовать горение (фактическое сжигание топлива): они просто нужна разница температур между источником тепла (откуда поступает энергия) и радиатор (куда она попадает).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга теплом от чашки кофе, теплую чью-то ладонь или даже (к полному изумлению многих) кубик льда: энергия, вырабатываемая двигателем, исходит от любой разницы температур между источником тепла и источником тепла. раковина. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, работающим на что-то вроде чашки кофе, просто потому, что она содержит относительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Работа: Основные детали вытеснительного двигателя Стирлинга.

Газ

Внутри машины постоянно находится газ в закрытом цилиндре. Это может быть обычный воздух, водород, гелий или другое легкодоступное вещество, остается газом, поскольку он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющаяся серия операций, через которые он проходит). Его единственное назначение – перемещение тепловой энергии от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, приводящий в движение машину, а затем снова вернуться к набери еще.Газ, перемещающий тепло, иногда называют рабочим телом.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом к источнику тепла. Обычно это какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который выбрасывает отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что все они имеют два поршня — это один. из более очевидных вещей, которые отличают их от других двигателей.В общей конструкции, называемой двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, там два одинаковых поршня и цилиндра и газовые челноки сзади и далее между ними, нагреваясь и расширяясь, затем охлаждаясь и сжимаясь, прежде чем цикл повторяется.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой двигателем Стирлинга с рабочим объемом (или бета-версией), имеется один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (окрашен зеленым), задачей которого является перемещение газа между источником тепла и радиатором. В отличие от обычного поршня в паровой машине, вытеснитель подходит очень свободно (с небольшим свободным пространством между поршнем). край поршня и стенка цилиндра), и газ обтекает его снаружи, когда он движется вперед и назад.Также имеется рабочий поршень (окрашен в темно-синий цвет), который плотно входит в цилиндр и превращает расширение газа в полезную работу, приводящую в движение независимо от того, работает ли двигатель. В более крупных двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелое маховик прикреплен к сборке импульс и обеспечить бесперебойную работу машины. Рабочий поршень и поршень вытеснителя постоянно движутся, но они не совпадают (одна четверть периода или 90 ° не совпадают по фазе) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень вытеснителя всегда находится на одну четверть цикла (90°) впереди рабочего поршня.

Теплообменник

Теплообменник, также известный как регенератор, находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла. на котором держится регенератор. Когда газ движется назад, он снова забирает это тепло. Без регенератора это тепло было бы потеряно. в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга иметь несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Вкратце

Подобно паровому двигателю или автомобильному двигателю внутреннего сгорания, Стирлинг двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя ряд основных операций, известный как его цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга вытеснительного типа. На самом деле это довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит вот что. газ внутри попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках движется от горячей стороны цилиндра к холодной и обратно.Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию расширения газа для привода машины, которую приводит в действие двигатель, а затем сжимать газ, чтобы цикл мог повториться. Работа зеленого поршня вытеснителя заключается в перемещении газа с горячей стороны цилиндра (слева) на холодную сторону (справа) и обратно. Работая вместе, два поршня обеспечивают многократное перемещение тепловой энергии от источника к приемнику и ее преобразование в полезную механическую работу.

Подробно

  1. Охлаждение и сжатие: Большая часть газа (показана синими квадратами) заканчивается справа на более холодном конце цилиндра.По мере того как он охлаждается и сжимается, отдавая часть своего тепла, которое отводится радиатором, оба поршня движутся внутрь (к центру).
  2. Перенос и регенерация: Поршень вытеснителя перемещается вправо, а охлажденный газ движется вокруг него в более горячую часть цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, поскольку он проходит обратно через регенератор (теплообменник), чтобы забрать часть тепла, которое он ранее выделил.
  3. Нагрев и расширение: большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра.Он нагревается от огня (или другого источника тепла), поэтому его давление повышается, и он расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и все, что приводит в действие двигатель. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (и совершает работу).
  4. Перенос и охлаждение: поршень вытеснителя перемещается влево, а горячий газ движется вокруг него в более холодную часть цилиндра справа. Объем газа остается постоянным при прохождении через регенератор (теплообменник), отдавая по пути часть своей энергии.Теперь цикл завершен и готов повториться.

Хотя двигатель проходит цикл, возвращаясь к тому, с чего начал, это несимметричный процесс: энергия постоянно удаляется от источника и накапливается в приемнике. Это происходит потому, что горячий газ совершает определенное количество работы поршня при его расширении, но поршень совершает меньшую работу по сжатию охлажденного газа и возвращению его в исходное положение.

Теоретически

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, когда простой паровой двигатель может обойтись только одним? Зачем все эти отдельные ступени? Почему бы не сделать все это проще?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам нужно понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с газовыми законами (основными законами классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа относятся к).Самый известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (с сохранением тепла) расширения, за которым следует изотермическое и адиабатическое сжатие.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

  1. Изотермическое (постоянная температура) сжатие: наша стадия (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается по мере того, как он отдает тепло стоку.
  2. Изоволюметрический (постоянный объем) нагрев: наша стадия (2) выше, на которой объем газа остается постоянным, когда он проходит обратно через регенератор и восстанавливает часть своего прежнего тепла.
  3. Изотермическое (постоянная температура) расширение: наша стадия (3) выше, на которой газ поглощает энергию источника, его объем увеличивается, а давление уменьшается, а температура остается постоянной.
  4. Изоволюметрическое (постоянного объема) охлаждение: вышеприведенная стадия (4), на которой объем газа остается постоянным при его прохождении через регенератор и охлаждении.

Реальный двигатель Стирлинга работает по более сложной, менее идеальной версии этого цикла, которая выходит за рамки этой статьи. Достаточно просто отметить, что четыре этапа не разделены жестко, а сливаются друг с другом. Если вам интересно, об этом гораздо больше написано в статье Википедии о цикле Стирлинга.

Некоторые альтернативные анимации

  • В Википедии есть еще одна анимация бета-версии двигателя Стирлинга (хоть и красиво нарисовано, за этим трудно уследить, потому что отдельные этапы не объясняются рядом).
  • MIT также имеет приятную небольшую анимацию, но сопровождающее объяснение довольно минимально.
  • Лучший из всех: отличная анимация и объяснение на Animated Engines, превосходный веб-сайт со множеством четких и понятных страниц о всевозможных других движках, которые стоит изучить. Мне нравится, что все двигатели нарисованы в одном и том же простом стиле, поэтому их легко сравнить.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: Хотя инженеры пытались оснастить автомобили двигателями Стирлинга, эксперименты были не такими успешными.Двигателю Стирлинга требуется время, чтобы набрать скорость. не справляется с остановкой и запуском, что делает его менее подходящим для питания автомобиля чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс на этом фронте: будущие автомобили, скорее всего, будут оснащены электродвигателями или топливными элементами. Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Двигатели Стирлинга лучше всего работают в машинах, которым требуется непрерывно производить энергию, используя разницу между чем-либо горячее и что-то холодное.Они идеально подходят для солнечных электростанций, где солнечное тепло играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и высокоэффективные комбинированные теплоэлектростанции (ТЭЦ), которые должны производить стабильные поставки электроэнергии. Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга. используя их в качестве основы для компактного, домашнего электроснабжения генератор под названием Beacon 10, размером примерно с бытовую стиральную машину.

В обычном двигателе Стирлинга вы нагреваете до горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора).Как только электродвигатели можно использовать в качестве генераторов в обратном направлении, так что можно поставить энергию в двигатель Стирлинга и запустить его в обратном направлении, эффективно отвод тепла от радиатора и выброс его в источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криоохладитель». эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в сверхпроводимость и электронные исследования.

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Фото: Чистые, экологичные, безопасные, эффективные и компактные двигатели Стирлинга преимущества.Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за замкнутый цикл и регенеративный теплообменник). У них нет котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в снабжении водой и не имеют сложную систему открывания и закрывания клапанов, двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише паровых двигателей, и потому что они не обязательно включают сжигание топлива, могут быть намного чище.В отличие от паровых двигателей, которые обычно сжигают уголь для кипячения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов разное топливо.

С другой стороны, двигатели Стирлинга не запускаются мгновенно (это требуется время, чтобы важнейший теплообменник прогрелся, а маховик разгоняются) и они не так хорошо работают в режиме стоп-старт (в отличие от двигателей внутреннего сгорания двигатели). Им также нужны большие радиаторы, способные отводить отработанное тепло. что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Artwork: эта иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года). напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложный.Два больших чугунные “воздушные сосуды” слева горячие внизу и холодные вверху (источник тепла и радиатор), и поршни вытеснителя перемещаются внутри них вперед и назад. Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик. Работа из книги «История и прогресс парового двигателя» Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832 г., стр. 667.

Неудивительно, что Стерлинг двигатели были изобретены шотландским священником по имени Роберт Стирлингом в 1816 году. Он надеялся создать двигатель, который был бы более безопасным и эффективнее паровых двигателей, разработанных около века назад Томасом Ньюкоменом (и позже улучшенным Джеймс Уотт и др.).Появление двигателей внутреннего сгорания (бензиновых и дизельных двигателей) Двигатели Стирлинга отошли на второй план, хотя они были заново открыты Компания Philips в середине 20 века. Совсем недавно они становятся популярными в солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии. энергии, где ценится их более высокая эффективность. Технология получил еще один импульс в 1980-х, когда Иво Колин из Загребского университета и Джеймс Сенфт из Висконсинского университета разработали новую, очень компактная конструкция двигателя Стирлинга, который может производить мощность с небольшими различиями между источник тепла и поглотитель.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Артикул

Новости
  • Металлический порошок: новое безуглеродное топливо? Александр Хеллеманс, IEEE Spectrum, 16 декабря 2015 г. Как двигатели Стирлинга (приводимые в действие металлическими топливо) может сыграть свою роль в чистом, зеленом будущем.
  • Дин Кеймен думает, что его новый двигатель Стирлинга избавит вас от сети менее чем за 10 тысяч долларов, Кристофер Хелман. Forbes, 2 июля 2014 г. Краткое введение в генератор Камена Beacon 10.
  • Новый ядерный двигатель может использоваться для исследования дальнего космоса Адама Манна. Wired, 27 ноября 2012 г. НАСА исследует ядерный двигатель Стирлинга, который может питать космические зонды в местах, где солнечный свет (и солнечная энергия) недоступен.
  • Ford Motors испытывает потенциальный двигатель будущего, Ричард Уиткин. The New York Times, 3 ноября 1975 г. Отчет из архива Times о первых испытаниях Форда двигателей Стирлинга.
  • Империя вне сети автора Салли Ади. IEEE Spectrum, 31 июля 2009 г.Как двигатели Стирлинга и возобновляемые технологии помогают Дину Кеймену жить автономно на собственном острове.
Более академический
  • Двигатель Стирлинга Грэма Уокера, Scientific American, Vol. 229, № 2 (август 1973 г.), стр. 80–87. Хорошие иллюстрации различных конфигураций Стирлинга, включая Ванкеля, Ринии и другие варианты.
  • Двигатель Стирлинга: «Циклическая жизнь» старой технологии Райнхольда Бауэра, Icon, Vol. 15 (2009), стр.108–118. Почему двигатели Стирлинга так и не стали коммерчески популярными? Теперь перспективы для них лучше?

Книги

Двигатели Стирлинга
Термодинамика двигателя
  • Двигатели: введение Джона Лиска Ламли. Cambridge University Press, 1999. Хотя здесь основное внимание уделяется двигателям внутреннего сгорания, это будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
  • Термодинамика для чайников, Майк Паукен.Джон Уайли и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение к таким вещам, как двигатели.

Видео

  • Пример двигателя Стирлинга: 2-минутная демонстрация настоящей бета-версии двигателя Стирлинга, подобной той, что показана в моей анимации вверху.
  • Двигатель Стирлинга: разборка: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает вам, что внутри. Это видео станет еще более понятным, если вы поймете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Двигатель Стирлинга

для питания воздушного компрессора/насоса для Бабингтона

Я занимаюсь сборкой своего первого Бабингтона, и меня интересует количество электроэнергии, потребляемой компрессором/масляным насосом. Я также немного читал о двигателях Стирлинга и задавался вопросом, есть ли дешевый двигатель, который был бы достаточно мощным, чтобы напрямую управлять насосом и компрессором.Кто-нибудь что-нибудь знает о двигателях Стирлинга? Я слышал о них, но не знал, как они работают, пока не посмотрел вчера вечером на сайте howstuffworks.com! Я также изрядно поискал в Интернете, чтобы узнать, где я могу купить его и сколько он может стоить, но в основном все, что я мог найти, это проекты в стадии разработки и небольшие движки «кофейной чашки», которые, казалось, мало что могли. больше, чем демонстрация принципа. Сказав, что один из этих блоков будет развивать достаточную мощность для привода насоса и компрессора? (Полагаю, что нет, но что я знаю?)

Я сам обдумывал то же самое и, вероятно, сейчас нахожусь примерно на той же стадии сборки, что и вы.Я не могу сказать о количестве электричества, которое потребуется компрессору. На самом деле у меня есть небольшой воздушный баллон (размером примерно с баллон с пропаном для гриля), который я вставил. Он достаточно безопасен до 100 фунтов на квадратный дюйм. Учитывая небольшой объем воздуха, необходимого для Бабингтона, я полагаю, что его хватит на долгое время, прежде чем мне понадобится пополнить его с помощью магазинного компрессора. Мне также интересно, может ли компрессор, предназначенный для Бабингтона, быть неэффективным, учитывая небольшой объем необходимого воздуха. Я полагаю, что компрессор по требованию с накопительным баком может быть немного более эффективным, чем специальный постоянно включенный компрессор.Тем не менее, это, вероятно, будет иметь высокое потребление тока, и может быть больше, чем может выдержать фунт стерлингов. Во всяком случае, это мои мысли по этому поводу, я еще не закончил ни одного из них. Я думаю, что добавлю это в свои исследовательские идеи и отследю, чтобы увидеть, как сравниваются различные настройки!

Что касается масляного насоса, я не думаю, что для потока масла, необходимого Бабингтону, потребуется большой насос. Из того, что я узнал из этого списка рассылки (я просмотрел весь архив), скорости потока около 1 галлона в минуту должно быть достаточно.Мне все еще не хватает кофе, поэтому я не осмеливаюсь прикинуть, сколько энергии потребуется для поддержания этого потока через медную топливную магистраль диаметром 1/8″, какой бы подъемной силы ни требовалось, но я не могу себе представить, что это будет быть очень много. Кажется, я помню, как читал о некоторых людях, использующих термоэлектрические генераторы (например, узел Пельтье, но для выработки электричества из тепла/охлаждения, а не тепла/охлаждения из электричества) на своей трубке горелки для производства электроэнергии для насоса. Быстрый поиск, и я нашел некоторые спецификации, показывающие, что некоторые из них будут производить около 0.2… должен хорошо монтироваться вдоль трубы горелки. Цены на эти точные модули не упоминаются, но список модулей, которые имеют цены, варьируется от 9,00 до 24,00 долларов США за 5-10 штук. Конечно, у них также есть минимальный заказ в размере 100 долларов США. пф… Я уверен, что мы можем найти другого поставщика или аналогичную деталь от другого производителя, если мы будем искать достаточно тщательно.

Одно из преимуществ двигателей Стирлинга заключается в том, что они часто имеют неиспользуемые стороны поршней, которые можно использовать непосредственно для операций перекачивания жидкости.У меня есть проект небольшого двигателя мощностью около 20 Вт, который должен быть способен генерировать достаточное насосное действие непосредственно для перекачки масла и сжатия воздуха для горелки. Джон Арчибальд должен знать, сколько CFM и фунтов на квадратный дюйм требуется для распылителя, чтобы он работал. Было бы неэффективно вырабатывать электроэнергию, а затем преобразовывать ее обратно для привода насоса и компрессора, когда эти механические функции выполняются на Стирлинге почти бесплатно. Двигатель был разработан мной и гуру Стирлинга Роем Дарлингтоном, и Рой построил его несколько лет назад.Однажды мы приступим к созданию планов, чтобы другие могли их построить. Для сравнения, циркуляционный водяной насос, используемый в большинстве (европейских) систем центрального отопления, имеет мощность около 50 Вт. Несколько ватт могут произвести много пампинга. У меня есть перистальтический насос на 12 В, который может перекачивать галлоны воды в день примерно на 5 Вт.

%PDF-1.6 % 559 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 559 182 0000000016 00000 н 0000007020 00000 н 0000007153 00000 н 0000007332 00000 н 0000007375 00000 н 0000007524 00000 н 0000007729 00000 н 0000007755 00000 н 0000008456 00000 н 0000009380 00000 н 0000010566 00000 н 0000010805 00000 н 0000217672 00000 н 0000217819 00000 н 0000218321 00000 н 0000218821 00000 н 0000219327 00000 н 0000219363 00000 н 0000219629 00000 н 0000220025 00000 н 0000220090 00000 н 0000220154 00000 н 0000220853 00000 н 0000221407 00000 н 0000221967 00000 н 0000222560 00000 н 0000223137 00000 н 0000223730 00000 н 0000224271 00000 н 0000224947 00000 н 0000227419 00000 н 0000231108 00000 н 0000231631 00000 н 0000234301 00000 н 0000236337 00000 н 0000236596 00000 н 0000236652 00000 н 0000236778 00000 н 0000236911 00000 н 0000237005 00000 н 0000237137 00000 н 0000237288 00000 н 0000237382 00000 н 0000237481 00000 н 0000237618 00000 н 0000237717 00000 н 0000237802 00000 н 0000237954 00000 н 0000238067 00000 н 0000238171 00000 н 0000238316 00000 н 0000238425 00000 н 0000238559 00000 н 0000238705 00000 н 0000238826 00000 н 0000238925 00000 н 0000239053 00000 н 0000239214 00000 н 0000239312 00000 н 0000239401 00000 н 0000239505 00000 н 0000239606 00000 н 0000239707 00000 н 0000239815 00000 н 0000239927 00000 н 0000240054 00000 н 0000240160 00000 н 0000240261 00000 н 0000240368 00000 н 0000240478 00000 н 0000240589 00000 н 0000240742 00000 н 0000240823 00000 н 0000240932 00000 н 0000241041 00000 н 0000241149 00000 н 0000241247 00000 н 0000241365 00000 н 0000241464 00000 н 0000241580 00000 н 0000241688 00000 н 0000241802 00000 н 0000241896 00000 н 0000241988 00000 н 0000242121 00000 н 0000242215 00000 н 0000242308 00000 н 0000242437 00000 н 0000242532 00000 н 0000242624 00000 н 0000242782 00000 н 0000242876 00000 н 0000242968 00000 н 0000243107 00000 н 0000243201 00000 н 0000243293 00000 н 0000243432 00000 н 0000243527 00000 н 0000243619 00000 н 0000243769 00000 н 0000243864 00000 н 0000243956 00000 н 0000244107 00000 н 0000244202 00000 н 0000244295 00000 н 0000244449 00000 н 0000244543 00000 н 0000244635 00000 н 0000244783 00000 н 0000244878 00000 н 0000244971 00000 н 0000245117 00000 н 0000245211 00000 н 0000245304 00000 н 0000245455 00000 н 0000245549 00000 н 0000245642 00000 н 0000245796 00000 н 0000245890 00000 н 0000245982 00000 н 0000246099 00000 н 0000246253 00000 н 0000246347 00000 н 0000246439 00000 н 0000246570 00000 н 0000246664 00000 н 0000246756 00000 н 0000246899 00000 н 0000246994 00000 н 0000247087 00000 н 0000247238 00000 н 0000247332 00000 н 0000247424 00000 н 0000247561 00000 н 0000247656 00000 н 0000247748 00000 н 0000247895 00000 н 0000247990 00000 н 0000248082 00000 н 0000248188 00000 н 0000248294 00000 н 0000248402 00000 н 0000248508 00000 н 0000248616 00000 н 0000248722 00000 н 0000248831 00000 н 0000248938 00000 н 0000249046 00000 н 0000249152 00000 н 0000249260 00000 н 0000249366 00000 н 0000249474 00000 н 0000249580 00000 н 0000249688 00000 н 0000249796 00000 н 0000249904 00000 н 0000250010 00000 н 0000250120 00000 н 0000250227 00000 н 0000250335 00000 н 0000250442 00000 н 0000250550 00000 н 0000250656 00000 н 0000250765 00000 н 0000250871 00000 н 0000250979 00000 н 0000251085 00000 н 0000251193 00000 н 0000251299 00000 н 0000251407 00000 н 0000251514 00000 н 0000251623 00000 н 0000251729 00000 н 0000251837 00000 н 0000251943 00000 н 0000252052 00000 н 0000252159 00000 н 0000252268 00000 н 0000252375 00000 н 0000252483 00000 н 0000252584 00000 н 0000004021 00000 н трейлер ]>> startxref 0 %%EOF 740 0 объект>поток h”| _ϲå}ŢxCfXӘ\zdirf

У меня есть идея проекта – Двигатель Стирлинга – Shapeoko

Люк (Люк (Карбид 3D)) #1

Я большой поклонник всего механического, и я люблю двигатели.

Со временем я видел кучу хороших теоретических двигателей, продаваемых на амазоне за дурацкие деньги – 50-60 фунтов, но они идут с хорошими подставками.

Так или иначе, милые китайцы теперь продают двигатель в фунтах стерлингов за 11 фунтов стерлингов! он поставляется с дрянной подставкой, но какая сделка!

Я сам заказал один и с нетерпением жду прибытия необработанных деталей. План состоит в том, чтобы отказаться от подставки и сделать свою собственную, используя Shapeoko и некоторые красивые материалы, которые у меня остались.

их можно найти на banggood — обещаю, это не порносайт ;p

www.banggood.com

DIY Модель двигателя Стирлинга Мини-двигатель внешнего сгорания

Всего за 15,89 долларов США, купить лучший DIY Модель двигателя Стирлинга Мини-двигатель внешнего сгорания продажа в интернет-магазине по оптовой цене. Склад США / ЕС.

Кому еще показать и рассказать?

2 лайка

УиллАдамс (Уильям Адамс (Carbide 3D)) #2

Много лет назад был научно-фантастический роман, в котором военный робот вырвался на свободу и забрел в Южную Америку, и одной из его задач является создание двигателя Стирлинга для выработки энергии для себя.

1 Нравится

Люк (Люк (Карбид 3D)) #3

Интересная концепция. Интересно, можно ли ее адаптировать для работы на солнечной энергии.

Окуните нагретую камеру в краску VHT, затем наведите на нее увеличительное стекло — нагреваете камеру так же, как пламя?

Робот был бы в восторге.

Я также нашел комплект немного лучше –

https://www.aliexpress.com/item/Funny-DIY-Mini-Air-Stirling-Engine-Motor-Model-Educational-Steam-Power-Toy-Electricity-Learning-Model-Toys/32791010075.html?spm = 2114.01010208.3.359.BYaO8S & ws_ab_test = searchweb0_0, searchweb201602_5_10000560_10000073_10000561_10000357_10000074_10000175_10000507_10000401_10000505_10000068_10000063_10000367_10099_10000156_10096_10000569_10000097_10000094_10000090_10000091_10000147_10000144_10084_10000150_10083_10080_10000153_10082_10081_10110_10111_10112_10113_10000535_10114_10000534_10000089_10000086_10000083_10000349_10000135_10000080_10078_10079_10077_10073_10000140_10070_10122_10123_10126_10124_10000546_10065_10068_10000132_10000033_10000030_10000126_10000026_10000129_10000023_10000123_432_10060_10062_10056_10055_10054_302_10059_10000120_10000020_10000013_10000117_10103_10102_10000016_10000114_10000111_10052_10053_10050_10107_10051_10106_10000621_10000384_10000101_10000100_10000579_10000104_10000045_10000578_10000375_10000108_10000377_10037_1000061 2_10000613_10000390_10000042_10000592_10000039_10000587_10000036_10000389_10000187, searchweb201603_4, afswitch_1, ppcSwitch_5, single_sort_0_default & btsid = 2ebadd80-f752-4eff-bc9a-1fe95683fbfb & algo_expid = 114906d0-41ea-43e0-b5bc-44c919873f18-40 & algo_pvid = 114906d0-41ea-43e0-b5bc-44c919873f18

1 Нравится

Люк (Люк (Карбид 3D)) #5

Ну… это очень умно…

1 Нравится

Джеррили (МашинхедЛабс) #6

Может быть, вертел с питанием от барбекю вдохновлен Hero Engine.

1 Нравится

Джеймсерс (Джим Шелтон) #7

Поищите на YouTube, некоторые из них вы можете создать сами

1 Нравится

Двигатель Стирлинга (энергетический форум на перми)

Дэвид Уиллис написал: Где вы находите эти двигатели? Я нашел несколько новых здесь: http://01856bc.netsolhost.com/order/09912_kit.asp?page=K09912

Будут ли они работать, или есть более дешевые места, где можно найти бывшие в употреблении?

Я не вижу причин, по которым сайт, на который вы ссылаетесь, не может предоставить хороший продукт. Однако обратите внимание, что у меня также нет оснований полагать, что они предоставят хороший продукт. Их цены мне кажутся хорошими, и если они протестировали двигатель, который вы получите, то это плюс.

Ценную информацию см. на этом сайте: http://www.utterpower.com/listeroi.хтм .
Здесь также есть хороший форум: http://listerengine.com/smf/

Когда я в состоянии полностью погрузиться в игру, то то, что сделал Кен Боак (более или менее), является моим вариантом №2, потому что я знаю, что это работает. К сожалению, в моем конкретном случае мне нужно много места для охлаждения, поэтому я бы использовал двигатель для привода автомобильного компрессора кондиционера, чтобы частично заморозить массу воды для системы охлажденной воды (в основном для точечного охлаждения… идея здесь заключается в том, что охлажденная вода может быть распределена по небольшим воздухоохладителям для использования во время сна или когда человек находится в стационарном положении – охлаждение всего помещения неэффективно при использовании энергосистемы).Мой вариант № 1 — посмотреть, смогу ли я разработать простой абсорбционный чиллер для работы на низкой и постоянной мощности с использованием небольшой печи на биомассе, которую также можно настроить для отопления помещений и нагрева воды. В этой установке электричество обеспечивается солнечной батареей с небольшой генераторной установкой в ​​​​качестве резерва для полной зарядки аккумулятора только при необходимости. Эта конфигурация будет потреблять намного меньше биомассы для того же эффекта по сравнению с использованием системы двигателя на древесном газе. Однако я должен сказать, что система Кена Боука особенно хорошо подходит для холодного климата с низкой солнечной инсоляцией.

ДОПОЛНЕНИЕ: Обратите внимание, что, поскольку теперь ясно, что древесный газ хорошо работает в двигателе типа Lister со стандартной степенью сжатия 17:1, то двухтопливная конфигурация также должна работать хорошо. Преимущества здесь включают отсутствие необходимости модификации двигателя, возможное увеличение срока службы за счет дополнительной смазки, обеспечиваемой впрыском дизельного топлива, и возможно более высокую эффективность благодаря более стабильному воспламенению. Лично мне кажется, что любой, кто заинтересован в использовании растительного масла в качестве топлива для стационарных дизельных двигателей для выработки электроэнергии, должен заняться этим.Go 20% растительного масла и 80% дерева!

См. обсуждение двухтопливного дизельного двигателя, начиная со стр. 111: http://taylor.ifas.ufl.edu/documents/Handbook_of_Biomass_Downdraft_Gasifier_Engine_Systems.pdf
ПРИМЕЧАНИЕ: Даже эта публикация ошибается, утверждая, что при переходе на искровое зажигание степень сжатия дизельного двигателя должна быть снижена до 9,5–10.

ПОСЛЕДНИЙ КОММЕНТАРИЙ: Да, я знаю, что многословен, но я провел много исследований. Наиболее практичная установка, вероятно, та, в которой используется обычный газовый двигатель, работающий на пониженной скорости.В принципе, то же самое, что делает мистер Боак, но с хорошим небольшим газовым двигателем. Хороший небольшой одноцилиндровый газовый двигатель может работать долгое время при такой эксплуатации. См. следующую учетную запись: https://homepower.com/sites/default/files/uploads/webextras/mark8.pdf. Двигатель Honda мощностью 4 л.с. проработал в общей сложности 13 000 часов в конфигурации с зарядкой аккумулятора при пониженной скорости около 2000 об/мин. Интересно, что большинство других брендов потерпели неудачу. Только Honda продержалась в среднем более 5000 часов в этих условиях.Конечно, использование древесного газа — это совсем другое дело. Тем не менее, хороший газификатор в сочетании со вспомогательной системой фильтрации масла должен сделать возможной высоконадежную систему. Лучше всего здесь то, что двигатели намного меньше, намного дешевле и легко доступны по сравнению с Listeroid… и вам не нужно беспокоиться о проблемах с качеством двигателя или добросовестностью поставщика. На самом деле это то, что я запланировал в первую очередь для двигателя, работающего на древесном газе, с использованием хорошего генератора переменного тока с постоянными магнитами, заряжающего небольшую батарею вилочного погрузчика через мостовой выпрямитель, а также приводящего в действие автомобильный компрессор кондиционера для охлаждения массы воды для охлаждения. водная система… долго с рекуперацией тепла, конечно. Во всяком случае, я думаю, что я разглагольствовал достаточно! Потом, .

Топ-10 лучших двигателей Стирлинга 1kws 2021 — Bestgamingpro

Топ-10 лучших двигателей Стирлинга 1kws 2021

Последнее обновление: 8 июня 2021 г.

1. Комплект модели двигателя Стирлинга в разобранном виде Petforu, который работает, сделай сам, цельнометаллический набор, научный подарок, вызов

  • Гильза цилиндра представляет собой листовую конструкцию, рассеивающую тепло. спиртовка, кронштейн и задняя пластина выполнены в виде единой детали.
  • Высокоточные импортные подшипники используются между валом маховика и кронштейном.
  • Захватывающий и академический — этот превосходный дизайн должен быть не только приятным, но и очень академическим! часов обучения и удовольствия! отличная награда для взрослых и детей, склонных к науке, а также хит их празднования дня рождения и полное участие для всех возрастов.
  • 2 конца кронштейна соответственно снабжены массивным маховиком из сплава и малым маховиком
  • Завершено измерение: 6.30″x2,36″x2,93″ [16см*6см*7,45см]; материалы: алюминиевый сплав + нержавеющая сталь
Проверить цену сейчас

2. Набор для сборки модели двигателя внутреннего сгорания Playz V8 STEM Игрушка для хобби для детей и взрослых с руководством по сборке и реалистичными деталями, включая ремень ГРМ, головки цилиндров, свечи зажигания, поршни, провода зажигания и многое другое

  • ✻ содержит все, что нужно для сборки: ваш ребенок может хорошо провести время, собирая этот полноценный манекен-двигатель! повозитесь с кривошипами, шкивами, ремнями и выпускными клапанами, чтобы этот маленький гаджет ожил прямо у них на глазах!
  • ✔ развивает их критические мыслительные способности: набор манекенов с двигателем внутреннего сгорания v8 для детей «сделай сам» побудит младших девочек и мальчиков расширить свои творческие способности, логически предположить и даже резко улучшить свои двигательные навыки!
  • ✔ пусть ваши дети поиграют в игру с манекеном двигателя внутреннего сгорания v8 для детей от playz, который работает! Этот мини-дубликат базового 4-тактного восьмицилиндрового бензинового автомобильного двигателя внутреннего сгорания учит младшие умы всему фантастическому миру машиностроения в одном иммерсивном наборе, который делает правильный набор вознаграждений для хобби для взрослых или детей.
  • — практичный манекен, который работает: создайте движение простого автомобильного двигателя благодаря высокоэффективным поршням и интерактивным кабелям! просто подключите кабели к распределителю аккумуляторной батареи и наблюдайте, как ведомые двигатели вращаются с реальными звуками двигателя.
  • ✻ сделайте мир стеблей превосходным для своих детей с помощью этого интуитивно понятного и увлекательного пакета! это делает науку, машиностроение и даже опыт захватывающими от начала до конца! (требуются 3 батарейки АА, не входят в комплект)
Проверить цену сейчас

3.Sunnytech Низкотемпературный двигатель Стирлинга Двигатель Паровая тепловая образовательная модель Игрушечный комплект (LT001)

  • Простота в эксплуатации — налейте в чашку шипящий эспрессо, поставьте на чашку стирлинг, и он начнет работать как по волшебству. когда он замедляется, температура эспрессо подходит для напитка. наслаждайтесь телесной демонстрацией механизма трансмиссии и время от времени. он также может работать на высоких ледяных кубиках. некоторые ребята кладут стирлинг в чашку с шипящей водой и кладут маленькие кубики льда на верхнюю тарелку стирлинга. это делает темп…
  • Возможность награды за приоритет для многих приложений — это невероятный и невероятный продукт по такой цене.его элегантный набор наград делает его нарядным и презентабельным. в нем есть множество программ, таких как хорошая награда за научную задачу для подростков, физическое / механическое обучение, демонстрационный реквизит учителя в этой категории, награда на день рождения для друзей, домочадцев, папы и мамы, детей и многих других. много наших …
  • Невероятно хороший фактор с необычайно правильно сделанным, который работает как мечта – двигатель Стирлинга изготовлен из высококачественных материалов и шикарного мастерства. Этот двигатель Стирлинга использует нержавеющую сталь с зеркальным полом для днища, стеклянную гильзу цилиндра, маховик из цинкового сплава.все элементы прошли терапию пола, чтобы избежать ржавчины. без масла.
  • Длительный срок службы – он может работать более 24 часов без каких-либо повреждений, если есть стабильные источники питания. один покупатель поместил стирлинг на usb-пластинку (не входит в комплект), и стирлинг работает на его столе неделями. не сжигайте основание стирлинга и не кладите его в пределы диапазона, пластиковые элементы стирлинга могут повредиться.
  • Великолепные элементы диалога на вашем столе — забавно наблюдать за взглядами и реакцией людей, когда они выжимают хоть немного для этой машины Стирлинга.поместите его на чашу, полную шипящей воды, слегка толкните маховик и запустите его, после чего он действительно работает как притяжение. вся ваша компания хочет знать, что произошло, ледокольный успех. какой сказочный …
Проверить цену сейчас

4. Sunnytech Hot Air Stirling Engine Красочный светодиодный одиночный маховик Образовательная игрушка Генератор электроэнергии M14-03-S

  • Чрезвычайно качественная – доска изготовлена ​​из русской сосны с использованием превосходного шлифовального производства; стент, изготовленный из металла плесени, прочный и надежный; маховик, поршни воздушного потока, превосходные алюминиевые автомобили, превосходное фрезерование, двойная смесь текстуры и сладости; стержневое изделие из нержавеющей стали; динамические гиперссылки из цилиндра из алюминиевого сплава, энергетического цилиндра и силового цилиндра…
  • Прочная упаковка — стеклянная трубка упакована индивидуально в пузырчатую пленку для предотвращения травм во время груза.просто снять связку и снова поставить на место. деревянная основа голая и оставлена ​​неокрашенной. Вы можете управлять своим творчеством и окрашивать его в цвет, который вам нравится, друзья, или с детьми.
  • Привлекательный яркий светодиод с установленным двигателем — двигатель Стирлинга, оснащенный разноцветным светодиодом. из-за тепла от высокосортного спирта двигатель будет работать бешено и вырабатывать электрическую энергию. способность будет проходить через провод и заставлять светодиод излучать совершенно разные цвета.это на самом деле увлекательная и творческая игрушка.
  • Простота в эксплуатации и длительный срок службы — заполните спиртовую горелку 95%-м спиртом (мы предлагаем этот бензин) и утяжелите ее. пусть солнечный свет обожжет цилиндр со сферическим концом в течение примерно 20 секунд, затем слегка толкните колесо, и оно будет работать как аттракцион. он может работать более восьми часов без каких-либо повреждений, что проверяет один покупатель.
  • Возможность награды за приоритет для многих приложений — это невероятный и невероятный продукт по такой цене.его элегантный набор наград делает его нарядным и презентабельным. в нем есть множество программ, таких как хорошая награда за научную задачу для подростков, физическое / механическое обучение, демонстрационный реквизит учителя в этой категории, награда на день рождения для друзей, домочадцев, папы и мамы, детей и многих других. много наших …
Проверить цену сейчас

5. Комплект двигателя Стирлинга FenglinTech, сборка своими руками, модель генератора двигателя Стирлинга, игрушка

  • Использование: продукт поставляется с чертежами инструкций по проведению собраний и установочными инструментами, пожалуйста, ознакомьтесь с инструкциями по проведению собраний своими руками.Поместите собранный манекен двигателя Стирлинга на горизонтальный стол, добавьте около 2/3 спирта в спиртовку, зажгите спиртовку и поместите ее под нагревательный цилиндр для предварительного нагрева в течение 30 секунд, переверните маховик рукой, чтобы h…
  • Чрезвычайное качество: выбранные высококачественные металлические материалы, золотистый вид, прекрасное качество изготовления, высокоточная координация различных элементов, надежная и агентская база, красивые и прочные горячие и холодные цилиндры, а поршни не так просто надеть сверху. -скорость работы в течение очень долгого времени.
  • Манекен двигателя Стирлинга – это модель для собраний, которую вы должны собрать самостоятельно, с полным набором запасных частей, простой конструкцией и простой сборкой. Двигатель Стирлинга оснащен небольшим двигателем и светодиодами, и можно заметить магический процесс преобразования энергии.
  • Напоминание: используйте 95% спирт (самообеспечение) для бензина и используйте карандаш, чтобы смазать поршень для смазки. не добавляйте воду, керосин, бензин, масло для зажигалок, спирт и многое другое.
  • Размеры изделия: 16 х 8 х 9 см
Проверить цену сейчас

6. Двигатель Стирлинга с горячим воздухом DjuiinoStar, цельнометаллическая конструкция, генератор электроэнергии (яркая светодиодная подсветка), мой первый двигатель Стирлинга

  • ★широкие цели: это яркий манекен, отображающий основные принципы двигателей внутреннего сгорания. люди покупали его для научных задач подростков, изучения физики / механики и многих других, помогая им открывать дополнительные научные данные.этот двигатель может быть хорошо спроектированной и изготовленной механической игрушкой, подходящей для людей всех возрастов и всех видов деятельности. это несомненно было бы…
  • – Мягкий многоцветный светодиод: оборудуйте 12,5-миллиметровый большой энергетический цилиндр поршнем с ходом 15 мм, этот высокоэффективный двигатель смягчит цветной светодиод на генераторе. Вырабатываемая электрическая энергия может быть использована для питания различных устройств. как мы привыкли наблюдать за всем рабочим ходом в оживленном месте, чтобы вы не могли ясно увидеть солнечный свет.но при попытке получить этот манекен двигателя…
  • — …простая операция: он может работать. все, что вам нужно сделать, это взять его из поля и заполнить лампу 95% спиртом, чтобы нагреть стеклянный цилиндр; затем, после нескольких секунд прогрева, покрутите маховик, и он начнет вращаться быстро и легко. это ослабило бы меняющую цвет светодиодную лампочку, установленную на маленьком генераторе. всего за 5 минут, люди через машину…
  • — рабочий манекен с великолепным подходом: матовая алюминиевая основа с четырьмя резиновыми накладками обеспечивает устойчивость во время работы; пескоструйная алюминиевая подставка ниже с помощью фрезерного станка с ЧПУ работает как прочный мост между цилиндром и маховиком; опорный стержень из нержавеющей стали, нижний с помощью лазерной резки, имеет сверхвысокую точность измерения; маховик из алюминиевого сплава имеет более яркий и гладкий пол после…
  • «…приятная награда для всех: с видимой текстурой и эстетичным видом, это всего лишь произведение искусства.наши перспективы радуют своей прочной крепкой конструкцией и красивым телосложением. этот двигатель специально сконструирован из металла, достаточно тяжелый, чтобы тихо и стабильно вращаться со скоростью около 2300 об/мин! Честно говоря, вы не очень пожалеете о покупке этого. д…
Проверить цену сейчас

8. Низкотемпературный двигатель Стирлинга DjuiinoStar

  • ‒…широкие цели: люди покупали его для научных задач подростков, изучения физики/механики, демонстрации в классе и многого другого.это хорошо продуманная и изготовленная механическая игрушка; приятно показать основной принцип двигателей внешнего сгорания; невероятная награда для людей, которые вам нравятся. многие люди приобрели наши машины в качестве вознаграждения для домохозяйств, учителей, друзей, друзей и редко покупают…
  • «защищено для подростков: соответствует соответствующим правилам и требованиям в соответствии с cpsia и некоторыми другими актами, применяемыми cpsc; вручил проверку ядовитых частей/проверку воспламеняемости/телесную и механическую проверку стандартной спецификации безопасности покупателя astm-963 для безопасности игрушек.
  • ★начнем с простого: просто поставьте кружку с шипящей водой и дайте ей вращаться, и вы уже встали и работаете; до тех пор, пока поддерживается достаточная разница температур, он будет работать как Форрест Гамп. люди могут быть потрясены и ошеломлены, как только этот маленький двигатель начнет работать. это, несомненно, было бы важным элементом диалога на вашем столе.
  • — самый классический двигатель Стирлинга: с элегантным дизайном и превосходным качеством изготовления он представляет собой прекрасное произведение искусства.многие люди довольны соответствием и концом нашего двигателя.
  • ˜…безрисковая услуга: если тот, который вы получили, не работает, что редко случается, просто отправьте нам сообщение, и мы без колебаний вышлем вам еще один бесплатно.
Проверить цену сейчас

9. Sunnytech Hot Air Stirling Engine Модель двигателя Обучающая игрушка Генератор электроэнергии Красочный светодиод SC (SC02M)

  • Чрезвычайно качественно выполненный—- нагревательный цилиндр для изготовленных на заказ толстых стеклянных материалов, длительный нагрев без напряжения; он в основном изготовлен из металла, поэтому он может работать тихо и стабильно (так как он тяжелый, 1.5 фунтов) при скорости около 1700 об/мин! наши перспективы рады матчу и концу этого двигателя. все элементы прошли терапию пола, чтобы избежать ржавчины. ты с…
  • Вы ​​получаете дополнительный бонус помимо перемешивания – все еще опасаетесь, что стекло цилиндра повреждено во всем грузе или утилизации, в нем были запасные стеклянные трубки, одно уплотнительное кольцо, просмотрите изображение в галерее. Вы можете легко и быстро заменить его, если он поврежден. Вы можете связаться с нами за помощью, если хотите.Мы также можем сделать поставку в соответствии с вашими будущими требованиями к элементам.
  • Новый дизайн — этот двигатель стабильного типа, полностью отличающийся от экстраординарного манекена Стирлинга. он был оснащен многоцветным светодиодом, установленным на двигателе. из-за тепла от высокосортного спирта двигатель будет работать бешено и вырабатывать электрическую энергию. способность будет проходить провод и управлять многоцветным светодиодным освещением. это на самом деле увлекательная и творческая игрушка.
  • Простота в эксплуатации и длительный срок службы — заполните спиртовую горелку 95%-м спиртом (мы предлагаем этот бензин) и утяжелите ее.пусть солнечный свет обожжет цилиндр со сферическим концом в течение примерно 60-120 секунд, затем слегка толкните колесо, оно будет работать как аттракцион.
  • Возможность награды за приоритет для многих приложений — это невероятный и невероятный продукт по такой цене. его элегантный набор наград делает его нарядным и презентабельным. в нем есть множество программ, таких как хорошая награда за научную задачу для подростков, физическое / механическое обучение, демонстрационный реквизит учителя в этой категории, награда на день рождения для друзей, домочадцев, папы и мамы, детей и многих других.много наших …
Проверить цену сейчас

10. HMANE Металл Горячий двухцилиндровый двигатель Стирлинга Модель Лампа Теплота внешнего сгорания Пар Мощность Физика Научный эксперимент Модель двигателя

  • â ¤красивый внешний вид: металлический кронштейн и металлический поршень являются агентом, который представляет собой смесь текстуры и сладости. погоня за мелким шрифтом, общая превосходная шлифовка, действительно легкая, очень металлическая и модная экспертиза. само изделие собрано, есть в ассортименте, можно использовать как украшение.
  • â ¤Размер изделия: 6,30×3,43×3,27 дюйма [16×8,7×8,3 см]
  • â ¤ методы работы: двигатель Стирлинга приводится в действие за счет расширения бензина и сжатия холода. используйте 95% спирт во время операции (не входит в комплект). сухой воздух расширяется для выработки энергии. он не может добавлять воду, керосин, бензин, зажигалку или ликер.
  • â ¤ Меры предосторожности: 1) нельзя добавлять воду, керосин, бензин, масло для зажигалок или ликер. 2) следите за тем, чтобы во время работы он не шипел.три) провод лампы случайный. 4) подходит для людей старше 14 лет.
  • â ¤материалы: металлик
Проверить цену сейчас

Технический специалист . Гуру социальных сетей . Злой решатель проблем. Тотальный писатель. Веб-энтузиаст . Интернет-ботаник . Страстный геймер. Любитель твиттера.

Термодинамическая теория идеальной машины Стирлинга

Двигатели Стирлинга

— одно из тех устройств, которые очаровывали многих инженеров (включая меня) на протяжении многих лет, особенно когда мы молоды и впечатлительны, прежде чем мы стали слишком циничными в отношении мира.Это также одна из тех технологий, которые на самом деле не получили широкого распространения, несмотря на крики ютуберов о «бесплатной энергии», так что, очевидно, это не идеальное решение для многих проблем, но для некоторых приложений они действительно являются отличными двигателями.

В последнее время команда Midé потратила много времени, чтобы запустить новый проект Stirling для морской пехоты США. Я выбрал двигатель с циклом Стирлинга для этого приложения из-за его естественного высокого КПД и потому, что это двигатель внешнего сгорания.Чтобы поддержать этот проект, мне нужно было провести значительное количество исследований в области теории двигателей Стирлинга, чтобы мы могли лучше разработать решение для наших вооруженных сил. В этом посте я поделюсь с вами некоторыми основами, которые я изучил, и предоставлю инструмент, который поможет визуализировать цикл Стирлинга. Надеемся, что этот инструмент поможет вам перепроверить некоторые основные расчеты, которые вы, возможно, захотите сделать, а также предоставит удобный способ построения графика некоторых свойств идеального цикла Стирлинга. Вы можете найти калькулятор на этой странице: Калькулятор идеального цикла Стирлинга

Рисунок 1: Ранний прототип двигателя Стирлинга, изготовленный в Миде в рамках проекта для морской пехоты.

Обзор

Двигатель Стирлинга — это разновидность тепловой машины, сформулированная Робертом Стирлингом в 1816 году; это означает, что он может преобразовывать поток тепла в механическую работу (например, вращение коленчатого вала). Ключевым термином является «поток тепла»; должны быть два «резервуара», которые разделены, и эти резервуары должны иметь разную температуру, чтобы этот поток имел место между ними. Если вы поместите теплопровод между двумя резервуарами с течением времени, они оба достигнут одной и той же температуры, что указывает на то, что энергия «перетекает» из горячего резервуара в холодный резервуар.

Двигатель Стирлинга использует этот поток энергии от горячего к холодному и выкачивает часть его как механическую работу. Двигателю Стирлинга нужны горячая и холодная секции, которые изолированы друг от друга. Умный способ направления рабочей жидкости между двумя секциями позволяет двигателю производить механическую работу. Тепло передается от горячей части к двигателю, часть энергии уходит из двигателя в виде полезной механической работы, а часть уходит в виде теплопередачи в холодную часть.Помните, что энергия никогда не может быть уничтожена, поэтому, если вы суммируете всю энергию, выходящую из двигателя (т. е. полезную работу + передачу тепла в холодную часть), она должна равняться количеству энергии, поступающей в двигатель в виде теплопередачи из горячей части. Этот энергетический баланс является первым законом термодинамики и соблюдается всегда.

Рисунок 2: Термодинамическая диаграмма теплового двигателя

Уравнение 1: Первый закон термодинамики для двигателя Стирлинга, первый закон представляет собой просто энергетический баланс системы

Комментарии по тепловой эффективности

Отношение полезной работы к теплопередаче в двигатель называется тепловым КПД.Думайте об этом как о соотношении того, что вы хотите (полезная механическая работа), к затратам (передача тепла в двигатель).

Уравнение 2: Расчет теплового КПД для Stirling

КПД никогда не может быть выше 1. КПД 1 будет означать, что вся теплопередача в двигатель превращается в полезную работу, а теплопередача в холодную часть вообще отсутствует. КПД, равный 0, указывает на то, что полезная работа не производится и вся теплопередача от горячей секции просто уходит из двигателя в виде теплопередачи к холодной секции.Если вы поместите два кирпича рядом друг с другом, один горячий, а другой холодный, в идеально изолированную коробку и оставите их там на некоторое время, вы, вернувшись, обнаружите два теплых кирпича. Технически это тепловая машина с КПД 0; тепло передавалось от горячего кирпича к холодному в соотношении 1:1, не производя при этом полезной работы.

Оказывается, КПД тоже никогда не может равняться 1; Извините, но второй закон термодинамики – это настоящая ерунда. Вывод соотношения, ограничивающего физически возможные уровни эффективности, — это совсем другая тема, но она называется эффективностью Карно в честь Николя Леонара Сади Карно.Он смог постулировать максимальную эффективность, которую можно было ожидать, не нарушая второй закон термодинамики. Можно вычислить КПД Карно, зная только температуры горячего участка и холодного участка, между которыми работает данная тепловая машина. Это означает, что у вас никогда не будет тепловой машины, которая не отводит хотя бы часть тепла в холодную часть.

Уравнение 3: Эффективность Карно ограничивает реалистичную производительность двигателя

Рисунок 3: Пример теплового КПД Карно или Стирлинга в сравнении с КПДтемпература горячей секции

Если построить возможный КПД Карно с учетом температуры горячей секции, можно увидеть, что чем больше разница температур между горячей и холодной сторонами, тем выше возможный КПД. Не все двигатели могут даже теоретически (не говоря уже о реальности) достичь эффективности Карно. Например, идеальный дизельный двигатель никогда, даже в идеальном мире, не мог бы сравниться по эффективности с теоретической тепловой машиной Карно. Некоторые другие типы тепловых двигателей могут соответствовать двигателю Карно по теоретическим характеристикам.Двигатель Стирлинга является одним из примеров этого. Следовательно, эффективность Карно при данной температуре горячей и холодной частей равна эффективности Стирлинга между теми же самыми горячими и холодными частями.

Уравнение 4: Идеальный тепловой КПД Стирлинга равен КПД Карно

Чтобы Стирлинг работал непрерывно, вам необходимо иметь горячую секцию, которая постоянно нагревается от какого-либо источника, и холодную секцию, которая каким-то образом охлаждается. Без постоянного нагрева горячей секции и охлаждения холодной секции в конечном итоге между ними будет передаваться достаточно тепла, так что вы просто получите две теплые секции.Как только это произойдет, у вас больше не будет этой разницы температур между секциями, эффективность упадет до 0, и тепло не будет передаваться через двигатель, поскольку разницы температур не существует.

В двигателе Midé горячая часть нагревается за счет сжигания биомассы, а холодная часть охлаждается водой, которая затем проходит через радиатор. Это позволяет нам поддерживать горячую часть при температуре около 900 К, а холодную — около температуры кипения воды (373 К). Если вы выполните математику для расчета эффективности Карно (и, следовательно, эффективности Стирлинга), эти температуры означают, что никогда нельзя ожидать получения эффективности выше 0.58 без взрыва Вселенной. К сожалению, сразу почти половина энергии, которую вы вкладываете в наш двигатель, ГАРАНТИРОВАННО выходит в виде передачи отработанного тепла в холодную часть. Сейчас мы просто говорим об абсолютно совершенных двигателях, и это все, о чем пойдет речь в этом посте, но в реальном мире существует множество других факторов, которые делают невозможным достижение уровня эффективности Карно. Вы суперзвезда, если можете получить половину Карно.

Двигатель Стирлинга как цикл

Тепловые двигатели цикличны, и это относится к двигателю Стирлинга.В случае поршневого двигателя, подобного тому, что мы построили, между секцией удержания и холодной секцией происходит процесс, который повторяется с определенной частотой. Тепло поглощается двигателем импульсами, а затем отводится в холодную часть и при работе импульсами. Обычно к двигателю добавляется маховик, чтобы сгладить эти импульсы и поддерживать вращение механизма. Тепло из горячей секции передается в холодную через какое-либо рабочее тело (воздух, гелий, водород, азот или любой другой газ, некоторые лучше других).Для Стирлинга термодинамический цикл можно описать четырьмя частями.

Рисунок 4: Идеальный цикл Стирлинга

Состояние от 1 до 2

В состоянии 1 рабочая жидкость имеет максимальный объем, минимальную температуру и минимальное давление. Из состояния 1 в состояние 2 силовой поршень сжимает рабочую жидкость, в то время как тепло передается из системы, которая поддерживает постоянную низкую температуру рабочей жидкости. Когда двигатель находится в состоянии 2, рабочая жидкость находится в сжатом состоянии (высокое давление и малый объем), но остается при той же температуре, что и в состоянии 1.Работа, которая требовалась для сжатия объема, обеспечивается запасенной энергией в маховике двигателя.

Состояние от 2 до 3

В состоянии 2 рабочая жидкость имеет минимальный объем, минимальную температуру и среднее давление. Между состояниями 2 и 3 объем поддерживается постоянным, в то время как горячая секция добавляет тепло для повышения температуры.

Состояние от 3 до 4

В состоянии 3 рабочая жидкость достигла максимальной температуры, максимального давления, а также минимального объема.Из состояния 3 в состояние 4 рабочая жидкость расширяется, совершая при этом полезную работу. В процессе расширения добавляется больше тепла, чтобы поддерживать постоянную температуру системы. Энергия, полученная во время этого расширения, перевешивает энергию, которая потребовалась для сжатия объема между состояниями 1 и 2, обеспечивая чистую положительную работу.

Состояние от 4 до 1

Для возврата двигателя в состояние 1, с которого он начал, от рабочей жидкости отводится тепло, а объем поддерживается постоянным.

Рисунок 5: Цикл, показывающий соотношение между давлением и объемом во время цикла двигателя Стирлинга, и с каждым состоянием, помеченным

Краткое изложение уравнений

Можно рассчитать свойства жидкости во всех этих различных состояниях по следующим формулам:

Кроме того, полезную работу можно рассчитать по следующей формуле. CR означает «Степень сжатия» (максимальный объем двигателя, разделенный на минимальный объем двигателя).Обратите внимание, что эта формула дает количество работы на единицу массы рабочего тела за один оборот двигателя Стирлинга. Температуры также должны быть в абсолютной шкале (например, Ренкина или Кельвина).

Уравнение 5: Работа на единицу массы рабочей жидкости, подаваемой идеальным двигателем Стирлинга за один оборот (цикл)

Важно иметь в виду, что все эти представленные числа относятся к идеальному циклу Стирлинга, которого никогда не будет в реальной жизни, все реальные двигатели являются приближениями к идеальным термодинамическим циклам.Знание того, как изменить эти идеальные отношения, чтобы они отражали реальный мир, — это совсем другая тема, которая может быть рассмотрена в следующей статье!

Реальные конфигурации Стирлинга

Для того, чтобы контролировать передачу тепла рабочей жидкости или от нее, в большинстве двигателей Стирлинга имеется так называемый «вытеснительный» поршень, который просто предотвращает контакт между рабочей жидкостью и горячей или холодной секцией в зависимости от ее положения. Для изменения объема системы обычно используется силовой поршень, который совершает возвратно-поступательное движение в отверстии цилиндра, часто этот поршень соединяется с коленчатым валом для получения полезной работы.

Существует много способов, которыми инженер может механически связать силовой поршень, поршень вытеснителя и теплообменники для получения эффектов, необходимых во время цикла Стирлинга. Ни один механизм точно не имитирует необходимые движения, поэтому в реальных двигателях Стирлинга одним из источников потерь является «приближение» цикла, необходимого для создания реальной машины.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.