0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Все о двигателе стирлинга своими руками

Делаем двигатель стирлинга своими руками

Двигателем Стирлинга называют тепловую машину, в которой рабочее тело в газообразном или жидком виде постоянно движется в замкнутом объеме. Это один из видов ДВС, который базируется на периодическом охлаждении и нагреве рабочего тела. Энергия извлекается из изменения объема выбранного рабочего тела, который изменяется при этом. Двигатель может функционировать не лишь от сжигания топлива, но от всех тепловых источников.

Данный двигатель решил использовать Джеймс Стирлинг в 1843 году на предприятии, где он тогда трудился на должности инженера. В 1938 году компания «Филипс» вложила средства в данную разработку мощностью свыше 200 «лощадей», отдача которой превышала 30%. У такого двигателя есть множество достоинств.

Тех, кого интересует перетяжка салона автомобиля кожей, рекомендуем веб-ресурс CarInterier. Здесь вы сможете сделать перетяжку, отделку и перешивку салона авто кожей по доступной цене с гарантией в 1 год.

Все о двигателе стирлинга своими руками

Нашел интересное видео изготовления двигателя Стирлинга из подручных средств практически на коленке.

Кстати, купить модель двигателя Стирлинга можно на Паркфлаере .

Описание сувенирных моделей двигателей Стирлинга есть тут .

Бытует мнение, что двигатель Стирлинга (работает на подводе тепла — двигатель внешнего сгорания) это весьма технологическая штука и распространения не получила потому, что очень сложно его сделать.

Однако это не так. Некоторые его модификации можно изготовить гораздо проще чем паровой и уж конечно же на порядок проще чем ДВС.
Посмотрите видео работы и изготовления двигателя Стирлинга своими руками.

Для начала — как он работает

А теперь изготовление


Представьте как изменилась бы наша жизнь, если бы двигатель Стирлинга пошел в массы, автомобили можно было бы питать чем угодно — дровами, углем, газом, керосином, нефтью!

Одним из проектов было делать автомобили на двигателе Стирлинга, теплонесущим элементом в нем являлся расплавленный литий, эдакая батарейка-теплообменник. На ночь ставишь ее на плиту, утром берешь и вставляешь в авто, день ездишь. Заглох в пути — развел костер, разогрел батарейку и снова в путь!

Однако, как можно заметить, машины у нас работают только на специально переработанном топливе, это топливо дорожает с каждым днем, причем зимой, когда спрос падает и по законам экономики цены должны идти вниз — правительство их замораживает.

Впрочем, это уже политика пошла. Не будем о ней.

А все таки забавно было бы выходить в поле, греть топливный элемент на зажигалке, вставлять в авиамодель и отправлять ее в полет!

Не падает тот — кто не летает. Все вопросы — в форум! Личка только для личных сообщений. Ангар: http://rc-aviation.ru/forum/topic?id=7259

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

У двигателя стирлинга КПД очень низкий, но его можно повысить использовав в качестве рабочего газа водрод.

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

У первого двс КПД то жее был низкий. Но технология его изготовления шагнула далеко вперед.
Если б столько же усилий вложили в стирлинга — то и отдача от него была бы выше.
К тому же в авто можно применить не с приводом на колеса, а в виде гибрида — стирлинг крутит динаму и подзаряжает ходовые акки.

Не падает тот — кто не летает. Все вопросы — в форум! Личка только для личных сообщений. Ангар: http://rc-aviation.ru/forum/topic?id=7259

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

По поводу двигателя Стирлинга.
Как обычно, кое-что для общего развития можно найти в Википедии: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0% … 0%B3%D0%B0
Далее, поскольку имею пару патентов на объемные машины (роторного типа, отличной от Ванкеля конфигурации), то вопрос немного изучал. Так вот, попробую изложить «шершавым языком плаката» то, что принципиально отличает двигатель Стирлинга от ДВС и делает его хоть и замечательным, но узко применимым техническим устройством.
Давайте сравним его с близким нам модельным ДВС. Для простоты возьмем двухтактный мотор. Что происходит в этом моторе?
В цилиндр всасывается ХОЛОДНАЯ рабочая смесь. Смесь сжимается, от этого нагревается, потом воспламеняется (температура еще больше возрастает). На рабочем ходе смесь расширяется и от этого ОХЛАЖДАЕТСЯ. Продукты сгорания вылетают наружу в «трубу» (глушитель). И (внимание!) температура продуктов сгорания (выхлоп) такова, что можно подставить руку и, хоть и горячевато, но ожога не будет. Итак, имеем цикл «холодное-горячее-холодное». То есть СРЕДНЕИНТЕГРАЛЬНАЯ температура рабочего тела относительно невысока. Эта среднеинтегральная температура ДВС нам известна по температуре охлаждающей жидкости в нашем авто. Она не превышает где-то около 100 градусов, иначе проблемы. Да и к рубашке воздушного охлаждения модельного двигателя тоже можно прикоснуться без риска получить ожог.
Вот здесь и зарыта собака в том, что двигатели Стирлинга, которые до революции СЕРИЙНО выпускались и в России, были вытеснены впоследствии классическими ДВС. Особенно в автомобилях.
А что было бы, если бы под капот авто засунуть двигатель Стирлинга? А очень просто. Там оказалась бы раскаленная докрасна печка-буржуйка, которая замечательно может работать хоть на дровах! Теперь представьте блондинку, открывающую капот своего авто.
Теплоизоляция? Да, но вес, габариты, стоимость (плитки как на Буране). Печная труба на выходе.
Да, я утрирую, но я же сказал про «шершавый язык».
Если серьезно, то есть замечательные области применения двигателя Стирлинга. См. ссылку.
Всем успехов!

Читать еще:  Что такое двигатель с верхними клапанами

Лучше день потерять, потом за пять минут долететь!

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

Стирлинги используют на подводных лодках. Видно сделать маленький с более высоким КПД не получается.

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

yuri_la,
Так я и говорю о том, что ставить буржуйку под капот не обязательно!
Вполне хватит теплового аккумулятора с нагревом (штатно) спиралью, индукционно или еще как угодно — те из авто торчит вилка для розетки.

Впрочем, вспомним о походных печках каталитического горения — в ней есть отверстие за залива горючки и регулятор нагрева! Все! Кроме этого только «блин» на который ставишь сковородку или кастрюлю. Блондинки в походе вполне справляются с такой печкой. Расход горючки — мизерный.

Теперь о теплоносителе — спер немного буков с интернета:

Принцип теплового аккумулятора заключается в том, что соответствующее вещество нагревается до высокой температуры (или расплавляется) и покрывается теплоизоляционным слоем, отделяющим его от окружающей среды. Теплота, затрачиваемая для нагревания или расплавления вещества, сохраняется для дальнейшего использования, и ее можно отводить до тех пор, пока вещество не приобретет температуру, окружающей среды. Такой аккумулятор не изнашивается и поэтому имеет большой срок службы.
Процесс зарядки теплового аккумулятора с наполнителем из фтористого лития LiF

Система отвода теплоты от аккумулятора к двигателю должна быть короткой и иметь теплоизоляцию во избежание потерь теплоты. На рис. 1 изображен процесс зарядки теплового аккумулятора на базе LiF, а на рис. 2 — изменение теплоемкости его наполнителя — фтористого лития LiF в зависимости от температуры. Следует обратить внимание на диапазон температуры от 550 °C до точки плавления LiF, соответствующей 848 °C. Для нагревания 1 кг LiF в этом температурном интервале требуется около 220 Вт∙ч. Для полного расплава такого количества LiF (вертикальный участок кривой Q при температуре 848 °C, рис. 1) необходимо подвести энергию мощностью 472 Вт∙ч. Превращение тепловой энергии в механическую в двигателе Стирлинга с таким тепловым аккумулятором будет происходить с определенным КПД η (см. рис. 1), зависящим от температуры. Окончательная плотность энергии после превращения ее в механическую в такой силовой установке равна приблизительно 200 Вт∙ч/кг.

Для передачи теплоты от теплового аккумулятора к двигателю могут быть применены так называемые тепловые трубки, использующие тепловые эффекты, возникающие при изменении агрегатного состояния вещества, например, металла и соли. В тепловом аккумуляторе (см. рис. 3) для переноса теплоты применен жидкий натрий, испаряющийся в емкости с наполнителем из фтористого лития LiF. Пары натрия поступают к головке двигателя Стирлинга, где, отдавая теплоту, конденсируются и по оболочке тепловых трубок (пунктирная линия, рис. 3) вновь возвращаются в емкость с LiF.

Читать еще:  Что означает модель двигателя

Если двигатель не работает, то тепловая трубка закрыта. При хорошей теплоизоляции потери аккумулированной теплоты за 24 ч составляют 12 %. Разумеется, такой результат неприемлем для условий, когда автомобиль не находится в постоянной эксплуатации. В таблице ниже приведены характеристики различных автомобилей и массы тепловых аккумуляторов, требуемых для получения различных запасов хода. По расчетам фирмы «Филипс», представленным в этой таблице, запас хода легкового автомобиля малого класса полной массой 1135 кг при применении теплового аккумулятора, масса которого (с тепловым трубопроводом) составляет 139 кг, будет равен 311 км.

Характеристики автомобилей и массы тепловых аккумуляторов, обеспечивающих требуемый запас хода Параметры автомобиля и аккумулятора Легковой автомобиль Городской автобус
среднего класса малого класса
Заданный запас хода, км 322 161 193
Максимальная скорость, км/ч 161 129 88
Максимальная мощность, кВт 70 22 135
Полная масса, кг 1815 1135 13610
Запас энергии, кВт∙ч 100 20 300
Объем аккумулятора, дм3 385 77 1154
Масса двигателя и радиатора, кг 216 82 379
Масса теплового трубопровода, кг 32 12 57
Масса наполнителя теплового аккумулятора, кг 530 106 1590
Масса емкости и теплоизоляции, кг 62 21 130
Запас хода, км 172 311 206
Запас хода в облегченном варианте исполнения, км 298 480 308

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.

Читать еще:  8000 оборотов двигатель ваз

Как работает двигатель Стирлинга по типу «вытеснитель»?

Аналогично паровому или автомобильному двигателю внутреннего сгорания, двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работу), повторяя серию основных операций – режим цикла.

Практически это выглядит процессом, когда газ попеременно расширяется и сжимается, а в промежутках между этими фазами перемещается от горячей стороны цилиндра к холодной стороне и обратно.

Функция рабочего поршня заключается в использовании энергии расширения газа с передачей действия на привод двигателя. Затем газ сжимается, обеспечивая повторение цикла.

Функция поршня «вытеснителя» направлена на перемещение газа от горячей стороны к холодной стороне баллона и обратно. Работая тандемом, оба поршня обеспечивают многократное перемещение тепловой энергии от источника к радиатору (теплоотводящей системе). Соответственно, с последующим получением полезной механической работы.

Детальное описание функционала

  1. Операция охлаждение – сжатие: большая часть газа содержится в области цилиндра более холодной. Когда оба поршня движутся внутрь (к центру), охлаждённая газовая составляющая сжимается, отдавая часть тепла конструкции радиатора.
  2. Операция перекачка – регенерация: поршень «вытеснителя» перемещается. При этом охлажденный газ перетекает обходным путём в область цилиндра более горячую. Объём газа остаётся постоянным в момент прохождения через регенератор (теплообменник).
  3. Операция нагрев – расширение: большая часть газа располагается в области цилиндра «горячая». Газ нагревается огнём (или другим источником тепла), отчего давление газовой составляющей повышается. Налицо эффект расширения и поглощения энергии. Эффект расширения толкает рабочий поршень, который, в свою очередь, приводит в движение маховик – механическую часть. В этой части цикла двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию в механическую энергию.
  4. Операция передача – охлаждение: поршень «вытеснителя» перемещается, горячий газ перемещается по обходному пути в более холодную часть цилиндра. Объём газа остается постоянным в момент прохождения через регенератор (теплообменник) с отдачей части энергии. Цикл завершён и готов к повторению.

Несмотря на то, что двигатель Стирлинга проходит цикл, заканчивающийся в точке, где начинался, имеет место несимметричный процесс. Энергия постоянно отводится от источника и откладывается в теплообменнике.

Очевидно, что горячий газ выполняет определенную работу с рабочим поршнем в момент расширения, но поршень при этом выполняет меньше работы, сжимая охлажденный газ и возвращая в начало пути.

Как сделать самостоятельно

Несмотря на кажущуюся простоту, сделать двигатель Стирлинга своими руками в домашних условиях непросто. На это нужно потратить немного времени, уделяя внимание деталям. Никакие станки не потребуются. Вот несколько советов для тех, кто решился на эксперимент.

  1. Создание цилиндра. Можно использовать ёмкость из нержавеющей стали, диаметр которой около 95 мм, а высота 235 мм. Этот материал выдерживает сильный нагрев. Не стоит заменять его на алюминиевую банку. Для изготовления диафрагмы подойдёт пластиковая крышка.
  2. Охладители. Подойдут нескольких жестяных банок диаметром 150 мм. Чтобы сделать водовыпускное отверстие, можно использовать сантехнические детали.
  3. Поршень. Его легко изготовить из проволоки. Понадобится вата, выполненная из нержавеющей стали, которую нужно намотать на сетку из того же материала.
  4. Коленчатый вал — самое сложное. Он должен быть прямым с жесткими изгибами. Нужны подшипники, латунные соединители и 4-миллиметровая стальная катанка.
  5. Маховик. Стальной круг 4 мм толщиной и 170 мм в диаметре, который нужно навинтить на коленчатый вал.
  6. Диафрагма. Понадобится отрезок тонкой резины, её нужно растянуть и нагреть, чтобы придать форму. Как шаблон подойдёт выпуклая пластиковая крышка.
  7. Статор. Содержит примерно одинаковые катушки из медной проволоки. Затем их нужно приклеить к фанерному диску, который будет привинчен к боковой части двигателя.

Когда катушки будут готовы, стоит проверить, что у всех одинаковое сопротивление, а провод без разрывов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector