Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками - Авто журнал "Гараж"
14 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Высокотемпературный двигатель Стирлинга с генератором электроэнергии.

  • Цена: US$ 36.99
  • Перейти в магазин

Здравствуйте. В сегодняшнем обзоре я расскажу вам о двигателе внешнего сгорания. Высокотемпературном двигателе Стирлинга с генератором электроэнергии. Пускай, это всего лишь небольшая модель, но вещь крайне любопытная и качественно собранная. Приглашаю тех, кому это интересно – под кат.

Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081).

Это устройство преобразующее тепловую энергию в механическую.

Основное отличие его от двигателя внутреннего сгорания в том, что тепловая энергия приходит к нему из вне, а не производится им непосредственно. Это и есть его самое уникальное и замечательное свойство, отличающее его от всех остальных машин.

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %. Двигатель Стирлинга имеет много преимуществ и был широко распространён в эпоху паровых машин.

Цикл Стирлинга считается непременной принадлежностью именно двигателя Стирлинга. В то же время, детальное изучение принципов работы множества созданных на сегодняшний день конструкций, показывает, что значительная часть из них имеет рабочий цикл, отличный от цикла Стирлинга. Например, альфа-стирлинг с поршнями разного диаметра имеет цикл, более похожий на цикл Эрикссона. Бета- и гамма-конфигурации, имеющие достаточно большой диаметр штока у поршня-вытеснителя, также занимают некое промежуточное положение между циклами Стирлинга и Эрикссона.

Альфа-Стирлинг — содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень — горячий, другой — холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. У данного типа двигателя отношение мощности к объёму достаточно велико, но, к сожалению, высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые технические проблемы. Регенератор находится между горячей частью соединительной трубки и холодной.

Бета-Стирлинг — цилиндр всего один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через регенератор. Регенератор может быть внешним, как часть теплообменника, или может быть совмещён с поршнем-вытеснителем.

Гамма-Стирлинг — тоже есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра — один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор является частью вытеснителя.
Также существуют разновидности двигателя Стирлинга, не попадающие под вышеуказанные три классических типа, например:

Роторный двигатель Стирлинга — решены проблемы герметичности (патент Мухина на герметичный ввод вращения (ГВВ), серебряная медаль на международной выставке в Брюсселе «Эврика-96») и громоздкости (нет кривошипно-шатунного механизма, так как двигатель роторный).

Мы будем рассматривать гамма тип.

Принцип действия высокотемпературного двигателя. Левая и правая части цилиндра не касаются друг друга. Между ними стоит теплоизолятор. Когда вытеснитель находится в левой стороне, он вытесняет весь горячий воздух вправо, воздух остывает, всасывая рабочий поршень. Когда же вытеснитель уходит вправо, он выгоняет весь воздух в горячую камеру, воздух нагревается, расширяется и вытесняет рабочий поршень вправо. Рабочий поршень и вытеснитель связаны между собой коленвалом со смещением 90 градусов. Далее цикл повторяется.
Гамма-Стирлинг без регенератора:

Заказан двигатель был 10 мая. Уже 11 мая магазин выслал его. А 30 мая я забрал двигатель из отделения связи:

Двигатель надежно упакован в крепкую картонную коробку и переложен множеством слоёв пупырчатой плёнки:

Помимо самого двигателя в комплект входит:

Спиртовка, запасные поршень и вытеснитель, запасная резинка, выполняющая роль ремня генератора и переливающийся разными цветами светодиод для проверки генератора.

Давайте сначала посмотрим на краткие характеристики с сайта магазина:

Description:
Item:
SIze: 165*90*90mm
Flywheel: 60mm(Diameter)
Driving Wheel: 25mm(Diameter)
Power cylinder bore: 16mm
Piston stroke: 15mm
Weight: 505g
Generator voltage: 5V
Material: aluminum alloy
Linkage: stainless steel
Age: +8

И вот сам двигатель Стирлинга, выполненный из стекла, алюминия и нержавеющей стали:

Двигатель установлен на массивной алюминиевой площадке с резиновыми ножками:

Шкив ремня генератора:

Биения отсутствуют. Балансировка маховика и шкива – присутствует.

Поршень-вытеснитель находится в стеклянной колбе, которая нагревается открытым пламенем:

Для нормальной работы двигателя система должна быть герметична.

Место для спиртовки под вытеснителем:

Собираем спиртовку и заливаем в неё спирт:

Читать еще:  Устройство и работа двигателя стеклоочистителя

Устанавливаем её на место:

Колба с вытеснителем нагревается. Даём команду – «От винта!» )))

Посмотрим, сколько вольт выдаёт генератор:

Посмотрим форму осциллографом:

Явно не хватает сглаживающего конденсатора.

На закрытом входе осциллографа:

Время работы от одной заправки спиртовки спиртом:

КПД высокотемпературных двигателей Стирлинга – довольно велико:

Пламя спиртовки имеет следующую температуру:

350 градусов в нижней части. Как раз этой частью пламени и нагревается колба с вытеснителем.

Следовательно, при этой температуре и температуре окружающего воздуха +20, КПД, согласно таблице, составит 52,96%. Но нужно не забывать, что холодильник охлаждается только окружающим воздухом. Принудительное охлаждение или радиатор – отсутствуют. И поэтому в процессе работы двигателя – холодильник начинает нагреваться и КПД падает.

Видео работы высокотемпературного двигателя внешнего сгорания:

Да, это всего лишь модель. Но, как говорится – сказка ложь, да в ней намек… Этот двигатель помогает разобраться в основах. И кто знает, может подвигнет вас на создание полноразмерного двигателя. В интернете множество энтузиастов, строящих настоящие генераторы энергии, работающие от двигателя Стирлинга. А может, эта модель для вас так и останется забавной и красивой игрушкой в стиле стим-панк, наблюдать за работой которой — очень любопытно.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Изготовление двигателя Стирлинга. Часть 1.

Я делаю двигатель Стирлинга с нуля. Чертеж сделал Jeroen Jonkman и сам двигатель достаточно популярен. По ходу изготовления буду выкладывать видео и фото процесса.

Это основная колонна, на которую крепятся большинство деталей. О ее изготовлении я снял видео, которое выложу отдельным постом.

Маховик. Пока я решил не делать отверстия для спиц.

Это все изготовленные детали на данный момент, кроме колонны: маховик, 2 цилиндра и вытеснитель. Все детали сделаны из бронзы и латуни, а стеклянная часть основного поршня сделана из стекляной пробирки.

Пока для производства деталей мне хватает токарного и сверлильного станков.

Финальную полировку произведу после проверки работоспоссобности двигателя.

Дубликаты не найдены

Рукодельники

30.9K постов 47.2K подписчиков

Правила сообщества

В сообществе запрещена торговля, обсуждение цен, ссылки на страницы с продажами, контакты автора в комментариях. Обязательна информация о материалах и инструментах в текстовом виде.

1. Будьте вежливы, старайтесь писать грамотно.

2. В публикациях используйте четкие и красивые фотографии.

3. Автор поста с тегом [моё] может оставить ссылку на свой профиль, группу или канал на других источниках, при условии, что ссылки (активные и не активные) не ведут на прямые продажи. Допускается не больше четырёх ссылок и только в конце поста (п. 8.5 основных правил).

-ссылки рекламного характера/спам;

-ссылки, ведущие на магазины с указанием стоимости товара/услуги;

-ссылки, ведущие на призывы, покупки, продажи, подписки, репосты, голосование и тому подобное.

(нарушение основных правил сайта, п.8.1 и п. 8.2).

При переходе по ссылке запрещено наличие активных (кликабельных) ссылок, ведущих на вышеперечисленное в п.3, содержание таких ключевых слов как «товар», «услуга», «купить», «продам», «в наличии», «под заказ» и т.п.

3.1 Размещение контактов автора (самим автором или другими пользователями) в комментариях запрещено и подлежит удалению (п. 9.1 и 9.3 основных правил).

4. Обязательным для авторов является наличие технических характеристик изделия в публикациях (материалы, техники, авторские приемы, размеры, времязатраты и прочее) в текстовом виде.

Также помечайте свою работу тегом «Рукоделие с процессом» или «Рукоделие без процесса».

5. Пост-видео, пост-фото без текстового описания переносится в общую ленту. Даже если в видео показан подробный процесс изготовления, делайте краткое описание для тех, у кого нет возможности/желания смотреть видео.

Администрация оставляет за собой право решать, насколько описание соответствует п. 5.

6. Посты с нарушениями без предупреждения переносятся в общую ленту.

За неоднократные нарушения автор получает бан.

Автор может размещать новую публикацию в сообществе, не допуская полученных ранее замечаний.

Когда-то я собрал машину Уатта на газу

Подписался на тебя! Сам хочу сделать!

Прорези на гильзах для охлаждения? Если да, то не великоваты они по площади? Хотя в таком маленьком варианте вряд ли большие температуры будут.

И для охлаждения и для эстетики, хотя я тоже думаю, что они сильно погоды не сделают.

Жду продолжения сборки) сам всегда интересовался подобным)

Будет с видео даже. Я пока экспериментирую с форматом подачи материала, поэтому буду рад советам и пожеланиям.

Этот будет работать от спиртовки. Низкотемпературные не такие интересные с точки зрения работы с металом, ну либо я плохо искал чертежи.

У меня такой был. Только покупной. Спиртовка на этаноле работала. Прогрев, толчек и двигатель заработал. Пока пробирка горячая, он крутит. Низкотемпературные в плане работы по металу не интересны. Ее там нет:-) А не думал с рабочим телом под давлением поработать? Кпд выше должен быть

Читать еще:  Ваз 21099 двигатель заводится и сразу глохнет

Успехов в начинании. С удовольствием посмотрю, что получится.

Ну паровой если только, но пока стараюсь не сиьно распыляться

Строю двигатель Стирлинга

Всем привет! Первым делом хотел бы объясниться перед своими подписчиками, я знаю что многие следят за проектом парохода. Продолжение точно будет! но пока не могу сказать точно когда, проект очень объемный и я немного «выгорел», но я себя знаю, со мной такое не в первый раз, я к нему точно вернусь и вы увидите продолжение.
Теперь к теме поста:

Давно чесались руки построить этот девайс и вот время пришло.

Получилось все, скажу честно, не сразу. И даже дело не в том что я что то плохо сделал, дело в том что я некоторые моменты при конструировании не учел, об этом подробнее чуть ниже. Начал я постройку с камеры теплообмена и рабочего цилиндра:

Левая часть без ребер должна быть горячая(нагреватель), правая холодная (холодильник). В большей камере двигается вытеснитель. Перемещая воздух из холодной камеры в горячую, меняется рабочий объем, за счет этого и двигается рабочий поршень. Вот вам картинка из интернета, демонстрирующая принцип действия:

На этой гифке рабочий цилиндр перпендикулярно расположен, у меня параллельно, собственно принцип действия от этого не меняется, просто немного другая кинематика (у меня нет коромысла). Собственно, казалось бы все достаточно просто, горячая часть греет газ, вытеснитель его перемещает, он охлаждается, цикл готов. Но собрав сей агрегат, он не заработал 🙁 Нет, какие то попытки работать у него были, но совсем слабые (десяток оборотов) и только в самом начале. Потом холодная часть нагревалась и даже этих «попыток жить» пациент не выказывал. Почесав гаечным ключом затылок, я начал думать в чем же проблема, что пошло не так. Тут стоит оговориться, что для того чтобы двигатель работал, теплообмен должен проходить только через рабочее тело (воздух) но никак не через корпус, иначе кина не будет. Так вот, снаружи горячая и холодная часть была изначально «развязана» между собой теплоизолирующей прокладкой. Вот она:

А вот вытеснитель был сделан хоть и пустотелый, с толщиной стенки 0,5 мм, но из Алюминия! и это была моя главная ошибка. Вытеснитель быстро прогревался и и та часть которая находилась в холодной части, грела её.

Для проверки, я выточил вытеснитель из дерева, и о чудо, двигатель завелся сразу же (теплопроводность дерева примерно в 100 раз ниже алюминиевых сплавов). Но, так как мой вариант Стирлинга рассчитывался на работу при высоких температурах, на который древесина начинает обугливаться, даже без непосредственного контакта с пламенем, вытеснитель я заменил на стеклянный, удалось найти пробирку подходящего диаметра и вырезать из него.

Итак, мотор работает, но хочется быстрее, выше, сильнее, а холодная часть быстро нагревается градусов до 70-80 и мощность падает, что же делать? Первый вариант увеличить площадь охлаждения. Второй, водяное охлаждение. Я решил пойти по второму пути, и изготовил насос, водяную рубашку и радиатор охлаждения

Вот кстати как раз в процессе этой переделки сделано фото. Водяная рубашка отлично справилась, тепло теперь отводится оперативно, и даже спустя минут 20 работы, температура в «холодильнике» не превышает 50 градусов.

Уфф, получилось уже много текста, пожалуй хватит на этот раз, пишите, если нужно раскрыть какие то моменты подробнее.

В планах встроить в маховик генератор, печку закрыть и обложить элементами Пельтье, чтобы максимально использовать сжигаемое топливо.

Чертежи на все макеты двигателя стирлинга бесплатно

В поршневых стирлингах основное трение возникает в цилиндро-поршневых подвижных соединениях. Минимизируйте трение в подшипниках любым возможным способом.
Чем оно ниже, тем выше снимаемый КПД и соответственно выше обороты двигателя. Качество подшипников очень важно для низкотемпературных Гамма-Стирлингов. В простейших моделях, как таковые, подшипники не используют. Просто делают в жестяных стойках отверстия по диаметру коленвала. На сам коленвал надевают несколько шайб, снимающих боковое трение маховика или фиксаторов бокового проскальзывания.
Этот способ достаточно действенен. Но есть распространенная ошибка. Отверстия пробиваются шилом или гвоздем.
Края выходят рваные и диаметр не всегда соответствует диаметру вала. Возникает небольшой люфт. Результат – снижение оборотов двигателя. В низкотемпературном, но оборотистом Гамма-Стирлинге люфт снижает обороты двигателя на 20-30%. К тому же люфты в подшипниках скверно влияют на балансировку. Эстетичность двигателя также страдает. Он работает со стуком и скрипом. В общем приятного мало.
В отдельных случаях, если модель правильно отбалансирована и имеет низкое трение во всех узлах – наблюдается эффект самозапуска после подведения источника тепла. Выглядит очень эффектно! Стремитесь к такому качеству изготовления.
______________

Читать еще:  Ваз классика двигатель глохнет на холостом ходу

Регенератор или теплообменник – устройство экономии подводимой к Стирлингу энергии. Простейшй регенератор выполнены из стальной, реже медной проволоки-путанки или многослойной сетки. Смысл его работы в отборе части тепла у разогретого рабочего тела, проходящего через регенератор из горячей полости и последующей отдаче охлажденному рабочему телу, двигающемуся из рабочего цилиндра.
В дальнейшем мы опубликуем упрощенные методы расчета регенератора для моделей Стирлингов. А пока, отметим, что экономичность Стирлинга. сопоставимая и превосходящая двигатели внутреннего сгорания в основном достигается за счет правильной конструкции регенератора.
В моделировании регенераторы используют не часто. Для двигателей с малыми рабочими объемами размеры регенератора сопоставимы с размерами камер горячего и холодного цилиндров. В результате создаваемый дополнительно мертвый объем почти полностью «пожирает» прирост КПД. Единственным исключением может быть кольцевой щелевой регенератор примененный в конструкции двигателя Била. Этот вариант можно рекомендовать для использования в моделях высокотемпературных Стирлингов.
В остальном – регенераторы для исследователя – «не паханное поле». Во всяком случае подробной информации в открытых источниках на сегодня очень мало. Регенератор – «ноу-хау» любого разработчика Стирлинг-машин. Так что – дерзайте!
______________

Давление в системе.

На мощность двигателя весьма существенно влияет базовое давление рабочего тела в системе. Все зависит от правильного расчета и качественного исполнения двигателя. В любом случае прирост давления ведет к увеличению мощности. В некоторых моделях – увеличение давления в 2 раза дает такой же прирост мощности. Если все вышеперечисленные методы форсирования пройдены увеличивайте давление. В качестве компрессора подойдет автомобильный электронасос. В среднем он обеспечивает давление от 4 до 7 атмосфер (в зависимости от производителя). Для контроля давления все подобные автонасосы оснащены манометрами, что облегчает контроль и безопасность. В крайнем случае можно применить ручной насос, оснастив его ресивером и манометром.
______________

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.

Смотрим под катом подробное объяснение, как сделать его своими руками

История

Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081). Однако первые элементарные «двигатели горячего воздуха» были известны ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Достижением Стирлинга является добавление очистителя, который он назвал «эконом».

В современной научной литературе этот очиститель называется «регенератор». Он увеличивает производительность двигателя, удерживая тепло в тёплой части двигателя, в то время как рабочее тело охлаждается. Этот процесс намного повышает эффективность системы. Чаще всего рекуператор представляет собой камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа). Газ, проходя через наполнитель рекуператора в одну сторону, отдаёт (или приобретает) тепло, а при движении в другую сторону отбирает (отдаёт) его. Рекуператор может быть внешним по отношению к цилиндрам, а может быть размещён на поршне-вытеснителе в бета- и гамма-конфигурациях. В последнем случае габариты и вес машины оказываются меньше. Частично роль рекуператора выполняет зазор между вытеснителем и стенками цилиндра (при длинном цилиндре надобность в таком устройстве вообще исчезает, но появляются значительные потери из-за вязкости газа). В альфа-стирлинге рекуператор может быть только внешним. Он монтируется последовательно с теплообменником, в котором происходит нагрев рабочего тела, со стороны холодного поршня.

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %. Двигатель Стирлинга имеет много преимуществ и был широко распространён в эпоху паровых машин.

? ЗАЧЕМ НУЖНЫ БОНУСЫ? Каждый день Вы совершаете самые разнообразные покупки.
Почему бы не делать их с удовольствием, получая подарки в виде скидки. Скидка предоставляется по условиям сделки.

За каждую активность пользователю начисляется автоматический бонус в ваш личный кабинет (без регистраций), что дает пользователю возможность беспрепятственно попробовать работу сервиса.

Наши партнеры предлагают скидки на различные услуги и купоны до 30%. Бонус – это бесплатные деньги для торговли. Все бонусы подчиняются правилам торговых площадок.

На данный момент у вас недостаточно бонусов.

Быстрая регистрация в один клик

Для покупателей и для продавцов

Чтобы активировать вашу страницу вам нужно зарегистрироваться

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты