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

Двигатель стирлинга своими руками схема и чертеж

Мощный двигатель Стирлинга своими руками

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:

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?

Проект Заряд

Автономное энергоснабжение. Свободная и альтернативная энергия будущего. Бестопливные генераторы и «вечные двигатели» в каждый дом!

Навигация по записям

Как самостоятельно изготовить двигатель Стирлинга.

Как сделать двигатель «Stirling».

Пояснение работы двигателя «Stirling».

Начинаем с разметки маховика.

Шесть отверстий не прошли. Получается не красивым.Отверстия маленькие и тело между ними тонкое.

За одно точим противовесы для коленвала. Подшипники запрессованы.В последствии подшипники выпрессованы и на их место нарезано резьба на М3.

Я фрезеровал но можно и напильником.

Это часть шатуна. Остальная часть припаивается ПСРом.

Работа развёрткой над уплотнительной шайбой.

Сверловка станины стирлинга. Отверстие которое связывает вытеснитель с рабочим цилиндром. Сверло на 4,8 под резьбу на М6. Потом её надо заглушить.

Сверловка гильзы рабочего цилиндра,под развёртку.

Сверловка под резьбу на М4.

Как это делалось.

Размеры даны с учётом переделанного.Было изготовлено две пары цилиндр-поршень,на10мм. и на15мм. Были опробованы оба.Если ставить цилиндр на 15мм. то ход поршня будет 11-12мм. и работает не акти. А вот10мм. с ходом на 24мм. самый раз.

Размеры шатунов.К ним припаивается латунная проволока Ф3мм.

Крепёжный узел шатуна.Вариант с подшипниками не прошёл. При затяжки шатуна,подшипник деформируется и создаёт дополнительное трение. Вместо подшипника сделал Al. втулку с болтом.

Размеры некоторых деталей.

Некоторые размеры по маховику.

Некоторые размеры как крепить на валу и сочлинения.

Между охладителем и жаровой камеры ставим асбестовую прокладку на 2-3мм. Желательно и под болты которые стягивают обе детали ставить прокладки паронитовые или что нибудь которое меньше проводит тепло.

Вытеснитель сердце стирлинга он должен быть лёгким и мало проводящим тепло. Шток взят с того же старого винчестера. Это одна из направляющих линейного двигателя.Очень подходит,калённая ,хромированная. Для того чтоб нарезать резьбу обмотал середину промоченной тряпкой,и концы нагрел до красна.

Шатун с рабочим цилиндром. Длина общая 108мм. Из них 32мм это поршень диаметром 10мм.Поршень должен ходить в цилиндр легко,без ощутимых задиров.Для проверки закрываем плотно пальчиком снизу,а сверху вставляем поршень,он должен очень медленно отпускаться вниз.

Планировал так сделать но в процессе работы сделал изменения. Для того чтоб узнать ход рабочего цилиндра,отодвигаем вытеснитель в холодильную камеру,а рабочий цилиндр вытягиваем на 25мм.Нагреваем жаровую камеру .Окуратно под рабочим шатуном ложим линейку,и запоминаем данные. Резко заталкиваем вытеснитель ,и на сколько рабочий цилиндр передвинется это и есть его ход.Этот размер играет очень важную роль.

Вид на рабочий цилиндр. Длина шатуна 83мм. Ход 24мм.Маховичок крепится к валу винтом М4. На фото видна его головка. И таким образом крепится и противовес шатуна вытеснителя.

Вид на шатун вытеснителя.Общая длина с вытеснителем 214мм. Длина шатуна 75мм. Ход 24мм. Обратите внимания на проточку U образной формы на маховик.Сделано для отбора мощности.Задумка была или генератор или через пасик на вентилятор охладителя.Пилон маховика имеет размеры 68х25х15. С верхней части фрезеровано с одной стороны на глубину 7мм.и длина 32мм.Центр подшипника снизу находится на 55мм. Крепится снизу двумя болтами на М4.Расстояние между центрами пилонов 126мм.

Вид на жаровую камеру и охладителя.Корпус двигателя запрессован в пилон.Размеры пилона 47х25х15 углубление под посадку 12мм.К доске снизу крепится двумя болтами на М4.

Лампада 40мм. в диаметре высота 35мм. Углублена в древку на 8мм. На дне по центру запаяна гайка на М4 и закреплена болтом снизу.

Готовый вид. Основание дуб 300х150х15мм.

Долго искал рабочую схему. Находил но всегда было связанно с тем что или с оборудованием проблемы или с материалами.Решил сделать как арбалет. Посмотрев много вариантов и прикидывал что у меня есть в наличии и что я смогу сделать самому на своём оборудовании.Те размеры что я прикидывал сразу,при собранном аппарате мне не понравилось.Получился слишком широким. Пришлось станину цилиндров укоротить. А маховик ставить на одном подшипнике(на одном пилоне).Материалы маховик,шатуны,противовес,уплотнительная шайба,лампада и рабочий цилиндр бронза.Пилоны,рабочий поршень,станина цилиндров охладитель и шайба с резьбой от жаровой камеры алюминий.Вал маховика и шток вытеснителя сталь.Жаровая камера нержавейка.Вытеснитель графит. А что получилось ставлю на обозрение,вам судить.

Статья приведена без изменений с сайта автора: http://culibinc.narod.ru
Автор статьи Казаку Анатолий Иванович

Об авторе Вячеслав Васильев

Навигация по записям

Комментарии

Как самостоятельно изготовить двигатель Стирлинга. — 2 комментария

Добрый день, ищу специалиста по дв-лям Стирлинга, для серийного производства эл.генераторов, рабочее место и зп обеспечу. 87poi@mail.ru

Ищите в ютюбе Игоря Белецкого…

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Как сделать двигатель Стирлинга в домашних условиях?

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 двигателя Стирлинга в домашних условиях.

Посмотрите ниже 3 варианта для самостоятельного изготовления.

Как изготовить дома работающий двигатель Стирлинга?

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.

Читать еще:  Где находится датчик спидометра ваз 2110

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)

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.

Двигатель стирлинга своими руками, схема и чертеж

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.

Дальше надо вырезать дно баночки. Это можно выполнить с помощью ножа.

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.

Читать еще:  Диагностика неисправностей коробки передач

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 натянуть, 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.

  • Для изготовления топки своими руками, используется жестяная банка. В ней стоит вырезать специальное окно, через него и будет ставиться, и поджигаться свечка. Чтобы сгладить острые края, можно сделать для арки окантовку от электрического кабеля. Потом можно перейти к тестированию двигателя. Он ставится на топку, а в топке зажигается свеча.
  • Если все собрано правильно, маховик будет вращаться. Если же двигатель не заработал, придется искать проблему. Сделать стирлинг с генератором большой мощности, совсем нетрудно, главное, это выполнять все этапы последовательно, как в инструкции. Существуют разные модели двигателей с разной мощностью, выбирайте все на свой вкус. А генератор лучше купить, его очень сложно делать своими руками.

Обсуждения

Расчёты и чертежи

50 сообщений

Как рассчитать мощность двигателя стирлинга?

Вот по этим ссылкам:

, — лежат чертежи.
Надо бы рассчитать мощность стирлинга по чертежам и прикинуть на сколько нужно увеличить пропорции чтобы получить большую мощность (ватт хотя бы 300).

=======
На stirlingmotors.ru выложены расчёты, но мне как гуманитарию, трудно сходу понять как же нужно считать.

Упрощенные методы расчета Стирлингов:

В нашем Стирлинге рабочее тело, нагреваясь в теплообменном цилиндре, создает избыточное давление Р, которое толкает рабочий поршень с определенной силой F и, соответственно, совершает работу.

Вычислив P и F мы узнаем ориентировочную мощность двигателя стирлинга и приблизительный требуемый объем рабочего тела.

Давление Р
При нагревании на 1 градус газ увеличивает свой объем на 1/273 часть от первоначального. Зная все это можем вычислить мгновенное давление, возникающее при нагревании газа в нашем двигателе стирлинга.

В нашем случае V — рабочий объем стирлинга, состоящий из объемов теплообменного и рабочего цилиндров. В формуле следует использовать минимальный объем, когда рабочий поршень двигателя стирлинга находится в нижней мертвой точке. Ообъем теплообменного цилиндра равен объему теплообменного цилиндра за вычетом объема вытеснителя. Т — температура в градусах Цельсия.
При расчете не забудьте вычесть из температуры нагрева «Т» температуру окружающей двигатель стирлинга среды.
Пример. Если стирлинг запускается в комнате с температурой 20 градусов. Источником энергии служит стакан с водой нагретой до 70 градусов. В формулу следует подставлять Т равное не 70, а 50 градусам! Если двигатель запускается на улице, при температуре воздуха минус 10 градусов — Т будет равно 80 градусам (70+10). При этом мощьность возрастет. Помните — Стирлинги работают не от высокой температуры нагревателя, а от разницы температур между нагревателем и холодильником!

Сила F
Для вычисления силы «F» определяем характеристики рабочего поршня — площадь мембраны и ее вертикальный ход. Площадь мембраны «S»- это рабочая поверхность, на которую дваит рабочее тело с силой «F».
Сила «F» в нашем случае равна произведению дваления «P» рабочего тела в Паскалях на площадь мембраны «S» в метрах. Чем больше площадь мембраны, тем ощутимее сила F.

где 3.14 — число «Пи»; «R*2» — радиус окружности, возведенный в квадрат.
НО! За счет увеличения площади мембраны уменьшается ее вертикальное перемещение, поскольку масса рабочего тела не меняется! (не забываем — у нас стирлинг и рабочее тело не покидает объема двигателя при работе, а лишь нагреваясь и охлаждаясь, меняет свой объем и давление). Отсюда «растут ноги» для выбора величины хода шатуна, прикрепляемого к коленвалу и соответственно характеристики самого коленвала.

О чем не следует забывать:
• Расчет дает пиковые значения давления при полном пр.огреве рабочего тела до расчетной температуры.
Это означает, что расчитанное вами давление возникнет только в определенный короткий промежуток времени рабочего такта двигателя стирлинга, нарастая до этого момента и спадая — после него.
Но, это только при условии полного погрева рабочего тела до температуры нагревателя, что практически недостижимо из-за высокого термического сопротивления на границе нагреватель-рабочее тело!
• Чем меньше ход рабочего поршня — тем выше обороты двигателя, но меньше мощность!
• Чем меньше ход вытеснителя (дисплейсера), тем лучше прогревается рабочее тело, и соответственно дает прирост давления максимально приближенный к расчетному.
• Чем больше площадь нагревателя — тем выше КПД стирлинга.

Приведенный метод расчета двигателя стирлинга весьма не точен, но позволяет определить работоспособность стирлинга до начала постройки. В дальнейшем, мы снабдим раздел расчета стирлингов схемами и пояснениями.

Форсаж — усиление мощности двигателя путем частичной доработки конструкции. Форсирование Стирлинга можно проводить если при заданных проектных условиях двигатель устойчиво работает, но прочностные характеристики позволяют достичь большего, без существенного вреда для двигателя. Не рискуйте и не тешьте себя надеждой, что неверно рассчитанную или плохо изготовленную модель можно реанимировать форсированием. Если Вы прибегаете к форсированию не с целью дополнительного прироста мощности, а с целью достижения работоспособности Стирлинга — двигатель развалится прямо на испытательном стенде. Проверено.
______________

Первое, с чего проще всего начать — температурный градиент. Стирлинг-двигатель работает при наличии разности температур между горячей и холодной камерами. Увеличив градиент мы увеличим снимаемую мощность двигателя. Не стоит сразу менять пламя спиртовки на газовую горелку. Любое форсирование должно быть разумным. Градиент, как уже было сказано, это разность температур. По этому прежде, чем увеличивать температуру нагрева, стоит попробовать понизить температуру холодной камеры двигателя.
Начать стоит с простого алюминиевого кулера от процессора или видеокарты. Есть два варианта его применения в Вашем Стирлинге: первый — «от балды» и второй — «научный». «От балды» — берем любой кулер и крепим его на охлаждаемую поверхность термопастой от процессора. Оцениваем результат по изменению оборотов двигателя (в случае успеха они должны увеличиться). Вариант второй — измеряем рабочую температуру охлаждаемой части Стирлинга после выхода на рабочие обороты. Зная площадь охлаждаемой поверхности и теплопроводность материала, из которого она сделана можно рассчитать количество рассеиваемого в единицу времени тепла. Дальше «лезем» в документацию по радиаторам и кулерам и ищем подходящий по рассеивающей способности для данной температуры пассивный радиатор.
Применяя данную методику можно пойти еще дальше — расчитать, сконструировать и изготовить радиатор под Ваш двигатель. А вот каким он будет — сухим, влажным, активным пассивным — нет предела фантазии конструктора. И все по науке! В конце такой миниисследовательской работы Вы получите гарантированный прирост мощности Стирлинга. Дальше можно применить еще более глубокое охлаждение — лед.
С каждым новым шагом по снижению температуры холодной части двигателя контролируйте обороты, если они снова начали падать, значит Вы переохладили двигатель и подводимой энергии недостаточно. Только после этого стоит попробовать понемногу увеличивать температуру нагревателя, обороты можно еще повысить, но КПД это уже не прибавит.
Почему в такой последовательности — полагаем длинно разъяснять не надо. Вы и так давно поняли. Увеличивая нагрев увеличиваем расход энергии. Улучшая охлаждение — оптимизируем работу Стирлинга, повышая КПД.
Формулы и упрощенную методику для расчета кулера Вы найдете разделе ТЕОРИЯ
Идем дальше!
______________

Внимание!
Бич всех Стирлингов — герметичность рабочей полости. Если возникают утечки — катастрофически падает КПД! Из-за этого низкотемпературники могут вообще не запускаться, хотя все детали и узлы изготовлены хорошо.
Форсирование можно начать, меняя именно этот критерий — герметичность. Для Альфа-Стирлингов все определяется уровнем изготовления цилиндро-поршневых групп.
Первое — качество обработки трущихся поверхностей.
Второе — материалы цилиндра и поршня горячего цилиндра. Если они изготовлены из разных материалов, имеющих неодинаковый коэффициент теплового расширения, то во время работы зазор между цилиндром и поршнем увеличится (если коэффициент расширения для материала цилиндра выше соответствующего для материала поршня). Возникнет утечка рабочего тела. Даже если поршень и цилиндр изготовлены из одного материала утечки также могут возникнуть, когда коэффициент теплового расширения материала высок (у алюминия, например).
Для Бета- и Гамма-Стирлингов кроме «поршневых дел» особого внимания требует изготовления сальника теплообменного цилиндра и проходящего через него штока дисплейсера. Проблемы те же. Есть кардинальное решение вопроса герметичности сальника — изготовление бесконтактного сопряжения — магнитной муфты с вертикальной подвижностью. Хотя для моделей малого масштаба это нецелесообразно.
Очень распространенный прием в моделировании Стирлингов — замена рабочего поршня мембраной с прикрепленным к ней шатуном. Мембрана обеспечивает полную герметичность соединения. Если масштабы Вашего Стирлинга позволяют «прокачать» его магнитной муфтой и мембраной достаточной прочности — Вам открыта дорога к увеличению рабочего давления двигателя — весьма действенный метод форсирования. Но об этом позже.
______________

Читать еще:  Задний фонарь в авто

Одним из важных условий устойчивой работы двигателя является правильная балансировка.
Особенно это критично для низкотемпературных Стирлингов, где снимаемая мощность минимальна и все зависит от качества изготовления модели.
При разбалансированности ведущего вала двигатель не сможет набрать максимальные обороты. Полезная мощность перейдет в вибрацию.
Напомним, в Альфа-Стирлингах диаметры и, соответственно, веса поршней одинаковы, но шатуны, в большинстве случаев, имеют общую точку крепления, с разносом шатунов на угол в на 90 градусов.
В Бета- и Гама-Стирлингах, ко всему прочему, рабочий поршень и дисплейсер неравновесны. Балансируют, как правило, маховик — это проще. Как уже упоминалось, для решения проблемы имеются два подхода. Первый описывать не будем. И так все ясно.
«Научный» подход: взвесить по отдельности поршень и дисплейсер с прикрепленными шатунами на весах. Зная вес и измерив плечи рычагов, образуемых коленцами коленвала можно вычислить некомпенсированную равнодействующую в ньютонах. Переведя ньютоны в единицы массы — граммы (1 Ньютон = 100 грамам) получим значение массы для противовеса. Дальше можно перерасчитать величину противовеса в сторону уменьшения, увеличивая плече воздействия — диаметр маховика всегда позволяет это сделать. Правильно отбалансированный Стирлинг дает большее число оборотов в единицу времени, устойчиво работает в режиме разогрева и остывания горячей полости, быстрее запускается.
______________

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.
______________

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.
______________

Search

Движок Стирлинга, механизм работы которого отменно отличается от обычного для всех ДВС, когда-то составлял последнему достойную конкурентнсть. Но на какое-то время про это запамятовали. Как Данный мотор употребляется сейчас, в чем заключается его принцип (по тексту статьи всегда найдете также чертежи мотора Стирлинга, наглядно демонстрирующие его работу), и каковы перспективы внедрения в дальнейшем, читайте ниже.

В 1816 году в Шотландии Робертом Стирлингом была патентована термическая машина, нареченная сейчас в честь собственного изобретателя. 1-ые движки жаркого воздуха изобретались еще до него. Но Стирлинг добавил в устройство очиститель, который в технической литературе именуется регенератором, либо теплообменником. Благодаря ему производительность мотора росла при удерживании агрегата в тепле.

Движок признали более крепкой паровой машиной из имеющихся в то время, потому что он никогда не взрывался. До него на других моторах такая неувязка появлялась нередко. Невзирая на резвый фуррор, сначала двадцатого столетия от его развития отказались, потому что он стал наименее экономным, в сравнении с показавшимися тогда принципами движками внутреннего сгорания и электродвигателями. Но Стирлинг еще продолжал применяться в неких производствах.

Механизм работы всех термических моторов состоит в том, что для получения газа в расширенном состоянии нужны огромные механические усилия, чем при сжатии прохладного. Для приятной демонстрации этого можно провести опыт с 2-мя кастрюлями, заполненными прохладной и водой горячей температуры, дополнительно бутылкой. Последнюю опускают в прохладную воду, затыкают пробкой, потом переносят в жаркую. Здесь газ в бутылке начнет делать механическую работу и вытолкнет пробку. 1-ый движок наружного сгорания основывался на этом деле процессе вполне. Правда, позднее изобретатель сообразил, что часть тепла конечно использовать для обогрева. Таким макаром, производительность существенно возросла. Это не посодействовало движку стать всераспространенным.

Позднее Эриксон, инженер из Швеции, усовершенствовал конструкцию, предложив охлаждать и нагревать газ при неизменном давлении заместо объема. В итоге много экземпляров стало употребляться на работе в шахтах, на судах и в типографиях. Однако для экипажей они оказались очень томными.

Подобные моторы бывают последующих типов:

Последний вид не стали развивать по причине маленький надежности и других не самых больших характеристик в сравнении с показавшимися принципами типами агрегатов. Но в 1938 году компания Philips возобновила работу. Движки стали служить для приводов генераторов в неэлектрофицированных районах. В 1945 году инженеры компании отыскали им оборотное применение: если вал раскручивать электромотором, то остывание головки цилиндров доходит до минус 100 девяносто градусов по Цельсию. Тогда решено было использовать в холодильных установках улучшенный движок Стирлинга.

Действие мотора заключается в работах по термодинамическим циклам, в каких при разной температуре происходит сжатие и расширение. При всем этом регулирование потоком рабочего тела реализуется за счет применения изменяющегося объема (по другому давления – зависимо от модели). Такой механизм работы большинства схожих машин, которые имеют различные функции и конструктивные схемы. Движки бывают поршневыми или роторными. Машины с их установками работают как термических насосов, холодильников, генераторов давления и т.д.

Кроме того, есть моторы с открытым циклом, где регулирование потоком реализуется средством клапанов. Конкретно их именуют движками Эриксона, не считая общего наименования имени Стирлинга. В ДВС нужная работа осуществляется после подготовительного сжатия воздуха, впрыска горючего, нагрева приобретенной консистенции вперемешку со сгоранием и расширения.

Двигатель Стирлинга

Движок Стирлинга механизм работы имеет таковой же: при низкой температуре происходит сжатие, а при высочайшей – расширение. Однако по-разному осуществляется нагрев: тепло подводится через стену цилиндра снаружи. Потому он и получил заглавие мотора наружного сгорания. Стирлинг использовал периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Последний перемещает газ с одной полости цилиндра в другую. Положительный момент в том, температура повсевременно низкая, а с другой – высочайшая. При передвижении поршня ввысь газ перемещается из жаркой в прохладную полость, а вниз – ворачивается в жаркую. Поначалу газ дает много тепла холодильнику, а в окончании от нагревателя получает столько же, сколько дал. Меж нагревателем и холодильником располагается регенератор – полость, заполненная материалом, которому газ дает тепло. При оборотном течении регенератор возвращает его.

Система вытеснителя соединена с рабочим поршнем, сжимающим газ в холоде и позволяющим расширяться в тепле. Путем сжатия в более низкой температуре происходит нужная работа. Вся система проходит четыре цикла при прерывающихся движениях. Кривошипно-шатунный механизм при всем этом обеспечивает непрерывность. Потому резких границ меж стадиями цикла не наблюдается, а КПД мотора Стирлинга не миниатюризируется.

Беря во внимание нашему клиенту остается вышеупомянутое, навязывается вывод, что миф движок является поршневой машиной с наружным подводом тепла, где рабочее тело не покидает замкнутое место не заменяется. Чертежи мотора Стирлинга отлично иллюстрируют устройство и его принцип.

Солнце, электричество, ядерная энергия либо иной источник тепла может подводить энергию в движок Стирлинга. Механизм работы его тела заключается в применении гелия, водорода либо воздуха. Безупречный цикл обладает тепловым очень вероятным КПД, равным от 30 до сорока процентов. Увы с действенным регенератором он сумеет работать и с более высочайшим КПД. Регенерацию, нагрев и остывание обеспечивают интегрированные теплообменники, работающие без масел. Необходимо сказать, что смазки движку необходимо сильно мало. Среднее давление в цилиндре составляет обычно от 10 до 20 МПа. Потому тут требуется хорошая уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

В основной массе работающих сейчас движков подобные употребляется жидкое горючее. При всем этом непрерывное давление просто держать под контролем, что содействует понижению уровня выбросов. Отсутствие клапанов обеспечивает бесшумную работу. Мощность с массой сравнимы моторам с турбонаддувом, а удельная мощность, получаемая на выходе, равна показателю дизельного агрегата. Скорость и вращающий момент не зависят между собой.

Издержки на создание мотора еще выше, чем на ДВС. Но при эксплуатации выходит оборотный показатель.

Неважно какая модель мотора Стирлинга имеет много плюсов:

  • КПД при современном проектировании может доходить до семидесяти процентов.
  • В движке нет позволяющей вести бухгалтерский учет (софт) высоковольтного зажигания, распределительного вала и клапанов. Его не потребуется регулировать за период всего срока эксплуатации.
  • В Стирлингах нет того взрыва, как в ДВС, который очень нагружает коленвал, подшипники и шатуны.
  • У них нет того эффекта, когда молвят, что «двигатель заглох».
  • Благодаря простоте устройства его конечно эксплуатировать на протяжении долгого времени.
  • Он работает как на дровах, так и с ядерным и хоть каким другим видом горючего.
  • Сгорание происходит вне мотора.
  • Основным минусом конструкции является ее материалоемкость.
  • Рабочее тело необходимо охлаждать, по причине чего габариты значительно растут.
  • Для получения равных с ДВС черт нужно использовать высочайшее давление.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector