Как сделать своими руками стирлинга двигатель: Двигатель стирлинга своими руками — МозгоЧины

Содержание

Двигатель стирлинга своими руками — МозгоЧины

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.

Материал из Википедии (Тыц)

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(хорошая статья о пайке)

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)))

Узнаем как изготовить двигатель Стирлинга своими руками

Двигатель Стирлинга представляет собой тепловую машину, 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 тепловой энергии. 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, как сделать двигатель 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, медная проволока, плоскогубцы, ножницы, паяльник, наждачная бумага.

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.

Высокотемпературный стирлинг своими руками. Двигатель стирлинга своими руками. Материалы и приспособления

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.

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.

Экология потребления.Наука и техника:Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой и эффективностью.

Менее ста лет назад двигатели внутреннего сгорания пытались завоевать свое законное место в конкурентной борьбе среди прочих имеющихся машин и движущихся механизмов. При этом в те времена превосходство бензинового двигателя не являлось столь очевидным. Существующие машины на паровых двигателях отличались бесшумностью, великолепными для того времени характеристиками мощности, простотой обслуживания, возможностью использования различного вида топлива. В дальнейшей борьбе за рынок двигатели внутреннего сгорания благодаря своей экономичности, надежности и простоте взяли верх.

Дальнейшая гонка за совершенствования агрегатов и движущих механизмов, в которую в середине 20 века вступили газовые турбины и роторные разновидности двигателей, привела к тому, что несмотря на верховенство бензинового двигателя были предприняты попытки ввести на «игровое поле» совершенно новый вид двигателей — тепловой, впервые изобретенный в далеком 1861 году шотландским священником по имени Роберт Стирлинг. Двигатель получил название своего создателя.

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА: ФИЗИЧЕСКАЯ СТОРОНА ВОПРОСА

Для понимания, как работает настольная электростанция на Стирлинге, следует понимать общие сведения о принципах работы тепловых двигателей. Физически принцип действия заключается в использовании механической энергии, которая получается при расширении газа при нагревании и его последующем сжатии при охлаждении. Для демонстрации принципа работы можно привести пример на основе обычной пластиковой бутыли и двух кастрюль, в одной из которых находится холодная вода, в другой горячая.

При опускании бутылки в холодную воду, температура которой близка к температуре образования льда при достаточном охлаждении воздуха внутри пластиковой емкости ее следует закрыть пробкой. Далее, при помещении бутыли в кипяток, спустя некоторое время пробка с силой «выстреливает», поскольку в данном случае нагретым воздухом была совершена работа во много раз большая, чем совершается при охлаждении. При многократном повторении опыта результат не меняется.

Первые машины, которые были построены с использованием двигателя Стирлинга, с точностью воспроизводили процесс, демонстрирующийся в опыте. Естественно механизм требовал усовершенствования, заключающееся в применении части тепла, которое терял газ в процессе охлаждения для дальнейшего подогрева, позволяя возвращать тепло газу для ускорения нагревания.

Но даже применение этого новшества не могло спасти положение дел, поскольку первые «Стирлинги» отличались большими размерами при малой вырабатываемой мощности. В дальнейшем не раз предпринимались попытки модернизировать конструкцию для достижения мощности в 250 л.с. приводили к тому, что при наличии цилиндра диаметром 4,2 метра, реальная выходная мощность, которую выдавала электростанция на Стирлинге (Stirling) в 183 кВт на деле составляла всего 73 кВт.

Все двигатели Стирлинга работают по принципу цикла Стирлинга, включающего в себя четыре основные фазы и две промежуточные. Основными являются нагрев, расширение, охлаждение и сжатие. В качестве стадии перехода рассматриваются переход к генератору холода и переход к нагревательному элементу. Полезная работа, совершаемая двигателем, строится исключительно на разнице температур нагревающей и охлаждающей частей.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ СТИРЛИНГА

Современная инженерия различает три основных вида подобных двигателей:

  • альфа-стирлинг, отличие которого в двух активных поршнях, расположенных в самостоятельных цилиндрах. Из всех трех вариантов данная модель отличается самой высокой мощностью, обладая самой высокой температурой нагревающегося поршня;
  • бета-стирлинг, базирующийся на одном цилиндре, одна часть которого горячая, а вторая холодная;
  • гамма-стирлинг, имеющий кроме поршня еще и вытеснитель.

Производство электростанции на Стирлинге будет зависеть от выбора модели двигателя, что позволит учесть всю положительные и отрицательные стороны подобного проекта.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Благодаря своим конструктивным особенностям данные двигатели обладают рядом преимуществ, но при этом не лишены недостатков.

Настольная электростанция Стирлинга, купить которую невозможно в магазине, а только у любителей, самостоятельно осуществляющих сбор подобных устройств, относятся:

  • большие размеры, которые вызваны потребностью к постоянному охлаждению работающего поршня;
  • использование высокого давления, что требуется для улучшения характеристик и мощности двигателя;
  • потеря тепла, которая происходит за счет того, что выделяемое тепло передается не на само рабочее тело, а через систему теплообменников, чей нагрев приводит к потере КПД;
  • резкое снижение мощности требует применения особых принципов, отличающихся от традиционных для бензиновых двигателей.

Наряду с недостатками, у электростанций, функционирующих на агрегатах Стирлинга, имеются неоспоримые плюсы:

  • любой вид топлива, поскольку как любые двигатели, использующие энергию тепла, данный двигатель способен функционировать при разнице температур любой среды;
  • экономичность. Данные аппараты могут стать прекрасной заменой паровым агрегатам в случаях необходимости переработки энергии солнца, выдавая КПДна 30% выше;
  • экологическая безопасность. Поскольку настольная электростанция кВт не создает выхлопного момента, то она не производит шума и не выбрасывает в атмосферу вредных веществ. В виде источника получения мощности выступает обычное тепло, а топливо выгорает практически полностью;
  • конструктивная простота. Для своей работы Стирлинг не потребует дополнительных деталей или приспособлений. Он способен самостоятельно запускаться без использования стартера;
  • повышенный ресурс работоспособности. Благодаря своей простоте, двигатель может обеспечить не одну сотню часов беспрерывной эксплуатации.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ СТИРЛИНГА

Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой, при этом эффективность прочих видов тепловых агрегатов существенно ниже при аналогичных условиях. Очень часто подобные агрегаты применяются в питании насосного оборудования, холодильных камер, подводных лодок, батарей, аккумулирующих энергию.


Одним из перспективных направлений области использования двигателей Стирлинга являются солнечные электростанции, поскольку данный агрегат может удачно применяться для того, чтобы преобразовывать энергию солнечных лучей в электрическую. Для осуществления этого процесса двигатель помещается в фокус зеркала, аккумулирующего солнечные лучи, что обеспечивает перманентное освещение области, требующей нагрева. Это позволяет сфокусировать солнечную энергию на малой площади. Топливом для двигателя в данном случае служит гелии или водород. опубликовано

Двигатель Стирлинга. Почти для любого самодельщика эта замечательная штука может стать настоящим наркотиком. Достаточно один раз сделать и увидеть его в работе, как захочется их делать снова и снова. Относительная простота этих двигателей позволяет делать их буквально из мусора. Я не буду останавливаться на общих принципах и устройстве. Про это полно информации в интернете. Например: Википедия . Приступим сразу к постройке простейшего низкотемпературного гамма-Стирлинга.

Для постройки двигателя своими руками нам понадобится две крышки для стеклянных банок. Они будут выполнять роль холодной и горячей части. От этих крышек ножницами отрезается закраина

В одной крышке по центру делается отверстие. Размер отверстия должен быть чуть меньше диаметра будущего цилиндра.

Корпус двигателя Стирлинга вырезается из пластиковой бутылки из под молока. Эти бутылки как раз поделены на колечки. Нам понадобится одно. Надо заметить, что у разных сортов молока бутылки могут чуть-чуть отличаться.

Корпус приклеивается к крышке пластичным эпоксидным составом или герметиком.

В качестве цилиндра прекрасно подходит корпус маркера. У этой модели колпачок по диаметру меньше чем сам маркер и может стать поршнем.

От маркера отрезается небольшая часть. У колпачка срезается часть с верху.

Это вытеснитель. В процессе работы двигателя Стирлинга он перемещает воздух внутри корпуса от горячей части к холодной и обратно. Изготавливается из губки для мытья посуды. В центре приклеивается магнит.

Так как верхняя крышка изготовлена из жести, она может быть притянута магнитом. Вытеснитель может застрять. Чтобы этого не произошло, магнит нужно дополнительно зафиксировать картонным кружком.

Колпачок заполняется эпоксидным составом. С обоих концов сверлятся отверстия для крепления магнита и держателя шатуна. Резьба в отверстиях нарезается непосредственно винтом. Эти винты нужны для тонкой настройки двигателя. Магнит в поршне приклеивается к винту и регулируется таким образом, чтобы находясь в нижней части цилиндра он притягивал вытеснитель. На этот магнит понадобится еще приклеить ограничитель из резины. Подойдет отрезок велосипедной камеры или ластик. Ограничитель нужен для того чтобы магниты поршня и вытеснителя не притягивались слишком сильно. Иначе давления может не хватить чтобы разорвать магнитную связь.

На верхнюю часть поршня наклеивается резиновая прокладка. Она нужна для герметичности и для защиты кожуха от разрыва.

Кожух поршня изготавливается из резиновой перчатки. Отрезать нужно мизинец.

После того как кожух наклеен, сверху клеится еще одна резиновая прокладка. Сквозь резиновые прокладки и кожух шилом протыкается отверстие. В это отверстие вворачивается держатель шатуна. Этот держатель делается из винта и припаянной шайбы.

В качестве держателя коленвала прекрасно подошла упаковка от эпоксидки. Точно такую же баночку можно взять из под шипучих витаминов или аспирина.

У этой баночки отрезается дно и делаются отверстия. В верхней части — для удержания коленвала. В нижней — для доступа к креплению шатуна.

Коленвал и шатун изготавливаются из проволоки. Белые штуки — это ограничитель. Сделан из трубочки от чупа-чупса. От этой трубочки отрезаются маленькие кусочки и получившиеся детали разрезаются вдоль. Так их проще надеть. Высота колена определяется половиной расстояния, которое должен пройти цилиндр от самой нижней точки до верхней точки, в которой перестает действовать магнитная связь.

Итак, у нас все готово для первых испытаний. Сперва необходимо проверить герметичность. Нужно подуть в цилиндр. На все стыки можно нанести пену из жидкости для мытья посуды. Малейшая утечка воздуха и двигатель не заработает. Если с герметичностью все в порядке, можно вставить поршень и закрепить кожух канцелярской резинкой.

В нижнем положении цилиндра вытеснитель должен притянуться на верх. Дальше вся конструкция ставится на чашку с горячей водой. Через некоторое время воздух внутри двигателя начнет нагреваться и выталкивать поршень. В определенный момент магнитная связь будет разорвана и вытеснитель упадет на дно. Таким образом воздух в двигателе перестанет контактировать с нагреваемой частью и начнет охлаждаться. Поршень начнет втягиваться. В идеале поршень должен начать совершать движения вверх-вниз. Но этого может не произойти. Либо давления будет не достаточно для перемещения поршня, либо воздух нагреется слишком сильно и поршень не втянется до конца. Соответственно у этого двигателя могут быть мертвые зоны. Это не особо страшно. Главное, чтобы мертвые зоны не были слишком большими. Для компенсации мертвых зон нужен маховик.

Ещё очень важная часть этого этапа заключается в том, что тут можно прочувствовать принцип работы двигателя Стирлинга. Я помню свой первый стирлинг который не заработал только потому, что ни как не мог врубиться как и за счет чего эта штука работает. Здесь же, помогая руками поршню ходить вверх-вниз, можно почувствовать как нарастает и спадает давление.

Эту конструкцию можно немного усовершенствовать, если добавить к ней шприц на верхнюю крышку. Этот шприц также необходимо посадить на эпоксидку, держатель иглы немного подрезать. Положение поршня в шприце должно быть в среднем положении. Этим шприцем можно регулировать объем воздуха внутри двигателя. Запуск и регулировка будет намного проще.

Итак можно насаживать держатель коленвала. Высота крепления шатуна к цилиндру регулируется винтом.

Маховик делается из CD диска. Отверстие залепляется пластичной эпоксидкой. Затем необходимо просверлить дырку точно по центру. Найти центр очень просто. Используем свойства прямоугольного треугольника вписанного в круг. У него гипотенуза проходит через центр. Нужно приложить лист бумаги прямым углом к окраине диска. Ориентация не важна. В местах пересечения сторон листа с окраиной диска наносим метки. Линия проведенная через эти метки будет проходить через центр. Если провести вторую линию в другом месте, то на пересечении мы получим точный центр.

Все двигатель готов.

Ставим двигатель Стирлинга на чашку с кипятком. Немного ждем и он должен сам заработать. Если этого не произойдет, нужно слегка помочь ему рукой.

Процесс изготовления на видео.

Двигатель Стирлинга в работе

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?

Двигатели Стирлинга

Высокотемпературный двигатель Стирлинга.

«>

Отличный подарок авиатору, моделисту или просто человеку увлеченному небом или самолетами.

 

 

 

Стирлинги бывают и низкотемпературными.

Этот сувенирный двигатель можно взять на работу и ставить на кружку с чаем или кофе и тепло сохраняет и крутится привлекая внимание 🙂

Не все варианты тепловых двигателей бесполезны, эта вариация вырабатывает электроэнергию.

Правда мощность мала, но светодиод запиать можно без проблем! Отличный подарок для любознательного ребенка! 🙂

А вот самоездящая модель автомобиля на базе двигателя внешнего сгорания.

Если бы цивилизация пошла по пути развития двигателей Стирлинга, то электрокар Тесла еще долго бы не повился в продаже! Зачем нужен электрокар, если можно ездить на угле, дереве или топливных брикетах из бытовых отходов? 🙂

Самую простую модель двигателя Стирлинга можно сделать своими руками за 5 минут.

На более сложную модель придется потратить чуть больше времени, но, оно того стоит!

А если вам не хочется тратить свое время на рукоблудство, закажите Стирлинг по интернету!

Aircraft Hot Air Engine
Купить: BangGood DANIU 34x23cm Heat-resistant Silicone
Купить: BangGood Hot Air Stirling Engine
Купить: BangGood Stirling Engine Car Model
Купить: BangGood

Константин, Радиоуправляемые Авиамодели

Видео: как сделать двигатель Стирлинга

Даже маленький двигатель, именуемый двигателем Стирлинга, можно смастерить дома своими руками. Такое название дано в честь человека, который не придумал его, а улучшил. Позже компания Philips внесла инвестиции в развитие механизма Стирлинга, после чего он стал широко известен. Особую популярность он приобрел в эпоху существования паровых машин. Брату Стирлинга даже удалось применить механизм на производстве, где он работал.
Сделать пусть маленький и не совсем мощный двигатель Стирлинга можно самостоятельно. Материалы понадобятся следующие: банка из-под консервов жестяная, подойдет даже такая, в которой были шпроты, затем жестяной лист, пара скрепок, кусок поролона, небольшой обычный пакет и кусок медной проволоки.

Первое, что необходимо сделать — разобраться с банкой. Она должна быть чистой, ее края нужно обработать наждачкой. Из листа жести надо вырезать круг, который поместится без проблем внутрь банки. В самом центре проделываем отверстие, для этого можно использовать ножницы. А для определения точности точки, в которой нужно проделать отверстие, подойдет циркуль. На конце выпрямленной скрепки сделайте кольцо, на нее наматывается проволока в 4 витка, плотно лежащих друг к другу. К отверстию, проделанному в крышке, припаиваем спираль, которая получилась. Скрепка должна при этом свободно двигаться.
Поролон нужен, чтобы сделать вытесняющее приспособление, в диаметре немного меньшее, чем размер банки, и зазоров больших быть не должно. В высоту вытеснитель должен быть чуть больше половины банки. В поролоне делается отверстие в самой середине, туда вставляется втулка, ее можно смастерить из пробки либо резины. Внутрь втулки вставляем шток и склеиваем. Важно, чтобы вытеснитель был размещен параллельно крышке. Банка после этого закрывается, ее края должны быть герметично запаяны.
Следующий шаг — цилиндр. Из жестяного листа вырезается полоска, в длину она должна составлять 6 см, в ширину — 2,5 см. Край нужно согнуть на 2 мм. Делаем гильзу, край запаиваем, затем припаиваем гильзу к крышке в области над отверстием. Осталось разобраться с мембраной. Для этого нужен кусочек пакета, его необходимо натянуть на гильзу и чуть вдавить, затянув резиночкой.

Важно перепроверить, корректно ли все собрано. Затем нагреваем механизм снизу, тянем за шток. Мембрана при этом должна выгнуться наружу. При опускании штока она снова приходит в исходное положение. Если что-то не так сделано, шток на свое место не возвращается. Двигатель готов, работать он может от простой свечки.
В видео приведен пример маленького двигателя Стирлинга, который способен начать работу от тепла рук. Это познавательно и в то же время оригинально. Работает он по простому принципу: газ внутри нагревается и приводит поршень в движение. И такую штуку можно тоже сделать своими руками. Важно соблюдать привила безопасности и попросить помощи у взрослых.

Низкотемпературный двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга. Почти для любого самодельщика эта замечательная штука может стать настоящим наркотиком. Достаточно один раз сделать и увидеть его в работе, как захочется их делать снова и снова. Относительная простота этих двигателей позволяет делать их буквально из мусора. Я не буду останавливаться на общих принципах и устройстве. Про это полно информации в интернете. Например: Википедия. Приступим сразу к постройке простейшего низкотемпературного  гамма-Стирлинга.

 

Для постройки двигателя своими руками нам понадобится две крышки для стеклянных банок. Они будут выполнять роль холодной и горячей части. От этих крышек ножницами отрезается закраина

В одной крышке по центру делается отверстие. Размер отверстия должен быть чуть меньше диаметра будущего цилиндра.

Корпус двигателя Стирлинга вырезается из пластиковой бутылки из под молока. Эти бутылки как раз поделены на колечки. Нам понадобится одно. Надо заметить, что у разных сортов молока бутылки могут чуть-чуть отличаться.

Корпус приклеивается к крышке пластичным эпоксидным составом или герметиком. 

В качестве цилиндра прекрасно подходит корпус маркера. У этой модели колпачок по диаметру меньше чем сам маркер и может стать поршнем.

От маркера отрезается небольшая часть. У колпачка срезается часть с верху.

Это вытеснитель. В процессе работы двигателя Стирлинга он перемещает воздух внутри корпуса от горячей части к холодной и обратно. Изготавливается из губки для мытья посуды. В центре приклеивается магнит. 

Так как верхняя крышка изготовлена из жести, она может быть притянута магнитом. Вытеснитель может застрять. Чтобы этого не произошло, магнит нужно дополнительно зафиксировать картонным кружком.

Колпачок заполняется эпоксидным составом. С обоих концов сверлятся отверстия для крепления магнита и держателя шатуна. Резьба в отверстиях нарезается непосредственно винтом. Эти винты нужны для тонкой настройки двигателя. Магнит в поршне приклеивается к винту и регулируется таким образом, чтобы находясь в нижней части цилиндра он притягивал вытеснитель. На этот магнит понадобится еще приклеить ограничитель из резины. Подойдет отрезок велосипедной камеры или ластик. Ограничитель нужен для того чтобы магниты поршня и вытеснителя не притягивались слишком сильно. Иначе давления может не  хватить чтобы разорвать магнитную связь.

На верхнюю часть поршня наклеивается резиновая прокладка. Она нужна для герметичности и для защиты кожуха от разрыва.

Кожух поршня изготавливается из резиновой перчатки. Отрезать нужно мизинец.

После того как кожух наклеен, сверху клеится еще одна резиновая прокладка. Сквозь резиновые прокладки и кожух шилом протыкается отверстие. В это отверстие вворачивается держатель шатуна. Этот держатель делается из винта и припаянной шайбы.

В качестве держателя коленвала прекрасно подошла упаковка от эпоксидки. Точно такую же баночку можно взять из под шипучих витаминов или аспирина.

У этой баночки отрезается дно и делаются отверстия. В верхней части — для удержания коленвала. В нижней — для доступа к креплению шатуна.

Коленвал и шатун изготавливаются из проволоки. Белые штуки — это ограничитель. Сделан из трубочки от чупа-чупса. От этой трубочки отрезаются маленькие кусочки и получившиеся детали разрезаются вдоль. Так их проще надеть. Высота колена определяется половиной расстояния, которое должен пройти цилиндр от самой нижней точки до верхней точки, в которой перестает действовать магнитная связь.

Итак, у нас все готово для первых испытаний. Сперва необходимо проверить герметичность. Нужно подуть в цилиндр. На все стыки можно нанести пену из жидкости для мытья посуды. Малейшая утечка воздуха и двигатель не заработает. Если с герметичностью все в порядке, можно вставить поршень и закрепить кожух канцелярской резинкой.

В нижнем положении цилиндра вытеснитель должен притянуться на верх.  Дальше вся конструкция ставится на чашку с горячей водой. Через некоторое время воздух внутри двигателя начнет нагреваться и выталкивать поршень. В определенный момент магнитная связь будет разорвана и вытеснитель упадет на дно. Таким образом воздух в двигателе перестанет контактировать с нагреваемой частью и начнет охлаждаться. Поршень начнет втягиваться. В идеале поршень должен начать совершать движения вверх-вниз. Но этого может не произойти. Либо давления будет не достаточно для перемещения поршня, либо воздух нагреется слишком  сильно и поршень не втянется до конца. Соответственно у этого двигателя могут быть мертвые зоны. Это не особо страшно. Главное, чтобы мертвые зоны не были слишком большими. Для компенсации мертвых зон нужен маховик.

Ещё очень важная часть этого этапа заключается в том, что тут можно прочувствовать принцип работы двигателя Стирлинга. Я помню свой первый стирлинг который не заработал только потому, что ни как не мог врубиться как и за счет чего эта штука работает. Здесь же, помогая руками поршню ходить вверх-вниз, можно почувствовать как нарастает и спадает давление.

Эту конструкцию можно немного усовершенствовать, если добавить к ней шприц на верхнюю крышку. Этот шприц также необходимо посадить на эпоксидку, держатель иглы немного подрезать.  Положение поршня в шприце должно быть в среднем положении. Этим шприцем можно регулировать объем воздуха внутри двигателя. Запуск и регулировка будет намного проще.

Итак можно насаживать держатель коленвала. Высота крепления шатуна к цилиндру регулируется винтом. 

Маховик делается из CD диска. Отверстие залепляется пластичной эпоксидкой. Затем необходимо просверлить дырку точно по центру. Найти центр очень просто. Используем свойства прямоугольного треугольника вписанного в круг. У него гипотенуза проходит через центр. Нужно приложить лист бумаги прямым углом к окраине диска. Ориентация не важна. В местах пересечения сторон листа с окраиной диска наносим метки. Линия проведенная через эти метки будет проходить через центр. Если провести вторую линию в другом месте, то на пересечении мы получим точный центр.

Все двигатель готов.

Ставим двигатель Стирлинга на чашку с кипятком. Немного ждем и он должен сам заработать. Если этого не произойдет, нужно слегка помочь ему рукой.

Процесс изготовления на видео.

Двигатель Стирлинга в работе

Как сделать мощный двигатель стирлинга. У какого двигателя стирлинга лучшая конструкция с максимальным кпд. Двигатель стирлинга: физическая сторона вопроса

Экология потребления.Наука и техника:Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой и эффективностью.

Менее ста лет назад двигатели внутреннего сгорания пытались завоевать свое законное место в конкурентной борьбе среди прочих имеющихся машин и движущихся механизмов. При этом в те времена превосходство бензинового двигателя не являлось столь очевидным. Существующие машины на паровых двигателях отличались бесшумностью, великолепными для того времени характеристиками мощности, простотой обслуживания, возможностью использования различного вида топлива. В дальнейшей борьбе за рынок двигатели внутреннего сгорания благодаря своей экономичности, надежности и простоте взяли верх.

Дальнейшая гонка за совершенствования агрегатов и движущих механизмов, в которую в середине 20 века вступили газовые турбины и роторные разновидности двигателей, привела к тому, что несмотря на верховенство бензинового двигателя были предприняты попытки ввести на «игровое поле» совершенно новый вид двигателей — тепловой, впервые изобретенный в далеком 1861 году шотландским священником по имени Роберт Стирлинг. Двигатель получил название своего создателя.

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА: ФИЗИЧЕСКАЯ СТОРОНА ВОПРОСА

Для понимания, как работает настольная электростанция на Стирлинге, следует понимать общие сведения о принципах работы тепловых двигателей. Физически принцип действия заключается в использовании механической энергии, которая получается при расширении газа при нагревании и его последующем сжатии при охлаждении. Для демонстрации принципа работы можно привести пример на основе обычной пластиковой бутыли и двух кастрюль, в одной из которых находится холодная вода, в другой горячая.

При опускании бутылки в холодную воду, температура которой близка к температуре образования льда при достаточном охлаждении воздуха внутри пластиковой емкости ее следует закрыть пробкой. Далее, при помещении бутыли в кипяток, спустя некоторое время пробка с силой «выстреливает», поскольку в данном случае нагретым воздухом была совершена работа во много раз большая, чем совершается при охлаждении. При многократном повторении опыта результат не меняется.

Первые машины, которые были построены с использованием двигателя Стирлинга, с точностью воспроизводили процесс, демонстрирующийся в опыте. Естественно механизм требовал усовершенствования, заключающееся в применении части тепла, которое терял газ в процессе охлаждения для дальнейшего подогрева, позволяя возвращать тепло газу для ускорения нагревания.

Но даже применение этого новшества не могло спасти положение дел, поскольку первые «Стирлинги» отличались большими размерами при малой вырабатываемой мощности. В дальнейшем не раз предпринимались попытки модернизировать конструкцию для достижения мощности в 250 л.с. приводили к тому, что при наличии цилиндра диаметром 4,2 метра, реальная выходная мощность, которую выдавала электростанция на Стирлинге (Stirling) в 183 кВт на деле составляла всего 73 кВт.

Все двигатели Стирлинга работают по принципу цикла Стирлинга, включающего в себя четыре основные фазы и две промежуточные. Основными являются нагрев, расширение, охлаждение и сжатие. В качестве стадии перехода рассматриваются переход к генератору холода и переход к нагревательному элементу. Полезная работа, совершаемая двигателем, строится исключительно на разнице температур нагревающей и охлаждающей частей.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ СТИРЛИНГА

Современная инженерия различает три основных вида подобных двигателей:

  • альфа-стирлинг, отличие которого в двух активных поршнях, расположенных в самостоятельных цилиндрах. Из всех трех вариантов данная модель отличается самой высокой мощностью, обладая самой высокой температурой нагревающегося поршня;
  • бета-стирлинг, базирующийся на одном цилиндре, одна часть которого горячая, а вторая холодная;
  • гамма-стирлинг, имеющий кроме поршня еще и вытеснитель.

Производство электростанции на Стирлинге будет зависеть от выбора модели двигателя, что позволит учесть всю положительные и отрицательные стороны подобного проекта.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Благодаря своим конструктивным особенностям данные двигатели обладают рядом преимуществ, но при этом не лишены недостатков.

Настольная электростанция Стирлинга, купить которую невозможно в магазине, а только у любителей, самостоятельно осуществляющих сбор подобных устройств, относятся:

  • большие размеры, которые вызваны потребностью к постоянному охлаждению работающего поршня;
  • использование высокого давления, что требуется для улучшения характеристик и мощности двигателя;
  • потеря тепла, которая происходит за счет того, что выделяемое тепло передается не на само рабочее тело, а через систему теплообменников, чей нагрев приводит к потере КПД;
  • резкое снижение мощности требует применения особых принципов, отличающихся от традиционных для бензиновых двигателей.

Наряду с недостатками, у электростанций, функционирующих на агрегатах Стирлинга, имеются неоспоримые плюсы:

  • любой вид топлива, поскольку как любые двигатели, использующие энергию тепла, данный двигатель способен функционировать при разнице температур любой среды;
  • экономичность. Данные аппараты могут стать прекрасной заменой паровым агрегатам в случаях необходимости переработки энергии солнца, выдавая КПДна 30% выше;
  • экологическая безопасность. Поскольку настольная электростанция кВт не создает выхлопного момента, то она не производит шума и не выбрасывает в атмосферу вредных веществ. В виде источника получения мощности выступает обычное тепло, а топливо выгорает практически полностью;
  • конструктивная простота. Для своей работы Стирлинг не потребует дополнительных деталей или приспособлений. Он способен самостоятельно запускаться без использования стартера;
  • повышенный ресурс работоспособности. Благодаря своей простоте, двигатель может обеспечить не одну сотню часов беспрерывной эксплуатации.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ СТИРЛИНГА

Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой, при этом эффективность прочих видов тепловых агрегатов существенно ниже при аналогичных условиях. Очень часто подобные агрегаты применяются в питании насосного оборудования, холодильных камер, подводных лодок, батарей, аккумулирующих энергию.


Одним из перспективных направлений области использования двигателей Стирлинга являются солнечные электростанции, поскольку данный агрегат может удачно применяться для того, чтобы преобразовывать энергию солнечных лучей в электрическую. Для осуществления этого процесса двигатель помещается в фокус зеркала, аккумулирующего солнечные лучи, что обеспечивает перманентное освещение области, требующей нагрева. Это позволяет сфокусировать солнечную энергию на малой площади. Топливом для двигателя в данном случае служит гелии или водород. опубликовано

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.

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?

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.

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.

Двигатель Стирлинга. Почти для любого самодельщика эта замечательная штука может стать настоящим наркотиком. Достаточно один раз сделать и увидеть его в работе, как захочется их делать снова и снова. Относительная простота этих двигателей позволяет делать их буквально из мусора. Я не буду останавливаться на общих принципах и устройстве. Про это полно информации в интернете. Например: Википедия . Приступим сразу к постройке простейшего низкотемпературного гамма-Стирлинга.

Для постройки двигателя своими руками нам понадобится две крышки для стеклянных банок. Они будут выполнять роль холодной и горячей части. От этих крышек ножницами отрезается закраина

В одной крышке по центру делается отверстие. Размер отверстия должен быть чуть меньше диаметра будущего цилиндра.

Корпус двигателя Стирлинга вырезается из пластиковой бутылки из под молока. Эти бутылки как раз поделены на колечки. Нам понадобится одно. Надо заметить, что у разных сортов молока бутылки могут чуть-чуть отличаться.

Корпус приклеивается к крышке пластичным эпоксидным составом или герметиком.

В качестве цилиндра прекрасно подходит корпус маркера. У этой модели колпачок по диаметру меньше чем сам маркер и может стать поршнем.

От маркера отрезается небольшая часть. У колпачка срезается часть с верху.

Это вытеснитель. В процессе работы двигателя Стирлинга он перемещает воздух внутри корпуса от горячей части к холодной и обратно. Изготавливается из губки для мытья посуды. В центре приклеивается магнит.

Так как верхняя крышка изготовлена из жести, она может быть притянута магнитом. Вытеснитель может застрять. Чтобы этого не произошло, магнит нужно дополнительно зафиксировать картонным кружком.

Колпачок заполняется эпоксидным составом. С обоих концов сверлятся отверстия для крепления магнита и держателя шатуна. Резьба в отверстиях нарезается непосредственно винтом. Эти винты нужны для тонкой настройки двигателя. Магнит в поршне приклеивается к винту и регулируется таким образом, чтобы находясь в нижней части цилиндра он притягивал вытеснитель. На этот магнит понадобится еще приклеить ограничитель из резины. Подойдет отрезок велосипедной камеры или ластик. Ограничитель нужен для того чтобы магниты поршня и вытеснителя не притягивались слишком сильно. Иначе давления может не хватить чтобы разорвать магнитную связь.

На верхнюю часть поршня наклеивается резиновая прокладка. Она нужна для герметичности и для защиты кожуха от разрыва.

Кожух поршня изготавливается из резиновой перчатки. Отрезать нужно мизинец.

После того как кожух наклеен, сверху клеится еще одна резиновая прокладка. Сквозь резиновые прокладки и кожух шилом протыкается отверстие. В это отверстие вворачивается держатель шатуна. Этот держатель делается из винта и припаянной шайбы.

В качестве держателя коленвала прекрасно подошла упаковка от эпоксидки. Точно такую же баночку можно взять из под шипучих витаминов или аспирина.

У этой баночки отрезается дно и делаются отверстия. В верхней части — для удержания коленвала. В нижней — для доступа к креплению шатуна.

Коленвал и шатун изготавливаются из проволоки. Белые штуки — это ограничитель. Сделан из трубочки от чупа-чупса. От этой трубочки отрезаются маленькие кусочки и получившиеся детали разрезаются вдоль. Так их проще надеть. Высота колена определяется половиной расстояния, которое должен пройти цилиндр от самой нижней точки до верхней точки, в которой перестает действовать магнитная связь.

Итак, у нас все готово для первых испытаний. Сперва необходимо проверить герметичность. Нужно подуть в цилиндр. На все стыки можно нанести пену из жидкости для мытья посуды. Малейшая утечка воздуха и двигатель не заработает. Если с герметичностью все в порядке, можно вставить поршень и закрепить кожух канцелярской резинкой.

В нижнем положении цилиндра вытеснитель должен притянуться на верх. Дальше вся конструкция ставится на чашку с горячей водой. Через некоторое время воздух внутри двигателя начнет нагреваться и выталкивать поршень. В определенный момент магнитная связь будет разорвана и вытеснитель упадет на дно. Таким образом воздух в двигателе перестанет контактировать с нагреваемой частью и начнет охлаждаться. Поршень начнет втягиваться. В идеале поршень должен начать совершать движения вверх-вниз. Но этого может не произойти. Либо давления будет не достаточно для перемещения поршня, либо воздух нагреется слишком сильно и поршень не втянется до конца. Соответственно у этого двигателя могут быть мертвые зоны. Это не особо страшно. Главное, чтобы мертвые зоны не были слишком большими. Для компенсации мертвых зон нужен маховик.

Ещё очень важная часть этого этапа заключается в том, что тут можно прочувствовать принцип работы двигателя Стирлинга. Я помню свой первый стирлинг который не заработал только потому, что ни как не мог врубиться как и за счет чего эта штука работает. Здесь же, помогая руками поршню ходить вверх-вниз, можно почувствовать как нарастает и спадает давление.

Эту конструкцию можно немного усовершенствовать, если добавить к ней шприц на верхнюю крышку. Этот шприц также необходимо посадить на эпоксидку, держатель иглы немного подрезать. Положение поршня в шприце должно быть в среднем положении. Этим шприцем можно регулировать объем воздуха внутри двигателя. Запуск и регулировка будет намного проще.

Итак можно насаживать держатель коленвала. Высота крепления шатуна к цилиндру регулируется винтом.

Маховик делается из CD диска. Отверстие залепляется пластичной эпоксидкой. Затем необходимо просверлить дырку точно по центру. Найти центр очень просто. Используем свойства прямоугольного треугольника вписанного в круг. У него гипотенуза проходит через центр. Нужно приложить лист бумаги прямым углом к окраине диска. Ориентация не важна. В местах пересечения сторон листа с окраиной диска наносим метки. Линия проведенная через эти метки будет проходить через центр. Если провести вторую линию в другом месте, то на пересечении мы получим точный центр.

Все двигатель готов.

Ставим двигатель Стирлинга на чашку с кипятком. Немного ждем и он должен сам заработать. Если этого не произойдет, нужно слегка помочь ему рукой.

Процесс изготовления на видео.

Двигатель Стирлинга в работе

 

Как сделать двигатель стирлинга своими руками. Низкотемпературный двигатель Стирлинга Самый простой двигатель Стирлинга

Расшифровка двигателя «Стирлинг».

Начнем с разметки маховика.


Шесть лунок не прошли. Получается не красиво. Губы маленькие и тело между ними тонкое.


За один ровно противовес для коленчатого вала. Подшипники запрессованы. В последующих подшипниках на их место нарезается резьба на М3.


Я фрезеровал но можно и напильником.


Это часть шатуна.Остальное припаяно Пш.


Работа с повязкой поверх уплотнительной шайбы.


Бурение Стэнлинг Стэнлинг. Отверстие, которое связывает вытеснитель с рабочим цилиндром. Сверло 4,8 под резьбу на М6. Тогда он должен тонуть.


Рассверловка втулки рабочего цилиндра, под рейву.


Сверление резьбы на M4.


Как это было сделано.


Размеры даны с учетом пересчета. Было изготовлено две пары цилиндр-поршень, 10мм. И на 15мм. Их обоих тестировали. Если поставить цилиндр на 15мм.Ход поршня будет 11-12мм. И это работает, а не действует. А тут 10 мм. с ходом на 24мм. в самый раз.


Размеры шатунов. Латунная проволока Ф3мм припаяна.


Стержень узла крепления. Победитель с подшипниками не прошел. При затягивании штока подшипник деформируется и создает дополнительное трение.Вместо подшипника сделал Ал. Болтовая втулка.


Размеры некоторых деталей.


Некоторые размеры в маховике.


Некоторые размеры как для крепления на валу так и для складывания.


Между кулером и термокамерой ставим асбестовую прокладку на 2-3мм.Желательно и под болты, стягивающие обе части, подложить полоски паронита или чего-то менее теплопроводящего.


Вытеснитель сердца Стирлинга Должен быть легким и мало нагреваться. Стержень взят из того же старого жесткого диска. Это один из направляющих линейных двигателей. Очень подходит, каули, хром. Для того, чтобы обрезать нитки, обмотал середину тесной тряпкой, а концы поджарил до красна.


Щитун с рабочим цилиндром. Общая длина 108 мм. Из них 32мм это поршень диаметром 10мм.п. Позиция должна идти на цилиндр легко, без ощутимого накипи. Для проверки плотно закрываем палец снизу, а сверху вставляем поршень, его следует очень медленно отбивать.


Планировал сделать так но в процессе работы внес изменения.Для того, чтобы узнать ход рабочего цилиндра, переместите вытеснитель в холодильник, а рабочий цилиндр вытяните на 25мм. Нагреваем термокамеру. Четыре под рабочими шатунными линиями и запоминаем данные. Резко нажимаю на вытеснитель, а сколько рабочий цилиндр его сдвинет и есть его ход. Этот размер играет очень важную роль.


Вид рабочего цилиндра. Длина щитуна 83мм.Ход 24мм.маховка крепится к валу винтом М4. На фото видна его голова. И таким образом прикрепляется и уравновешивает стержень вытеснителя.


Вид на стержень буйка. Общая длина с вытеснителем 214мм. Длина затвора 75 мм. Шаг 24 мм. Обратите внимание на подошву фигурной формы на маховике. Был либо генератор, либо пасик на вентилятор кулера. Маховик Pilon имеет размеры 68x25x15.От вершины фрезерования с одной стороны на глубину 7мм. И длина 32мм. Центр подшипника находится на 55 мм ниже. К днищу крепится двумя болтами на М4. Магистраль между центрами 126мм пилонов.


Вид на термокамеру и охладитель. Двигатель вдавлен в пилон. Пилон 47х25х15. Углубление под обшивку 12мм.. Борт низкий по низу двумя болтами на М4.


Лампада 40 мм. В диаметре высота 35мм. Углублен в 8мм струну. Внизу по центру вывешена гайка на М4 и снизу закреплена болтом.


Готовый вид. Основание дуб 300х150х15мм.


Шельдик.

Долго искал рабочую схему. Находил но это всегда было из-за того что либо с оборудованием проблемы либо с материалами. Держал делать как арбелт. Просматривал множество вариантов и делал вид, что у меня есть в наличии и что я могу сделать его сам на своем железе. Сразу не понравится, мне в собранном аппарате не понравилось. Мне не понравилось, что он слишком широкий. Пришлось укорачивать цилиндры. И маховик поставить на один подшипник (на один пилон).Материалы маховика, шатунов, противовесов, уплотнительной шайбы, лампы и рабочего цилиндра бронза. Пилоны, рабочий поршень, охладитель постели цилиндра и карбоновая шайба из топочного алюминия. Обои и стволовая камера Steel.jar из нержавеющей стали. Проверьте графит. А что получилось я выложил на обзор, вам судить.

В котором рабочее тело (газообразное или жидкое) движется в замкнутом объеме, по существу это разновидность двигателя внешнего сгорания. Этот механизм основан на принципе периодического нагрева и охлаждения рабочего тела.Извлечение энергии происходит из полученного объема рабочего тела. Двигатель Стирлинга работает не только на энергии сжигаемого топлива, но и практически от любого источника. Запатентовал этот механизм шотландец Роберт Стирлинг в 1816 году.

Описанный механизм, несмотря на низкий КПД, имеет ряд преимуществ, прежде всего это простота и неприхотливость. Благодаря этому многие конструкторы-любители предпринимают попытки собрать двигатель Стирлинга своими руками. Кому-то это удается, а кому-то нет.

В этой статье мы рассмотрим стирлинг своими руками из подружки. Нам потребуются следующие заготовки и инструменты: консервная банка (можно из-под шрота), жесть листовая, скрепки канцелярские, поролон, резинка, пакет, пассатижи, пассатижи, ножницы, паяльник,

Теперь приступаем к сборка. Вот подробная инструкция Как сделать двигатель стирлинга своими руками. Для начала нужно помыть банку, очистить от песка бумажные края. Вырежьте из листа жести круг так, чтобы он оказался на внутренних краях банки.Определяем центр (для этого используем штангенциркуль или линейку), делаем отверстие ножницами. Далее берем медную проволоку и канцелярские зажимы, расправляем зажимы, на конце делаем кольцо. Просыпаемся по замыканию провода — четыре плотных витка. Далее у паяльника получается спираль с небольшим количеством припоя. Затем необходимо аккуратно припаять спираль к отверстию в крышке так, чтобы стержень получился перпендикулярно крышке. Клипса должна двигаться свободно.

После этого нужно сделать отчетное отверстие в крышке.Из поролона делаем вытеснитель. Его диаметр должен быть чуть меньше диаметра банки, но не должно быть большого зазора. Высота дозатора чуть больше половины банки. Вырезаем в порту по центру отверстие для втулки, последнюю можно сделать из резины или пробки. Вставляем стержень в получившуюся втулку и катаемся все. Вытеснитель должен располагаться параллельно крышке, это важное условие. Далее осталось закрыть банку и залить края.Шов должен быть герметичным. Теперь приступаем к изготовлению рабочего цилиндра. Для этого вырежьте из жести полоску длиной 60 мм и шириной 25 мм, подогнув кусачками край на 2 мм. Формируем гильзу, после этого припаиваем край, далее нужно припаять гильзу к крышке (над отверстием).

Теперь можно приступить к изготовлению мембраны. Для этого отрезаем от пакета кусок пленки, вдавливаем его в палец, край прижимаем резинкой. Далее необходимо проверить правильность сборки.Нагрейте дно банки на огне, потяните за стержень. В результате мембрана должна прогнуться, а если шток отпустить, то вытеснитель под собственным весом должен упасть, соответственно мембрана возвращается на место. В том случае, если вытеснитель изготовлен неправильно или банки не герметичны, шток не вернется на место. После этого изготавливаем коленвал и рейки (разброс кривошипа должен быть 90 градусов). Высота кривошипа должна быть 7 мм, а дисплеи 5 мм. Длина шатунов определяется положением коленчатого вала.Конец кривошипа вставляется в заглушку. Вот мы и рассмотрели, как собрать двигатель стирлинга своими руками.

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

Можно конечно купить красивые заводские модели двигателей стирлинга, например в этом китайском интернет-магазине.Однако иногда хочется создать вещь самому и сделать вещь, даже если придется это сделать. На нашем сайте уже есть несколько вариантов изготовления данных моторов, а в этой публикации ознакомьтесь с простым вариантом Изготовление в домашних условиях.

Посмотрите ниже 3 варианта самостоятельного изготовления.

Дмитрий Петраков по многочисленным просьбам снял пошаговую инструкцию по сборке мощного, относительно его габаритов и потребляемого количества тепла двигателя Стирлинга.Эта модель предполагает доступные каждому зрителю и общие материалы – их может приобрести любой желающий. Все размеры, представленные в этом видео, автор вытолкнул из многолетнего опыта работы с такой конструкцией стирлинга, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

Данная модель включает в себя доступные каждому зрителю и широко распространенные материалы, благодаря чему их может приобрести любой желающий. Все размеры, представленные в этом видео, подобраны на основе многолетнего опыта работы с такой конструкцией стирлинга, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

С чувством, действительно, и устроит.

Двигатель Стирлинга в работе с нагрузкой (водяной насос).

Водяной насос в сборе как рабочий прототип, предназначенный для работы в паре с двигателями Стирлинга. Особенность насосов в наименьших энергетических затратах, необходимых для их работы: такая конструкция использует лишь малую часть динамического внутреннего рабочего объема двигателя, а значит, минимально влияет на его производительность.

Двигатель Стирлинга из консервной банки

Для его изготовления вам потребуются материалы для обжига: банка от консервов, небольшой кусок поролона, CD-привод, два болта и скрепки.

Поролон — один из наиболее распространенных материалов, которые используются при изготовлении двигателей Стирлинга. Из него выворачивается двигатель. Из куска нашего поролона вырезаем круг, делаем его диаметр на два миллиметра меньше внутреннего диаметра банки, а высота чуть больше его половины.

В центре крышки сверлим отверстие, в которое потом шатун. Для плоского витка шатуна делаем спираль из зажимов и припаиваем к крышке.

Вспененный круг из поролона пронизывают посередине винта и стопорят его шайбой сверху и снизу шайбы и гайки. После этого соединяем, припаяв отрезок клипс, предварительно расправив его.

Теперь приклеиваем дозатор к заранее сделанному отверстию в крышке и плотно спаиваем крышку и баночку. На конце зажимов делаем небольшую петлю, а в крышке сверлим еще одно отверстие, но чуть больше первого.

Из жести делаем цилиндр с помощью пайки.

Готовый цилиндр прикрепляем к банке паяльником, чтобы не было трещин в месте пайки.

Из обоймы делаем коленвал. Смещение колена должно быть 90 градусов. Колено, которое будет над цилиндром на высоте на 1-2 мм больше другого.

Из обойм делаем стойки для вала. Изготовление мембраны. Для этого надеваю на цилиндр полиэтиленовую пленку, немного забираю внутрь и закрепляю на резьбе баллона.

Шатун, который нужно будет приварить к мембране, сделать клипсу и вставить в резиновую накладку. По длине шатун следует делать так, чтобы в нижней мертвой точке вала мембрана втягивалась внутрь цилиндра, а в высшей — наоборот — вытягивалась. Второй шатун настроил так же.

Резиновый шатун к мембране, а другой подключаем к поршню.

Прикрепляем ножки паяльника от зажимов к банке и прикрепляем маховик к кривошипу.Например, вы можете использовать SD-накопитель.

Двигатель Стирлинга своими руками. Теперь осталось под банкой согреться — свечу зажечь. И через несколько секунд дайте толчок маховику.

Как сделать простой двигатель Стирлинга (с фото и видео)

www.newphysicist.com.

Давайте сделаем двигатель Стирлинга.

Двигатель Стирлинга — это тепловой двигатель, работающий за счет циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа (рабочего тела) при различных температурах, благодаря чему 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% КПД. Они также способны работать бесшумно и могут использовать практически любой источник тепла. Источник тепловой энергии вырабатывается вне двигателя Стирлинга, а не за счет внутреннего сгорания, как в случае двигателей с циклом ОТО или дизельным циклом.

Двигатели Стирлинга

совместимы с альтернативными и возобновляемыми источниками энергии, потому что Они могут приобретать все большее значение по мере роста цен на традиционные виды топлива, а также в свете таких проблем, как запасы нефти и изменение климата.


В этом проекте мы дадим вам простые инструкции по созданию очень простого двигателя . Сделай сам. Стирлинг с использованием пробирок и шприца .

Как сделать простой двигатель Стирлинга — видео

Компоненты и этапы изготовления двигателя Стирлинга

1. Кусок твердой древесины или фанеры

Это основа для вашего двигателя. Таким образом, он должен быть достаточно жестким, чтобы справиться с движением двигателя. Затем сделайте три маленьких отверстия, как показано на картинке. Также можно использовать Фанер, дерево и т.д.

2. Мраморные или стеклянные шарики

В двигателе Стирлинга эти шарики выполняют важную функцию.В этом проекте мрамор действует как улавливатель горячего воздуха с теплой стороны пробирки на холодную. Когда мрамор вытесняет горячий воздух, он охлаждается.

3. Стержни и винты

Шпильки и винты служат для удержания пробирки в удобном положении для свободного перемещения в любом направлении без разрывов.


4. Резиновые детали

Купите ластик и вырежьте из него следующие формы. Он служит для надежного удержания пробирки и поддержания ее герметичности.Не должно быть утечек в устье пробирки. Если да, то проект не будет успешным.


5. Шприц

Шприц — одна из самых важных и подвижных частей простого двигателя Стирлинга. Добавьте внутрь шприца немного смазки, чтобы поршень мог свободно двигаться внутри цилиндра. Когда воздух расширяется внутри пробирки, он толкает поршень вниз. В результате цилиндр шприца перемещается вверх. В то же время шарик перекатывается к горячей стороне пробирки, вытесняет горячий воздух и заставляет его охлаждаться (уменьшать объем).

6. Пробирка с пробиркой — самый важный и рабочий компонент простой машины Стирлинга. Трубка изготовлена ​​из стекла определенного типа (например, из боросиликатного стекла), обладающего высокой термостойкостью. Поэтому его можно нагревать до высоких температур.

Как работает двигатель Стирлинга?

Некоторые говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это так, то так же, как и великие уравнения физики (например, Е = МС2), они просты: они просты на поверхности, но богаче, сложнее и потенциально очень запутанны, пока вы не осознаете их.Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube показывают, как легко «объяснить» их очень неполным и неудовлетворительным образом.

На мой взгляд, нельзя понять двигатель стирлинга, просто создав его или наблюдая за ним снаружи снаружи: нужно серьезно задуматься о цикле шагов, через который он проходит, что происходит с газом внутри, и как он отличается от того, что происходит в обычной паровой машине.

Все, что требуется для работы двигателя, это наличие разницы температур между горячей и холодной частями газовой камеры. Были построены модели, способные работать только при разнице температур в 4°С, хотя заводские двигатели, скорее всего, будут работать при разнице в несколько сотен градусов. Эти двигатели могут быть наиболее эффективной формой двигателя внутреннего сгорания.

Двигатели Стирлинга и концентрированная солнечная энергия

Двигатели Стирлинга

обеспечивают аккуратный метод преобразования тепловой энергии в движение, который может привести в движение генератор.Самая распространенная схема — двигатель находится в центре параболического зеркала. Зеркало будет установлено на следящее устройство так, чтобы солнечные лучи фокусировались на двигателе.

* Двигатель Стирлинга в качестве ресивера

Возможно, в школьные годы вы играли с выпуклыми линзами. Концентрация солнечной энергии Чтобы сжечь лист бумаги или спичку, я прав? Новые технологии развиваются день ото дня. Концентрированная солнечная тепловая энергия В наши дни становится все больше и больше внимания.

Выше короткое видео о простом двигателе с пробиркой, использующей стеклянные шарики в качестве дозатора и стеклянный шприц в качестве силового поршня.

Этот простой двигатель Стирлинга был построен из материалов, доступных в большинстве школьных научных лабораторий, и его можно использовать для демонстрации простой тепловой машины.

Диаграмма давление-объем за цикл

Процесс 1 → 2 Расширяя рабочий газ на горячем конце пробирки, тепло передается газу, и газ расширяется, увеличивая объем и поршень поршня шприца.

Процесс 2 → 3 По мере того, как шарик движется к горячему концу пробирки, газ вытесняется из горячего конца пробирки в холодный конец и при движении газа отдает тепло пробирке .

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

Процесс 4 → 1 завершает цикл. Рабочий газ движется от холодного конца пробирки к горячему концу, так как мраморные шарики, вытесняя его, получают тепло от стенки пробирки при ее движении, тем самым повышая давление газа.

Двигатель Стирлинга — это разновидность двигателя, который начинает работать от тепловой энергии.При этом источник энергии совершенно не важен. Главное, чтобы был режим перепада температур, в этом случае такой двигатель работать будет. Теперь разберем, как создать модель такого низкотемпературного двигателя из банки от Кока-Колы.

Материалы и устройства

Теперь разберем, что нам нужно взять для создания двигателя в домашних условиях. Что нам нужно взять для Стирлинга:

  • Воздушный шар.
  • Три баночки из-под колы.
  • Специальные терминалы, пять материалов (на 5а).
  • Ниппели для фиксации велосипедных спиц (две штуки).
  • Вата металлическая.
  • Кусок стальной проволоки длиной тридцать см и сечением 1 мм.
  • Кусок большой стальной или медной проволоки диаметром от 1,6 до 2 мм.
  • Деревянная булавка диаметром двадцать мм (длина один см).
  • Крышка от бутылки (из пластика).
  • Проводка (тридцать см).
  • Специальный клей.
  • Вулканизированная резина (где-то 2 сантиметра).
  • Леска рыболовная (длина тридцать см).
  • Некоторые загружены для балансировки (например, никель).
  • дисков (три штуки).
  • Специальные кнопки.
  • Жестяная банка для топки.
  • Термостойкий силикон и банки для изготовления водяного охлаждения.

Описание процесса создания

Этап 1. Подготовка банок .

Сначала нужно взять 2 банки и срезать у них верхнюю часть. Если верхушки срезать ножницами, получившуюся баночку придется стачивать с помощью напильника.

Этап 2. Изготовление диафрагмы.

В качестве диафрагмы можно взять баллон, который стоит укрепить вулканизированной резиной. Шар необходимо разрезать и затянуть на банке. Затем к центральной части диафрагмы приклейте кусок специальной резины. После парения клея В центре диафрагмы пробуем отверстие для установки провода. Проще всего это сделать специальной кнопкой, которую можно оставить в отверстии, пока сборка не будет собрана.

Этап 3. Вырезание и создание отверстий в крышке.

В стенках крышки необходимо сделать два отверстия на два мм, они необходимы для установки оси поворота рычагов. Еще одно отверстие необходимо сделать в нижней части крышки, через него будет проходить провод, который будет подключен к буйку.

На последнем этапе необходимо подрезать крышку. Это сделано для того, чтобы провод генератора не зацепился за края крышки. Для таких работ можно взять деловые ножницы.

Этап 4. Сверление.

В банке необходимо просверлить два отверстия под подшипники.В нашем случае это выполнялось сверлом 3,5 мм.

Этап 5. Изготовление смотрового окна.

В корпусе двигателя нужно вырезать специальное окно. Теперь можно будет наблюдать, как работают все узлы устройства.

Этап 6. Доработка клемм .

Нужно взять клеммы и снять с них пластиковую изоляцию. Затем возьмите дрель и сделайте сквозные отверстия по краям клемм. Вам нужно просверлить три клеммы.Оставим две клеммы, не просверленные.

Этап 7. Создание рычагов.

В качестве материала для изготовления рычагов взята медная проволока, диаметр которой всего 1,88 мм. Как настроить иглы, надо смотреть в интернете. Можно взять стальную проволоку, просто с медной удобнее работать.

Этап 8. Изготовление подшипников.

Для изготовления подшипников понадобятся две велосипедные ниппели. Необходимо проверить диаметр отверстий. Автор просверлил их насквозь сверлом на два мм.

Этап 9. Установка рычагов и подшипников .

Рычаги можно выставить прямо через смотровое окно. Один кончик проволоки должен быть длинным, на нем будет маховик. Подшипники должны надежно прятаться в нужных местах. Если люфт будет присутствовать, их можно приклеить.

Этап 10. Делаем вытеснитель.

Буек изготовлен из полированной стальной шерсти. Для изготовления вытеснителя из стали берут проволоку, на ней создают крючок, а затем на проволоку наматывают определенное количество ваты.Вытеснитель должен быть такого же размера, чтобы его спокойно передвигали к берегу. Вся высота вытеснителя не должна быть больше пяти сантиметров.

На конце с одной стороны хлопка Из проволоки необходимо сделать спираль, чтобы она не выходила из шерсти, а со второй стороны проволоки делаем петлю. Затем к этой петле будет привязываться леска, которая впоследствии будет протягиваться через центральную часть диафрагмы. Вулканизированные шины должны находиться в столе резервуара.

Этап 11. Изготовление напорного резервуара

У банок нужно определенным образом обрезать дно, чтобы осталось где-то 2,5 см от его основания. Буек вместе с диафрагмой необходимо переместить в бак. После этого весь этот механизм переносится в конец банка. Диафрагму надо немного подтянуть б, чтобы она не давала.

Затем нужно взять клемму, которая не была просверлена, и провести через нее леску.Узел нужно приклеить так, чтобы он не двигался. Необходимо сделать проволоку с качественным маслом и при этом убедиться, что осциллятор легко доедет до лески.

Шаг 12. Изготовление толкающей тяги.

Эти специальные тяги соединяют диафрагму и рычаги. Его делают из куска медной проволоки длиной пятнадцать сантиметров.

Этап 13. Изготовление и установка маховика

Для изготовления маховика берем три старые CD-диска.В качестве центра возьмем деревянный стержень. После установки маховика, шатун коленчатого вала должен работать, поэтому маховик больше не будет прописываться.

На последнем этапе весь механизм собирается полностью.

Последний шаг, создание топки

Вот мы и подошли к последнему этапу создания двигателя.

Всем привет! Сегодня хочу представить вашему вниманию самодельный Двигатель, который любую разницу температур преобразует в механическую работу:

Двигатель Стирлинга — Тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объеме, по типу двигателя внешнего сгорания.Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с отбором энергии от возникновения изменения объема рабочего тела. Он может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Представляю вашему вниманию ваш двигатель сделанный по картинкам из интернета:

Увидев это чудо, у меня появилось желание его сделать)) Тем более в интернете было много чертежей и конструкций двигателей. Скажу сразу: не сложно, но настроить и добиться нормальной работы немного проблематично.У меня нормально заработало только с третьего раза(надеюсь не помучаешься)))).

Принцип действия двигателя Стирлинга:

Все сделано из материалов, доступных каждому мозгу:

Ну и как же без размеров)))

Каркас двигателя из проволоки из клипс. Все фиксированные соединения проволочно-пайковые ()

Вытеснитель (диск, который перемещает воздух внутри двигателя) — из чертежной бумаги и клееного суперзатвора (внутри он полый):

Чем меньше зазор между крышками и вытеснителем в верхнем и нижнем положении, тем выше КПД двигателя.

Шток вытеснителя изготавливается из выхлопной заклепки (изготовление: интенсивно вытягивать внутреннюю часть и при необходимости стирать наждачной бумагой с нулем; наружная часть приклеивается к верхней «холодной» шляпке с шляпа внутрь). Но у этого варианта есть недостаток, нет полной герметичности и есть небольшое трение, хотя капелька моторного масла поможет от него избавиться.

Цилиндр-поршень-горловина от обычной пластиковой бутылки:

Корпус поршня изготовлен из медицинской перчатки и закреплен ниткой, которую после намотки нужно пропитать суперзатвором для надежности.В центре кожуха вклеен диск из нескольких слоев картона, на котором закреплен шатун.

Коленчатый вал из тех же обойм, что и вся рама двигателя. Угол между коленами поршня и вытеснителем составляет 90 градусов. Рабочая сила вытеснителя 5 мм; Поршень — 8мм.

Маховик состоит из двух дисков дисков, приклеенных к картонному цилиндру и посаженных на ось коленчатого вала.

Итак, хватит терпеть всякую чушь, представьте себе видео работы двигателя :

Трудности, с которыми я столкнулся, в основном связаны с чрезмерным трением и отсутствием точных расчетных размеров.В первом случае капля моторного масла и центр коленвала исправили ситуацию, то во втором пришлось полагаться на интуицию))) но как видите все (правда 3 раза двигатель полностью переделывался) )))

Если есть вопросы пишите в комментарии, разберусь)))

Известный когда-то двигатель Стирлинга был надолго забыт из-за широкого распространения другого двигателя (внутреннего сгорания). Но сегодня это слышно все больше и больше. Может быть, у него есть шансы стать популярнее и найти свое место в новой модификации в современном мире?

История

Двигатель Стирлинга — это тепловая машина, изобретенная в начале девятнадцатого века.Автором, как понятно, был какой-то волнующий священник по имени Роберт из Шотландии. Устройство представляет собой двигатель внешнего сгорания, в котором тело движется в закрытом контейнере, постоянно меняя свою температуру.

В связи с распространением еще один тип мотора, почти забытый. Тем не менее, благодаря своим достоинствам, сегодня двигатель Стирлинга (своими руками, многие любители соорудить его в домашних условиях) снова на пике популярности.

Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания в том, что тепловая энергия поступает извне, а не вырабатывается в самом двигателе, как в двигателе.

Принцип действия

Можно представить замкнутый объем воздуха, заключенный в корпус с мембраной, то есть поршень. Когда корпус нагревается, воздух расширяется и совершает работу, изгибая таким образом поршень. Потом охлаждение, и снова билдинг. Это состоит из цикла механизма.

Неудивительно, что термоакустический двигатель стирлинга своими руками многие изготавливают в домашних условиях. Инструментов и материалов для этого потребуется тот минимум, который найдется в доме у каждого.Рассмотрим два разных способа, как создать его легко.

Материалы для работы

Для изготовления двигателя Стирлинга своими руками потребуются следующие материалы:

  • жесть;
  • стальные иглы;
  • латунная трубка;
  • ножовка по металлу;
  • файл;
  • дровяная плита;
  • ножницы по металлу;
  • крепеж
  • ;
  • паяльник;
  • пайка;
  • припой;
  • машина.

Это все.Остальное — работа простой техники.

Как сделать

Из жести подготовьте печь и два цилиндра для основы, из которых будет состоять двигатель стирлинга, своими руками сделанный. Размеры подбираются самостоятельно, учитывая цели, для которых предназначено данное приспособление. Допустим мотор сделан для демонстрации. Тогда развертка главного цилиндра будет от двадцати до двадцати пяти сантиметров, не более. Остальные части должны адаптироваться к нему.

В верхней части цилиндра для движения поршня имеются два выступа и отверстия диаметром четыре-пять миллиметров.Элементы будут выполнять роль подшипников для расположения кривошипного устройства.

Далее делаем рабочий орган мотора (они будут обычные водяные). К цилиндру, свернутому в трубу, припаяйте кружки из жести. Делают отверстия и вставляют трубы из латуни длиной от двадцати пяти до тридцати пяти сантиметров и диаметром от четырех до пяти миллиметров. В конце проверяют, насколько камера стала, залив ее воды.

Далее наступает очередь буйка.Для изготовления возьмите заготовку из дерева. На машине стремится он обрести форму правильного цилиндра. Буек должен быть немного меньше диаметра цилиндра. Оптимальная высота выбирается после того, как двигатель стирлинга будет изготовлен своими руками. Поэтому на данном этапе длина должна иметь некоторый запас.

Игла превращается в шток цилиндра. В центре деревянной емкости сделайте отверстие, подходящее для стержня, вставьте его. В верхней части шатуна необходимо предусмотреть место для шатунного устройства.

Затем возьмите трубочки из меди длиной четыре с половиной сантиметра и диаметром два с половиной сантиметра. Круг олова припаяйте к цилиндру. Над стенами на стенах сделайте отверстие для танкового сообщения с баллоном.

Поршень также подгонять на токарном станке Под диаметр большого цилиндра изнутри. Наверху соедините штангу шарнирным способом.

Завершение сборки и регулировка механизма. Для этого поршень вставляют в больший цилиндр и соединяют последний с другим меньшим цилиндром.

На большом цилиндре построен кривошипно-соединительный механизм. Закрепите часть двигателя паяльником. Основные детали закреплены на деревянной основе.

Цилиндр наполнить водой и под дно подставить свечу. Двигатель Стирлинга, своими руками сделал от начала до конца, проверил на работоспособность.

Второй способ: Материалы

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

  • ;
  • пенопласт;
  • зажимы;
  • диски;
  • два болта.

Как сделать

Поролон очень часто используется для изготовления дома простого не мощного двигателя стирлинга своими руками. Из нее готовится выдающийся мотор. Вырезаем круг из пенопласта. Диаметр должен быть чуть меньше консервной банки, а высота чуть больше половины.

В центре крышки делаем отверстие под будущий шатун. Чтобы она шла ровно, клипсы сворачивают в спираль и припаивают к крышке.

Пенопластовый круг посередине протыкаем тонкой проволокой с помощью шурупа и фиксируем сверху шайбой. Затем соедините кусок клипсы пайкой.

Буек вставляется в отверстие на крышке и соединяется с крышкой при помощи пайки до уплотнения. На зажимах сделайте маленькую петлю, а в крышке — еще одну, более крупную дырочку.

Жестяной лист загибают в цилиндр и припаивают, а затем прикрепляют к банке так, чтобы прорези не оставались полностью.

Обойма превращается в коленчатый вал.Разделение должно быть ровно девяносто градусов. Колено над цилиндром делает немного больше, чем другое.

Оставшиеся клипсы превращаются в стойку для вала. Мембрана делается следующим образом: цилиндр превращается в пленку из полиэтилена, проталкивается и закрепляется нитью.

Шатун изготавливается из обойм, который вставляется в кусок резины, а готовая деталь крепится к мембране. Длина шатуна такова, чтобы в нижней брутто-точке мембрана втягивалась в цилиндр, а в высшей — растягивалась.Таким же образом делается и вторая часть шатуна.

Затем один приклеивается к мембране, а другой к буйку.

Ножки для банки также можно сделать из зажимов и припоя. CD-диск используется для запуска.

Вот и все, механизм готов. Остается только подставить и зажечь свечу, а затем дать толчок через маховик.

Вывод

Такой вот низкотемпературный двигатель стирлинга (своими руками сконструирован).Конечно, в промышленных масштабах такие устройства изготавливаются совсем по-другому. Однако принцип остается неизменным: происходит нагрев, а затем охлаждение воздушного объема. И это постоянно повторяется.

Наконец, посмотрите на эти чертежи двигателя Стирлинга (его можно сделать своими руками без особых навыков). Может быть, вы уже загорели идеей, и хотите сделать что-то подобное?

Расшифровка двигателя «Стирлинг».


Начнем с разметки маховика.


Шесть лунок не прошли. Получается не красиво. Губы маленькие и тело между ними тонкое.


За один ровно противовес для коленчатого вала.Подшипники запрессованы. В последующих подшипниках на их место нарезается резьба на М3.


Я фрезеровал но можно и напильником.


Это часть шатуна. Остальное припаяно Пш.


Работа с повязкой поверх уплотнительной шайбы.


Бурение Стэнлинг Стэнлинг. Отверстие, которое связывает вытеснитель с рабочим цилиндром. Сверло 4,8 под резьбу на М6. Тогда он должен тонуть.


Рассверловка втулки рабочего цилиндра, под рейву.


Сверление резьбы на M4.


Как это было сделано.


Размеры даны с учетом пересчета. Было изготовлено две пары цилиндр-поршень, 10мм. И на 15мм. Их обоих тестировали. Если поставить цилиндр на 15мм. Ход поршня будет 11-12мм. И это работает, а не действует. А тут 10 мм. с ходом на 24мм. в самый раз.


Размеры шатунов. Латунная проволока Ф3мм припаяна.


Стержень узла крепления. Победитель с подшипниками не прошел. При затягивании штока подшипник деформируется и создает дополнительное трение. Вместо подшипника сделал Ал. Болтовая втулка.


Размеры некоторых деталей.


Некоторые размеры в маховике.


Некоторые размеры как для крепления на валу так и для складывания.


Между кулером и термокамерой ставим асбестовую прокладку на 2-3мм. Желательно и под болты, стягивающие обе части, подложить полоски паронита или чего-то менее теплопроводящего.


Вытеснитель сердца Стирлинга Должен быть легким и мало нагреваться. Стержень взят из того же старого жесткого диска. Это один из направляющих линейных двигателей. Очень подходит, каули, хром. Для того, чтобы обрезать нитки, обмотал середину тесной тряпкой, а концы поджарил до красна.


Щитун с рабочим цилиндром.Общая длина 108 мм. Из них 32мм это поршень диаметром 10мм.п. Позиция должна идти на цилиндр легко, без ощутимого накипи. Для проверки плотно закрываем палец снизу, а сверху вставляем поршень, его следует очень медленно отбивать.


Планировал сделать так но в процессе работы внес изменения. Для того, чтобы узнать ход рабочего цилиндра, переместите вытеснитель в холодильник, а рабочий цилиндр вытяните на 25мм.Нагреваем термокамеру. Четыре под рабочими шатунными линиями и запоминаем данные. Резко нажимаю на вытеснитель, а сколько рабочий цилиндр его сдвинет и есть его ход. Этот размер играет очень важную роль.


Вид рабочего цилиндра. Длина щитуна 83мм. Ход 24мм.маховка крепится к валу винтом М4. На фото видна его голова. И таким образом прикрепляется и уравновешивает стержень вытеснителя.


Вид на стержень буйка. Общая длина с вытеснителем 214мм. Длина затвора 75 мм. Шаг 24 мм. Обратите внимание на подошву фигурной формы на маховике. Был либо генератор, либо пасик на вентилятор кулера. Маховик Pilon имеет размеры 68x25x15. От вершины фрезерования с одной стороны на глубину 7мм. И длина 32мм. Центр подшипника находится на 55 мм ниже.К днищу крепится двумя болтами на М4. Магистраль между центрами 126мм пилонов.


Вид на термокамеру и охладитель. Двигатель вдавлен в пилон. Пилон 47х25х15. Углубление под обшивку 12мм.. Борт низкий по низу двумя болтами на М4.


Лампада 40 мм.В диаметре высота 35мм. Углублен в 8мм струну. Внизу по центру вывешена гайка на М4 и снизу закреплена болтом.


Готовый вид. Основание дуб 300х150х15мм.


Шельдик.

Долго искал рабочую схему.Находил но это всегда было из-за того что либо с оборудованием проблемы либо с материалами. Держал делать как арбелт. Просматривал множество вариантов и делал вид, что у меня есть в наличии и что я могу сделать его сам на своем железе. Сразу не понравится, мне в собранном аппарате не понравилось. Мне не понравилось, что он слишком широкий. Пришлось укорачивать цилиндры. И маховик поставить на один подшипник (на один пилон). Материалы маховика, шатунов, противовесов, уплотнительной шайбы, лампы и рабочего цилиндра бронза.Пилоны, рабочий поршень, охладитель постели цилиндра и карбоновая шайба из топочного алюминия. Обои и стволовая камера Steel.jar из нержавеющей стали. Проверьте графит. А что получилось я выложил на обзор, вам судить.

Всем известный двигатель Стирлинга можно создать самостоятельно из первичных материалов. Любой источник тепла в такой конструкции способен отдать вам энергию на выходе.

Материалы

Для изготовления двигателя Стирлинга потребуются:

  • CD-диск;
  • Пластиковый держатель из-под компакт-дисков;
  • Алюминиевый лист 25 x 13 см;
  • эпоксидная смола;
  • проволока;
  • 7-дюймовая труба из ПВХ;
  • пенопласт;
  • медная трубка ¾ дюйма;
  • клейкая лента;
  • термопистолет и горячий клей;
  • металлический маховик;
  • сверло
  • ;
  • кусачки;
  • лобзик;
  • компас.

Шаг 1 . От CD-держателя необходимо отрезать часть конструкции. В итоге должен получиться круг без дна и верх с ровными краями. Высота — около 4 см.

Шаг 2. . Круг Измерьте диаметр полученного круга. Перенесите его в пену. Сделайте два круга. Обязательно загляните в центр. Круги проходят головоломку. Приклейте их. Для четкого попадания по кругу скатываем внешний край скотча.

Шаг 3. . Круги, диаметром с CD-держатель, вырезаны из алюминиевых листов. Их должно быть двое.

Шаг 4. . Ровно посередине верхнего алюминиевого листа просверлите отверстие, в которое будет входить провод. Чтобы проволока двигалась прямо, как нам нужно, приварите кусок уголка, как показано на фото. В его цилиндре сделайте еще одно отверстие для проволоки. Берем саму проволоку, которая будет держать поршень, проверяем, чтобы она могла двигаться через эти отверстия, но при этом натяг тоже имел место быть.

Ближе к краю верхней крышки просверлите еще одно отверстие диаметром равного отрезку имеющейся металлической трубы.

Шаг 5. . Теперь необходимо сделать поршень. Для этого берется кусок металлической трубы, который затем включается в эту конструкцию. Промойте его и наденьте на крышку, просвечивая куском полиэтиленового пакета. Изнутри смажьте трубку и сам пакет маслом. После этого заливаем в полученную форму разогретую эпоксидную смолу.Оно должно быть теплым, а не горячим. Поскольку он застыл силой поршня, поршень должен будет толкнуть. Складываем крючок из проволоки. Просверлите отверстие в эпоксидной смоле Kuke и вставьте в него этот провод. Поршень готов.

Шаг 6. . Часть конструкции следует собрать. Нижняя часть конструкции приклеена горячим клеем. Также сделайте еще несколько крючков из проволоки. Крючок, который будет располагаться посередине всей конструкции, завязывается.Концы крючков наколоть эпоксидной смолой.

Шаг 7. . Закрепите трубу на алюминиевом верхнем листе. Смажьте его, вставьте поршень. Сделайте издевательскую часть дизайна. Для этого достаточно приложить бумагу и сделать основные разметки. По нарисованному макету согните проволоку.

Шаг 8. . В крючках сверлим дырочки, чуть больше основной проволоки.

Шаг 9. . Труба ПВХ, разрезанная пополам, приклеивается к алюминиевой основе с помощью горячего клея. В трубе сделайте отверстия, в которые и вставьте проволоку коленвала. На другой конец вала прикрепите крышку от пластиковой банки или компакт-диска. Они должны вращаться.

Двигатель Стирлинга. Практически для любого самоделика эта замечательная вещь может стать настоящим наркотиком. Достаточно один раз сделать и увидеть в работе, так как хочется делать их снова и снова. Относительная простота этих двигателей позволяет делать их буквально из мусора.Не буду останавливаться на общих принципах и устройстве. О нем полно информации в интернете. Например: Википедия. Приступим непосредственно к построению простейшего низкотемпературного гамма стирлинга.

Для сборки двигателя своими руками нам понадобятся две крышки для стеклянных банок. Они будут выполнять роль холодной и горячей части. Из этих крышек ножницами нарежьте ломтиками

В одной крышке по центру отверстие. Размер отверстия должен быть немного меньше диаметра будущего цилиндра.

Корпус двигателя Стирлинга вырезается из пластиковой бутылки из-под молока. Эти бутылки просто разделены на кольца. Нам нужен один. Следует отметить, что разные разновидности молочных бутылок могут немного отличаться.

Корпус приклеен к крышке пластиковой эпоксидной смолой или герметиком.

Корпус маркера идеально подходит в качестве цилиндра. У этой модели диаметр колпачка меньше, чем у самого маркера и может стать поршневым.

От маркера выпиливается небольшая деталь.Шляпка срезана сверху.

Это буек. В процессе работы двигателя Стирлинга он перемещает воздух внутри корпуса из горячей части в холодную и обратно. Она изготовлена ​​из губки для мытья посуды. В центре приклеен магнит.

Поскольку верхняя крышка изготовлена ​​из жести, ее можно притянуть магнитом. Вытеснитель может застрять. Чтобы этого не произошло, магнит нужно дополнительно зафиксировать картонным кругом.

Колпачок залит эпоксидным составом. На обоих концах просверлены отверстия для крепления магнита и держателя стержня. Резьба в отверстиях нарезается непосредственно винтом. Эти винты нужны для тонкой настройки двигателя. Магнит в поршне приклеен к винту и регулируется таким образом, чтобы он притягивал вытеснитель в нижней части цилиндра. К этому магниту нужно будет приклеить резиновый ограничитель. Вырезание велосипедной камеры или ластика. Ограничитель нужен для того, чтобы магниты поршня и вытеснителя не слишком притягивались.В противном случае давления может оказаться недостаточно для разрыва магнитного соединения.

На верхнюю часть поршня наклеена резиновая прокладка. Он нужен для герметичности и защиты корпуса от разрыва.

Корпус поршня изготовлен из резиновых перчаток. Вам нужно отрезать мизинец.

После обклеивания корпуса сверху приклеивается еще одна резиновая прокладка. Прокладки метателя и кожух закручивают отверстие. В этом отверстии поворачивается держатель удилища. Этот держатель сделан из винта и припаянной шайбы.

Держатель коленвала отлично подошла упаковка из эпоксидки. Точно такую ​​же баночку можно взять из-под шипучих витаминов или аспирина.

У этой банки выпилено дно и сделаны отверстия. Вверху — для удержания коленчатого вала. Внизу — для доступа к шатуну.

Коленчатый вал и шатун изготовлены из проволоки. Белые фигуры — ограничитель. Изготовлен из трубки от чап-чапс. От этой трубки отрезают маленькие кусочки и разрезают получившиеся части вдоль.Так легче их носить. Высота колена определяется половиной расстояния, которое должен пройти цилиндр от нижней точки до верхней точки, в которой перестает действовать магнитная связь.

Итак, все готово к первым испытаниям. Сначала необходимо проверить герметичность. Нужно влезть в цилиндр. Все стыки могут быть запенены жидкостью для мытья посуды. Малейшая утечка воздуха и двигатель не заработает. Если с герметичностью все в порядке, можно вставить поршень и закрепить корпус канцелярской резинкой.

В нижнем положении цилиндра вытеснитель должен брать сверху. Далее вся конструкция ставится на чашку с горячей водой. Через некоторое время воздух внутри двигателя начнет нагреваться и толкать поршень. В какой-то момент магнитное соединение разорвется и буек упадет на дно. Таким образом, воздух в двигателе перестанет контактировать с нагретой деталью и начнет охлаждаться. Поршень начнет отходить. В идеале поршень должен начать совершать движение вверх-вниз.Но этого может и не случиться. Либо давления будет недостаточно для перемещения поршня, либо воздух слишком сильно нагревается и поршень не дойдет до конца. Соответственно, у этого двигателя могут быть мертвые зоны. Это не очень страшно. Главное, чтобы мертвые зоны не были слишком большими. Для компенсации мертвых зон нужен маховик.

Еще одна очень важная часть этого этапа заключается в том, что можно почувствовать принцип работы двигателя Стирлинга. Помню свой первый стирлинг, который не заработал только потому, что не выдержал столько, сколько эта штука работает.Здесь, помогая рукам поршня двигаться вверх-вниз, можно почувствовать, как давление растет, а давление падает.

Эту конструкцию можно немного улучшить, если к ней добавить шприц на верхнюю крышку. Этот шприц тоже нужно прикрепить на эпоксидку, иглодержатель немного. Положение поршня в шприце должно быть в среднем положении. Этот шприц может регулировать объем воздуха внутри двигателя. Запуск и настройка станут намного проще.

Так же можно поставить обойму коленвала.Высота крепления штока к цилиндру регулируется винтом.

Маховик изготовлен из компакт-диска. Отверстие залито пластичной эпоксидной смолой. Затем нужно просверлить отверстие ровно по центру. Найти центр очень просто. Используйте свойства прямоугольного треугольника, вписанного в окружность. У него гипотенуза проходит через центр. Прикладывать лист бумаги нужно прямым углом к ​​краям диска. Ориентация не важна.В местах пересечения сторон листа с краем диска прикладываем метки. Линия, проведённая через эти метки, будет проходить через центр. Если провести вторую линию в другом месте, то мы получим точный центр на пересечении.

Все, двигатель готов.

Ставим двигатель Стирлинга на чашку с кипятком. Подождем немного и он должен заработать сам. Если этого не произошло, нужно слегка помочь рукой.

Процесс изготовления на видео.

Двигатель Стирлинга в работе

Как работают двигатели Стирлинга | HowStuffWorks

Ключевой принцип двигателя Стирлинга заключается в том, что фиксированное количество газа запечатано внутри двигателя . Цикл Стирлинга включает ряд событий, которые изменяют давление газа внутри двигателя, заставляя его совершать работу.

Есть несколько свойств газов, которые имеют решающее значение для работы двигателей Стирлинга:

  • Если у вас есть фиксированное количество газа в фиксированном объеме пространства и вы повышаете температуру этого газа, давление увеличивается.
  • Если у вас есть фиксированное количество газа и вы его сжимаете (уменьшаете объем его пространства), температура этого газа будет увеличиваться.

Давайте рассмотрим каждую часть цикла Стирлинга, рассматривая упрощенный двигатель Стирлинга. Наш упрощенный двигатель использует два цилиндра. Один цилиндр нагревается внешним источником тепла (например, огнем), а другой охлаждается внешним источником охлаждения (например, льдом). Газовые камеры двух цилиндров соединены, а поршни соединены друг с другом механически рычажным механизмом, который определяет, как они будут двигаться по отношению друг к другу.

Цикл Стирлинга состоит из четырех частей. Два поршня на анимации выше выполняют все части цикла:

  1. Тепло добавляется к газу внутри нагретого цилиндра (слева), вызывая повышение давления. Это заставляет поршень двигаться вниз. Это часть цикла Стирлинга, которая выполняет работу.
  2. Левый поршень движется вверх, а правый поршень движется вниз. Это толкает горячий газ в охлаждаемый цилиндр, который быстро охлаждает газ до температуры источника охлаждения, снижая его давление.Это облегчает сжатие газа в следующей части цикла.
  3. Поршень в охлаждаемом цилиндре (справа) начинает сжимать газ. Тепло, выделяемое при этом сжатии, отводится источником охлаждения.
  4. Правый поршень движется вверх, а левый поршень движется вниз. Это нагнетает газ в нагретый цилиндр, где он быстро нагревается, создавая давление, после чего цикл повторяется.

Двигатель Стирлинга развивает мощность только в первой части цикла.Существует два основных способа увеличить выходную мощность цикла Стирлинга:

  • Увеличить выходную мощность на первой ступени — В первой части цикла давление нагретого газа, давит на поршень, совершает работу. Повышение давления во время этой части цикла увеличивает выходную мощность двигателя. Одним из способов повышения давления является повышение температуры газа. Когда мы рассмотрим двухпоршневой двигатель Стирлинга позже в этой статье, мы увидим, как устройство, называемое регенератором , может улучшить выходную мощность двигателя за счет временного накопления тепла.
  • Уменьшение энергопотребления на третьем этапе — В третьей части цикла поршни выполняют работу на газе, используя часть мощности, произведенной в первой части. Снижение давления во время этой части цикла может снизить мощность, используемую на этой стадии цикла (эффективно увеличивая выходную мощность двигателя). Одним из способов снижения давления является охлаждение газа до более низкой температуры.

В этом разделе описан идеальный цикл Стирлинга. Фактические работающие двигатели немного изменяют цикл из-за физических ограничений их конструкции.В следующих двух разделах мы рассмотрим несколько различных типов двигателей Стирлинга. Двигатель вытеснительного типа, вероятно, проще всего понять, поэтому мы начнем с него.

Жестяная банка, банка из-под кока-колы Схемы двигателя Стирлинга – инструкция


Двигатель Стирлинга — тепловой двигатель, изобретенный Робертом Стирлингом в 1816, он отличается от двигателя вашего автомобиля, потому что топливо сжигается вне двигателя, что значительно упрощает сборку.Есть Двигатели Стирлинга, которые будут работать от тепла вашей руки, хотя они немного сложнее построить.



 Как это работает?

В этом двигателе используется воздух, который многократно нагревается и охлаждается. Чтобы позволить воздух, который нужно нагреть и охладить, коксовый бак содержит вытеснитель, который как свободный поршень, который может двигаться вверх и вниз, нагнетая воздух вокруг двигатель. Когда воздух нагревается, он расширяется, толкая диафрагму. (воздушный шар) наружу, который поворачивает рукоятки.Когда кривошипы поворачиваются, они двигаются вытеснитель вниз, чтобы воздух был ближе к верхней части, где он охлаждается заставляя его сжиматься и тянуть шатуны назад, что, конечно же, перемещает вытеснитель вверх, позволяя воздуху нагреваться внизу, это повторяется снова и снова!



Что вам нужно:
  • 3 х Банки из-под кока-колы
  • 1 х Воздушный шар
  • 2 х Ниппели со спицами
  • 4 х 5A Электрические клеммные колодки
  • Тонкая стальная проволока
  • Стальная проволока 1 мм (около 30 см)
  • Толстый (1.6 мм) Медная проволока или стальная проволока 1,6–2 мм
  • Пластиковая крышка от бутылки с напитками.
  • 1 см длиной 20-миллиметрового дюбельного стержня (вы можете вырезать его, так как вам нужен только Крошечная сумма!)
  • Суперклей
  • 30 см электрического провода (нам нужна внешняя изоляция, поэтому 3-жильные сети все будет хорошо!)
  • Леска длиной около 30 см
  • Небольшой кусок резины внутренней трубки около 2 см кв.
  • Грузики для балансировки (5 шт., 2 шт., никель и т. д.)
  • 3 компакт-диска
  • Форма для сиропа Lyles или другая форма для топки
  • Чертежный штифт
  • Суперклей
  • [опционально]
  • Красный термостойкий силикон
  • Банка тунца для водяной куртки


Эти видеоролики показывают, как сделать этот двигатель немного проще, они должны быть полезны, какой бы двигатель вы ни собирали.


Учебное видео , часть первая:


Часть вторая:





Шаг 1: Подготовьте две банки из-под кока-колы

С тех пор я купил блестящий новый консервный нож, который отлично открывает банки, не обращайте внимания на эту чепуху о ножницах по металлу и шлифовальных кругах.

Во-первых, вам нужны две банки из-под кока-колы с отрезанной внутренней стороной верха.Использовать оловянные ножницы, чтобы разрезать их, это оставит смертельный зазубренный край который вы должны очистить либо с помощью металлического напильника, либо небольшой лепестковой шлифовальной машины (можно также использовать Dremel)

Затем с помощью ножа Stanley отрежьте у банок дно. Попробуй не согните металл, так как это уменьшит вероятность того, что он будет воздухонепроницаемым. Некоторые люди говорят, что вы можете использовать консервный нож, чтобы удалить верхние части банок, однако я обнаружил, что он разрушает стороны банки, возможно, вам повезет больше!


Шаг 2: Изготовление диафрагмы

Диафрагма этого двигателя сделана из воздушного шарика (обычный один, ничего особенного!).Он усилен куском внутренней трубы в центр Прежде всего, отрежьте горлышко от воздушного шара и растяните конец воздушного шара над верхней частью банки. Затем отрежьте кусок внутренней трубы резинку площадью около 1 см и приклейте ее в центре воздушного шара.

Когда клей высохнет, вы можете использовать канцелярскую кнопку, чтобы проколоть отверстие в центр диафрагмы для буйковой проволоки. Оставьте булавку в отверстие, пока вы не будете готовы установить буек позже.

Шаг 3: Отрежьте и просверлите крышку бутылки

Просверлите 2 мм отверстие с обеих сторон крышки бутылки для шарнира и отверстие в центре для провода буйка.

Затем обрежьте обе стороны крышки бутылки, придав ей изогнутую форму. потому что иногда держатель проволоки буйка немного отскакивает в сторону и может попасть в шапку — это скорее досада, чем реальная проблема, но вы могли бы также предотвратить это, если вы можете! плюс я так думаю с кривыми выглядит лучше. Я использовал здесь ножницы по металлу — они работают хорошо для резки этого толстого пластика.

Теперь снимите диафрагму с банки из-под колы и переверните ее так, чтобы Внутренняя трубка находится внутри банки.Приклейте крышку бутылки сбоку диафрагмы, что не имеют внутритрубное армирование. Я немного отшлифовал крышку от бутылки. Я обнаружил, что клей не любит прилипать к этому пластику.

Штифт остается на месте, чтобы совместить отверстия для провода.


Шаг 4. Просверлите отверстия для подшипников

Я использовал длинное сверло 3,5 мм, чтобы просверлить отверстия для подшипников. я только что просверлил их на глаз, ничего мерить не надо.Они должны быть в верхней части банка там, где она скошена. Убедитесь, что они примерно на одном уровне.


Шаг 5: Вырежьте смотровое отверстие

Затем отметьте круг примерно в центре банки, чтобы вы могли см. проволоку шатунов/буйка и т. д. Это не обязательно должен быть круг, но что облегчает установку обшивки.


Шаг 6. Отделите несколько электрических разъемов и просверлите их

Теперь вам нужно взять электрические клеммные колодки и снять пластиковая защита.Лучший способ вытащить их из пластиковых блоков нужно открутить винты насколько это возможно, затем открутить пластик вокруг резьбы плоскогубцами.

Теперь просверлите отверстие диаметром 2 мм прямо через конец каждого из них, как показано на рисунке. Вам нужно просверлить три таких. Чтобы просверлить их, я держал их плоскогубцами.

Вам также понадобятся два таких, которые никак не просверлены.





Шаг 7: Изготовление шатунов

Для шатунов я использовал 1.8мм (примерно — точный размер не знаю) медная проволока — можно использовать старые спицы или стальную проволоку, если у вас нет медь. Я использовал медь, потому что ее легче сгибать, а мне нравится медь. Если нужно выпрямить медную проволоку можно зажать в дрели и удерживайте другой конец пассатижами — сверло должно вращаться выпрямить провод. Однако убедитесь, что вы носите приличное защитное снаряжение, на случай, если провод соскользнет!

Ниже я приложил фотографии каждого шага сгибания шатунов. То часть буйка должна выступать примерно на 20 мм, а остальные части должны выступать около 5 мм, не нужно быть точным.Вытесняющая часть находится на 90 градусов к толкателям — это лучший угол для этого двигателя.

Электрические блоки устанавливаются по мере сгибания шатунов, будьте осторожны убедитесь, что все они указывают одинаково, так как вы не сможете доступ к винтам через смотровое окно.




Шаг 8: Просверлите подшипники

Для подшипников я использовал ниппели с двумя спицами. Вы можете получить их на велосипеде магазинах или собрать их со старых погнутых/сломанных колес.

Проверьте свои шатуны, прежде чем их сверлить, они могут подойти без бурят.

Как и клеммные колодки, я просверлил их 2-мм сверлом, чтобы удалить нить.


Шаг 9. Установите шатуны и подшипники

Теперь вы можете нарезать шатуны. Вы можете продеть их через смотровое окно под углом. Если вы не можете пройти через них, вы можете вырезать один конец немного вниз, пока они не сделают.Вам нужно оставить один конец хотя кривошипы длинные для крепления маховика. Подшипники должны быть плотно прилегают к отверстиям, но если они болтаются, их можно вклеить место.

Убедитесь, что винты направлены к смотровому окну, чтобы что вы можете затянуть их.


Шаг 10: Изготовление буйка

Буек изготовлен из стальной проволоки, намотанной на кусок из стальной проволоки. Согните небольшой крючок на конце проволоки и начните прокатывая стальную вату вокруг этого.Как только вы приблизитесь к размеру кокса можно, подстричь шерсть. Вытяните провод на большую часть и обрежьте шерсти так, чтобы буек был около 2 дюймов в высоту. На другом конце проволока (не конец крючка — согните спираль, это просто для придания проволока с большей площадью поверхности, чтобы ее нельзя было вытащить. Наконец обрежьте небольшой скос вокруг верхней части, чтобы соответствовать скосу на банке из-под колы.

Теперь вы можете протестировать вытеснитель в коксовой банке — он должен свободно падать под собственным весом. Вы можете вращать буек внутри банки, чтобы сгладить его.Попробуйте сделать спираль примерно в форме колы. может купол. Как только вы будете довольны движением вытеснителя, вы можете завязать фут рыболовной проволоки на крючок буйка. Применить некоторые Суперклей к узлу, чтобы он не мог болтаться, когда двигатель Бег.

Теперь вы можете удалить штифт из диафрагмы, чтобы продеть свободный конец рыболовной проволоки через диафрагму так, чтобы резиновая внутренняя трубка будет находиться внутри сосуда высокого давления.

Шаг 11: Изготовьте сосуд высокого давления.

Отрежьте дно банки из-под кока-колы, оставив около дюйма от основания. Ставить буек и воздушный шар в сосуд высокого давления, затем нажмите на это основание в конец банки. Убедитесь, что буек по-прежнему свободно перемещается.

Теперь наденьте баллон сверху, он не должен быть тугим или свободным – просто достаточно плотно, чтобы не провисать.

Возьмите непросверленный электрический разъем и привяжите удочку линия через отверстие для винта примерно на дюйм выше дна бутылки колпачок – убедитесь, что буек находится в нижней части напорного сосуд, постукивая им по столу.Приклейте узел, чтобы он не мог прийти терять. Нанесите каплю масла на провод и убедитесь, что буек может легко тянуться и легко падать, увлекая за собой проволоку.


Шаг 12: Изготовьте толкатели

Теперь вы можете сделать толкатели, которые соединяют диафрагму с кривошипами. Для начала возьмите кусок медной проволоки (длиной около 15 см) и проденьте его. через два отверстия в боковой части крышки бутылки. Затем толчок стержни согнуты внутрь, чтобы соответствовать расстоянию кривошипов.Ты нужно будет обрезать стержни по длине, они должны просто входить в клеммные колодки, когда их соответствующие кривошипы направлены вниз. Убедитесь, что стержни могут свободно вращаться в крышке бутылки.

Шаг 14. Изготовление маховика

центр для некоторых старых компакт-дисков.Штифт был примерно на 0,5 мм больше, чем для компакт-диска. центры, так что мне пришлось немного отшлифовать его. Просверлите отверстие диаметром 2 мм до упора. через центр дюбеля и еще один примерно на 3 мм снаружи, глубиной около 5 мм. Это для того, чтобы коленчатый вал можно было согнуть обратно на себя, чтобы зажать маховик. Компакт-диски просто приклеены к этому

Шаг 14: Прикрепите маховик

Маховик удерживается загибанием крюка на конце коленчатого вала, это вписывается в дополнительное отверстие, которое вы просверлили в дюбеле.

Шаг 15: Соединение всего вместе и балансировка

Теперь вы можете соединить все части вместе. Банка с рукоятки нажимаются на верхнюю часть сосуда высокого давления, не нажимать банку с самого верха спереди, так как это задавит просмотр окно, вместо этого нажмите его от нижнего края смотрового окна. Тебе надо опустите его примерно на 4 мм.

Первое, что нужно сделать, это подключить буек и отбалансировать его.я вырезал небольшой кусок медного провода (около 30 мм) для подсоединения провода буйка терминал, к тому, что на кривошипах, причина этого в том, что нижнюю клеммную колодку можно двигать вверх и вниз, чтобы отрегулировать уровень буйка. предотвратить его удары о верхнюю или нижнюю часть сосуда высокого давления. С буек подключен, вы можете добавить противовес сбоку маховика, противоположного направлению вращения кривошипа буйка указывая. Противовес должен тянуть кривошипную часть буйка. примерно горизонтально, отрегулируйте вес, чтобы получить это правильно.я использовал ленту во время тестирования, но приклеил его на место, когда нашел правильный масса. Я обнаружил, что монета в 5 пенсов подходит для моего двигателя.

Толкатели вкручиваются в наружные клеммные колодки, кривошипы в самое нижнее положение и вставьте стержни в терминал блоки. Затяните их все.



Шаг 16. Изготовление топки

Для топки я использовал жестянку из-под сиропа Lyles с золотым краем верхняя часть, которая идеально подходит для основания сосуда высокого давления.

Вырежьте арку спереди и просверлите около восьми отверстий диаметром 8 мм вокруг верх для вентиляционных отверстий.

В качестве альтернативы баночке Lyles можно вырезать отверстие в верхней части обычная жестяная банка, которая плотно прилегает к банке из-под колы.


Шаг 17. Установка накладок

Чтобы никто не порезался об острые края банок, я сделал отделить наружную оболочку электропровода. Я разрезал оболочку по центру так, чтобы его можно было установить по краям металла.Обрежьте его по размеру и приклейте его на место. Установите это вокруг отверстия топки тоже.


Шаг 18: Готово! Тестирование и устранение неполадок

Теперь можно протестировать двигатель (наконец-то!). Зажгите свечи и проверьте! Надеюсь, это сработает с первого раза, но если нет, вот несколько советов, которые может помочь. Не забудьте смазать все движущиеся части, чтобы они работали плавно. особенно леска.

Утечки воздуха: Если вы подозреваете утечку воздуха, вы можете погрузить все это под ГОРЯЧУЮ воды и любые утечки должны быть очевидны.Горячая вода важна, т.к. заставляет воздух внутри расширяться, вытесняя его наружу, делая очевидными любые утечки. Высушите место утечки как можно скорее, так как воздух остынет, всасывая вода внутри двигателя, которая будет создавать пар, когда вы пытаетесь запустить двигатель, это потенциально может взорвать банки с коксом.

Слишком сильное трение: Двигатель вращается достаточно свободно? Всегда будут какие-то сопротивление от растяжения воздушного шара немного, но он должен один раз повернуться или дважды сам по себе, если вы быстро щелкнете маховиками.

Двигатель «слишком» герметичен: Если двигатель полностью герметичен, то воздух в мертвом пространстве будет расширяться, вызывая давление в двигателе, которое нормальное движение не может превосходить. Симптомом этого является то, что воздушный шар просто выпячивается. независимо от того, где находится вытеснитель. Решение этой проблемы заключается в подложите небольшой кусочек лески под край диафрагмы, это создает крошечную течь, которая выпускает избыточное давление. Со временем проволочное уплотнение буйка немного изнашивается, и вы сможете устранить искусственную течь.Вы не можете заполнить пространство между верхней частью банки с водой, если вы это сделали, так как вода будет просачиваться внутрь.

Это показывает, что происходит, если двигатель слишком герметичен или, возможно, слишком много мертвого воздушного пространства.

Шаг 19 [Необязательно] Добавьте рубашку охлаждения и, возможно, генератор.

Вы можете улучшить работу двигателя, добавив охлаждающую рубашку, чтобы помочь увеличить разницу температур. Для этого вам понадобится консервная банка чуть больше банки кока-колы.

Отметьте дно вокруг банки, чтобы можно было сформируйте ножницами по металлу. Возможно, вам придется немного подпилить/отшлифовать края чтобы олово встало хорошо. Установите олово на место рядом с верхней частью Сосуд под давлением и уплотнение по дну термостойким RTV силикон.

Вы также можете попробовать добавить генератор, в зависимости от того, насколько хорошо работает ваш двигатель. поворотов, вы можете получить от него немного силы: есть еще фотографии генератора Стирлинга на моем сайте здесь

Двигатель должен быть построен почти идеально, чтобы он мог управлять генератором.

Видео этого дизайна, созданные другими:

Здесь было слишком много видео, поэтому мне пришлось удалить встроенные видео, так как страница загружалась слишком медленно.
Вот несколько ссылок на движки, созданные другими пользователями по этому руководству: .com/watch?v=bKpab57lBCM
http://youtube.com/watch?v=kxyvNq2TEpU
http://youtube.com/watch?v=TioW-K4HpSE
http://youtube.com/watch?v=a0L9JxmpaiI
http://youtube.com/watch?v=F0149oC9TFU

Как сделать свои собственные двигатели Стирлинга, чертежи и комплекты • Двигатель Стирлинга своими руками

☰ Меню

Основы двигателя Стирлинга

Как сделать чертежи двигателя Стирлинга своими руками, основы цикла теплового двигателя и множество самодельных примеров.

Эта информация предназначена для того, чтобы помочь вам принять более взвешенное решение при выборе двигателя Стирлинга своими руками.Кроме того, чтобы помочь вам понять различные типы двигателей Стирлинга и как они работают.

Изображение Arsdell (собственная работа) [GFDL или CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0], через Wikimedia Commons

Что такое двигатель Стирлинга?

Двигатель Стирлинга представляет собой тепловую машину замкнутого цикла. Обычно он полностью изолирован от внешней среды и работает за счет расширения и сжатия газа (обычно воздуха), заключенного в герметичном двигателе. Топливо не движется через двигатель, как в обычном двигателе внутреннего сгорания.Это означает, что нет ни впуска, ни выхлопа.

Одна сторона двигателя нагревается, а другая охлаждается. Это заставляет газ проходить циклы расширения и сжатия. Это означает, что он может производить движение, преобразовывая тепловую энергию непосредственно в кинетическую энергию или механическую работу.

Внешний вид двигателя показывает только его движущиеся части, источник тепла и источник охлаждения. Помните, что топливо не проходит через двигатель, потому что он полностью герметизирован снаружи.

Существует много типов двигателей Стирлинга. Существуют двигатели высокого давления, которые используются в коммерческих целях. Есть отреставрированные двигатели низкого давления, которые используются для демонстрации. Есть двигатели настольных моделей, построенные любителями и студентами.

Вы можете найти модели или комплекты практически для всех конфигураций двигателей Стирлинга, включая двигатели LTD (низкотемпературный перепад). LTD может работать от тепла вашей ладони.

Топливо, которое используется

Stirling традиционно классифицируется как двигатель внешнего сгорания.Хотя при правильном применении любой источник тепла будет работать для питания двигателя Стирлинга. Это означает, что источник тепла не ограничивается только сжиганием.

Вот список некоторых возможных источников тепла:

  • Солнечная энергия
  • Геотермальная энергия
  • Атомная энергия
  • Уголь
  • Бензин
  • Алкоголь
  • Природный газ
  • Пропан
  • Дерево
  • Все, что сгорит

Различные типы тепловых двигателей

Пользователь англоязычной Википедии Эндрю.Эйнсворт [GFDL или CC-BY-SA-3.0], через Wikimedia Commons

.

Тепловые двигатели обычно принимают за двигатели Стирлинга. Они названы в честь Роберта Стирлинга, который был изобретателем, создавшим первую практичную и полезную тепловую машину в 1816 году. Однако существует много типов тепловых двигателей или двигателей внешнего сгорания, разработанных многими другими изобретателями. Некоторые из них используют пар в качестве газообразного рабочего тела. В других используется вода под высоким давлением, ограниченная таким образом, чтобы она не превращалась в пар.

Имена для поиска

  • Воздушный двигатель Robinson
  • Тепловой двигатель Хейнрици
  • Двигатель Ericsson
  • Двигатель Мэлоуна
  • Двигатель с циклом Ренкина

Понимание основных операций

YK Times в en.wikipedia [GFDL, CC-BY-SA-3.0 или CC-BY-2.5], из Wikimedia Commons

Во многих двигателях Стирлинга давление газа внутри почти равно внешнему атмосферному давлению.Существует фиксированная масса газа, обычно воздуха, гелия или водорода. Когда вы нагреваете двигатель снаружи, газ расширяется и выталкивает поршень наружу. Когда вы охлаждаете его, газ сжимается, и поршень выталкивается обратно под действием внешнего атмосферного давления. Это преобразует тепловую энергию в механическую энергию или работу.

Но нагрев всего двигателя с последующим его охлаждением неэффективен. Потому что для этого потребуется, чтобы источник нагрева и охлаждения снова и снова перемещался в нужное положение.Поэтому должен быть способ одновременно нагревать и охлаждать двигатель. Это делается путем перемещения или циклического перемещения газа внутри двигателя с горячей стороны на холодную.

Вытеснитель механически перемещает газ между нагретой и охлажденной зонами. Вытеснитель представляет собой легкий поршень, который не соприкасается с внутренней частью двигателя Стирлинга. Газ может двигаться вдоль вытеснителя. Он движется вперед и назад, занимая место внутри двигателя, перемещая газ из стороны в сторону.

Когда буек находится на холодной стороне, газ выталкивается на горячую сторону и расширяется. Когда вытеснитель находится на горячей стороне, газ выталкивается на холодную сторону и сжимается. Это упрощенное объяснение цикла Стирлинга, который является типом термодинамического цикла. Это циклическое действие должно быть правильно рассчитано по времени. Это может быть механически синхронизировано многими различными способами. Вот почему существует так много типов и конфигураций тепловых двигателей.

Типы двигателей Стирлинга

  • Двигатель Альфа Стирлинга
  • Бета Двигатель Стирлинга
  • Гамма Двигатель Стирлинга
  • Двигатель Стирлинга со свободным поршнем
  • Роторно-поршневой двигатель Стирлинга
  • Двигатель с низким перепадом температур

Отличное видео, объясняющее некоторые принципы работы гамма-двигателя Стирлинга

Части тепловой машины

Вот краткое описание деталей двигателя Стирлинга.Чтобы помочь вам лучше понять, что входит в двигатель Стирлинга, сделанный своими руками.

Теплообменник горячей стороны

Это горячая сторона двигателя, с которой контактирует внешний источник тепла. Обычно это внешняя стенка камеры расширения и сжатия. Это также точка контакта для охлажденного газа. Иногда для сбора как можно большего количества тепла площадь поверхности увеличивают с помощью внутренних и/или внешних ребер. Это работает как теплоотвод.

Теплообменник холодной стороны

Это часть двигателя, с которой соприкасается нагретый газ.Он обменивает тепло в газе с наружным воздухом или охлаждающей жидкостью. У него также могут быть плавники для повышения эффективности. В зависимости от конфигурации двигателя теплообменник холодной стороны может находиться на противоположном конце того же цилиндра, что и теплообменник горячей стороны, или в другой части двигателя.

Регенератор

Расположение регенератора зависит от конфигурации двигателя. Обычно регенератор представляет собой внутренний теплообменник, в котором временно накапливается тепло, которое в противном случае было бы потеряно между горячим и холодным теплообменниками.Иногда вытеснитель изготавливается из материалов, которые позволяют ему также действовать как регенератор. Регенераторы реализованы в попытке повысить эффективность.

Вытеснитель

Это часть двигателя, которая перемещает или вытесняет газ (рабочее тело) из горячего теплообменника в холодный теплообменник.

Радиатор

Обычно используется на холодной стороне, это может быть просто внешняя стенка двигателя, контактирующая с температурой окружающего воздуха.Хотя добавление плавников более эффективно. Также может быть добавлен радиатор для включения воды или охлаждающей жидкости.

Маховик

По отношению к двигателю маховик представляет собой большое тяжелое колесо. Он механически связан с поршнем (поршнями) двигателя. Его работа состоит в том, чтобы увеличить скорость машины и помочь выполнить цикл Стирлинга на всем протяжении. В большинстве тепловых двигателей используется маховик.

Поршень

Поршень обычно такой же, как и любой другой поршень, который скользит внутри цилиндра.Хотя в некоторых конструкциях двигателей Стирлинга гибкая мембрана используется в качестве силового поршня. Поршень выталкивается, когда рабочая жидкость (газ) расширяется настолько, что превышает внешнее атмосферное давление. Это действие часто помогает вместе с использованием маховика.

Видео самодельного двигателя Стирлинга

своими руками

Конфигурации

Альфа Стирлинг

Альфа Стирлинг имеет два силовых поршня, отдельные теплообменники горячего и холодного воздуха, регенератор и маховик.Теплообменник горячей стороны содержит поршень, а теплообменник холодной стороны содержит поршень. Обычно вытеснитель не используется. Между двумя поршнями обычно существует большая разница температур. Это означает более высокую эффективность и больше энергии, преобразуемой в работу. Alpha Stirling обычно предлагает более высокое соотношение мощности к весу и более быстрые обороты в минуту.

Бета Стирлинг

Бета Стирлинг имеет один силовой поршень и вытеснитель, которые используют один и тот же цилиндр.Горячий и холодный теплообменники также используют один и тот же цилиндр. На одном конце нагревается, а на другом охлаждается. Силовой поршень и вытеснитель часто соединены маховиком.

Гамма Стирлинг

Гамма Стирлинг — разновидность Бета Стирлинга. Он имеет два цилиндра, один для силового поршня, а другой для вытеснителя. Цилиндр силового поршня расположен рядом с цилиндром, в котором находится поршень вытеснителя.Газ проходит через небольшой порт между двумя цилиндрами. Силовой поршень и вытеснитель часто соединены маховиком. Кто-то использует регенератор, а кто-то нет.

Двигатель кольцевой бомбы

Двигатель Стирлинга Рингбом является разновидностью Бета Стирлинга. Он также имеет два цилиндра и один силовой поршень. Силовой поршень расположен в собственном цилиндре, расположенном рядом с цилиндром, в котором находится поршень вытеснителя. Силовой поршень — единственный поршень, соединенный с маховиком.Вытеснитель не соединен с силовым поршнем или маховиком. Вместо этого он свободен в движении. Поршень вытеснителя плавно поднимается при расширении и опускается при сжатии.

Свободный поршень Стирлинг

Свободнопоршневой двигатель Стирлинга является относительно новой разработкой. Обычно он соответствует поршню Стирлинга типа Beta. Но маховика или механической связи такого типа нет. Скорее всего, они будут использоваться для выработки электроэнергии или для охлаждения.Это потому, что они отвечают только взаимностью. Это означает, что они идеально подходят для линейных генераторов переменного тока. Обычно это двигатели высокого давления.

Наддув

Норберт Шницлер (собственная работа) [GFDL или CC-BY-SA-3.0], через Wikimedia Commons

Повышение рабочего давления помогает повысить мощность и эффективность. Это означает, что двигатель запускается с большей массой газа. Больше молекул газа означает больше теплопередачи и больше работы.Philips MP1002 CA имеет рабочее давление выше атмосферного. Устройство в этом видео имеет начальное давление около 200 фунтов на квадратный дюйм. и рабочее давление около 160 фунтов на квадратный дюйм. Но это также означает, что двигатель должен быть изготовлен из более прочного материала и иметь более толстые стенки. Более толстые стенки затрудняют передачу тепла газу внутри двигателя. Большинство коммерчески доступных двигателей Стирлинга используют газ под давлением.

Тепловая машина, от которой становится холодно

Термодинамический цикл Стирлинга можно запустить в обратном направлении с помощью внешнего источника энергии.При этом одна сторона нагревается, а другая охлаждается. Проще говоря, двигатель Стирлинга может быть тепловым насосом. При вращении двигателя через его механические циклы газ внутри него сжимается и расширяется, нагревается и охлаждается соответственно. Охлаждение по циклу Стирлинга в настоящее время коммерчески используется в криогенной технике и холодильной технике.

© Спаркс Информация 2017

Сборка двигателя Стирлинга — Сарай

Изготовление двигателя низкого давления с горячим воздухом
Автор Росс Парди



Посмотреть в полном размере

Несколько лет назад я купил комплект для модели двигателя Стирлинга от Mini-tech в Брисбене.Мне нравится видеть, как работают части двигателя, а прозрачный цилиндр здесь добавляет дополнительное измерение. Комплект состоял из набора 2D-планов и коробки необработанного металлического прутка. Когда я впервые купил комплект, я подумал, что собрать его будет непросто, и отодвинул его в конец шкафа. Недавно решил попробовать. В комплекте был только набор чертежей и несколько элементарных инструкций по сборке.



Посмотреть в полном размере

Двигатель Стирлинга – принцип его работы
Двигатель Стирлинга – это удивительный двигатель, который волшебным образом преобразует внешний источник тепла во вращательное движение.
Он был изобретен шотландцем по имени Роберт Стирлинг еще в 1816 году как альтернатива паровой машине. Двигатель Стирлинга безопасен, в отличие от паровых двигателей, работает при низких давлениях и может быть сделан с довольно высоким КПД (до 40%). Его заставит работать любой источник тепла — я даже видел один, работающий на сухом льду.
Все, что вам нужно, это разница температур между концами буйка.
Двигатель, который я построил, имеет два цилиндра. Тепло подается с одного конца на цилиндр буйка (А). Газ внутри быстро расширяется, поднимается по пластиковой трубе к верхней части акрилового цилиндра (В) и толкает приводной поршень (С) вниз.В то же время коленчатый вал перемещает поршень вытеснителя (D) внутри цилиндра вытеснителя (A) к горячему концу, чтобы «вытеснить» горячий газ к холодному концу трубки (E). Там газ охлаждается и сжимается, засасывая приводной поршень обратно вверх.
Это толкает газ вниз по трубке, в то время как кривошип тянет поршень буйка обратно к холодному концу цилиндра буйка (E), перемещая газ оттуда к горячему концу (A). Цикл повторяется до тех пор, пока холодный конец буйка остается холоднее горячего конца.



Посмотреть в полном размере

Росс Парди с моделями двигателей и лодкой в ​​сарае

Самоучка
В основном я инженер-модельер-самоучка, страстно увлеченный созданием двигателей. Мои навыки появились благодаря чтению книг, задаванию вопросов тем, кто более осведомлен, и большому количеству практики (и да, совершению странных ошибок).
Я начал строительство этого двигателя с двух изготовленных латунных кронштейнов для приводного цилиндра и цилиндра вытеснителя, что было непросто, поскольку оба были изготовлены из нескольких латунных профилей, спаянных вместе серебром.

Пайка серебром
Пайка серебром — не самая любимая работа в мастерской.
У меня нет проблем с пайкой мягким припоем, так как она гораздо более контролируема. При пайке твердым припоем мне не нравится видеть, как красивые блестящие детали, которые я только что сделал, сильно окисляются, поскольку они нагреваются до высоких температур. Следующим шагом, как правило, является много усилий, чтобы очистить и отполировать заготовку, чтобы вернуть ей былую славу.
У меня нет окси-ацетилена, поэтому попытка получить достаточное количество тепла для работы может быть сложной задачей, особенно если у него большая площадь поверхности.
Для небольших работ отлично подходит газовая горелка, а для более крупных я использую газ MAPP (желтые баллоны).
Чтобы кронштейны были припаяны красиво и ровно, в конце концов я просто положился на огнеупорные кирпичи, чтобы поддерживать работу прямо во время пайки. Палочки для припоя с высоким содержанием серебра, которые я купил для этой работы, стоят дороже, но облегчают работу, так как температура плавления ниже. Хитрость пайки серебром заключается в том, что вам нужно совсем немного. Когда он достигнет точки плавления, он будет течь повсюду (даже там, где вы этого не хотите).
Флюс easyflox представляет собой жидкую пасту, которую необходимо нанести кистью на шов. Я нагреваю деталь до тех пор, пока флюс не расплавится, а затем, когда я думаю, что он достаточно нагрелся, я прикасаюсь палочкой припоя к соединению. Если оно достаточно горячее, оно будет красиво течь; это одна из тех вещей, которые вам просто нужно практиковать. Для очистки после жесткой пайки я обычно замачиваю заготовку в растворе лимонной кислоты. Его легко купить в кристаллической форме в супермаркете, и он хорошо очищает медь, латунь и сталь.

Пайка мягким припоем
К кронштейнам привода и буйка припаяны дополнительные детали. Это была простая токарная работа на токарном станке.
Мой секрет профессиональной пайки мягким припоем – паста для пайки электронных компонентов. В наши дни компоненты электронных печатных плат припаиваются бессвинцовой паяльной пастой, состоящей из крошечных шариков припоя во флюсе. Вы можете купить это в шприце, обычно используемом для переделки и ремонта печатных плат.
Я наношу небольшое количество на детали, которые нужно спаять, и удаляю излишки.Второй секрет заключается в том, чтобы нагреть его с помощью пистолета для снятия краски горячим воздухом на огнеупорном кирпиче до тех пор, пока припой не расплавится и не потечет вокруг соединения. Вы можете очень хорошо контролировать температуру и не обесцвечивать заготовку.
Затем я покрасил готовые кронштейны серым грунтом для травления, чтобы он проник в металл (в противном случае краска легко откалывается), а затем распылил автомобильный грунт/наполнитель, который прекрасно заполняет небольшие дефекты. Я слегка отшлифовал влажной и сухой наждачной бумагой с зернистостью 1000 перед нанесением верхнего слоя.Я наношу два-три верхних слоя с легким песком между слоями.

Основа
Древесина коренных новозеландцев дополняет внешний вид готовой модели, и я сделал основу, к которой крепится алюминиевая пластина толщиной 3 мм, из хорошего куска 20-миллиметрового матаи.
Для отверстия для метамфетамина в алюминиевой пластине и деревянном основании я использовал 38-миллиметровую кольцевую пилу для сверления, затем долото и ручной фрезер, чтобы просверлить отверстие до нужной глубины. Чтобы придать краям основания профессиональную отделку, я обработал их своим любимым резаком.Я просверлил отверстия для головок винтов в алюминиевой пластине немного большего размера, затем для очень хорошей отделки я покрыл основание четырьмя тонкими слоями акрилового не желтеющего спрея, шлифуя каждый слой.
Я завершил эту сборку, просверлив отверстия для винтов и отполировав алюминиевую пластину, прикрутив готовые кронштейны к пластине и пластину к основанию.

Коленчатый вал, маховик
Для изготовления коленчатого вала вал и диск коленчатого вала были спаяны вместе серебром, а затем обработаны до окончательного размера.Противовес был легко изготовлен путем фрезерования каждой стороны, в то время как кривошипный диск удерживался в механических тисках. Маховик легко поддается механической обработке.
Сначала я обрабатываю одну сторону (обычно самую сложную из двух сторон) и просверливаю ее по центру. Затем его надевают на вал, вращающийся на токарном станке, и поворачивают с обратной стороны и по всему диаметру. Этот метод позволяет получить маховик, который хорошо работает на готовом двигателе. На следующем этапе я прикрепляю коленчатый вал и маховик к собранному основанию и любуюсь ими.

Как это делается

Прозрачный цилиндр
Следующей логичной частью был прозрачный цилиндр, который нужно сделать перед поршнем, чтобы поршень можно было отшлифовать, чтобы он идеально подходил для отверстия.
Я столкнул и просверлил, а затем расточил акриловый пластик с помощью расточной оправки до нужного размера. Пока цилиндр был еще в патроне, я просверлил четыре отверстия под болты с помощью фрезы и делительной головки. Цилиндр нужно провести из внутреннего отверстия, а снаружи выточить до необходимых размеров.
Самый простой способ сделать это — сделать фиксатор с разъемным стержнем. Я использую самодельный конический винт, чтобы надежно зажать заготовку. Акрил (или плексиглас) очень быстро и легко полируется небольшим количеством Brasso на тряпке.
Сначала я шлифую наждачной бумагой с зернистостью 800, затем перехожу на зернистость 1000 или 1200, а затем заканчиваю абразивом Brasso, чтобы снова вернуть кристальную чистоту. Внутреннее отверстие было отполировано с помощью Dremel с войлочным полировальным кругом диаметром 12 мм, а отверстия под болты были обработаны средством для очистки труб, смоченным в Brasso.
После всей этой полировки обнаружились два изъяна в куске акрила, входящего в комплект. Он выглядел так, как будто его склеили из трех листов, из-за чего у него было два внутренних кольца. Внешний вид меня не устроил, поэтому я сделал совершенно новую деталь из обрезков пластика. На этот раз у него была идеальная ясность.



Посмотреть в полном размере

Полировка акрилового цилиндра



Посмотреть в полном размере

Трубка для выхода из акрилового цилиндра



Посмотреть в полном размере

Поршень буйка с резьбовым валом

Шатун
Как и во всех поршневых двигателях, шатун изготовить несложно.
Вам просто нужно просверлить оба отверстия одновременно, чтобы они оказались параллельными друг другу. Внешняя форма может быть немного неудобной, но, как правило, небольшая фрезеровка и обработка напильником позволяют получить хорошо выглядящий шатун.
Поршневой палец удерживается внутри поршневого пальца с помощью хомута, который ввинчивается в верхнюю часть поршня и позволяет регулировать высоту поршня в верхней мертвой точке (ВМТ). Единственная сложность здесь заключается в том, чтобы внешний диаметр поршня (НД) соответствовал диаметру цилиндра. Двигатель Стирлинга должен иметь низкое трение и в то же время быть газонепроницаемым, поэтому соответствие этих двух компонентов имеет решающее значение для успеха двигателя.

Поршень
Я подогнал поршень почти до нужного размера, измеряя микрометром по ходу дела.
Когда поршень плотно вошел в отверстие, я начал полировать его снаружи наждачной бумагой с зернистостью 1000, обернутой вокруг плоского стержня. Это вопрос полировки и частого тестирования, пока вы не получите требуемую посадку; терпение является обязательным для этого процесса. Поршень был немного зажат в одной точке канала ствола, так как пластик — не самый стабильный материал для обработки.Я еще немного отполировал канал ствола с помощью круга Дремеля, и Брассо решил эту проблему.
Затем узел поршень/шатун был закреплен на коленчатом валу и испытан на основном кронштейне с акриловым цилиндром. С небольшим количеством масла для швейных машин в отверстии поршень перемещался вверх и вниз очень плавно. Я вздохнул с облегчением, когда все сложные части были успешно устранены. Осталась кое-какая хитрая пайка, но ничего, что требовало точной подгонки.



Посмотреть в полном размере

Приспособление для позиционирования буйка, используемое для точного сверления отверстий

Головка цилиндра, воздушный канал
Головка цилиндра привода и воздушный канал были простыми деталями для механической обработки и были спаяны вместе с помощью моего метода термофена.
После этого приводной цилиндр был завершен. Для небольшого облегчения на этом этапе я сделал горелку и два направляющих стержня, а также их опорный угловой кронштейн, прежде чем заняться цилиндром буйка.

Поршень буйка
Поршень буйка изготовлен из корпуса фломастера из тонкостенного алюминия.
Я отвинтил наконечник ручки, снял фетр, смыл чернила с мет. Я снял наружную печать растворителем для краски, потому что не хотел, чтобы она сгорела в горячем цилиндре буйка.Я предполагаю, что идея использования тонкостенной трубы заключалась в том, чтобы сохранить низкую тепловую массу. Поскольку он был таким хрупким, я решил, что лучше всего будет прокрутить его на токарном станке и медленно надрезать остроконечным инструментом. Это оказалось очень удачным и прорезало стену, не повредив трубку.
В трубку была вставлена ​​алюминиевая вставка с резьбой для завершения поршня буйка. Помните, что поршень имеет зазор около 1,5 мм вокруг отверстия, так что никакой специальной подгонки не требуется. Поршень навинчен на длинный шток, который приводится в движение главным коленчатым валом.Стержень с комплектом был нестандартного размера (около 3,1 мм) и был нарезан спиралью по всей длине. Я заменил его на стальной стержень серебристого цвета диаметром 3 мм. Поэтому втулка поршня буйка была расширена на 3 мм, а на одном конце стержня была нарезана резьба, чтобы поршень буйка можно было навинтить. Что требовалось, так это хорошая газонепроницаемая посадка между стержнем и втулкой с низким коэффициентом трения.



Посмотреть в полном размере


Посмотреть в полном размере

Трубка буйка, обработанная на разъемной оправке для…



Посмотреть в полном размере

Головоломка
Цилиндр буйка был чем-то вроде головоломки, так как рисунки немного сбивали с толку.
Требовалось перевернуть трубку с внутренним диаметром 18 мм, чтобы толщина стенки составляла всего 0,5 мм, за исключением места, где располагался радиатор.
Опять же, лучшим методом было запустить трубу на разъемной оправке, чтобы внутренний диаметр трубы был правильным. В конце концов, я хотел толщину 0,5 мм по отношению к внутренней, а не внешней части трубы. Затем цилиндр нужно было припаять прямо к фланцу на одном конце и колпачку на другом. Я думал, что крышка будет легкой, но у меня было больше проблем с ее пайкой, чем с любой другой деталью на двигателе.
Я не хотел, чтобы припой вытекал наружу, поэтому я вырезал пару кусочков серебряного припоя и поместил их внутрь с небольшим количеством флюса. Я нагрел трубку и крышку, надеясь, что припой расплавится внутри и проникнет в соединение.
С первой попытки мне явно не хватило тепла и колпачок отвалился, когда я его чистил. Моя вторая попытка с небольшим количеством тепла, наконец, увенчалась успехом. Я сделал так, чтобы трубка плотно прилегала к фланцу, чтобы она держалась прямо, пока я ее припаиваю.
Теперь необходимо установить узел буйка на кронштейн с отверстием в центре втулки поршня. Для этого мне пришлось изготовить макет поршня подходящего размера по отверстию, который навинчивался на шток поршня 3 мм. Это определило местонахождение буйка в сборе, пока я находил отверстия под болты. Отверстия были просверлены и нарезаны резьба M5, завершая цилиндр буйка.



Посмотреть в полном размере

Серебряная пайка кронштейна с использованием газа MAPP

Хомут, радиатор
Для сборки двигателя потребовалось изготовить еще два компонента: хомут и радиатор.
Я боялся делать ярмо, так как оно было сделано из трех маленьких кусочков стержня диаметром 3 мм, которые были спаяны вместе, а затем жестко припаяны к штоку поршня-вытеснителя.
Все это должно было быть квадратным и параллельным. Поскольку стержень был всего 3 мм, я мог использовать свою бутановую горелку, у которой пламя гораздо меньше и лучше поддается контролю. Это оказалось очень легко сделать. Я обнаружил, что очень часто те части, которые кажутся трудными, таковыми не являются, а легкие доставляют вам все горе.
Последней деталью был большой круглый алюминиевый радиатор.Мне нравится делать компоненты с плавниками на них, потому что они выглядят так круто, когда они закончены. Чтобы погрузить режущий инструмент токарного станка глубоко в заготовку, требуется довольно много отрезки, поэтому требуется много смазочно-охлаждающей жидкости.
Некоторое время назад я научился всегда резать ребра в одном направлении (т.е. резать, двигаться, резать и т. д.) и никогда не возвращаться назад и не пытаться привести в порядок то, что вы уже сделали, так как кажется, что вы не можете вернуть инструмент обратно. точно такое же место. Эту деталь было довольно сложно сделать, потому что в комплекте было достаточно материала для полной длины.В патроне нечего было держать; так что немного дополнительного материала сделало бы задачу намного проще.
Как бы то ни было, мне пришлось сделать еще один разрезной стержень, чтобы попытаться удержать его, но было очень трудно придать ему какой-либо привод, разрезая эти ребра.
Как только вы начали нарезать ребра, инструмент заставлял деталь вращаться на оправке. Если бы мне пришлось делать это снова, я бы точно взял кусок металла подлиннее.



Посмотреть в полном размере

Гильза поршня и воздушный канал



Посмотреть в полном размере

Шатун размечен, шаблоны для закругления концов



Посмотреть в полном размере

Запуск
Теперь все части были вместе, и все выглядело правильно, так что пришло время для большого теста: будет ли он работать как двигатель?
Я наполовину наполнил горелку метамфетамином и зажег ее.Через некоторое время я попытался щелкнуть маховиком. Двигатель выглядел так, будто хотел запуститься, но делал менее одного оборота и останавливался. Как только он остыл, я начал осматривать двигатель, пытаясь выяснить, почему он не работает.
Я заметил, что в какой-то момент вращения он казался более тугим, чем обычно, и я предположил, что этого дополнительного трения было достаточно, чтобы остановить его движение. Чтобы выяснить, почему я отсоединил поршень буйка и обнаружил, что проблема исчезла, значит, она была где-то в устройстве буйка.Я думал, что дело должно быть в стержне и втулке, хотя это тоже казалось нормальным.
Сняв цилиндр буйка, я увидел, что и там все в порядке. Так что проблема должна была быть в скользящем кольце.
Я снял болт шатуна 5BA и попробовал его в прорези вилки, думая, что, может быть, когда я спаял вилку вместе, две стороны не были параллельны. Болт прекрасно скользил вверх и вниз, но потом я обнаружил, что болт не вращается без заедания. Подождите, подумал я, болт не круглый.Я закрепил болт на токарном станке с помощью цангового патрона и немного повернул, превратив его из эллипса в круг.
Двигатель был заново собран и идеально прокручен вручную на этот раз через полный оборот. Я снова зажег горелку и зажег фитиль. Примерно через 30 секунд я щелкнул маховик, и вуаля, он поехал.
Я всегда испытываю волнение, когда впервые вижу, как один из моих двигателей работает. Это было особенно верно для этого, потому что у меня не было опыта создания такого двигателя.Двигатель работает со скоростью около 600 об/мин с хорошей разницей между горячим и холодным концами трубки вытеснителя. Со временем радиатор нагревается, и двигатель замедляется, но к этому времени в горелке все равно закончился метамфетамин. Урок, извлеченный при создании двигателей Стирлинга, заключается в том, что когда они говорят «низкое трение», они на самом деле имеют в виду LOW FRICTION .
Я надеюсь, что это побудит других попробовать построить один из этих замечательных двигателей.



Посмотреть в полном размере

Обработка радиатора на разъемной оправке



Посмотреть в полном размере

Фрезерный паз в задней части радиатора



Посмотреть в полном размере

Использование двигателей Стирлинга для практических физических исследований

На протяжении своей более чем двухдесятилетней преподавательской карьеры д-р.Ричард Стивенс предоставил своим студентам из Университета Уитворта возможность принять участие в практических исследованиях и сборе данных в режиме реального времени для проверки и закрепления изучаемых ими физических концепций.

«Студентам может быть трудно по-настоящему понять концепции, когда их просто объясняют», — сказал д-р Стивенс. «Исследования обеспечивают реальное применение данной концепции — они дают учащимся наглядное представление о том, кто они есть

».

«Студентам может быть трудно по-настоящему понять концепции, когда их просто объясняют», — сказал д-р.Стивенс. «Исследования обеспечивают реальное применение данной концепции — они дают учащимся визуальное представление о том, что они изучают, а также дают возможность собирать и анализировать данные, связанные с этой концепцией».

«Кроме того, это делает процесс обучения и концепцию интереснее».

Обучение с помощью двигателей Стирлинга

Одно особенно интересное исследование, которое доктор Стивенс проводит со своими студентами, включает в себя изучение работы и мощности с помощью двигателя Стирлинга, устройства преобразования энергии, которое можно использовать в качестве двигателя, холодильника или теплового насоса.

«Двигатели Стирлинга довольно недороги и могут работать, просто поставив двигатель на чашку с горячей водой или кофе», — сказал доктор Стивенс. «Двигатель использует разницу температур между горячим напитком и температурой окружающего воздуха, чтобы работать без электричества. Это действительно отличные и подходящие устройства для студентов из-за минимальных соображений безопасности».

Чтобы модифицировать двигатель Стирлинга для сбора данных, д-р Стивенс и его студенты просверливают небольшое отверстие в верхней части двигателя, приклеивают пластиковый ниппель Люэра, а затем прикрепляют газовую трубку, соединенную с датчиком давления газа Вернье, к включить измерение давления в режиме реального времени на двигателе во время его работы.

«Удивительно, что датчик можно использовать таким образом», — сказал доктор Стивенс. «Студенты могут получить удивительно чистые синусоидальные волны, и довольно легко измерить диаметр цилиндра и ход цилиндра, чтобы получить изменение объема, а также вычислить интеграл от P d V и работу, выполненную двигатель на каждом цикле».

Если требуется более конкретная информация о фазе, можно использовать датчик вращения Vernier Rotary Motion вместе с двумя шестернями, напечатанными на 3D-принтере, для отслеживания фазы двигателя.

«Движок предоставляет учащимся физическую модель и визуализацию, с которыми они могут работать, выполняя вычисления и изучая эти важные концепции, — продолжил доктор Стивенс.

Данные о давлении газа, полученные в ходе исследований двигателя Стирлинга, представлены на этом графике.

Привлечение большего числа учащихся

Исследование двигателя Стирлинга, созданное доктором Стивенсом, доктором Карен Стивенс и студентами Райаном Грейди и Лаурой Стрикер, использовалось десятками студентов на курсах старших курсов.Тем не менее, доктор Стивенс планирует внедрить его в лабораториях более низкого уровня в следующем году.

«Я думаю, что всегда полезно начинать исследования, подобные этому, со старшими учениками, а затем переходить к более низким уровням», — сказал доктор Стивенс. «Это дает возможность получить обратную связь от студентов и вносить процедурные итерации по мере необходимости. Этот проект, в частности, находился в разработке и постоянно корректировался в течение последних двух лет».

«Сейчас мы подошли к моменту, когда сможем представить проект более чем 150 младшим школьникам», — добавил д-р.Стивенс. «Мы также планируем использовать версию датчика давления газа Go Direct ® и использовать Vernier Graphical Analysis Pro для анализа собранных данных».

«Технологии сбора данных постоянно совершенствуются, — сказал д-р Стивенс. «Я начал свою преподавательскую деятельность с пяти установок LabPro ® , и со временем эта коллекция только увеличилась. Я не могу вспомнить ни одного случая, когда бы я не использовал Вернье во время обучения здесь, в Уитворте».

О преподавателе
Др.Ричард Стивенс
Whitworth University
Spokane, WA

Доктор Ричард Стивенс является профессором инженерного и физического факультета Whitworth University, небольшого гуманитарного колледжа национального уровня в восточном Вашингтоне. Доктор Стивенс преподает в университете 24 года.

Как построить эффективный тепловой насос Стирлинга?

Двигатели Стирлинга или тепловые насосы — это системы, способные работать при невероятно низких перепадах температур. Фактически, некоторым типам двигателей Стирлинга для работы требуется только тепло человеческого тела.Здесь мы исследуем динамику этой интересной машины, которую вы можете построить дома, и покажем, как ее моделировать с помощью COMSOL Multiphysics.

Современные приложения для довольно старой идеи

Начнем с истории двигателя Стирлинга. Названный «двигателем будущего», двигатель Стирлинга был впервые разработан Робертом Стирлингом почти 200 лет назад в 1816 году. Хотя эта технология так и не вышла на первое место, этот тип теплового двигателя нашел широкое применение во многих современных приложениях.Например, солнечный двигатель Стирлинга используется для прямого преобразования солнечного тепла в механическую энергию, которая, в свою очередь, используется для питания генератора и производства электроэнергии. Кроме того, существуют аналогичные подходы, основанные на геотермальной энергии или на использовании отходящего тепла промышленных предприятий. Самым удивительным современным применением двигателя Стирлинга может быть его работа на шведских подводных лодках — отсутствие воздуха не является проблемой для двигателя Стирлинга.

От тепловой энергии к механической работе

Мы затронули некоторые области применения двигателей Стирлинга, но как работает эта машина? В двигателе Стирлинга теплота преобразуется в механическую работу (или наоборот) в циклическом процессе.Это может быть реализовано по-разному, но принцип остается тем же: двигатель проходит через четыре процесса охлаждения, сжатия, нагрева и расширения. Газ используется для переноса тепла от постоянно горячей стороны к холодной стороне. Эффективность двигателя ограничена эффективностью цикла Карно.

В отличие от обычных двигателей, для работы двигателей Стирлинга не требуется нагревание до высоких температур. Некоторым двигателям Стирлинга нужна лишь небольшая разница температур в Кельвинах между горячей и холодной сторонами.Кроме того, уровень звука и последующие потери энергии очень низки, потому что нет взрывов и выхлопов. Однако двигатели Стирлинга наиболее подходят для приложений, где требуется постоянная мощность, поскольку управление динамической регулировкой мощности было бы сложной задачей. Это, вероятно, самая важная причина того, почему до сих пор нет автомобилей с двигателями Стирлинга.


Двигатель Стирлинга работает на тепле человеческой руки. («Двигатель Стирлинга, который работает исключительно за счет энергии, получаемой от разницы температур окружающего воздуха и ладони» Арсделла — собственная работа.Лицензия Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 через Wikimedia Commons).

Создание собственного двигателя Стирлинга

Те из вас, кто имеет некоторый опыт в рукоделии, могут построить свой собственный двигатель Стирлинга в домашних условиях без использования профессиональных инструментов или опыта. На YouTube доступно несколько видеоуроков, которые содержат инструкции, предназначенные для того, чтобы помочь вам в процессе сборки. Самым простым из этих примеров, вероятно, является версия, состоящая из банки колы и каких-то домашних мелочей.

Несмотря на простоту сборки, эта модель двигателя Стирлинга, вероятно, не оптимизирована с точки зрения эффективности. Создание численной модели двигателя предлагает лучшее решение.

Моделирование теплового насоса Стирлинга в COMSOL Multiphysics

С помощью численной модели двигателя Стирлинга мы можем находить и тестировать наборы материалов, а также корректировать параметры. Задействованной физикой являются теплопередача и поток жидкости, а механический процесс можно упростить, решив уравнение движения как дополнительное ОДУ.

Двухмерная осесимметричная модель состоит из главного цилиндра, включающего рабочую жидкость (воздух) и вытеснителя. Небольшой цилиндр сверху содержит силовой поршень. И вытеснитель, и силовой поршень соединены параллельно и сдвинуты по фазе на 90º на коленчатом валу, который не является частью модели. Вся установка соответствует двигателю Стирлинга гамма-типа.


Модель теплового насоса Stirling.

Здесь решается перенос тепла в рабочем газе.Механическая часть реализована с помощью подхода с подвижной сеткой (ALE): вытеснитель и силовой поршень могут свободно перемещаться в направлении z . Здесь указан рабочий объем, соответствующий тепловому насосу. Механическая работа используется для перемещения тепловой энергии в направлении, противоположном направлению самопроизвольного теплового потока. И наоборот — двигатель Стирлинга — также можно смоделировать, применив источник тепла и вычислив результирующие силы давления на силовой поршень и вытеснитель. В любом случае система проходит определенную цепочку процессов, которую можно разделить на четыре шага цикла Карно:


Термодинамические процессы, действующие на рабочую жидкость.

Хотя его эффективность и далека от теоретической диаграммы цикла Карно, приведенный ниже график давления/объема соответствует экспериментальным результатам.


График давление/объем цикла Стирлинга.

Настоящее преимущество модели заключается в том, что мы можем анализировать физику теплового насоса. Например, анимация ниже показывает распределение скорости во время работы теплового насоса.


Распределение скорости во время работы теплового насоса.

Поскольку поршень приносит механическую энергию, необходимую для откачки тепла, мы также можем исследовать динамическое распределение температуры внутри теплового насоса во время работы.


Анимация распределения температуры.

Повышение эффективности

Если вы хотите повысить эффективность двигателя Стирлинга, цель состоит в том, чтобы максимизировать закрытую площадь на графике давление/объем. Эта площадь соответствует работе, которую совершает двигатель.Общая эффективность двигателя может быть повышена несколькими способами. Если мы выберем рабочий газ с высокой удельной газовой постоянной (то есть с низкой молекулярной массой), это максимизирует изотермическое расширение (и, следовательно, работоспособность) двигателя. Вот почему водород и гелий предпочтительны в качестве рабочих газов. Другая возможность состоит в том, чтобы максимизировать тепло, переносимое вытеснителем, за счет использования пористой среды в качестве регенерирующего вытеснителя (см.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.