Stirlings motor. Hvilken Stirling-motor har den beste designen for maksimal effektivitet dampmotorkompressor og sprøyte

Du kan selvfølgelig kjøpe vakre fabrikkmodeller av Stirling-motorer, slik som i denne kinesiske nettbutikken. Men noen ganger vil du skape deg selv og lage en ting, selv fra improviserte midler. Vår nettside har allerede flere alternativer for å produsere disse motorene, og i denne publikasjonen, sjekk ut et veldig enkelt alternativ for å lage hjemme.

Se nedenfor for 3 DIY-alternativer.

Dmitry Petrakov, etter populær etterspørsel, filmet trinnvise instruksjoner for montering av en kraftig Stirling-motor, i forhold til dens dimensjoner og mengden varme som forbrukes. Denne modellen bruker materialer tilgjengelig for alle seere og vanlige materialer - alle kan skaffe dem. Alle størrelsene presentert i denne videoen ble valgt av forfatteren basert på mange års erfaring med Stirlings av denne designen, og for dette spesielle tilfellet er de optimale.

Denne modellen bruker materialer tilgjengelig for alle seere og vanlige materialer, slik at alle kan skaffe dem. Alle størrelser som presenteres i denne videoen ble valgt basert på mange års erfaring med Stirlings av denne designen, og for dette spesielle tilfellet er de optimale.

Med følelse, sans og arrangement.

Stirlingmotor i drift med last (vannpumpe).

Vannpumpen, satt sammen som en fungerende prototype, er designet for å kobles sammen med Stirling-motorer. Det særegne til pumpen ligger i det lave energiforbruket som kreves for å fullføre arbeidet: en slik design bruker bare en liten del av det dynamiske interne arbeidsvolumet til motoren, og påvirker dermed ytelsen til et minimum.

Stirlingmotor fra boks

For å lage det trenger du improviserte materialer: en blikkboks, et lite stykke skumgummi, en CD, to bolter og binders.

Skumgummi er et av de vanligste materialene som brukes i produksjonen av Stirling-motorer. En motorfortrenger er laget av den. Fra et stykke av skumgummien vår kutter vi ut en sirkel, vi gjør dens diameter to millimeter mindre enn boksens indre diameter, og høyden er litt mer enn halvparten av den.

Vi borer et hull i midten av dekselet, som vi deretter setter inn koblingsstangen. For en jevn kjøring av koblingsstangen lager vi en spiral fra en binders og lodder den til dekselet.

Vi gjennomborer skumgummisirkelen fra skumgummi i midten med en skrue og låser den med en skive ovenfra og under med en skive og en mutter. Etter det fester vi et stykke binders ved å lodde, etter å ha rettet det ut tidligere.

Nå stikker vi fortrengeren inn i hullet laget på forhånd i lokket og lodder lokket og glasset hermetisk sammen. Vi lager en liten løkke i enden av bindersen, og borer et annet hull i lokket, men litt mer enn det første.

Vi lager en sylinder fra tinn ved hjelp av lodding.

Vi fester den ferdige sylinderen til glasset med et loddejern, slik at det ikke er noen hull igjen på stedet for lodde.

Vi lager en veivaksel fra en binders. Kneavstand bør gjøres ved 90 grader. Kneet, som vil være over sylinderen i høyden, er 1-2 mm større enn det andre.

Vi lager stativer for skaftet fra binders. Å lage en membran For å gjøre dette legger vi en plastfilm på sylinderen, skyver den litt innover og fester den på sylinderen med en tråd.

Koblingsstangen som må festes til membranen er laget av en binders og satt inn i et stykke gummi. Lengden på koblingsstangen må gjøres på en slik måte at membranen i bunnen av dødpunktet av akselen trekkes inn i sylinderen, og på det høyeste, tvert imot, forlenges den. Den andre koblingsstangen er konfigurert på samme måte.

Vi limer koblingsstangen med gummi til membranen, og fester den andre til forskyvningen.

Vi fester bena fra bindersene til krukken med et loddejern og fester svinghjulet til sveiven. Du kan for eksempel bruke en CD.

Stirlingmotor laget hjemme. Nå gjenstår det å bringe varme under glasset - tenn et lys. Og etter noen sekunder, gi et dytt til svinghjulet.

Hvordan lage en enkel Stirling-motor (med bilder og video)

www.newphysicist.com

La oss lage en Stirling-motor.

En Stirling-motor er en varmemotor som fungerer ved å syklisk komprimere og utvide luft eller en annen gass (arbeidsvæske) ved forskjellige temperaturer slik at det blir en netto omdannelse av termisk energi til mekanisk arbeid. Mer spesifikt er Stirling-motoren en lukket syklus regenerativ varmemotor med en konstant gassformig arbeidsvæske.

Stirlingmotorer er mer effektive enn dampmotorer og kan nå 50 % effektivitet. De er også i stand til å fungere stille og kan bruke nesten hvilken som helst varmekilde. Kilden til termisk energi genereres utenfor Stirling-motoren, og ikke ved intern forbrenning, slik tilfellet er for Otto- eller dieselmotorer.

Stirling-motorer er kompatible med alternative og fornybare energikilder, fordi de kan bli mer betydningsfulle etter hvert som prisen på tradisjonelle drivstoff stiger, og i lys av problemer som uttømming av oljereserver og endring av klimaet.

I dette prosjektet vil vi gi deg enkle instruksjoner for å lage en veldig enkel motor DIY Stirling ved hjelp av reagensrør og sprøyte .

Hvordan lage en enkel stirlingmotor - video

Komponenter og trinn for å lage en Stirling-motor

1. Stykke hardtre eller kryssfiner

Dette er grunnlaget for din motor. Dermed må den være stiv nok til å håndtere bevegelsene til motoren. Lag så tre små hull som vist på bildet. Du kan også bruke kryssfiner, tre o.l.

2. Marmor eller glassperler

I en Stirling-motor utfører disse kulene en viktig funksjon. I dette prosjektet fungerer klinkekulen som en varmluftsfortrenger fra den varme siden av reagensrøret til den kalde siden. Når marmor fortrenger varm luft, kjøles den ned.

3. Pinner og skruer

Pigger og skruer brukes til å holde røret i en komfortabel posisjon for fri bevegelse i alle retninger uten avbrudd.

4. Gummibiter

Kjøp et viskelær og skjær det i følgende former. Den brukes til å holde røret sikkert og opprettholde tettheten. Det skal ikke være noen lekkasje ved munningen av røret. I så fall vil ikke prosjektet lykkes.

5. Sprøyte

Sprøyten er en av de viktigste og mest bevegelige delene i en enkel Stirling-motor. Tilsett litt smøremiddel på innsiden av sprøyten slik at stempelet kan bevege seg fritt inne i sylinderen. Når luften utvider seg inne i reagensrøret, skyver den stempelet ned. Som et resultat beveger sprøytehylsen seg opp. Samtidig ruller kulen mot den varme siden av røret og skyver den varme luften ut og får den til å avkjøles (redusere volumet).

6. Reagensrør Reagensrøret er den viktigste og mest fungerende komponenten i en enkel Stirling-motor. Reagensrøret er laget av en bestemt type glass (som borosilikatglass) som er svært varmebestandig. Så den kan varmes opp til høye temperaturer.

Hvordan fungerer en Stirling-motor?

Noen sier at Stirling-motorer er enkle. Hvis dette er sant, så er de, akkurat som fysikkens store ligninger (f.eks. E = mc2), enkle: de er enkle på overflaten, men rikere, mer komplekse og potensielt veldig forvirrende til du innser dem. Jeg tror det er tryggere å tenke på Stirling-motorer som komplekse: mange veldig dårlige YouTube-videoer viser hvor enkelt det er å "forklare" dem på en veldig ufullstendig og utilfredsstillende måte.

Etter min mening kan du ikke forstå en Stirling-motor bare ved å bygge den eller se den fungere fra utsiden: du må seriøst tenke på syklusen av trinn den går gjennom, hva som skjer med gassen inni, og hvordan den skiller seg fra hva som skjer i en konvensjonell dampmaskin.

Alt som kreves for driften av motoren er tilstedeværelsen av en temperaturforskjell mellom de varme og kalde delene av gasskammeret. Det er bygget modeller som bare kan fungere med en temperaturforskjell på 4 °C, selv om fabrikkmotorer sannsynligvis vil fungere med en forskjell på flere hundre grader. Disse motorene kan bli den mest effektive formen for forbrenningsmotor.

Stirlingmotorer og konsentrert solenergi

Stirling-motorer gir en ryddig metode for å konvertere termisk energi til bevegelse som kan drive en generator. Det vanligste arrangementet er å ha motoren i midten av et parabolspeil. Speilet vil bli montert på trackeren for å fokusere solstrålene på motoren.

* Stirlingmotor som mottaker

Du har kanskje lekt med konvekse linser i løpet av skoledagene. Konsentrerer solenergi for å brenne et papirark eller en fyrstikk, har jeg rett? Ny teknologi utvikler seg dag for dag. Konsentrert solvarmeenergi får mer og mer oppmerksomhet i disse dager.

Ovenfor er en kort video av en enkel reagensrørmotor som bruker glassperler som drivmiddel og en glasssprøyte som kraftstempel.

Denne enkle Stirling-motoren ble bygget av materialer som er tilgjengelige i de fleste skolelaboratorier og kan brukes til å demonstrere en enkel varmemotor.

Trykk-volum per syklusdiagram

Prosess 1 → 2 Ekspansjon av arbeidsgassen i den varme enden av røret, varme overføres til gassen og gassen ekspanderer, øker volumet og skyver sprøytestempelet opp.

Prosess 2 → 3 Når klinkekulen beveger seg mot den varme enden av røret, presses gassen fra den varme enden av røret til den kalde enden, og når gassen beveger seg, avgir den varme til veggen av røret.

Prosess 3 → 4 Varme fjernes fra arbeidsgassen og volumet synker, sprøytestempelet beveger seg ned.

Prosess 4 → 1 Avslutter løkken. Arbeidsgassen beveger seg fra den kalde enden av røret til den varme enden når kulene fortrenger den, mottar varme fra veggen av røret når den beveger seg, og øker dermed trykket på gassen.

Der arbeidsvæsken (gass eller væske) beveger seg i et lukket volum, er det faktisk en slags ekstern forbrenningsmotor. Denne mekanismen er basert på prinsippet om periodisk oppvarming og avkjøling av arbeidsvæsken. Utvinning av energi skjer fra det fremkommende volumet av arbeidsfluidet. Stirling-motoren fungerer ikke bare fra energien til brenning av drivstoff, men også fra nesten alle kilder. Denne mekanismen ble patentert av skotten Robert Stirling i 1816.

Den beskrevne mekanismen, til tross for lav effektivitet, har en rekke fordeler, først og fremst er det enkelhet og upretensiøsitet. Takket være dette prøver mange amatørdesignere å sette sammen en Stirling-motor med egne hender. Noen lykkes, og noen gjør det ikke.

I denne artikkelen vil vi vurdere Stirling med egne hender fra improviserte materialer. Vi trenger følgende emner og verktøy: en blikkboks (du kan bruke den fra under brislingen), metallplater, binders, skumgummi, strikk, en pose, trådkutter, tang, saks, en loddebolt,

La oss nå begynne å montere. Her er en detaljert instruksjon om hvordan du lager en Stirling-motor med egne hender. Først må du vaske krukken, rengjøre kantene med sandpapir. Vi kutter ut en sirkel fra metallplater slik at den ligger på de indre kantene av boksen. Vi bestemmer midten (for dette bruker vi en skyvelære eller linjal), lager et hull med saks. Deretter tar vi en kobbertråd og en binders, retter ut bindersen, lager en ring på slutten. Vi snor en ledning på en binders - fire tette svinger. Deretter lodder vi den resulterende spiralen med en liten mengde loddetinn. Deretter er det nødvendig å forsiktig lodde spiralen til hullet i dekselet slik at stammen er vinkelrett på dekselet. Bindersen skal bevege seg fritt.

Etter det er det nødvendig å lage et kommuniserende hull i lokket. Vi lager en fortrenger fra skumgummi. Diameteren skal være litt mindre enn boksens diameter, men det skal ikke være et stort gap. Høyden på fortrengeren er litt mer enn halvparten av boksen. Vi kutter et hull i midten av skumgummien for hylsen, sistnevnte kan være laget av gummi eller kork. Vi setter stangen inn i den resulterende hylsen og limer alt. Forskyveren må plasseres parallelt med dekselet, dette er en viktig betingelse. Deretter gjenstår det å lukke krukken og lodde kantene. Sømmen må forsegles. Nå fortsetter vi til produksjonen av arbeidssylinderen. For å gjøre dette, kutt ut en stripe 60 mm lang og 25 mm bred fra tinn, bøy kanten med 2 mm med en tang. Vi danner en hylse, etter det lodder vi kanten, så er det nødvendig å lodde hylsen til dekselet (over hullet).

Nå kan du begynne å lage membranen. For å gjøre dette, kutt av et stykke film fra pakken, skyv det litt med fingeren inni, trykk på kantene med et elastisk bånd. Deretter må du kontrollere riktigheten av monteringen. Vi varmer bunnen av boksen i brann, trekk stilken. Som et resultat bør membranen bøye seg utover, og hvis stangen frigjøres, skal fortrengeren henholdsvis senke seg under sin egen vekt, membranen går tilbake til sin plass. I tilfelle fortrengeren er laget feil eller loddingen av boksen ikke er tett, vil ikke stangen gå tilbake til sin plass. Etter det lager vi veivakselen og stativene (avstanden mellom veivene skal være 90 grader). Høyden på sveivene skal være 7 mm og forskyvningene 5 mm. Lengden på koblingsstengene bestemmes av veivakselens posisjon. Enden av sveiven settes inn i korken. Så vi så på hvordan vi monterer en Stirling-motor med egne hender.

En slik mekanisme vil fungere fra et vanlig stearinlys. Hvis du fester magneter til svinghjulet og tar spolen til en akvariekompressor, kan en slik enhet erstatte en enkel elektrisk motor. Med egne hender, som du kan se, er det ikke vanskelig å lage en slik enhet. Det ville være et ønske.

Det erstattet andre typer kraftverk, men arbeid rettet mot å forlate bruken av disse enhetene tyder på en snarlig endring i ledende posisjoner.

Siden begynnelsen av den teknologiske utviklingen, da bruken av motorer som brenner drivstoff inne bare begynte, var deres overlegenhet ikke åpenbar. Dampmaskinen, som en konkurrent, inneholder mange fordeler: sammen med trekkraftparametere er den stillegående, altetende, enkel å kontrollere og konfigurere. Men letthet, pålitelighet og effektivitet gjorde at forbrenningsmotoren tok over dampen.

I dag er spørsmål om økologi, økonomi og sikkerhet i høysetet. Dette tvinger ingeniører til å kaste kreftene sine på serieenheter som opererer på fornybare drivstoffkilder. I år 16 av det nittende århundre registrerte Robert Stirling en motor drevet av eksterne varmekilder. Ingeniører tror at denne enheten er i stand til å endre den moderne lederen. Stirling-motoren kombinerer effektivitet, pålitelighet, går stille, på ethvert drivstoff, dette gjør produktet til en aktør på bilmarkedet.

Robert Stirling (1790-1878):

Stirling motorhistorie

Opprinnelig ble installasjonen utviklet med sikte på å erstatte den dampdrevne maskinen. Kjeler av dampmekanismer eksploderte da trykket oversteg de tillatte normene. Fra dette synspunktet er Stirling mye tryggere, og fungerer ved å bruke en temperaturforskjell.

Prinsippet for driften av Stirling-motoren er å vekselvis tilføre eller fjerne varme fra stoffet som arbeidet utføres på. Selve stoffet er innelukket i et lukket volum. Rollen til arbeidsstoffet utføres av gasser eller væsker. Det er stoffer som utfører rollen som to komponenter, gassen omdannes til en væske og omvendt. Stirling-motoren med væskestempel har: små dimensjoner, kraftig, genererer høyt trykk.

Reduksjonen og økningen i volumet av gass under henholdsvis kjøling eller oppvarming bekreftes av termodynamikkens lov, ifølge hvilken alle komponenter: graden av oppvarming, mengden plass okkupert av stoffet, kraften som virker per arealenhet , er relatert og beskrevet av formelen:

PV=nR*T

P er kraften til gassen i motoren per arealenhet;
V er den kvantitative verdien okkupert av gass i motorrommet;
n er den molare mengden gass i motoren;
R er gasskonstanten;
T er graden av gassoppvarming i motoren K,

Stirling motor modell:

På grunn av upretensiøsiteten til installasjonene er motorene delt inn i: fast brensel, flytende brensel, solenergi, kjemisk reaksjon og andre typer oppvarming.

Syklus

Stirling ekstern forbrenningsmotor bruker et sett med fenomener med samme navn. Effekten av den pågående handlingen i mekanismen er høy. Takket være dette er det mulig å designe en motor med gode egenskaper innenfor normale dimensjoner.

Det bør tas i betraktning at utformingen av mekanismen sørger for en varmeovn, et kjøleskap og en regenerator, en enhet for å fjerne varme fra stoffet og returnere varme til rett tid.

Ideell Stirling-syklus, (diagram "temperatur-volum"):

Ideelle sirkulære fenomener:

1-2 Endring i de lineære dimensjonene til et stoff med konstant temperatur;
2-3 Fjerning av varme fra stoffet til varmeveksleren, plassen som okkuperes av stoffet er konstant;
3-4 Tvunget reduksjon av plassen som er okkupert av stoffet, temperaturen er konstant, varme fjernes til kjøleren;
4-1 Tvunget økning i stoffets temperatur, den okkuperte plassen er konstant, varmen tilføres fra varmeveksleren.

Ideell Stirling-syklus, (trykk-volumdiagram):

Fra beregningen (mol) av et stoff:

Varmeinngang:

Varme mottatt av kjøleren:

Varmeveksleren mottar varme (prosess 2-3), varmeveksleren avgir varme (prosess 4-1):

R – Universell gasskonstant;

CV - evnen til en ideell gass til å beholde varmen med en konstant mengde plass okkupert.

På grunn av bruken av en regenerator forblir en del av varmen, som energien til mekanismen, som ikke endres under de passerende sirkulære fenomenene. Kjøleskapet mottar mindre varme, så varmeveksleren sparer varmen til varmeren. Dette øker effektiviteten til installasjonen.

Effektiviteten av sirkulært fenomen:

ɳ =

Det er bemerkelsesverdig at uten varmeveksler er settet med Stirling-prosesser mulig, men effektiviteten vil være mye lavere. Å kjøre settet med prosesser baklengs fører til en beskrivelse av kjølemekanismen. I dette tilfellet er tilstedeværelsen av en regenerator en obligatorisk tilstand, siden når du passerer (3-2) er det umulig å varme opp stoffet fra kjøleren, hvis temperatur er mye lavere. Det er også umulig å gi varme til varmeren (1-4), hvis temperatur er høyere.

Prinsippet til motoren

For å forstå hvordan Stirling-motoren fungerer, la oss se på enheten og frekvensen av fenomenene til enheten. Mekanismen omdanner varmen mottatt fra varmeren som er plassert utenfor produktet til en kraft på kroppen. Hele prosessen skjer på grunn av temperaturforskjellen, i arbeidsstoffet, som er i en lukket krets.

Prinsippet for drift av mekanismen er basert på ekspansjon på grunn av varme. Umiddelbart før ekspansjonen varmes stoffet i den lukkede kretsen opp. Følgelig, før den komprimeres, avkjøles stoffet. Selve sylinderen (1) er pakket inn i en vannkappe (3), varme tilføres til bunnen. Stempelet som gjør jobben (4) legges i en hylse og forsegles med ringer. Mellom stempelet og bunnen er det en forskyvningsmekanisme (2), som har betydelige hull og beveger seg fritt. Stoffet i en lukket krets beveger seg gjennom volumet av kammeret på grunn av fortrengeren. Bevegelsen av materie er begrenset til to retninger: bunnen av stempelet, bunnen av sylinderen. Bevegelsen til fortrengeren tilveiebringes av en stang (5) som går gjennom stempelet og betjenes av en eksentrisk 90° sent sammenlignet med stempeldrevet.

Posisjon "A":

Stempelet er plassert i den laveste posisjonen, stoffet avkjøles av veggene.

Posisjon "B":

Forskyvningen inntar den øvre posisjonen, beveger seg, passerer stoffet gjennom endesporene til bunnen og avkjøler seg selv. Stempelet er stasjonært.

Posisjon "C":

Stoffet mottar varme, under påvirkning av varme øker det i volum og hever ekspanderen med stempelet opp. Arbeid utføres, hvoretter fortrengeren synker til bunnen, presser ut stoffet og avkjøles.

Posisjon "D":

Stempelet går ned, komprimerer det avkjølte stoffet, nyttig arbeid er gjort. Svinghjulet fungerer som en energiakkumulator i designet.

Den vurderte modellen er uten regenerator, så effektiviteten til mekanismen er ikke høy. Varmen fra stoffet etter arbeid fjernes inn i kjølevæsken ved hjelp av veggene. Temperaturen har ikke tid til å synke med nødvendig mengde, så kjøletiden forlenges, motorhastigheten er lav.

Typer motorer

Strukturelt er det flere alternativer som bruker Stirling-prinsippet, hovedtypene er:

Designet bruker to forskjellige stempler plassert i forskjellige konturer. Den første kretsen brukes til oppvarming, den andre kretsen brukes til kjøling. Følgelig har hvert stempel sin egen regenerator (varm og kald). Enheten har et godt forhold mellom kraft og volum. Ulempen er at temperaturen på den varme regeneratoren skaper designvansker.

Motor "β - Stirling":

Designet bruker en lukket krets, med forskjellige temperaturer i endene (kald, varm). Et stempel med en fortrenger er plassert i hulrommet. Displacer deler rommet i kalde og varme soner. Utvekslingen av kulde og varme skjer ved å pumpe et stoff gjennom en varmeveksler. Strukturelt er varmeveksleren laget i to versjoner: ekstern, kombinert med en fortrenger.

Motor "γ - Stirling":

Stempelmekanismen sørger for bruk av to lukkede kretsløp: kalde og med en fortrenger. Strøm tas fra et kaldt stempel. Forskyvningsstempelet er varmt på den ene siden og kaldt på den andre. Varmeveksleren er plassert både innenfor og utenfor strukturen.

Noen kraftverk ligner ikke på hovedtypene motorer:

Roterende Stirling-motor.

Strukturelt sett er oppfinnelsen med to rotorer på akselen. Delen utfører rotasjonsbevegelser i et lukket sylindrisk rom. En synergistisk tilnærming til implementeringen av syklusen er lagt. Kroppen inneholder radielle slisser. Blader med en viss profil settes inn i utsparingene. Platene settes på rotoren og kan bevege seg langs aksen når mekanismen roterer. Alle detaljene skaper skiftende volumer med fenomener som finner sted i dem. Volumene til de forskjellige rotorene er forbundet med kanaler. Kanalarrangement er forskjøvet med 90° i forhold til hverandre. Forskyvningen av rotorene i forhold til hverandre er 180°.

Termoakustisk Stirling-motor.

Motoren bruker akustisk resonans for å utføre prosesser. Prinsippet er basert på bevegelse av materie mellom et varmt og et kaldt hulrom. Kretsen reduserer antall bevegelige deler, vanskeligheten med å fjerne den mottatte kraften og opprettholde resonans. Designet refererer til fristempeltypen av motor.

DIY Stirling-motor

I dag, ganske ofte i nettbutikken, kan du finne suvenirer laget i form av den aktuelle motoren. Strukturelt og teknologisk er mekanismene ganske enkle; om ønskelig er Stirling-motoren lett å konstruere med egne hender fra improviserte midler. På Internett kan du finne et stort antall materialer: videoer, tegninger, beregninger og annen informasjon om dette emnet.

Lavtemperatur Stirling-motor:

Tenk på den enkleste versjonen av bølgemotoren, som du trenger en blikkboks, mykt polyuretanskum, en disk, bolter og binders. Alle disse materialene er enkle å finne hjemme, det gjenstår å utføre følgende trinn:
Ta et mykt polyuretanskum, kutt en sirkel to millimeter mindre enn boksens indre diameter. Høyden på skummet er to millimeter mer enn halvparten av boksens høyde. Skumgummi spiller rollen som en fortrenger i motoren;
Ta lokket på glasset, lag et hull i midten, to millimeter i diameter. Lodd en hul stang til hullet, som vil fungere som en guide for motorens koblingsstang;
Ta en sirkel skåret ut av skum, sett inn en skrue i midten av sirkelen og lås den på begge sider. Lodd en forhåndsrettet binders til skiven;
Bor et hull to centimeter fra midten, tre millimeter i diameter, tre fortrengeren gjennom det sentrale hullet på lokket, lodd lokket til glasset;
Lag en liten sylinder av tinn, en og en halv centimeter i diameter, lodd den til lokket på boksen på en slik måte at sidehullet på lokket er tydelig sentrert inne i motorsylinderen;
Lag en motorveivaksel av en binders. Beregningen utføres på en slik måte at avstanden mellom knærne er 90 °;
Lag et stativ for veivakselen til motoren. Fra en plastfilm, lag en elastisk membran, legg filmen på sylinderen, skyv den gjennom, fiks den;

Lag en motorkoblingsstang selv, bøy den ene enden av det rettede produktet i form av en sirkel, sett den andre enden inn i et stykke viskelær. Lengden justeres på en slik måte at på det laveste punktet på skaftet trekkes membranen tilbake, på det ytterste øvre punkt er membranen maksimalt forlenget. Juster den andre koblingsstangen på samme måte;
Lim motorens koblingsstang med en gummitupp til membranen. Monter koblingsstangen uten gummitupp på forskyvningen;
Sett et svinghjul fra skiven på veivmekanismen til motoren. Fest bena til glasset for ikke å holde produktet i hendene. Høyden på bena lar deg plassere et stearinlys under glasset.

Etter at vi klarte å lage en Stirling-motor hjemme, startes motoren. For å gjøre dette plasseres et tent stearinlys under glasset, og etter at glasset er varmet opp, gir de drivkraft til svinghjulet.

Det vurderte installasjonsalternativet kan raskt monteres hjemme, som et visuelt hjelpemiddel. Hvis du setter et mål og et ønske om å gjøre Stirling-motoren så nær fabrikkens kolleger som mulig, er det tegninger av alle detaljene i det offentlige domene. Trinnvis utførelse av hver node vil tillate deg å lage et fungerende oppsett som ikke er verre enn kommersielle versjoner.

Fordeler

Stirling-motoren har følgende fordeler:

En temperaturforskjell er nødvendig for driften av motoren, hvilket drivstoff som forårsaker oppvarming er ikke viktig;
Det er ikke nødvendig å bruke vedlegg og tilleggsutstyr, motordesignen er enkel og pålitelig;
Ressursen til motoren, på grunn av designfunksjonene, er 100 000 timers drift;
Driften av motoren skaper ikke fremmed støy, siden det ikke er noen detonasjon;
Prosessen med motordrift er ikke ledsaget av utslipp av avfallsstoffer;
Motordrift er ledsaget av minimal vibrasjon;
Prosesser i anleggssylindrene er miljøvennlige. Bruk av riktig varmekilde holder motoren ren.

Feil

Ulempene med Stirling-motoren inkluderer:

Det er vanskelig å etablere masseproduksjon, siden motordesignen krever bruk av en stor mengde materialer;
Høy vekt og store dimensjoner på motoren, siden en stor radiator må brukes for effektiv kjøling;
For å øke effektiviteten forsterkes motoren ved å bruke komplekse stoffer (hydrogen, helium) som arbeidsvæske, noe som gjør driften av enheten farlig;
Den høye temperaturmotstanden til stållegeringer og deres varmeledningsevne kompliserer motorproduksjonsprosessen. Betydelige varmetap i varmeveksleren reduserer effektiviteten til enheten, og bruken av spesifikke materialer gjør produksjonen av motoren dyr;
For å justere og bytte motoren fra modus til modus, må spesielle kontrollenheter brukes.

Bruk

Stirling-motoren har funnet sin nisje og brukes aktivt der dimensjoner og altetende er et viktig kriterium:

Stirling motor-generator.

En mekanisme for å konvertere varme til elektrisk energi. Ofte er det produkter som brukes som bærbare turistgeneratorer, installasjoner for bruk av solenergi.

Motoren er som en pumpe (elektrisk).

Motoren brukes til installasjon i kretsen av varmesystemer, og sparer på elektrisk energi.

Motoren er som en pumpe (varmer).

I land med varmt klima brukes motoren som romvarmer.

Stirlingmotor på en ubåt:

Motoren er som en pumpe (kjøler).

Nesten alle kjøleskap bruker varmepumper i sitt design, å installere en Stirling-motor sparer ressurser.

Motoren er som en pumpe som skaper ultralave varmenivåer.

Apparatet brukes som kjøleskap. For å gjøre dette startes prosessen i motsatt retning. Enhetene gjør gass flytende, avkjøler måleelementer i presise mekanismer.

Undervannsmotor.

Ubåtene til Sverige og Japan fungerer takket være motoren.

Stirlingmotor som solcelleanlegg:

Motoren er som et batteri av energi.

Drivstoff i slike enheter, salt smelter, motoren brukes som energikilde. Når det gjelder energireserver, er motoren foran kjemiske elementer.

solenergi motor.

Gjør om solens energi til elektrisitet. Stoffet i dette tilfellet er hydrogen eller helium. Motoren er plassert i fokus for den maksimale konsentrasjonen av solens energi, opprettet ved hjelp av en parabolantenne.

En Stirling-motor er en slags motor som begynner å gå på termisk energi. I dette tilfellet er energikilden helt uviktig. Det viktigste er at det er en temperaturforskjell, i dette tilfellet vil en slik motor fungere. Nå skal vi analysere hvordan du kan lage en modell av en slik lavtemperaturmotor fra en boks med Coca-Cola.

Materialer og inventar

Nå skal vi analysere hva vi må ta for å lage en motor hjemme. Hva vi må ta for stirling:

Ballong.
Tre bokser med cola.
Spesialterminaler, fem stykker (for 5A).
Nipler for feste av sykkeleiker (to ting).
Bomull.
Et stykke ståltråd tretti cm langt og 1 mm i tverrsnitt.
Et stykke stor stål- eller kobbertråd med en diameter på 1,6 til 2 mm.
Trestift med en diameter på tjue mm (lengde en cm).
Flaskekork (plast).
Kabling (tretti cm).
Spesiallim.
Vulkanisert gummi (ca. 2 centimeter).
Fiskesnøre (lengde tretti cm).
Flere vekter for balansering (for eksempel nikkel).
CDer (tre stykker).
Spesialknapper.
En blikkboks for å lage en brannboks.
Varmebestandig silikon og blikkboks for å lage vannkjøling.

Beskrivelse av opprettelsesprosessen

Trinn 1. Klargjøring av krukker.

Først bør du ta 2 bokser og kutte av toppen av dem. Hvis toppene klippes av med saks, må de resulterende hakkene slipes av med en fil.

Trinn 2. Lage diafragma.

Som diafragma kan du ta en ballong, som skal være forsterket med vulkanisert gummi. Ballen må kuttes og trekkes over på en krukke. Lim deretter et stykke spesialgummi på den sentrale delen av membranen. Etter at limet har stivnet, i midten av membranen vil vi slå et hull for å installere ledningen. Den enkleste måten å gjøre dette på er med en spesialknapp som kan stå i hullet frem til montering.

Trinn 3. Kutte og lage hull i lokket.

To hull på to mm må lages i dekselets vegger, de er nødvendige for å installere spakenes dreieakse. Et annet hull må lages i bunnen av lokket, en ledning vil gå gjennom det, som kobles til forskyvningen.

På siste trinn må lokket kuttes av. Dette gjøres slik at forskyvningstråden ikke fester seg i kantene på dekselet. For slikt arbeid kan du ta husholdningssaks.

Trinn 4. Boring.

I krukken må du bore to hull for lagrene. I vårt tilfelle ble dette gjort med et 3,5 mm bor.

Trinn 5. Lage et visningsvindu.

Et spesielt vindu skal kuttes ut i motorhuset. Nå vil det være mulig å observere hvordan alle nodene til enheten fungerer.

Etappe 6. Terminalmodifikasjon.

Det er nødvendig å ta terminalene og fjerne plastisolasjonen fra dem. Deretter tar vi en drill og lager gjennomgående hull på kantene av terminalene. Totalt må tre terminaler bores. La to terminaler være uborede.

Trinn 7. Skape innflytelse.

Som et materiale for fremstilling av spaker tas kobbertråd, hvis diameter bare er 1,88 mm. Hvordan nøyaktig å bøye strikkepinnene, er det verdt å se på Internett. Du kan ta ståltråd, bare med kobbertråd, det er mer praktisk å jobbe.

Trinn 8. Produksjon av lagre.

For å lage lagrene trenger du to sykkelnipler. Hulldiameteren må kontrolleres. Forfatteren boret dem gjennom med et 2 mm bor.

Etappe 9. Montering av spaker og lagre.

Spaker kan plasseres direkte gjennom visningsvinduet. Den ene enden av ledningen skal være lang, svinghjulet vil ligge på den. Lagrene skal sitte godt på de riktige stedene. Hvis det er tilbakeslag, kan de limes.

Trinn 10. Lage fortrengeren.

Forskyveren er laget av stålull for polering. For fremstilling av fortrengeren tas en ståltråd, det lages en krok på den, og deretter vikles en viss mengde bomull rundt ledningen. Forskyveren må ha samme størrelse slik at den beveger seg jevnt i bredden. Hele høyden på forskyvningen bør ikke overstige fem centimeter.

I enden på den ene siden av bomullen det er nødvendig å lage en spiral av ledning slik at den ikke kommer ut av ullen, og på den andre siden lager vi en løkke fra ledningen. Deretter vil vi knytte en fiskesnøre til denne løkken, som deretter vil bli tiltrukket gjennom den sentrale delen av membranen. Vulkanisert gummi skal være i midten av beholderen.

Trinn 11. Lage trykktanken

Det er nødvendig å kutte bunnen av krukken på en bestemt måte slik at det gjenstår omtrent 2,5 cm fra basen. Fortrengeren sammen med membranen må flyttes til tanken. Etter det overføres hele denne mekanismen til enden av boksen. Membranen må strammes litt. slik at den ikke synker.

Deretter må du ta terminalen som ikke ble boret, og føre fiskelinjen gjennom den. Knuten skal limes slik at den ikke beveger seg. Wiren skal smøres med høykvalitetsolje og samtidig sørge for at forskyveren lett kan strekke linen bak seg.

Trinn 12. Lage skyvestenger.

Disse spesielle leddene forbinder membranen og spakene. Denne er laget av et stykke kobbertråd som er femten cm langt.

Etappe 13. Opprette og installere et svinghjul

For produksjon av svinghjulet tar vi tre gamle CD-er. Ta en trestang som sentrum. Etter å ha installert svinghjulet, bøy veivakselstangen, slik at svinghjulet ikke lenger synker.

På det siste stadiet er hele mekanismen satt sammen fullstendig.

Det siste trinnet, å lage en brannboks

Så vi har nådd det siste trinnet i etableringen av motoren.

Moderne bilindustri har nådd et utviklingsnivå der det er nesten umulig å oppnå kardinalforbedringer i utformingen av tradisjonelle forbrenningsmotorer uten grunnleggende vitenskapelig forskning. Denne situasjonen tvinger designere til å ta hensyn til alternative kraftverksdesign. Noen ingeniørsentre har fokusert på å lage og tilpasse hybride og elektriske modeller for serieproduksjon, mens andre bilprodusenter investerer i utvikling av motorer drevet av fornybare kilder (for eksempel biodiesel med rapsolje). Det er andre drivverksprosjekter som til slutt kan bli den nye standard fremdriften for kjøretøy.

Blant de mulige kildene til mekanisk energi for fremtidens biler er den eksterne forbrenningsmotoren, som ble oppfunnet på midten av 1800-tallet av skotten Robert Stirling som en termisk ekspansjonsmaskin.

Arbeidsordning

Stirlingmotoren omdanner termisk energi tilført fra utsiden til nyttig mekanisk arbeid pga endringer i temperaturen til arbeidsvæsken(gass eller væske) som sirkulerer i et lukket volum.

Generelt er driftsskjemaet for enheten som følger: i den nedre delen av motoren varmes arbeidsstoffet (for eksempel luft) opp og, økende i volum, skyver stempelet opp. Varm luft kommer inn i toppen av motoren, hvor den kjøles av en radiator. Trykket på arbeidsvæsken reduseres, stempelet senkes for neste syklus. I dette tilfellet er systemet forseglet og arbeidsstoffet forbrukes ikke, men beveger seg bare inne i sylinderen.

Det er flere designalternativer for kraftenheter som bruker Stirling-prinsippet.

Stirling modifikasjon "Alpha"

Motoren består av to separate kraftstempler (varme og kalde), som hver er plassert i hver sin sylinder. Varme tilføres sylinderen med det varme stempelet, og den kalde sylinderen er plassert i kjølevarmeveksleren.

Stirling modifikasjon "Beta"

Sylinderen som inneholder stempelet varmes opp på den ene siden og avkjøles på motsatt side. Et kraftstempel og en forskyvning beveger seg i sylinderen, designet for å endre volumet på arbeidsgassen. Returbevegelsen av det avkjølte arbeidsstoffet inn i motorens varme hulrom utføres av regeneratoren.

Stirling modifikasjon "Gamma"

Designet består av to sylindre. Den første er helt kald, der kraftstempelet beveger seg, og den andre, varm på den ene siden og kald på den andre, tjener til å flytte forskyvningen. Regeneratoren for sirkulering av kald gass kan være felles for begge sylindrene eller inngå i utformingen av fortrengeren.

Fordeler med Stirling-motoren

Som de fleste eksterne forbrenningsmotorer er Stirling iboende multidrivstoff: motoren går på en temperaturforskjell, uavhengig av årsakene som forårsaket det.

Interessant fakta! En gang ble det demonstrert en installasjon som drev på tjue drivstoffalternativer. Uten å stoppe motoren ble bensin, diesel, metan, råolje og vegetabilsk olje levert til det eksterne forbrenningskammeret - kraftenheten fortsatte å fungere jevnt.

Motoren har enkelhet i design og krever ikke ekstra systemer og vedlegg (timing, starter, girkasse).

Funksjonene til enheten garanterer lang levetid: mer enn hundre tusen timer med kontinuerlig drift.

Stirling-motoren er stille, siden detonasjon ikke forekommer i sylindrene og det er ikke nødvendig å fjerne eksosgasser. Modifikasjon "Beta", utstyrt med en rombisk sveivmekanisme, er et perfekt balansert system som ikke har vibrasjoner under drift.

Det er ingen prosesser i motorsylindrene som kan ha negativ innvirkning på miljøet. Ved å velge en passende varmekilde (f.eks. solenergi) kan Stirling være absolutt miljøvennlig kraftenhet.

Ulemper med Stirling-designet

Med alle de positive egenskapene er umiddelbar massebruk av Stirling-motorer umulig av følgende grunner:

Hovedproblemet ligger i materialforbruket til strukturen. Avkjøling av arbeidsvæsken krever tilstedeværelse av radiatorer med stort volum, noe som øker størrelsen og metallforbruket til installasjonen betydelig.

Det nåværende teknologiske nivået vil tillate Stirling-motoren å sammenligne ytelse med moderne bensinmotorer bare ved bruk av komplekse typer arbeidsvæske (helium eller hydrogen) under trykk på mer enn hundre atmosfærer. Dette faktum reiser alvorlige spørsmål både innen materialvitenskap og brukersikkerhet.

Et viktig driftsproblem er relatert til spørsmålene om termisk ledningsevne og temperaturmotstand til metaller. Varme tilføres arbeidsvolumet gjennom varmevekslere, noe som fører til uunngåelige tap. I tillegg skal varmeveksleren være laget av varmebestandige metaller som er motstandsdyktige mot høyt trykk. Egnede materialer er svært kostbare og vanskelige å bearbeide.

Prinsippene for å endre modusene til Stirling-motoren er også fundamentalt forskjellige fra de tradisjonelle, som krever utvikling av spesielle kontrollenheter. Så for å endre kraften, er det nødvendig å endre trykket i sylindrene, fasevinkelen mellom forskyvningen og kraftstempelet, eller å påvirke kapasiteten til hulrommet med arbeidsvæsken.

En måte å kontrollere akselhastigheten på en Stirling-motormodell kan sees i følgende video:

Effektivitet

I teoretiske beregninger avhenger effektiviteten til Stirling-motoren av temperaturforskjellen til arbeidsvæsken og kan nå 70 % eller mer i samsvar med Carnot-syklusen.

Imidlertid hadde de første prøvene realisert i metall en ekstremt lav effektivitet av følgende grunner:

ineffektive varianter av kjølevæsken (arbeidsvæske), begrenser den maksimale oppvarmingstemperaturen;
energitap på grunn av friksjon av deler og termisk ledningsevne til motorhuset;
mangel på strukturelle materialer som er motstandsdyktige mot høyt trykk.

Tekniske løsninger har hele tiden forbedret utformingen av kraftenheten. Så, i andre halvdel av det 20. århundre, en firesylindret bil Stirlingmotor med rombisk drift viste en effektivitet lik 35 % i tester på en vannkjølevæske med en temperatur på 55 ° C. Nøye studie av designet, bruk av nye materialer og finjustering av arbeidsenhetene sikret effektiviteten til de eksperimentelle prøvene på 39%.

Merk! Moderne bensinmotorer med tilsvarende kraft har en effektivitet på 28-30%, og turboladede dieselmotorer i området 32-35%.

Moderne eksempler på Stirling-motoren, som den som er bygget av det amerikanske selskapet Mechanical Technology Inc, viser effektivitet på opptil 43,5 %. Og med utviklingen av produksjonen av varmebestandig keramikk og lignende innovative materialer, vil det være mulig å øke temperaturen i arbeidsmiljøet betydelig og oppnå en effektivitet på 60%.

Eksempler på vellykket implementering av Stirlings for biler

Til tross for alle vanskelighetene, er det mange brukbare modeller av Stirling-motoren som kan brukes i bilindustrien.

Interessen for Stirling, egnet for installasjon i en bil, dukket opp på 50-tallet av XX-tallet. Arbeid i denne retningen ble utført av slike bekymringer som Ford Motor Company, Volkswagen Group og andre.

UNITED STIRLING (Sverige) utviklet Stirling, som gjorde maksimal bruk av seriekomponenter og sammenstillinger produsert av bilprodusenter (veivaksel, koblingsstenger). Den resulterende firesylindrede V-formede motoren hadde en egenvekt på 2,4 kg / kW, som kan sammenlignes med egenskapene til en kompakt dieselmotor. Denne enheten ble vellykket testet som et kraftverk for en syv-tonns lastebil.

Et av de vellykkede eksemplene er den firesylindrede Stirling-motoren av den nederlandske produksjonsmodellen "Philips 4-125DA", beregnet for installasjon i en personbil. Motoren hadde en arbeidseffekt på 173 liter. Med. i dimensjoner som ligner på den klassiske bensinenheten.

General Motors ingeniører oppnådde betydelige resultater ved å bygge en åttesylindret (4 arbeids- og 4 kompresjonssylindre) V-formet Stirling-motor med en standard sveivmekanisme på 70-tallet.

Lignende kraftverk i 1972 utstyrt med en begrenset serie med Ford Torino-biler, hvis drivstofforbruk har gått ned med 25% sammenlignet med den klassiske bensin-V-formede åtte.

For tiden jobber mer enn femti utenlandske selskaper med å forbedre utformingen av Stirling-motoren for å tilpasse den til masseproduksjon for behovene til bilindustrien. Og hvis det er mulig å eliminere manglene ved denne typen motorer, samtidig som dens fordeler opprettholdes, er det Stirling, og ikke turbiner og elektriske motorer, som vil erstatte bensinforbrenningsmotorer.