Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Решил немного усовершенствовать, ставшую классической, конструкцию самодельного двигателя Стирлинга. В интернете можно найти большое количество двигателей изготовленных по этой схеме.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

От скрепки откусывается отрезок. Длины этого отрезка должно хватать на свободное перемещение вытеснителя. Важно, что бы часть, которая будет перемещаться внутри втулок, была идеально ровная.

  • Отрезок скрепки вклеивается по центру вытеснителя.
  • В верхней крышке, на середине расстояния от центра до края, делается отверстие примерно 5 мм.
  • Над отверстием, при помощи того же «Эпоксилина», крепится цилиндр.
  • В поршне делается отверстие и вклеивается тяга из скрепки.

В банке, которая удерживает всю конструкцию, сверху делается подшипник. Подшипник также изготавливается из пишущего узла ручки. Технология такая: делаем две дырки напротив друг друга; зачищаем от краски; вставляем получившиеся трубочки; в трубочки вставляем разогнутую и идеально прямую скрепку (для соосности); припаиваем трубочки к банке.

В банке также делаем технологическое отверстие. Это чтобы облегчить доступ к креплению поршня и вытеснителя.

Далее очень важная операция. Изготовление коленвала. Коленвал изготавливается из длинной стальной скрепки. Колена привода поршня и вытеснителя двигателя Стирлинга разворачивают на 90 градусов. Причем в зависимости от того в какую сторону колена будут развернуты, будет зависеть направление вращения.

На снимке, колено которое лежит — приводит поршень. Двигатель, если смотреть с его стороны, будет вращаться по часовой стрелке. Расстояние на которое нужно отгибать колено равно половине расстояния которое проходит поршень или вытеснитель. У меня высота подъема поршня 8 мм. Соответственно высота колена поршня 4 мм.

Высоту колена вытеснителя лучше вычислять по месту.

Шатуны также делаются из скрепок. На концы насаживаются трубочки термоусадки.

  1. Чтобы шатуны не болтались на коленвале, делаются ограничители из той же термоусадки.
  2. Коленвал с шатунами устанавливается в держатель.
  3. Насаживая трубочки на тяги вытеснителя и поршня, нужно чтобы колена на валу находились в нижнем положении, а сами поршень и вытеснитель лежали на дне.
  4. Конструкция подставки может быть любой.

Подставку, корпус , держатель коленвала достаточно спаять в двух точках. Спаиваемые детали необходимо зачистить. Обе половинки рабочей камеры двигателя соединяются скотчем.

Двигатель Стирлинга готов. Осталось насадить маховик.

Видеоинструкция.

Если интересен готовый результат. Двигатель Стирлинга в работе.

Мощный генератор 700 Вт на альфа двигателе Стирлинга | Статьи о строительстве и ремонте

Чаще всего в интернете на глаза попадаются двигатели Стирлинга «хоббийного» типа, от которых вы навряд ли получите какую-либо полезную мощность. Конечно же многие из этих проектов вдохновляют и даже удивляют.

Но, тем не менее, многие из них имеют право на будущее в качестве генераторов различной мощности, пусть даже и очень незначительной.

Именно поэтому многие стирлингостроители с волнение и завистью смотрят на более перспективные, серьёзные и мощные генераторы на двигателях Стирлинга.

SV-2 представляет собой двигатель Стирлинга альфа конфигурации с использованием воздуха в качестве рабочего тела. Рабочее давление составляет 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм или 11.8 атмосфер или 1,2 мегапаскаля). Объем составляет 127 кубиков. Механическая выходная мощность на валу равна 700 Вт при 1800 оборотов в минуту.

На Ютьюбе есть видео генератора, разработанного на основе автомобильного компрессора от кондиционера. Далее перевод рассказа Дэйва Кирка, который представил на YouTube свой проект SV-2 MKII альфа-стирлинг (V-Twin) генератора.

Вдохновленный MP1002C Philips

В середине 80-х, я имел удовольствие быть свидетелем испытаний генераторной установки  MP1002C Philips которая на самом деле реально работала.

Опыт произвёл на меня глубокое впечатление, особенно в том, как спокойно Стирлинг завёлся и ожил.

Максимум шума исходил от горелки (камеры сгорания), но в конечном итоге от двигателя Philips исходил очень приятный звуковой фон — всё, что нужно было заменить — были шумящие подшипники.

Как говорится в старой поговорке, «Он работал и работал, как швейная машинка Зингер»! В то время, мой опыт общения с двигателями Стирлинга состоял из проектирования нескольких моделек настольного размера, но, увидев и услышав работающий двигатель Philips, я захотел спроектировать, сделать дизайн и собрать двигатель такого же калибра … сделать нечто достаточно большое, что производило бы полезную ощутимую работу.

Выбор пал на конфигурацию «альфа» по следующим причинам

  • Эта конструкция имеет самое большое отношение рабочего объёма к общему объему двигателя, что позволяет физически получить компактный двигатель.
  • При конструировании альфы сдвиг фаз поршней составляет 90 градусов и поэтому достигается идеальный первичный баланс, что способствует более тихому ходу.
  • С механической точки зрения и с точки зрения исполнения в «железе» он очень простой, поэтому его выгодно строить.

Наддув (нагнетание давления в Стирлинге)

Для получения значимых выходных мощностей необходимо повышать давление в рабочей зоне двигателя.

Зная, что двигатель Philips работал при давлении 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм), я хотел бы получить двигатель, который был бы конструктивно прочным и компактным, чтобы работать на данных уровнях внутреннего давления рабочего газа. Рабочим телом был воздух, и выбран он был на основании практичности.

Я хотел, чтобы в моём генераторе смазка осуществлялась маслом, так же как и в Стирлинге от Philips — эта функция в значительной степени способствует тихой работе и длительному сроку службы, который очень хочется получить в двигателе Стирлинга.

  Двигатель стирлинга с перепуском или без клапанов никак

Компрессор кондиционера от Chrysler

Примерно в это же время мне в руки попался холодильный компрессор и оказалось, что он идеально подходит в качестве основы для запланированного мной двигателя. Это был автоматический компрессор кондиционера RV-2 компании Chrysler. Кривошип разносил поршни на 90 градусов (дизайн V-твин), с диаметром цилиндра 58,7 мм и ходом поршня 33,4 мм.

В обоих цилиндрах в сочетании с правильной траекторией движения газа, рабочим объемом составил 127,8 куб.см, что составляет более чем вдвое больший объём по сравнению с MP1002C двигателя Philips.

Являясь холодильным компрессором, конструкция была сделана основательно и с достаточным запасом прочности для такого сильного сжатия. Кроме того, этот компрессор содержал героторный масляный насос, который  под давлением смазывал края большим шатунным подшипникам.

Каждый алюминиевый поршень имел одно компрессионное кольцо и соединены через алюминиевые шатуны Alcoa. Этот компрессор оказался самым оптимальным для моей задумки.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиКомпрессор кондиционера Chrysler RV-2

Годы разработки

На протяжение нескольких лет, я спроектировал и уже отработал все необходимые компоненты, для того, чтобы адаптировать компрессор к работе в двигателе Стирлинга. Я также сконструировал трубчатую несущую раму, которая являлась несущим основанием для двигателя. Рама стилизована под аналогичную используемую на генераторной установке Philips.

Головка нагревателя, вытеснитель и внутренний цилиндр выполнен из труб нержавейки 302 различных размеров. В роли регенератора использовал путанку из медной проволоки.

Охладитель, расположенный со стороны сжатия двигателя, был изготовлен из алюминиевых трубок.

Использовал небольшой генератор 200 Вт 12 вольт с ременным приводом, который изначально был куплен и предназначался для работы на садовом тракторе.

Вот этот двигатель, получивший название SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark I):

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиГенератор на базе двигателя Стирлинга SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark 1)

Изначальные характеристики и рабочее тело

Двигатель заработал, но производительность его была далека от ожидаемой величины. Я пробовал использовать гелий в качестве рабочего тела, и это помогло, повлияв как на выходную мощность, так и на обороты, но при этом было слишком очевидно, что что-то было кардинально не правильно.

Работа двигателя будет существенно лучше при поднятии давления до 2 бар и оборотах 2000 в минуту, отдавая примерно 50 Вт мощности на выходе уже с электрогенератора … дальнейшее изменение в большую или меньшую сторону скорости или давления приведёт к потере выходной мощности.

Читайте также:  Двигатель бычок пропало давление

Кроме того, блок цилиндров начнёт очень сильно греться через незначительное время после запуска, что является доказательством о завышенной теплопередаче вдоль корпуса двигателя.

Конфигурация двигателя. Пробы и ошибки

После долгих раздумий (и нескольких лет разочарования) я понял, что в этой конфигурации допущены ошибки.

В первую очередь — в любом двигателе Стирлинга нагреватель, регенератор, и холодильник должны быть «моноблочные», то есть их размещают в непосредственной близости друг от друга.

Это означает, что эти три термодинамические компоненты должны все находиться в стороне от вытеснителя двигателя, вместо того, чтобы «разбросать» их по всей цепи газового тракта, как я сделал на МК I.

Такой грамотный дизайн очень важен для хорошей производительности и такая плотная моноблочная компоновка чётко прослеживается на всех двигателях Philips. Тот факт, что я расположил регенератор в тесном контакте с блоком двигателя способствовали утечке тепла вдоль всей длины двигателя — это явно плохое решение в конструкции Стирлинга.

  Тепловой насос на базе двигателя стирлинга

Несмотря на не оптимальную работу, я много узнал о расходе масла и о том как очищать перемещающуюся смазку в рабочем пространстве. Разобрался с техническими особенностями особой скруглённой формы вытеснителя, его прерывистых движений, уплотнительными кольцами и канавками для них и разделённой формы вытеснителя.

Открытие безуглеродного состава синтетических масел с высокой температурной точкой вспышки также было очень полезно.

Собственная конструкция отражателя пламени горелки на пропане также вызывал сомнение, но после нахождения некоторых старых публикаций на эту тему, успешная расчетная схема горелки наконец-то появилась и была успешно апробирована на трёх построенных экземплярах.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиКонструкция самодельного кольца газовой пропановой горелки

Новый дизайн и появление MK II

В тот момент я понял, что была необходима большая модернизация для того, чтобы получить хороший и эффективный двигатель.

Копаясь в моих технических справочниках и книгах, я внедрил модернизацию во все термодинамические компоненты в газовом контуре.

Были переработаны: головка нагревательного цилиндра из нержавеющей стали 316, на которой нанесены рёбра внутренние и внешние, фольга для регенератора, ребристый охладитель, а также новый вытеснитель из нержавейки с тонкими стенками.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиРебристый снаружи и внутри нагреватель двигателя стирлинга из нержавейки

Мой друг и энтузиаст в стирлингостроении Джон Арчибальд, согласился подготовить чертежи из моих эскизов дизайна и используя свои навыки в качестве слесаря-механика, помочь с созданием некоторых из наиболее сложных частей. Потребовалось еще несколько лет, чтобы получить все новые компоненты, но в конце 2012 года, версия MK II двигателя была готова и была собрана.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиКулер с рёбрами для двигателя стирлинга

Пробный запуск генератора Стирлинга SV-2 MK II

Для SV-2 MK II был первый запуск в январе 2013 года и сразу было видно, что редизайн улучшил как ходовые качества, так и производительность.

Двигатель стал работать довольно приятно, когда давление рабочего газа было поднято до  4 бар (3,95 атм. или 0,4 МПа), и при увеличении давления обороты увеличивались пропорционально.

И замеры мощности не были сделаны в тот момент из-за не соответствующей геометрии горелки новой ребристой головке нагревателя.

  Таблица КПД двигателя стирлинга

Собранный двигатель с генератором показан ниже:

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиГенератор на двигателе стирлинга МК-2
Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиГенератор МК-2. Вид сзади

Водяное охлаждение стирлинга

Так как двигатель альфа имеет водяное охлаждение, то для циркуляции охлаждающей жидкости применён небольшой электрический гидронасос, запитываемый в дальнейшем от выходной мощности электрогенератора.

Дальнейшая разработка горелки

Новая горелка сейчас строится, она будет соответствовать ребристой геометрии головки нагревателя и будет выдавать более высокую теплоотдачу для предполагаемого вывода выходного вала 700 Вт на 1800 оборотов в минуту. Конструкция горелки должна быть готова к тестированию в следующем месяце или чуть позже, и должна быть полностью готова для исследования и раскрытия полного потенциала этого двигателя.

Сейчас нет планов и нет чертежей для этого генератора

У меня нет никаких планов ни производить этот двигатель ни продавать чертежи для изготовления его деталей. Это строго научный проект для демонстрации жизнеспособности данного изделия. Затруднения и издержки в изготовлении некоторых компонентов нивелировались выбором усреднённого хоббийного качества изготовления.

Также, существуют компромиссы в использовании для данного двигателя элементов компрессора РВ-2, которые не будут присутствовать в идеальной конструкции. Если так и будет, то для повышения производительности это требует размещение всех термодинамических компонентов на основе собственной разработки —  то есть, спроектированный заново картер, поршни, шатуны и т.д.

Только тогда это будет продукт, который сможет иметь определённый рыночный потенциал.

Пожалуйста, смотрите на мои новые видео YouTube, как прогрессирует развитие. Я искренне благодарю всех вас за проявленный интерес!

  • Дэйв Кирк
  • Кирк Двигатели, Inc.
  • Далее некоторые данные из самого видео.

Совсем недавно, полная реконструкция нагревателя, регенератора и холодильника была выполнена и ,были произведены новые компоненты.

Этот вариант, SV-2 MKII включает в себя все тонкости, необходимые для достижения поставленных целей. Головка нагревателя сделана из заготовки стали 316 при помощи электроэрозионного процесса. Купол и фланец свариваются в месте.

Как внутренние, так и наружные ребра использованы для усиления теплообмена с рабочей жидкостью.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиВнешние рёбра нагревателя и сварочный шов Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиВнутренние рёбра нагревателя и сварочный шов

Регенератор имеет корпус из нержавеющей стали 316 используя оберточную нержавеющую фольгу в виде материала регенератора. Толщина составляет 0,001 дюйма. Эта часть выполнена в виде цилиндрического контейнера. Торцевые экраны держат фольгу на месте.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими рукамиКорпус регенератора

Охладитель сделан из 6061 Т-6 алюминиевого сплава также при помощи электроэрозионного  процесса. Внешнее кольцо образует обводный канал для охлаждающей жидкости. Нагреватель, регенератор и охладитель между собой объединены в «стек» и герметизированы при помощи кольцеобразных уплотнений. Обратите внимание на 1 кубический сантиметр, расположенный рядом.

Холодильник двигателя стирлинга с водяной рубашкой

Головка цилиндра зоны компрессии изготовлена из алюминиевой заготовки. Соединительный канал сделан из толстостенной медной трубы.

Компрессионный насос двигателя стирлинга

«Стек» укреплён 4-мя несущими болтами диаметром 0,313 на кольцеобразных хомутах. Такая конструкция минимизирует утечку тепла в глубину структуры двигателя.

Кольцевые хомуты на двигателе стирлинга

Cпасибо

Двигатель Стирлинга своими руками

Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

  • Смотрим под катом подробное объяснение, как сделать его своими руками
  • История

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

В современной научной литературе этот очиститель называется «регенератор». Он увеличивает производительность двигателя, удерживая тепло в тёплой части двигателя, в то время как рабочее тело охлаждается. Этот процесс намного повышает эффективность системы.

Чаще всего рекуператор представляет собой камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа). Газ, проходя через наполнитель рекуператора в одну сторону, отдаёт (или приобретает) тепло, а при движении в другую сторону отбирает (отдаёт) его.

Рекуператор может быть внешним по отношению к цилиндрам, а может быть размещён на поршне-вытеснителе в бета- и гамма-конфигурациях. В последнем случае габариты и вес машины оказываются меньше.

Частично роль рекуператора выполняет зазор между вытеснителем и стенками цилиндра (при длинном цилиндре надобность в таком устройстве вообще исчезает, но появляются значительные потери из-за вязкости газа). В альфа-стирлинге рекуператор может быть только внешним. Он монтируется последовательно с теплообменником, в котором происходит нагрев рабочего тела, со стороны холодного поршня.

Читайте также:  Двигатель lifan x60 стуки

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

Все подробности об этом двигателе ЗДЕСЬ

Для постройки двигателя понядобится:

  • Банка из под шпрот
  • Жесть 
  • Скрепки
  • Поролон
  • Пакет
  • Резинка

Инструменты:

  • Кусачки
  • Плоскогубцы
  • Паяльник
  • Ножницы
  • Наждачная бумага

Начинаем сборку:

Нужно вымыть банку и зачисть края наждачной бумагой

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Дальше вырежем круг из жести, так что бы он лежал на внутренних краях банки

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

С помощью линейки или штангель циркуля найдём центр

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Сделаем отверстие ножницами по центру

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Дальше возьмём кусок медной проволоки и скрепку

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

выпрямим скрепку 

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

сделаем на конце кольцо

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Дальше намотаем на неё проволоку 4 витка виток к витку

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Скрепка должна ходить свободно.

Дальше облудим верхний слой спирали из проволоки без большого количества флюса и припоя прямо на скрепке.

Потом аккуратно припаиваеи к отвертию в крышке так чтобы шток был перпендикулярен крышке.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

Скрепка должна ходить свободно, если нет, то нужно всё сделать заново.

Дальше сделаем сообщающее отверстие в крышке.

Высокотемпературный двигатель стирлинга своими руками

потом нужно сделать вытеснитель, он будет из поролона.

Диаметр его должен быть таким, чтобы он ходил свободно, но не было большого зазора, высотой чуть больше половины внутренней высоты банки.

  1. Дальше прорезаем в центре вытеснители отверстие под втулку из пробки или резины, дальше вставляем во втулку шток, всё заклеиваем.

Вытеснитель должен быть паралелен крышке!! ЭТО КРИТИЧНО ДЛЯ РАБОТЫ!!!

Закрываем банку и запаеваем края. ВСЁ ДОЛЖНО БЫТЬ ГЕРМЕТИЧНО!!!!!!!!!!

Далее делаем рабочий цилиндр

Вырезаем полоску длиной 60 мм (6 см) и шириной 25 мм (2,5 см) 

Загибаем край на 2 мм (0,2 см) плоскогубцами

Формируем гильзу и спаиваем край

Припаиваем гильзу над отверстием в крышке

  • Дальше делаем мембрану

Берём пакет и отрезаем от него кусок

  1. Продавливая немного плёнку пальцем внутрь прижмите края резинкой

Должно получится так

МОМЕНТ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ!!!

Нужно нагреть свечкой дно банки и потянуть за шток, мембрана должна выгнуться наружу, а если отпустить вытеснитель со штоком должен опустится под собственным весом и мембрана вернётся на место, если этого не произошло, то вытеснитель сделан не правильно и/или  не герметична пайка.

Если всё в порядке, то нужно сделать колен вал и стойки. Рзнос по кривошипам должен быть 90 град!

Кривошип мембраны должен быть высотой 7 мм, а вытеснителя  5 мм ( в пределах+0,1мм  — 1мм)!



Делаем стойки, тут можно сделать что угодно, можно взять трубки с проволочными подшипниками, можно сделать из скрепок как тут.

  • Теперь о шатунах. 
  • Длина их определяется положением коленвала, нужно отмерить расстояние от штока/мембраны и нижней мёртвой точкой кривошипа.
  • Кривошип мембраны крепится к ней через пробку или резиновую втулку диаметром около половины гильзы.
  • Конец кривошипа вставляетс в пробку.

СБОРКА ОКОНЧЕНА!!!!! Двигатель должен заработать сразу от двух «чайных» свечек. 

Температурный гардиент составляет ~80-85 град целсия. Хорошо собраный двигатель может работать от температуры кипятка с кусочкам льда на верхней крышке.

  1. Можно прикрепить к маховику несколько магнитов и взять катушку от аквариумного компрессора, подключить через простую схему светодиод или несколько
  2. Здесь можно убедиться, что он работает от любого источника тепла:

Мощный Стирлинг своими руками это миф

Это как инопланетяне: никто не видел, но многие верят в их существование…

После публикации статей о паровом двигателе посыпались советы «лучше сделай этот самый двигатель». Название видимо красивое, других объяснений популярности идеи лично у меня нет:

ещё несколько лет назад, предметно «прокуривая» интернет на данную тему, видел только модельки из консервных банок и лазерных дисков, кое-как вращающие сами себя

Может быть что-то изменилось? что же, Яндекс в помощь:

Если что — «нашлось 10 миллионов ответов» — проверьте самиЕсли что — «нашлось 10 миллионов ответов» — проверьте сами

Нагляднее всего конечно же картинки. Лазерный диск, консервная банка, банка от кока-колы… Все двигатели — на подставке, т.е. для «настольной демонстрации»

Повторюсь — речь идет о возможности изготовления мощного двигателя Стирлинга своими руками, а не о промышленных образцах «пару киловатт» за многие сотни тысяч рублей

Нашлась одна статья, где какой-то буржуин озадачился на несколько лет изготовлением 700Вт двигателя, но судя по фото — всё это время на него работало ползавода:

Одна из фотографий с ми автора… Налицо фрезерные, токарные работы и наличие робота-сварщика или сварщика очень высокой квалификации.Одна из фотографий с ми автора… Налицо фрезерные, токарные работы и наличие робота-сварщика или сварщика очень высокой квалификации.

Кому интересно — ссылка на этот сайт в конце текста. Лично я не готов тратить несколько лет на изготовление устройства мощностью 700Вт, да и нет у меня такого набора необходимого высокоточного оборудования.

Большинство остальных ссылок по-прежнему, как и несколько лет назад, пестрят рекомендациями:

Ничего не изменилось. Какую мощность может развить такой двигатель — понятно из комплектующих.Ничего не изменилось. Какую мощность может развить такой двигатель — понятно из комплектующих.

(скрин экрана — с этого сайта)

Кто-нибудь видел мощный (хотя бы от 500 Вт) двигатель Стирлинга, сделанный своими руками? Поделитесь ссылкой на то, как его изготовить в условиях домашней мастерской…

  • ссылка на каталог со статьями про паровой двигатель.
  • Всем удачи!——————
  • Двигатель стирлинга 700Вт (ссылка)

Что такое двигатель Стирлинга и как его сделать своими руками

12 ноября 2019

В 1816 году преподобный Роберт Стирлинг, стремившийся создать более безопасную альтернативу паровым двигателям, котлы которых часто взрывались из-за высокого давления пара и доступных в то время примитивных материалов, изобрёл новое устройство.

Как и другие похожие агрегаты, двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию в механическую. Его существенная особенность заключаются в том, что это разновидность двигателя внешнего сгорания.

Это значит, что в нём используется фиксированное количество рабочего тела, обычно воздуха, а тепло, потребляемое им, подводится извне.

Это позволяет устройству работать практически на любом источнике тепла, включая ископаемое топливо, горячий воздух, солнечную, химическую и ядерную энергию. Он также может работать с очень низкими температурными перепадами.

Конструкция двигателя Стирлинга

Агрегаты бывают разных форм, большинство из которых — варианты четырёх базовых конфигураций, главные их части следующие:

  1. Источник тепла. Он может быть любой: от огня, производимого горящим углем или дровами, до солнечной света, концентрируемого гелиостатами, поскольку фактическое сгорание топлива не нужно, используется только разница температур между радиатором и источником тепла.
  2. Газ, или рабочее тело, постоянно находится в закрытом баллоне внутри машины. Это может быть гелий, обычных воздух, водород, а также любое другое доступное вещество, которое не меняет своей формы при нагреве и охлаждении. Его основная задача — передать тепловую энергию.
  3. Радиатор. Нужен для охлаждения горячего газа.
  4. Поршни и цилиндры, между которыми движутся газовые заслонки, которые при нагреве расширяются, а при охлаждении сжимаются перед тем, как весь цикл повторится.
  5. Теплообменник, или регенератор. Расположен между радиатором и тепловым источником. Нагретый газ, проходя мимо, отдаёт часть своего тепла, а возвращаясь забирает его. Без этого узла тепло будет уходить, то есть тратиться впустую.
Читайте также:  402 двигатель характеристики мощность

Как работает двигатель Стирлинга

Если рассматривать рабочую схему двигателя Стирлинга на примере альфа-конфигурации, где фиксированное количество воздуха или другого рабочего тела заключено в два цилиндра, один из которых горячий, а другой — холодный, перемещается между ними вперёд и назад. Газ нагревается и расширяется в горячем цилиндре, охлаждается в холодном, там же он сжимается, по ходу отдавая энергию для выполнения механической работы.

Надо отметить, что два поршня соединены с коленчатым валом, но их движения не совпадают по фазе на 90 ° между верхней и нижней частями. Поэтапно это выглядит следующим образом:

  1. Рабочее тело, расширяясь от нагрева, толкает горячий поршень к нижней части цилиндра, поворачивая коленчатый вал. Расширение продолжается, заставляя газ двигаться к холодному цилиндру. Поршень внутри холодного цилиндра, который находится на четверть оборота позади горячего поршня, также толкается вниз.
  2. Газ в максимальном объёме. Импульс маховика на коленчатом валу толкает поршень в горячем цилиндре к вершине его хода, заставляя большую часть газа попадать в холодный цилиндр, толкая холодный поршень вниз. В холодном цилиндре газ охлаждается, давление падает.
  3. Когда горячий поршень достигает вершины своего хода, почти весь газ теперь переместился в холодный цилиндр, где охлаждение продолжается, и рабочее тело сжимается, снижая давление ещё больше, что позволяет холодному поршню подняться. Сила импульса маховика сжимает газ и направляет его обратно к горячему цилиндру.
  4. На этом этапе рабочая жидкость, достигая своего минимального объема, подаётся в горячий цилиндр, где начинает толкать горячий поршень вниз. Газ снова нагревается, его давление увеличивается, он расширяется, толкая горячий поршень вниз во время рабочего хода, и цикл начинается снова.

Регенератор, расположенный в воздушном канале между двумя поршнями, не строго необходим в конструкции двигателя Стирлинга, но служит для повышения эффективности двигателя.

Обычно это металлическая или керамическая матрица с большой площадью поверхности, способная поглощать или отдавать тепло. С ее помощью можно снизить расход топлива и повысить общую эффективность рабочего цикла.

Канал для переноса газа между двумя цилиндрами по существу мертвое пространство, часто он остается максимально коротким.

Двигатели Стирлинга использовались в различных формах с 1930-х годов в качестве движущей силы для целого ряда транспортных средств с двигателями мощностью 75 кВт и более.

Несмотря на то, что ранние разработки были предназначены для автомобильной промышленности, из-за своей низкой удельной мощности двигатель Stirling больше подходит для стационарного применения, а в последние годы его стали больше использовать для производства электрической энергии:

  1. Идеально подходит для использования небольшими комбинированными теплоэнергетическими установками для сбора отработанного тепла. Генераторы двигателя Стирлинга с выходной электрической мощностью от 1 кВт до 10 кВт доступны для бытового применения, а отработанное тепло используется котлом центрального отопления. Общая тепловая эффективность этих установок может достигать 80%.
  2. В некоторых странах такие устройства используются для выработки электроэнергии из тепловой энергии.

Как сделать самостоятельно

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

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

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

Двигатель стирлинга своими руками

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.

  1. Маховик- состоит из двух CD дисков которые приклеены на картонный цилиндр и посажены на ось коленвала.
  2. Итак, хватит нести всякий бред представляю вам видео работы двигателя:
  3. 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))))
  4. Если у вас возникли вопросы- пишите в коментариях, разберемся)))
  5. Спасибо за внимание)))
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector