Главная › Новости

Устройство двигатель стирлинга

Опубликовано: 22.08.2018

Мощный двигатель Стирлинга своими руками :: SYL.ru

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:

Это все. Остальное - дело нехитрой техники.

Как сделать

Из жести готовят топку и два цилиндра для базы, из которых будет состоять двигатель Стирлинга, своими руками изготовленный. Размеры подбирают самостоятельно, учитывая цели, для которых предназначено это устройство. Предположим, что мотор делается для демонстрации. Тогда развертка главного цилиндра составит от двадцати до двадцати пяти сантиметров, не более. Остальные части должны подстраиваться под него.

На верху цилиндра для передвижения поршня делают два выступа и отверстия диаметром от четырех до пяти миллиметров. Элементы выступят в роли подшипников для расположения кривошипного устройства.

Далее делают рабочее тело мотора (им станет обычная вода). К цилиндру, который сворачивают в трубу, припаивают кружочки из жести. В них проделывают отверстия и вставляют трубки из латуни от двадцати пяти до тридцати пяти сантиметров в длину и диаметром от четырех до пяти миллиметров. В конце проверяют, насколько герметичной стала камера, залив ее водой.

Далее приходит черед вытеснителя. Для изготовления берут заготовку из дерева. На станке добиваются, чтобы она обрела форму правильного цилиндра. Вытеснитель должен быть немногим меньше диаметра цилиндра. Оптимальную высоту подбирают уже после того, как двигатель Стирлинга своими руками будет сделан. Потому на данном этапе длина должна предполагать некоторый запас.

Спицу превращают в шток цилиндра. По центру деревянной емкости делают отверстие, подходящее под шток, вставляют его. В верхней части штока необходимо предусмотреть место для шатунного устройства.

Затем берут трубки из меди длиной четыре с половиной сантиметра и диаметром два с половиной сантиметра. Кружок из жести припаивают к цилиндру. По бокам на стенках делают отверстие для сообщения емкости с цилиндром.

Поршень также подгоняют на токарном станке под диаметр большого цилиндра изнутри. Наверху подсоединяют шток шарнирным способом.

Сборку заканчивают и настраивают механизм. Для этого поршень вставляют в цилиндр большего размера и соединяют последний с другим цилиндром меньшего размера.

На большом цилиндре сооружают кривошипно-шатунный механизм. Фиксируют часть двигателя при помощи паяльника. Основные части закрепляют на деревянном основании.

Цилиндр наполняют водой и под низ подставляют свечку. Двигатель Стирлинга, своими руками сделанный от начала и до конца, проверяют на работоспособность.

Второй способ: материалы

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

Как сделать

Поролон очень часто используют, чтобы сделать дома простой не мощный двигатель Стирлинга своими руками. Из него готовят вытеснитель для мотора. Вырезают поролоновый круг. Диаметр должен быть немного меньше, чем у консервной банки, а высота — чуть более половины.

По центру крышки проделывают отверстие для будущего шатуна. Чтобы он ходил ровно, скрепку сворачивают в спиральку и паяют к крышке.

Поролоновый круг посередине пронизывают тонкой проволокой с винтом и фиксируют его сверху шайбой. Затем соединяют кусок скрепки пайкой.

Вытеснитель вталкивают в отверстие на крышке и соединяют банку с крышкой путем пайки для герметизации. На скрепке делают маленькую петлю, а в крышке — еще одно, более крупное отверстие.

Жестяной лист сворачивают в цилиндр и спаивают, а потом прикрепляют к банке настолько, чтобы щелей не осталось совсем.

Скрепку превращают в коленчатый вал. Разнос при этом должен быть ровно девяносто градусов. Колено над цилиндром делают слегка больше другого.

Остальные скрепки превращаются в стойки для вала. Делается мембрана следующим образом: цилиндр оборачивают в пленку из полиэтилена, продавливают и крепят ниткой.

Шатун изготавливается из скрепки, которую вставляют в кусок резины, и готовую деталь прикрепляют к мембране. Длина шатуна делается такой, чтобы в нижней валовой точке мембрана была втянутой в цилиндр, а в высшей — вытянута. Таким же образом делается и вторая деталь шатуна.

Затем один приклеивают к мембране, а другой — к вытеснителю.

Ножки для банки можно также сделать из скрепок и припаять. Для кривошипа используют CD-диск.

Вот и готов весь механизм. Осталось лишь под него подставить и зажечь свечку, а затем дать толчок через маховик.

Заключение

Таков низкотемпературный двигатель Стирлинга (своими руками сооруженный). Конечно, в промышленных масштабах такие приборы изготавливаются совсем другим способом. Однако принцип остается неизменным: происходит нагрев, а затем охлаждение воздушного объема. И это постоянно повторяется.

Напоследок посмотрите эти чертежи двигателя Стирлинга (своими руками его можно сделать без особых навыков). Может быть, вы уже загорелись идеей, и вам захочется сделать что-либо подобное?

www.syl.ru

УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ | Двигатели Стирлинга

В двигателях Стирлинга, выполненных но л 106011 конструктив­ной схеме, можно выделить следующие основные механизмы* устройства и ‘системы,

1. Механизм движения, который обеспечивает необходимый, закон изменения объемов горячем и холодном полостей, воспри­нимает давление газон и цилиндре двигателя п преобразует по­ступательное движение поршней но праща тельное движение вала.

2. Остов двигателя, состоящий из неподвижных деталей* направляющих и поддерживающих движущиеся детали меха­низма движения.

3. Теплообменные устройства, включающие воздухоподогре­ватель, нагреватель рабочего тела, регенератор и охладитель, которые служат для подвода теплоты от внешнего источника, к рабочему телу и рабочем пространстве двигателя и отвода — теплоты от рабочего тела в систему охлаждения, а также для регенерации теплоты газа, перетекающего из одной полости В’ другую.

4. Системы охлаждения, смазки, регулирования и т. п., не­обходимые для нормальной работы двигателя.

Рассмотрим устройство основных узлов и механизмов на примере двигателя Стирлинга с ромбическим механизмом пре­образования движения (рис. 45). В таком двигателе и одном цилиндре установлены два поршня. Горячая и холодная по­лости цилиндра сообщаются между собой каналами через на­греватель 11, регенератор 17 и охладитель 18. Вытеснительный — поршень 9 создает подвижное уплотнение между горячей и хо­лодной полостями цилиндра. Этот поршень соединен со штоком 23, проходящим через отверстие рабочего поршня 7 и его по­лый шток 22. Шток 23 соединен с нижней траверсой 28, свя­занной с помощью палыгев 29 с шатунами 2 и кривошипами 3′ И 26 коленчатого вала. Полый шток 22 рабочего поршня, про­ходящий через отверстие в верхней стенке картера, связан с

Рис. 4Г>. Конструктивная схема дви­гателя Стирлинга с ромбическим механизмом:

/ — картер; 2 и 25 — шатуны; 3 и 26 — кривошипы коленчатых валов; 4 и 27 — противовесы коленчатых валов; 5 — синхронизирующая шес­терня; 6 — буферная полость; 7 — рабочий поршень; 5 — холодная по­лость; 9 — вытеснительный пор­шень; 10—канал поднода воздуха в камеру сгорания; II — нагрева­тель; 12 — каг-гера сгорания; 13 — кольцевая полость; 14— форсунка; )Ь *— канал отвода продуктов сго­рания; 16 — воздухоподогреватель; 17 — регенератор; 18 *— охладитель;

19 — водяная рубашка охладителя;

20 — цллиидр; 21 — свертывающееся днлфрлгмепное уплотнение; 22 — шток рабочего поршня; 23 — шток :штіч-:іігт<пиіого поршня; 24 — тра-

Ікіпшїєп) поршне; 28 — тра — п і »і і іЧіінт(‘Лі, і[0]’0 поршня; 29— ііьЛіц пгтти

Верхней траверсой 24, Которая с помощью ша­тунов 25 также соедине­на с кривошипами колен­чатого вала. Оба колен­чатых вала гннзаиы меж­ду собой синхронизи­рующими шестернями 5, обтк’чппакнцимн ирагцсиис валов в противоположном направлении с одинаковой частотой.

Такая схема кривошипло-шатунного механизма — не требует поддержания высокого давления в картере.

Сальник штока вытеснительного поршня расположен внутри полого штока рабочего поршня. Еще одно уплотнение вокруг штсука ‘рабочего ‘поршня необходимо для того, чтобы создать

Буферную полость 6 под поршнем, отделенную от картера. Эта

Полость заполняется рабочим газом до ‘необходимою давления. В многоцилиндровых двигателях буферные полости можно со­единить друг ‘С другом, что позволит снизить объем отдельных полостей.

Остов двигателя состоит из картера 1 и цилиндра 20, имею­щего обычно съемную крышку. Элементы остова воспринимают при работе двигателя силы давления газа и силы инерции дви­жущихся деталей 1И должны обладать достаточной прочностью и жесткостью.

Теплообменные устройства двигателя работают в различных температурных условиях и находятся под действием высокого давления рабочего тела. Нагреватель И и регенератор /7, работающие при высоких температурах, изготовляются из жаропрочных легированных металлов. Охладитель 18 работает

При низких температурах и может выполняться, например, п.« латуни.

С целью уменьшения теплового потока от нагревателя к охладителю между регенератором и охладителем иногда упа — кавливают теплоизолирующий экран.

Регенераторы так же, как и охладители, могут быть выпол­нены з виде отдельных секций, расположенных равномерно по окружности вокруг цилиндра двигателя.

Охладитель представляет собой теплообменник трубчатого типа, внутри трубок которого протекает рабочее тело, а сна­ружи — охлаждающая жидкость.

У большинства двигателей Стирлинга в качестве теплоноси­теля от внешнего источника теплоты к рабочему телу служат продукты сгорания органического топлива. В этих случаях двигатель оборудуется камерой сгорания, конструкция которой зависит от параметров двигателя и его назначения.

На рис. 45 показана схема двигателя с цилиндрической ка­мерой сгорания /2, которая охватыиаог нагреватель //. И верх­ней части каморы сгорании расположена форсунка /7.

Выбор конструкции каморы сгорания определяется требо­ваниями стабильности горения, надежности чажпгаппя п ра­боты, полноты сгорании топлива, минимальном токсичности, устойчивости: работы на переменных режимах, закона распре­деления температур продуктов сгорания топлива, поступающих в нагреватель. Внутренний корпус камеры сгорания охлажда­ется воздухом, проходящим через небольшой кольцевой про­межуток между внутренним и внешним корпусами камеры сгорания.

Для уменьшении потерь теплоты с у од я ни гми газами и улучшения условий сгорания топлива двигатель оборудован воздухоподогревателем 16 трубчатого или пластинчатого типа. Температура воздуха на выходе из подогревателя регулируется с помощью термостата.

Нагрузка двигателя Стирлинга обычно регулируется изме­нением количества рабочего тела в рабочих полостях двигателя при неизменной температуре нагревателя.

К. И. д. и устойчивость работы двигателя зависни от эффек­тивности уплотняющих устройств, отделяющих друг от друга горячую и холодную полости цилиндра п последний от карте­ра— пространства, в котором располагается приводной меха­низм. Уплотняющие устройства должны предотвращать утечки рабочего тела при минимальных затратах энергии на преодо­ление трения.

Разность давлений между горячей и холодной полостями цилиндра обусловлена потерями при движении рабочего тела через нагреватель, регенератор и охладитель. Обычно эти по­тери невелики, поэтому уплотнительный корпус вытеснитель­ного поршня снабжается одним или двумя уплотняющими коль-нами, которые не обя;иич.1ьпо должны быть упругими, но дол­жны плотно входить в цилиндр. Для облегчения условий рабо­ты уплотнений необходимо стремиться к снижению температу­ры металла вытеснительного поршня. С этой целью наиболее нагретые верхние члстн вытеснительных поршней теплоизоли­руют от нижпнх. Уплотняющие кольца для вытеонительного поршня изготовляют пч графита или фторопласта. Такие коль — ца могут работать длительное время без смазки.

В -результате длительных исследований* фирмой Филипс разработано герметичное свсртыиающееся уплотнение 21, пред­ставляющее собой релиновую мембрану в форме чулка. Пре­дельное число циклоп работы уплотнения превышает 2*109 без разрывов [50].

Двигатели Стирлинга оборудуются рядом вспомогательных устройств, необходимых для нормальной работы систем топ- ливоподачи, воздухоснабжения, смазки и т. п. При пуске двигателя сначала включают системы воздухоподачи, топливо* подачи и зажигания — происходит прогрев теплоносителя, за­тем включают стартер, и двигатель ‘начинает работать.

ctirling.ru

Движок стирлинга — устройство, достоинства и недочеты » wikipravda

0

двигатель Стирлинга — двигатель наружного сгорания, термическая машина, в какой жидкое либо газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность мотора наружного сгорания. Основан на повторяющемся нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при всем этом конфигурации объёма рабочего тела. Может работать не только лишь от сжигания горючего, да и от хоть какого источника тепла. 19 сентября 1816 года Стирлинга назначают священником церкви Лэй-Кири в Килмарноке, а уже 21 сентября такого же года в Эдинбурге (Шотландия) он патентует устройство называемое «экономайзер» либо устройство для теплоэкономии (британский патент №4081).Сейчас это устройство именуется регенератор либо теплообменник. Регенератор — сердечко всех современных Стирлинг-машин. Позже еще два раза: в 1827 и в 1840 годах Стирлинг патентует улучшенные эталоны собственной машины. Он упрямо движется к цели – созданию «безопасного двигателя». И в 1845 году, не без помощи младшего брата Джеймса и друга — Томаса Мортона, Стирлинг добивается результата. Машина в 50 индикаторных лошадиных сил делается на литейном заводе в Дании. Аппарат использовали на шахте для откачки воды. Он удачно проработал три года, но был разобран из-за нередкого выхода из строя. Дело было не в конструкции – она безупречна, и перешла в современные типы Стирлинг-машин без особенных конфигураций.

Недочеты* Материалоёмкость — основной недочет мотора. У движков наружного сгорания вообщем, и мотора Стирлинга а именно, рабочее тело нужно охлаждать, и это приводит к существенному повышению массо-габаритных характеристик силовой установки за счёт увеличенных радиаторов.* Для получения черт, сравнимых с чертами ДВС, приходится использовать высочайшие давления (выше 100 атм) и особые виды рабочего тела — водород, гелий.* Тепло не подводится к рабочему телу конкретно, а только через стены теплообменников. Стены имеют ограниченную теплопроводимость, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ждать. Жаркий теплобменник работает в очень напряжённых критериях теплопередачи, и при очень больших давлениях, что просит внедрения качественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, очень тяжело. Чем выше площадь термообмена, тем меньше утраты тепла. При всем этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе. Так как источник тепла размещен снаружи, двигатель медлительно реагирует на изменение термического потока, подводимого к цилиндру, и не сходу может выдать подходящую мощность при запуске. Также может употребляться стеклянный робочий цилиндр с линзой.* Для резвого конфигурации мощности мотора употребляются способы, хорошие от тех, которые применялись в движках внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла меж рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция мотора на управляющее действие водителя является фактически моментальной.

ДостоинстваВсе же, двигатель Стирлинга имеет достоинства, которые вынуждают заниматься его разработкой.* «Всеядность» мотора — как все движки наружного сгорания (точнее — наружного подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от практически хоть какого перепада температур: к примеру, меж различными слоями в океане, от солнца, от ядерного либо изотопного нагревателя, угольной либо дровяной печи и т. д.* Простота конструкции — конструкция мотора очень ординарна, он не просит дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается без помощи других и не нуждается в стартере. Его свойства позволяют избавиться от коробки. Но, как ранее говорилось выше, он обладает большей материалоёмкостью.* Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет стирлингу обеспечить необычный для других движков ресурс в 10-ки и сотки тыщ часов непрерывной работы.* Экономичность — в случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги время от времени дают больший КПД (до 31,25 %), чем термические машины на пару.* Бесшумность мотора — стирлинг не имеет выхлопа, а означает — не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является совершенно равновесным устройством и, при довольно высочайшем качестве производства, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).* Экологичность — сам по для себя стирлинг не имеет каких-либо частей либо процессов, которые могут содействовать загрязнению среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность мотора обоснована сначала экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания горючего в движке наружного сгорания проще, чем в бензиновом двигателе.

ctirling.ru

Персональный сайт - Как работает двигатель Стирлинга

         По мере подвода тепла к головке цилиндра давление рабочего тела возрастает, и поршень начинает перемещаться вправо под действием расширяющегося рабочего тела.

            При расширении рабочего тела давление в цилиндре падает. Для компенсации охлаждения рабочего тела при его расширении подвод тепла продолжается, благодаря чему процесс протекает при постоянной температуре. Когда поршень достигает своего крайнего правого положения (нижней мертвой точки), подвод тепла прекращается и начинается охлаждение головки цилиндра с помощью какого-либо внешнего источника .

В процессе охлаждения давление продолжает падать. Затем поршень начинает перемещаться влево, сжимая газ. Процесс охлаждения при этом продолжается, чтобы компенсировать нагрев при сжатии, так что и сжатие протекает при постоянной температуре .

Когда поршень достигает своего крайнего левого положения (верхней мертвой точки) охлаждающее устройство заменяется источником тепла.

                  Поскольку процесс расширения с нагревом протекает при более высоком среднем давлении, чем процесс сжатия с охлаждением, двигатель совершает полезную работу.

             Всеядность» двигателя — как все двигатели внешнего сгорания (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от почти любого перепада температур: например, между разными слоями воды в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печи и т. д.

          Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач. Однако, как уже отмечалось выше, он обладает большей материалоёмкостью.

                             Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет двигателю Стирлинга обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.

                              Экономичность — для утилизации некоторых видов тепловой энергии, особенно при небольшой разнице температур, стирлинги часто оказываются самыми эффективными видами двигателей. Например, в случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги иногда дают больший КПД (до 31,25 %), чем тепловые машины на пару.

                               Бесшумность двигателя — стирлинг не имеет выхлопа, а значит уровень его шума гораздо меньше, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, имеет предельно низкий уровень вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).

                                Экологичность — сам по себе стирлинг не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.

Видеорегистратор DOD F900LHD    Говорящий хомяк Woody O'Time     Фирменные наушники Beats               Зеленая лазерная указка

                                                                                                                    НА ГЛАВНУЮ

doc-suvorov.narod.ru