Двигатель Стирлинга своими руками 1 КВт: как сделать генератор, работающий от тепла

Идеальный двигатель: есть ли такой, в принципе

Паровые двигатели или двигатели внутреннего сгорания: оба типа используют тепловую энергию, благодаря которой газ расширяется и, следовательно, охлаждается. Зависимость от разницы температур определяет КПД конструкции двигателя. Теория того, как работает идеальный двигатель, поддерживается наукой термодинамики и теоретической моделью, показывающей следующие моменты:

• расширения
• сжатие
• обогрев,
• цикл охлаждения газа.

Прежде чем рассматривать конструкцию двигателя Стирлинга, не лишним будет рассмотреть недостатки паровых машин. Понятно, что пар, образующийся при нагревании воды, проходит по трубке в цилиндр через открытый впускной клапан, где он толкает поршень и приводит в движение колесо, соединенное с поршнем.

Затем впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается. Импульс колеса толкает поршень в цилиндр и выталкивает охлажденный пар через дымоходную трубу (пар.

Схема паровой системы: 1 — шток клапана; 2 — боковой клапан; 3 — вход пара высокого давления; 4 — выход пара;
5 — крестовина; 6 — направляющая перекладины; 7 — шток поршня; 8 — поршень; 9 — цилиндр

Конструкция паровой машины далека от совершенства. Во всяком случае, есть четыре очевидных недостатка.

1. Котел вырабатывает пар под высоким давлением, поэтому всегда есть опасность взрыва.
2. Конструктивно котел расположен на определенном расстоянии от цилиндра, поэтому потери энергии очевидны.
3. Отработанный пар также способствует потерям энергии.
4. Паровая машина потребляет огромное количество воды и топлива.

Что такое двигатель Стирлинга

Как и другие подобные агрегаты, двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию в механическую. Его существенная особенность в том, что это своего рода двигатель внешнего сгорания. Это означает, что он использует фиксированное количество рабочего тела, обычно воздуха, а потребляемое тепло подается извне. Это позволяет устройству работать практически от любого источника тепла, включая ископаемое топливо, горячий воздух, солнечную, химическую и ядерную энергию. Он также может выдерживать очень низкие экстремальные температуры.

История создания

В 1816 году шотландский священник Роберт Стирлинг запатентовал тепловую машину, которая сегодня носит имя ее создателя. Однако сама идея тепловоздушных двигателей была изобретена не им. Но первый осознанный проект по созданию такого агрегата реализовал Стирлинг. Он улучшил систему, добавив очиститель, который в технической литературе называется теплообменником. Это значительно увеличило производительность двигателя, поскольку он оставался теплым. Эта модель по тем временам была признана самой прочной, так как ни разу не взорвалась.

Несмотря на такой быстрый успех в продвижении модели, в начале 20 века от дальнейшего развития двигателя внешнего сгорания отказались из-за его стоимости в пользу двигателя внутреннего сгорания.

Виды двигателей

Конструктивно существует несколько вариантов, использующих принцип Стирлинга, основными видами являются:

• -Двигатель Стирлинга»:
• 

В конструкции используются два разных поршня, расположенных в разных контурах. Первый контур используется для обогрева, второй контур — для охлаждения. Следовательно, каждый поршень имеет свой регенератор (горячий и холодный). Устройство имеет хорошее соотношение мощности к объему. Недостатком является то, что температура горячего регенератора создает трудности при проектировании.

• -Двигатель Стирлинга»:

В конструкции используется замкнутый контур с разной температурой на концах (холодный, горячий). В полости находится поршень с вытеснителем. Вытеснитель разделяет пространство на теплую и холодную зоны. Обмен холода и тепла происходит путем прокачки вещества через теплообменник. Конструктивно теплообменник выполнен в двух вариантах: внешний, совмещенный с вытеснителем.

• Двигатель γ-Стирлинга»:

Читайте также… Двигатель ГАЗ 52 — Устройство и технические характеристики

Поршневой механизм предполагает использование двух замкнутых контуров: холодного и с вытеснителем. Снятие питания с холодного поршня. Поршень с буйком горячий с одной стороны и холодный с другой. Теплообменник расположен как внутри, так и снаружи конструкции.

Некоторые силовые установки не похожи на основные типы двигателей:

• Роторный двигатель Стирлинга.

Конструктивно изобретение с двумя роторами на валу. Деталь совершает вращательные движения в замкнутом цилиндрическом пространстве. Определен синергетический подход к реализации цикла. В корпусе имеются радиальные канавки. В пазы вставляются лезвия определенного профиля. Пластины размещены на роторе и могут перемещаться по оси при вращении механизма. Все детали создают меняющиеся объемы с происходящими в них явлениями. Объемы различных роторов соединены каналами. Расположение каналов смещено на 90 ° друг от друга. Смещение роторов относительно друг друга 180°.

• Термоакустический двигатель Стирлинга.

Двигатель использует акустический резонанс для управления процессами. Принцип основан на перемещении вещества между горячей и холодной полостью. Схема уменьшает количество движущихся частей, затрудняет снятие принимаемой мощности и поддержание резонанса. Конструкция относится к свободнопоршневому двигателю.

Конструкция двигателя Стирлинга

Агрегаты бывают различных форм, большинство из которых представляют собой варианты четырех основных конфигураций, основные части которых следующие:

1. Источник тепла. Это может быть что угодно, от пожара, возникающего при сжигании угля или дерева, до концентрированного солнечного света от гелиостатов, поскольку фактическое сгорание топлива не требуется, используется только разница температур между радиатором и источником тепла.
2. Газ, или рабочая жидкость, постоянно находится в закрытой емкости внутри машины. Это может быть гелий, нормальный воздух, водород и любое другое доступное вещество, не меняющее форму при нагревании и охлаждении. Его основная задача — передача тепловой энергии.
3. Радиатор. Необходим для охлаждения горячим газом.
4. Поршни и цилиндры, между которыми перемещаются газовые клапаны, расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении перед повторением всего цикла.
5. Теплообменник или регенератор. Расположен между радиатором и источником тепла. Нагретый газ при прохождении отдает часть своего тепла, а, возвращаясь, забирает его. Без этого узла тепло уйдет, то есть зря.

Газовая составляющая

В закрытом баллоне внутри машины постоянно находится определенный объем газа. Газообразная среда может быть:

• нормальный воздух,
• водород
• гелий
• другой газ.

В этом случае вещество остается в газообразном состоянии при нагревании и охлаждении на протяжении всего цикла двигателя. Единственная цель газового компонента — передавать тепловую энергию от источника тепла к радиатору, а затем приводить в действие поршень, который приводит машину в движение.

Радиаторная часть конструкции

Область, где горячий газ охлаждается, прежде чем вернуться к источнику тепла. Обычно конструкция радиатора представляет собой трубчатую металлическую трубку с ребристыми краями, которые отводят отработанное тепло в атмосферу.

Поршни рабочего цикла

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но практически все они двухпоршневые. Вот чем двигатели Стирлинга отличаются от других моделей. Классическая конструкция, получившая название двигателя Альфа Стирлинга, имеет два идентичных поршня и цилиндра. Газовые клапаны перемещаются между этими частями, которые нагреваются и расширяются, затем охлаждают и сжимают, пока цикл не повторится.

Конструкция, называемая «смещением» (бета-версия двигателя Стирлинга), имеет поршень, который перемещает газ между источником тепла и радиатором. В отличие от поршня обычного парового двигателя, «вытеснитель» свободно установлен внутри цилиндра, благодаря чему газ обтекает поршень в моменты возвратно-поступательного движения.

Понятие «вытеснитель»: 1 — зона расширения; 2 — поршень «вытеснителя»; 3 — подогреватель; 4, 5 — рабочий газ (обычно воздух); 6 — зона сжатия; 7 — рабочий поршень; 8 — охладитель; 9 — балансировочная масса; 10 — регенератор

Также есть рабочий поршень, который плотно входит в цилиндр, преобразуя расширение газа в полезную работу. Более крупные модели двигателей Стирлинга содержат рабочий поршень, обычно с тяжелым маховиком. Маховик способствует быстрым поворотам и обеспечивает плавный рабочий процесс.

Рабочий поршень и поршень «вытеснителя» постоянно находятся в движении, но не в фазе (фазовый сдвиг 90 °) друг с другом. Между тем, поршни приводятся в движение одним и тем же колесом, но поршень «вытеснителя» всегда опережает движущийся рабочий поршень на четверть цикла (90.

Теплообменник

Теплообменник (регенератор) расположен в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит через регенератор, часть тепла отводится от металла теплообменника и сохраняется.

Когда газ течет обратно, тепло снова вычитается. Без регенератора извлеченное тепло будет рассеиваться в атмосфере, то есть рассеиваться. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга имеют несколько теплообменников.

Цикл Стирлинга

В двигателе внешнего сгорания Стирлинга используется комбинация одноименных явлений. Эффект от происходящего в механизме действия высок. Благодаря этому можно спроектировать двигатель с хорошими характеристиками при нормальных размерах.

При этом следует учитывать, что в конструкции механизма предусмотрены нагреватель, холодильник и регенератор, устройство для отвода тепла от вещества и возврата тепла в нужный момент.

Идеальный цикл Стирлинга (диаграмма «температура-объем»):

Идеальные круговые явления:

• 1-2 Изменение линейных размеров вещества при постоянной температуре;
• 2-3 Отвод тепла от вещества к теплообменнику, занимаемому веществом постоянно;
• 3-4 Принудительное уменьшение занимаемого веществом пространства, температура постоянна, тепло отводится от охладителя;
• 4-1 Принудительное повышение температуры вещества, занимаемое пространство постоянно, тепло обеспечивает теплообменник.

Идеальный цикл Стирлинга (диаграмма «давление-объем»):

Из расчета (моль) вещества:

Тепловая нагрузка:

Тепло, полученное от чиллера:

Теплообменник получает тепло (процесс 2-3), теплообменник отдает тепло (процесс 4-1):

R — Универсальная постоянная газов;

СV — способность идеального газа удерживать тепло при постоянном количестве занимаемой площади.

Благодаря использованию регенератора часть тепла остается, как и энергия механизма, которая не изменяется из-за прохождения круговых явлений. Холодильник получает меньше тепла, поэтому теплообменник сохраняет тепло от нагревателя. Это увеличивает эффективность установки.

Эффективность кругового явления:

знак равно

интересно, что без теплообменника возможна совокупность процессов Стирлинга, но эффективность ее будет намного ниже. Обратный ход всего процесса приводит к описанию механизма охлаждения. В этом случае наличие регенератора является обязательным условием, так как при прохождении (3-2) невозможно нагреть вещество от охладителя, температура которого намного ниже. Также нельзя подавать тепло нагревателю (1-4), температура которого выше.

Как работает двигатель Стирлинга

Если мы рассмотрим схему работы двигателя Стирлинга на примере альфа-конфигурации, в которой фиксированное количество воздуха или другого рабочего тела заключено в двух цилиндрах, один из которых горячий, а другой холодный, мы перемещаемся между ними взад и вперед. Газ нагревается и расширяется в горячем баллоне, охлаждается в холодном, где сжимается, давая энергию для выполнения механической работы.

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

1. Рабочая жидкость, расширяясь от тепла, толкает горячий поршень ко дну цилиндра, вращая коленчатый вал. Расширение продолжается, заставляя газ двигаться к холодному цилиндру. Поршень внутри холодного цилиндра, который на четверть оборота позади горячего поршня, также толкается вниз.
2. Газ на максимальном объеме. Момент 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 баллоне газ охлаждается, давление снижается.
3. Когда горячий поршень достигает вершины своего хода, почти весь газ перемещается в холодный цилиндр, где продолжается охлаждение и рабочая жидкость сжимается, что еще больше снижает давление, позволяя холодному поршню подняться. Сила импульса маховика сжимает газ и отправляет его обратно в горячий цилиндр.
4. В этот момент рабочая жидкость, достигнув минимального объема, вводится в горячий цилиндр, где начинает толкать горячий поршень вниз. Газ снова нагревается, его давление увеличивается, расширяется, толкая горячий поршень вниз во время хода, и цикл начинается снова.

Регенератор, помещенный в воздушный канал между двумя поршнями, не является строго необходимым в конструкции двигателя Стирлинга, но служит для повышения эффективности двигателя. Обычно это металлическая или керамическая матрица с большой поверхностью, способной поглощать или отдавать тепло. Это может помочь снизить расход топлива и повысить общую эффективность цикла. Канал передачи газа между двумя цилиндрами представляет собой мертвое пространство, которое часто остается как можно короче.

Двигатели Стирлинга использовались в различных формах с 1930-х годов в качестве движущей силы для ряда транспортных средств с двигателями мощностью 75 кВт и более. Хотя первые разработки были нацелены на автомобильную промышленность, из-за низкой удельной мощности двигатель Стирлинга больше подходит для стационарного использования, а в последние годы он все чаще используется для выработки электроэнергии:

1. Идеально подходит для использования на небольших ТЭЦ для сбора отработанного тепла. Генераторы с двигателем Стирлинга доступны с электрической мощностью от 1 кВт до 10 кВт для бытового использования, а остаточное тепло используется котлом для центрального отопления. Общий тепловой КПД этих систем может достигать 80%.
2. В некоторых странах такие устройства используются для выработки электроэнергии из тепловой энергии.

Коэффициент полезного действия

КПД от разницы температур в двигателе может достигать около 70%. Для цикла Карно на графике эффективность следующая.

В основном на автомобиль ставили 4-цилиндровый двигатель Стирлинга, он был установлен в начале 20 века и давал КПД 35.

Американская автомобильная компания Mechanical Technology Inc (Mecanical Technology Incorporated) создает двигатели Стирлинга. Их ДВС дают КПД 43,5%.

Использование двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга нашел свою нишу и активно используется там, где важным критерием являются габариты и всеядность:

• Двигатель Стирлинга-электрогенератор. Механизм преобразования тепла в электричество. Часто встречаются изделия, используемые как портативные туристические генераторы, солнечные энергетические установки.
• Двигатель похож на (электрический) насос. Мотор используется для установки в контур системы отопления, что позволяет экономить электроэнергию.
• Двигатель похож на помпу (ТЭН). В странах с жарким климатом двигатель используется как обогреватель.
• Двигатель Стирлинга на подводной лодке.

• Двигатель похож на помпу (кулер). Практически все холодильники в своей конструкции используют тепловые насосы, установка двигателя Стирлинга экономит ресурсы.
• Двигатель похож на насос, который вырабатывает сверхнизкую теплотворную способность. Устройство используется как холодильник. Для этого процесс запускается в обратном направлении. Установки сжижают газ, охлаждают измерительные элементы в точных механизмах.
• Подводный двигатель. Подводные лодки в Швеции и Японии оснащены двигателем.
• Двигатель Стирлинга как солнечная электростанция.

• Двигатель похож на накопитель энергии. Топливо в таких агрегатах, солевой расплав и двигатель используются в качестве источника энергии. Двигатель опережает химические элементы в накоплении энергии.
• Солнечный двигатель. Преобразование солнечной энергии в электричество. Вещество в данном случае — водород или гелий. Мотор помещен в центр максимальной концентрации солнечной энергии, создаваемой спутниковой тарелкой.

Примеры успешного применения двигателей Стирлинга

Во второй половине 20 века несколько компаний начали разработку двигателей Стирлинга и установку их на легковые автомобили.

Удачные модели нашли у таких компаний, как Ford Motor Company, Volkswagen Group, UNITED STIRLING (Швеция), General Motors, Philips 4-125DA Stirling model (Нидерланды).

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Явным преимуществом двигателя Стирлинга является более выраженный КПД, чем у самих паровых систем. Исключает необходимость в котлах: технологически опасные конструкции, нет необходимости хранить воду и создавать сложные системы открытия / закрытия клапанов.

Следует отметить: из-за отсутствия сложных клапанных систем двигатели Стирлинга тише паровых конструкций. Учитывая возможное использование энергии, не получаемой от источников сжигания топлива, эти проекты классифицируются как экологически чистые системы. Поддерживается работа со всеми видами топлива.

К потенциальным недостаткам можно отнести относительно медленный запуск. Обычно теплообменнику и маховику требуется некоторое время, чтобы нагреться, чтобы система достигла рабочей скорости.

Процесс ареста также довольно сложен. Проекты требуют больших радиаторов для эффективного отвода тепла, что в некоторых случаях несколько ограничивает их использование.

Плюсы

Двигатель Стирлинга имеет следующие преимущества:

• Для работы двигателя требуется разница температур, какое топливо вызывает нагрев, не имеет значения;
• Нет необходимости использовать аксессуары и вспомогательное оборудование, конструкция двигателя проста и надежна;
• Ресурс двигателя, исходя из характеристик проекта, составляет 100000 часов работы;
• Работа двигателя не создает посторонних шумов, так как нет детонации;
• Процесс работы двигателя не сопровождается выбросом отработанных веществ;
• Работа двигателя сопровождается минимальными вибрациями;
• Процессы в цилиндрах установки экологически безопасны. Использование подходящего источника тепла сохранит двигатель в «чистоте».

Минусы

К недостаткам двигателя Стирлинга можно отнести:

• наладить серийное производство сложно, так как конструктивно двигатель требует использования большого количества материалов;
• Большой вес и большие габариты двигателя, так как для эффективного охлаждения необходимо использовать большой радиатор;
• Для повышения экономичности двигатель модернизируется с использованием в качестве рабочего тела сложных веществ (водород, гелий), что делает работу агрегата опасной;
• Высокая термостойкость стальных сплавов и их теплопроводность усложняют процесс изготовления двигателей. Значительные потери тепла в теплообменнике снижают КПД агрегата, а использование специальных материалов делает производство двигателя дорогим;
• Для регулировки и переключения мотора из одного режима в другой нужно использовать специальные устройства управления.

Как сделать двигатель Стирлинга своими руками

Двигатель Стирлинга — это тепловой двигатель, который работает путем циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа (рабочего тела) при различных температурах, так что тепловая энергия чисто преобразуется в механическую работу. Более конкретно, двигатель Стирлинга — это двигатель с рекуперацией тепла с замкнутым контуром с постоянно газообразной рабочей жидкостью.

Двигатели Стирлинга более эффективны, чем паровые, и могут достигать 50% эффективности. Они также могут работать бесшумно и могут использовать практически любой источник тепла. Источник тепла генерируется вне двигателя Стирлинга, а не за счет внутреннего сгорания, как в случае цикла Отто или дизельных двигателей.

Двигатели Стирлинга совместимы с альтернативными и возобновляемыми источниками энергии, поскольку их значение может возрастать по мере роста цен на обычное топливо, а также в свете таких проблем, как истощение запасов нефти и изменение климата.

В этой статье мы дадим вам простые инструкции, как сделать очень простой двигатель Стирлинга.

Материалы для работы

Чтобы сделать двигатель Стирлинга своими руками, вам потребуются следующие материалы:

• жестяная банка;
• стальная балка;
• латунная трубка;
• ножовка;
• файл;
• деревянная подставка;
• ножницы по металлу;
• крепление деталей;
• сварщик;
• сварка;
• сварка;
• автомобиль.

это все. Остальное — дело простой техники.

Рабочая камера

При изготовлении двигателя Стирлинга своими руками в первую очередь делается большой цилиндр. Вытеснитель воздуха переместится в полость этой камеры. Необходимо направить воздушную массу в рабочую камеру.

Камера сделана из термостойких материалов. Это может быть цельнометаллический контейнер или контейнер, состоящий из двух частей. Соединение деталей должно быть плотным. В верхней части камеры необходимо просверлить отверстие.

ВАЖНО: Отсутствие герметичности в рабочей камере приведет к неисправности силового агрегата. Чтобы этого не произошло, необходимо заделать стыки термостойким герметизирующим составом.

Если камера состоит из двух частей, то для соединения выбирается клей или припой. Внутренняя поверхность камеры в месте стыка не должна иметь заусенцев и выступающих частей. Это необходимо для того, чтобы не было препятствий движению массового вытеснителя воздуха.

Вытеснитель

Перед окончательным соединением деталей рабочей камеры необходимо самостоятельно изготовить вытеснитель. Это устройство, которое будет перемещать воздушную массу в камеру. Размеры вытеснителя должны быть меньше диаметра рабочей камеры. Между стенками камеры и вытеснителем должен быть зазор, позволяющий продукту свободно перемещаться.

Для изготовления используется пена или другой легкий материал. Толщина материала подбирается исходя из внутреннего объема камеры.

После изготовления буйка необходимо закрепить на нем шток. Изготовлен из проволоки диаметром 0,5 мм. Хорошо подойдет распрямленная скрепка. Нить прикрепляется к резиновой втулке или другому эластичному материалу. Втулка прикреплена к поролоновому диску. Такая конструкция обеспечивает надежное соединение.

Перед установкой рабочей камеры шток буйка необходимо вставить в предварительно просверленное отверстие в верхней части камеры. Шток должен свободно перемещаться в отверстии. После установки поролонового диска рабочая камера герметизируется.

Подставка

Поддержка не обязательна. Блок питания должен быть установлен. Подставка предлагает место для хранения топлива. Это может быть свеча, сухое топливо или любой другой источник тепловой энергии.

Подставка изготовлена ​​из жаропрочных материалов. Металлическая банка хорошо работает. Верхняя часть банки срезается. Сбоку есть окошко для загрузки топлива. Во избежание травм на острые срезы банки устанавливают резиновые уплотнители.

СПРАВКА: При использовании сухого топлива в качестве топлива на дне канистры устанавливается металлическая платформа. Подойдет металлическая шайба толщиной 0,5-1 мм. Шайба крепится к дну банки с помощью самореза или болта.

Цилиндр

Цилиндр служит для установки на него силового поршня. Полость рабочего валка сообщается с полостью камеры через отверстие в верхней крышке. Соединение между цилиндром и рабочей камерой должно быть герметичным. Это необходимо для предотвращения утечки воздуха из полости рабочей камеры в атмосферу.

ВНИМАНИЕ: Герметизация выполняется сваркой или нанесением герметика на стык.

Для изготовления цилиндра используется тонкий лист металла. Из листа вырезается полоса шириной 30-35 мм. Сложив полосу, вы получите цилиндр. Стык стенок цилиндров заделывают сваркой.

Поршень

Поршень изготавливается из пластика, дерева или пробки. Для предотвращения утечки воздуха через зазор между поршнем и цилиндром изделие снабжено мембраной. Мембрана состоит из полиэтиленового пакета, воздушного шара или медицинских перчаток.

Поршень приклеивается к мембране клеем. Мембрана крепится к баллону резинкой или прочной нитью. Вверху поршня установлен держатель шатуна. Он изготовлен из тонкой нити. Держатель выполнен в виде кольца с винтом, который ввинчивается в поверхность поршня. Шатун крепится к кольцу болтом.

Маховик

Самостоятельно собранный свободнопоршневой двигатель будет нестабильным. Для стабилизации оборотов силового агрегата сделан маховик. Стабилизирует скорость вращения благодаря силе инерции.

Маховик изготовлен из прочного материала. Подойдет металлическая крышка для хранения или компакт-диск. Коленчатый вал необходимо закрепить в центре маховика.

ВАЖНО: Коленчатый вал должен быть установлен точно по центру маховика. Перемещение точки крепления приведет к разбалансировке работы силового агрегата.

Коленчатый вал и шатун

Вал двигателя выполнен из толстой металлической или медной проволоки. На коленчатом валу нанесены две кривые. Угол между коленями должен составлять 90 градусов. Один шатун шарнирно закреплен на колене, другой конец которого прикреплен к поршню. Шток буйка шарнирно установлен на втором колене.

Клеммы для подключения кабелей можно использовать как петли. Для этого необходимо предварительно снять с них стопорные винты. Чтобы рассчитать глубину изгиба, разделите ход поршня от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки на 2.

Держатель коленчатого вала

Подставка изготавливается из металла или пластика. Можно использовать сталь, медную проволоку, прутки, трубы и т.д. Нижняя часть держателя жестко закреплена на корпусе рабочей камеры. Для этого его приклеивают или приваривают к поверхности. В верхней части держатель шарнирно соединен с валом двигателя.

Вентилятор

Вместо вентилятора можно сделать любое другое устройство, на которое крутящий момент будет передаваться с вала двигателя. Вентилятор состоит из листа металла или пластика. Перед изготовлением веера на материал наносится рисунок.

После этого деталь обрезается. Во избежание травм острые края получившейся детали обрабатываются наждачной бумагой.

В центре вентилятора просверливается отверстие. Внутри устанавливается резиновая, пробковая или эластичная втулка. Изготовленная деталь закреплена на коленчатом валу.

ВНИМАНИЕ: Во избежание дисбаланса необходимо установить вал двигателя точно по центру вентилятора. Найти центр можно с помощью компаса.

Запуск двигателя

После проверки рабочей камеры на герметичность и сборки двигателя необходимо проверить ее работоспособность. Из-за этого:

• Выберите источник тепловой энергии. Это может быть свеча или любое другое горючее. Можно использовать емкость с горячей водой. Для этого нижнюю поверхность рабочей камеры необходимо установить на емкость с жидкостью;
• Разместите продукты на подставке. Поместите источник тепла на нижнюю часть подставки;
• Положите кубики льда на верхнюю поверхность рабочей камеры;
• Отвинтите маховик вручную.

После раскрутки маховика двигатель должен запуститься. Поршень и шток буйка будут попеременно воздействовать на приводной вал системы. Стабильная работа будет обеспечена за счет силы инерции маховика.

Свеча зажигания, сухое топливо и т.д. Могут использоваться в качестве источника энергии для модели силовой установки.

Самый простой движок Стирлинга

Компоненты и этапы изготовления двигателя Стирлинга

1. Кусок твердой древесины или фанеры

Это основа вашего двигателя. Следовательно, он должен быть достаточно жестким, чтобы справляться с двигательными движениями. Затем проделайте три маленьких отверстия, как показано на рисунке. Также можно использовать фанеру, дерево и т.д.

2. Мраморные или стеклянные бусины

В двигателе Стирлинга эти шары выполняют важную функцию. В этом проекте мрамор действует как вытеснитель горячего воздуха от горячей стороны пробирки к холодной стороне. Когда мрамор вытесняет горячий воздух, он охлаждается.

3. Палки и винты

Штифты и винты служат для удержания трубки в удобном положении, позволяющем свободно перемещаться в любом направлении без каких-либо перерывов.

4. Резиновые детали

Купите ластик и вырежьте из него следующие формы. Он используется, чтобы плотно удерживать трубку и держать ее закрытой. Во рту пробирки не должно быть протечек. В таком случае проект не будет успешным.

5. Шприц

Шприц — одна из самых важных и движущихся частей простого двигателя Стирлинга. Добавьте немного смазки внутрь шприца, чтобы поршень мог свободно перемещаться внутри цилиндра. Когда воздух расширяется внутри трубки, он толкает поршень вниз. В результате цилиндр шприца перемещается вверх. В то же время мрамор скатывается к теплой стороне трубки, вытесняя горячий воздух и охлаждая его (уменьшает объем).

6. Пробирка

Пробирка — самый важный и функциональный компонент простого двигателя Стирлинга. Трубка сделана из стекла определенного типа (например, боросиликатного стекла), обладающего высокой термостойкостью. Так что его можно нагревать до высоких температур.

Работающий двигатель Стирлинга

По многочисленным просьбам Дмитрий Петраков снял пошаговые инструкции по сборке мощного двигателя Стирлинга в зависимости от его размеров и количества потребляемого тепла. В этой модели, доступной каждому зрителю, задействованы обычные материалы — получить их может любой желающий. Все размеры, представленные в этом видео, были выбраны автором на основе многолетнего опыта Стирлинга в этой конструкции, и для данного конкретного случая они являются оптимальными.

Двигатель Стирлинга под нагрузкой (водяной насос)

Водяной насос, собранный как рабочий прототип, предназначен для работы в паре с двигателями Стирлинга. Особенность насоса заключается в низком потреблении энергии, необходимой для выполнения его работы: такая конструкция использует лишь небольшую часть внутреннего динамического рабочего объема двигателя, а значит, до минимума влияет на его производительность.

Мотор Стирлинга из консервной банки

Для его изготовления понадобятся подручные материалы: банка консервов, кусок поролона, компакт-диск, два болта и скрепки.

Поролон — один из наиболее распространенных материалов, используемых при производстве двигателей Стирлинга. Из него делают мотор-вытеснитель. Из куска нашего поролона вырезаем круг, делаем его диаметр на два миллиметра меньше внутреннего диаметра банки, а высоту чуть больше половины.

Просверлим отверстие в центре крышки, в которое мы вставим шатун. Для хорошей работы шатуна делаем из канцелярской скрепки спираль и привариваем к крышке.

Прокалываем круг из пенопласта в центре винтом и скрепляем шайбой сверху и снизу шайбой и гайкой. Далее фиксируем пайкой кусок канцелярской скрепки, предварительно расправив ее.

Теперь приклеиваем буйвол к проделанному заранее отверстию в крышке и плотно соединяем крышку и банку сваркой. На конце скрепки делаем небольшую петлю и в крышке делаем еще одно отверстие, но чуть больше первого.

Изготовляем оловянный цилиндр с помощью сварки.

Готовый цилиндр прикрепляем к банке с помощью паяльника, чтобы в месте сварки не осталось зазоров.

Коленвал делаем из канцелярской скрепки. Расстояние между коленями должно быть под углом 90 градусов. Колено, которое будет на 1-2 мм выше другого по высоте над цилиндром.

Изготавливаем стеллажи для дерева из скоб. Изготовление мембраны. Для этого на цилиндр надеваем полиэтиленовую пленку, слегка вдавливаем внутрь и закрепляем на цилиндре ниткой.

Шатун, который необходимо прикрепить к мембране, состоит из зажима и вставляется в кусок резины. Длина шатуна должна быть сделана таким образом, чтобы в нижней мертвой точке вала диафрагма втягивалась в цилиндр, а в самой высокой, наоборот, выдвигалась. Таким же образом регулируем второй шатун.

Шатун с резиной приклеиваем к мембране, а второй закрепляем на буйке.

Паяльником фиксируем ножки скрепки к банке и фиксируем маховик к кривошипу. Например, вы можете использовать компакт-диск.

Двигатель Стирлинга самодельный. Теперь осталось подвести огонь под банку — зажечь свечу. А через несколько секунд нажмите на маховик.

Полезные советы

Несмотря на кажущуюся простоту, сделать двигатель Стирлинга своими руками в домашних условиях непросто. На это необходимо потратить некоторое время, обращая внимание на детали. Никаких станков не требуется. Вот несколько советов для тех, кто хочет поэкспериментировать.

1. Создание цилиндра. Можно использовать контейнер из нержавеющей стали диаметром примерно 95 мм и высотой 235 мм. Этот материал выдерживает сильную жару. Не стоит заменять его алюминиевой банкой. Для изготовления диафрагмы подходит пластиковая крышка.
2. Кулеры. Подойдет несколько банок диаметром 150 мм. Сантехническую арматуру можно использовать для канализации.
3. Поршень. Сделать это несложно из проволоки. Вам понадобится ватный диск из нержавеющей стали, который необходимо обернуть сеткой из того же материала.
4. Коленчатый вал — самая сложная часть. Он должен быть прямым с крутыми поворотами. Вам потребуются подшипники, латунные соединители и стальная катанка толщиной 4 мм.
5. Они летят. Стальное колесо толщиной 4 мм и диаметром 170 мм навинчивается на вал двигателя.
6. Диафрагма. Потребуется тонкий кусок резины, чтобы растянуться и нагреть до формы. В качестве шаблона хорошо подойдет выпуклая пластиковая крышка.
7. Статор. Он содержит примерно такие же витки медной проволоки. Затем их нужно приклеить к фанерному диску, который будет прикручиваться к двигателю сбоку.

Когда катушки готовы, стоит проверить, что все они имеют одинаковое сопротивление и что провод не имеет разрывов.