Что такое двигатель Стирлинга и как его сделать своими руками

Двигатель Стирлинга большой мощности своими руками. 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.

Двигатель Стирлинга большой мощности своими руками. Как работает двигатель Стирлинга

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.

Паровой двигатель своими руками в домашних условиях. Мастер сделал сам паровой двигатель

Вы видели когда-нибудь, как работает паровой двигатель не на видео? В наше время найти такую функционирующую модель не просто. Нефть и газ давно вытеснили пар, заняв господствующее положение в мире технических установок, приводящих механизмы в движение. Однако, ремесло это не утрачено, можно найти образцы успешно работающих двигателей, установленных умельцами на автомобилях и мотоциклах. Самодельные образцы чаще напоминают музейные экспонаты, чем изящные лаконичные аппараты, пригодные для эксплуатации, но они работают! И люди успешно ездят на паровых авто и приводят в движение разные агрегаты.

Паровой двигатель своими руками в домашних условиях. Мастер сделал сам паровой двигатель

Посмотрите товары для изобретателей.

В этом выпуске канала “Techno Rebel” вы увидите паровую двухцилиндровую машину. Всё началось с двух поршней и такого же количества цилиндров.
Убрав все лишнее, мастер увеличил ход поршня и рабочий объем. Что привело к увеличению крутящего момента. Самой сложной деталью проекта является коленвал. Состоит из трубы, которую расточили под 3 подшипника. 15 и 25 трубы. Труба спилена после сварки. Подготовил трубу под поршень. После обработки он станет цилиндром или золотником.

От кромки оставляется на трубе 1 сантиметр, чтобы, когда будет варится крышка, металл может повезти в сторону. Поршень может застрять. На видео показана доработка распределительного цилиндров. Одно из отверстий заглушена, сужено до трубки двадцатки. Здесь будет поступать пар. Отверстие для выхода пара.

Как работает аппарат. В отверстий подается пар. Он распределяется по трубе, попадает в 2 цилиндра. Когда поршень опускается вниз, пар проходит и под давлением опускается. Поршень поднимается. Перекрывает проход. Пар стравливается через отверстия.

Как изготовить дома работающий двигатель Стирлинга?

Дмитрий Петраков по многочисленным просьбам отснял пошаговую инструкцию по сборке мощного, относительно своих габаритов и потребляемого количества тепла двигателя Стирлинга. В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы — обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, автор подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы, благодаря чему обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

C чувством, толком и расстановкой.

Мотор Стирлинга в работе с нагрузкой (водяная помпа).

Водяная помпа, собранная в качестве рабочего прототипа, предназначена для работы в паре с моторами Стирлинга. Особенность насоса заключается в небольших затратах энергии, требуемых для совершения им работы: такая конструкция задействует лишь небольшую часть динамического внутреннего рабочего объёма двигателя, и тем самым по минимуму влияет на его производительность.

Три основных варианта двигателя Стирлинга

Модификация Альфа

Мотор устроен таким образом, что он имеет и горячий цилиндр-поршень, и холодный цилиндр-поршень. Горячий поршень толкается от расширения воздуха, а холодный расположен в системе охлаждения и движется от остывания воздуха.

двигатель стирлинга

Модификация Бета

устройство двигателя стирлинга

Данная конструкция предполагает, что цилиндр и поршень нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой. Поршень толкает в сторону холодной части, а вытеснитель толкает в сторону горячей. Регенератор перемещает остывший воздух в горячий рабочий объем цилиндра.

Модификация Гамма

мотор стирлинга

Устройство данной модификации состоит из двух цилиндров и поршней. Имеет регенератор циркуляции газа. Один цилиндр горячий с одной стороны и холодный с другой, в нем поршень и вытеснитель. Второй цилиндр полностью холодный, там только поршень.

Мотор Стирлинга из консервной банки

Для его изготовления вам понадобятся подручные материалы: банка из под консервов, небольшой кусок поролона, CD-диск, два болтика и скрепки.

st1

Поролон — одни из самых распространенных материалов, которые используются при изготовлении моторов Стирлинга. Из него делается вытеснитель двигателя. Из куска нашего поролона вырезаем круг, диаметр его делаем на два миллиметров меньше внутреннего диаметра банки, а высоту немного больше ее половины.

st2

В центре крышки просверливаем отверстие, в которое вставим потом шатун. Для ровного хода шатуна делаем из скрепки спиральку и припаиваем ее к крышке.

st3

Поролоновый круг из поролона пронизываем посередине винтиком и застопориваем его шайбой сверху и снизу шайбой и гайкой. После этого присоединяем путем пайки отрезок скрепки, предварительно распрямив ее.

st4

Теперь втыкаем вытеснитель в сделанное заранее отверстие в крышке и герметично пайкой соединяем крышку и банку. На конце скрепки делаем небольшую петельку, а в крышке просверливаем еще одно отверстие, но чуть-чуть больше, чем первое.

st5

Из жести делаем цилиндр, используя пайку.

st6

Присоединяем с помощью паяльника готовый цилиндр к банке, так, чтобы не осталось щелей в месте пайки.

st7

Из скрепки изготавливаем коленвал. Разнос колен нужно сделать в 90 градусов. Колено, которое будет над цилиндром по высоте на 1-2 мм больше другого.

st8

Из скрепок изготавливаем стойки под вал. Делаем мембрану. Для этого на цилиндр надеваем полиэтиленовую пленку, немного продавливаем ее внутрь и закрепляем на цилиндре ниткой.

st9

Шатун который нужно будет приделать к мембране, изготавливаем из скрепки и вставляем его в обрезок резины. По длине шатун нужно сделать таким, чтобы в нижней мертвой точке вала мембрана была втянута внутрь цилиндра, а в высшей — напротив — вытянута. Второй шатун настраиваем так же.

st10

Шатун с резиной приклеиваем к мембране, а другой присоединяем к вытеснителю.

st11

Присоединяем паяльником ножки из скрепок к банке и на кривошип пристраиваем маховик. Например, можно использовать СД-диск.

st12

Двигатель Стирлинга в домашних условиях сделан. Теперь осталось под банку подвести тепло — зажечь свечку. А через несколько секунд дать толчок маховику.

Двигатель Стирлинга

Двигатель внешнего сгорания 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.

Хронологию событий, связанную с разработкой двигателей времен 18 века, вы можете наблюдать в интересной статье – “История изобретения паровых машин” . А эта статья посвящена великому изобретателю Роберту Стирлингу и его детищу.

Патент на изобретение двигателя Стирлинга как ни странно принадлежит шотландскому священнику Роберту Стирлингу. Его он получил 27 сентября 1816 года. Первые «двигатели горячего воздуха» стали известны миру ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Одним из важных достижений Стирлинга является добавление очистителя, прозванный им же самим “экономом”.

В современной же научной литературе этот очиститель имеет совсем другое название – «рекуператор». Благодаря ему производительность двигателя растет, поскольку очиститель удерживает тепло в тёплой части двигателя, а рабочее тело в то же время охлаждается. Благодаря этому процессу эффективность системы значительно возрастает. Рекуператор представляет из себя камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа). Газ, проходит через наполнитель рекуператора в одну сторону, отдаёт (или приобретает) тепло, а при движении в другую сторону отбирает (отдаёт) его. Рекуператор может быть и внешним по отношению к цилиндрам и может быть размещён на поршне-вытеснителе в бета- и гамма-конфигурациях. Габариты и вес машины в этом случае меньше. В коей мере роль рекуператора выполняется зазором между вытеснителем и стенками цилиндра (если цилиндр длинный, то надобности в таком устройстве нет вообще, однако появляются значительные потери из-за вязкости газа). В альфа-стирлинге рекуператор может быть только внешним. Он монтируется последовательно с теплообменником, в котором со стороны холодного поршня, происходит нагрев рабочего тела.

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.

  • Новый подход к оценке целесообразности создания ветроэлектростанцийНовый подход к оценке целесообразности создания ветроэлектростанций
  • Ванкувер и Нидерланды — за альтернативную энергетикуВанкувер и Нидерланды — за альтернативную энергетику
  • Еще три солнечные электростанции в ЯкутииЕще три солнечные электростанции в Якутии
  • В Москве начал работу Международный форум ENES 2015В Москве начал работу Международный форум ENES 2015

Самоделки из двигателя от стиральной машины. Виды двигателей

Тип электромотора, выбранного для самоделки, зависит от возраста и модели машины для стирки. Например, если это была старая, еще с советских времен машинка для стирки, то на ней, скорее всего, устанавливался надежный электродвигатель асинхронного типа. Такой мотор от стиральной машины обладает мощностью 180 Вт, имеет отличные показатели крутящего момента и является самым удобным мотором для самоделок. Также в руках мастера могут оказаться двухскоростной электродвигатель, коллекторный мотор или движок от современной СМ любой модели и класса.

Асинхронный мотор

Асинхронные электродвигатели, используемые для стиральных агрегатов, могут быть с двумя или тремя фазами. Но примерно с 2000 г. производство моторов с двумя фазами практически прекратилось, и их заменили на более современные трехфазные, с частотной регулировкой скорости вращения.

Такое устройство состоит из статора, который является неподвижным элементом электромотора и ротора, приводящего в движение барабан устройства.

Преимущество этого устройства состоит:

  • В простой конструкции.
  • Легкости в обслуживании.
  • В низком уровне шума.
  • В невысокой стоимости.

К недостаткам можно отнести большие размеры, невысокий КПД, сложность электросхемы и ее управление. Такие электродвижки еще иногда можно встретить в старых, недорогих моделях машин для стирки. В мощных современных аппаратах они не используются.

Коэффициент полезного действия

кпд стирлинга

КПД от разности температур в двигателе может достигать около 70%. По циклу Карно на графике КПД выглядит следующим образом.

На практике был установлен 4-х цилиндровый двигатель Стирлинга на автомобиль был установлен вначале 20 века и выдал 35% КПД.

Американская автомобильная компания Mechanical Technology Inc (Меканикал Технолоджи Инкопорейтед) создает двигатели Стирлинга. Их ДВС выдают КПД 43,5%.

Примеры успешного применения двигателей Стирлинга

на каких автомобилях двигатель стирлинга

Во второй половине 20 века несколько компаний начали разрабатывать моторы Стирлинга и устанавливать их на легковые автомобили. Успешные модели оказались у таких компаний, как Ford Motor Company, Volkswagen Group, UNITED STIRLING (Швеция), General Motors, модель Стирлинга «Philips 4-125DA» (Нидерланды).

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий