Двигатель стирлинга из шприцов своими руками

Мотор Стирлинга – постоянное увлечение видеоблогера Игоря Белецкого. У него есть много авторских моделей, которые выполнены на высоком профессиональном уровне. Продолжая тему простейших двигателей, он предложил одну занятную конструкцию двигателя Стирлинга, которую легко сделать из обычного стеклянного шприца. Нужно только запаять в нем выходное отверстие, чтобы получилась пружинящая конструкция. Такие готовые продаются в этом китайском магазине.

Добавим последнюю деталь. Из куска металлической ваты, которую можно купить в строительном магазине, она применяется для шлифовки мебели, нужно сделать маленький вытеснитель регенератор. Аккуратно, чтобы он свободно ходил внутри шприца и максимально близко прилегал к стенкам.

Постепенно поршень задвигается до самого вытеснителя и двигатель готов к нагреву. Металлическую вату заменяется даже губкой для мытья посуды или тонкой медной проволочкой, из которых сделать такой вытеснитель сложнее.

Еще материалы этого же автора по теме теплового мотора.

Очередь просмотра

Очередь

• Удалить все
• Отключить

YouTube Premium

Хотите сохраните это видео?

• Пожаловаться

Пожаловаться на видео?

Понравилось?

Не понравилось?

Текст видео

Очень интересная и простая в изготовлении модель двигателя Стирлинга. Просто возьми стеклянный шприц.

Как Вам это видео? Поставьте лайк! Оставьте отзыв. Мне очень важна Ваша поддержка. Подпишитесь на мой канал и поделитесь с друзьям в соцсетях.

Меня зовут Игорь Белецкий. Я давно увлекаюсь техническим творчеством и популяризацией науки в интернете. Мои видео говорят сами за себя. Я исследую физические явления, проверяю теории и демонстрирую результат.
Станьте свидетелем чудесного преобразования энергии из одного вида в другой. Занимательная физика, научные эксперименты, эффектные опыты, технические самоделки, идеи, гипотезы, изобретения и разоблачения.

Для тех, кто может поддержать мои эксперименты материально:

WebMoney ( U333875824154; Z287234330137; R287776577874 )

Уже давно наблюдаю за умельцами на данном ресурсе, а когда появилась статья «Двигатель Стирлинга из мусора: перевод» захотелось изготовить его самому. Но как всегда времени не было и я откладывал затею.
Но вот я, наконец, сдал диплом, закончил военную кафедру и появилось оно-время.
Как мне кажется сделать такой двигатель намного проще, чем флешку:)

Первым делом хочу покаяться перед гуру данного сайта, что человек в свои 20 лет занимается такой ерундой, но мне просто захотелось его сделать и это желание нечем не объяснить, надеюсь, следующим моим шагом все же станет флешка.
Итак нам понадобится:
1 Желание.
2 Три жестяных банки.
3 Медная проволока (я нашел сечением 2 мм).
4 Бумага (газета или офисная не важно).
5 Клей канцелярский(ПВА).
6 Супер клей (CYJANOPAN или любой другой в том же духе).
7 Резиновая перчатка или воздушный шарик.
8 Клеммы для электропроводки 3 шт.
9 Пробка от вина 1шт.
10 Немного лески.
11 Инструменты по вкусу.

1- первая банка; 2- вторая; 3- третья; 3-крышка третьей банки; 4- мембрана; 5- вытеснитель; 6- клемма электропроводки; 7- коленвал; 8- жестяная деталька:) 9- шатун; 10- пробка; 11- диск; 12- леска.
Начнем с того, что отрежем у всех трех банок двух банок крышки. Я делал это самодельным дремелем, сперва хотел шилом колоть дырки по кругу и резать ножницами, но вспомнил про чудо аппарат.
Честно говоря, получилось не очень красиво и я нечаянно профрезеровал отверстие в стенке одной из банок, так что она на рабочую емкость уже не годилась (но у меня были еще две и их я сделал более аккуратно).

Далее нам понадобится баночка, которая будет служить формой для вытеснителя(5).
Так как в понедельник базары не работали и все ближние автомагазины были закрыты, а сделать двигатель хотелось, я позволил себе изменить первоначальную конструкцию и сделать вытеснитель из бумаги, а не из стальной ваты.
Для этого я нашел баночку от рыбьего корма, которая наиболее подошла мне по размерам. Размер я выбрал исходя из того что диаметр банки от газировки был 53мм, так что я искал 48-51мм чтобы когда я намотаю бумагу на форму, получилось примерно 1-2мм расстояния между стенкой банки и вытеснителем(5) для прохода воздуха. (банку предварительно обклеил скотчем чтобы клей не приклеился).

Дальше я разметил полоску листа А4 на 70 мм, а остальное порезал на полоски по 50 мм (как в статье). Сколько я намотал таких полосок, честно говоря, не помню, ну пусть будет 4-5 (полоски 50мм х 290мм, количество слоев делал на глаз, чтобы, когда клей схватится, вытеснитель не был мягким). Каждый слой промазывал клеем ПВА.

Потом сделал крышки вытеснителя из 6-ти слоев бумаги (тоже все проклеивал и прижимал круглой ручкой, чтобы выдавить остатки клея и пузыри воздуха) когда приклеил все слои, прижал их сверху книгами, чтобы не выгибались.

Еще я ножницами отрезал дно банки(2) которая была целая, на расстоянии примерно 10мм, так как вытеснитель через верхнее отверстие не проходил. Это и будет наша рабочая емкость.
Вот что в итоге получилось (я не сразу отрезал крышку у банки(3) но это все равно придется сделать чтобы ставить туда свечу).

Дальше на расстоянии примерно 60мм от дна я отрезал и ту банку(3) которая у меня все еще была с крышкой. Это дно нам будет служить топкой.

Потом отрезал дно у второй банки(1) с выпиленной крышкой, тоже на расстоянии 10мм (от дна). И составил все воедино.

Далее мне показалось, что если на мембрану(4) рабочего цилиндра(2) вместо крышки приклеить объект поменьше, то конструкция улучшится и я вырезал из бумаги вот такой образец. В основе квадрат 15х15мм и «ушки» по 10мм каждое. И выкроил из образца детальку(8).

Затем я просверлил в клеммах(6) отверстия диаметром 2,1 или 2,5мм (неважно), после чего я взял проволоку(сечением 2мм) отмерял 150мм это будет наш «коленвал» (7). И согнул ее по таким размерам: высота колена вытеснителя(5)-20мм высота колена мембраны(4)-5мм. между ними должно быть 90 градусов (неважно в какую сторону). Предварительно надевая клеммы на свои места. Также я сделал шайбочки и прикрепил их клеем, чтобы клеммы не болтались по коленвалу.
Сразу сделать ровно и точно по размерам не получилось, но я переделал заново(скорее для собственного успокоения).

Потом я опять взял проволоку(2мм) и отрезал кусок, примерно 200мм, это будет шатун(9) мембраны(4), продел сквозь него деталь(8) и согнул (будет показано).
Взял банку(1) (ту, что немного дырявая) и проделал в ней отверстия под «коленвал»(7) на расстоянии 30мм от верха (но это не важно). И прорезал смотровое окошко ножницами.

Затем, когда цилиндр вытеснителя(5) высох и окончательно приклеился, я стал приклеивать к нему крышки. Когда приклеил крышки продел свозь него проволоку сечения примерно пол миллиметра, для того чтобы присоединить леску(12).

Далее я выточил из деревянной ручки ось(10) для соединения дисков(11) с коленвалом, но рекомендую использовать пробку от вина.
А теперь самое сложное(как для меня) я вырезал мембрану(4)из медицинских перчаток и приклеил к ней ту самую детальку(8) по центру. Разместил мембрану на рабочем цилиндре(2) и привязал по каемочке ниткой, а когда стал отрезать лишние части мембрана стала вылезать из под нитки (хотя я мембрану не натягивал) и когда она была полностью отрезана я стал ее перетягивать и мембрана слетела полностью.
Я взял супер клей и проклеил торец банки, а потом приклеил уже заново заготовленную мембрану, размещая ее строго по центру, подержал и дождался, пока застынет клей. Затем опять прижал, но на этот раз резинкой, отрезал края, снял резинку и проклеил еще раз (снаружи).
Вот что на тот момент получилось

Далее я проколол иголочкой отверстие в мембране(4) и детальке(8) и продел в них леску(12)(что тоже было не просто).
Ну а когда я собрал все воедино, получилось вот что:

Признаюсь сразу, сначала двигатель не работал, даже больше, мне показалось, что он вообще не будет работать, потому что крутить его (при горящей свечке) приходилось вручную и с довольно большим (как для самостоятельно крутящегося двигателя) усилием. Я совсем раскис и уже стал ругать себя, что сделал вытеснитель из бумаги, что взял не те банки, что допустил ошибку в длинне шатуна(9) или лески вытеснителя(5). Но через час мучений и разочарований окончательно сгорела моя свечка (та что в алюминиевом корпусе) и я взял оставшуюся с Нового Года(та что зеленая на фотке), горела она ЗНАЧИТЕЛЬНО сильнее и о чудо, у меня получилось его завести.
ВЫВОДЫ
1 Из чего сделан вытеснитель значения не имеет, как я вычитал на одном из сайтов «он должен быть легким и не теплопроводящим».
2 Изменение длинны шатуна(9) и длинны лески(12) вытеснителя(5) не имеет значения, как читал на одном из сайтов «главное чтобы вытеснитель во время работы не бился об верх или низ рабочей камеры», поэтому я выставил его примерно посередине. И мембрана в спокойном (холодном) состоянии должна быть ровной, а не вытянутой вниз или вверх.
Видео
Видео с работой двигателя. Я поставил 4 диска, они используются как маховик. При запуске стараюсь поднять вытеснитель в верхнее положение, так как все-таки боюсь, чтобы он не перегревался. Крутится, он должен так: сначала вытеснитель поднимается вверх, а за тем за ним поднимается и мембрана, вытеснитель опускается вниз, и за ним опускается мембрана.

ПС: может если от балансировать то будет и быстрее крутится, но у меня на скорую руку от балансировать не получилось 🙂

Видео с водяным охлаждением. Оно мало чем помогает в работе, и как видите, не особо ускоряет его вращение, но с таким охлаждением двигателем можно любоваться дольше, не боясь о его перегреве.

16.07.2016 19:16 2016-07-16T16:16:29.000Z

Описание:

Очень интересная и простая в изготовлении модель двигателя Стирлинга. Просто возьми стеклянный шприц.

Как Вам это видео? Поставьте лайк! Оставьте отзыв. Мне очень важна Ваша поддержка. Подпишитесь на мой канал и поделитесь с друзьям в соцсетях.

Ветрогенератор из кулера https://www.youtube.com/watch?v=eMmYrhoGz3I
Двигатель из батарейки за 5 секунд https://www.youtube.com/watch?v=I6G3uB6KhaU
Электричество из воздуха https://www. youtube.com/watch?v=SLW3EDs0R3M
Ручной водяной насос https://www.youtube.com/watch?v=aszH7rqyE2Q
Фонарик работает от тепла руки https://www.youtube.com/watch?v=J_RuoHFvHnk
Халявный фонарик https://www.youtube.com/watch?v=stK70QALk1w
Генератор электричества из воды https://www.youtube.com/watch?v=nvPCg0Mc4JU
Двигатель из подшипника https://www.youtube.com/watch?v=-HYLzw431GY
Генератор из светодиода https://www.youtube.com/watch?v=U96crV1M2XY

Меня зовут Игорь Белецкий. Я давно увлекаюсь техническим творчеством и популяризацией науки в интернете. Мои видео говорят сами за себя. Я исследую физические явления, проверяю теории и демонстрирую результат.
Станьте свидетелем чудесного преобразования энергии из одного вида в другой. Занимательная физика, научные эксперименты, эффектные опыты, технические самоделки, идеи, гипотезы, изобретения и разоблачения.

Для тех, кто может поддержать мои эксперименты материально:

WebMoney ( U333875824154; Z287234330137; R287776577874 )

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:

• жесть;
• спица из стали;
• трубка из латуни;
• ножовка;
• напильник;
• подставка из дерева;
• ножницы по металлу;
• детали крепежа;
• паяльник;
• пайка;
• припой;
• станок.

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?

Презентация на тему: «Проект : Двигатель Стирлинга Подготовили учащиеся 10 « А » класса : — Лунев Дмитрий — Тряхов Евгений

1

2

Проект : Двигатель Стирлинга Подготовили учащиеся 10 « А » класса : — Лунев Дмитрий — Тряхов Евгений — Саушкин Сергей Учитель Физики МАОУ СОШ 1 г. Светлогорск Куцакина Т. Н.

3

Цель : На примере двигателя Стирлинга доказать один из законов термодинамики.

4

Определение : 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.

5

История : Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года. 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 ».

6

Роберт Стирлинг 1790 г г. Стирлинг родился в Клог Фарме недалеко от Метвена, Шотландия. Он был третьим ребёнком в семье, а всего детей было восемь. От отца он унаследовал интерес к конструированию техники, но изучал богословие и стал священником Шотландской Церкви в местечке Лайф Кирк в 1816 году. В 1819 Стирлинг вступил в брак с Джиной Рэнкин. У них было семеро детей, двое из них : Патрик Стирлинг и Джеймс Стирлинг стали инженерами по паровозостроению. Стирлинг умер в Галстоне, Шотландия в 1878 году.

7

Роберт Стирлинг.

8

Принцип действия двигателя Стирлинга : Допустим, мы имеем какой — то замкнутый объем воздуха в жестком корпусе с эластичной мембраной ( поршнем ). Нагревая корпус, воздух внутри расширится и совершит работу, выгибая мембрану наружу. И наоборот, охлаждая корпус, мембрана вогнется, опять совершив работу. Вот и весь цикл.

9

Автоматизация процесса : 1. Для этого внутри корпуса двигателя размещается так называемый поршень — вытеснитель, смысл этого устройства в том, что он должен перегонять оставшийся в корпусе воздух от горячей области внизу к охлаждаемой вверху.

10

Автоматизация процесса : 2. Ну а дальше кривошипно — шатунная схема связывает поршень — вытеснитель и мембрану ( или рабочий поршень ) на одной оси вращения, что обеспечит нам цикличность процесса т. е. поднятие и опускание поршней.

11

Автоматизация процесса : 3. Ещё одна важная деталь на которую нужно обратить внимание заключается в том что рабочий поршень отстаёт от вытеснителя на 90 градусов по ходу вращения двигателя. Это идеальный вариант соединения для такой схемы

12

Третий этап автоматизации :

13

Реальная ( рабочая ) модель :

14

Ход работы : 1. Для постройки двигателя своими руками нам понадобится две крышки для стеклянных банок. Они будут выполнять роль холодной и горячей части. От этих крышек ножницами отрезается края.

15

2. В одной крышке по центру делается отверстие. 3. Корпус двигателя Стирлинга вырезается из пластиковой бутылки. Корпус приклеивается к крышке пластичным эпоксидным составом.

16

4. В качестве цилиндра прекрасно подходит корпус маркера. Поршнем в нашем случае будет колпачок.

17

5. Это вытеснитель. В процессе работы двигателя Стирлинга он перемещает воздух внутри корпуса от горячей части к холодной и обратно. Изготавливается из губки для мытья посуды. В центре приклеивается магнит. Так же магнит нужно зафиксировать дополнительным картонным кружком.

18

7. Колпачок заполняется эпоксидным составом. С обоих концов сверлятся отверстия для крепления магнита и держателя шатуна. Резьба в отверстиях нарезается непосредственно винтом. Эти винты нужны для тонкой настройки двигателя. Магнит в поршне приклеивается к винту и регулируется таким образом, чтобы находясь в нижней части цилиндра он притягивал вытеснитель.

19

8. На верхнюю часть поршня наклеивается резиновая прокладка. Она нужна для герметичности и для защиты кожуха от разрыва. 9. Кожух поршня изготавливается из резиновой перчатки. Отрезать нужно мизинец.

20

10. После того как кожух наклеен, сверху клеится еще одна резиновая прокладка. Сквозь резиновые прокладки и кожух шилом протыкается отверстие. В это отверстие вворачивается держатель шатуна. Этот держатель делается из винта и припаянной шайбы.

21

11. В качестве держателя коленвала прекрасно подошла баночка из под шипучих витаминов. У этой баночки отрезается дно и делаются отверстия. В верхней части — для удержания коленвала. В нижней — для доступа к креплению шатуна.

22

12. Коленвал и шатун изготавливаются из проволоки. Прозрачные ниппеля — это ограничитель. Сделан из рыболовного ниппеля.. Высота колена определяется половиной расстояния, которое должен пройти цилиндр от самой нижней точки до верхней точки, в которой перестает действовать магнитная связь.

23

13. Проверяем герметичность и ставим поршень.

24

14. Далее можно насаживать держатель коленвала. Высота крепления шатуна к цилиндру регулируется винтом.

25

15. Маховик делается из CD диска. Отверстие залепляется пластичной эпоксидкой. Затем необходимо просверлить дырку точно по центру.

26

Результат : Ставим двигатель Стирлинга на чашку с кипятком. Немного ждем и он должен сам заработать. Если этого не произойдет, нужно слегка помочь ему рукой.

27

Двигатель в работе

28

Применение в жизни : Универсальные источники электроэнергии ( солнечные электроустановки ) Тепловые насосы Холодильная техника Подводные лодки Аккумуляторы энергии Медицина ( искусственное сердце )

29

Двигатель Стирлинга может использоваться для преобразования солнечной энергии в электрическую. Для этого двигатель Стирлинга устанавливается в фокус параболического зеркала.

30

31

Литература : Википедия : Двигательстир линга Ход работы взят с -lowtempstirling#. U1jABFV_vj4

32

Цикл Стирлинга

Шотландский министр по имени Роберт Стирлинг изобрел двигатель Стирлинга примерно в 1816 году. Различные производители строили двигатели Стирлинга в течение многих лет, но эти двигатели обычно имели низкую мощность по сравнению с их весом (низкая удельная мощность). Хотя повышение давления в цикле может обеспечить более высокую удельную мощность, герметизация газа часто оказывается проблематичной. Чтобы преодолеть эту трудность, Уильям Бил, профессор Университета Огайо, в начале 19 века изобрел свободнопоршневой двигатель Стирлинга.60-е годы. Он понял, что при правильной конструкции двигатель не требует никакого механизма и может быть легко герметичен. В начале 1970-х Бил основал компанию Sunpower, Inc., чтобы продолжить работу, которую он начал в Университете Огайо.

Теоретический цикл Стирлинга состоит из следующих четырех стадий, как показано на графике ниже:

• (1-2) Изотермическое расширение
• (2-3) Охлаждение постоянного объема
• (3-4) Изотермическое сжатие
• (4-1) Нагрев постоянного объема

Практические двигатели, однако, имеют плавные непрерывные движения, представленные эллипсом в пределах этих границ.

Можно построить двигатель, который работает, как показано на схеме, с попеременным нагревом и охлаждением в пределах одного пространства, но будут потери, вызванные попеременным нагревом и охлаждением металлических стенок. С таким двигателем также возникнут значительные нагрузки и материальные проблемы.

В реальных двигателях горячие и холодные камеры разделены, и газ перемещается между ними. Эта конфигурация требует дополнительного механического компонента для вытеснения газа между горячим и холодным пространством.

 

На приведенной выше анимации показан двигатель Стирлинга типа «бета», в котором газ перемещается между горячим и холодным пространством с помощью верхнего движущегося компонента («вытеснителя»). В простых двигателях (как показано) зазор вокруг вытеснителя обеспечивает движение газа. В более сложных двигателях предусмотрены внешние теплообменники, а на внешней стороне вытеснителя установлено уплотнение для проталкивания газа через теплообменники.

Нижний движущийся компонент («поршень») вызывает сжатие и расширение газа, представленное горизонтальным движением точки на диаграмме давление-объем (PV) ниже. Нагрев и охлаждение осуществляются за счет движения вытеснителя, представленного главным образом вертикальным движением точки на PV-диаграмме.

При нажатии на кнопку «Кинематический двигатель Стирлинга» отображается конфигурация, в которой движение поршня и вытеснителя вызывается механизмом в нижней части.

При нажатии на кнопку «Свободнопоршневой двигатель Стирлинга» внизу отображается двигатель без механизма. Эта конфигурация достигается главным образом за счет придания буйку более высокой собственной частоты, чем у поршня, так что он будет опережать движение поршня. При правильном выборе размера площади стержня вытеснителя, проходящего через поршень, результирующие движения будут создавать изменения газового пространства, необходимые для работы двигателя. При нажатии на кнопку «Свободнопоршневой генератор Стирлинга» отображается двигатель с линейным генератором переменного тока, соединенным с поршнем для выработки энергии на проводах, проходящих через (обычно) герметичный внешний сосуд двигателя. В простейшей реализации такого генератора магниты (показаны красным), соединенные с поршнем, проходят по катушке провода, тем самым генерируя переменный ток.

Чертежи и модели двигателей Стирлинга

Чертежи и модели двигателей Стирлинга

На этой странице в основном представлены ссылки и изображения моделей двигателей Стирлинга, которые я собрал. Стирлинги — это очаровательные двигатели «внешнего» сгорания, которые могут питаться от различных источников тепла. Стирлинги с «низкотемпературным перепадом» (LTD) будут бежать от тепла вашей ладони, если они сделаны достаточно хорошо, и сидя на дымящейся кружке кофе, если они менее эффективны. Увлекательные устройства, не так ли?

Чтобы построить такой, который может генерировать любую силу, требуется изрядная точность. Я оцениваю Стирлинги как более тяжелые, чем паровые двигатели, но НАМНОГО легче, чем модельные турбины!

Вот Стирлинг с ромбическим приводом:

Меня также интересуют более крупные конструкции Стирлинга для производства электроэнергии из солнечной энергии. Подробнее см. на моей странице.

 

Модели двигателей My Stirling

Низкотемпературный дифференциал Jaxa со свободным поршнем Stirling

Это был набор, не требующий машинной обработки, но в любом случае это было весело. Работает на чашке кофе:

Коробка пришла прямо из Японии через eBay…

Довольно простой набор деталей. Целлулоидный пластик — это «пружины»…

Он бежал, но камера его остановила. Нажмите, чтобы посмотреть фильм QuickTime…

Если хотите, найдите бесплатный Piston Stirling в этом магазине eBay

Ссылки на теорию и практику двигателя Стирлинга

Отличное руководство по тому, как работает двигатель Стирлинга

Пошаговое руководство по проектированию двигателя Стирлинга в электронной таблице

Отличный схематический обзор различных конфигураций двигателя Стирлинга

Причудливые двигатели: Теория, различные проекты и модели, которые вы можете заказать.

Замечательные анимации двигателя Стирлинга

Форумы по двигателю Стирлинга

Большая коллекция перепечатанных статей о Стирлинге

Практические советы Ивана по созданию двигателя Стирлинга

Страницы модели Стирлинга Коити Хираты: теория, бесплатные планы и многое другое

UK Stirling Engines Organization

Типичная компоновка модели Stirling. Это классическая модель Kouhoupt…

Ссылки на более конкретные модели двигателей Стирлинга

Рыба-робот с двигателем Стирлинга: Интересный японский проект. Хорошая шкала Стирлинга.

Журнальный столик Двигатели Стирлинга: Хорошая коллекция фотографий.

Джон Бонди: построил несколько моделей Стирлингов, имеет программу дизайна Стирлингов на сайте и держит осьминогов и каракатиц в качестве домашних животных. Как вы ошибаетесь в этом?

Низкая разница температур Стирлинг: Запустите Стирлинг, просто поставив его на дымящуюся кружку с кофе.

Двигатель Steele Stirling Чертежи: 4-цилиндровый двигатель мощностью 40 Вт. Он размером с двигатель большой модели самолета.

Стирлинг из консервной банки: Стирлинг можно построить практически из чего угодно, и вам даже не понадобятся станки.

Roy UK’s Stirlings: несколько на выбор из простых материалов.

Технология логической системы: несколько интересных конструкций, в том числе сверхнизкотемпературный дифференциал Стирлинга, работающий только от тепла вашей ладони.

Stirling South: Красиво сделанные CNC Stirlings от некоторых профессоров колледжа. Вот главная страница Стирлинга. Остальная часть сайта также довольно интересна!

Wonktoys: Еще один сайт, где не работают машины.

Эдвард Башауэр: Мне нравится его двигатель Stirling Airplane Engine!

Альфонс Вассало: множество искусно изготовленных моделей Stirling, включая 4-цилиндровый.

Билл Сондах: Талантливый строитель из Нидерландов представил несколько хороших моделей.

Даниэль Лайоннет: Построил несколько моделей Стирлингов.

See-Saw Stirling: Не знаю, для чего это можно использовать, но получится интересная скульптура на открытом воздухе. Действительно новый дизайн Stirling.

Трактор Стирлинга Джона Хорна: музейная модель парового трактора с двигателем Стирлинга.

Барри Данман: Его «кофейный столик» Стирлинг просто прелесть.

John Hastings: Хорошая работа LTD Stirling!

Стирлинг в пробирке: Стирлинг в пробирке может быть самым простым способом игры со Стирлингом. На этом сайте есть хороший сайт и фильм о нем.

Страница хобби Сил: множество двигателей и других проектов HSM.

Джос де Винк: Много красивых двигателей, стилизованных под старинную латунь 17-1800 годов.

Modelbouw Яна Риддера: на выставке много интересных двигателей, и он тоже пришлет вам чертежи!

Boyd’s Tin Can Stirlings

LTD Striling Plans: План относительно простой в строительстве LTD.

Бесплатный Piston Stirling из Японии, который будет работать на чашке кофе. Сделано компанией JAXA. Вот галерея пикс-билдинга.

Механическая мастерская Отшельника: Несколько Стирлингов, похожих на Руди Кухоупта, включая вентилятор Стирлинга.

Gold Stirling: доступны чертежи, а также великолепные фотографии моделей.

Ссылки на другие ресурсы двигателей Стирлинга

Airpots: Марв Клотц говорит, что из airpots/dashpots получаются отличные цилиндры Стирлинга, если вы не хотите возиться с их изготовлением самостоятельно. Эта компания продает готовые аэродромы.

Мысли о моделях двигателя Стирлинга

— Шарики имеют диаметр 12,5 мм (полдюйма), поэтому пробирка диаметром 14 мм хорошо подходит для пробирки Стирлинга. Насчет других размеров не уверен. Пробирки в изобилии продаются на eBay и стоят дешево! Обязательно используйте термостойкий пирекс.

– Минимизация аэродинамических потерь. Обратите особое внимание на скорость газа. Следите за резкими изгибами, резкими изменениями поперечного сечения, за всем, что не понравится молекулам с более высокой скоростью. Перемещайте газ параллельно, а не последовательно. Диаметр отверстия должен быть большим, а ход маленьким, возможно, около 10% от диаметра отверстия. Думайте о крутящем моменте, а не о скорости.

— Минимизировать мертвый объем. Стремитесь перевести 100% газа из нагретого в охлажденное пространство.

– Используйте правильную степень сжатия. Более того, забудьте о сжатии и используйте правильный коэффициент расширения. Их столько же, но расширение лучше отражает преобразование тепла в кинетическую энергию. Идеальный коэффициент расширения представляет собой квадратный корень из отношения средних абсолютных температур газа, взятых в самой горячей и самой холодной точках цикла. Поскольку любой газ, не полностью нагретый или охлажденный, уменьшает это среднее значение, именно поэтому нагрев и охлаждение газа, близкие к 100%, так важны.

– Теоретически можно удвоить давление, чтобы получить вдвое больше работы от Стирлинга. Но удвоенная мощность означает удвоение тепловой энергии на входе и выходе. Если площадь теплообменника останется неизменной, возрастут тепловые потери, и удвоить мощность не получится. Более высокое давление также значительно увеличивает потери потока, что приводит к дальнейшему снижению мощности. Более высокие давления также требуют большего количества материала для сдерживания давления. Этот материал можно было бы лучше использовать, увеличив площадь теплопередачи.

– Не позволяйте теоретическому очарованию регенератора помешать работе двигателя. В той мере, в какой регенератор увеличивает мертвый объем или увеличивает потери потока, он является врагом двигателя.

– В конструкции Стирлинга 1815 г. использовались следующие соотношения:

 

• длина вытеснительной камеры L = 3 раза больше ее диаметра.
• длина нагревательной камеры = 2/3 л
• длина охладителя = 1/3 л
• рабочий объем вытеснителя = 1,5 рабочего объема поршневого цилиндра. Это отношение намного больше для низкотемпературных дифференциальных Стирлингов.
• длина буйка = 2/3L и ход = 1/3L. Обратите внимание, что гораздо меньшие штрихи приводят к более эффективным Стирлингам. Другие источники рекомендуют ход поршня, равный 10% диаметра отверстия.

Целью сделать камеру нагревателя длиннее охладителя было максимизировать разницу температур между ними. Использование тонкостенных трубок и изготовление стенок камеры из чего-то, что не так хорошо проводит тепло (хотя и должно отводить тепло в камеру, но не вдоль камеры в продольном направлении), также полезно.

 

Галерея моделей двигателей Стирлингов

Фотографии Стирлингов мне особенно понравились. Все они пришли с сайтов по ссылкам выше.

Трактор Джона Хорна Стирлинг…	4-цилиндровый двигатель Stirling от Альфонса Вассало	Двигатель самолета Стирлинга Эдварда Башауэра
Солнечный Стирлинг Альфонса Вассало с 18-дюймовым зеркалом	У Стирлинга «Назад» Альфонса Вассало есть горячая часть посередине…	«Blazer» — это лизун пламени, разработанный Duclos Роем Райсом…
«Журнальный столик» Барри Данмана Стирлинг — это восхитительно. Удивительно, что можно сделать с пробирками и шариками!	У Билла Сондаха из Нидерландов есть прекрасная коллекция Стирлингов, которые он построил…	Акватап — Рингбом Стирлинг от Роя Райса в Стирлинг-Саут. Ringbom не требует механической связи между двумя камерами.
Крупный план подвесов и механизмов на пробирке Барри Данэма Стирлинга. Я до сих пор не могу понять, как работает конец буйка…	Пробирка Роя Райса с ромбическим приводом Stirling — это круто!	Деталь ромбического привода Райса…
Чак ​​Феллоуз построил очень красивый вертикальный Стирлинг…	Интересный и привлекательный Stirling, в котором повторно используется двигатель самолета старой модели OS…	Syl’s Miser — ООО с хорошими деталями… «Beamer» — еще один хорошо детализированный двигатель от Syl…
3-фазный LTD Stirling, построенный в рамках исследовательского проекта в Калифорнийском университете в Беркли…	Классический дизайн Stirling…	Красиво выглядящий Стирлинг, судя по всему, из набора, продаваемого Forrest Classics и изготовленного Bohm.