Ce să faci un displacer pentru un motor Stirling. Motor Stirling de bricolaj

În care fluidul de lucru (gazos sau lichid) se mișcă într-un volum închis, de fapt este un fel de motor cu ardere externă. Acest mecanism se bazează pe principiul încălzirii și răcirii periodice a fluidului de lucru. Extragerea energiei are loc din volumul emergent al fluidului de lucru. Motorul Stirling funcționează nu numai din energia arderii combustibilului, ci și din aproape orice sursă.Acest mecanism a fost brevetat de scoțianul Robert Stirling în 1816.

Mecanismul descris, în ciuda eficienței scăzute, are o serie de avantaje, în primul rând, este simplitatea și nepretenția. Datorită acestui fapt, mulți designeri amatori încearcă să asambleze un motor Stirling cu propriile mâini. Unii reușesc, iar alții nu.

În acest articol vom lua în considerare Stirling cu propriile mâini din materiale improvizate. Vom avea nevoie de următoarele semifabricate și unelte: o cutie de tablă (o puteți folosi de sub șprot), tablă, agrafe de hârtie, cauciuc spumă, elastic, o pungă, tăietoare de sârmă, clești, foarfece, un fier de lipit,

Acum să începem asamblarea. Iată o instrucțiune detaliată despre cum să faci un motor Stirling cu propriile mâini. Mai întâi trebuie să spălați borcanul, să curățați marginile cu șmirghel. Tăiem un cerc din tablă, astfel încât să se afle pe marginile interioare ale cutiei. Determinăm centrul (pentru aceasta folosim un șubler sau o riglă), facem o gaură cu foarfecele. În continuare, luăm un fir de cupru și o agrafă, îndreptăm agrafa, facem un inel la capăt. Înfășurăm un fir pe o agrafă - patru ture strânse. Apoi, lipim spirala rezultată cu o cantitate mică de lipit. Apoi este necesar să lipiți cu atenție spirala de orificiul din capac, astfel încât tija să fie perpendiculară pe capac. Agrafa ar trebui să se miște liber.

După aceea, este necesar să se facă o gaură de comunicare în capac. Facem un dispozitiv de deplasare din cauciuc spumos. Diametrul său ar trebui să fie puțin mai mic decât diametrul cutiei, dar nu trebuie să existe un spațiu mare. Înălțimea dispozitivului de deplasare este puțin mai mult de jumătate din cutie. Tăiem o gaură în centrul cauciucului spumos pentru manșon, acesta din urmă poate fi din cauciuc sau plută. Introducem tija în manșonul rezultat și lipim totul. Deplasatorul trebuie așezat paralel cu capacul, aceasta este o condiție importantă. În continuare, rămâne să închideți borcanul și să lipiți marginile. Cusătura trebuie sigilată. Acum trecem la fabricarea cilindrului de lucru. Pentru a face acest lucru, tăiați o bandă de 60 mm lungime și 25 mm lățime din tablă, îndoiți marginea cu 2 mm cu un clește. Formăm un manșon, după care lipim marginea, apoi este necesar să lipim manșonul de capac (deasupra găurii).

Acum puteți începe să faceți membrana. Pentru a face acest lucru, tăiați o bucată de film din ambalaj, împingeți-o puțin cu degetul în interior, apăsați marginile cu o bandă elastică. Apoi, trebuie să verificați corectitudinea ansamblului. Încingem fundul cutiei pe foc, tragem tulpina. Ca urmare, membrana ar trebui să se îndoaie spre exterior, iar dacă tija este eliberată, deplasatorul ar trebui să coboare sub propria greutate, respectiv, membrana se întoarce la locul său. În cazul în care deplasatorul este realizat incorect sau lipirea cutiei nu este strânsă, tija nu se va întoarce la locul ei. După aceea, facem arborele cotit și rafturile (distanța dintre manivele ar trebui să fie de 90 de grade). Înălțimea manivelelor trebuie să fie de 7 mm, iar deplasatoarele de 5 mm. Lungimea bielelor este determinată de poziția arborelui cotit. Capătul manivelei este introdus în dop. Așa că ne-am uitat la cum să asamblam un motor Stirling cu propriile noastre mâini.

Un astfel de mecanism va funcționa de la o lumânare obișnuită. Dacă atașați magneți la volant și luați bobina unui compresor de acvariu, atunci un astfel de dispozitiv poate înlocui un simplu motor electric. Cu propriile mâini, după cum puteți vedea, realizarea unui astfel de dispozitiv nu este deloc dificilă. Ar fi o dorință.

A înlocuit alte tipuri de centrale electrice, cu toate acestea, lucrările care vizează renunțarea la utilizarea acestor unități sugerează o schimbare iminentă a pozițiilor de conducere.

De la începutul progresului tehnologic, când abia începea utilizarea motoarelor care ard combustibil în interior, superioritatea lor nu era evidentă. Motorul cu abur, ca concurent, conține o mulțime de avantaje: alături de parametrii de tracțiune, este silentios, omnivor, ușor de controlat și configurat. Dar ușurința, fiabilitatea și eficiența au permis motorului cu ardere internă să preia aburul.

Astăzi, problemele de ecologie, economie și siguranță sunt în prim plan. Acest lucru îi obligă pe ingineri să-și arunce forțele asupra unităților în serie care funcționează pe surse regenerabile de combustibil. În anul 16 al secolului al XIX-lea, Robert Stirling a înregistrat un motor alimentat de surse externe de căldură. Inginerii cred că această unitate este capabilă să schimbe liderul modern. Motorul Stirling combină eficiența, fiabilitatea, funcționează liniștit, cu orice combustibil, acest lucru face ca produsul să devină un jucător pe piața auto.

Robert Stirling (1790-1878):

Istoria motorului Stirling

Inițial, instalația a fost dezvoltată cu scopul de a înlocui mașina alimentată cu abur. Cazanele mecanismelor cu abur au explodat când presiunea a depășit normele admise. Din acest punct de vedere, Stirling este mult mai sigur, funcționând folosind o diferență de temperatură.

Principiul de funcționare al motorului Stirling este să furnizeze sau să elimine alternativ căldura din substanța pe care se lucrează. Substanța în sine este închisă într-un volum închis. Rolul substanței de lucru este îndeplinit de gaze sau lichide. Există substanțe care îndeplinesc rolul a două componente, gazul este transformat în lichid și invers. Motorul Stirling cu piston lichid are: dimensiuni mici, puternic, genereaza presiune mare.

Scăderea și creșterea volumului de gaz în timpul răcirii sau încălzirii, respectiv, este confirmată de legea termodinamicii, conform căreia toate componentele: gradul de încălzire, cantitatea de spațiu ocupată de substanță, forța care acționează pe unitatea de suprafață. , sunt înrudite și descrise prin formula:

P*V=n*R*T

• P este forța gazului din motor pe unitate de suprafață;
• V este valoarea cantitativă ocupată de gaz în spațiul motor;
• n este cantitatea molară de gaz din motor;
• R este constanta gazului;
• T este gradul de încălzire a gazului în motor K,

Model de motor Stirling:

Datorita nepretentiosului instalatiilor, motoarele se impart in: combustibil solid, combustibil lichid, energie solara, reactie chimica si alte tipuri de incalzire.

Ciclu

Motorul cu ardere externă Stirling folosește un set de fenomene cu același nume. Efectul acțiunii în curs în mecanism este ridicat. Datorită acestui lucru, este posibil să proiectați un motor cu caracteristici bune în dimensiuni normale.

Trebuie luat în considerare faptul că proiectarea mecanismului prevede un încălzitor, un frigider și un regenerator, un dispozitiv pentru îndepărtarea căldurii din substanță și returnarea căldurii la momentul potrivit.

Ciclul Stirling ideal, (diagrama „temperatura-volum”):

Fenomene circulare ideale:

• 1-2 Modificarea dimensiunilor liniare ale unei substanțe cu temperatură constantă;
• 2-3 Îndepărtarea căldurii din substanță către schimbătorul de căldură, spațiul ocupat de substanță este constant;
• 3-4 Reducerea forțată a spațiului ocupat de substanță, temperatura este constantă, căldura este îndepărtată la răcitor;
• 4-1 Creșterea forțată a temperaturii substanței, spațiul ocupat este constant, căldura este furnizată de la schimbătorul de căldură.

Ciclul Stirling ideal, (diagrama presiune-volum):

Din calculul (mol) al unei substanțe:

Aport de căldură:

Căldura primită de răcitor:

Schimbătorul de căldură primește căldură (procesul 2-3), schimbătorul de căldură emite căldură (procesul 4-1):

R – Constanta universală de gaz;

CV - capacitatea unui gaz ideal de a reține căldura cu o cantitate constantă de spațiu ocupat.

Datorită utilizării unui regenerator, o parte din căldură rămâne, ca energia mecanismului, care nu se modifică în timpul fenomenelor circulare care trec. Frigiderul primește mai puțină căldură, astfel încât schimbătorul de căldură economisește căldura încălzitorului. Acest lucru crește eficiența instalației.

Eficiența fenomenului circular:

ɳ =

Este de remarcat faptul că, fără un schimbător de căldură, setul de procese Stirling este fezabil, dar eficiența acestuia va fi mult mai mică. Rularea setului de procese înapoi duce la o descriere a mecanismului de răcire. În acest caz, prezența unui regenerator este o condiție obligatorie, deoarece la trecere (3-2) este imposibil să încălziți substanța din răcitor, a cărui temperatură este mult mai mică. De asemenea, este imposibil să dați căldură încălzitorului (1-4), a cărui temperatură este mai mare.

Principiul motorului

Pentru a înțelege cum funcționează motorul Stirling, să ne uităm la dispozitiv și la frecvența fenomenelor unității. Mecanismul transformă căldura primită de la încălzitorul situat în exteriorul produsului într-o forță asupra corpului. Întregul proces are loc din cauza diferenței de temperatură, în substanța de lucru, care se află într-un circuit închis.

Principiul de funcționare al mecanismului se bazează pe expansiunea datorată căldurii. Imediat înainte de expansiune, substanța din circuitul închis se încălzește. În consecință, înainte de a fi comprimată, substanța este răcită. Cilindrul în sine (1) este învelit într-o manta de apă (3), căldura este furnizată în partea de jos. Pistonul care face lucrul (4) este plasat într-un manșon și etanșat cu inele. Între piston și fund există un mecanism de deplasare (2), care are goluri semnificative și se mișcă liber. Substanța într-un circuit închis se deplasează prin volumul camerei datorită deplasatorului. Mișcarea materiei este limitată la două direcții: partea inferioară a pistonului, partea inferioară a cilindrului. Miscarea deplasatorului este asigurata de o tija (5) care trece prin piston si este actionata de un excentric cu 90° intarziere fata de actionarea pistonului.

• Poziția „A”:

Pistonul este situat în poziția cea mai de jos, substanța este răcită de pereți.

• Poziția „B”:

Deplasatorul ocupă poziția superioară, mișcându-se, trece substanța prin fantele de la capăt până în jos și se răcește singur. Pistonul este staționar.

• Poziția „C”:

Substanța primește căldură, sub acțiunea căldurii crește în volum și ridică expansorul cu pistonul în sus. Se lucrează, după care dispozitivul de deplasare se scufundă în fund, împingând substanța și răcindu-se.

• Poziția „D”:

Pistonul coboară, comprimă substanța răcită, se lucrează util. Volanul servește ca un acumulator de energie în design.

Modelul considerat este fără regenerator, astfel încât eficiența mecanismului nu este ridicată. Căldura substanței după lucru este îndepărtată în lichidul de răcire folosind pereții. Temperatura nu are timp să scadă cu cantitatea necesară, astfel încât timpul de răcire este prelungit, viteza motorului este scăzută.

Tipuri de motoare

Din punct de vedere structural, există mai multe opțiuni care utilizează principiul Stirling, principalele tipuri sunt:

Designul folosește două pistoane diferite plasate în contururi diferite. Primul circuit este folosit pentru încălzire, al doilea circuit este folosit pentru răcire. În consecință, fiecare piston are propriul său regenerator (cald și rece). Dispozitivul are un raport putere/volum bun. Dezavantajul este că temperatura regeneratorului fierbinte creează dificultăți de proiectare.

• Motor "β - Stirling":

Designul folosește un singur circuit închis, cu diferite temperaturi la capete (rece, cald). Un piston cu un deplasator este situat în cavitate. Deplasatorul împarte spațiul în zone reci și calde. Schimbul de frig si caldura are loc prin pomparea unei substante printr-un schimbator de caldura. Din punct de vedere structural, schimbătorul de căldură este realizat în două versiuni: extern, combinat cu un displacer.

• Motor „γ - Stirling”:

Mecanismul cu piston prevede utilizarea a două circuite închise: rece și cu deplasator. Puterea este luată de la un piston rece. Pistonul deplasator este fierbinte pe o parte și rece pe cealaltă. Schimbatorul de caldura este situat atat in interiorul cat si in exteriorul structurii.

Unele centrale electrice nu sunt similare cu principalele tipuri de motoare:

• Motor rotativ Stirling.

Din punct de vedere structural, invenția cu două rotoare pe arbore. Piesa efectuează mișcări de rotație într-un spațiu cilindric închis. A fost stabilită o abordare sinergică a implementării ciclului. Corpul conține fante radiale. Lamele cu un anumit profil sunt introduse în adâncituri. Plăcile sunt puse pe rotor și se pot deplasa de-a lungul axei atunci când mecanismul se rotește. Toate detaliile creează volume schimbătoare cu fenomene care au loc în ele. Volumele diferitelor rotoare sunt conectate prin canale. Aranjamentele canalelor sunt compensate cu 90° unul față de celălalt. Deplasarea rotoarelor unul față de celălalt este de 180°.

• Motor Stirling termoacustic.

Motorul folosește rezonanța acustică pentru a efectua procese. Principiul se bazează pe mișcarea materiei între o cavitate caldă și una rece. Circuitul reduce numărul de părți în mișcare, dificultatea de a elimina puterea primită și menținerea rezonanței. Designul se referă la tipul de motor cu piston liber.

Motor Stirling de bricolaj

Astăzi, destul de des în magazinul online găsești suveniruri realizate sub forma motorului în cauză. Structural și tehnologic, mecanismele sunt destul de simple; dacă se dorește, motorul Stirling este ușor de construit cu propriile mâini din mijloace improvizate. Pe Internet puteți găsi un număr mare de materiale: videoclipuri, desene, calcule și alte informații pe această temă.

Motor Stirling la temperatură joasă:

• Luați în considerare cea mai simplă versiune a motorului cu val, pentru care veți avea nevoie de o cutie de conserve, spumă poliuretanică moale, un disc, șuruburi și agrafe de hârtie. Toate aceste materiale sunt ușor de găsit acasă, rămâne să efectuați următorii pași:
• Luați o spumă moale de poliuretan, tăiați un cerc cu doi milimetri mai mic decât diametrul interior al cutiei. Înălțimea spumei este cu doi milimetri mai mare decât jumătate din înălțimea cutiei. Cauciucul spongios joacă rolul unui dispozitiv de deplasare în motor;
• Luați capacul borcanului, faceți o gaură în mijloc, de doi milimetri în diametru. Lipiți o tijă tubulară pe orificiu, care va acționa ca ghid pentru biela motorului;
• Luați un cerc tăiat din spumă, introduceți un șurub în mijlocul cercului și blocați-l pe ambele părți. Lipiți o agrafă preîndreptată pe mașină de spălat;
• Faceți o gaură la doi centimetri de centru, cu diametrul de trei milimetri, treceți dispozitivul de deplasare prin orificiul central al capacului, lipiți capacul la borcan;
• Faceți un cilindru mic din tablă, de un centimetru și jumătate în diametru, lipiți-l pe capacul cutiei în așa fel încât orificiul lateral al capacului să fie clar centrat în interiorul cilindrului motorului;
• Faceți un arbore cotit al motorului dintr-o agrafă. Calculul se efectuează astfel încât distanța dintre genunchi să fie de 90 °;
• Faceți un suport pentru arborele cotit al motorului. Dintr-o folie de plastic, faceți o membrană elastică, puneți filmul pe cilindru, împingeți-l, fixați-l;

• Faceți singur o biela de motor, îndoiți un capăt al produsului îndreptat în formă de cerc, introduceți celălalt capăt într-o bucată de radieră. Lungimea este reglată în așa fel încât în ​​punctul cel mai de jos al arborelui membrana să fie retrasă, în punctul extrem superior, membrana să fie extinsă maxim. Reglați cealaltă bielă în același mod;
• Lipiți biela motorului cu un vârf de cauciuc pe membrană. Montați biela fără vârf de cauciuc pe deplasator;
• Puneți un volant de pe disc pe mecanismul manivelei motorului. Atașați picioarele de borcan pentru a nu ține produsul în mâini. Înălțimea picioarelor vă permite să plasați o lumânare sub borcan.

După ce am reușit să facem acasă un motor Stirling, motorul este pornit. Pentru a face acest lucru, sub borcan se pune o lumânare aprinsă, iar după ce borcanul s-a încălzit, acestea dau impuls volantului.

Opțiunea de instalare considerată poate fi asamblată rapid acasă, ca ajutor vizual. Dacă îți stabilești un obiectiv și o dorință de a face motorul Stirling cât mai aproape de omologii din fabrică, există desene cu toate detaliile în domeniul public. Execuția pas cu pas a fiecărui nod vă va permite să creați un aspect de lucru care nu este mai rău decât versiunile comerciale.

Avantaje

Motorul Stirling are următoarele avantaje:

• O diferență de temperatură este necesară pentru funcționarea motorului, care combustibil provoacă încălzire nu este important;
• Nu este nevoie să folosiți atașamente și echipamente auxiliare, designul motorului este simplu și fiabil;
• Resursa motorului, datorită caracteristicilor de proiectare, este de 100.000 de ore de funcționare;
• Funcționarea motorului nu creează zgomot străin, deoarece nu există detonație;
• Procesul de funcționare a motorului nu este însoțit de emisia de substanțe reziduale;
• Funcționarea motorului este însoțită de vibrații minime;
• Procesele din cilindrii fabricii sunt prietenoase cu mediul. Utilizarea sursei potrivite de căldură menține motorul curat.

dezavantaje

Dezavantajele motorului Stirling includ:

• Este dificil să se stabilească producția de masă, deoarece proiectarea motorului necesită utilizarea unei cantități mari de materiale;
• Greutate mare și dimensiuni mari ale motorului, deoarece trebuie utilizat un radiator mare pentru o răcire eficientă;
• Pentru a crește eficiența, motorul este amplificat folosind substanțe complexe (hidrogen, heliu) ca fluid de lucru, ceea ce face funcționarea unității periculoasă;
• Rezistența la temperaturi ridicate a aliajelor de oțel și conductivitatea lor termică complică procesul de fabricație a motorului. Pierderile semnificative de căldură în schimbătorul de căldură reduc eficiența unității, iar utilizarea materialelor specifice face costisitoare fabricarea motorului;
• Pentru a regla și comuta motorul din mod în mod, trebuie utilizate dispozitive speciale de control.

Utilizare

Motorul Stirling și-a găsit nișa și este utilizat activ acolo unde dimensiunile și omnivoritatea sunt un criteriu important:

• Motor-generator Stirling.

Un mecanism de transformare a căldurii în energie electrică. Adesea sunt produse folosite ca generatoare turistice portabile, instalatii pentru utilizarea energiei solare.

• Motorul este ca o pompă (electrică).

Motorul este utilizat pentru instalarea în circuitul sistemelor de încălzire, economisind energie electrică.

• Motorul este ca o pompă (încălzitor).

În țările cu un climat cald, motorul este folosit ca încălzitor de spațiu.

Motor Stirling pe un submarin:

• Motorul este ca o pompă (răcitor).

Aproape toate frigiderele folosesc pompe de căldură în design, instalarea unui motor Stirling economisește resurse.

• Motorul este ca o pompă care creează niveluri de căldură ultra-scazute.

Aparatul este folosit ca frigider. Pentru a face acest lucru, procesul este pornit în direcția opusă. Unitățile lichefiază gazul, răcesc elementele de măsurare în mecanisme precise.

• Motor subacvatic.

Submarinele din Suedia și Japonia funcționează datorită motorului.

Motor Stirling ca instalație solară:

• Motorul este ca o baterie de energie.

Combustibil în astfel de unități, sarea se topește, motorul este folosit ca sursă de energie. În ceea ce privește rezervele de energie, motorul este înaintea elementelor chimice.

• motor solar.

Transformă energia soarelui în electricitate. Substanța în acest caz este hidrogen sau heliu. Motorul este plasat în centrul concentrației maxime a energiei soarelui, creată folosind o antenă parabolică.

Puteți, desigur, să cumpărați modele frumoase din fabrică de motoare Stirling, cum ar fi în acest magazin online chinezesc. Cu toate acestea, uneori vrei să te creezi și să faci un lucru, chiar și din mijloace improvizate. Site-ul nostru web are deja mai multe opțiuni pentru fabricarea acestor motoare și, în această publicație, consultați o opțiune foarte simplă pentru fabricarea acasă.

Vezi mai jos 3 opțiuni de bricolaj.

Dmitri Petrakov, la cererea populară, a filmat instrucțiuni pas cu pas pentru asamblarea unui motor Stirling puternic, în raport cu dimensiunile sale și cantitatea de căldură consumată. Acest model folosește materiale disponibile pentru fiecare privitor și materiale comune - oricine le poate achiziționa. Toate mărimile prezentate în acest videoclip au fost selectate de către autor pe baza experienței de mulți ani cu Stirlings cu acest design și pentru acest caz particular sunt optime.

Acest model folosește materiale disponibile fiecărui spectator și materiale comune, astfel încât oricine să le poată achiziționa. Toate mărimile prezentate în acest videoclip au fost selectate pe baza multor ani de experiență cu Stirlings cu acest design și pentru acest caz particular sunt optime.

Cu sentiment, simț și aranjament.

Motor Stirling în funcțiune cu o sarcină (pompă de apă).

Pompa de apă, asamblată ca un prototip funcțional, este proiectată pentru a fi asociată cu motoarele Stirling. Particularitatea pompei constă în consumul scăzut de energie necesar pentru a-și finaliza activitatea: un astfel de design utilizează doar o mică parte din volumul de lucru intern dinamic al motorului și, astfel, îi afectează la minimum performanța.

Motor Stirling dintr-o cutie

Pentru a-l realiza, veți avea nevoie de materiale improvizate: o cutie de conserve, o bucată mică de cauciuc spumă, un CD, două șuruburi și agrafe de hârtie.

Cauciucul spongios este unul dintre cele mai comune materiale utilizate la fabricarea motoarelor Stirling. Din el se face un displacer de motor. Dintr-o bucată din cauciucul nostru spumă tăiem un cerc, îi facem diametrul cu doi milimetri mai mic decât diametrul interior al cutiei, iar înălțimea este puțin mai mare de jumătate din el.

Facem o gaură în centrul capacului, în care introducem apoi biela. Pentru o funcționare lină a bielei, facem o spirală dintr-o agrafă și o lipim pe capac.

Perforăm cercul de cauciuc spumos din cauciucul spumos în mijloc cu un șurub și îl blocăm cu o șaibă de sus și de jos cu o șaibă și o piuliță. După aceea, atașăm o bucată de agrafă prin lipire, îndreptând-o în prealabil.

Acum lipim dispozitivul de deplasare în orificiul făcut în prealabil în capac și lipim ermetic capacul și borcanul. Facem o buclă mică la capătul agrafului și facem o altă gaură în capac, dar puțin mai mult decât primul.

Facem un cilindru din tablă folosind lipire.

Atașăm cilindrul finit la borcan cu un fier de lipit, astfel încât să nu rămână goluri la locul de lipit.

Facem un arbore cotit dintr-o agrafă. Distanța dintre genunchi trebuie făcută la 90 de grade. Genunchiul, care va fi deasupra cilindrului în înălțime, este cu 1-2 mm mai mare decât celălalt.

Facem rafturi pentru arbore din agrafe. Realizarea unei membrane Pentru a face acest lucru, punem o folie de plastic pe cilindru, o împingem puțin spre interior și o fixăm pe cilindru cu un fir.

Biela care va trebui atașată la membrană este făcută dintr-o agrafă și introdusă într-o bucată de cauciuc. Lungimea bielei trebuie făcută în așa fel încât în ​​centrul mort inferior al arborelui membrana să fie trasă în cilindru, iar la cel mai înalt, dimpotrivă, să fie extinsă. A doua biela este configurată în același mod.

Lipim tija de legătură cu cauciuc pe membrană și atașăm cealaltă la deplasator.

Atașăm picioarele de la agrafele de hârtie la borcan cu un fier de lipit și atașăm volantul la manivela. De exemplu, puteți folosi un CD.

Motor Stirling facut acasa. Acum rămâne să aduceți căldură sub borcan - aprindeți o lumânare. Și după câteva secunde, împingeți volantul.

Cum să faci un motor Stirling simplu (cu fotografii și videoclipuri)

www.newphysicist.com

Să facem un motor Stirling.

Un motor Stirling este un motor termic care funcționează prin comprimarea și extinderea ciclică a aerului sau a altui gaz (fluid de lucru) la temperaturi diferite, astfel încât să existe o conversie netă a energiei termice în lucru mecanic. Mai precis, motorul Stirling este un motor termic regenerativ cu ciclu închis, cu un fluid de lucru constant gazos.

Motoarele Stirling sunt mai eficiente decât motoarele cu abur și pot atinge o eficiență de 50%. De asemenea, pot funcționa silențios și pot folosi aproape orice sursă de căldură. Sursa de energie termică este generată în afara motorului Stirling, și nu prin ardere internă, așa cum este cazul motoarelor cu ciclu Otto sau diesel.

Motoarele Stirling sunt compatibile cu surse de energie alternative și regenerabile, deoarece acestea pot deveni mai semnificative pe măsură ce prețul combustibililor tradiționali crește și în lumina unor probleme precum epuizarea rezervelor de petrol și schimbarea climei.

În acest proiect, vă vom oferi instrucțiuni simple pentru a crea un foarte simplu motor bricolaj Stirling folosind eprubetă și seringă .

Cum să faci un motor Stirling simplu - Video

Componente și pași pentru realizarea unui motor Stirling

1. Bucata de lemn de esență tare sau placaj

Aceasta este baza motorului dumneavoastră. Astfel, acesta trebuie să fie suficient de rigid pentru a face față mișcărilor motorului. Apoi faceți trei găuri mici, așa cum se arată în imagine. Puteți folosi și placaj, lemn etc.

2. Marmura sau margele de sticla

Într-un motor Stirling, aceste bile îndeplinesc o funcție importantă. În acest proiect, marmura acționează ca un dispozitiv de deplasare a aerului cald din partea caldă a eprubetei către partea rece. Când marmura înlocuiește aerul cald, se răcește.

3. Bețe și șuruburi

Șuruburile și șuruburile sunt folosite pentru a ține tubul într-o poziție confortabilă pentru o mișcare liberă în orice direcție, fără nicio întrerupere.

4. Piese de cauciuc

Cumpărați o radieră și tăiați-o în următoarele forme. Este folosit pentru a ține în siguranță tubul și pentru a-i menține etanșeitatea. Nu ar trebui să existe scurgeri la gura tubului. Dacă da, proiectul nu va avea succes.

5. Seringă

Seringa este una dintre cele mai importante și mobile părți dintr-un simplu motor Stirling. Adăugați puțin lubrifiant în interiorul seringii, astfel încât pistonul să se poată mișca liber în interiorul cilindrului. Pe măsură ce aerul se extinde în interiorul eprubetei, împinge pistonul în jos. Ca rezultat, cilindrul seringii se mișcă în sus. În același timp, marmura se rostogolește spre partea fierbinte a tubului și împinge aerul fierbinte afară și îl face să se răcească (reduce volumul).

6. Eprubetă Eprubeta este cea mai importantă și cea mai funcțională componentă a unui simplu motor Stirling. Eprubeta este realizată dintr-un anumit tip de sticlă (cum ar fi sticla borosilicată) care este foarte rezistentă la căldură. Deci poate fi încălzit la temperaturi ridicate.

Cum funcționează un motor Stirling?

Unii spun că motoarele Stirling sunt simple. Dacă acest lucru este adevărat, atunci la fel ca marile ecuații ale fizicii (de exemplu, E = mc2), ele sunt simple: sunt simple la suprafață, dar mai bogate, mai complexe și potențial foarte confuze până când le realizezi. Cred că este mai sigur să ne gândim la motoarele Stirling ca fiind complexe: multe videoclipuri YouTube foarte proaste arată cât de ușor este să le „explicați” într-un mod foarte incomplet și nesatisfăcător.

După părerea mea, nu poți înțelege un motor Stirling doar construindu-l sau privindu-l cum funcționează din exterior: trebuie să te gândești serios la ciclul de pași prin care parcurge, ce se întâmplă cu gazul din interior și cum diferă de acesta. ce se întâmplă într-un motor cu abur convențional.

Tot ceea ce este necesar pentru funcționarea motorului este prezența unei diferențe de temperatură între părțile calde și reci ale camerei de gaz. Au fost construite modele care pot funcționa doar cu o diferență de temperatură de 4 °C, deși motoarele din fabrică vor funcționa probabil cu o diferență de câteva sute de grade. Aceste motoare pot deveni cea mai eficientă formă de motor cu ardere internă.

Motoare Stirling și energie solară concentrată

Motoarele Stirling oferă o metodă eficientă de conversie a energiei termice în mișcare care poate conduce un generator. Aranjamentul cel mai comun este de a avea motorul în centrul unei oglinzi parabolice. Oglinda va fi montată pe tracker pentru a focaliza razele soarelui asupra motorului.

* Motor Stirling ca receptor

S-ar putea să te fi jucat cu lentile convexe în timpul zilelor tale de școală. Concentrând energia solară pentru a arde o bucată de hârtie sau un chibrit, am dreptate? Noile tehnologii se dezvoltă pe zi ce trece. Energia termică solară concentrată câștigă din ce în ce mai multă atenție în aceste zile.

Mai sus este un scurt videoclip cu un motor simplu eprubetă care folosește margele de sticlă ca propulsor și o seringă de sticlă ca piston de forță.

Acest motor simplu Stirling a fost construit din materiale care sunt disponibile în majoritatea laboratoarelor de științe școlare și poate fi folosit pentru a demonstra un simplu motor termic.

Diagrama presiune-volum pe ciclu

Procesul 1 → 2 Expansiunea gazului de lucru la capătul fierbinte al tubului, căldura este transferată gazului și gazul se extinde, crescând volumul și împingând pistonul seringii în sus.

Procesul 2 → 3 Pe măsură ce marmura se deplasează spre capătul fierbinte al tubului, gazul este forțat de la capătul fierbinte al tubului către capătul rece și, pe măsură ce gazul se mișcă, degajă căldură peretelui tubului.

Procesul 3 → 4 Căldura este îndepărtată din gazul de lucru și volumul scade, pistonul seringii se mișcă în jos.

Procesul 4 → 1 Încheie bucla. Gazul de lucru se deplasează de la capătul rece al tubului la capătul fierbinte pe măsură ce bilele îl deplasează, primind căldură de la peretele tubului pe măsură ce acesta se mișcă, crescând astfel presiunea gazului.

Un motor Stirling este un motor care poate funcționa cu energie termică. În acest caz, sursa de căldură nu este absolut importantă. Principalul lucru este că există o diferență de temperatură, caz în care acest motor va funcționa. Autorul și-a dat seama cum să facă un model al unui astfel de motor dintr-o cutie de Coca-Cola.

Materiale și unelte
- un balon;
- 3 cutii de cola;
- borne electrice, cinci piese (pentru 5A);
- nipluri pentru prinderea spițelor bicicletei (2 bucăți);
- vata metalica;
- o bucata de sarma de otel de 30 cm lungime si 1 mm in sectiune transversala;
- o bucată de sârmă groasă din oțel sau cupru cu diametrul de 1,6 până la 2 mm;
- un ac din lemn cu diametrul de 20 mm (lungime 1 cm);
- capac sticla (plastic);
- cablaj electric (30 cm);
- Super-lipici;
- cauciuc vulcanizat (aproximativ 2 centimetri patrati);
- fir de pescuit (lungime cca 30 cm);
- o pereche de greutăți pentru echilibrare (de exemplu, nichel);
- CD-uri (3 bucăți);
- ace;
- o altă conserve pentru confecţionarea focarului;
- silicon termorezistent și o cutie de conserve pentru a crea răcirea cu apă.

Primul pas. Prepararea borcanelor
În primul rând, trebuie să luați două borcane și să le tăiați vârful. Dacă vârfurile sunt tăiate cu foarfece, crestăturile rezultate vor trebui șlefuite cu o pila.
Apoi, trebuie să tăiați partea de jos a borcanului. Acest lucru se poate face cu un cuțit.

Pasul doi. Crearea unei deschideri
Ca diafragmă, autorul a folosit un balon, care a fost întărit cu cauciuc vulcanizat. Bila trebuie tăiată și trasă peste borcan, așa cum este indicat în imagine. Apoi o bucată de cauciuc vulcanizat este lipită de centrul diafragmei. După ce adezivul se întărește, în centrul diafragmei este perforat un orificiu pentru instalarea firului. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este cu un știft, care poate fi lăsat în gaură până la asamblare.

Pasul trei. Tăierea și crearea de găuri în capac
În pereții capacului, trebuie să găuriți două găuri de 2 mm fiecare, acestea fiind necesare pentru a instala axa de pivotare a pârghiilor. O altă gaură trebuie să fie găurită în partea de jos a capacului, un fir va trece prin el, care va fi conectat la deplasator.

În etapa finală, capacul trebuie tăiat așa cum se arată în imagine. Acest lucru se face astfel încât firul deplasator să nu se agațe de marginile capacului. Pentru o astfel de muncă, foarfecele utilitare sunt potrivite.

Pasul patru. Foraj
În borcan, trebuie să găuriți două găuri pentru rulmenți. În acest caz, acest lucru a fost realizat cu un burghiu de 3,5 mm.

Pasul cinci. Crearea unei ferestre de vizualizare
O fereastră de vizualizare trebuie tăiată în carcasa motorului. Acum va fi posibil să observați cum funcționează toate nodurile dispozitivului.

Pasul șase. Modificarea terminalului
Trebuie să luați bornele și să îndepărtați izolația din plastic de pe ele. Apoi se ia un burghiu și se fac găuri traversante la marginile terminalelor. În total, trebuie să forați 3 terminale, în timp ce două ar trebui să rămână negăurite.

Pasul șapte. Crearea pârghiei
Ca material pentru crearea pârghiilor, se utilizează sârmă de cupru, al cărui diametru este de 1,88 mm. Cum să îndoiți exact acele de tricotat este prezentat în imagini. Puteți folosi și sârmă de oțel, doar că este mai plăcut să lucrați cu sârmă de cupru.

Pasul opt. Crearea rulmenților
Pentru a face rulmenți, veți avea nevoie de două nipluri de bicicletă. Trebuie verificat diametrul găurii. Autorul le-a găurit cu un burghiu de 2 mm.

Pasul nouă. Instalarea pârghiilor și rulmenților
Pârghiile pot fi instalate direct prin fereastra de vizualizare. Un capăt al firului ar trebui să fie lung, va avea un volant. Rulmenții trebuie să fie bine fixați. Dacă există o reacție, acestea pot fi lipite.

Pasul zece. Crearea unui Displacer
Dislocatorul este realizat din vata de otel pentru lustruire. Pentru a crea un deplasator, se ia un fir de oțel, se face un cârlig pe acesta și apoi cantitatea necesară de vată este înfășurată în jurul firului. Deplasatorul trebuie să fie suficient de mare pentru a se deplasa liber în cutie. Înălțimea totală a deplasatorului nu trebuie să depășească 5 cm.

Ca urmare, pe o parte a vatei, este necesar să se formeze o spirală de sârmă, astfel încât să nu iasă din vată, iar pe cealaltă parte se face o buclă din sârmă. Apoi, o fir de pescuit este legată de această buclă, care este ulterior trasă prin centrul diafragmei. Cauciucul vulcanizat trebuie să fie în mijlocul recipientului.

Pasul 11 ​​Creați un rezervor sub presiune
Este necesar să tăiați fundul borcanului astfel încât să rămână aproximativ 2,5 cm de la baza acestuia. Deplasatorul împreună cu diafragma trebuie plasat în rezervor. După aceea, întreg acest mecanism este instalat la capătul cutiei. Diafragma trebuie strânsă puțin pentru a nu se lăsa.

Apoi trebuie să luați terminalul care nu a fost forat și să întindeți firul de pescuit prin el. Nodul trebuie lipit astfel încât să nu se miște. Sârma trebuie să fie bine lubrifiată cu ulei și, în același timp, asigurați-vă că dispozitivul de deplasare trage cu ușurință linia.
Pasul 12 Creați tije de împingere
Tijele de împingere conectează diafragma și pârghiile. Acest lucru se face cu o bucată de sârmă de cupru de 15 cm lungime.

Era seara, nu era nimic de făcut 🙂 iar copiii ceruseră de mult să explice cum funcționează motorul, am decis să explic pe model.

Două cutii, două seri de două ore, și iată un model al motorului Stirling

Pe scurt, principiul de funcționare a motorului este explicat de următoarea imagine:

Principiul de funcționare al unui motor Stirling la temperatură scăzută

1 gol

Este mai bine să folosiți un borcan de șprot care se deschide trăgând de filă, deoarece. apoi va trebui să lipim capacul înapoi și avem nevoie de o tăietură uniformă.

2) Deplasatorul a fost realizat dintr-o bucată de cauciuc spumă, cu un diametru puțin mai mic decât diametrul interior al cutiei și o grosime de aproximativ jumătate din înălțimea interioară a cutiei.

3) Facem 2 orificii pe capac: unul la mijloc pentru tija deplasatorului, al doilea lateral pentru manșonul pistonului de lucru. Sub manșon a folosit baza unui bec de mașină

Sub tijă folosit o racletă

Asamblam structura, lipim capacul, verificăm scurgerile

Instalarea arborelui cotit

Și uită-te la rezultat

În timpul experimentelor, prima probă a căzut în paragină, după ce a fost deschisă, a constatat că dislocatorul s-a ars.

Dar, după cum se spune, ei învață din greșeli, voi încerca să repar motorul, ținând cont de greșelile făcute. Cel mai important lucru a fost realizat, motorul a început să funcționeze în ciuda unui montaj foarte dur.

În primul rând, am luat un material mai rezistent la căldură pentru displacer, am săpat o plită turistică pe balcon și am decupat un nou displacer.

În al doilea rând, am decis să fac tija de împingere dintr-un material mai gros, am demontat unitatea de CD defectă și am scos tija de ghidare din ea.

Procesul de asamblare va fi cel mai probabil lung din cauza lipsei de timp liber în timpul săptămânii de lucru, dar în general nu am unde să mă grăbesc în timp ce îmi răspândesc gândurile.

3) Am decis sa fac si arborele cotit din aceleasi ghidaje (daca, bineinteles, nu sunt lipite ???)

cam asa va arata:

Ei bine, ca volant, adaptează motorul electric de la acționarea, încearcă să-l folosești ca generator, acestea sunt ideile, să vedem ce se întâmplă ...

17.02.2013 modelul #2 este gata, pana acum fara generator, pana acum realizam experimental pasul optim al genunchiului piston