Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Двигатель стирлинга как сделать самому


Как сделать двигатель Стирлинга в домашних условиях?

Можно, конечно купить красивые заводские модели двигателей Стирлинга, как например, в этом китайском интернет-магазине. Однако, иногда хочется творить самому и сделать вещь, пусть даже из подручных средств. На нашем сайте уже есть несколько вариантов изготовления данных моторов, а в этой публикации ознакомьтесь с совсем простым вариантом изготовления двигателя Стирлинга в домашних условиях.

Посмотрите ниже 3 варианта для самостоятельного изготовления.

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.

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.

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.

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

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.

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.

Из жести делаем цилиндр, используя пайку.

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

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

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

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.

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

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

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

Как сделать простой двигатель Стирлинга (с фотографиями и видео)

www.newphysicist.com

Давайте сделаем двигатель Стирлинга. 

Мотор Стирлинга – это тепловой двигатель, который работает за счет циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа (рабочего тела) при различных температурах, так что происходит чистое преобразование тепловой энергии в механическую работу. Более конкретно, двигатель Стирлинга представляет собой двигатель с рекуперативным тепловым двигателем с замкнутым циклом с постоянно газообразным рабочим телом.

Двигатели Стирлинга имеют более высокий КПД по сравнению с паровыми двигателями и могут достигать 50% эффективности. Они также способны бесшумно работать и могут использовать практически любой источник тепла. Источник тепловой энергии генерируется вне двигателя Стирлинга, а не путем внутреннего сгорания, как в случае двигателей с циклом Отто или дизельным циклом.

Двигатели Стирлинга совместимы с альтернативными и возобновляемыми источниками энергии, поскольку  они могут становиться все более значительными по мере роста цен на традиционные виды топлива, а также в свете таких проблем, как истощение запасов нефти и изменение климата.

В этом проекте мы дадим вам простые инструкции по созданию очень простого двигателя DIY  Стирлинга с использованием пробирки и шприца .

Как сделать простой движок Стирлинга – Видео

Компоненты и шаги, чтобы сделать моторчик Стирлинга

1. Кусок лиственных пород или фанеры

Это основа для вашего двигателя. Таким образом, он должен быть достаточно жестким, чтобы справляться с движениями двигателя. Затем сделайте три маленьких отверстия, как показано на рисунке. Вы также можете использовать фанеру, дерево и т.д.

2. Мраморные или стеклянные шарики

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

3. Палки и винты

Шпильки и винты используются для удержания пробирки в удобном положении для свободного перемещения в любом направлении без каких-либо перерывов.


4. Резиновые кусочки

Купите ластик и нарежьте его на следующие формы. Он используется для того, чтобы надежно удерживать пробирку и поддерживать ее герметичность. Не должно быть утечек в ротовой части пробирки. Если это так, проект не будет успешным.



5. Шприц

Шприц является одной из самых важных и движущихся частей в простом двигателе Стирлинга. Добавьте немного смазки внутрь шприца, чтобы поршень мог свободно перемещаться внутри цилиндра. Когда воздух расширяется внутри пробирки, он толкает поршень вниз. В результате цилиндр шприца перемещается вверх. В то же время мрамор катится к горячей стороне пробирки и вытесняет горячий воздух и заставляет его остывать (уменьшать объем).

6. Пробирка Пробирка является наиболее важным и рабочим компонентом простого двигателя Стирлинга. Пробирка изготовлена ​​из стекла определенного типа (например, из боросиликатного стекла), обладающего высокой термостойкостью. Так что его можно нагревать до высоких температур. 

 

Как работает двигатель Стирлинга?

Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты. Если это правда, то так же, как и великие уравнения физики (например, E = mc2), они просты: на поверхности они просты, но богаче, сложнее и потенциально очень запутаны, пока вы их не осознаете. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: многие очень плохие видео на YouTube показывают, как легко «объяснить» их очень неполным и неудовлетворительным образом.

На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто создав его или наблюдая за тем, как он работает извне: вам нужно серьезно подумать о цикле шагов, через которые он проходит, что происходит с газом внутри, и как это отличается из того, что происходит в обычном паровом двигателе.

Все, что требуется для работы двигателя, – это наличие разницы температур между горячей и холодной частями газовой камеры. Были построены модели, которые могут работать только с разницей температуры 4 ° C, хотя заводские двигатели, вероятно, будут работать с разницей в несколько сотен градусов. Эти двигатели могут стать наиболее эффективной формой двигателя внутреннего сгорания.

Двигатели Стирлинга и концентрированная солнечная энергия

Двигатели Стирлинга обеспечивают аккуратный метод преобразования тепловой энергии в движение, которое может привести в движение генератор. Наиболее распространенная схема состоит в том, чтобы двигатель был в центре параболического зеркала. Зеркало будет установлено на устройство слежения, чтобы солнечные лучи фокусировались на двигателе.

* Двигатель Стирлинга как приемник

Возможно, вы играли с выпуклыми линзами в школьные годы. Сосредоточение солнечной энергии для сжигания листа бумаги или спички, я прав? Новые технологии развиваются день ото дня. Концентрированная солнечная тепловая энергия приобретает все большее внимание в эти дни.

Выше приведен короткий видеофильм о простом двигателе с пробиркой, использующим стеклянные шарики в качестве вытеснителя и стеклянный шприц в качестве силового поршня.

Этот простой двигатель Стирлинга был построен из материалов, которые доступны в большинстве школьных научных лабораторий и может быть использован для демонстрации простого теплового двигателя.

Диаграмма давление-объем за цикл

Процесс 1 → 2 Расширение рабочего газа на горячем конце пробирки, тепло передается газу, и газ расширяется, увеличивая объем и толкая поршень шприца вверх.

Процесс 2 → 3 По мере движения мрамора к горячему концу пробирки газ вытесняется из горячего конца пробирки на холодный конец, а по мере движения газа он отдает тепло стенке пробирки.

Процесс 3 → 4 Из рабочего газа отводится тепло, и объем уменьшается, поршень шприца движется вниз.

Процесс 4 → 1 Завершает цикл. Рабочий газ движется от холодного конца пробирки к горячему концу, поскольку мраморные шары вытесняют ее, получая тепло от стенки пробирки, когда она движется, тем самым увеличивая давление газа.

Как сделать двигатель Стирлинга легко, сделайте свой двигатель Стирлинга своими руками

Есть много способов научиться делать двигатель Стирлинга. Если вы хотите просто начать работу и создать свой первый двигатель DIY Стирлинга, а вам не нужны внешность или точность (я имею в виду точность в механическом цехе), я бы предложил несколько книг Джима Р. Ларсена.

Я также прочитал и рекомендую книги Джеймса Р. Сенфта. Его книги отлично подходят для изучения и понимания работы двигателей Стирлинга.Если вы читаете его книги (обычно менее 100 страниц) и применяете свое новое понимание к своему первому проекту в Стирлинге, вы, скорее всего, добьетесь успеха.

ресурсов двигателя Стирлинга

Если вы хотите узнать, как создать двигатель Стирлинга, вы можете найти вдохновение и инструкции в Интернете. Есть много сайтов, на которых есть забавные учебники, такие как Scrap to Power. Вы также можете найти много видео на Youtube, которые станут отличным началом. Скоро у меня будет видео-галерея с самодельным двигателем Стирлинга.

Подробнее о двигателе Стирлинга в сети

Вот несколько ресурсов, которые я нашел и которые, я думаю, помогут вам научиться создавать двигатель Стирлинга. У некоторых из этих сайтов есть планы Solarheatbuilder.com имеет отличный дизайн двигателя, который может быть собран без помощи токарного или фрезерного станка.

участков двигателя Стирлинга

Насколько сложно сделать двигатель Стирлинга?

Если вы решили построить двигатель Quick and Easy Stirling от Джима Р.Ларсену это будет совсем не сложно. Я прочитал его книгу за один вечер и начал работать над моим первым двигателем на следующий вечер. Это было дешево тоже. Я думаю, что общая сумма из кармана была около $ 5,00 после поездки в местный магазин долларов. Это отличное место для начала. Сложность сборки только увеличивается. Мои следующие несколько проектов, скорее всего, будут из его других книг. У Джима есть несколько низкотемпературных дифференциальных двигателей Стирлинга, которые я хотел бы построить. Хотя двигатели LTD Stirling требуют немного большей точности и их сложнее собрать.

6-цилиндровый двигатель Стирлинга By Approtechie

,

Как работают двигатели Стирлинга?

Реклама

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 10 апреля 2020 г.

Двигатели приводят в действие наш мир с Промышленная революция: сначала грязные угольные паровые машины, затем более чистые и эффективные бензиновые двигатели, а в последнее время реактивные двигатели в самолетах. Основная концепция двигателя - то, что использует разницу между высокой температурой и низкой один - не изменился за пару сотен лет, хотя иногда люди все еще придумывают небольшие улучшения, которые сделать процесс немного быстрее или эффективнее.Один двигатель у тебя возможно, много слышал о недавно появившемся двигателе Стирлинга, который немного похож на паровой двигатель, который не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и перерабатывает один и тот же воздух или газ и снова, чтобы произвести полезную силу, которая может вести машину. объединился Благодаря солнечной энергии и другим новым технологиям двигатели Стирлинга звучат как передовые технологии, но на самом деле они были рядом с 1816 года. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: двигатели Стирлинга становятся все более популярными для использования Возобновляемая энергия.На этом фото вы можете увидеть массив зеркал концентрируя солнечное тепло на двигатель Стирлинга, который вырабатывает электричество. Двигатель Стирлинга установлен на рычаге справа. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США.

Что такое двигатель?

Двигатели, которые приводят в движение транспортные средства или заводские машины примеры того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они горят богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще), чтобы выпустить тепловая энергия, которая используется для газ расширяется и охлаждается, нажимаем поршень, поверните колесо и ведите машину.Двигатели бывают двух основных типов: двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) горят топливо в одном месте и производить энергию в другой части та же машина; двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели) сожгите топливо и включите питание в одном и том же месте (в автомобиле все это происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). Обе типы двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляя газ расширяться, а затем остывать. Чем больше разница температур (между газом при чем горячее и холоднее), тем лучше работает двигатель.Теория о том, как двигатель работает на основе науки о термодинамике (буквально «как движется тепло») и на теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяются, сжимаются, нагреваются и охлаждаются газ в серии шагов, называемых циклом.

Хорошие и плохие двигатели

Прежде чем мы сможем узнать, что же хорошего в Двигатели Стирлинга помогают, если мы знаем, что в этом плохого Паровые двигатели. Как они работают? У вас есть угольный огонь, который нагревает вода до кипения и приготовления пара. Пар идет по трубе в цилиндр через открытый входной клапан, где он толкает поршень и водит колесо.Входной клапан затем закрывается и выходной клапан открывается. Импульс колеса заставляет поршень возвращаться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный, нежелательный пар через выход и прочь вверх по дымовой трубе (дымоход).

Фото: паровые двигатели, такие как в этом локомотиве, являются примерами двигателей внешнего сгорания. Огонь, который обеспечивает энергию сгоранием (1), находится снаружи (вне) цилиндр, в котором тепловая энергия превращается в механическую энергию (3).Между ними есть котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выталкивается из дымовой трубы (7), что делает его особенно неэффективным и неудобным способом питания движущейся машины. Но было хорошо в те дни, когда угля было много, и никто не заботился о том, чтобы повредить планету.

Есть много проблем с паром двигатели, но вот четыре из более очевидных.Во-первых, котел что делает пар работает при высоком давлении и есть риск чтобы он мог взорваться (взрывы котла были основные проблемы с очень ранним паром двигатели). Во-вторых, котел вообще какой-то расстояние от цилиндра, поэтому энергия теряется при получении тепла от один к другому. В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще довольно горячий, поэтому он содержит потерянную энергию. В-четвертых, потому что пар выбрасывается из цилиндр каждый раз, когда поршень нажимает, двигатель должен потреблять огромные количество воды, а также топлива.(Вот почему паровозы имеют продолжать останавливаться у резервуаров для воды на стороне пути.)

Что такое двигатель Стирлинга?

Можем ли мы разработать двигатель, который преодолевает эти проблемы? Предположим, мы избавились от котла (который решит риск взрыва) и использовать тепло от огня для питания двигатель напрямую. Затем вместо использования пара для перемещения тепловой энергии от огня до цилиндра, почему бы не поставить цилиндр ближе к огонь и использовать обычный воздух (или другой простой газ) для перемещения тепла энергия между ними? (Вот почему двигатели Стирлинга иногда называются воздушными двигателями .) Если мы закроем этот воздух в закрытой трубе, то один и тот же воздух движется вперед и назад снова и снова, собирая энергию от огня и выпуская его в цилиндр, мы решаем проблему двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды. Наконец, почему бы и нет добавить какой-то теплообменник так, чтобы горячий воздух проходил обратно и далее, это энергия сохраняется внутри машины и перерабатывается в улучшить общую эффективность. Это основные способы, которыми двигатель Стирлинга улучшает паровой двигатель.Вы иногда увидите Двигатели Стирлинга, описанные как «замкнутый цикл, регенеративное тепло» двигатели ", который является очень кратким способом сказать то, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют запечатанный объем газа для возврата тепла и далее, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они использовать теплообменники, чтобы сохранить часть тепла, которое в противном случае быть потерянным на каждом цикле (бесполезно взорвать дымовую трубу, как в паровом двигателе).

просто или сложно?

Некоторые люди говорят, что двигатели Стирлинга просты.Если это правда, то это так же, как великие уравнения физики (например, E = mc2) просты: они просты на поверхности, но более богатый, более сложный и потенциально очень запутанный, пока вы действительно не поймете их. Я думаю, что безопаснее думать о двигателях Стирлинга как о сложных: много очень плохих видео на YouTube покажите, как легко «объяснить» их очень неполным и неудовлетворительным образом. На мой взгляд, вы не можете понять двигатель Стирлинга, просто создав его или наблюдая за работой извне: вам нужно серьезно подумать о цикле шагов, через которые он проходит, что происходит с газом внутри, и как это отличается из того, что происходит в обычном паровом двигателе.

В любом случае, давайте посмотрим, сможем ли мы правильно объяснить двигатель Стирлинга, сначала посмотрев на содержащиеся в нем части, затем подумав о том, что они делают, и, наконец, рассмотрев немного более сложную (термодинамическую) теорию.

Фото: маленькие компактные двигатели Стирлинга, подобные этому, могут работать от крошечных перепады тепла - даже если вы отдыхаете на чьих-то руках и убегаете от содержащегося в них тепла Фото любезно предоставлено NASA Glenn Research Center.

Каковы основные части двигателя Стирлинга?

Существует довольно много различных конструкций двигателей Стирлинга, и мы рассмотрим один конкретный тип, известный как вытеснитель (или вытеснение) двигателя Стирлинга (также известный как бета-двигатель Стирлинга).Это ключевые части:

Источник тепла

Источник тепла - это то, откуда двигатель получает всю свою энергию, а это может быть что угодно из угля. огонь в солнечное зеркало, концентрирующее тепло Солнца (как на нашей главной фотографии). Хотя двигатели Стирлинга описываются как двигатели внешнего сгорания, использовать сжигание (фактическое сжигание топлива) вообще: они просто нужна разница в температуре между источником тепла (откуда берется энергия) и радиатор (там, где он заканчивается).

Вы можете управлять маленьким двигателем Стирлинга с теплом от чашки кофе, теплая ладонь чьей-то руки или даже (к удивлению многих людей) кубик льда: энергия, выделяемая двигателем, происходит от любой разницы в температуре между источником тепла и теплом тонуть. Сказав это, стоит помнить, что с крошечным двигателем Стирлинга, работающим на что-то вроде чашки кофе, просто потому, что в ней содержится сравнительно небольшое количество энергии, которая очень быстро расходуется.

Работа: Основные детали двигателя вытеснителя Стирлинга.

Газ

Внутри машины в закрытом баллоне постоянно находится объем газа. Это может быть обычный воздух, водород, гелий или другое легкодоступное вещество, которое остается газом, так как он нагревается и охлаждается в течение полного цикла двигателя (повторяющиеся серии операции это проходит). Его единственная цель - перемещать тепловую энергию. от источника тепла к радиатору, приводя в действие поршень, который приводит в движение машину, и затем снова возвращаться к подбери еще.Газ, который перемещает тепло, иногда называют рабочей жидкостью.

Радиатор

Место, где горячий газ охлаждается перед возвратом к источнику тепла. Это обычно какой-то радиатор (кусок металла с прикрепленными ребрами), который отводит отработанное тепло в атмосферу.

Поршни

Существуют различные типы двигателей Стирлинга, но я считаю, что у всех них есть два поршня - это один из более очевидных вещей, которые отличают их от других двигателей.В общем дизайне под названием двухпоршневой (или альфа) двигатель Стирлинга, есть два одинаковых поршня и цилиндры и газовые шаттлы назад и далее между ними, нагрев и расширение, затем охлаждение и сжатие, прежде чем цикл повторяется.

В другой конструкции, показанной здесь, называемой вытесняющим (или бета) двигателем Стирлинга, есть один полностью внутренний поршень, называемый вытеснителем (окрашен в зеленый цвет), задача которого - перемещать газ между источником тепла и радиатором. В отличие от обычного поршня в паровом двигателе, вытеснитель устанавливается очень свободно (с небольшим пространством между край поршня и стенка цилиндра), и газ течет вокруг него снаружи, когда он движется вперед и назад.Также есть рабочий поршень (темно-синего цвета), который плотно прилегает к цилиндру и превращает расширение газа в полезную работу, которая приводит в движение какой бы двигатель ни работал. В больших двигателях Стирлинга рабочий поршень обычно имеет тяжелый маховик прикреплен для наращивания импульс и поддерживать машину в рабочем состоянии. Рабочий поршень и поршень вытеснителя постоянно движутся, но они не совпадают (одна четверть цикла или 90 ° против фазы) друг с другом; они приводятся в действие одним и тем же колесом, но поршень вытеснителя всегда на четверть цикла (90 °) впереди рабочего поршня.

Теплообменник

Также известный как регенератор, теплообменник находится в закрытой камере между источником тепла и радиатором. Когда горячий газ проходит мимо регенератора, он отдает часть своего тепла, который регенератор держит на. Когда газ возвращается назад, он снова улавливает это тепло. Без регенератора это тепло будет потеряно в атмосферу и впустую. Теплообменник значительно повышает эффективность и мощность двигателя. Некоторые двигатели Стирлинга есть несколько теплообменников.

Как работает двигатель Стирлинга?

Итого

Как паровой двигатель или двигатель автомобиля внутреннего сгорания, Стирлинг двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (работа), повторяя серия основных операций, известных как его цикл. Рассмотрим упрощенный двигатель Стирлинга типа вытеснителя. Это на самом деле довольно запутанно и трудно понять, пока вы не поймете, что происходит то, что газ внутри поочередно расширяется и сжимается, а между ними перемещается от горячей стороны цилиндра к холодной стороне и обратно.Работа темно-синего рабочего поршня состоит в том, чтобы использовать энергию от расширения газа, чтобы привести машину в действие двигателем, затем сжать газ, чтобы цикл мог повториться. Работа поршня зеленого вытеснителя заключается в перемещении газа с горячей стороны баллона (слева) на холодную сторону (справа) и обратно. Работая в команде, два поршня гарантируют, что тепловая энергия многократно перемещается от источника к раковине и превращается в полезную механическую работу.

Подробнее

  1. Охлаждение и сжатие: большая часть газа (показана синим квадратом) находится справа на более холодном конце цилиндра.Когда он охлаждается и сжимается, отдавая часть тепла, которое отводится радиатором, оба поршня движутся внутрь (к центру).
  2. Перекачка и регенерация: поршень вытеснителя перемещается вправо, а охлажденный газ перемещается вокруг него в более горячую часть цилиндра слева. Объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор (теплообменник), чтобы собрать часть тепла, которое он ранее откладывал.
  3. Нагрев и расширение: большая часть газа (показана красными квадратами) теперь находится слева в горячем конце цилиндра.Он нагревается огнем (или другим источником тепла), поэтому его давление повышается и расширяется, поглощая энергию. Когда газ расширяется, он толкает рабочий поршень вправо, который приводит в движение маховик и любой двигатель, который работает. В этой части цикла двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию (и работает).
  4. Передача и охлаждение: поршень вытеснителя перемещается влево, а горячий газ перемещается вокруг него в более прохладную часть цилиндра справа. Объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор (теплообменник), отдавая часть своей энергии на пути.Цикл завершен и готов к повторению.

Несмотря на то, что двигатель проходит цикл, заканчивая тем же, где и начал, это не симметричный процесс: энергия постоянно отводится от источника и откладывается в раковине. Это происходит потому, что горячий газ делает определенный Объем работы над рабочим поршнем при его расширении, но поршень выполняет меньше работы, сжимая охлажденный газ и возвращая его на старт.

В теории

Теперь вы можете подумать: «Это все очень сложно! Зачем возиться с двумя поршнями, когда простой паровой двигатель может обойтись только с одним? Почему все эти отдельные этапы? Почему бы не сделать все проще?» Чтобы правильно ответить на эти вопросы, вам нужно понять теорию двигателей: эффективный двигатель перемещает газ через цикл процессов в соответствии с газовыми законами (основными законами классической физики, которые описывают, как давление, объем и температура газа). относятся к).Самый известный идеализированный цикл называется циклом Карно и включает в себя повторение цикла изотермического (постоянная температура) и адиабатического (сохраняющего тепло) расширения с последующим изотермическим и адиабатическим сжатием.

Двигатель Стирлинга использует другой цикл, который (в идеале) состоит из:

  1. Изотермическое (постоянная температура) сжатие: наша ступень (1) выше, где объем газа уменьшается, а давление увеличивается, поскольку он отдает тепло в раковину.
  2. Изоволюметрический (постоянный объем) нагрев: наша ступень (2) выше, в которой объем газа остается постоянным, когда он проходит через регенератор и восстанавливает часть своего предыдущего тепла.
  3. Изотермическое (постоянная температура) расширение: наша ступень (3) выше, в которой газ поглощает энергию от источника, его объем увеличивается, а его давление уменьшается, а температура остается постоянной.
  4. Изоволюметрическое (постоянный объем) охлаждение: наша ступень (4) выше, в которой объем газа остается постоянным, поскольку он проходит через регенератор и охлаждается.

Настоящий двигатель Стирлинга работает через более сложную, менее идеальную версию этого цикла, которая выходит за рамки данной статьи. Достаточно просто отметить, что четыре стадии не жестко разделены, а смешиваются друг с другом. Если вам интересно, в статье из Википедии о цикле Стирлинга есть гораздо больше об этом.

Некоторые альтернативные анимации

  • В Википедии есть еще одна анимация двигателя Стирлинга бета-типа (хотя красиво нарисовано, трудно следовать, потому что человек этапы не объясняются рядом).
  • MIT также имеет хорошую небольшую анимацию, но сопутствующее объяснение довольно минимально.
  • Лучший из множества: отличная анимация и объяснение на Анимированные двигатели, превосходный веб-сайт с множеством понятных и понятных страниц обо всех видах других движков, которые стоит изучить. Мне нравится, что все двигатели нарисованы в одинаковом, простом стиле, так что вы можете легко сравнить их.

Для чего можно использовать двигатели Стирлинга?

Фото: хотя инженеры пробовали приводить в движение автомобили с двигателями Стирлинга, эксперименты не были такими успешными.Двигателю Стирлинга требуется время, чтобы набрать скорость, и это не справляется с остановкой и пуском, что делает его менее подходящим для питания автомобиля чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Мы вряд ли увидим дальнейший прогресс в этом направлении: будущие автомобили с большей вероятностью будут приводиться в действие электродвигателями или топливными элементами. Фото любезно предоставлено NASA Glenn Research Center.

Двигатели Стирлинга работают лучше всего на машинах, которые нуждаются производить энергию постоянно, используя разницу между чем-то жарко и холодноОни идеально подходят для солнечных электростанций, где солнечное тепло играет на зеркале, которое действует как источник тепла, и высокоэффективные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые должны обеспечивать стабильные поставки электроэнергии. Недавно пионер Segway Дин Камен помог возродить интерес к двигателям Стирлинга используя их в качестве основы для компактного, домашнего электричества генератор, называемый маяком 10, примерно размер домашней стиральной машины.

В обычном двигателе Стирлинга вы помещаете тепло в горячий конец машины (источник тепла) и получить механическую работу и меньше тепла от другого, более холодного конца (радиатора).Как только Электродвигатели могут быть использованы в качестве генераторов в обратном направлении, так что вы можете поставить энергии в двигатель Стирлинга и эффективно запустить его назад отводят тепло от радиатора и отводят его на источник. Это превращает двигатель Стирлинга в «криокулер» - очень эффективное охлаждающее устройство. Охладители двигателя Стирлинга используются в сверхпроводимость и электронное исследование.

Преимущества и недостатки двигателей Стирлинга

Самым большим преимуществом двигателей Стирлинга является то, что они намного эффективнее паровых двигателей (в основном из-за замкнутый цикл и регенеративный теплообменник).У них нет котлы, которые могут взорваться, не нуждаются в запасах воды и не иметь сложную систему открытия и закрытия клапанов, которые пар Двигатели требуют. Это одна из причин, почему они намного тише, чем паровые машины, и, потому что они не обязательно включают сжигание топлива, могут быть намного чище. В отличие от паровых двигателей, которые обычно сжигают уголь для кипячения воды, двигатели Стирлинга могут работать от всех видов разные виды топлива.

С другой стороны, двигатели Стирлинга не запускаются мгновенно (это требуется время для прогрева важного теплообменника и маховика разогнаться до скорости), и они не так хорошо работают в режиме остановки и запуска (в отличие от внутреннего сгорания двигатели).Им также нужны большие радиаторы, которые могут отводить отработанное тепло, что делает их непригодными для некоторых приложений.

Кто изобрел двигатели Стирлинга?

Artwork: Эта иллюстрация оригинального двигателя Роберта Стирлинга (на основе его патента 1827 года) напоминает обычный паровой двигатель, но он более сложный. Два больших чугунные «воздушные сосуды» слева горячие внизу и холодные вверху (источник тепла и радиатор) и поршни вытеснителя перемещаются вперед и назад внутри них.Сзади можно увидеть рабочий поршень и маховик. Произведение из истории и развития парового двигателя Галлоуэя и Хеберта. Томас Келли, 1832, с667.

Неудивительно, что Стерлинг двигатели были изобретены шотландским священнослужителем по имени Роберт Стерлинг, в 1816 году. Он надеялся сделать двигатель более безопасным и более эффективнее, чем паровые двигатели, которые были разработаны около века назад Томасом Ньюкоменом (а затем улучшил Джеймсом Уаттом и др.) Подъем внутреннего сгорания (бензиновые и дизельные двигатели) увидел Двигатели Стирлинга на обочине, хотя они были заново открыты Компания Philips в середине 20 века.Совсем недавно они стать популярным на солнечных электростанциях и других формах возобновляемых источников энергии энергия, где их высокая эффективность ценится. Технология получил еще один импульс в 1980-х годах, когда Иво Колин из университета Загреба и Джеймс Сенфт из университета Висконсина разработали новый, очень компактный дизайн двигателя Стирлинга, который может производить мощность только с небольшими различиями между источник тепла и раковина.

Узнать больше

На этом сайте

статей

Книги

Двигатели Стирлинга
Термодинамика двигателя
  • Двигатели: Введение Джона Лиска Ламли.Издательство Кембриджского университета, 1999. Хотя это касается двигателей внутреннего сгорания, оно будет интересно, если вы ищете термодинамический подход к анализу двигателей.
  • "Термодинамика для чайников" Майка Паукена. Джон Вили и сыновья. Простое введение в теорию термодинамики и ее практическое применение в таких вещах, как двигатели.

Видео

  • Пример двигателя Стирлинга: 2-минутная демонстрация настоящего двигателя Стирлинга бета-типа, подобного показанному в моей анимации выше.
  • Двигатель Стирлинга: разбирает один: Дэн Рохас разбирает двигатель Стирлинга и показывает вам различные детали внутри. Это видео имеет еще больше смысла, когда вы понимаете теорию двигателей Стирлинга.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты.

Статьи с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным наказаниям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Следуйте за нами

Поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать об этом друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012) Двигатели Стирлинга. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-stirling-engines-work.html. [Доступ (Введите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте...

,

Двигатель Стирлинга дискового типа - как работают двигатели Стирлинга

Вместо двух поршней двигатель типа вытеснителя имеет один поршень и вытеснитель. Мотор служит для контроля, когда газовая камера нагревается и когда она охлаждается. Этот тип двигателя Стирлинга иногда используется на демонстрациях в классе. Вы даже можете купить комплект, чтобы собрать его самостоятельно!

Этот контент не совместим с этим устройством.

Для работы вышеуказанного двигателя требуется разница температуры между верхом и низом большого цилиндра.В этом случае разницы между температурой вашей руки и воздухом вокруг нее достаточно для запуска двигателя.

На рисунке на этой странице вы видите два поршня:

  1. Силовой поршень - это меньший поршень в верхней части двигателя. Это плотно закрытый поршень, который движется вверх по мере расширения газа внутри двигателя.
  2. смещатель - это большой поршень на чертеже.Этот поршень очень свободно сидит в своем цилиндре, поэтому воздух может легко перемещаться между нагретой и охлаждаемой частями двигателя, когда поршень движется вверх и вниз.

Поплавок перемещается вверх и вниз, чтобы контролировать, нагревается или охлаждается газ в двигателе. Есть две позиции:

  • Когда вытеснитель находится вблизи вершины большого цилиндра, большая часть газа внутри двигателя нагревается источником тепла и расширяется. Внутри двигателя создается давление, заставляющее силовой поршень подниматься вверх.
  • Когда вытеснитель находится рядом с днищем большого цилиндра, большая часть газа внутри двигателя охлаждается и сжимается. Это приводит к падению давления, облегчая движение силового поршня и сжатие газа.

Двигатель многократно нагревает и охлаждает газ, извлекая энергию из расширения и сжатия газа.

Далее рассмотрим двухпоршневой двигатель Стирлинга.

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.