svahy 

Jak vyrobit Stirlingův motor doma? Který Stirlingův motor má nejlepší konstrukci pro maximální efektivitu výroby vlastního Stirlingova motoru

Nahradila jiné typy elektráren, nicméně práce směřující k opuštění používání těchto bloků naznačují brzkou změnu na vedoucích pozicích.

Od počátku technologického pokroku, kdy se teprve začínalo používat motory spalující palivo uvnitř, nebyla jejich převaha zřejmá. Parní stroj, jako konkurent obsahuje spoustu výhod: spolu s trakčními parametry je tichý, všežravý, snadno se ovládá a konfiguruje. Ale lehkost, spolehlivost a účinnost umožnily spalovacímu motoru převzít páru.

Dnes jsou v popředí otázky ekologie, ekonomiky a bezpečnosti. To nutí inženýry vrhnout své síly na sériové jednotky pracující na obnovitelné zdroje paliva. V roce 16 devatenáctého století zaregistroval Robert Stirling motor poháněný externími zdroji tepla. Inženýři věří, že tato jednotka je schopna změnit moderního vůdce. Stirlingův motor kombinuje účinnost, spolehlivost, tichý chod, na jakékoli palivo, to z produktu dělá hráče na automobilovém trhu.

Robert Stirling (1790-1878):

Historie Stirlingova motoru

Původně byla instalace vyvinuta s cílem nahradit parní stroj. Kotle parních mechanismů explodovaly, když tlak překročil povolené normy. Z tohoto pohledu je Stirling mnohem bezpečnější, funguje s použitím teplotního rozdílu.

Principem činnosti Stirlingova motoru je střídavě přivádět nebo odvádět teplo z látky, na které se pracuje. Samotná látka je uzavřena v uzavřeném objemu. Roli pracovní látky plní plyny nebo kapaliny. Existují látky, které plní roli dvou složek, plyn se přeměňuje na kapalinu a naopak. Stirlingův motor s kapalinovými písty má: malé rozměry, výkonný, generuje vysoký tlak.

Pokles a zvětšení objemu plynu při ochlazování, respektive ohřevu, potvrzuje zákon termodynamiky, podle kterého všechny složky: stupeň ohřevu, množství prostoru, který látka zabírá, síla působící na jednotku plochy , jsou příbuzné a popsané vzorcem:

P*V=n*R*T

  • P je síla plynu v motoru na jednotku plochy;
  • V je kvantitativní hodnota obsazená plynem v prostoru motoru;
  • n je molární množství plynu v motoru;
  • R je plynová konstanta;
  • T je stupeň zahřátí plynu v motoru K,

Model Stirlingova motoru:


Vzhledem k nenáročnosti instalací jsou motory rozděleny na: tuhá paliva, kapalná paliva, solární energie, chemická reakce a další druhy ohřevu.

Cyklus

Stirlingův spalovací motor využívá stejnojmenný soubor jevů. Efekt probíhajícího působení v mechanismu je vysoký. Díky tomu je možné v běžných rozměrech navrhnout motor s dobrými vlastnostmi.

Je třeba vzít v úvahu, že konstrukce mechanismu počítá s ohřívačem, lednicí a regenerátorem, zařízením pro odebírání tepla z látky a vracení tepla ve správný čas.

Ideální Stirlingův cyklus (diagram "teplota-objem"):

Ideální kruhové jevy:

  • 1-2 Změna lineárních rozměrů látky s konstantní teplotou;
  • 2-3 Odvod tepla z látky do tepelného výměníku, prostor, který látka zabírá, je konstantní;
  • 3-4 Nucené zmenšení prostoru, který látka zabírá, teplota je konstantní, teplo se odvádí do chladiče;
  • 4-1 Nucené zvýšení teploty látky, obsazený prostor je konstantní, teplo je dodáváno z výměníku tepla.

Ideální Stirlingův cyklus (diagram tlak-objem):

Z výpočtu (mol) látky:

Tepelný příkon:

Teplo přijaté chladičem:

Tepelný výměník přijímá teplo (proces 2-3), tepelný výměník teplo odevzdává (proces 4-1):

R – Univerzální plynová konstanta;

CV - schopnost ideálního plynu udržet teplo při konstantním množství zabraného prostoru.

Díky použití regenerátoru zůstává část tepla jako energie mechanismu, která se při procházejících kruhových jevech nemění. Chladnička přijímá méně tepla, takže výměník tepla šetří teplo ohřívače. To zvyšuje efektivitu instalace.

Účinnost kruhového jevu:

ɳ =

Je pozoruhodné, že bez výměníku tepla je soubor Stirlingových procesů proveditelný, ale jeho účinnost bude mnohem nižší. Spuštění sady procesů zpětně vede k popisu chladicího mechanismu. V tomto případě je přítomnost regenerátoru povinnou podmínkou, protože při průchodu (3-2) není možné ohřát látku z chladiče, jehož teplota je mnohem nižší. Rovněž není možné předat teplo ohřívači (1-4), jehož teplota je vyšší.

Princip motoru

Abychom pochopili, jak Stirlingův motor funguje, podívejme se na zařízení a frekvenci jevů jednotky. Mechanismus přeměňuje teplo přijaté z ohřívače umístěného vně výrobku na sílu působící na tělo. Celý proces probíhá díky rozdílu teplot v pracovní látce, která je v uzavřeném okruhu.


Princip fungování mechanismu je založen na expanzi vlivem tepla. Bezprostředně před expanzí se látka v uzavřeném okruhu zahřeje. V souladu s tím se látka před lisováním ochladí. Samotný válec (1) je zabalen do vodního pláště (3), teplo je přiváděno do dna. Píst, který vykonává práci (4), je umístěn v objímce a utěsněn kroužky. Mezi pístem a dnem je posuvný mechanismus (2), který má značné mezery a volně se pohybuje. Látka v uzavřeném okruhu se pohybuje objemem komory díky vytlačovači. Pohyb hmoty je omezen na dva směry: dno pístu, dno válce. Pohyb přestavníku zajišťuje táhlo (5), které prochází pístem a je ovládáno excentrem o 90° se zpožděním oproti pohonu pístu.

  • Pozice "A":

Píst je umístěn v nejnižší poloze, látka je ochlazována stěnami.

  • Pozice "B":

Vytlačovač zaujímá horní polohu, pohybuje se, propouští látku přes koncové štěrbiny dolů a ochlazuje se. Píst je nehybný.

  • Pozice "C":

Látka přijímá teplo, působením tepla zvětšuje svůj objem a zvedá expandér s pístem nahoru. Práce je hotová, po které vytlačovač klesá ke dnu, vytlačuje látku a ochlazuje.

  • Pozice "D":

Píst jde dolů, stlačuje ochlazenou látku, užitečná práce. Setrvačník v konstrukci slouží jako akumulátor energie.

Uvažovaný model je bez regenerátoru, takže účinnost mechanismu není vysoká. Teplo látky po práci je odváděno do chladicí kapaliny pomocí stěn. Teplota nestihne klesnout o požadovanou hodnotu, proto se prodlužuje doba chlazení, otáčky motoru jsou nízké.

Typy motorů

Strukturálně existuje několik možností využívajících Stirlingův princip, hlavní typy jsou:


Konstrukce využívá dva různé písty umístěné v různých obrysech. První okruh slouží k vytápění, druhý okruh slouží k chlazení. V souladu s tím má každý píst svůj vlastní regenerátor (horký a studený). Zařízení má dobrý poměr výkonu a hlasitosti. Nevýhodou je, že teplota horkého regenerátoru způsobuje konstrukční potíže.

  • Motor "β - Stirling":


Konstrukce využívá jednu uzavřenou smyčku, s různé teploty na koncích (studené, horké). V dutině je umístěn píst s přetlačovačem. Vytlačovač rozděluje prostor na studenou a horkou zónu. K výměně chladu a tepla dochází čerpáním látky přes výměník tepla. Konstrukčně je tepelný výměník vyroben ve dvou verzích: externí, kombinovaný s vytlačovačem.

  • Motor "γ - Stirling":


Pístový mechanismus umožňuje použití dvou uzavřených okruhů: studeného a s přepouštěčem. Napájení je odebíráno ze studeného pístu. Výtlačný píst je na jedné straně horký a na druhé studený. Výměník tepla je umístěn uvnitř i vně konstrukce.

Některé elektrárny nejsou podobné hlavním typům motorů:

  • Rotační Stirlingův motor.


Konstrukčně je vynález se dvěma rotory na hřídeli. Díl vykonává rotační pohyby v uzavřeném prostoru válcového tvaru. Byl stanoven synergický přístup k realizaci cyklu. Tělo obsahuje radiální drážky. Do vybrání se vkládají čepele s určitým profilem. Desky jsou umístěny na rotoru a mohou se pohybovat podél osy, když se mechanismus otáčí. Všechny detaily vytvářejí proměnlivé objemy s jevy, které se v nich odehrávají. Objemy různých rotorů jsou propojeny kanály. Uspořádání kanálů je vzájemně posunuto o 90°. Posun rotorů vůči sobě je 180°.

  • Termoakustický Stirlingův motor.


Motor využívá k provádění procesů akustickou rezonanci. Princip je založen na pohybu hmoty mezi horkou a studenou dutinou. Obvod snižuje počet pohyblivých částí, obtížnost odebrání přijímaného výkonu a udržení rezonance. Konstrukce odkazuje na typ motoru s volnými písty.

DIY Stirlingův motor

Dnes poměrně často v internetovém obchodě najdete suvenýry vyrobené ve formě příslušného motoru. Strukturálně a technologicky jsou mechanismy poměrně jednoduché, v případě potřeby lze Stirlingův motor snadno postavit vlastními rukama z improvizovaných prostředků. Na internetu najdete velké množství materiálů: videa, výkresy, výpočty a další informace k tomuto tématu.

Nízkoteplotní Stirlingův motor:


  • Zvažte nejjednodušší verzi vlnového motoru, která vyžaduje cín, měkká polyuretanová pěna, disk, šrouby a kancelářské sponky. Všechny tyto materiály lze snadno najít doma, zbývá provést následující kroky:
  • Vezměte měkkou polyuretanovou pěnu, vyřízněte kruh o dva milimetry menší, než je vnitřní průměr plechovky. Výška pěny je o dva milimetry více než polovina výšky plechovky. Pěnová pryž hraje roli vytlačovače v motoru;
  • Vezměte víčko zavařovací sklenice, udělejte uprostřed otvor o průměru dva milimetry. K otvoru připájejte dutou tyč, která bude sloužit jako vodítko pro ojnici motoru;
  • Vezměte kruh vyříznutý z pěny, vložte šroub do středu kruhu a zajistěte jej na obou stranách. Připájejte předem narovnanou kancelářskou sponku k podložce;
  • Dva centimetry od středu vyvrtejte otvor o průměru tři milimetry, provlékněte vytlačovač středovým otvorem víka, víčko připájejte ke sklenici;
  • Z cínu vyrobte váleček o průměru jeden a půl centimetru, připájejte jej k víčku plechovky tak, aby boční otvor víka byl zřetelně vystředěn uvnitř válce motoru;
  • Vyrobte klikový hřídel motoru z kancelářské sponky. Výpočet se provádí tak, že rozteč kolen je 90 °;
  • Udělejte stojan pro klikový hřídel motoru. Z plastové fólie vytvořte elastickou membránu, nasaďte fólii na válec, protlačte ji, zafixujte;


  • Vyrobte si ojnici motoru sami, ohněte jeden konec narovnaného výrobku do tvaru kruhu, druhý konec vložte do kusu gumy. Délka se nastavuje tak, že v nejnižším bodě hřídele je membrána stažena, v krajním horním bodě je membrána maximálně vysunuta. Stejným způsobem nastavte druhou ojnici;
  • Ojnici motoru přilepte gumovou špičkou k membráně. Namontujte ojnici bez pryžového hrotu na přestavovač;
  • Na klikový mechanismus motoru nasaďte setrvačník z disku. Připevněte k dóze nohy, abyste produkt nedrželi v rukou. Výška nožiček umožňuje umístit svíčku pod zavařovací sklenici.

Poté, co se nám doma podařilo vyrobit Stirlingův motor, je motor nastartován. K tomu se pod sklenici umístí zapálená svíčka a po zahřátí sklenice dávají impuls setrvačníku.


Uvažovanou možnost instalace lze rychle sestavit doma jako vizuální pomůcku. Pokud si stanovíte cíl a toužíte, aby se Stirlingův motor co nejvíce přiblížil továrním protějškům, in volný přístup Jsou tam nákresy všech detailů. Procházení každý uzel vám umožní vytvořit pracovní rozložení, které není horší než komerční verze.

Výhody

Stirlingův motor má následující výhody:

  • Pro chod motoru je nutný teplotní rozdíl, které palivo způsobuje zahřívání není důležité;
  • Není třeba používat nástavce a pomocná zařízení, konstrukce motoru je jednoduchá a spolehlivá;
  • Zdroj motoru je díky konstrukčním prvkům 100 000 hodin provozu;
  • Provoz motoru nevytváří cizí hluk, protože nedochází k detonaci;
  • Proces chodu motoru není provázen emisemi odpadních látek;
  • Provoz motoru je doprovázen minimálními vibracemi;
  • Procesy ve válcích závodu jsou šetrné k životnímu prostředí. Použití správného zdroje tepla udržuje motor čistý.

nevýhody

Mezi nevýhody Stirlingova motoru patří:

  • Je obtížné zavést hromadnou výrobu, protože konstrukce motoru vyžaduje použití velký počet materiály;
  • Vysoká hmotnost a velké rozměry motoru, protože pro účinné chlazení musí být použit velký chladič;
  • Pro zvýšení účinnosti je motor posílen pomocí komplexních látek (vodík, helium) jako pracovní kapaliny, což činí provoz jednotky nebezpečným;
  • Vysoká teplotní odolnost ocelových slitin a jejich tepelná vodivost komplikuje proces výroby motoru. Značné tepelné ztráty ve výměníku snižují účinnost agregátu a použití specifických materiálů zdražuje výrobu motoru;
  • K seřízení a přepnutí motoru z režimu do režimu je třeba použít speciální ovládací zařízení.

Používání

Stirlingův motor si našel své místo a aktivně se používá tam, kde jsou rozměry a všežravost důležitým kritériem:

  • Stirlingův motor-generátor.

Mechanismus pro přeměnu tepla na elektrickou energii. Často existují produkty používané jako přenosné turistické generátory, zařízení pro využití solární energie.

  • Motor je jako čerpadlo (elektrické).

Motor se používá pro instalaci do okruhu topné systémyúspora elektrické energie.

  • Motor je jako čerpadlo (topení).

V zemích s teplým klimatem se motor používá jako prostorové topení.

Stirlingův motor na ponorce:


  • Motor je jako čerpadlo (chladič).

Téměř všechny chladničky v jejich designu použití tepelná čerpadla Instalací Stirlingova motoru se ušetří zdroje.

  • Motor je jako čerpadlo, které vytváří extrémně nízké úrovně tepla.

Zařízení se používá jako lednička. K tomu je proces spuštěn v opačném směru. Jednotky zkapalňují plyn, chladí měřicí prvky v přesných mechanismech.

  • Podvodní motor.

Ponorky Švédska a Japonska fungují díky motoru.

Stirlingův motor jako solární zařízení:


  • Motor je jako baterie energie.

Palivo v takových jednotkách, sůl taje, motor se používá jako zdroj energie. Pokud jde o energetické rezervy, motor je napřed před chemickými prvky.

  • solární motor.

Přeměňte sluneční energii na elektřinu. Látkou je v tomto případě vodík nebo helium. Motor je umístěn v ohnisku maximální koncentrace sluneční energie, vytvořené pomocí parabolické antény.

Stirlingův motor je druh motoru, který začíná běžet na tepelnou energii. V tomto případě je zdroj energie zcela nedůležitý. Hlavní je něco změnit teplotní režim, v tomto případě bude takový motor fungovat. Nyní si rozebereme, jak můžete vytvořit model takového nízkoteplotního motoru z plechovky Coca-Coly.

Materiály a přípravky

Nyní budeme analyzovat, co potřebujeme k vytvoření motoru doma. Co potřebujeme vzít na stirling:

  • Balón.
  • Tři plechovky coly.
  • Speciální svorky, pět kusů (pro 5A).
  • Vsuvky pro upevnění paprsků jízdních kol (dvě věci).
  • Vata.
  • Kus ocelového drátu třicet cm dlouhý a 1 mm v průřezu.
  • Kus velkého ocelového nebo měděného drátu o průměru 1,6 až 2 mm.
  • Dřevěný špendlík o průměru dvacet mm (délka jeden cm).
  • Uzávěr láhve (plast).
  • Elektroinstalace (třicet cm).
  • Speciální lepidlo.
  • Vulkanizovaná pryž (asi 2 centimetry).
  • Vlasec (délka třicet cm).
  • Několik závaží pro vyvážení (například nikl).
  • CD (tři kusy).
  • Speciální tlačítka.
  • Plechovka pro vytvoření topeniště.
  • Tepelně odolný silikon a plechovka pro vodní chlazení.

Popis procesu tvorby

Fáze 1. Příprava sklenic.

Nejprve byste měli vzít 2 plechovky a odříznout je horní část. Pokud jsou vršky odříznuty nůžkami, bude nutné výsledné zářezy obrousit pilníkem.

Fáze 2. Výroba membrány.

Jako bránici můžete vzít balón, která by měla být vyztužena vulkanizovanou pryží. Míč musí být nakrájen a natažen na sklenici. Poté přilepte kousek speciální gumy na střední část membrány. Po vytvrzení lepidla, ve středu membrány vyrazíme otvor pro instalaci drátu. Nejjednodušší způsob, jak to udělat, je pomocí speciálního tlačítka, které lze ponechat v otvoru až do montáže.

Fáze 3. Řezání a vytváření otvorů ve víku.

Ve stěnách krytu musí být vytvořeny dva otvory po dvou mm, které jsou nutné pro instalaci osy otáčení pák. Ve spodní části víka je třeba udělat další otvor, projde jím drát, který se připojí k vytlačovačce.

Na poslední krok kryt musí být odříznut. To se provádí tak, aby se drát vytlačovače nezachytil o okraje krytu. Pro takovou práci si můžete vzít domácí nůžky.

Fáze 4. Vrtání.

Ve sklenici musíte vyvrtat dva otvory pro ložiska. V našem případě to bylo provedeno vrtákem 3,5 mm.

Fáze 5. Vytvoření pozorovacího okna.

Ve skříni motoru musí být vyříznuto speciální okno. Nyní bude možné pozorovat, jak fungují všechny uzly zařízení.

Fáze 6. Úprava terminálu.

Je nutné vzít svorky a odstranit z nich plastovou izolaci. Pak vezmeme vrtačku a uděláme průchozí otvory na okrajích svorek. Celkem je potřeba vyvrtat tři vývody. Nechte dva terminály nevyvrtané.

Fáze 7. Vytvoření pákového efektu.

Jako materiál pro výrobu pák se používá měděný drát, jehož průměr je pouze 1,88 mm. Jak přesně ohýbat pletací jehlice, stojí za to hledat na internetu. Můžete si vzít ocelový drát, jen s měděným drátem, je pohodlnější pracovat.

Etapa 8. Výroba ložisek.

K výrobě ložisek budete potřebovat dvě cyklistické vsuvky. Je třeba zkontrolovat průměr otvoru. Autor je provrtal vrtákem 2 mm.

Fáze 9. Montáž pák a ložisek.

Páky lze umístit přímo skrz průhled. Jeden konec drátu by měl být dlouhý, setrvačník na něm bude ležet. Ložiska by měla pevně sedět na správných místech. Pokud dojde k vůli, lze je přilepit.

Fáze 10. Výroba přestavníku.

Vytlačovač je vyroben z ocelové vlny pro leštění. Pro výrobu vytlačovače se vezme ocelový drát, na něm se vytvoří háček a poté se kolem drátu navine určité množství vaty. Vysouvač musí být stejně velký, aby se ve břehu pohyboval hladce. Celá výška přestavníku by neměla přesáhnout pět centimetrů.

Na konci z jedné strany bavlnky z drátu je potřeba udělat spirálku, aby nevycházela z vlny a na druhé straně z drátu uděláme smyčku. Poté na tuto smyčku navážeme vlasec, který bude následně přitahován přes centrální část bránice. Vulkanizovaná pryž by měla být uprostřed nádoby.

Krok 11. Výroba tlakové nádoby

Dno sklenice je nutné určitým způsobem odříznout tak, aby od jejího základu zůstalo asi 2,5 cm. Vytlačovač spolu s membránou je nutné přesunout do nádrže. Poté se celý tento mechanismus přenese na konec plechovky. Membránu je potřeba trochu dotáhnout. aby se neprohýbal.

Poté musíte vzít terminál, který nebyl vyvrtán, a protáhnout jím vlasec. Uzel musí být přilepen tak, aby se nehýbal. Drát je nutné mazat kvalitním olejem a zároveň dbát na to, aby za něj přesuvník snadno natáhl vlasec.

Fáze 12. Výroba tlačných tyčí.

Tyto speciální články spojují membránu a páky. Ten je vyroben z kusu měděného drátu dlouhého patnáct cm.

Fáze 13. Vytvoření a instalace setrvačníku

Pro výrobu setrvačníku bereme tři stará CD. Jako střed vezměte dřevěnou tyč. Po instalaci setrvačníku ohněte tyč klikového hřídele, takže setrvačník již nebude klesat.

V poslední fázi je celý mechanismus kompletně sestaven.

Posledním krokem je vytvoření ohniště

Dosáhli jsme tedy posledního kroku při tvorbě motoru.


Stirlingův motor je motor, který může běžet na tepelnou energii. V tomto případě není zdroj tepla absolutně důležitý. Hlavní věc je, že existuje teplotní rozdíl, v takovém případě bude tento motor fungovat. Autor přišel na to, jak vyrobit model takového motoru z plechovky od Coca-Coly.


Materiály a nástroje
- jeden balónek;
- 3 plechovky coly;
- elektrické svorky, pět kusů (pro 5A);
- vsuvky pro připevnění paprsků jízdních kol (2 kusy);
- kovová vlna;
- kus ocelového drátu 30 cm dlouhý a 1 mm v průřezu;
- kus silného drátu z oceli nebo mědi o průměru 1,6 až 2 mm;
- špendlík vyrobený ze dřeva o průměru 20 mm (délka 1 cm);
- uzávěr láhve (plast);
- elektrické vedení (30 cm);
- Super lepidlo;
- vulkanizovaná pryž (asi 2 centimetry čtvereční);
- vlasec (délka asi 30 cm);
- pár závaží pro vyvažování (například nikl);
- CD (3 kusy);
- připínáčky;
- další plechovka na výrobu topeniště;
- žáruvzdorný silikon a plechovka pro vytvoření vodního chlazení.


Krok první. Příprava sklenic
Nejprve musíte vzít dvě sklenice a odříznout jejich vršky. Pokud se vršky stříhají nůžkami, bude nutné výsledné zářezy zbrousit pilníkem.
Dále musíte odříznout dno nádoby. To lze provést nožem.







Krok dva. Vytvoření clony
Jako bránici autor použil balónek, který byl vyztužený vulkanizovanou pryží. Míč musí být odříznut a přetažen přes sklenici, jak je znázorněno na obrázku. Poté se do středu membrány přilepí kousek vulkanizované pryže. Po vytvrzení lepidla je ve středu membrány vyražen otvor pro instalaci drátu. Nejjednodušeji to uděláte špendlíkem, který lze nechat v otvoru až do montáže.






Krok tři. Řezání a vytváření otvorů ve víku
Ve stěnách krytu je třeba vyvrtat dva otvory po 2 mm, které jsou potřebné k instalaci osy otáčení pák. Ve spodní části víka je třeba vyvrtat další otvor, projde jím drát, který se připojí k vytlačovačce.

V konečné fázi musí být kryt řezán, jak je znázorněno na obrázku. To se provádí tak, aby se vytlačovací drát nepřilnul k okrajům krytu. Pro takovou práci jsou vhodné užitkové nůžky.




Krok čtyři. Vrtání
Ve sklenici musíte vyvrtat dva otvory pro ložiska. V tomto případě to bylo provedeno vrtákem 3,5 mm.


Krok pět. Vytvoření zobrazovacího okna
Do krytu motoru musí být vyříznuto průhledové okénko. Nyní bude možné sledovat, jak fungují všechny uzly zařízení.


Krok šest. Úprava terminálu
Musíte vzít svorky a odstranit z nich plastovou izolaci. Poté se odebere vrták a na okrajích svorek se vytvoří průchozí otvory. Celkem je potřeba vyvrtat 3 vývody, přičemž dvě by měly zůstat nevyvrtané.


Krok sedm. Vytváření pákového efektu
Jako materiál pro vytváření pák se používá měděný drát, jehož průměr je 1,88 mm. Jak přesně ohýbat pletací jehlice, je znázorněno na obrázcích. Můžete použít i ocelový drát, jen je příjemnější pracovat s měděným drátem.





Krok osm. Tvorba ložisek
K výrobě ložisek budete potřebovat dvě cyklistické vsuvky. Je třeba zkontrolovat průměr otvoru. Autor je provrtal vrtákem 2 mm.


Krok devět. Montáž pák a ložisek
Páky lze instalovat přímo přes průhledové okénko. Jeden konec drátu by měl být dlouhý, bude mít setrvačník. Ložiska musí být pevně na svém místě. Pokud dojde k vůli, lze je přilepit.


Krok deset. Vytvoření Displacer
Vytlačovač je vyroben z ocelové vlny pro leštění. Pro vytvoření vytlačovače se vezme ocelový drát, na něj se vytvoří háček a na drát se navine potřebné množství vaty. Posunovač musí být dostatečně velký, aby se mohl volně pohybovat v plechovce. Celková výška přestavníku by neměla přesáhnout 5 cm.

Z toho vyplývá, že na jedné straně vaty je potřeba vytvořit spirálku drátu, aby z vaty nevycházel, a na druhé straně je z drátu vytvořena smyčka. Dále se na tuto smyčku přiváže vlasec, který se následně protáhne středem bránice. Vulkanizovaná pryž by měla být uprostřed nádoby.








Krok 11 Vytvořte tlakovou nádrž
Dno sklenice je nutné odříznout tak, aby od jejího základu zůstalo asi 2,5 cm. Vytlačovač spolu s membránou musí být umístěn v nádrži. Poté je celý tento mechanismus instalován na konec plechovky. Membránu je potřeba trochu dotáhnout, aby se neprověsila.




Poté je třeba vzít koncovku, která nebyla vyvrtána, a protáhnout jím vlasec. Uzel musí být přilepen tak, aby se nehýbal. Drát musí být dobře namazán olejem a zároveň dbát na to, aby posunovač snadno táhl vlasec.
Krok 12 Vytvořte tlačné tyče
Membránu a páky spojují tlačné tyče. To se provádí kouskem měděného drátu o délce 15 cm.

Ve kterém se pracovní tekutina (plynná nebo kapalná) pohybuje v uzavřeném objemu, ve skutečnosti jde o jakýsi motor s vnějším spalováním. Tento mechanismus je založen na principu periodického ohřevu a chlazení pracovní tekutiny. K odběru energie dochází ze vznikajícího objemu pracovní tekutiny. Stirlingův motor pracuje nejen z energie spalování paliva, ale téměř z jakéhokoli zdroje.Tento mechanismus si nechal patentovat Skot Robert Stirling v roce 1816.

Popsaný mechanismus má i přes nízkou účinnost řadu výhod, především je to jednoduchost a nenáročnost. Díky tomu se mnoho amatérských konstruktérů pokouší sestavit Stirlingův motor vlastníma rukama. Někomu se to podaří a někomu ne.

V tomto článku budeme uvažovat o Stirlingovi vlastníma rukama z improvizovaných materiálů. Budeme potřebovat tyto přířezy a nářadí: plechovku (lze použít pod šproty), plech, kancelářské sponky, pěnovou gumu, tašku, nůžky na drát, kleště, nůžky, páječku,

Nyní se pustíme do montáže. Tady podrobné pokyny jak vyrobit Stirlingův motor vlastníma rukama. Nejprve je třeba sklenici umýt, okraje očistit brusným papírem. Z plechu vystřihneme kruh tak, aby ležel na vnitřních okrajích plechovky. Určíme střed (k tomu použijeme posuvné měřítko nebo pravítko), uděláme díru nůžkami. Dále si vezmeme měděný drát a kancelářskou sponku, kancelářskou sponku narovnáme, na konci uděláme kroužek. Na sponku namotáme drátek - čtyři pevné otáčky. Dále pájení výsledné spirály malé množství pájka. Poté je nutné spirálku opatrně připájet k otvoru v krytu tak, aby stopka byla kolmá na kryt. Kancelář by se měla volně pohybovat.

Poté je nutné ve víku vytvořit komunikační otvor. Vyrábíme vytlačovač z pěnové pryže. Jeho průměr by měl být o něco menší než průměr plechovky, ale neměla by tam být velká mezera. Výška vytlačovače je o něco více než polovina plechovky. Uprostřed pěnové pryže jsme vyřízli otvor pro rukáv, který může být vyroben z pryže nebo korku. Tyč vložíme do vzniklé objímky a vše přilepíme. Posunovač musí být umístěn rovnoběžně s krytem, ​​to je důležitá podmínka. Dále zbývá zavřít sklenici a připájet okraje. Šev musí být utěsněn. Nyní přistoupíme k výrobě pracovního válce. K tomu vystřihněte z plechu pásek o délce 60 mm a šířce 25 mm, okraj ohněte kleštěmi o 2 mm. Vytvarujeme objímku, poté připájeme okraj, poté je nutné objímku připájet ke krytu (nad otvorem).

Nyní můžete začít vyrábět membránu. Chcete-li to provést, odřízněte kus filmu z obalu, trochu jej zatlačte prstem dovnitř, okraje zatlačte elastickým pásem. Dále je třeba zkontrolovat správnost montáže. Dno plechovky zahřejeme na ohni, zatáhneme za stopku. V důsledku toho by se membrána měla ohnout směrem ven, a pokud je tyč uvolněna, vytlačovač by se měl vlastní vahou spustit dolů, respektive membrána se vrátí na své místo. V případě, že je vytlačovač vyroben špatně nebo pájení plechovky není těsné, tyč se nevrátí na své místo. Poté vyrobíme klikový hřídel a hřebeny (rozteč klik by měla být 90 stupňů). Výška klik by měla být 7 mm a přesuvníků 5 mm. Délka ojnic je dána polohou klikového hřídele. Konec kliky se zasune do korku. Takže jsme se podívali na to, jak sestavit Stirlingův motor vlastníma rukama.

Takový mechanismus bude fungovat z obyčejné svíčky. Pokud k setrvačníku připevníte magnety a vezmete cívku akvarijního kompresoru, může takové zařízení nahradit jednoduchý elektromotor. S vlastními rukama, jak vidíte, není výroba takového zařízení vůbec obtížná. Byla by touha.

Moderní automobilový průmysl dosáhl úrovně rozvoje, ve které bez zásadních vědecký výzkum je téměř nemožné dosáhnout dramatických zlepšení v konstrukci tradičních spalovacích motorů. Tato situace nutí designéry věnovat pozornost alternativní návrhy elektráren. Některá inženýrská centra se zaměřila na tvorbu a úpravu hybridních a elektrických modelů pro sériovou výrobu, jiné automobilky investují do vývoje motorů poháněných obnovitelnými zdroji (například bionafta s řepkovým olejem). Existují další projekty pohonných jednotek, které se v budoucnu mohou stát novým standardním pohonem Vozidlo.

Mezi možné zdroje mechanické energie pro automobily budoucnosti patří motor s vnějším spalováním, který vynalezl v polovině 19. století Skot Robert Stirling jako stroj na tepelnou expanzi.

Schéma práce

Stirlingův motor konvertuje Termální energie, dodávané zvenčí, do užitečné mechanická práce za cenu změny teploty pracovní tekutiny(plyn nebo kapalina) cirkulující v uzavřeném objemu.

Obecně je schéma činnosti zařízení následující: ve spodní části motoru se pracovní látka (například vzduch) ohřívá a při zvětšování objemu tlačí píst nahoru. Horký vzduch proniká do horní části motoru, kde je chlazen chladičem. Sníží se tlak pracovní tekutiny, píst se sníží pro další cyklus. V tomto případě je systém utěsněn a pracovní látka se nespotřebovává, ale pouze se pohybuje uvnitř válce.

Existuje několik možností konstrukce pohonných jednotek využívajících Stirlingův princip.

Stirlingova modifikace "Alpha"

Motor se skládá ze dvou samostatných výkonových pístů (horký a studený), z nichž každý je umístěn ve vlastním válci. Teplo je dodáváno do válce s horkým pístem a studený válec je umístěn v chladicím výměníku tepla.

Stirlingova modifikace "Beta"

Válec obsahující píst je na jedné straně ohříván a na druhé ochlazen. Ve válci se pohybuje silový píst a přetlačovač, určený ke změně objemu pracovního plynu. Zpětný pohyb ochlazené pracovní látky do horké dutiny motoru vykonává regenerátor.

Stirlingova modifikace "Gamma"

Konstrukce se skládá ze dvou válců. První je zcela studený, ve kterém se pohybuje hnací píst, a druhý, na jedné straně horký a na druhé studený, slouží k pohybu přetlačovače. Regenerátor pro cirkulaci studeného plynu může být společný pro oba válce nebo může být součástí konstrukce vytlačovače.

Výhody Stirlingova motoru

Jako většina motorů s vnějším spalováním je Stirling neodmyslitelný vícepalivové: motor běží na rozdíl teplot, bez ohledu na důvody, které to způsobily.

Zajímavý fakt! Jednou bylo předvedeno zařízení, které fungovalo s dvaceti variantami paliva. Bez zastavení motoru benzín, nafta, metan, ropa a rostlinný olej- pohonná jednotka pokračovala v plynulé práci.

Motor má jednoduchost designu a nevyžaduje další systémy a přílohy(rozvod, startér, převodovka).

Vlastnosti zařízení zaručují dlouhou životnost: více než sto tisíc hodin nepřetržitého provozu.

Stirlingův motor je tichý, protože ve válcích nedochází k detonaci a není potřeba odstraňovat výfukové plyny. Modifikace "Beta", vybavená kosočtvercovým klikovým mechanismem, je dokonale vyvážený systém, který během provozu nemá vibrace.

Ve válcích motoru nejsou žádné procesy, které by mohly mít negativní vliv na životní prostředí. Výběrem vhodného zdroje tepla (např. solární energie) může být Stirling absolutně přátelský k životnímu prostředí pohonná jednotka.

Nevýhody Stirlingova designu

Se vším všudy pozitivní vlastnosti okamžité hromadné použití Stirlingových motorů je nemožné z následujících důvodů:

Hlavní problém spočívá ve spotřebě materiálu konstrukce. Chlazení pracovní tekutiny vyžaduje přítomnost velkoobjemových radiátorů, což výrazně zvyšuje velikost a spotřebu kovu instalace.

Současná technologická úroveň umožní Stirlingovu motoru výkonově se srovnávat s moderními benzinovými motory pouze díky použití složitých typů pracovních kapalin (helium nebo vodík) pod tlakem více než sto atmosfér. Tato skutečnost vyvolává vážné otázky jak v oblasti materiálové vědy, tak v oblasti bezpečnosti uživatelů.

Důležitý provozní problém souvisí s problematikou tepelné vodivosti a teplotní odolnosti kovů. Teplo je dodáváno do pracovního objemu přes výměníky tepla, což vede k nevyhnutelným ztrátám. Kromě toho musí být výměník tepla vyroben z žáruvzdorné kovy odolný vůči vysoký tlak. Vhodné materiály velmi drahé a obtížně zpracovatelné.

Principy změny režimů Stirlingova motoru se také zásadně liší od tradičních, což vyžaduje vývoj speciálních řídicích zařízení. Pro změnu výkonu je tedy nutné změnit tlak ve válcích, fázový úhel mezi přetlačovačem a hnacím pístem nebo ovlivnit kapacitu dutiny pracovní kapalinou.

Jeden způsob ovládání otáček hřídele u modelu Stirlingova motoru je vidět v následujícím videu:

Účinnost

V teoretických výpočtech závisí účinnost Stirlingova motoru na teplotním rozdílu pracovní tekutiny a může dosáhnout 70 % i více v souladu s Carnotovým cyklem.

První vzorky vyrobené z kovu však měly extrémně nízkou účinnost z následujících důvodů:

  • neefektivní možnosti chlazení (pracovní kapaliny), omez maximální teplota topení;
  • ztráty energie v důsledku tření součástí a tepelné vodivosti skříně motoru;
  • nedostatek konstrukčních materiálů odolných vůči vysokému tlaku.

Technická řešení neustále zdokonalovala konstrukci pohonné jednotky. Takže ve druhé polovině 20. století čtyřválcový automobil Stirlingův motor s kosočtvercovým pohonem vykázal v testech účinnost rovnou 35 %. na vodní chladicí kapalině o teplotě 55 °C. Pečlivé prostudování konstrukce, použití nových materiálů a doladění pracovních jednotek zajistilo účinnost experimentálních vzorků na 39 %.

Poznámka! Moderní benzínové motory podobného výkonu mají účinnost 28-30% a přeplňované dieselové motory v rozmezí 32-35%.

Moderní příklady Stirlingova motoru, jako je ten, který vyrobila americká společnost Mechanical Technology Inc., vykazují účinnost až 43,5 %. A s rozvojem výroby žáruvzdorné keramiky a podobných inovativních materiálů bude možné výrazně zvýšit teplotu pracovního prostředí a dosáhnout účinnosti 60 %.

Příklady úspěšné implementace automobilových Stirlingů

Přes všechny obtíže existuje mnoho funkčních modelů Stirlingova motoru použitelných pro automobilový průmysl.

Zájem o Stirling, vhodný pro instalaci do automobilu, se objevil v 50. letech XX. Práce v tomto směru prováděly takové koncerny jako Ford Motor Company, Volkswagen Group a další.

UNITED STIRLING (Švédsko) vyvinul Stirling, který maximálně využíval sériové komponenty a sestavy vyráběné automobilkami (klikové hřídele, ojnice). Výsledný čtyřválcový motor ve tvaru V měl specifickou hmotnost 2,4 kg/kW, což je srovnatelné s charakteristikou kompaktního vznětového motoru. Tento agregát byl úspěšně testován jako elektrárna pro sedmitunovou nákladní dodávku.

Jedním z úspěšných příkladů je čtyřválcový Stirlingův motor holandského sériového modelu „Philips 4-125DA“, určený k instalaci na auto. Motor měl pracovní výkon 173 litrů. s. v rozměrech podobných klasickému benzínovému agregátu.

Inženýři General Motors dosáhli významných výsledků tím, že v 70. letech postavili osmiválcový (4 pracovní a 4 kompresní válce) Stirlingův motor ve tvaru V se standardním klikovým mechanismem.

Podobná elektrárna v roce 1972 vybavena limitovanou sérií vozů Ford Torino, jehož spotřeba paliva se oproti klasické benzinové osmičce ve tvaru V snížila o 25 %.

V současné době pracuje více než padesát zahraničních firem na vylepšení konstrukce Stirlingova motoru s cílem přizpůsobit jej sériové výrobě pro potřeby automobilového průmyslu. A pokud je možné odstranit nedostatky tohoto typu motoru při zachování jeho předností, pak je to právě Stirling, a nikoli turbíny a elektromotory, které nahradí benzinové spalovací motory.