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.
Товары для изобретателей Ссылка на магазин.
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.
Электроника для самоделок в китайском магазине.
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.
Что такое двигатель Стирлинга?
Можем ли мы создать двигатель, который преодолеет эти проблемы? Предположим, мы избавимся от котла (что позволит устранить риск взрыва) и используем тепло от огня для непосредственного питания двигателя. Тогда, вместо того чтобы использовать пар для перемещения тепловой энергии от огня к цилиндру, почему бы не поставить цилиндр ближе к огню и использовать обычный воздух (или какой-то другой простой газ, например водород или гелий) для перемещения тепловой энергии между ними?
Если мы запечатаем этот воздух в закрытой трубе, так что один и тот же воздух движется туда и обратно снова и снова, собирая энергию от огня и выпуская ее в цилиндр, мы решим проблему двигателя, нуждающегося в постоянной подаче воды. Наконец, почему бы не добавить какой-нибудь теплообменник, чтобы при прохождении горячего воздуха взад и вперед его энергия удерживалась внутри машины и перерабатывалась для повышения общей эффективности.
Это основные способы, которыми двигатель Стирлинга улучшает работу паровой машины. Иногда вы можете увидеть двигатели Стирлинга, описанные как “замкнутые, регенеративные тепловые двигатели”, что является очень кратким способом сказать то, что мы только что сказали: замкнутый цикл означает, что они используют герметичный объем газа для перемещения тепла вперед и назад, снова и снова, через серию бесконечно повторяющихся шагов; регенеративный просто означает, что они используют теплообменники, чтобы сохранить часть тепла, которое в противном случае было бы потеряно на каждом цикле (бесполезно раздувается дымовая труба, как это происходит в паровом двигателе).
Конструкция двигателя Стирлинга
Агрегаты бывают разных форм, большинство из которых — варианты четырёх базовых конфигураций, главные их части следующие:
- Источник тепла. Он может быть любой: от огня, производимого горящим углем или дровами, до солнечной света, концентрируемого гелиостатами, поскольку фактическое сгорание топлива не нужно, используется только разница температур между радиатором и источником тепла.
- Газ, или рабочее тело, постоянно находится в закрытом баллоне внутри машины. Это может быть гелий, обычных воздух, водород, а также любое другое доступное вещество, которое не меняет своей формы при нагреве и охлаждении. Его основная задача — передать тепловую энергию.
- Радиатор. Нужен для охлаждения горячего газа.
- Поршни и цилиндры, между которыми движутся газовые заслонки, которые при нагреве расширяются, а при охлаждении сжимаются перед тем, как весь цикл повторится.
- Теплообменник, или регенератор. Расположен между радиатором и тепловым источником. Нагретый газ, проходя мимо, отдаёт часть своего тепла, а возвращаясь забирает его. Без этого узла тепло будет уходить, то есть тратиться впустую.
История
Двигатель Стирлинга — это тепловая машина, которая была изобретена в начале девятнадцатого века. Автором, как понятно, был некий Стирлинг по имени Роберт, священник из Шотландии. Устройство представляет собой двигатель внешнего сгорания, где тело движется в замкнутой емкости, постоянно меняя свою температуру.
Из-за распространения другого вида мотора о нем почти забыли. Тем не менее, благодаря своим преимуществам, сегодня двигатель Стирлинга (своими руками многие любители сооружают его дома) снова возвращается.
Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что энергия тепла приходит извне, а не вырабатывается в самом двигателе, как в ДВС.
Как и почему работает двигатель Стирлинга
Двигатели насыщали наш мир со времен промышленной революции: сначала грязные угольные паровые двигатели, 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 — не изменилась за пару сотен лет, хотя иногда люди все еще придумывают небольшие улучшения, которые делают процесс немного быстрее или эффективнее.
Один двигатель, о котором вы, возможно, много слышали в последнее время (и хотели его построить) – это двигатель Стирлинга, который немного похож на паровой двигатель, однако он совсем не использует пар! Вместо этого он нагревает, охлаждает и перерабатывает один и тот же воздух или газ снова и снова, чтобы получить полезную мощность, которая способна управлять машиной. Объединившись с солнечной энергией и другими новыми технологиями, двигатели Стирлинга звучат как передовые технологии, но на самом деле они существуют с 1816 года. Давайте поближе посмотрим, как они работают!
Настольная рабочая модель двигателя Стирлинга
Двигатели, приводящие в движение транспортные средства или заводские машины, являются примерами того, что ученые называют тепловыми двигателями. Они сжигают богатое энергией топливо (уголь, бензин или что-то еще), чтобы высвободить тепловую энергию, которая используется для расширения и охлаждения газа, толкания поршня, поворота колеса и привода машины.
Двигатели бывают двух основных типов:
- двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) сжигают топливо в одном месте и производят энергию в другой части той же машины;
- двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели) сжигают топливо и производят мощность в одном и том же месте (в автомобиле все это происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах).
Оба типа двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем остывать. Чем больше разница температур (между самым горячим и самым холодным газом), тем лучше работает двигатель. Теория того, как работает двигатель, основана на разделе физики, который называется термодинамика (буквально “как движется тепло”) и на теоретической модели того, как идеальные двигатели расширяют, сжимают, нагревают и охлаждают газ в серии шагов, называемых циклом.
Прежде, чем мы сможем узнать, что же такого хорошего в двигателях Стирлинга, нам будет полезно узнать, что такого плохого в паровых двигателях. Как они работают? У вас есть угольный костер, который нагревает воду до тех пор, пока она не закипит и не превратится в пар. Пар проходит по трубе в цилиндр через открытый входной клапан, где он толкает поршень и приводит в движение колесо. Затем входной клапан закрывается, и открывается выходной клапан. Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и дальше вверх по дымовой трубе (дымоходу). Об этом мы позже поговорим более подробно, однако принцип работы интуитивно можно понять уже сейчас.
Паровые двигатели, такие как у этого Локомотива, являются примерами двигателей внешнего сгорания.
Огонь, который и создаёт теплоту, пламя и является источником энергии (1), находится снаружи (вне) цилиндра, где 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 выбрасываются из дымовой трубы (7), что делает этот способ особенно неэффективным и неудобным для питания движущейся машины.
Есть много проблем с паровыми двигателями, но вот четыре из них – наиболее очевидных.
Во-первых, котел, который производит пар, работает под высоким давлением, и существует риск, что он может взорваться (взрывы котлов были серьезной проблемой с очень ранними паровыми двигателями).
Взрыв парового котла паровоза
Во-вторых, котел обычно находится на некотором расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется по пути. Температура внутри кабины машиниста была как в бане – доходила до 100 градусов. Всё это тепло расходовалось, по сути, впустую.
В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще достаточно горяч, поэтому он содержит потраченную энергию, которая никак не конвертировалась в механическую.
В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из цилиндра каждый раз, когда поршень толкается вперед, двигатель должен потреблять огромное количество воды, а также топлива. (Вот почему паровозы должны постоянно останавливаться у железнодорожных цистерн с водой.)
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.
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.
Двигатель Стирлинга своими руками
Нужен только шприц со стеклянными поршнями. Они абсолютно герметичны, поршни легко ходят, они выдерживают порядка 200-300 градусов. Эти изделия словно созданы для двигателя Стирлинга.
Очень серьезно нужно подойти к раме мотора. Этого никто не скажет, так как «главное, чтобы крутилось», но я убедительно рекомендую делать двигатель Стирлинга не спеша, от этого будет зависеть его функционирование.
Делаем подставку из фанеры 30 мм.
Я использовал фанеру 30 мм. В ней следует сделать два отверстия для шприцов и разрезать осторожно изделие вдоль отверстий. Я обошел без сверлильного станка и лобзика. Главное никуда не торопиться – и всё получится.
Вот такой крепёж должен получиться
Затем разрезаем изделие вдоль отверстий, создавая нечто на подобии струбцин (тисков) для шприцов.
После чего делаем три отверстия, которые могут быть использованы для зажимных винтов.
Должно получиться что-то вроде этого
Не забываем на всех стадиях работы использовать наждачную бумагу, чтобы края были ровные, гладкие, словно ваш двигатель только выпущен с самого завода.
Каждая зазубринка, заусеница и неточность потом обязательно «вылезет боком» и даст о себе знать. Главное не торопиться. Вообще, в любого рода моделировании нужно получать удовольствие от самого процесса изготовления, не только от результата.
Шатуны, штоки и кривошипные механизмы можно делать из фанеры, но фанера сильно крошится при распиливании и остается очень много заусенец. Я использовал уплотненный пластик, гененакс и всё, что хорошо режется, шлифуется и поддаётся обработке.
Будущие кривошипы
Можно ли использовать палочки для мороженного и «мешалочки» для кофе? Можно, но не нужно, они слишком гнуться когда двигатель начинает работать и иногда клинят всю систему.
Палочки скругляем и сверлим отверстия. С одной стороны уплотняем вторым слоем.
Готовая деталь
Теперь нужно что-то придумать с концами поршней стеклянных цилиндров. Я пробовал срезать их, стачивать и просто сверлить. Сверлить не советую, стекло крошится. Срезать болгаркой не только не эффективно, но и опасно. Если есть бормашина – дерзайте, если нет – делайте множество засечек ножовкой и срезайте держатель поршня.
Затем нам нужно сделать крепёж. Его делаем из двух маленьких брусочков.
Держатели поршня
После обточки, шлифовки держателей, их нужно на эпоксидную смолу установить в сам поршень.
Держатель установлен и обезжирен
Дальше нам нужен маховик. Можно использовать колесо от тележки, несколько склеенных компакт-дисков или даже отлитую самостоятельно из свинца болванку (так советовали советские учебники, ноя этого не делал).
Я же после десятка неудачных попыток купил готовыцй 60-миллиметровый маховик.
Маховик 60 мм.
Следует признать, что когда я сделал всё правильно, то мотор работал на всех маховиках – и дисках, и колесиках. Место крепления должно быть смещено от центра на половину хода поршня цилиндра. Запомните это правило, оно очень важное.
Также запомните второе правило: рычаги крепления на маховиках должны быть смещена на 90 градусов друг относительно друга.
Почти вся конструкция в сборе
Один шприц, таким образом, у нас играет роль нагревателя, второй – холодильника.
Следует ли расположить в нагревательном шприце кусочек металлической ваты? На мой взгляд, да, стоит. Работает двигатель и с ней, и без неё, однако металлическая вата быстрее нагревает воздух внутри системы и мотор раскочегаривается чуть активнее.
Соединять концы шприцов-цилиндров можно обычной трубкой для капельницы, однако она быстро становится мягкой при нагреве. Поэтому я соединил их медной трубкой, упакованной в трубку для капельниц. У такого метода есть еще большой плюс – воздух лучше остывает в медной трубке.
Двигатель Стирлина альфа-типа в сборе и готов к работе
В процессе работы от спиртовки
Такой моторчик развивал у меня 750 оборотов в минуту без метталлической ваты в цилиндре и 790 оборотов с металлической ватой. Работал более 4 часов непрерывно. Возможно работал бы и до сих пор, но закончился спирт в спиртовке.
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.
Низкотемпературный двигатель Стирлинга
Двигатель Стирлинга. Почти для любого самодельщика эта замечательная штука может стать настоящим наркотиком. Достаточно один раз сделать и увидеть его в работе, как захочется их делать снова и снова. Относительная простота этих двигателей позволяет делать их буквально из мусора. Я не буду останавливаться на общих принципах и устройстве. Про это полно информации в интернете. Например: Википедия. Приступим сразу к постройке простейшего низкотемпературного гамма-Стирлинга.
Для постройки двигателя своими руками нам понадобится две крышки для стеклянных банок. Они будут выполнять роль холодной и горячей части. От этих крышек ножницами отрезается закраина
В одной крышке по центру делается отверстие. Размер отверстия должен быть чуть меньше диаметра будущего цилиндра.
Корпус двигателя Стирлинга вырезается из пластиковой бутылки из под молока. Эти бутылки как раз поделены на колечки. Нам понадобится одно. Надо заметить, что у разных сортов молока бутылки могут чуть-чуть отличаться.
Корпус приклеивается к крышке пластичным эпоксидным составом или герметиком.
В качестве цилиндра прекрасно подходит корпус маркера. У этой модели колпачок по диаметру меньше чем сам маркер и может стать поршнем.
От маркера отрезается небольшая часть. У колпачка срезается часть с верху.
Это вытеснитель. В процессе работы двигателя Стирлинга он перемещает воздух внутри корпуса от горячей части к холодной и обратно. Изготавливается из губки для мытья посуды. В центре приклеивается магнит.
Так как верхняя крышка изготовлена из жести, она может быть притянута магнитом. Вытеснитель может застрять. Чтобы этого не произошло, магнит нужно дополнительно зафиксировать картонным кружком.
Колпачок заполняется эпоксидным составом. С обоих концов сверлятся отверстия для крепления магнита и держателя шатуна. Резьба в отверстиях нарезается непосредственно винтом. Эти винты нужны для тонкой настройки двигателя. Магнит в поршне приклеивается к винту и регулируется таким образом, чтобы находясь в нижней части цилиндра он притягивал вытеснитель. На этот магнит понадобится еще приклеить ограничитель из резины. Подойдет отрезок велосипедной камеры или ластик. Ограничитель нужен для того чтобы магниты поршня и вытеснителя не притягивались слишком сильно. Иначе давления может не хватить чтобы разорвать магнитную связь.
На верхнюю часть поршня наклеивается резиновая прокладка. Она нужна для герметичности и для защиты кожуха от разрыва.
Кожух поршня изготавливается из резиновой перчатки. Отрезать нужно мизинец.
После того как кожух наклеен, сверху клеится еще одна резиновая прокладка. Сквозь резиновые прокладки и кожух шилом протыкается отверстие. В это отверстие вворачивается держатель шатуна. Этот держатель делается из винта и припаянной шайбы.
В качестве держателя коленвала прекрасно подошла упаковка от эпоксидки. Точно такую же баночку можно взять из под шипучих витаминов или аспирина.
У этой баночки отрезается дно и делаются отверстия. В верхней части — для удержания коленвала. В нижней — для доступа к креплению шатуна.
Коленвал и шатун изготавливаются из проволоки. Белые штуки — это ограничитель. Сделан из трубочки от чупа-чупса. От этой трубочки отрезаются маленькие кусочки и получившиеся детали разрезаются вдоль. Так их проще надеть. Высота колена определяется половиной расстояния, которое должен пройти цилиндр от самой нижней точки до верхней точки, в которой перестает действовать магнитная связь.
Итак, у нас все готово для первых испытаний. Сперва необходимо проверить герметичность. Нужно подуть в цилиндр. На все стыки можно нанести пену из жидкости для мытья посуды. Малейшая утечка воздуха и двигатель не заработает. Если с герметичностью все в порядке, можно вставить поршень и закрепить кожух канцелярской резинкой.
В нижнем положении цилиндра вытеснитель должен притянуться на верх. Дальше вся конструкция ставится на чашку с горячей водой. Через некоторое время воздух внутри двигателя начнет нагреваться и выталкивать поршень. В определенный момент магнитная связь будет разорвана и вытеснитель упадет на дно. Таким образом воздух в двигателе перестанет контактировать с нагреваемой частью и начнет охлаждаться. Поршень начнет втягиваться. В идеале поршень должен начать совершать движения вверх-вниз. Но этого может не произойти. Либо давления будет не достаточно для перемещения поршня, либо воздух нагреется слишком сильно и поршень не втянется до конца. Соответственно у этого двигателя могут быть мертвые зоны. Это не особо страшно. Главное, чтобы мертвые зоны не были слишком большими. Для компенсации мертвых зон нужен маховик.
Ещё очень важная часть этого этапа заключается в том, что тут можно прочувствовать принцип работы двигателя Стирлинга. Я помню свой первый стирлинг который не заработал только потому, что ни как не мог врубиться как и за счет чего эта штука работает. Здесь же, помогая руками поршню ходить вверх-вниз, можно почувствовать как нарастает и спадает давление.
Эту конструкцию можно немного усовершенствовать, если добавить к ней шприц на верхнюю крышку. Этот шприц также необходимо посадить на эпоксидку, держатель иглы немного подрезать. Положение поршня в шприце должно быть в среднем положении. Этим шприцем можно регулировать объем воздуха внутри двигателя. Запуск и регулировка будет намного проще.
Итак можно насаживать держатель коленвала. Высота крепления шатуна к цилиндру регулируется винтом.
Маховик делается из CD диска. Отверстие залепляется пластичной эпоксидкой. Затем необходимо просверлить дырку точно по центру. Найти центр очень просто. Используем свойства прямоугольного треугольника вписанного в круг. У него гипотенуза проходит через центр. Нужно приложить лист бумаги прямым углом к окраине диска. Ориентация не важна. В местах пересечения сторон листа с окраиной диска наносим метки. Линия проведенная через эти метки будет проходить через центр. Все двигатель готов.
Ставим двигатель Стирлинга на чашку с кипятком. Немного ждем и он должен сам заработать. Если этого не произойдет, нужно слегка помочь ему рукой.
Двигатель Стирлинга большой мощности своими руками. Как работает двигатель Стирлинга
Если рассматривать рабочую схему двигателя Стирлинга на примере альфа-конфигурации, где фиксированное количество воздуха или другого рабочего тела заключено в два цилиндра, один из которых горячий, а другой — холодный, перемещается между ними вперёд и назад. Газ нагревается и расширяется в горячем цилиндре, охлаждается в холодном, там же он сжимается, по ходу отдавая энергию для выполнения механической работы.
Надо отметить, что два поршня соединены с коленчатым валом, но их движения не совпадают по фазе на 90 ° между верхней и нижней частями. Поэтапно это выглядит следующим образом:
- Рабочее тело, расширяясь от нагрева, толкает горячий поршень к нижней части цилиндра, поворачивая коленчатый вал. Расширение продолжается, заставляя газ двигаться к холодному цилиндру. Поршень внутри холодного цилиндра, который находится на четверть оборота позади горячего поршня, также толкается вниз.
- Газ в максимальном объёме. Импульс маховика на коленчатом валу толкает поршень в горячем цилиндре к вершине его хода, заставляя большую часть газа попадать в холодный цилиндр, толкая холодный поршень вниз. В холодном цилиндре газ охлаждается, давление падает.
- Когда горячий поршень достигает вершины своего хода, почти весь газ теперь переместился в холодный цилиндр, где охлаждение продолжается, и рабочее тело сжимается, снижая давление ещё больше, что позволяет холодному поршню подняться. Сила импульса маховика сжимает газ и направляет его обратно к горячему цилиндру.
- На этом этапе рабочая жидкость, достигая своего минимального объема, подаётся в горячий цилиндр, где начинает толкать горячий поршень вниз. Газ снова нагревается, его давление увеличивается, он расширяется, толкая горячий поршень вниз во время рабочего хода, и цикл начинается снова.
Главный недостаток двигателя Стирлинга
Что изготовить: двигатель Стирлинга или паровую машину? Казалось бы, Стирлинг действительно во всём намного лучше парового двигателя, однако это не совсем так. Да, КПД двигателя Стирлинга и правда выше, он требует меньше затрат и работает совсем без выхлопа. Однако, есть одно значительное «но».
Мною был проведен очень интересный, я бы даже сказал забавный эксперимент. Забавность его заключалось в том, что я изначально знал как будут обстоять дела, однако результат эксперимента поразил меня!
И так рабочим телом в двигателе Стирлинга является воздух. Он расширяется и совершает полезную работу. Возьмём пустой стальной баллончик от СО2 и наденем на него шарик.
ВНИМАНИЕ! Если вы решили выпустить углекислый газ из такого баллончика, сделайте это правильно – медленно выпустите весь газ, лишь затем сверлите отверстие в горловине. Быстрый прокол может привезти к взрыву баллончика и стальным осколкам!
Затем начнем нагревать этот баллончик. Воздух расширяется и по идее должен раздуть шарик наполнить его. Однако он лишь немного натягивает латекс и на этом вся полезная работа завершается. Энергии у воздуха не хватит для того, чтобы растянуть поверхность шарика, надуть его.
Однако добавим 10-20 капель воды в баллон и повторим эксперимент. Вода закипит и быстро раздует наш шарик.
Таким образом полезная мощность у водяного пара в разы больше. Именно водяной пар использовался в тяжеловесных локомотивах и это не случайно – там, как говорил один машинист, дури столько, что можно шар земной сдвинуть.
Если мы хотим собрать толковую модель, которая будет ездить на тепловой энергии, куда эффективнее использовать водяной пар, а значит конструировать паровой двигатель.
Предыдущая
СамоделкиВертикальный ветрогенератор своими руками. Как собрать ветряк с вертикальной осью вращения
Следующая
Электрические машиныКак работает бесщеточный электродвигатель?
Двигатель Стирлинга — это некий двигатель, который начинает работать от тепловой энергии. При этом источник энергии совсем неважен. Главное, чтобы была разница температурного режима, в этом случае, такой двигатель будет работать. Сейчас мы разберем, как можно создать модель такого низкотемпературного двигателя из баночки от «Кока-колы».
…
Оглавление:
Материалы и приспособления
Сейчас мы разберем, что нам нужно взять для создания двигателя в домашних условиях. Что нам потребуется взять для стирлинга:
- Воздушный шар.
- Три баночки от колы.
- Специальные клеммы, пять штучек (на 5А).
- Ниппели для закрепления велосипедных спиц (две штучки).
- Вата из металла.
- Кусок проволоки из стали длиной в тридцать см и сечением 1 мм.
- Кусок большой стальной или медной проволоки с диаметром от 1.6 до 2 мм.
- Деревянный штырь с диаметром двадцать мм (длина один см).
- Крышка от бутылочки (из пластика).
- Электропроводка (тридцать см).
- Специальный клей.
- Вулканизированная резина (где-то 2 сантиметра).
- Рыболовная леска (длина тридцать см).
- Несколько грузил для балансировки (например, никелевые).
- CD-диски (три штуки).
- Специальные кнопки.
- Жестяная баночка для создания топки.
- Теплоустойчивый силикон и консервная банка для изготовления водного охлаждения.
Описание процесса создания
Этап 1. Подготовка баночек.
Вначале стоит взять 2 банки и отрезать у них верхнюю часть. Если верхушки будут отрезаться ножницами, полученные зазубрины придется сточить при помощи напильника.
Дальше надо вырезать дно баночки. Это можно выполнить с помощью ножа.
Этап 2. Изготовление диафрагмы.
В качестве диафрагмы можно взять воздушный шарик, который стоит усилить вулканизированной резиной. Шар надо разрезать и натянуть на баночку. Потом на центральную часть диафрагмы приклеим кусок специальной резины. После застывания клея, в центре диафрагмы пробьем дырочку для установки проволоки. Легче всего это выполнить при помощи специальной кнопки, которую можно оставить в дырке до момента сборки.
Этап 3. Разрезание и создание дырок в крышке.
В стенках крышки надо сделать два отверстия по два мм, они необходимы для установки поворотной оси рычагов. Еще одну дырочку надо сделать в донышке крышки, через него будет идти проволока, которая будет соединена с вытеснителем.
На последнем этапе крышку надо обрезать. Это делается для того, чтобы проволока вытеснителя не зацепилась за края крышки. Для таких работ можно взять хозяйственные ножницы.
Этап 4. Сверлим.
В баночке надо просверлить две дырки для подшипников. В нашем случае это было выполнено сверлом 3.5 мм.
Этап 5. Изготовление смотрового окна.
В корпусе двигателя надо вырезать специальное окно. Теперь можно будет понаблюдать, как работают все узлы прибора.
Этап 6. Доработка клемм.
Необходимы взять клеммы и убрать с них пластиковую изоляцию. Потом возьмем дрель, и сделаем сквозные отверстия на краях клемм. Всего надо высверлить три клеммы. Оставим две клеммы, не просверленными.
Этап 7. Создание рычагов.
В качестве материала для изготовления рычагов берется медная проволока, диаметр которой всего 1.88 мм. Как именно подогнуть спицы, стоит посмотреть в интернете. Можно взять и стальную проволоку, просто с медной проволокой, удобнее работать.
Этап 8. Изготовление подшипников.
Чтобы сделать подшипники потребуется два велосипедных ниппеля. Диаметр дырок надо проверить. Автор просверлил их насквозь с помощью сверла на два мм.
Этап 9. Установка рычагов и подшипников.
Рычаги можно ставить прямо через смотровое окошко. Один кончик проволоки должен быть длинным, на нем будет лежать маховое колесо. Подшипники должны крепко сесть на нужные места. Если будет присутствовать люфт, их можно приклеить.
Этап 10. Делаем вытеснитель.
Вытеснитель делается из стальной ваты ля полировки. Для изготовления вытеснителя берется проволока из стали, на ней создается крючок, а потом на проволоку наматывается определенное количество ваты. Вытеснитель должен быть таким же по размерам, чтобы он спокойно перемещался в банке. Вся высота вытеснителя не должна быть больше пяти сантиметров.
В конце на одной стороне ваты надо сделать спираль из проволоки, чтобы она не выходила из ваты, а на второй стороне из проволоки делаем петлю. Потом к этой петле привяжем леску, которая впоследствии притянется через центральную часть диафрагмы. Вулканизированная резина должна быть в серединке емкости.
Этап 11. Изготовление резервуара под давлением
Надо вырезать дно банки определенным образом, чтобы осталось где-то 2.5 см от ее основы. Вытеснитель вместе с диафрагмой надо переместить в резервуар. После этого весь этот механизм переносится в конец банки. Диафрагму надо немножко натянуть, чтобы она не провисла.
Потом необходимо взять клемму, которая не была просверлена, и провести через нее леску. Узел надо приклеить так, чтобы он не передвигался. Проволоку надо качественно смазать маслом и при этом убедиться, что вытеснитель без труда протянет за собой леску.
Этап 12. Изготовление толкательных тяг.
Эти специальные тяги соединяют диафрагму и рычаги. Это производится с куска медной проволоки длиной пятнадцать см.
Этап 13. Создание и установка маховика
Для изготовления маховика берем три старых СД-диска. В качестве центра возьмем деревянный стержень. После установки маховика, стержень коленчатого вала загнем, так маховик уже не будет спадать.
На последнем этапе весь механизм собирается полностью.
Последний шаг, создание топки
Вот мы и дошли до последнего шага в создании двигателя.
Для изготовления топки своими руками, используется жестяная банка. В ней стоит вырезать специальное окно, через него и будет ставиться, и поджигаться свечка. Чтобы сгладить острые края, можно сделать для арки окантовку от электрического кабеля. Потом можно перейти к тестированию двигателя. Он ставится на топку, а в топке зажигается свеча.- Если все собрано правильно, маховик будет вращаться. Если же двигатель не заработал, придется искать проблему. Сделать стирлинг с генератором большой мощности, совсем нетрудно, главное, это выполнять все этапы последовательно, как в инструкции. Существуют разные модели двигателей с разной мощностью, выбирайте все на свой вкус. А генератор лучше купить, его очень сложно делать своими руками.
Двигатель Стирлинга: фото
Генераторы стирлинга
Приветствую всех мозгодрузей! Предлагаю вам руководство о том, как своими руками создать занимательную самоделку – оригинальный двигатель Стирлинга.
О создании этой самоделки я задумался когда варил яйца в скороварке, да я варю яйца в скороварке и всем рекомендую :). Так вот струя пара из скороварки напомнила о двигателе Стирлинга, который я давно хотел соорудить. Поэтому все-таки решил порадовать своих детей и сделать его в ближайшие выходные.
Итак, 4 потраченных часа в выходной день, учитывая поход в сантехнический магазин, и интересная поделка готова!
Шаг 1: Материалы
- подшипник , я «добыл» его из роликовых коньков
- латунный фитинг 3/4 «х 1/2» «мама с мамой»
- латунный редуктор 3/4 «до 1/2»
- комплект сантехнических болтов и гаек
- медная трубка диаметром 2.3мм и толщиной стенки 1.4мм или аналогичная
- топливо для кемпинга
Кроме перечисленного нужна медная труба 1/2дюйма и фитинги к ней.
Шаг 2: Безопасность
Важный шаг – техника безопасности! В этом мозгопроекте будет использоваться открытый огонь, поэтому проверьте наличия средств тушения, а если вы никогда не сваривали трубы, то пригласите специалиста. Тем более что качество сварки должно быть высоким, так как малейшая утечка и самоделка работать не будет.
Мой наставник еще давно научил меня при работе со сваркой иметь под рукой огнетушитель и ведро с водой, эта привычка осталась. Кстати, используйте беззсвинцовый припой, применяемый для питьевых труб, это лучше.
Шаг 3: Сборка двигателя
От 1/2дюймовой трубы отрезаем кусок 13см, и «запечатываем» его – в крышки впаиваем кусочки тонкой трубки, а сами крышки навариваем на 13см-й кусок. Из тонких трубок будет выходить пар, тем самым создавая тягу.
Более подробно смотрите на фото.
Шаг 4: Добавление подвеса
К основной части самоделки добавляем подвес, а именно длинный болт. Старайтесь припаять его точно и перпендикулярно по центру трубы-двигателя.
Шаг 5: Создание стенда
Стенд он и есть стенд, долго описывать не буду, замечу лишь, что нужно подобрать правильную высоту от источника тепла. А так же чтобы при вращении труба-двигатель не касалась стойки стенда.
Примечание: в качестве источника тепла я использовал топливо для кемпинга, работает прекрасно!
Прежде чем двигаться дальше нужно все сделанные детали – и трубу-двигатель, и стенд очистить от смазки. Я вымыл их с порошком и детали моей самоделки заблестели.
Шаг 6: Окончательная сборка
Шаг не сложный и более понятный по фото.
Шаг 7: Точная настройка
После сборки этой мозгосамоделки я понял, что отверстия малых трубок слишком большие и пар просто выходит из двигателя, не создавая тяги. Поэтому берем в руки мозгопаяльник и уменьшаем выходные отверстия малых труб. Проверяем работоспособность и по необходимости увеличиваем/уменьшаем эти отверстия — производим точную настройку.
Шаг 8: Запуск
Настал еще один важный шаг – заправка двигателя водой. Как это сделать решать вам исходя из собственной мозгосмекалки 
Я просто опускал один конец с трубкой в емкость с водой и всасывал воду через другую малую трубку. Необходимый объем воды от 15мл до 22мл. Так у меня на 22мл двигатель вращался около 3 минут.
Не допускайте работы двигателя насухо! Когда вращение прекращается, убирайте пламя и давайте двигателю остыть!
Примечание: Перед началом вращения допускается небольшое вытекание воды, так как на образование пара необходимо время.
Что получилось смотри
Шаг 9: Доработка
После демонстрации этой движущейся самоделки моим детям я услышал: «Папа, а можешь сделать его быстрее?» Так же посмотрев комментарии, решил вернуться к чертежной доске и доработать двигатель. Так горизонтальное расположение двигателя не позволяет заполнять его большим объемом воды и через малые трубки выходит слишком много воды, а не пара. Это нужно исправить!
Шаг 10: Вертикальное расположение
Для увеличения полезного объема воды решил сменить горизонтальное расположение двигателя на вертикальное. Для этого мне понадобилось:
- 2-х дюймовые крышки
- кусок 1-о дюймовой трубы
- медная трубка диаметром 1.5мм
Шаг 11: Сверление отверстий
В одной из крышек высверлил по бокам три симметричных отверстия под малые трубки. Угол между отверстиями получается 120 градусов, получил я его небольшой хитростью – обернул крышку бумагой и разделил ее на три части, а затем перенес размеры на крышку.
Шаг 12: Пайка трубок
Трудный шаг, поэтому не спешите и аккуратно припаяйте малые трубки к отверстиям, не запаяв сами отверстия. Затем к верху крышки припаиваем подвес.
Шаг 13: Запуск №2
Собираем доработанную самоделку, заправляем водой и снова запускаем. Двигатель крутится быстрее, что и требовалось! А если заменить источник огня на бутановую горелку, то обновленный двигатель вертится еще быстрее!
Как это работает здесь и тут
Удачных мозгоэкспериментов!
( Специально для МозгоЧинов #Heros-Engine
Содержание
- Конструкция двигателя Стирлинга
- Как работает двигатель Стирлинга
- Как сделать самостоятельно
В 1816 году преподобный Роберт Стирлинг, стремившийся создать более безопасную альтернативу паровым двигателям, котлы которых часто взрывались из-за высокого давления пара и доступных в то время примитивных материалов, изобрёл новое устройство. Как и другие похожие агрегаты, двигатель Стирлинга преобразует тепловую энергию в механическую. Его существенная особенность заключаются в том, что это разновидность двигателя внешнего сгорания. Это значит, что в нём используется фиксированное количество рабочего тела, обычно воздуха, а тепло, потребляемое им, подводится извне. Это позволяет устройству работать практически на любом источнике тепла, включая ископаемое топливо, горячий воздух, солнечную, химическую и ядерную энергию. Он также может работать с очень низкими температурными перепадами.
Конструкция двигателя Стирлинга
Агрегаты бывают разных форм, большинство из которых — варианты четырёх базовых конфигураций, главные их части следующие:
- Источник тепла. Он может быть любой: от огня, производимого горящим углем или дровами, до солнечной света, концентрируемого гелиостатами, поскольку фактическое сгорание топлива не нужно, используется только разница температур между радиатором и источником тепла.
- Газ, или рабочее тело, постоянно находится в закрытом баллоне внутри машины. Это может быть гелий, обычных воздух, водород, а также любое другое доступное вещество, которое не меняет своей формы при нагреве и охлаждении. Его основная задача — передать тепловую энергию.
- Радиатор. Нужен для охлаждения горячего газа.
- Поршни и цилиндры, между которыми движутся газовые заслонки, которые при нагреве расширяются, а при охлаждении сжимаются перед тем, как весь цикл повторится.
- Теплообменник, или регенератор. Расположен между радиатором и тепловым источником. Нагретый газ, проходя мимо, отдаёт часть своего тепла, а возвращаясь забирает его. Без этого узла тепло будет уходить, то есть тратиться впустую.
Как работает двигатель Стирлинга
Если рассматривать рабочую схему двигателя Стирлинга на примере альфа-конфигурации, где фиксированное количество воздуха или другого рабочего тела заключено в два цилиндра, один из которых горячий, а другой — холодный, перемещается между ними вперёд и назад. Газ нагревается и расширяется в горячем цилиндре, охлаждается в холодном, там же он сжимается, по ходу отдавая энергию для выполнения механической работы.
Надо отметить, что два поршня соединены с коленчатым валом, но их движения не совпадают по фазе на 90 ° между верхней и нижней частями. Поэтапно это выглядит следующим образом:
- Рабочее тело, расширяясь от нагрева, толкает горячий поршень к нижней части цилиндра, поворачивая коленчатый вал. Расширение продолжается, заставляя газ двигаться к холодному цилиндру. Поршень внутри холодного цилиндра, который находится на четверть оборота позади горячего поршня, также толкается вниз.
- Газ в максимальном объёме. Импульс маховика на коленчатом валу толкает поршень в горячем цилиндре к вершине его хода, заставляя большую часть газа попадать в холодный цилиндр, толкая холодный поршень вниз. В холодном цилиндре газ охлаждается, давление падает.
- Когда горячий поршень достигает вершины своего хода, почти весь газ теперь переместился в холодный цилиндр, где охлаждение продолжается, и рабочее тело сжимается, снижая давление ещё больше, что позволяет холодному поршню подняться. Сила импульса маховика сжимает газ и направляет его обратно к горячему цилиндру.
- На этом этапе рабочая жидкость, достигая своего минимального объема, подаётся в горячий цилиндр, где начинает толкать горячий поршень вниз. Газ снова нагревается, его давление увеличивается, он расширяется, толкая горячий поршень вниз во время рабочего хода, и цикл начинается снова.
Регенератор, расположенный в воздушном канале между двумя поршнями, не строго необходим в конструкции двигателя Стирлинга, но служит для повышения эффективности двигателя. Обычно это металлическая или керамическая матрица с большой площадью поверхности, способная поглощать или отдавать тепло. С ее помощью можно снизить расход топлива и повысить общую эффективность рабочего цикла. Канал для переноса газа между двумя цилиндрами по существу мертвое пространство, часто он остается максимально коротким.
Двигатели Стирлинга использовались в различных формах с 1930-х годов в качестве движущей силы для целого ряда транспортных средств с двигателями мощностью 75 кВт и более. Несмотря на то, что ранние разработки были предназначены для автомобильной промышленности, из-за своей низкой удельной мощности двигатель Stirling больше подходит для стационарного применения, а в последние годы его стали больше использовать для производства электрической энергии:
- Идеально подходит для использования небольшими комбинированными теплоэнергетическими установками для сбора отработанного тепла. Генераторы двигателя Стирлинга с выходной электрической мощностью от 1 кВт до 10 кВт доступны для бытового применения, а отработанное тепло используется котлом центрального отопления. Общая тепловая эффективность этих установок может достигать 80%.
- В некоторых странах такие устройства используются для выработки электроэнергии из тепловой энергии.
Как сделать самостоятельно
Несмотря на кажущуюся простоту, сделать двигатель Стирлинга своими руками в домашних условиях непросто. На это нужно потратить немного времени, уделяя внимание деталям. Никакие станки не потребуются. Вот несколько советов для тех, кто решился на эксперимент.
- Создание цилиндра. Можно использовать ёмкость из нержавеющей стали, диаметр которой около 95 мм, а высота 235 мм. Этот материал выдерживает сильный нагрев. Не стоит заменять его на алюминиевую банку. Для изготовления диафрагмы подойдёт пластиковая крышка.
- Охладители. Подойдут нескольких жестяных банок диаметром 150 мм. Чтобы сделать водовыпускное отверстие, можно использовать сантехнические детали.
- Поршень. Его легко изготовить из проволоки. Понадобится вата, выполненная из нержавеющей стали, которую нужно намотать на сетку из того же материала.
- Коленчатый вал — самое сложное. Он должен быть прямым с жесткими изгибами. Нужны подшипники, латунные соединители и 4-миллиметровая стальная катанка.
- Маховик. Стальной круг 4 мм толщиной и 170 мм в диаметре, который нужно навинтить на коленчатый вал.
- Диафрагма. Понадобится отрезок тонкой резины, её нужно растянуть и нагреть, чтобы придать форму. Как шаблон подойдёт выпуклая пластиковая крышка.
- Статор. Содержит примерно одинаковые катушки из медной проволоки. Затем их нужно приклеить к фанерному диску, который будет привинчен к боковой части двигателя.
Когда катушки будут готовы, стоит проверить, что у всех одинаковое сопротивление, а провод без разрывов.