Модель двигателя стирлинга

Модель низкотемпературного двигателя Стирлинга

Привет, муськовчане!

Сегодня я расскажу об очередная вещице из списка “когда будут лишние деньги, то непременно закажу" — о настольной модели двигателя Стирлинга, который работает за счет небольшой разницы температур и может работать ото льда!!

Доехала посылка довольно быстро, ехала CDEK'ом.
Модель в посылке была в разобранном виде — маховик, основная часть и рабочий поршень. Упакованы все эти части были отдельно в пупырку.

В посылке была еще и инструкция:

Собирается всё элементарно — маховик в углубления для него между стойками, поршень на его законное место, накидываем и защелкиваем шатуны. Всё — модель собрана.

Детальные фото

Высота модельки — 12,5 см, Диаметр основания — 13 см, Диаметр маховика — 8,7 см, Вес собранной модельки — 250 грамм

Немного теории:
Вряд ли я способен объяснить работу этого двигателя лучше Википедии, но я попробую — всё-таки и сам начинаешь лучше понимать что-то, когда объясняешь это другим. :)

Двигатель Стирлинга — это двигатель внешнего сгорания, преобразующий тепловую энергию в механическую, причем работать может от любого источника тепла.
Изобрел и запатентовал этот двигатель Роберт, не поверите, Стирлинг в 1816 году.
Главной инновацией Стирлинга стало добавление регенератора (приспособы, проходя через которую газ отдает ей тепло, а следуя обратно, забирает его) и второго (вытеснительного) поршня, который перемещал бы воздух от нагревателя к холодильнику и обратно. В моей модельке регенератор максимально примитивен — это просто зазор между вытеснительным поршнем и стенками рабочей камеры.

Цикл работы двигателя выглядит следующим образом:
Внешний источник тепла нагревает нижнюю пластину, тепло передается рабочему телу (воздуху внутри рабочей камеры), температура повышается, объем не меняется, а значит растет давление, которое выталкивает рабочий поршень вверх, совершая полезную работу. Маховик в это время толкает вытеснительный поршень вниз, перемещая нагретый воздух вверх, где он охлаждается. Воздух охлаждается, давление падает и рабочий поршень идет вниз, а вытеснительный поршень в это время идет вверх, перемещая уже холодный воздух вниз, где он снова нагревается. И всё повторяется вновь и вновь.
Кстати, сдвиг фаз (можно вообще так сказать о шатунах?) у шатунов 90 градусов.

Давайте перейдем к чему-то зрелищному.
Итак, как вы уже поняли из вышеописанного, для запуска двигателя нужно создать разность температур между верхней и нижней пластинами. Ставим модель двигателя на стакан с кипятком, и двигатель начинает работать, ура ура!

Гифки, к сожалению, не обладают звуком, поэтому доложу вам, что звук издаваемый моделькой очень похож на звук советской швейной машинки (В конце обзора есть видеоверсия — звук можно послушать там).

При комнатной температуре в районе 25 градусов моделька, стоя на стакане с кипятком, работает (естественно, под конец всё замедляясь и замедляясь) около 35 минут.

Когда заказывал этот механизм, видел, что подобные модели могут работать от тепла руки при комнатной температуре. Эта модель, увы, так не может — разницы температур не хватает. Разве что зимой может быть получится, когда за бортом будет холодно.

Следующий номер нашей программы — это завести двигатель ото льда!

Вы же намек поняли, да?)

И вот это уже выглядит впечатляюще, хоть и понимаешь прекрасно, что всё логично, разница температур, холодильник, нагреватель — и вот это вот всё, но мозг всё равно как-то недоверчиво относится к тому, что видит, как нечто работает ото льда.

Видеоверсия обзора:

Итоги. Никакими полезными функциями этот агрегат не обладает, это просто забавная вещь интерьера, которой можно удивить гостей. Думаю, что главное применение этой модели — это подарок человеку, у которого «всё есть», или школьнику, чтобы заинтересовать физикой и наглядно продемонстрировать термодинамические законы.

Модель двигателя Стирлинга - презентация онлайн

Модель двигателя
Стирлинга
Актуальность создания модели двигателя Стирлинга:
Знакомство учащихся средней и старшей школы с
моделями двигателей Стирлинга на уроках физики.
Гипотеза создания модели:
Проверить возможность создания и работы модели
двигателя Стирлинга в домашних условиях.
Цель создания модели:
Создание модели двигателя Стирлинга, его апробация
в домашних условиях.
Задачи:
Демонстрация модели двигателя Стирлинга на уроках
физики (как наглядное пособие).
Проведение опытов на уроке физики.

3. Методики создания и принцип работы двигателя: Хорошая альтернатива паровым машинам появилась с созданием двигателей Стирлинга,

который мог преобразовывать в работу любую разницу
температур.
Основной принцип работы двигателя Стирлинга
заключается в постоянно-чередуемых температурах:
нагревании и охлаждении.
Данную проблему можно решить исходя из
наблюдений, специального технического оборудования,
создание технической разработки.
Модель дви́гателя Сти́рлинга представляет собой
тепловую машину, в которой жидкое или газообразное
рабочее тело двигается в замкнутом объёме,
разновидность двигателя внешнего сгорания. Такой
двигатель основан на периодическом нагреве и
охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из
возникающего при этом изменения объёма рабочего
тела. Может работать не только от сжигания топлива, но
и от любого источника тепла.

5. Аналоги решения поставленной проблемы Их недостатки и достоинства:

Недостатки двигателей внутреннего сгорания:
Наиболее распространенные в настоящее время двигатели внутреннего сгорания
имеют ряд существенных недостатков: их работа сопровождается шумом, вибрациями,
они выделяют вредные отработанные газы и потребляют много топлива.
Достоинства двигателя Стирлинга:
1. Вред от двигателя минимален. Двигатели Стирлинга работают по замкнутому циклу,
без непрерывных микровзрывов в рабочих цилиндрах и практически без выделения
вредных газов.
2. Топлива требуется значительно меньше.
3. Низкий уровень шума.
4. Малая токсичность выхлопа.
5. Возможность работы на различном топливе.
6. Большой ресурс, сравнимые с ДВС размеры и масса.
7. Хорошие характеристики в режимах частичной нагрузки (что особенно важно
для городского транспорта) и благоприятные характеристики крутящего момента.

6. Решение проблемы

Данную проблему можно решить исходя из наблюдений, специального
технического оборудования, создание технической разработки.
Модель двигателя Стирлинга представляет собой тепловую машину,
в которой жидкое или газообразное рабочее тело двигается в замкнутом объёме,
разновидность двигателя внешнего сгорания.
Такой двигатель основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с
извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела.
Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Сначала была сделана первая модель двигателя Стирлинга, которая с трудом
работала из-за того, что поршень не слишком
плотно прилегал к стенкам пробирки.
На нагрев воздуха в пробирке уходило
от 10 до 12 минут.
Работа цикла происходила с небольшим
движением поршня.
Первая модель

7. Затем модель двигателя была усовершенствована, были подобраны две стеклянные трубки нужного диаметра: поршень и цилиндр.

Поршень пришлось заказать на
заводе. В такой модели нагрев воздуха в цилиндре
происходит очень быстро (примерно за 1 минуту).
Работа, совершаемая двигателем, увеличилась в
несколько раз.
Усовершенствованная модель

8. Область применения решения

Данную модель можно применить в качестве привода генератора
постоянного тока, способного работать даже от солнечной энергии
(путём нагрева) с помощью зеркальной системы.
Модель двигателя Стирлинга можно использовать на уроках физики,
как наглядное пособие и для проведения опытов.
Преимущества модели двигателя Стирлинга:
Данная модель двигателя работает от любого источника тепла, способного
нагревать до температуры 80 градусов по Цельсию.
Мало шума, небольшая вибрация при работе.
Двигатель не выделяет вредные отработанные газы.
Создание усовершенствованной модели двигателя Стирлинга полностью
оправдало себя в домашних условиях.

Двигатель Стирлинга

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

У двигателя внутреннего сгорания есть альтернатива?

Мой проект начался именно с этого вопроса. Конечно, есть. Это внешний двигатель или Двигатель Стирлинга.

Двигатель Стирлинга в наше время не самое распространённое устройство, его увидеть в современном мире большая редкость, хотя используют его в некоторых сферах деятельности, таких как: в современных моделях подводных лодок, автомобильной технике, или даже на космических станциях. Когда запасы нефти будут заканчиваться, в будущем, за счёт своей практичности и высокого КПД двигатели смогут конкурировать с дизельными двигателями. Двигатели могут устанавливаться на мини ТЭЦ или их энергией можно будет питать целый город.

Основой современной цивилизации по праву можно считать двигатели. С их помощью обеспечивается рост производства. Благодаря этим установкам человек получает энергию, свет, тепло, информацию. Экономия в энергетике скоро станет неизбежной, так как природные ресурсы истощаются. В сочетании с подзаряжаемой теплоаккумулирующей системой Двигатель Стирлинга может оказаться главным в двигательных установках для автомобилей и вообще для транспорта при сложившихся обстоятельствах.

Можно отметить широкое применение двигателей Стирлинга в тепловых насосах и холодильных системах. Двигатель Стирлинга используется для стационарных энергетических систем в широком диапазоне мощностей.

Из всего выше сказанного возникает противоречие: идея есть - производства нет.

У двигателя Стирлинга так же есть ключевые характеристики, которые делают двигатели Стирлинга непрактичными для использования в легковых и грузовых автомобилях. У двигателя Стирлинга источник тепла является внешним, то соответственно ему требуется некоторое время, чтобы отреагировать на изменения количества тепла, подаваемого на цилиндр - требуется время, чтобы тепло проходило через стенки цилиндра и нагревало газ внутри двигателя. Соответственно двигателю необходимо время для прогрева, то есть для того, чтобы выработать полезную работу, так как он не может быстро изменить свою выходную мощность.

Эти недостатки и способствуют тому, что двигатель Стирлинга вряд ли заменит двигатель внутреннего сгорания в автомобилях. Тем не менее, гибридный автомобиль с двигателем Стирлинга может быть целесообразным.

В настоящее время западные фирмы, ведущие разработки в данной области, в основном опираются на теоретические и экспериментальные исследования своих научных подразделений, технических университетов или создают технопарки по разработки отдельных типов машин Стирлинга.

Но на промышленный выпуск данных устройств ни одна страна ещё не вышла.

Не до конца изучен вопрос, дорого, времязатратно. Тем ни менее экологичность двигателя обусловлена экологичностью источника тепла и возможностью обеспечить полноту сгорания топлива.

Проблема: так как разработка двигателя Стирлинга уделено недостаточно времени, экологичные «Стирлинги» сегодня не нашли широкого использования в жизнедеятельности человека.

Над данной проблемой учёные работают уже не один год.

В процессе работы по изучению материалов создания двигателя Стирлинга мною были изучены следующие документы: Научная статья «Двигатели Стирлинга - технологический прорыв в автономной энергетике XXI века». Автор: Н.Г. Кириллов, доктор технических наук, академик Академии военных наук, Заслуженный изобретатель РФ [1]. Научная статья «Стирлинг по-русски» Автор: доктор технических наук В. Нисковских (г. Екатеринбург) [2].

Вывод: к сожалению, на государственном уровне в России разработкой машин Стирлинга никто не занимается. Это связано с общим экономическим спадом, хотя до 1990 года исследования в этой области техники проводились в 15 организациях военно-промышленного комплекса. В настоящее время важно отметить отсутствие в России серийного производства конкурентоспособных энергетических установок мощностью от 1 до 50 кВт.

Разработку и производство данного устройства можно считать новой технологией, которая открывает широкие возможности для снабжения электроэнергией и теплом не газифицированных сельских районов, поселков, фермерских хозяйств, животноводческих ферм, птицефабрик и т.д. Она также поможет решить многие проблемы жилищно-коммунальных хозяйств городов.

Интересный факт! Однажды была продемонстрирована установка, которая функционировала на двадцати вариантах топлива. Без остановки двигателя во внешнюю камеру сгорания подавались бензин, дизельное топливо, метан, сырая нефть и растительное масло – силовой агрегат продолжал устойчиво работать.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Цель проекта: создание трёх моделей двигателя Стирлинга и апробация их работы в домашних условиях.

Задачи проекта:

Проанализировать материал на тему история создания двигателя Стирлинга.

Используя информационные источники провести анализ моделей двигателя Стирлинга.

Подобрать подходящий проект модели двигателя.

Создать действующую модель двигателя Стирлинга в домашних условиях.

В процессе работы были использованы следующие методы:

Метод сбора информации: анализ научной литературы на тему история создания и принцип действия Двигателя Стирлинга.

Метод обработки и анализа моделей двигателя Стирлинга.

Экспериментальный метод: подбор модели Двигателя Стирлинга; сборка, запуск и тестирование готовой модели Двигателя Стирлинга.

Наблюдение.

Объект исследования: перспективность внешнего двигателя.

Предмет исследования: модель двигателя Стирлинга.

Я решил разобраться с данной проблемой, создав свою модель двигателя Стирлинга.

По моему мнению, изучение возможности использования двигателя Стирлинга для работы стационарных энергетических систем и в производстве, является крайне важным вопросом в сфере энергоснабжения.

Гипотезой моей работы явилось предположение, что я изготовлю в домашних условиях действующую модель двигателя Стирлинга.

ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА [3]

Изучив материал по данной теме, я узнал, что двигатель Стирлинга был запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 год (английский патент № 4081 1819). Однако первые элементарные «двигатели горячего воздуха» были известны ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Достижением Стирлинга является добавление узла, который он назвал «эконом».

В современной научной литературе этот узел называется «регенератор». Он увеличивает производительность двигателя, удерживая тепло в тёплой части двигателя, в то время как рабочее тело охлаждается. Этот процесс намного повышает эффективность системы. Чаще всего регенератор представляет собой камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа). Газ, проходя через наполнитель в одну сторону, отдаёт тепло регенератору, а при движении в другую сторону отбирает его. Он устанавливается последовательно с теплообменником, в котором происходит нагрев рабочего тела, со стороны холодного поршня.

Двигатель Стирлинга относится к классу двигателей с внешним подводом теплоты (ДВПТ) [4]. Это машина, которая работает по замкнутому термодинамическому циклу. Из термодинамики известно, что давление, температура и объём газа взаимосвязаны по закону: PV=nRT

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Внешний источник тепла нагревает газ в нижней части теплообменного цилиндра. Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх (обратите внимание, что вытеснительный поршень неплотно прилегает к стенкам).	Маховик толкает вытеснительный поршень вниз, тем самым перемещая разогретый воздух из нижней части в охлаждающую камеру.	Воздух остывает и сжимается, поршень опускается вниз.	Вытеснительный поршень поднимается вверх, тем самым перемещая охлаждённый воздух в нижнюю часть. И цикл повторяется.

КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ [5]

Современная схема классификации и идентификации двигателей Стирлинга включает следующие три признака, которые мною взяты за основу систематизации существующих и будущих форм двигателей:

а) режим работы;

б) способ соединения цилиндров;

в) способ соединения поршней.

Имеются три типа соединения цилиндров.

Альфа-Стирлинг - содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень - горячий, другой - холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике.
Бета-Стирлинг - цилиндр всего один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую, через регенератор. Регенератор может быть внешним, частью теплообменника, или совмещённым с поршнем-вытеснителем.
Гамма-Стирлинг - тоже есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра - один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Поиск, отбор и анализ информационных источников, в том числе и цифровых ресурсов [6], занял определенное количество времени, в итоге я решил собрать три модели двигателя Стирлинга.

1 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Данная модель двигателя была собрана из подручных материалов, в частности две жестяные банки, поршень для холодного цилиндра из эпоксидки, для горячего из губки, коленчатый вал и шатуны собраны из скрепок.

Составные части модели двигателя Стирлинга:

Маховик

Арматура двигателя удерживающая коленчатый вал и маховик

Шатун

Шатун

Цилиндр с горячим телом

Топливный отсек

Коленчатый вал

Цилиндр с холодным телом

Вывод: данная модель двигателя Стирлинга запустилась в работу, но вырабатывала, на мой взгляд, не достаточное количество энергии, по причине несовершенства конструкции и примененных материалов. Основными причинами могут быть: большого трения при вращении и большая потеря тепла.

2 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Вся система состоит из двух цилиндров. Первый цилиндр весь холодный. В нем перемещается рабочий поршень. Второй цилиндр с одной стороны нагретый, а с другой – холодный, и предназначен для передвижения вытеснителя. Регенератор для перекачки охлажденного газа может являться общим для двух цилиндров, либо может быть включен в устройство вытеснителя.

Вывод: данная модель двигателя Стирлинга заработала, но через несколько минут вышла из строя по причине несовершенства конструкции и примененных материалов.

Недостатки модели, следующие: для обеспечения герметичности цилиндров использован силиконовый герметик который расплавился от контакта с горячим концом цилиндра. Вторым слабым местом оказался шатунный механизм со стороны большого цилиндра и отверстие большого цилиндра, в которое входит шток шатунного механизма: это самая сложная часть конструкции и она время от времени заедала, что приводило к перегреву воздуха.

3 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Данная модель двигателя была собрана из готовых деталей, выполненных на заводе.

Эта модель двигателя Стирлинга прошла тест – испытание, не только заработала, но и с её помощью я смог запитать лампочку, которая горела достаточно ярко.

Рис.6 Модель двигателя Стирлинга

Составные части модели двигателя Стирлинга:

Маховик

Электромотор в роли генератора для съема мощности

«Холодный» цилиндр

«Горячий» цилиндр

Подставка под конструкцию двигателя

Место для нагревателя

Потребитель электричества (Лампочка)

Вывод: Данная модель двигателя Стирлинга работает.

Рекомендации по работе с данной моделью: необходимо смазывать ходовые части конструкции для уменьшения трения, пламя горелки должно быть достаточным для того, чтобы двигатель как можно быстрее завёлся и работал продолжительное время.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследуемой работы были получены следующие результаты:

Выяснил, во - первых, на автомобильном рынке двигатель с внешним подводом теплоты сегодня может стать очень популярным, во - вторых, двигатель Стирлинга можно отнести к наиболее экологичным установкам, в - третьих, в настоящее время двигатель Стирлинга стали широко использовать, не только как автомобильные двигатели, но и в качестве криогенных газовых машин, в качестве рефрижераторных установок, а так же как электрогенераторы малой мощности, двигатели для морских судов, подводные энергетические системы, солнечные энергетические установки. Двигатель Стирлинга бесшумный и у него нет выбросов горючих газов.

Выяснил, что существует три основных модели двигателя Стирлинга, которые широко применяются, что обусловлено их компактностью, как преобразователя тепловой энергии, простотой установки, высокой эффективностью в сравнении с другими тепловыми двигателями, широким использованием для превращения в электроэнергию любой теплоты.

Убедился, что на двигатели Стирлинга возлагают большие надежды по созданию солнечных электроустановок. Важным моментом является и то, что Стирлинги выгодно применять для охлаждения датчиков в сверхточных приборах. С помощью двигателя можно запасать энергию, используя в качестве источника тепла теплоаккумуляторы на расплавах солей, может использоваться для преобразования солнечной энергии в электрическую. Преимущества: «Всеядность двигателя», простота конструкции, увеличенный ресурс, экономичность, бесшумность, экологичность.

В процессе анализа имеющейся информации по данной теме, разработал наиболее оптимальный проект модели двигателя, таких проектов получилось три. В ходе работы реализовал каждый из проектов и опробовал их в процессе работы.

Гипотезой моей работы явилось предположение, что я изготовлю в домашних условиях действующую модель двигателя Стирлинга. В ходе работы над проектом моя гипотеза подтвердилась.

Мною сделаны следующие выводы: при использовании рабочей модели двигателя Стирлинга важно учитывать все составляющие компоненты работы прибора, использовать детали для сборки, выполненные на профессиональных станках, не забывать про смазочные материалы, которые уменьшают трение в процессе работы двигателя.

Перспективы: в будущем я планирую усовершенствовать свои модели двигателей Стрилинга и довести их до рабочего состояния в каждой из конфигураций, а также применить их для питания потребителей электрической энергии.

Результаты данной работы можно использовать на уроках и внеурочных занятиях физики.

ЛИТЕРАТУРА

«Двигатели Стирлинга - технологический прорыв в автономной энергетике XXI века». Автор: Н.Г. Кириллов, доктор технических наук, академик Академии военных наук, Заслуженный изобретатель РФ.

«Стирлинг по-русски» Автор: доктор технических наук В. Нисковских (г. Екатеринбург).

Двигатель Стирлинга [Электронный ресурс] URL: https://ruwikiorg.ru/wiki/

Роторно–лопастные машины с внешним подводом теплоты [Электронный ресурс] URL: https://www.sites.google.com/site/deltat2011/rldvp/project-definition

Сайт Стирлинг Машины [Электронный ресурс] URL: http://stirlingmotors.ru/

Н. Кириллов, И. Затеев Двигатель Стирлинга. История, перспективы - журнал «Альтернативный киловатт»

Международный научно – исследовательский журнал [Электронный ресурс] URL: https://research-journal.org/technical/mnogotoplivnaya-elektrostanciya-sverxmaloj-moshhnosti-s-teplovym-dvigatelem-vneshnego-sgoraniya-sposobnaya-effektivno-rabotat-v-usloviyax-selskoj-mestno

Исследовательская работа по физике "Модель двигателя Стирлинга и ее применение".

Исследовательская  работа Тема:  «Модель двигателя Стирлинга          и его применение в быту». Автор  работы: Дергачев Константин ученик 10 класса Руководитель: Дерябкина Елена Хвановна учитель физики МБОУ СОШ №40 Г. Шахты Ростовская область Оглавление Введение.…………………………………………………………………. 3               I. Теория двигателя Стирлинга. 1. История………………………………………………. ……………….. 4 2. Принцип действия………………………………...……………………5     3. Виды двигателей Стирлинга.………………………………………... .7 4. Недостатки………………………….………………………………… .8 5. Преимущества………………………………………………………….9 6. Применение……………………………………………………………10   II. Изготовление мини­модели двигателя Стирлинга.  Выводы по  практическому исследованию ..……………………….. ………………13 Заключение……………………………………………………………… 15 Источники информации..………………………………………………. 16 Приложения………………………………………………………………17 2 Введение.           Сейчас уже всем очевидно,  что одним из основных направлениями  развития экономики и научно­технического прогресса в XXI  веке  становятся задачи поиска перспективных  технологий энергопреобразования и серийного  производства новой техники на основе высокоэффективных  термодинамических циклов с использованием возобновляемых  видов топлива и новых рабочих тел.  Это означает создание, производство  и внедрение в  массовое применение таких высокоэффективных и экологически чистых  энергосистем,  которые бы обеспечивали удовлетворение нужд  промышленности и населения в энергии  при  минимальных затратах  материальных ресурсов.           Долгое время такие недостатки двигателей внутреннего сгорания (ДВС), как жесткие требования к топливу и маслам, загрязнение атмосферы, шум на  выхлопе, резкое ухудшение экономичности и других характеристик при  отклонении от оптимального режима работы и, наконец, невозможность  использования источников тепла, не связанных с горением, не имели  существенного значения. Однако с ростом числа и мощности,   эксплуатируемых  ДВС проблемы токсического и шумового загрязнения  окружающей среды приобрели жизненно важное значение. Быстрое  исчерпание разведанных запасов нефти в мире привело к тому, что в  последние десять лет происходит переход из эры дешевой нефти в эру  высоких цен на энергию в целом. С другой стороны, в новых отраслях техники возникла острая необходимость в специальных тепловых двигателях  (например, для работы в космосе, в подводных условиях), не нуждающихся в  атмосферном кислороде, но способных работать от любого  высокотемпературного источника тепла. Эти проблемы повысили интерес к   альтернативному двигателю с внешним подводом тепла, предложенному еще в 1816 г. шотландским изобретателем Робертом Стирлингом. [1]             По прогнозам ведущих специалистов крупных фирм США, Японии,  Швеции, Голландии Двигатель Стирлинга (ДС), возможно, станет  доминирующим двигателем в следующем столетии. Почему же ДС прочат  такие блистательные перспективы? Чтобы ответить на этот вопрос,  необходимо рассмотреть физические принципы работы ДС. Цель работы: изготовить  модель  двигателя Стирлинга. Задачи:   а) ознакомиться с историей, принципом действия Двигателя Стирлинга;  3 б) построить  модель двигателя; в) провести  исследования, с целью  использования двигателя в быту. История.         Стирлинг родился в Клог  Фарме  недалеко от Метвена, Шотландия. Он  был третьим ребёнком в семье, а всего детей было восемь. От отца он  унаследовал интерес к конструированию техники, но изучал богословие и стал священником Шотландской Церкви в местечке Лайф Кирк в 1816 году. В  1819 Стирлинг вступил в брак с Джиной Рэнкин. У них было семеро детей,  двое из них: Патрик Стирлинг и Джеймс Стирлинг стали инженерами по  паровозостроению. [ Приложение 1]      Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским  священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский  патент № 4081). Прихожане маленького шотландского местечка уже давно и с явным подозрением косились на своего духовного пастыря. Еще бы! Шипение  и грохот, проникавшие через стены сарая, где частенько пропадал отец  Стирлинг, могли смутить не только их богобоязненные умы. Ходили упорные  слухи, что в сарае содержится страшный дракон, которого святой отец  приручил и вскармливает летучими мышами и керосином. Но Роберта  Стирлинга, одного из просвещеннейших людей Шотландии, не смущала  неприязнь паствы. Мирские дела и заботы все больше и больше занимали его,  в ущерб служению господу: увлекали пастора  ­  машины. Британские острова  в тот период переживают промышленную революцию: стремительно  развиваются мануфактуры. И служители культа не остаются равнодушными к  громадным доходам, которые сулит новый способ производства. С  благословения церкви и не без помощи фабрикантов несколько машин  Стирлинга были построены, и лучшая из них, в 45 л. с., три года проработала  на шахте в Дунди. Дальнейшее развитие Стирлингов задержалось: в 60­х годах прошлого столетия на арену вышел новый двигатель Эриксона. Стирлинг умер в Галстоне, Шотландия в 1878 году. [2] 4 Принцип действия.          В основе двигателя Стирлинга лежит то, что объем газа при нагревании  увеличивается, а при охлаждении уменьшается. Представим, что у нас есть  некий замкнутый корпус, определенного объема, в котором находится воздух. На одной части корпуса, у нас находится эластичная мембрана (она же  поршень), которая выгибается каждый раз при нагреве корпуса, то есть  совершает определенную работу за заданный промежуток времени. Это  происходит из­за расширения воздуха, которым заполнен корпус. Обратный  процесс, будет происходить точно также, только с точностью наоборот.  Корпус необходимо не нагревать, а охлаждать. Мембрана из­за уменьшения  объема воздуха, начнет снова выгибаться, но уже в другую сторону, опять же  совершая работу.         Чтобы извлечь из этого пользу, колебания должны происходить  достаточно часто, и воздух в корпусе должен постоянно то охлаждаться, то  нагреваться. Для автоматизации этого процесса предусмотрен  дополнительный поршень, который называется вытеснитель. Его роль —  вытеснять оставшийся объем воздуха (горячего или холодного), из нижней  части корпуса (горячей), к верхней (холодной). Этот поршень, занимает практически половину всего объема корпуса, и имеет  вид круглого диска, не плотно прилегающего к стенкам корпуса. Зазор между  стенкой и диском, как раз и необходим для того, чтобы воздух из горячей  области корпуса, переместился в охлаждаемую область, и наоборот.          По идее, поршень должен состоять из легкого материала, плохо  проводящего тепло, так как именно он является ключевым элементом в  системе, который находится на границе раздела двух сред. Ну а далее, двигатель Стирлинга состоит из обычной, кривошипно­шатунной  системы, которая соединяет поршень и мембрану, что позволяет им  находиться на одной оси вращения. Это и обеспечивает весь механизм  5 цикличности, то есть дает возможность двигателю опускать и поднимать  поршень. [2]        Двигатель Стирлинга является тепловым двигателем внешнего сгорания,  т.е. тепло для рабочих процессов поступает из вне, в то время как в ДВС  топливо сгорает внутри камеры сгорания. Источниками тепла могут быть  горелки на разном топливе, солнечные лучи, дымовые газы котельных  установок, солнечное излучение да и просто тепло руки (есть  демонстрационные модели,  работающие от тепла тела). В XIX веке инженеры хотели создать безопасную альтернативу паровым двигателям того времени,  котлы которых часто взрывались из­за высоких давлений пара и  неподходящих материалов их структуры. Хорошая альтернатива паровым  машинам появилась с созданием двигателей Стирлинга, который мог  преобразовывать в работу любую разницу температур. Основной принцип  работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых  нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли  рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий.        Из термодинамики  известно, что давление,  температура и объём идеального газа взаимосвязаны и следуют закону:                                                P V  =   v R Т     где:  P — давление газа;   V — объём газа; v — количество молей газа; R — универсальная газовая константа; R =8,31Дж/моль* К Т — температура газа в кельвинах.   Это означает, что при нагревании газа его объём увеличивается, а при  охлаждении — уменьшается. Это свойство газов и лежит в основе работы  двигателя Стирлинга.      Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который по  термодинамической эффективности не уступает циклу Карно, и даже  обладает преимуществом. Дело в том, что цикл Карно состоит из мало  отличающихся между собой изотерм и адиабат. Практическое воплощение  этого цикла малоперспективно. Цикл Стирлинга позволил получить  работающий на практике двигатель в приемлемых размерах. [ Приложение 2]      Цикл Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными  фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого  источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа,  6 находящегося в цилиндре. При этом изменяется давление, за счёт чего можно  получить полезную работу. Нагрев и охлаждение рабочего тела (участки 4 и 2) производится вытеснителем. В идеале количество тепла, отдаваемое и  отбираемое вытеснителем, одинаково. Полезная работа производится только  за счёт изотерм, то есть зависит от разницы температур нагревателя и  охладителя, как в цикле Карно. В машине Стирлинга движение рабочего поршня сдвинуто на 90°  относительно движения поршня­вытеснителя. В зависимости от знака этого  сдвига машина может быть двигателем или тепловым насосом. При сдвиге 0°  машина не производит никакой работы (кроме потерь на трение) и не  вырабатывает её. Термический  КПД  идеального цикла Стирлинга определяется формулой:                                                  где Т1 ­ температура нагревателя           Т2 ­ температура холодильника[3]    = (T1 ­ T2)/T1 η Виды двигателей Стирлинга. Инженеры подразделяют двигатели Стирлинга на три различных вида:  Альфа­Стирлинг — содержит два раздельных силовых поршня в  раздельных цилиндрах, один — горячий, другой — холодный. Цилиндр с  горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой  температурой, с холодным — в более холодном. У данного вида двигателя отношение мощности к объёму достаточно велико, но, к сожалению,  высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые  технические трудности.  Регенератор находится между горячей частью  соединительной трубки и холодной.  Бета­Стирлинг — цилиндр всего один, горячий с одного конца и  холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого  снимается мощность) и вытеснитель, изменяющий объём горячей полости.  Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую через  регенератор. Регенератор может быть внешним, как часть теплообменника, или может быть совмещён с поршнем­вытеснителем.  Гамма­Стирлинг — тоже есть поршень и вытеснитель, но при этом два цилиндра — один холодный (там движется поршень, с которого  снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с  другого (там движется вытеснитель). Регенератор может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний  регенератор является частью вытеснителя. [3] [Приложение3] 7    Недостатки. Громоздкость и материалоёмкость — основной недостаток поршневых  вариантов двигателя. У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это  приводит к существенному увеличению массогабаритных показателей  силовой установки за счёт увеличенных радиаторов. Для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС,  приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и особые виды  рабочего тела — водород, гелий. Тепло подводится не к рабочему телу непосредственно, а только через  стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность,  из­за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий  теплообменник работает в очень напряжённых условиях теплопередачи и  при очень высоких давлениях, что требует применения  высококачественных и дорогостоящих материалов. Создание  теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям,  — весьма нетривиальная задача. Чем больше площадь теплообмена, тем  больше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём  рабочего тела, не участвующий в работе. Поскольку источник тепла  расположен снаружи, двигатель медленно откликается на изменение  теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать  нужную мощность при запуске.  Для быстрого изменения мощности  двигателя используются способы,  отличные от применяемых в двигателях внутреннего  8 сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего  давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между  рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае отклик  двигателя на управляющее действие водителя является почти  мгновенным. [2]   Преимущества.      «Всеядность» двигателя — как все двигатели внешнего сгорания  (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать  от почти любого перепада температур: например, между разными слоями  воды в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя,  угольной или дровяной печи и т. д. Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не  требует дополнительных систем, таких как газораспределительный  механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его  характеристики позволяют избавиться от коробки передач. Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих  «нежных» узлов позволяет «Стирлингу» обеспечить небывалый для других двигателей запас работоспособности в десятки и сотни тысяч часов  непрерывной работы. Экономичность — для утилизации некоторых видов тепловой энергии,  особенно при небольшой разнице температур, «Стирлинги» часто  оказываются самыми эффективными видами двигателей. Например, в  9  случае преобразования в электричество солнечной энергии «Стирлинги»  иногда дают больший КПД (до 31,25 %), чем тепловые машины на пару. Экологичность — «Стирлинг» не имеет выхлопа, а значит уровень его  шума гораздо меньше, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания.  Бета­Стирлинг с ромбическим механизмом является идеально  сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве  изготовления, имеет предельно низкий уровень вибраций (амплитуда  вибрации меньше 0,0038 мм). Сам по себе «Стирлинг» не имеет каких­то  частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению  окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность  двигателя обусловлена прежде всего экологичностью  источника тепла.  Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в  двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего  сгорания. (В ДВС полнота сгорания топлива зависит от  соответствия  химического состава топлива физическим параметрам ДВС. Например,  бензин или дизельное топливо всегда сгорают в цилиндрах (камере  роторного ДВС) не полностью, тогда как спирт или сжиженный газ  сгорают в ДВС полностью.)  [2 ]                             Применение: Универсальные источники электроэнергии  Двигатели Стирлинга могут применяться для превращения в электроэнергию  любой теплоты. На них возлагают надежды по созданию солнечных  электроустановок. Их применяют как автономные генераторы для туристов.  Некоторые предприятия выпускают генераторы, которые работают от  конфорки газовой печи. Насосы Эффективность систем отопления или охлаждения возрастает, если в контуре установлен насос принудительной подачи теплоносителя. Установка  электрического насоса снижает живучесть системы, а в неавтономных  бытовых энергосистемах неприятна тем, что электросчётчик «накручивает»  10 ощутимую сумму. Насос, использующий принцип Двигателя Стирлинга,  решает эту задачу. «Стирлинг» для перекачки жидкостей может быть гораздо проще привычной  схемы «двигатель­насос». В двигателе Стирлинга вместо рабочего поршня  может использоваться перекачиваемая жидкость, которая одновременно  служит для охлаждения рабочего тела. Насос на основе Двигателя Стирлинга  может служить для накачки воды в ирригационные каналы посредством  солнечного тепла, для подачи горячей воды от солнечного коллектора в дом  (в системах отопления тепло аккумулятор стараются установить как можно  ниже, чтобы вода шла в радиаторы самотёком). Стирлинг­насос может  использоваться для перекачки химических реагентов, поскольку герметичен.  Тепловые насосы Тепловые насосы позволяют сэкономить на отоплении. Принцип действия тот  же, что у кондиционера (кондиционер — это тот же тепловой насос), только  кондиционер обычно охлаждает помещение, нагревая окружающее  пространство, а тепловой насос, как правило, обогревает помещение,  охлаждая наружный воздух, воду из скважины или другой источник низко  потенциального тепла. Обычно используются тепло насосы, приводимые в  движение электричеством. Но электричество в ряде стран производится на  теплоэлектростанциях, сжигающих газ, уголь, мазут, и в итоге калория,  полученная на таком тепло насосе, оказывается не дешевле, чем полученная  от сжигания газа. Устройство, в котором совмещены Двигатель Стирлинга и  тепловой насос Стирлинга, делает ситуацию более благоприятной. Двигатель  Стирлинга отдаёт в систему отопления бросовое тепло от «холодного»  цилиндра, а полученная механическая энергия используется для подкачки  дополнительного тепла, которое забирается из окружающей среды.  Холодильная техника Почти все холодильники используют те же тепловые насосы. Применительно к системам охлаждения их судьба оказалась более счастливой. Ряд  производителей бытовых холодильников собирается установить на свои  модели «Стирлинги». Они будут обладать большей  сберегательностью, а в  качестве рабочего тела будут использовать обычный воздух. Сверхнизкие температуры Двигатель Стирлинга может работать и в режиме холодильной машины  (обратный цикл Стирлинга). Для этого его приводят в движение любым  другим внешним двигателем (в том числе с помощью другого «Стирлинга»).  Такие машины оказались эффективны для сжижения газов. Если не требуется  больших объёмов (например, в условиях лаборатории), то «Стирлинги»  11 выгоднее, чем турбинные установки. Маленькие «Стирлинги» выгодно  применять для охлаждения датчиков в сверхточных приборах. Подводные лодки Преимущества «Стирлинга» привели к тому, что ещё в первой половине 1960­ х годов военно­морские справочники указывали на возможность установки их  на подводных лодках.  Шведы открыли в подводном кораблестроении эру  вспомогательных анаэробных двигательных установок. И если «Наккен» —  первый опытный корабль этого подкласса, то субмарины типа «Готланд»  стали первыми серийными лодками с Двигателями Стирлинга, которые  позволяют им находиться под водой непрерывно до 20 суток. В настоящее  время все подводные лодки ВМС Швеции оснащены Двигателями Стирлинга,  а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения  этими двигателями подводных лодок, путём врезания дополнительного  отсека, в котором и размещается новая двигательная установка. Двигатели  работают на жидком кислороде, который используется в дальнейшем для  дыхания, имеют очень низкий уровень шума, а упомянутые выше недостатки  (размер и охлаждение) на подводной лодке несущественны.  Аккумуляторы энергии Можно запасать с его помощью энергию, используя в качестве источника  тепла тепло аккумуляторы на расплавах солей. Такие аккумуляторы  превосходят по запасу энергии химические аккумуляторы и дешевле их.  Используя для регулировки мощности изменение фазного угла между  поршнями, можно аккумулировать механическую энергию, тормозя  двигателем. В этом случае двигатель превращается в тепловой насос. Солнечные электростанции Двигатель Стирлинга может использоваться для преобразования солнечной  энергии в электрическую. Для этого двигатель Стирлинга устанавливается в  фокус параболического зеркала, (похожего по форме на спутниковую  антенну) таким образом, чтобы область нагрева была постоянно освещена.  Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении  за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала  отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В  качестве рабочего тела Двигателя Стирлинга используется, как  правило, водород, или гелий. [2]   [ Приложение 4] 12 Инструментарий для исследования. В своей работе я решил собрать мини двигатель Стирлинга гамма­типа,  который является компромиссом, между  бета и альфа типами.      Для этого я взял: жестяную баночку из­под кофе с пластмассовой крышкой, резиновую пробку,  кусочек вспененного полиэтилена, горлышко от пластиковой бутылки,  полиэтиленовой пакет, канцелярскую резинку, бутылку из под подсолнечного  масла, канцелярские скрепки, пустой стержень от шариковой ручки,  медицинский шприц. 13 Порядок сборки: 1. Вырезал из кусочка вспененного полиэтилена круг диаметром чуть  меньше диаметра баночки из­под кофе. Проделал отверстие в этом  круге ровно посередине и  в него вставил выпрямленную   канцелярскую скрепку, зафиксировал её,  приклеив сверху и снизу кусочки резиновой  пробки. Вытеснитель готов. 2. В пластмассовой крышке проделал два отверстия. В отверстие, которое  сделано по центру пластмассовой крышки установил сальник (одна из  деталей медицинского шприца).  В банку вставил вытеснитель, а  длинный шток вытеснителя вставил в сальник на крышке. На второе  отверстие наклеил горлышко от пластиковой бутылки. 3. На  горлышко от пластиковой бутылки надел кусочек полиэтиленового  пакета и закрепил его с помощью канцелярской резинки.  Приклеил на  полученную мембрану круг из резиновой пробки, в который вставил  короткий шток из канцелярской скрепки. 4. Согнул из скрепки колен вал угол между коленами которого 90  градусов. На колен вале сделал ограничители из пустого стержня от  ручки. 5. Вырезал из бутылки  держатель для колен вала.  Вставил в него колен  вал. Соединил штоки с коленами колен вала. Тем самым я собрал мини­модель двигателя Стирлинга. [Приложение5]          Собранную модель двигателя Стирлинга я проверил при двух  условиях.       В первом случае я установил двигатель на кружку с горячей водой  температура,  которой  400С при температуре окружающей среды 200С. КПД1=(313К­293К/313К)*100%=6,3%.       Во втором случае, при той же температуре окружающей среды я  положил кусочки льда на верхнюю часть двигателя. КПД2=(293К­273К/293К)*100%=6,8%        К моему удивлению, оказалось, что чем ниже температура хол одильника двигателя, тем выше его КПД. Значит, можно получить  больше работы не затратив больше теплоты, а всего лишь надо улучшить его отвод.     Далее, я применил свою мини­модель двигателя Стирлинга в качестве домашнего вентилятора, для ночного светильника. [Приложение6]   Выводы по практическому исследованию. 14 1. В ходе исследовательской деятельности  была  изготовлена действующая  мини модель двигателя Стирлинга. 2. Измерен КПД двигателя при разных условиях нагревателя и холодильника. 3. Проверены возможности использования в быту. Преимущества модели двигателя Стирлинга:    Данная модель двигателя  может работать  от любого источника тепла.  Мало шума, небольшая вибрация при работе. Двигатель не выделяет вредные  отработанные газы. Создание более  усовершенствованной модели двигателя  Стирлинга полностью оправдало бы  себя в домашних условиях. Заключение. На сегодняшний день, двигатель Стирлинга применяется практически во всех  областях и отраслях. Его используют как универсальный источник  электроэнергии, в качестве насосов, в холодильных системах, на подводных  лодках, в качестве аккумуляторов, на солнечных электростанциях и так  далее. Именно по этой причине, двигатель Стирлинга, сейчас является  универсальным устройством для выполнения любого рода задач. 15 Я думаю, что наверное в  будущем, будет выгодно размещать двигатели  Стирлинга в космосе, где нагрев от солнца сменяется бесплатным  охлаждением до абсолютного нуля и КПД такого двигателя будет  стремиться к 1.  Источники информации. [1]  http://www.sovmash.com/node/98                                    16 Большая Советская Энциклопедия (в 30 томах). Гл. ред. А. М. Прохоров. Изд. 3­е. М., «Советская Энциклопедия».1976. Т. 25 – Струнино – Тихорецк. 1976.  600с. [2]   https://ru.wikipedia.org/wiki/Двигатель Стирлинга [3]  http://www.medem.kiev.ua/page.php?pid=1522                               Приложение 1 17 Роберт Стирлинг 18 Приложение 2 Цикл  Стирлинга 19 Виды двигателей Стирлинга. Приложение 3                       Альфа­Стирлинг                                             Бета­Стирлинг                                                                                                                                   Гамма­Стирлинг  20 Приложение 4 Энергетические установки с двигателями Стирлинга, работающие на   солнечной энергии. Насос на солнечной энергии (Стирлинг) 21 Микро­ТЭЦ фирмы KIRSCH 22 Приложение 5 Мини­ модель двигателя Стирлинга 23 Приложение 6 24

Новое. Другое (моделизм) на интернет-аукционе Au.ru

Принцип действия двигателя Стирлинга невероятно прост и
стар! В древнем Египте использовали расширение
нагревающегося воздуха, чтобы приводить в движение
ворота храма. Точно такой же принцип используются в
двигателе горячего воздуха, на который Роберт Стирлинг
зарегистрировал патент 27 сентября 1816 года. Он основан
на периодическом нагреве и охлаждении рабочего газа с
извлечением энергии из возникающего при этом изменения
объёма. Из курса термодинамики известно, что давление,
температура и объём газа тесно взаимосвязаны и
подчиняются закону идеальных газов. Это означает, что при
нагревании газа его объём увеличивается, а при охлаждении
— уменьшается.Это свойство газов и лежит в основе работы двигателя
Стирлинга. Основными особенностями двигателя
Стирлинга с газообразным рабочим телом являются не
только небольшие размеры, высокая удельная мощность но и
возможность работы практически от любого источника
тепла. Цикл Стирлинга условно разделен на четыре фазы.
Условность заключается в том , что четкое разделение на
фазы в цикле отсутствует , процессы переходят один в
другой . Это происходит ввиду отсутствия в конструкции
двигателя клапанного механизма.В первой фазе рабочее тело
нагревается в горячей части двигателя и расширяется при
этом происходит полезная работа, за тем происходит
перемещение рабочего газа в холодную часть двигателя, где
он охлаждается и сжимается и снова подается в горячую
часть двигателя . Цикл повторяется .
1.Горелка, заполненная спиртом, нагревает воздух внутри
цилиндра.
2.Воздух внутри цилиндра нагревается пламенем и за счёт
расширения устремляется к противоположенному к раю
цилиндра, выдавливая рабочий поршень.
3.Под действием вакуума поршень засасывается обратно,
тем самым перемещая охлаждённый воздух обратно в
цилиндр. Цикл повторяется. Машина работает.
4.Подается тепло для двигателя, который пускается в ход
вращением маховика.
5.Поршень соединён с начавшим вращаться маховиком, под
его действием он снова возвращается назад, воздух при этом
остывает и сжимается, создавая, таким образом, вакуум.
6.Несмотря на простую конструкцию, двигатель Стирлинга
впечатляет!
материал: металл, стекло
размер: 165x87x95 мм

Поделиться этим лотом:

Модель двигателя Стирлинга реферат 2010 по транспорту

Модель двигателя Стирлинга Двигатель Стирлинга - это двигатель внешнего сгорания, в котором тепловая энергия подводится к рабочему телу (в нашем случае - к воздуху) извне - через стенку цилиндра. Принцип действия его основан на известном физическом законе - расширении и сжатии воздуха при нагревании и охлаждении. Поэтому стирлинг называют еще воздушно-тепловым двигателем. Понять работу двигателя, который Стирлинг разработал еще в 1816 году, нам поможет модель, описанная в книге С. Баранова «Действующие модели тепловых машин» (год издания 1936-й). Сначала о том, как устроена модель стирлинга. Она собирается из четырех основных частей: двух сообщающихся цилиндров - теплообменного 6 и рабочего 3, камеры нагрева - назовем ее топкой 4 - и резервуара с холодной водой (на схемах I-III он не показан, см. его на общем виде двигателя). В верхней части теплообменного цилиндра 6 герметично впаяна камера 7 для воды. Ее задача - охладить нагретый воздух. Через эту камеру проходит шток поршня-вытеснителя 5. Вытеснитель установлен в цилиндре 6 с зазором, не касаясь стенок. Рабочий поршень 2, наоборот, плотно подогнан к цилиндру 3 и движется по нему практически без зазора. Между собой вытеснитель 5 и рабочий поршень 2 соединены через кривошипно-шатунный механизм, причем кривошип и эксцентрик установлены относительно друг друга со сдвигом фаз на 90°. Цилиндры соединены между собой трубкой, и поэтому воздух может легко проходить из теплообменного в рабочий цилиндр, и наоборот. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа с шатуном и осью (узел 8), эксцентрика 1 и маховика 9. Диаметр маховика 80 мм, а расстояние от оси до пальца эксцентрика 14 мм. Итак, предположим, что мы поставили спиртовку в топку 4 и начали нагревать дно цилиндра 6. Через некоторое время воздух под поршнем- вытеснителем нагреется (а значит, расширится) и устремится вверх (напомним: между вытеснителем и стенкой цилиндра имеется зазор). Сдвинем маховик 9 с мертвой точки, и поршень-вытеснитель 5 начнет подниматься вверх, вытесняя при этом холодный воздух сверху вниз. Медленно начнет двигаться и рабочий поршень 2. Холодный воздух, соприкасаясь с раскаленным дном цилиндра 6, нагреется, давление возрастет, и воздух по трубке пойдет в рабочий цилиндр 3. Поршень 2 под его воздействием начнет свой рабочий ход. Поршень движется вверх, а тем временем вытеснитель уже стал опускаться вниз, потому что фазы их, как уже было сказано, сдвинуты на 90°. Поршень занял верхнее положение и под действием инерции маховика 9 начинает опускаться вниз, вытесняя в цилиндр 6 отработанный, потерявший первоначальную теплоту воздух. Попав в верхнюю часть теплообменного цилиндра, он еще больше охлаждается и уменьшается в объеме. Вытеснитель же при обратном ходе рабочего поршня снова начинает подниматься и снова перегоняет холодный воздух сверху вниз. Соприкасаясь с раскаленным дном цилиндра 6, холодный воздух нагревается, расширяется, и цикл повторяется. Главное в работе такого двигателя - охлаждение воздуха. В нашей модели это делает вода, поступающая из резервуара, установленного рядом с двигателем. Как только вода, находящаяся в камере 7, нагреется горячим воздухом, она устремляется по патрубку вверх и попадает в резервуар. А на ее место, уже по нижнему патрубку, поступает из резервуара холодная вода. В физике это явление называется тепловой конвекцией. Теперь о том, как сделать модель двигателя. Оба цилиндра 3 и 6, топку 4 проще всего спаять из жести. Сначала вырежьте заготовку для цилиндра 6 (ширина ее примерно 223 мм), просверлите в ней отверстия 0 4,2 мм для оси, а затем согните на круглой болванке. Спаяйте цилиндр. С внешних сторон его ушек напаяйте втулки с внутренним диаметром не менее 4,2 мм - они выполняют функции подшипников. Затем приступайте к изготовлению водяной камеры 7. По диаметру получившегося цилиндра вырежьте из жести два кружочка. В нагревания-охлаждения, в банке находится свободный вытеснитель, который может перемещаться вверх и вниз, создавая движение воздуха в двигателе. Когда воздух нагревается, он расширяется и давит на диафрагму (воздушный шар), которая приводит в движение рычаги. Когда рычаги поворачиваются, они двигают вытеснитель вниз так, что воздух перемещается в верхнюю часть, где он охлаждается, заставляя ее сокращаться и тянуть назад рычаги, которые, разумеется, тянут вверх вытеснитель и позволяют воздуху переместиться в нижнюю часть и нагреться. Это повторяется снова и снова. Что понадобится: 3 банки из-под колы 1 воздушный шарик2 ниппеля для крепления велосипедных спиц5 электрических клемм (контактные колодки) 5A Стальная вата. Стальная проволока сечением 1мм (около 30см). Толстая (сечение 1.6-2 мм) медная или стальная проволока. Пластиковая крышка от бутылки Деревянный штырь диаметром 20 мм (нам понадобится длина всего лишь 1см). Суперклей 30см электрической проводки Рыболовная леска около 30 см длиной. Кусочек вулканизированной резины - около 2 квадратных сантиметров. Маленькие грузы для балансировки (например, никелевые и т.д.). 3 CD-диска. Жестяная баночка для топки. Канцелярская кнопка. Красный термоустойчивый силикон. Консервная банка для кожуха водяного охлаждения. Шаг 1: Подготовка 2 банок из-под колы. Во-первых, вам нужно две банки с отрезанными верхушками. Если резать ножницами, останутся опасные зазубрины, которые придётся сточить, используя напильник или дремель. Затем вырежьте дно банки с помощью ножа. Старайтесь не помять металл, это уменьшит герметичность. Некоторые используют для этих целей консервный нож, но я обнаружил, что он повреждает стенки банки. Впрочем, вам может и повезти. Шаг 2: Делаем диафрагму. Диафрагма этого двигателя выполнена из обычного воздушного шарика, усиленного вулканизированной резиной. В первую очередь отрежьте горловину шарика и натяните его на банку. Затем вырежьте кусок вулканизированной резины площадью 1 см и приклейте его в центр шарика. После того, как клей высохнет, вы можете использовать канцелярскую кнопку, чтобы пробить в центре диафрагмы отверстие для проволоки, на которой будет закреплён вытеснитель. Оставьте кнопку в отверстии, пока не придёт время вставить проволоку. Шаг 3: Вырезаем и сверлим крышку от бутылки. Просверлите отверстия диаметром 2 мм (для поворотной оси рычагов) в обеих стенках крышки, а также отверстие в донышке крышки (для проволоки, держащей вытеснитель). Затем вырежьте обе стороны крышечки, придав им изогнутую форму. Это делается потому, что иногда держатель проволоки отходит в сторону и задевает крышечку. Это больше раздражает, чем доставляет хлопоты, но всё равно лучше этого избежать. Кроме того, я думаю, что так лучше смотрится. Я пользовался хозяйственными ножницами – они очень хорошо режут толстый пластик. Теперь снимите диафрагму с баночки и натяните её снова, но так, чтоб вулканизированная резина находилась внутри банки. Приклейте крышечку к диафрагме, на ту сторону, где нет резины. Я слегка подшлифовал крышечку, потому что клей не схватывался с пластиком. При этом кнопка должна остаться на месте, чтоб все отверстия, через которые будет продета проволока, находились на одной линии. Шаг 4: Сверлим отверстия для подшипников. Я взял длинное 3,5 мм сверло, чтоб просверлить отверстия для подшипников. Я сверлил на глаз, измерять и вычислять тут не обязательно. Они должны быть в верхней части баночки, там, где стенки скошены. Убедитесь в том, что они находятся на одном уровне. Шаг 5: Вырезаем смотровое окошко. Обозначьте круг примерно в центре баночки, с тем расчётом, чтоб через него можно было видеть рычаги и вытеснитель. Можно и не круг, просто так легче вырезать. Шаг 6: Сверлим электрические клеммы. Теперь вам нужно где-нибудь достать электрические клеммы и удалить с них пластиковую защиту. Лучший способ это сделать – открутить винты, насколько возможно, и отогнуть пластик плоскогубцами. Теперь просверлите отверстие диаметром 2 мм прямо через конец каждой из них, как показано на картинке. Вы должны просверлить три из них. Чтобы удобнее было сверлить, я держал их плоскогубцами. Кроме того, необходимо оставить две клеммы непросверленными. Шаг 7: Делаем рычаги. Для рычагов я использовал медную проволоку диаметром около 1,88 мм - вы можете использовать старые спицы или стальную проволоку, если у вас нет медной. Я использовал медную, потому что её легче гнуть и вообще, она мне нравится. Если вам нужно выпрямить проволоку, можно зажать один конец в дрель, а другой захватить плоскогубцами - вращение дрели должно выпрямить проволоку. На всякий случай защитите лицо и руки – проволока может выскользнуть и поранить вас. Ниже представлены фотографии каждого шага изготовления рычагов. Центральный участок должен выступать примерно на 20мм, а два боковых - на 5мм каждый, но особой точности тут не требуется. Центральный участок располагается под углом 90 градусов к боковым - это лучший угол для такого двигателя. Шаг 8: Изготавливаем подшипники. Я использовал два велосипедных ниппеля для изготовления подшипников. Вы можете найти их в магазинах или снять со старых велосипедных колёс. Проверьте отверстия – возможно, их совсем не обязательно сверлить. Я просверлил ниппели насквозь двухмиллиметровым сверлом. Шаг 9: Устанавливаем рычаги и подшипники. Теперь вы можете установить рычаги. Например, через смотровое окошко. Если вы не можете их вставить, подтачивайте один конец проволоки до тех пор, пока она не войдёт в подшипник. Оставьте один конец проволоки подлиннее – потом вы закрепите на нём маховое колесо. Подшипники должны очень плотно сидеть в предназначенных для них отверстиях, но если они «плавают», вы можете их приклеить. и удерживать вытеснитель от ударов по верхней или нижней части сосуда. [Боже, храни королеву! Я надеюсь, что вы понимаете, о чём тут речь. – прим. перев.] Когда вы присоедините вытеснитель, можно добавить противовес к маховику. Противовес должен тянуть рычаг, соединённый с вытеснителем, в горизонтальное положение – убедитесь, что это так. В моём случае противовес сделан из монетки. Толчковые стержни ввинчиваются во внешние ниппели. Установите рычаги в самое нижнее положение и закрепите стержни в ниппелях. Шаг 16: Делаем топку. Для топки я взял жестяную баночку из-под сиропа, у которой есть окантовка на крышке и донышке. Вырежьте спереди отверстие в виде арки и просверлите 8 отверстий диаметров 8 мм для вентиляции. Вы также можете использовать любую жестяную банку, сопоставимую по диаметру с баночкой из-под колы. Главное – вырежьте в ней отверстие. Шаг 17: Прикрепляем окантовку. Чтоб никто не порезался об острые края смотрового окошка, я сделал для него окантовку из оболочки электрического кабеля. Я разрезал её по центру, вынул провод и приклеил оболочку на края отверстия. Шаг 18: Вот и готово! Тестируем и ищем неисправности. Наконец вы можете испытать двигатель! Зажигаем свечу и пробуем! Надеемся, что он заработает с первого раза. Если нет – вот пара советов, которые могут помочь. Не забудьте хорошенько смазать все движущиеся части – это поможет механизму двигаться более плавно. Утечки воздуха: Если вы подозреваете утечки воздуха, можно поместить всю конструкцию в горячую воду, и любая утечка тут же станет очевидной. Именно в горячую воду! Это важно, поскольку воздух внутри начнёт расширяться, и утечка скорее обнаружится. Не забудьте потом тщательно просушить двигатель и откачать воду, иначе образующийся пар просто разорвёт баночку. Слишком много трения: достаточно ли свободно двигается механизм? Определённое сопротивление со стороны диафрагмы будет наблюдаться всегда, но если вы попытаетесь раскрутить маховик рукой, он должен свободно повернуться один-два раза. Двигатель чересчур герметичен: Если двигатель прекрасно герметичность, то воздух в неподвижном пространстве будет расширяться и мешать движению. Симптомом этого является выпуклость диафрагмы. Проблема решается так: подложите под край диафрагмы кусочек лески, это создаст небольшой люфт, и избыточного давления можно будет избежать. Со временем отверстие, через которое проходит проволока вытеснителя, расширится, и вы сможете убрать искусственный люфт. Если вы сделали такой люфт, не наполняйте промежуток между двух банок водой, потому что она начнёт просачиваться. Шаг 19 [Опционально] Добавляем кожух водяного охлаждения Вы можете заставить свой двигатель работать лучше, добавив кожух охлаждения для увеличения разности температур. Для этого вам понадобится консервная банка диаметром немного больше, чем баночка из-под колы. Нарисуйте круг на дне банки и вырежьте его хозяйственными ножницами. Возможно, придётся отполировать края отверстия. Поместите сосуд под давлением в подготовленную консервную банку и запечатайте водостойким силиконовым герметиком. Цикл Стирлинга В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) распыленное топливо соединяется с окислителем, как правило, воздухом, до фазы сжатия или после этой фазы, и образовавшаяся горючая смесь отдает свою энергию во время кратковременной фазы горения. В двигателе Стирлинга энергия поступает в двигатель и отводится от него через стенки цилиндра или теплообменник. Еще одним существенным различием между двигателем внутреннего сгорания и двигателем Стирлинга является отсутствие в последнем клапанов, поскольку рабочее тело (газ) постоянно находится в полостях двигателя. Цикл Стирлинга основан на последовательном нагревании и охлаждении газа (его называют рабочим телом) в замкнутом объеме. Рабочее тело нагревается в горячей части двигателя, расширяется и производит полезную работу, после чего перегоняется в холодную часть двигателя, где охлаждается, сжимается и снова подается в горячую часть двигателя. Цикл повторяется. Количество рабочего тела остается неизменным, меняется его температура, давление и объем. Весь цикл условно разделен на четыре такта. Условность заключается в том, что четкое разделение на такты в цикле отсутствует, процессы переходят один в другой. Это обусловлено отсутствием в конструкции двигателей Стирлинга клапанного механизма (стирлинг- двигатели с клаппаным механизмом называются двигателями Эриксона). С одной стороны данный факт резко упрощает конструкцию, с другой стороны вносит сложность в теорию расчета. Но об этом позже. Рассмотрим принцип работы на примере гама-стирлинга. Этот тип наиболее часто применяют в моделировании. Двигатель состоит из двух цилиндров. Большой цилиндр - теплообменный. Его задача поочередно разогревать и охлаждать рабочее тело. Для этого один торец цилиндра разогревают (на схеме он закрашен розовым цветом), другой торец - охлаждают (на схеме он закрашен синим цветом). Большой поршень выполненный из теплоизоляционного материала, свободно перемещается в теплообменном цилиндре (зазор между стенками цилиндра и поршня составляет 1-2 мм) и выполняет роль теплового клапана, пегегоняющего рабочее тело то к холодному, то к горячему торцу. Малый цилиндр является рабочим. Поршень плотно подогнан к цилиндру. Гамма стирлинг. Первый такт Первый такт - такт сжатия при постоянной температуре рабочего тела: поршень теплообменного цилиндра находится вблизи нижней мертвой точки (НМТ) и остается условно неподвижным. Газ сжимается рабочим поршнем малого цилиндра. Давление газа возрастает, а температура остается постоянной, так как теплота сжатия отводится через холодный торец теплообменного цилиндра в окружающую среду. заряда аккумулятора, поскольку не имеет этих агрегатов. Понятие "двигатель заглох" не имеет смысла для Стирлингов. Стирлинг может остановиться, если нагрузка превышает расчетную. Повторно запуск осуществляется однократным поворотом маховика коленчатого вала. Простота конструкции позволяет длительно эксплуатировать Стирлинг в автономном режиме. - Двигатель Стирлинга может использовать любой источник тепловой энергии, начиная с дров и заканчивая ядерным топливом! - Сгорание топлива происходит вне внутреннего объема двигателя (в отличии от ДВС), что позволяет обеспечить равномерное горение топлива и полное его дожигание (т.е. отбор максимума содержащейся в топливе энергии и минимизация выброса токсичных компонентов). Минусы стирлингов - Поскольку сгорание топлива происходит вне двигателя, а отвод тепла осуществляется через стенки радиатора (напомним, что Стирлинги имеют замкнутый объем) габариты двигателя увеличиваются. - Еще один минус - материалоемкость. Для производства компактных и мощных Стирлинг- машин требуются жаропрочные стали, выдерживающие высокое рабочее давление и в то же время, обладающие низкой теплопроводностью. Обычная смазка для Стирлингов не годится - коксуется при высокой температуре, по этому необходимы материалы с низким коэффициентом трения.- Для получения высокой удельной мощности в качестве рабочего тела в Стирлингах используют водород или гелий (почему именно эти газы - читайте в разделе "ТЕОРИЯ"). Водород взрывоопасен, при высоких температурах растворяется в металлах, образуя металлогидриды - т.е. разрушает цилиндры двигателя. К тому же водород, как и гелий обладает высокой проникающей способностью и просачивается через уплотнения подвижных частей двигателя, снижая рабочее давление. Для того чтобы окрасить алюминий, его необходимо анодировать. Очищенную и обезжиренную деталь опустите на 2-3 минуты в 5% р-р едкого натра, промойте, а затем опустите в слабый раствор азотной кислоты (20-30мл. кислоты на 100г. воды) и снова промойте. Дотрагиваться до нее руками нельзя. Опустите деталь в ванну для анодирования, к детали подсоедините положительный электрод. Электролит-20мл. серной кислоты на 100мл воды. Ток 20-25мА на 1см2.Процес длится около часа. Дальше деталь на 5-10 минут поочередно погружают в два раствора, промывая каждый раз в проточной воде. Составы красящих растворов: (концентрация в гаммах на 100 г. воды). Цвет 1-й Раствор 2-й Раствор Синий,Голубой Ферроцианид калия (1-5) Хлорид железа III (1-10) Коричневый Ферроцианид калия (1-5) Медный купорос(1-10) Черный Ацетат кобальта(5-10) Перманганат калия(1-5) Желтый Бихромат калия(5-10) Ацетат свинца(1-5) Золотисто-Желтый Гипосульфат натрия(1-5) Перманганат калия(1-5) Белый Ацетат свинца(1-5) Сульфат натрия(1-5)

Как построить эффективный тепловой насос Стирлинга?

Двигатели или тепловые насосы Стирлинга — это системы, которые могут работать при невероятно малой разности температур. Некоторым вариантам двигателей Стирлинга для работы достаточно даже тепла человеческого тела. В статье мы рассматриваем динамику этой интересной машины, которую можно построить в домашних условиях, и показываем, как создать её модель в COMSOL Multiphysics.

Современные применения старой идеи

Сначала немного истории двигателя Стирлинга. Разработанный два века назад в 1816 году Робертом Стирлингом двигатель в то время называли «двигателем будущего». Хотя эта технология так и не стала действительно популярной, двигатели Стирлинга широко используются во многих современных прикладных задачах. Например, солнечный вариант двигателя Стирлинга непосредственно преобразует солнечное тепло в механическую энергию, которая в свою очередь приводит в движение генератор и производит электричество. Кроме того, этот же подход используется для получения энергии из геотермальных источников и тепловых сбросов промышленных предприятий. Вероятно, самая удивительная область, в которой нашли свое применение двигатели Стирлинга — это шведские подводные лодки; в них двигатели Стирлинга обеспечивают тягу даже без доступа к воздуху.

От тепловой энергии к механической работе

Мы рассказали о некоторых применениях двигателей Стирлинга, но каков же принцип работы этого устройства? В двигателе Стирлинга тепловая энергия преобразуется в механическую работу в ходе циклического процесса. Детали реализации могут отличаться, но основной принцип остается неизменным. Рабочее тело проходит через четыре процесса: охлаждение, сжатие, нагрев и расширение. Теплота переносится газом от горячей стороны двигателя к холодной. КПД двигателя не превосходит КПД цикла Карно.

В отличие от обычных двигателей, двигатели Стирлинга не требуют для своей работы высоких температур. Некоторые двигатели успешно работают при небольшой разности температур между горячей и холодной сторонами. Кроме того, для них характерен очень низкий уровень шума и соответствующих потерь энергии, поскольку в рабочем процессе не происходят взрывы и не выделяются выхлопные газы. В то же время двигатели Стирлинга лучше всего подходят для прикладных задач, в которых требуется обеспечить постоянную мощность, поскольку динамически регулировать их мощность чрезвычайно сложно. Это, вероятно, самая главная причина, по которой мы до сих пор не управляем автомобилями с двигателями Стирлинга.

Двигатель Стирлинга, работающий от тепла человеческой ладони. (Изображение «Двигатель Стирлинга, который работает только от разности температур между окружающим воздухом и ладонью». Собственная работа участника Arsdell. Доступно по лицензии Creative Commons «Атрибуция — На тех же условиях» 3.0 на Викискладе).

Как построить свой собственный двигатель Стирлинга

Если у вас есть опыт ручной работы, вы можете сами собрать двигатель Стирлинга в домашних условиях даже без профессиональных инструментов и соответствующего опыта. На YouTube вы можете найти несколько видеоуроков и пошаговых руководств по сборке двигателя. Самый простой вариант можно собрать из банки из-под колы и других ненужных в хозяйстве вещей.

Конечно, КПД такого двигателя Стирлинга вряд ли будет оптимальным. Более подходящим решением является создание численной модели двигателя.

Моделирование теплового насоса Стирлинга в COMSOL Multiphysics

С помощью численной модели двигателя Стирлинга мы можем подобрать и испытать различные сочетания материалов и настройки параметров. Процесс описывается уравнениями теплопередачи и гидродинамики, а для упрощенного описания механической составляющей процесса достаточно решить дополнительное обыкновенное дифференциальное уравнение — уравнение движения.

Двухмерная осесимметричная модель состоит из основного цилиндра, который содержит рабочее тело (воздух) и поршень. В малом цилиндре вверху расположен приводной поршень. Оба поршня соединены параллельно и двигаются на коленчатом валу, на котором они разнесены по фазе на 90°. Коленчатый вал в модель не включен. Такой вид двигателя Стирлинга называется гамма-конфигурацией.

Модель теплового насоса Стирлинга.

Здесь задача теплопередачи в рабочем газе уже решена. Механическая сторона процесса реализуется с помощью подвижной сетки (ALE). Вытеснитель и приводной поршень могут свободно двигаться в направлении z. Установленное смещение соответствует режиму теплового насоса. При этом механическая работа используется для передачи тепловой энергии в направлении, противоположном направлению самопроизвольной передачи теплоты. Обратный процесс — собственно работу двигателя Стирлинга — можно моделировать, используя источник тепла и рассчитывая конечные силы давления на приводной поршень и вытеснитель. В любом случае, система проходит цепочку процессов, которые соответствуют четырем стадиям цикла Карно:

Термодинамические процессы, действующие на рабочее тело.

КПД такого цикла далек от цикла Карно, но полученный график зависимости давления от объема, который вы видите ниже, совпадает с экспериментальными данными.

График зависимости давления от объема в цикле Стирлинга.

Основное преимущество модели заключается в том, что мы можем изучать физические явления в тепловом насосе. Например, представленное ниже анимированное изображение показывает распределение скоростей во время работы теплового насоса.

Распределение скоростей во время работы теплового насоса.

Поршень передает механическую энергию, требуемую для перекачки тепла, а значит, мы можем изучить динамическое распределение температуры во время работы теплового насоса.

Анимация, показывающая распределение температуры.

Увеличение КПД

Чтобы увеличить КПД двигателя Стирлинга, необходимо максимизировать площадь замкнутой области на графике "давление-объем" (pV-диаграмме). Эта площадь соответствует работе, совершенной двигателем. Общий КПД двигателя можно увеличить несколькими способами. Выбор в качестве рабочего тела газа с высокой удельной газовой постоянной (например, с малой молярной массой) максимизирует работу, которую может произвести двигатель в процессе изотермического расширения. Поэтому в качестве рабочего газа обычно используют водород или гелий. Кроме этого, можно максимизировать передачу тепла через вытеснитель, используя пористый вытеснитель-регенератор (см. эту статью).

Двигатель Стирлинга, набор для сборки

Настройки файлов cookie

Здесь вы можете определить свои предпочтения в отношении использования нами файлов cookie.

Требуется для работы страницы

Эти файлы cookie необходимы для работы нашего веб-сайта, поэтому их нельзя отключить.

Функциональный

Эти файлы позволяют использовать другие функции веб-сайта (кроме тех, которые необходимы для его работы). Включив их, вы получите доступ ко всем функциям веб-сайта.

Аналитический

Эти файлы позволяют нам анализировать наш интернет-магазин, что может способствовать его лучшему функционированию и адаптации к потребностям Пользователей.

Поставщики аналитического программного обеспечения

Эти файлы используются поставщиком программного обеспечения, под которым работает наш магазин.Они не объединяются с другими данными, введенными вами в магазине. Целью сбора этих файлов является выполнение анализа, который будет способствовать разработке программного обеспечения. Вы можете прочитать больше об этом в политике использования файлов cookie Shoper.

Маркетинг

Эти файлы позволяют нам проводить маркетинговую деятельность.

.

Низкотемпературный двигатель Стирлинга

	Цена: 730,62 зл. Цена нетто: 594,00 зл.

.

Как сделать легкий мобиль

Зная принцип построения двигателя Стирлинга и имея в домашнем запасе несколько коробочек с мазью, кусочки проволоки и гибкую одноразовую перчатку или баллон, мы можем стать обладателями работающей настольной модели.

1. Модель двигателя, приводимая в действие теплом горячего чая

Мы будем использовать тепло горячего чая или кофе в стакане, чтобы запустить этот двигатель.Или специальный нагреватель для напитков, подключаемый к компьютеру, на котором мы работаем, с помощью USB-разъема. В любом случае сборка мобиля доставит нам массу удовольствия, как только он начнет тихо работать, крутя серебристый маховик. Я думаю, что это звучит достаточно обнадеживающе, чтобы немедленно приступить к работе.

Структура двигателя. Рабочий газ - а в нашем случае воздух - нагревается под основным, смесительным поршнем. Нагретый воздух испытывает повышение давления и толкает рабочий поршень вверх, передавая ему свою энергию.При этом получается коленчатый вал . Затем поршень перемещает рабочий газ в зону охлаждения над поршнем, где объем газа уменьшается, чтобы втянуть рабочий поршень. Воздух заполняет рабочее пространство, заканчивающееся баллоном, и коленчатый вал продолжает вращаться, приводимый в движение вторым кривошипным плечом малого поршня. Поршни соединены коленчатым валом таким образом, что поршень в горячем цилиндре опережает поршень в холодном цилиндре на 1/4 такта хода. Это показано на рис. 1.

Рис. 1.Схема модели

Двигатель Стирлинга вырабатывает механическую энергию за счет разницы температур. Заводская модель производит меньше шума, чем паровые двигатели или двигатели внутреннего сгорания. Не требует использования больших маховиков для улучшения равномерности вращения. Однако его преимущества не перевешивали недостатков, и в конце концов он не получил такого широкого распространения, как паровые модели. Раньше двигатели Стирлинга использовались для перекачки воды и приведения в движение небольших лодок. Со временем их заменили двигатели внутреннего сгорания и надежные электродвигатели, которым для работы требовалось только электричество.

Материалы: две коробки, например, для конской куртки, высотой 80 мм и диаметром 100 мм (одинаковые или более или менее одинаковые размеры), тюбик поливитаминных таблеток, резиновая или одноразовая силиконовая перчатка, стиродур или полистирол, тетрик или гибкий хомут пластиковый с реечным и храповым механизмом, три пластины от старого компьютерного диска, провод диаметром 1,5 или 2 мм, термоусадочная изоляция с величиной усадки, соответствующей диаметру провода, четыре гайки для пакетов из-под молока или аналогичные ( 2).

2. Стройматериалы для модели

3. Стиродур – выбранный материал для поршня

Инструменты: пистолет для горячего клея, волшебный клей, плоскогубцы, прецизионные плоскогубцы для гибки проволоки, нож, дремель с диском для резки листового металла и насадками для точной обработки, пиления, шлифовки и сверления. Нелишней будет и дрель на подставке, которая обеспечит необходимую перпендикулярность отверстий по отношению к поверхности поршня, и тиски.

4. Отверстие под палец перпендикулярно поверхности будущего поршня

5.Измеряем палец и укорачиваем его на толщину материала, т.е. высоту поршня

Корпус двигателя, а заодно и цилиндр, в котором работает смесительный поршень, будем делать из большого ящика высотой 80 мм и диаметром 100 мм. Дремелем, оснащенным наконечником сверла, проделайте в центре дна коробки отверстие диаметром 1,5 мм или такое же, как у вашей проволоки. Будет хорошей идеей сделать отверстие, например, с помощью ножки циркуля, перед сверлением, что облегчит точное сверление. Поместите трубку таблетки на дно, симметрично между краем и центром, и нарисуйте фломастером круг.Вырезаем дремелем с отрезным диском, а затем выравниваем наждачной бумагой на валике.

6. Вставьте его в отверстие

.

7. Отрежьте круг поршня ножом или пилой

Поршень. Изготавливается из стиродура или полистирола. Однако лучше подойдет первый, твердый и мелковспененный материал (3). Вырезаем его ножом или ножовкой, в виде круга чуть больше диаметра нашей коробочки для мази. В центре круга сверлим отверстие диаметром 8 мм, как у мебельной шпильки.Отверстие должно быть просверлено точно перпендикулярно поверхности пластины и поэтому мы должны использовать дрель на подставке (4). Используя викол или волшебный клей, вклейте мебельный штифт (5, 6) в отверстие. Его нужно предварительно укоротить до высоты, равной толщине поршня. Когда клей высохнет, поместите ножку циркуля в центр булавки и начертите ею окружность диаметром с цилиндр, т.е. нашу коробочку для мази (7). В том месте, где у нас уже есть обозначенный центр, сверлим отверстие диаметром 1,5 мм. Здесь также следует использовать настольную дрель на штативе (8).Наконец, в отверстие аккуратно забивается простой гвоздь диаметром 1,5 мм. Это будет ось вращения, потому что наш поршень должен точно катиться. Используйте плоскогубцы, чтобы отрезать лишнюю шляпку забитого гвоздя. Прикрепляем ось с нашим материалом для плунжера к патрону дрели или дремелю. Включенная скорость не должна быть слишком высокой. Вращающийся стиродур сначала тщательно обрабатывается крупнозернистой наждачной бумагой. Мы должны придать ему круглую форму (9). Только потом тонкой бумагой добиваемся такого размера поршня, который помещается внутрь коробки, т.е. цилиндра двигателя (10).

8. Просверлите отверстие в пальце для поршневого штока

9. Плунжер, прикрепленный к дрели, обработан наждачной бумагой

.

Второй рабочий цилиндр. Этот будет меньше, а роль цилиндра будет играть мембрана из перчатки или резинового баллона. От поливитаминной тубы отрежьте фрагмент длиной 35 мм. Этот элемент плотно приклеивается к корпусу двигателя над прорезанным отверстием, с помощью горячего клея.

10. Обработанный поршень должен соответствовать цилиндру

11.Шаблон опоры вала 9000 3

Опора коленчатого вала. Мы сделаем его из другой коробки для мази такого же размера. Начнем с вырезания шаблона из бумаги. Мы будем использовать его для обозначения положения отверстий, в которых будет вращаться коленчатый вал. Нарисуйте шаблон на коробочке с мазью тонким водостойким маркером (11, 12). Положение отверстий важно, и они должны быть точно друг напротив друга. Используя дремель с отрезным диском, вырежьте форму опоры в стенке коробки. В донышке вырезаем круг диаметром на 10 мм меньше дна.Все это дело тщательно обрабатывается наждачной бумагой. Приклейте готовую опору к верхней части цилиндра (13, 14).

12. Опора вала

13. Убедитесь, что цилиндр

полностью герметичен при склеивании.

Коленчатый вал. Его мы будем сгибать из проволоки толщиной 2 мм. Форму изгиба можно увидеть на рисунке 1. Следует помнить, что меньший кривошип вала образует прямой угол по отношению к большему кривошипу (16-19). Это четверть оборота впереди.

14.Готовый корпус машины 9000 3

15. Элементы крепления эластичного покрытия

Маховик. Он был сделан из трех серебряных дисков из разобранного старого диска (21). Надеваем диски на крышку пакета из-под молока, подбирая их диаметр. В центре сверлим отверстие диаметром 1,5 мм, предварительно отметив центр ножкой циркуля. Центральное сверление очень важно для правильной работы модели. Второй, такой же, но большего размера колпачок, также просверленный по центру, приклеивается горячим клеем к поверхности диска маховика.Я предлагаю вставить кусок проволоки через оба отверстия в заглушках и убедиться, что эта ось перпендикулярна поверхности колеса. При склеивании горячий клей даст нам время внести необходимые коррективы.

16. Коленчатый вал и кривошип

17. Изгиб проушины шатуна

18. Коленчатый вал и кривошипы машин

19. Установка гибкой оболочки с кривошипом

Сборка и запуск модели (20). Приклейте 35-миллиметровый фрагмент поливитаминной трубки к верхнему воздуху.Это будет рабочий цилиндр. Приклейте опору вала к корпусу. На коленчатый вал наденьте кривошип цилиндра и участки термоусадочной изоляции. Вставьте поршень снизу, укоротите его выступающий стержень и соедините с кривошипом с помощью теплоизоляционной трубки. Шток поршня, работающий в корпусе машины, уплотнен смазкой. На коленчатый вал надеваем короткие отрезки термоусадочной изоляции. При нагреве их задача удерживать кривошипы в правильном положении на коленчатом валу. Во время вращения они предотвратят их скольжение по валу.Наденьте крышку на дно корпуса. С помощью клея закрепляем маховик на коленчатом валу. Рабочий цилиндр неплотно закрыт мембраной с прикрепленной проволочной рукояткой. Прикрепите ненагруженную диафрагму к верхней части (22) с помощью стержня. Кривошип рабочего цилиндра, вращая коленчатый вал, должен свободно приподнимать резину в высшей точке вращения вала. Вал должен вращаться плавно и как можно легче, а взаимосвязанные элементы модели работают вместе, чтобы вращать маховик. На другой конец вала надеваем — фиксируя горячим клеем — оставшиеся одну-две заглушки от пакетиков из-под молока.

20. Установка

21. Маховик

После необходимых регулировок (23) и устранения ненужного сопротивления трения наш двигатель готов. Ставим на стакан с горячим чаем. Его тепла должно быть достаточно, чтобы нагреть воздух в нижней камере и заставить модель двигаться. Дождавшись, когда воздух в цилиндре прогреется, крутим маховик. Машина должна начать движение. Если двигатель не запустился, нам придется вносить коррективы, пока не добьемся успеха. Наша модель двигателя Стирлинга не очень эффективна, но ее работы достаточно, чтобы доставить нам массу удовольствия.

22. Диафрагма крепится к камере штоком

23. Готовая модель ждет соответствующего регламента

Адам Ловицки

См. также

Wire mobil
Mobil двухцилиндровый

.

Модель двигателя Стирлинга Модель вакуумного двигателя Комплект Продажа

Способы доставки

Общее расчетное время, необходимое для получения вашего заказа, показано ниже:

• Вы делаете заказ
• (Время обработки)
• Мы отправляем ваш заказ
• (Время доставки)
• Доставка!

Общее расчетное время доставки

Общее время доставки рассчитывается с момента размещения заказа до его доставки вам.Общее время доставки делится на время обработки и время доставки.

Время обработки: Время, необходимое для подготовки товара к отгрузке с нашего склада. Это включает в себя подготовку вашей продукции, проверку качества и упаковку для отправки.

Время доставки: Время в пути от нашего склада до конечного пункта назначения.

Рекомендуемые способы доставки для вашей страны/региона указаны ниже:

Доставка по адресу: Корабль из

Этот склад не может доставлять товары к вам.

Способ доставки	Время доставки	Информация об отслеживании

Примечание:

(1) Сроки доставки, указанные выше, относятся к расчетному времени в рабочих днях, которое потребуется на доставку после отправки заказа.

(2) Рабочие дни не включают субботу/воскресенье и праздничные дни.

(3) Эти оценки основаны на обычных обстоятельствах и не являются гарантией сроков поставки.

(4) Мы не несем ответственности за сбои или задержки в доставке в результате любых форс-мажорных обстоятельств, таких как стихийное бедствие, плохая погода, война, таможенные и любые другие события, находящиеся вне нашего непосредственного контроля.

(5) Ускоренная доставка не может использоваться для адресов

абонентских ящиков.

90 067 Расчетные налоги: Расчетные налоги: Может применяться налог на добавленную стоимость (GST).

Способы оплаты 9000 3 Мы поддерживаем следующие способы оплаты, пожалуйста, нажмите для получения более подробной информации, если вы не знаете, как платить.

* В настоящее время мы предлагаем оплату наложенным платежом для Саудовской Аравии, ОАЭ, Кувейта, Омана, Бахрейна, Таиланда, Сингапура, Малайзии, Филиппин, Индонезии. Мы отправим код подтверждения на ваш мобильный телефон, чтобы убедиться, что ваша контактная информация верна. Обязательно следуйте инструкциям в сообщении.

* Оплата в рассрочку (кредитной картой) или Boleto Bancário доступна только для заказов с адресом доставки в Бразилии.

.

New Balance Hot Air Stirling Engine Миниатюрная модель Energy Bath Technology Научное поколение Экспериментальная игрушка

Особенности:

Дизайн маховика со знаком доллара ($), общий ретро-индустриальный стиль, тонкий и красивый.Изысканная деревянная подложка, а также аппаратная часть изделий изготовлены из высококачественных материалов из алюминиевого сплава и цинкового сплава, обработка с ЧПУ.

Простое управление - Зажгите призрачную лампу, нагрейте трубку в течение примерно 60 секунд (обязательно), поверните большое колесо, и машина поедет.

Светодиод загорается, когда машина и электрический генератор работают. 4 противоскользящих уплотнения в нижней части модели машины обеспечивают стабильную работу.

Поставляется с красочными светодиодными нитями и бусинами.Пользователи могут заставить себя наслаждаться весельем и создать романтическую атмосферу праздника, чтобы увеличить удовольствие от детских научных экспериментов.Он также с сумкой для хранения, удобной для клиентов, чтобы хранить после использования.

Отличная развивающая игрушка, крутые или экспериментальные лабораторные уроки, лучший выбор подарка для учеников, учителей, детей, друзей и коллег.

Технические характеристики:

Модель: LL-006

Материал: алюминиевый сплав + стекло +

деревянная основа

Размер изделия: 17,4*8,3*9,5 см/6,9*3,3*3,7 дюйма

Вес продукта: 433 г / 15,3 унции

Размер упаковки: 18,0*12,0*9,6 см/7,1*4,7*3,8 дюйма

Вес упаковки: 557 г / 19,6 унции

Примечания:

Пожалуйста, внимательно прочитайте руководство пользователя перед использованием.

Использование спирта чистотой 95%.

Горячо! Не прикасайтесь к стеклу во время использования.

При использовании колпачка для подавления призрака лампы никогда не сморкайтесь и не выплевывайте воду для заливки.

Если в церкви алкоголь и стреляли, не паникуйте, используйте мокрую тряпку, чтобы прикрыть огонь.

Список пакетов:

1 * модель двигателя Стирлинга

1 * Алкогольная проверка (без жидкости)

1 *

стеклянная трубка

1 * светодиодный светильник

1 * светодиодная лента

1 * сумка для хранения

1 * Руководство пользователя (на английском языке)

.

Беспоршневой двигатель - сенсационная технология из Польши

Анджей Вонсовский - это человек, чье имя я советую вам запомнить, потому что вскоре оно может быть включено в энциклопедию. Почему? Что ж, он изобретатель беспоршневого двигателя, благодаря которому в ближайшем будущем мы сможем дешево и эффективно обогревать целые дома.

Andrzej Wąsowski - это человек, чье имя я советую вам запомнить, потому что вскоре оно может быть включено в энциклопедию. Почему? Что ж, он изобретатель беспоршневого двигателя, благодаря которому в ближайшем будущем мы сможем дешево и эффективно обогревать целые дома.

Все началось более тридцати лет назад, когда г-н Вонсовски учился в последнем классе средней школы, и его задачей было подготовить материалы по термодинамике. Он прочитал в «Молодом технике» подробную статью о двигателе Стирлинга, который восходит к середине 19 века и использовался Philips в портативном электрогенераторе в 1950-х годах. Стирлинг в своем двигателе использует общеизвестное физическое явление — если нагреть герметичный сосуд — газ внутри повысит свое давление.

Если тот же контейнер охладить - давление снизится. Стирлинг добавил к этой емкости подвижный поршень, не касающийся стенок емкости. Поршень использовался только для того, чтобы «проталкивать» воздух от холодного к нагретой стене. Также необходимо было соединить «контейнер» с классическим пневмоприводом и с помощью маховиков и шатунов соединить штоки поршня вытеснителя со штоком рабочего цилиндра, реализуя классическую положительную обратную связь. Гениально просто, правда?

0141X Мой двигатель Стирлинга - часть 1 (введение)

Двигатели Стирлинга служили приводом для токарных станков, шлифовальных станков, насосов, вентиляторов и даже первых вертушек! В начале 20 века на смену им пришли электрические двигатели и двигатели внутреннего сгорания.Как уже упоминалось, в 1950-х годах компания Philips вернула двигатель к жизни — в краткосрочной перспективе она внедрила портативный электрогенератор, работающий от двигателя Стирлинга. Там не было топливного бака, но был небольшой ящик, в котором находилась бензиновая горелка Primus. Чтобы запустить двигатель, нужно было зажечь примус, дождаться, когда двигатель наберет нужную разницу температур, и потянуть за пусковой шнур. Устройство дало ему мощность 200 Вт, и хотя оно было революционным по своей концепции, его производство было быстро прекращено.

0161X Мой двигатель Стирлинга — часть 2 (идея)

Во время написания статьи г-ну Вонсовски пришла в голову идея убрать все шатуны и поршни в классическом двигателе Стирлинга и заставить его работать, используя только вращение его компонентов. . Он написал об идее, а потом забыл о теме — так же, как технический мир снова отказался от двигателей Стирлинга, но последние два десятилетия возродили концепцию 19 века.

Примеры? Вот вы - шведы построили несколько подводных лодок с двигателем Стирлинга.Часть «тепла» этого двигателя нагревается за счет химической экзотермической реакции соединения хлора с натрием с образованием поваренной соли. Кроме того, НАСА разработало двигатель по интересующей нас концепции, нагреваемый за счет реакции радиоактивного элемента. Такие двигатели уже установлены на космических зондах, которые будут летать в отдаленные от Солнца районы нашей системы.

0169P Мой двигатель Стирлинга - часть 3 (заявка)

Более того, ведутся работы по использованию этих двигателей в промышленных когенерационных установках, т.е. везде, где у нас есть среда с высокой температурой, и в дальнейшем производственном цикле нам нужно охлаждать это, напримерв классической градирне. Также было начато производство бытовых генераторов с классическим двигателем Стирлинга. Газ, подаваемый в дом для его обогрева, сначала нагревает двигатель, который производит электричество для дома. Получается два в одном - энергоноситель, которым является газ, используется и для отопления, и для "освещения".

[quote]Года два назад совершенно случайно я наткнулся на сайт, посвященный двигателям Стирлинга. Я начал искать, ожидая найти где-нибудь «свою» идею.И чем дольше я искал, тем больше поражался, что нигде не могу найти. Параллельно я начал "любительские" испытания, в некотором роде ведущие к практической проверке моей идеи.[/quote]

0171P Мой двигатель Стирлинга - часть 4 англ.

Прорыв произошел прошлой весной, когда Адам Вонсовски связался со знающим человеком и прислал ей чертежи, схемы и информацию о беспоршневом двигателе Стирлинга. Этому человеку так понравилась концепция, что он посоветовал запатентовать идею — патентная процедура находится на рассмотрении, так что давайте представим изобретение.Беспоршневой роторный двигатель в соответствии с концепцией Вонсовского (версия 2 = WASE2) представляет собой тип теплового двигателя внешнего сгорания. Разность температур на поверхностях двигателя преобразуется в механическую работу. Идея, стоящая за этой идеей, заключается в простом соединении отдельных модулей последовательно-параллельно для формирования плоских панелей. Каждая панель имеет индивидуальный генератор (альтернатор).

Панель может использоваться для рекуперации энергии, затрачиваемой в промышленном производстве (когенерация), в качестве источника питания для гибридного автомобиля, а также в качестве генератора электроэнергии, который можно легко использовать в домашнем хозяйстве или даже на... на Луне! Двигатель чрезвычайно прост в сборке, поэтому себестоимость его производства будет очень низкой (высокая стоимость была основным недостатком предыдущих решений). Применяется: когенерационные системы, гибридные автомобили, портативные электрогенераторы.

Модель двигателя Стирлинга

Источником тепла может быть любой вид тепловой энергии: все классические органические виды топлива, атомная энергия, геотермальная энергия, химическая экзотермическая реакция (напр.соединение натрия с хлором с образованием поваренной соли). Двигатель Стирлинга требует охлаждения - в связи с тем, что это "дифференциальный" двигатель - то есть его КПД зависит от разницы температур на его рабочих поверхностях. Его можно охлаждать водой, воздухом или любой другой эндотермической химической реакцией. Отдаю голос за изобретателя:

[quote] Ведутся работы по изготовлению "полупромышленного" двигателя. По моим оценкам, выходная мощность должна быть около 800-1000 Вт. Этот первый двигатель будет использоваться для оптимизации нескольких параметров, что улучшит его производительность в последующих моделях.Двигатель, над которым я работаю, — это «мутация» моего представления о двигателе 30-летней давности. Прототип (WASE1) также запатентован. Я начну работать над этим после того, как наберусь опыта на текущей модели. WASE1 - по отношению к WASE2 намного проще, содержит более половины элементов. Он также должен быть намного дешевле в массовом производстве. Однако это требует большой точности изготовления, чего невозможно добиться «в домашних условиях» [/quote]

Теоретически возможно, что соответствующую панель, состоящую из этих двигателей, можно было бы использовать для обогрева или охлаждения домов или производственных цехов.Но это всего лишь теория. Однако дело все еще находится на рассмотрении, и мы надеемся, что сможем представить следующие этапы работы г-на Вонсовски в Gadgetmania.

.

Двигатель Стирлинга, Двигатель Стирлинга, Тепловой двигатель - LL-004 Wozźniki

• Предложение от компании
• Состояние новый

Очень хороший гаджет, альфа-двигатель Стирлинга с генератором.Чтобы начать его, просто зажгите горелку. Модель высокого класса, очень точно сделанная и полностью функциональная. Изготовлен из алюминия и стекла. Этот двигатель работает, циклически сжимая и разжимая воздух при нагреве одного из цилиндров. Подробнее о принципе работы двигателя можно узнать здесь: http ************************************* **** *** Простота сборки и надежность. Посмотрите, как работает эта модель, на нашей странице в Facebook ARKOS FPHU - h **************************************** ** ************* / Технические данные: - Скорость вращения: до 1800 об/мин - диаметр маховика: 60 ​​мм - диаметр стеклянных цилиндров: 16мм - напряжение генератора: 4,5 В - материал: алюминий, стекло, сталь - Размеры: 155x75x120 мм - Вес: 800 г Набор содержит: Двигатель Стирлинга - 1 шт. 1 год гарантии.При заказе большего количества штук цена может быть согласована. Самовывоз или отправка заказным письмом. Квитанция/счет. Посетите наши веб-сайты: Facebook: ARKOS FPHU - http **************************************************** * **** Инстаграм: arkosbp - @arkosbp Ютуб: Аркос - https://www.youtube.com/channel/UCeQ78e-HPJGNSo6Gzer8BUg

.

---

Смотрите также

• 
  Саньенг чья фирма
• 
  Рывки при движении автомобиля
• 
  Остаток зимней резины допустимый
• 
  Как подключить провода к сабвуферу
• 
  Тайкан турбо s
• 
  Если машина долго стоит без движения нужно ли ее периодически заводить
• 
  Егр в машине
• 
  Какая категория нужна
• 
  Активная химия на мойке самообслуживания для чего
• 
  Если в результате дорожно транспортного происшествия вред причинен только
• 
  Атмосферное давление в кг