Мощный двигатель стирлинга: Мощный генератор 700 Вт на альфа двигателе Стирлинга


0
Categories : Разное

Содержание

Мощный генератор 700 Вт на альфа двигателе Стирлинга

Чаще всего в интернете на глаза попадаются двигатели Стирлинга «хоббийного» типа, от которых вы навряд ли получите какую-либо полезную мощность. Конечно же многие из этих проектов вдохновляют и даже удивляют. Но, тем не менее, многие из них имеют право на будущее в качестве генераторов различной мощности, пусть даже и очень незначительной. Именно поэтому многие стирлингостроители с волнение и завистью смотрят на более перспективные, серьёзные и мощные генераторы на двигателях Стирлинга.

SV-2 представляет собой двигатель Стирлинга альфа конфигурации с использованием воздуха в качестве рабочего тела. Рабочее давление составляет 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм или 11.8 атмосфер или 1,2 мегапаскаля). Объем составляет 127 кубиков. Механическая выходная мощность на валу равна 700 Вт при 1800 оборотов в минуту.

На Ютьюбе есть видео генератора, разработанного на основе автомобильного компрессора от кондиционера. Далее перевод рассказа Дэйва Кирка, который представил на YouTube свой проект SV-2 MKII альфа-стирлинг (V-Twin) генератора.

Вдохновленный MP1002C Philips

В середине 80-х, я имел удовольствие быть свидетелем испытаний генераторной установки  MP1002C Philips которая на самом деле реально работала. Опыт произвёл на меня глубокое впечатление, особенно в том, как спокойно Стирлинг завёлся и ожил. Максимум шума исходил от горелки (камеры сгорания), но в конечном итоге от двигателя Philips исходил очень приятный звуковой фон — всё, что нужно было заменить — были шумящие подшипники.

Как говорится в старой поговорке, «Он работал и работал, как швейная машинка Зингер»! В то время, мой опыт общения с двигателями Стирлинга состоял из проектирования нескольких моделек настольного размера, но, увидев и услышав работающий двигатель Philips, я захотел спроектировать, сделать дизайн и собрать двигатель такого же калибра … сделать нечто достаточно большое, что производило бы полезную ощутимую работу.

Выбор пал на конфигурацию «альфа» по следующим причинам

  • Эта конструкция имеет самое большое отношение рабочего объёма к общему объему двигателя, что позволяет физически получить компактный двигатель.
  • При конструировании альфы сдвиг фаз поршней составляет 90 градусов и поэтому достигается идеальный первичный баланс, что способствует более тихому ходу.
  • С механической точки зрения и с точки зрения исполнения в «железе» он очень простой, поэтому его выгодно строить.

Наддув (нагнетание давления в Стирлинге)

Для получения значимых выходных мощностей необходимо повышать давление в рабочей зоне двигателя. Зная, что двигатель Philips работал при давлении 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм), я хотел бы получить двигатель, который был бы конструктивно прочным и компактным, чтобы работать на данных уровнях внутреннего давления рабочего газа. Рабочим телом был воздух, и выбран он был на основании практичности. Я хотел, чтобы в моём генераторе смазка осуществлялась маслом, так же как и в Стирлинге от Philips — эта функция в значительной степени способствует тихой работе и длительному сроку службы, который очень хочется получить в двигателе Стирлинга.

Компрессор кондиционера от Chrysler

Примерно в это же время мне в руки попался холодильный компрессор и оказалось, что он идеально подходит в качестве основы для запланированного мной двигателя. Это был автоматический компрессор кондиционера RV-2 компании Chrysler. Кривошип разносил поршни на 90 градусов (дизайн V-твин), с диаметром цилиндра 58,7 мм и ходом поршня 33,4 мм.

В обоих цилиндрах в сочетании с правильной траекторией движения газа, рабочим объемом составил 127,8 куб.см, что составляет более чем вдвое больший объём по сравнению с MP1002C двигателя Philips. Являясь холодильным компрессором, конструкция была сделана основательно и с достаточным запасом прочности для такого сильного сжатия. Кроме того, этот компрессор содержал героторный масляный насос, который  под давлением смазывал края большим шатунным подшипникам. Каждый алюминиевый поршень имел одно компрессионное кольцо и соединены через алюминиевые шатуны Alcoa. Этот компрессор оказался самым оптимальным для моей задумки.

Компрессор кондиционера Chrysler RV-2

Годы разработки

На протяжение нескольких лет, я спроектировал и уже отработал все необходимые компоненты, для того, чтобы адаптировать компрессор к работе в двигателе Стирлинга. Я также сконструировал трубчатую несущую раму, которая являлась несущим основанием для двигателя. Рама стилизована под аналогичную используемую на генераторной установке Philips.

Головка нагревателя, вытеснитель и внутренний цилиндр выполнен из труб нержавейки 302 различных размеров. В роли регенератора использовал путанку из медной проволоки. Охладитель, расположенный со стороны сжатия двигателя, был изготовлен из алюминиевых трубок. Использовал небольшой генератор 200 Вт 12 вольт с ременным приводом, который изначально был куплен и предназначался для работы на садовом тракторе.

Вот этот двигатель, получивший название SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark I):

Генератор на базе двигателя Стирлинга SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark 1)

Изначальные характеристики и рабочее тело

Двигатель заработал, но производительность его была далека от ожидаемой величины. Я пробовал использовать гелий в качестве рабочего тела, и это помогло, повлияв как на выходную мощность, так и на обороты, но при этом было слишком очевидно, что что-то было кардинально не правильно. Работа двигателя будет существенно лучше при поднятии давления до 2 бар и оборотах 2000 в минуту, отдавая примерно 50 Вт мощности на выходе уже с электрогенератора … дальнейшее изменение в большую или меньшую сторону скорости или давления приведёт к потере выходной мощности. Кроме того, блок цилиндров начнёт очень сильно греться через незначительное время после запуска, что является доказательством о завышенной теплопередаче вдоль корпуса двигателя.

Конфигурация двигателя. Пробы и ошибки

После долгих раздумий (и нескольких лет разочарования) я понял, что в этой конфигурации допущены ошибки. В первую очередь — в любом двигателе Стирлинга нагреватель, регенератор, и холодильник должны быть «моноблочные», то есть их размещают в непосредственной близости друг от друга. Это означает, что эти три термодинамические компоненты должны все находиться в стороне от вытеснителя двигателя, вместо того, чтобы «разбросать» их по всей цепи газового тракта, как я сделал на МК I. Такой грамотный дизайн очень важен для хорошей производительности и такая плотная моноблочная компоновка чётко прослеживается на всех двигателях Philips. Тот факт, что я расположил регенератор в тесном контакте с блоком двигателя способствовали утечке тепла вдоль всей длины двигателя — это явно плохое решение в конструкции Стирлинга.

Несмотря на не оптимальную работу, я много узнал о расходе масла и о том как очищать перемещающуюся смазку в рабочем пространстве. Разобрался с техническими особенностями особой скруглённой формы вытеснителя, его прерывистых движений, уплотнительными кольцами и канавками для них и разделённой формы вытеснителя. Открытие безуглеродного состава синтетических масел с высокой температурной точкой вспышки также было очень полезно. Собственная конструкция отражателя пламени горелки на пропане также вызывал сомнение, но после нахождения некоторых старых публикаций на эту тему, успешная расчетная схема горелки наконец-то появилась и была успешно апробирована на трёх построенных экземплярах.

Конструкция самодельного кольца газовой пропановой горелки

Новый дизайн и появление MK II

В тот момент я понял, что была необходима большая модернизация для того, чтобы получить хороший и эффективный двигатель. Копаясь в моих технических справочниках и книгах, я внедрил модернизацию во все термодинамические компоненты в газовом контуре. Были переработаны: головка нагревательного цилиндра из нержавеющей стали 316, на которой нанесены рёбра внутренние и внешние, фольга для регенератора, ребристый охладитель, а также новый вытеснитель из нержавейки с тонкими стенками.

Ребристый снаружи и внутри нагреватель двигателя стирлинга из нержавейки

Мой друг и энтузиаст в стирлингостроении Джон Арчибальд, согласился подготовить чертежи из моих эскизов дизайна и используя свои навыки в качестве слесаря-механика, помочь с созданием некоторых из наиболее сложных частей. Потребовалось еще несколько лет, чтобы получить все новые компоненты, но в конце 2012 года, версия MK II двигателя была готова и была собрана.

Кулер с рёбрами для двигателя стирлинга

Пробный запуск генератора Стирлинга SV-2 MK II

Для SV-2 MK II был первый запуск в январе 2013 года и сразу было видно, что редизайн улучшил как ходовые качества, так и производительность. Двигатель стал работать довольно приятно, когда давление рабочего газа было поднято до  4 бар (3,95 атм. или 0,4 МПа), и при увеличении давления обороты увеличивались пропорционально. И замеры мощности не были сделаны в тот момент из-за не соответствующей геометрии горелки новой ребристой головке нагревателя.

Собранный двигатель с генератором показан ниже:

Генератор на двигателе стирлинга МК-2Генератор МК-2. Вид сзади

Водяное охлаждение стирлинга

Так как двигатель альфа имеет водяное охлаждение, то для циркуляции охлаждающей жидкости применён небольшой электрический гидронасос, запитываемый в дальнейшем от выходной мощности электрогенератора.

Дальнейшая разработка горелки

Новая горелка сейчас строится, она будет соответствовать ребристой геометрии головки нагревателя и будет выдавать более высокую теплоотдачу для предполагаемого вывода выходного вала 700 Вт на 1800 оборотов в минуту. Конструкция горелки должна быть готова к тестированию в следующем месяце или чуть позже, и должна быть полностью готова для исследования и раскрытия полного потенциала этого двигателя.

Сейчас нет планов и нет чертежей для этого генератора

У меня нет никаких планов ни производить этот двигатель ни продавать чертежи для изготовления его деталей. Это строго научный проект для демонстрации жизнеспособности данного изделия. Затруднения и издержки в изготовлении некоторых компонентов нивелировались выбором усреднённого хоббийного качества изготовления. Также, существуют компромиссы в использовании для данного двигателя элементов компрессора РВ-2, которые не будут присутствовать в идеальной конструкции. Если так и будет, то для повышения производительности это требует размещение всех термодинамических компонентов на основе собственной разработки —  то есть, спроектированный заново картер, поршни, шатуны и т.д. Только тогда это будет продукт, который сможет иметь определённый рыночный потенциал.

Пожалуйста, смотрите на мои новые видео YouTube, как прогрессирует развитие. Я искренне благодарю всех вас за проявленный интерес!

Дэйв Кирк

Кирк Двигатели, Inc.

Далее некоторые данные из самого видео.

Совсем недавно, полная реконструкция нагревателя, регенератора и холодильника была выполнена и ,были произведены новые компоненты. Этот вариант, SV-2 MKII включает в себя все тонкости, необходимые для достижения поставленных целей. Головка нагревателя сделана из заготовки стали 316 при помощи электроэрозионного процесса. Купол и фланец свариваются в месте. Как внутренние, так и наружные ребра использованы для усиления теплообмена с рабочей жидкостью.

Внешние рёбра нагревателя и сварочный шов

 

Внутренние рёбра нагревателя и сварочный шов

Регенератор имеет корпус из нержавеющей стали 316 используя оберточную нержавеющую фольгу в виде материала регенератора. Толщина составляет 0,001 дюйма. Эта часть выполнена в виде цилиндрического контейнера. Торцевые экраны держат фольгу на месте.

Корпус регенератора

Охладитель сделан из 6061 Т-6 алюминиевого сплава также при помощи электроэрозионного  процесса. Внешнее кольцо образует обводный канал для охлаждающей жидкости. Нагреватель, регенератор и охладитель между собой объединены в «стек» и герметизированы при помощи кольцеобразных уплотнений. Обратите внимание на 1 кубический сантиметр, расположенный рядом.

Холодильник двигателя стирлинга с водяной рубашкой

Головка цилиндра зоны компрессии изготовлена из алюминиевой заготовки. Соединительный канал сделан из толстостенной медной трубы.

Компрессионный насос двигателя стирлинга

«Стек» укреплён 4-мя несущими болтами диаметром 0,313 на кольцеобразных хомутах. Такая конструкция минимизирует утечку тепла в глубину структуры двигателя.

Кольцевые хомуты на двигателе стирлинга

Cпасибо

Мощный двигатель стирлинга своими руками. Двигатель стирлинга своими руками, схема и чертеж

Двигатель Стирлинга, некогда известный, был надолго забыт из-за широкого распространения другого мотора (внутреннего сгорания). Но сегодня о нем слышно все больше. Может быть, у него есть шансы стать более популярным и найти свое место в новой модификации в современном мире?

История

Двигатель Стирлинга — это тепловая машина, которая была изобретена в начале девятнадцатого века. Автором, как понятно, был некий Стирлинг по имени Роберт, священник из Шотландии. Устройство представляет собой двигатель внешнего сгорания, где тело движется в замкнутой емкости, постоянно меняя свою температуру.

Из-за распространения другого вида мотора о нем почти забыли. Тем не менее, благодаря своим преимуществам, сегодня двигатель Стирлинга (своими руками многие любители сооружают его дома) снова возвращается.

Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что энергия тепла приходит извне, а не вырабатывается в самом двигателе, как в ДВС.

Принцип работы

Можно представить замкнутый воздушный объем, заключенный в корпусе, имеющем мембрану, то есть поршень. При нагревании корпуса воздух расширяется и совершает работу, выгибая таким образом поршень. Затем происходит охлаждение, и он вгибается снова. В этом состоит цикл работы механизма.

Немудрено, что термоакустический двигатель Стирлинга своими руками многие изготавливают в домашних условиях. Инструментов и материалов для этого требуется самый минимум, который найдется в доме у каждого. Рассмотрим два разных способа, как легко его создать.

Материалы для работы

Чтобы сделать двигатель Стирлинга своими руками, понадобятся следующие материалы:

  • жесть;
  • спица из стали;
  • трубка из латуни;
  • ножовка;
  • напильник;
  • подставка из дерева;
  • ножницы по металлу;
  • детали крепежа;
  • паяльник;
  • пайка;
  • припой;
  • станок.

Это все. Остальное — дело нехитрой техники.

Как сделать

Из жести готовят топку и два цилиндра для базы, из которых будет состоять двигатель Стирлинга, своими руками изготовленный. Размеры подбирают самостоятельно, учитывая цели, для которых предназначено это устройство. Предположим, что мотор делается для демонстрации. Тогда развертка главного цилиндра составит от двадцати до двадцати пяти сантиметров, не более. Остальные части должны подстраиваться под него.

На верху цилиндра для передвижения поршня делают два выступа и отверстия диаметром от четырех до пяти миллиметров. Элементы выступят в роли подшипников для расположения кривошипного устройства.

Далее делают рабочее тело мотора (им станет обычная вода). К цилиндру, который сворачивают в трубу, припаивают кружочки из жести. В них проделывают отверстия и вставляют трубки из латуни от двадцати пяти до тридцати пяти сантиметров в длину и диаметром от четырех до пяти миллиметров. В конце проверяют, насколько герметичной стала камера, залив ее водой.

Далее приходит черед вытеснителя. Для изготовления берут заготовку из дерева. На станке добиваются, чтобы она обрела форму правильного цилиндра. Вытеснитель должен быть немногим меньше диаметра цилиндра. Оптимальную высоту подбирают уже после того, как двигатель Стирлинга своими руками будет сделан. Потому на данном этапе длина должна предполагать некоторый запас.

Спицу превращают в шток цилиндра. По центру деревянной емкости делают отверстие, подходящее под шток, вставляют его. В верхней части штока необходимо предусмотреть место для шатунного устройства.

Затем берут трубки из меди длиной четыре с половиной сантиметра и диаметром два с половиной сантиметра. Кружок из жести припаивают к цилиндру. По бокам на стенках делают отверстие для сообщения емкости с цилиндром.

Поршень также подгоняют на токарном станке под диаметр большого цилиндра изнутри. Наверху подсоединяют шток шарнирным способом.

Сборку заканчивают и настраивают механизм. Для этого поршень вставляют в цилиндр большего размера и соединяют последний с другим цилиндром меньшего размера.

На большом цилиндре сооружают кривошипно-шатунный механизм. Фиксируют часть двигателя при помощи паяльника. Основные части закрепляют на деревянном основании.

Цилиндр наполняют водой и под низ подставляют свечку. Двигатель Стирлинга, своими руками сделанный от начала и до конца, проверяют на работоспособность.

Второй способ: материалы

Двигатель можно сделать и другим способом. Для этого понадобятся следующие материалы:

  • консервная банка;
  • поролон;
  • скрепки;
  • диски;
  • два болта.

Как сделать

Поролон очень часто используют, чтобы сделать дома простой не мощный двигатель Стирлинга своими руками. Из него готовят вытеснитель для мотора. Вырезают поролоновый круг. Диаметр должен быть немного меньше, чем у консервной банки, а высота — чуть более половины.

По центру крышки проделывают отверстие для будущего шатуна. Чтобы он ходил ровно, скрепку сворачивают в спиральку и паяют к крышке.

Поролоновый круг посередине пронизывают тонкой проволокой с винтом и фиксируют его сверху шайбой. Затем соединяют кусок скрепки пайкой.

Вытеснитель вталкивают в отверстие на крышке и соединяют банку с крышкой путем пайки для герметизации. На скрепке делают маленькую петлю, а в крышке — еще одно, более крупное отверстие.

Жестяной лист сворачивают в цилиндр и спаивают, а потом прикрепляют к банке настолько, чтобы щелей не осталось совсем.

Скрепку превращают в коленчатый вал. Разнос при этом должен быть ровно девяносто градусов. Колено над цилиндром делают слегка больше другого.

Остальные скрепки превращаются в стойки для вала. Делается мембрана следующим образом: цилиндр оборачивают в пленку из полиэтилена, продавливают и крепят ниткой.

Шатун изготавливается из скрепки, которую вставляют в кусок резины, и готовую деталь прикрепляют к мембране. Длина шатуна делается такой, чтобы в нижней валовой точке мембрана была втянутой в цилиндр, а в высшей — вытянута. Таким же образом делается и вторая деталь шатуна.

Затем один приклеивают к мембране, а другой — к вытеснителю.

Ножки для банки можно также сделать из скрепок и припаять. Для кривошипа используют CD-диск.

Вот и готов весь механизм. Осталось лишь под него подставить и зажечь свечку, а затем дать толчок через маховик.

Заключение

Таков низкотемпературный двигатель Стирлинга (своими руками сооруженный). Конечно, в промышленных масштабах такие приборы изготавливаются совсем другим способом. Однако принцип остается неизменным: происходит нагрев, а затем охлаждение воздушного объема. И это постоянно повторяется.

Напоследок посмотрите эти чертежи двигателя Стирлинга (своими руками его можно сделать без особых навыков). Может быть, вы уже загорелись идеей, и вам захочется сделать что-либо подобное?

В которой рабочее тело (газообразное или жидкое) двигается в замкнутом объёме, по сути это разновидность двигателя внешнего сгорания. Этот механизм основан на принципе периодического нагрева и охлаждения рабочего тела. Извлечение энергии происходит из возникающего объема рабочего тела. Двигатель Стирлинга работает не только от энергии сгорающего топлива, но и от практически любого источника Запатентован этот механизм шотландцем Робертом Стирлингом в 1816 году.

Описанный механизм, несмотря на невысокий КПД, имеет ряд преимуществ, в первую очередь это простота и неприхотливость. Благодаря этому многие конструкторы-любители совершают попытки собрать двигатель Стирлинга своими руками. Некоторым это удается, а некоторым нет.

В этой статье мы рассмотрим, Стирлинга своими руками из подручных материалов. Нам понадобятся следующие заготовки и инструменты: консервная банка (можно из-под шпрот), листовая жесть, канцелярские скрепки, поролон, резинка, пакет, кусачки, плоскогубцы, ножницы, паяльник,

Теперь приступим к сборке. Вот подробная инструкция к тому, как сделать двигатель Стирлинга своими руками. Сначала необходимо вымыть банку, зачистить наждачной бумагой края. Вырезаем из листовой жести круг таким образом, чтобы он лег на внутренние края банки. Определяем центр (для этого воспользуемся штангенциркулем или линейкой), делаем ножницами отверстие. Далее берем медную проволоку и канцелярскую скрепку, выпрямляем скрепку, на конце делаем кольцо. Наматываем на скрепку проволоку — четыре плотных витка. Далее паяльником пролудим полученную спираль небольшим количеством припоя. Потом необходимо аккуратно спираль припаять к отверстию в крышке таким образом, чтобы шток получился перпендикулярным крышке. Скрепка должна двигаться свободно.

После этого необходимо сделать в крышке сообщающееся отверстие. Из поролона делаем вытеснитель. Его диаметр должен быть немного меньше диаметра банки, но при этом не должно быть большого зазора. Высота вытеснителя — немногим больше половины банки. Вырезаем в поролоне по центру отверстие для втулки, последнюю можно изготовить из резины или пробки. Вставляем в полученную втулку шток и все заклеиваем. Вытеснитель необходимо размещать параллельно крышке, это важное условие. Далее остается закрыть банку и запаять края. Шов должен быть герметичным. Теперь приступаем к изготовлению рабочего цилиндра. Для этого вырезаем из жести полосу длиной 60 мм и шириной 25 мм, загибаем плоскогубцами край на 2 мм. Формируем гильзу, после этого спаиваем край, далее необходимо припаять гильзу к крышке (над отверстием).

Теперь можно приступить к изготовлению мембраны. Для этого отрезаем от пакета кусок пленки, немного продавливаем его пальцем внутрь, резинкой прижимаем края. Далее необходимо проверить правильность сборки. Нагреваем на огне дно банки, тянем за шток. В результате мембрана должна выгибаться наружу, а если шток отпустить, вытеснитель под собственным весом должен опуститься, соответственно, мембрана возвращается на место. В том случае, если вытеснитель сделан неправильно или пайка банки не герметична, шток не вернется на место. После этого делаем коленвал и стойки (разнос кривошипов должен составить 90 градусов). Высота кривошипов должна составлять 7 мм, а вытеснителей 5 мм. Длина шатунов определена положением коленвала. Конец кривошипа вставляется в пробку. Вот мы и рассмотрели, как собрать двигатель Стирлинга своими руками.

Такой механизм будет работать от обычной свечки. Если прикрепить к маховику магниты и взять катушку аквариумного компрессора, то такое устройство способно заменить простой электродвигатель. Своими руками, как вы видите, сделать такой прибор совсем не сложно. Было бы желание.

Двигатель Стирлинга. Почти для любого самодельщика эта замечательная штука может стать настоящим наркотиком. Достаточно один раз сделать и увидеть его в работе, как захочется их делать снова и снова. Относительная простота этих двигателей позволяет делать их буквально из мусора. Я не буду останавливаться на общих принципах и устройстве. Про это полно информации в интернете. Например: Википедия . Приступим сразу к постройке простейшего низкотемпературного гамма-Стирлинга.

Для постройки двигателя своими руками нам понадобится две крышки для стеклянных банок. Они будут выполнять роль холодной и горячей части. От этих крышек ножницами отрезается закраина

В одной крышке по центру делается отверстие. Размер отверстия должен быть чуть меньше диаметра будущего цилиндра.

Корпус двигателя Стирлинга вырезается из пластиковой бутылки из под молока. Эти бутылки как раз поделены на колечки. Нам понадобится одно. Надо заметить, что у разных сортов молока бутылки могут чуть-чуть отличаться.

Корпус приклеивается к крышке пластичным эпоксидным составом или герметиком.

В качестве цилиндра прекрасно подходит корпус маркера. У этой модели колпачок по диаметру меньше чем сам маркер и может стать поршнем.

От маркера отрезается небольшая часть. У колпачка срезается часть с верху.

Это вытеснитель. В процессе работы двигателя Стирлинга он перемещает воздух внутри корпуса от горячей части к холодной и обратно. Изготавливается из губки для мытья посуды. В центре приклеивается магнит.

Так как верхняя крышка изготовлена из жести, она может быть притянута магнитом. Вытеснитель может застрять. Чтобы этого не произошло, магнит нужно дополнительно зафиксировать картонным кружком.

Колпачок заполняется эпоксидным составом. С обоих концов сверлятся отверстия для крепления магнита и держателя шатуна. Резьба в отверстиях нарезается непосредственно винтом. Эти винты нужны для тонкой настройки двигателя. Магнит в поршне приклеивается к винту и регулируется таким образом, чтобы находясь в нижней части цилиндра он притягивал вытеснитель. На этот магнит понадобится еще приклеить ограничитель из резины. Подойдет отрезок велосипедной камеры или ластик. Ограничитель нужен для того чтобы магниты поршня и вытеснителя не притягивались слишком сильно. Иначе давления может не хватить чтобы разорвать магнитную связь.

На верхнюю часть поршня наклеивается резиновая прокладка. Она нужна для герметичности и для защиты кожуха от разрыва.

Кожух поршня изготавливается из резиновой перчатки. Отрезать нужно мизинец.

После того как кожух наклеен, сверху клеится еще одна резиновая прокладка. Сквозь резиновые прокладки и кожух шилом протыкается отверстие. В это отверстие вворачивается держатель шатуна. Этот держатель делается из винта и припаянной шайбы.

В качестве держателя коленвала прекрасно подошла упаковка от эпоксидки. Точно такую же баночку можно взять из под шипучих витаминов или аспирина.

У этой баночки отрезается дно и делаются отверстия. В верхней части — для удержания коленвала. В нижней — для доступа к креплению шатуна.

Коленвал и шатун изготавливаются из проволоки. Белые штуки — это ограничитель. Сделан из трубочки от чупа-чупса. От этой трубочки отрезаются маленькие кусочки и получившиеся детали разрезаются вдоль. Так их проще надеть. Высота колена определяется половиной расстояния, которое должен пройти цилиндр от самой нижней точки до верхней точки, в которой перестает действовать магнитная связь.

Итак, у нас все готово для первых испытаний. Сперва необходимо проверить герметичность. Нужно подуть в цилиндр. На все стыки можно нанести пену из жидкости для мытья посуды. Малейшая утечка воздуха и двигатель не заработает. Если с герметичностью все в порядке, можно вставить поршень и закрепить кожух канцелярской резинкой.

В нижнем положении цилиндра вытеснитель должен притянуться на верх. Дальше вся конструкция ставится на чашку с горячей водой. Через некоторое время воздух внутри двигателя начнет нагреваться и выталкивать поршень. В определенный момент магнитная связь будет разорвана и вытеснитель упадет на дно. Таким образом воздух в двигателе перестанет контактировать с нагреваемой частью и начнет охлаждаться. Поршень начнет втягиваться. В идеале поршень должен начать совершать движения вверх-вниз. Но этого может не произойти. Либо давления будет не достаточно для перемещения поршня, либо воздух нагреется слишком сильно и поршень не втянется до конца. Соответственно у этого двигателя могут быть мертвые зоны. Это не особо страшно. Главное, чтобы мертвые зоны не были слишком большими. Для компенсации мертвых зон нужен маховик.

Ещё очень важная часть этого этапа заключается в том, что тут можно прочувствовать принцип работы двигателя Стирлинга. Я помню свой первый стирлинг который не заработал только потому, что ни как не мог врубиться как и за счет чего эта штука работает. Здесь же, помогая руками поршню ходить вверх-вниз, можно почувствовать как нарастает и спадает давление.

Эту конструкцию можно немного усовершенствовать, если добавить к ней шприц на верхнюю крышку. Этот шприц также необходимо посадить на эпоксидку, держатель иглы немного подрезать. Положение поршня в шприце должно быть в среднем положении. Этим шприцем можно регулировать объем воздуха внутри двигателя. Запуск и регулировка будет намного проще.

Итак можно насаживать держатель коленвала. Высота крепления шатуна к цилиндру регулируется винтом.

Маховик делается из CD диска. Отверстие залепляется пластичной эпоксидкой. Затем необходимо просверлить дырку точно по центру. Найти центр очень просто. Используем свойства прямоугольного треугольника вписанного в круг. У него гипотенуза проходит через центр. Нужно приложить лист бумаги прямым углом к окраине диска. Ориентация не важна. В местах пересечения сторон листа с окраиной диска наносим метки. Линия проведенная через эти метки будет проходить через центр. Если провести вторую линию в другом месте, то на пересечении мы получим точный центр.

Все двигатель готов.

Ставим двигатель Стирлинга на чашку с кипятком. Немного ждем и он должен сам заработать. Если этого не произойдет, нужно слегка помочь ему рукой.

Процесс изготовления на видео.

Двигатель Стирлинга в работе

Двигатель Стирлинга, некогда известный, был надолго забыт из-за широкого распространения другого мотора (внутреннего сгорания). Но сегодня о нем слышно все больше. Может быть, у него есть шансы стать более популярным и найти свое место в новой модификации в современном мире?

История

Двигатель Стирлинга — это тепловая машина, которая была изобретена в начале девятнадцатого века. Автором, как понятно, был некий Стирлинг по имени Роберт, священник из Шотландии. Устройство представляет собой двигатель внешнего сгорания, где тело движется в замкнутой емкости, постоянно меняя свою температуру.

Из-за распространения другого вида мотора о нем почти забыли. Тем не менее, благодаря своим преимуществам, сегодня двигатель Стирлинга (своими руками многие любители сооружают его дома) снова возвращается.

Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что энергия тепла приходит извне, а не вырабатывается в самом двигателе, как в ДВС.

Принцип работы

Можно представить замкнутый воздушный объем, заключенный в корпусе, имеющем мембрану, то есть поршень. При нагревании корпуса воздух расширяется и совершает работу, выгибая таким образом поршень. Затем происходит охлаждение, и он вгибается снова. В этом состоит цикл работы механизма.

Немудрено, что термоакустический двигатель Стирлинга своими руками многие изготавливают в домашних условиях. Инструментов и материалов для этого требуется самый минимум, который найдется в доме у каждого. Рассмотрим два разных способа, как легко его создать.

Материалы для работы

Чтобы сделать двигатель Стирлинга своими руками, понадобятся следующие материалы:

  • жесть;
  • спица из стали;
  • трубка из латуни;
  • ножовка;
  • напильник;
  • подставка из дерева;
  • ножницы по металлу;
  • детали крепежа;
  • паяльник;
  • пайка;
  • припой;
  • станок.

Это все. Остальное — дело нехитрой техники.

Как сделать

Из жести готовят топку и два цилиндра для базы, из которых будет состоять двигатель Стирлинга, своими руками изготовленный. Размеры подбирают самостоятельно, учитывая цели, для которых предназначено это устройство. Предположим, что мотор делается для демонстрации. Тогда развертка главного цилиндра составит от двадцати до двадцати пяти сантиметров, не более. Остальные части должны подстраиваться под него.

На верху цилиндра для передвижения поршня делают два выступа и отверстия диаметром от четырех до пяти миллиметров. Элементы выступят в роли подшипников для расположения кривошипного устройства.

Далее делают рабочее тело мотора (им станет обычная вода). К цилиндру, который сворачивают в трубу, припаивают кружочки из жести. В них проделывают отверстия и вставляют трубки из латуни от двадцати пяти до тридцати пяти сантиметров в длину и диаметром от четырех до пяти миллиметров. В конце проверяют, насколько герметичной стала камера, залив ее водой.

Далее приходит черед вытеснителя. Для изготовления берут заготовку из дерева. На станке добиваются, чтобы она обрела форму правильного цилиндра. Вытеснитель должен быть немногим меньше диаметра цилиндра. Оптимальную высоту подбирают уже после того, как двигатель Стирлинга своими руками будет сделан. Потому на данном этапе длина должна предполагать некоторый запас.

Спицу превращают в шток цилиндра. По центру деревянной емкости делают отверстие, подходящее под шток, вставляют его. В верхней части штока необходимо предусмотреть место для шатунного устройства.

Затем берут трубки из меди длиной четыре с половиной сантиметра и диаметром два с половиной сантиметра. Кружок из жести припаивают к цилиндру. По бокам на стенках делают отверстие для сообщения емкости с цилиндром.

Поршень также подгоняют на токарном станке под диаметр большого цилиндра изнутри. Наверху подсоединяют шток шарнирным способом.

Сборку заканчивают и настраивают механизм. Для этого поршень вставляют в цилиндр большего размера и соединяют последний с другим цилиндром меньшего размера.

На большом цилиндре сооружают кривошипно-шатунный механизм. Фиксируют часть двигателя при помощи паяльника. Основные части закрепляют на деревянном основании.

Цилиндр наполняют водой и под низ подставляют свечку. Двигатель Стирлинга, своими руками сделанный от начала и до конца, проверяют на работоспособность.

Второй способ: материалы

Двигатель можно сделать и другим способом. Для этого понадобятся следующие материалы:

  • консервная банка;
  • поролон;
  • скрепки;
  • диски;
  • два болта.

Как сделать

Поролон очень часто используют, чтобы сделать дома простой не мощный двигатель Стирлинга своими руками. Из него готовят вытеснитель для мотора. Вырезают поролоновый круг. Диаметр должен быть немного меньше, чем у консервной банки, а высота — чуть более половины.

По центру крышки проделывают отверстие для будущего шатуна. Чтобы он ходил ровно, скрепку сворачивают в спиральку и паяют к крышке.

Поролоновый круг посередине пронизывают тонкой проволокой с винтом и фиксируют его сверху шайбой. Затем соединяют кусок скрепки пайкой.

Вытеснитель вталкивают в отверстие на крышке и соединяют банку с крышкой путем пайки для герметизации. На скрепке делают маленькую петлю, а в крышке — еще одно, более крупное отверстие.

Жестяной лист сворачивают в цилиндр и спаивают, а потом прикрепляют к банке настолько, чтобы щелей не осталось совсем.

Скрепку превращают в коленчатый вал. Разнос при этом должен быть ровно девяносто градусов. Колено над цилиндром делают слегка больше другого.

Остальные скрепки превращаются в стойки для вала. Делается мембрана следующим образом: цилиндр оборачивают в пленку из полиэтилена, продавливают и крепят ниткой.

Шатун изготавливается из скрепки, которую вставляют в кусок резины, и готовую деталь прикрепляют к мембране. Длина шатуна делается такой, чтобы в нижней валовой точке мембрана была втянутой в цилиндр, а в высшей — вытянута. Таким же образом делается и вторая деталь шатуна.

Затем один приклеивают к мембране, а другой — к вытеснителю.

Ножки для банки можно также сделать из скрепок и припаять. Для кривошипа используют CD-диск.

Вот и готов весь механизм. Осталось лишь под него подставить и зажечь свечку, а затем дать толчок через маховик.

Заключение

Таков низкотемпературный двигатель Стирлинга (своими руками сооруженный). Конечно, в промышленных масштабах такие приборы изготавливаются совсем другим способом. Однако принцип остается неизменным: происходит нагрев, а затем охлаждение воздушного объема. И это постоянно повторяется.

Напоследок посмотрите эти чертежи двигателя Стирлинга (своими руками его можно сделать без особых навыков). Может быть, вы уже загорелись идеей, и вам захочется сделать что-либо подобное?

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

Посмотрите ниже 3 варианта для самостоятельного изготовления.

Дмитрий Петраков по многочисленным просьбам отснял пошаговую инструкцию по сборке мощного, относительно своих габаритов и потребляемого количества тепла двигателя Стирлинга. В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы – обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, автор подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы, благодаря чему обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.

C чувством, толком и расстановкой.

Мотор Стирлинга в работе с нагрузкой (водяная помпа).

Водяная помпа, собранная в качестве рабочего прототипа, предназначена для работы в паре с моторами Стирлинга. Особенность насоса заключается в небольших затратах энергии, требуемых для совершения им работы: такая конструкция задействует лишь небольшую часть динамического внутреннего рабочего объёма двигателя, и тем самым по минимуму влияет на его производительность.

Мотор Стирлинга из консервной банки

Для его изготовления вам понадобятся подручные материалы: банка из под консервов, небольшой кусок поролона, CD-диск, два болтика и скрепки.

Поролон – одни из самых распространенных материалов, которые используются при изготовлении моторов Стирлинга. Из него делается вытеснитель двигателя. Из куска нашего поролона вырезаем круг, диаметр его делаем на два миллиметров меньше внутреннего диаметра банки, а высоту немного больше ее половины.

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

Поролоновый круг из поролона пронизываем посередине винтиком и застопориваем его шайбой сверху и снизу шайбой и гайкой. После этого присоединяем путем пайки отрезок скрепки, предварительно распрямив ее.

Теперь втыкаем вытеснитель в сделанное заранее отверстие в крышке и герметично пайкой соединяем крышку и банку. На конце скрепки делаем небольшую петельку, а в крышке просверливаем еще одно отверстие, но чуть-чуть больше, чем первое.

Из жести делаем цилиндр, используя пайку.

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

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

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

Шатун который нужно будет приделать к мембране, изготавливаем из скрепки и вставляем его в обрезок резины. По длине шатун нужно сделать таким, чтобы в нижней мертвой точке вала мембрана была втянута внутрь цилиндра, а в высшей – напротив – вытянута. Второй шатун настраиваем так же.

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

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

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

Как сделать простой двигатель Стирлинга (с фотографиями и видео)

www.newphysicist.com

Давайте сделаем двигатель Стирлинга.

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

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

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


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

Как сделать простой движок Стирлинга – Видео

Компоненты и шаги, чтобы сделать моторчик Стирлинга

1. Кусок лиственных пород или фанеры

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

2. Мраморные или стеклянные шарики

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

3. Палки и винты

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



4. Резиновые кусочки

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




5. Шприц

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

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


Как работает двигатель Стирлинга?

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

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

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

Двигатели Стирлинга и концентрированная солнечная энергия

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

* Двигатель Стирлинга как приемник

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

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

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

Диаграмма давление-объем за цикл

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

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

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

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

Китай разрабатывает самый мощный в мире двигатель Стирлинга / Хабр

Лю Сюаньцзунь. Global Times. 22.12.2021

На фото:
Эсминцы  с управляемым ракетным оружием Hohhot (бортовой номер 161) и Wuhan (бортовой номер 169) вместе с ракетным фрегатом Hengyang (бортовой номер 568) выстраиваются в  неуказываемом морском районе во время четырехдневных морских учений в реальных боевых условиях. 2 сентября 2020 г. Все боевые корабли входят в состав флотилии эсминцев под командованием НОАК на Южном театре военных действий.

Одним из последних достижений Китая в разработке высококачественных двигателей различных типов является недавний прорыв в создании самого мощного в мире двигателя Стирлинга — теплового двигателя, применяемого в производстве электроэнергии и в силовых установках подводных лодок.

Разработанный Исследовательским институтом № 711 Китайской государственной судостроительной корпорации (CSSC), базовый прототип первого китайского двигателя Стирлинга с большим диаметром цилиндра успешно прошел недавние эксплуатационные испытания. Прототип работал с номинальной мощностью 320 киловатт с коэффициентом преобразования тепловой энергии 40 процентов. Это самый мощный в мире двигатель Стирлинга, как сообщает CSSC, в аккаунте WeChat.

По заявлению CSSC, успех прототипа является крупным прорывом, совершенным Китаем в передовых технологиях и высококачественном изготовлении при разработке двигателей такого типа. Это станет основанием для разработки двигателей Стирлинга мегаваттного класса в будущем.

Пресс-релиз упоминает: двигатель Стирлинга — это поршневая силовая машина с замкнутым циклом, которая получает тепло от внешних источников, при этом отмечается, что двигатель можно комбинировать с любым источником тепла, будь то обычный или ядерный источник энергии, во многих конфигурациях.

Двигатель Стирлинга мегаваттного класса имеет компактную конструкцию, несложную структуру. Отличается быстротой запуска и настройки посредством модульного исполнения. Согласно CSSC, это относится к существенным преимуществам двигателя Стирлинга.

При использовании вместе с реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением двигатель Стирлинга может устранить риск взаимодействия воды с натрием, что повышает безопасность использования.

Двигатель может иметь ряд вариаций в зависимости от потребности в источнике питания, в диапазоне от 100 киловатт до нескольких мегаватт. Он удобен для преобразования в портативный источник энергии, используемый в особых условиях, таких как полярные регионы, удаленные острова, районы пустыни Гоби.

Шведские подводные лодки типа Gotland оснащены воздушно-независимыми силовыми установками (AIP) с двигателями Стирлинга, которые позволяют им избегать выхода на поверхность для зарядки аккумуляторов и, таким образом, увеличивают подводную автономность с нескольких дней до недель, согласно статье, опубликованной компанией Saab, с упоминанием своей дочерней компании Kockums, производителя подводных лодок.

Двигатель Стирлинга является малошумным и не подвержен вибрациям. Вибрации не распространяются на корпус, что делает подводную лодку бесшумной и трудно выявляемой по местоположению, говорится в статье.

В пресс-релизе CSSC не упоминалось о возможном применении китайского двигателя Стирлинга на подводных лодках.

Китай столкнулся с недостатками в разработке двигателей различных типов, но прорыв в разработке двигателя Стирлинга отечественной разработки является лишь одним из примеров быстрого прогресса страны в области двигателей в последние годы, сообщил в среду Global Times китайский военный эксперт, пожелавший остаться неизвестным.

На Airshow China 2021 Китай представил истребитель-невидимку J-20, оснащенный двигателями отечественной разработки, и объявил, что двигатели двух типов, разработанных в стране, проходят испытания для большого транспортного самолета Y-20.

Во многих аспектах разработки двигателей китайские компании по-прежнему отстают от традиционных лидеров отрасли из зарубежных стран, но этот разрыв сокращается благодаря упорной работе китайских ученых и исследователей. По словам эксперта, в долгосрочной перспективе вооруженным силам Китая, а также его развитию в целом не будут препятствовать двигатели…

Двигатель стирлинга мощный


Мощный генератор 700 Вт на двигателе Стирлинга

Чаще всего в интернете на глаза попадаются двигатели Стирлинга «хоббийного» типа, от которых вы навряд ли получите какую-либо полезную мощность. Конечно же многие из этих проектов вдохновляют и даже удивляют. Но, тем не менее, многие из них имеют право на будущее в качестве генераторов различной мощности, пусть даже и очень незначительной. Именно поэтому многие стирлингостроители с волнение и завистью смотрят на более перспективные, серьёзные и мощные генераторы на двигателях Стирлинга.

SV-2 представляет собой двигатель Стирлинга альфа конфигурации с использованием воздуха в качестве рабочего тела. Рабочее давление составляет 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм или 11.8 атмосфер или 1,2 мегапаскаля). Объем составляет 127 кубиков. Механическая выходная мощность на валу равна 700 Вт при 1800 оборотов в минуту.

На Ютьюбе есть видео генератора, разработанного на основе автомобильного компрессора от кондиционера. Далее перевод рассказа Дэйва Кирка, который представил на YouTube свой проект SV-2 MKII альфа-стирлинг (V-Twin) генератора.

Вдохновленный MP1002C Philips

В середине 80-х, я имел удовольствие быть свидетелем испытаний генераторной установки  MP1002C Philips которая на самом деле реально работала. Опыт произвёл на меня глубокое впечатление, особенно в том, как спокойно Стирлинг завёлся и ожил. Максимум шума исходил от горелки (камеры сгорания), но в конечном итоге от двигателя Philips исходил очень приятный звуковой фон — всё, что нужно было заменить — были шумящие подшипники.

Как говорится в старой поговорке, «Он работал и работал, как швейная машинка Зингер»! В то время, мой опыт общения с двигателями Стирлинга состоял из проектирования нескольких моделек настольного размера, но, увидев и услышав работающий двигатель Philips, я захотел спроектировать, сделать дизайн и собрать двигатель такого же калибра … сделать нечто достаточно большое, что производило бы полезную ощутимую работу.

Выбор пал на конфигурацию «альфа» по следующим причинам

  • Эта конструкция имеет самое большое отношение рабочего объёма к общему объему двигателя, что позволяет физически получить компактный двигатель.
  • При конструировании альфы сдвиг фаз поршней составляет 90 градусов и поэтому достигается идеальный первичный баланс, что способствует более тихому ходу.
  • С механической точки зрения и с точки зрения исполнения в «железе» он очень простой, поэтому его выгодно строить.

Наддув (нагнетание давления в Стирлинге)

Для получения значимых выходных мощностей необходимо повышать давление в рабочей зоне двигателя. Зная, что двигатель Philips работал при давлении 12 бар (175 фунтов на квадратный дюйм), я хотел бы получить двигатель, который был бы конструктивно прочным и компактным, чтобы работать на данных уровнях внутреннего давления рабочего газа. Рабочим телом был воздух, и выбран он был на основании практичности. Я хотел, чтобы в моём генераторе смазка осуществлялась маслом, так же как и в Стирлинге от Philips — эта функция в значительной степени способствует тихой работе и длительному сроку службы, который очень хочется получить в двигателе Стирлинга.

Читайте также:  Тепловой насос на базе двигателя стирлинга

Компрессор кондиционера от Chrysler

Примерно в это же время мне в руки попался холодильный компрессор и оказалось, что он идеально подходит в качестве основы для запланированного мной двигателя. Это был автоматический компрессор кондиционера RV-2 компании Chrysler. Кривошип разносил поршни на 90 градусов (дизайн V-твин), с диаметром цилиндра 58,7 мм и ходом поршня 33,4 мм.

В обоих цилиндрах в сочетании с правильной траекторией движения газа, рабочим объемом составил 127,8 куб.см, что составляет более чем вдвое больший объём по сравнению с MP1002C двигателя Philips. Являясь холодильным компрессором, конструкция была сделана основательно и с достаточным запасом прочности для такого сильного сжатия. Кроме того, этот компрессор содержал героторный масляный насос, который  под давлением смазывал края большим шатунным подшипникам. Каждый алюминиевый поршень имел одно компрессионное кольцо и соединены через алюминиевые шатуны Alcoa. Этот компрессор оказался самым оптимальным для моей задумки.

Компрессор кондиционера Chrysler RV-2
Годы разработки

На протяжение нескольких лет, я спроектировал и уже отработал все необходимые компоненты, для того, чтобы адаптировать компрессор к работе в двигателе Стирлинга. Я также сконструировал трубчатую несущую раму, которая являлась несущим основанием для двигателя. Рама стилизована под аналогичную используемую на генераторной установке Philips.

Головка нагревателя, вытеснитель и внутренний цилиндр выполнен из труб нержавейки 302 различных размеров. В роли регенератора использовал путанку из медной проволоки. Охладитель, расположенный со стороны сжатия двигателя, был изготовлен из алюминиевых трубок. Использовал небольшой генератор 200 Вт 12 вольт с ременным приводом, который изначально был куплен и предназначался для работы на садовом тракторе.

Вот этот двигатель, получивший название SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark I):

Генератор на базе двигателя Стирлинга SV-2 MK I (Stirling V-2 Mark 1)

Изначальные характеристики и рабочее тело

Двигатель заработал, но производительность его была далека от ожидаемой величины. Я пробовал использовать гелий в качестве рабочего тела, и это помогло, повлияв как на выходную мощность, так и на обороты, но при этом было слишком очевидно, что что-то было кардинально не правильно. Работа двигателя будет существенно лучше при поднятии давления до 2 бар и оборотах 2000 в минуту, отдавая примерно 50 Вт мощности на выходе уже с электрогенератора … дальнейшее изменение в большую или меньшую сторону скорости или давления приведёт к потере выходной мощности. Кроме того, блок цилиндров начнёт очень сильно греться через незначительное время после запуска, что является доказательством о завышенной теплопередаче вдоль корпуса двигателя.

Конфигурация двигателя. Пробы и ошибки

После долгих раздумий (и нескольких лет разочарования) я понял, что в этой конфигурации допущены ошибки. В первую очередь — в любом двигателе Стирлинга нагреватель, регенератор, и холодильник должны быть «моноблочные», то есть их размещают в непосредственной близости друг от друга. Это означает, что эти три термодинамические компоненты должны все находиться в стороне от вытеснителя двигателя, вместо того, чтобы «разбросать» их по всей цепи газового тракта, как я сделал на МК I. Такой грамотный дизайн очень важен для хорошей производительности и такая плотная моноблочная компоновка чётко прослеживается на всех двигателях Philips. Тот факт, что я расположил регенератор в тесном контакте с блоком двигателя способствовали утечке тепла вдоль всей длины двигателя — это явно плохое решение в конструкции Стирлинга.

Читайте также:  Трубчатые нагреватели в Стирлингах, как от них отказаться?

Несмотря на не оптимальную работу, я много узнал о расходе масла и о том как очищать перемещающуюся смазку в рабочем пространстве. Разобрался с техническими особенностями особой скруглённой формы вытеснителя, его прерывистых движений, уплотнительными кольцами и канавками для них и разделённой формы вытеснителя. Открытие безуглеродного состава синтетических масел с высокой температурной точкой вспышки также было очень полезно. Собственная конструкция отражателя пламени горелки на пропане также вызывал сомнение, но после нахождения некоторых старых публикаций на эту тему, успешная расчетная схема горелки наконец-то появилась и была успешно апробирована на трёх построенных экземплярах.

Конструкция самодельного кольца газовой пропановой горелки

Новый дизайн и появление MK II

В тот момент я понял, что была необходима большая модернизация для того, чтобы получить хороший и эффективный двигатель. Копаясь в моих технических справочниках и книгах, я внедрил модернизацию во все термодинамические компоненты в газовом контуре. Были переработаны: головка нагревательного цилиндра из нержавеющей стали 316, на которой нанесены рёбра внутренние и внешние, фольга для регенератора, ребристый охладитель, а также новый вытеснитель из нержавейки с тонкими стенками.

Ребристый снаружи и внутри нагреватель двигателя стирлинга из нержавейки

Мой друг и энтузиаст в стирлингостроении Джон Арчибальд, согласился подготовить чертежи из моих эскизов дизайна и используя свои навыки в качестве слесаря-механика, помочь с созданием некоторых из наиболее сложных частей. Потребовалось еще несколько лет, чтобы получить все новые компоненты, но в конце 2012 года, версия MK II двигателя была готова и была собрана.

Кулер с рёбрами для двигателя стирлинга

Пробный запуск генератора Стирлинга SV-2 MK II

Для SV-2 MK II был первый запуск в январе 2013 года и сразу было видно, что редизайн улучшил как ходовые качества, так и производительность. Двигатель стал работать довольно приятно, когда давление рабочего газа было поднято до  4 бар (3,95 атм. или 0,4 МПа), и при увеличении давления обороты увеличивались пропорционально. И замеры мощности не были сделаны в тот момент из-за не соответствующей геометрии горелки новой ребристой головке нагревателя.

Читайте также:  Калькулятор расчёта КПД цикла Стирлинга (Карно)

Собранный двигатель с генератором показан ниже:

Генератор на двигателе стирлинга МК-2 Генератор МК-2. Вид сзади

Водяное охлаждение стирлинга

Так как двигатель альфа имеет водяное охлаждение, то для циркуляции охлаждающей жидкости применён небольшой электрический гидронасос, запитываемый в дальнейшем от выходной мощности электрогенератора.

Дальнейшая разработка горелки

Новая горелка сейчас строится, она будет соответствовать ребристой геометрии головки нагревателя и будет выдавать более высокую теплоотдачу для предполагаемого вывода выходного вала 700 Вт на 1800 оборотов в минуту. Конструкция горелки должна быть готова к тестированию в следующем месяце или чуть позже, и должна быть полностью готова для исследования и раскрытия полного потенциала этого двигателя.

Сейчас нет планов и нет чертежей для этого генератора

У меня нет никаких планов ни производить этот двигатель ни продавать чертежи для изготовления его деталей. Это строго научный проект для демонстрации жизнеспособности данного изделия. Затруднения и издержки в изготовлении некоторых компонентов нивелировались выбором усреднённого хоббийного качества изготовления. Также, существуют компромиссы в использовании для данного двигателя элементов компрессора РВ-2, которые не будут присутствовать в идеальной конструкции. Если так и будет, то для повышения производительности это требует размещение всех термодинамических компонентов на основе собственной разработки —  то есть, спроектированный заново картер, поршни, шатуны и т.д. Только тогда это будет продукт, который сможет иметь определённый рыночный потенциал.

Пожалуйста, смотрите на мои новые видео YouTube, как прогрессирует развитие. Я искренне благодарю всех вас за проявленный интерес!

Дэйв Кирк

Кирк Двигатели, Inc.

Далее некоторые данные из самого видео.

Совсем недавно, полная реконструкция нагревателя, регенератора и холодильника была выполнена и ,были произведены новые компоненты. Этот вариант, SV-2 MKII включает в себя все тонкости, необходимые для достижения поставленных целей. Головка нагревателя сделана из заготовки стали 316 при помощи электроэрозионного процесса. Купол и фланец свариваются в месте. Как внутренние, так и наружные ребра использованы для усиления теплообмена с рабочей жидкостью.

Внешние рёбра нагревателя и сварочный шов Внутренние рёбра нагревателя и сварочный шов

Регенератор имеет корпус из нержавеющей стали 316 используя оберточную нержавеющую фольгу в виде материала регенератора. Толщина составляет 0,001 дюйма. Эта часть выполнена в виде цилиндрического контейнера. Торцевые экраны держат фольгу на месте.

Корпус регенератора

Охладитель сделан из 6061 Т-6 алюминиевого сплава также при помощи электроэрозионного  процесса. Внешнее кольцо образует обводный канал для охлаждающей жидкости. Нагреватель, регенератор и охладитель между собой объединены в «стек» и герметизированы при помощи кольцеобразных уплотнений. Обратите внимание на 1 кубический сантиметр, расположенный рядом.

Холодильник двигателя стирлинга с водяной рубашкой

Головка цилиндра зоны компрессии изготовлена из алюминиевой заготовки. Соединительный канал сделан из толстостенной медной трубы.

Компрессионный насос двигателя стирлинга

«Стек» укреплён 4-мя несущими болтами диаметром 0,313 на кольцеобразных хомутах. Такая конструкция минимизирует утечку тепла в глубину структуры двигателя.

Кольцевые хомуты на двигателе стирлинга

Cпасибо

Мощный двигатель Стирлинга своими руками :

Двигатель Стирлинга, некогда известный, был надолго забыт из-за широкого распространения другого мотора (внутреннего сгорания). Но сегодня о нем слышно все больше. Может быть, у него есть шансы стать более популярным и найти свое место в новой модификации в современном мире?

История

Двигатель Стирлинга — это тепловая машина, которая была изобретена в начале девятнадцатого века. Автором, как понятно, был некий Стирлинг по имени Роберт, священник из Шотландии. Устройство представляет собой двигатель внешнего сгорания, где тело движется в замкнутой емкости, постоянно меняя свою температуру.

Из-за распространения другого вида мотора о нем почти забыли. Тем не менее, благодаря своим преимуществам, сегодня двигатель Стирлинга (своими руками многие любители сооружают его дома) снова возвращается.

Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что энергия тепла приходит извне, а не вырабатывается в самом двигателе, как в ДВС.

Принцип работы

Можно представить замкнутый воздушный объем, заключенный в корпусе, имеющем мембрану, то есть поршень. При нагревании корпуса воздух расширяется и совершает работу, выгибая таким образом поршень. Затем происходит охлаждение, и он вгибается снова. В этом состоит цикл работы механизма.

Немудрено, что термоакустический двигатель Стирлинга своими руками многие изготавливают в домашних условиях. Инструментов и материалов для этого требуется самый минимум, который найдется в доме у каждого. Рассмотрим два разных способа, как легко его создать.

Материалы для работы

Чтобы сделать двигатель Стирлинга своими руками, понадобятся следующие материалы:

  • жесть;
  • спица из стали;
  • трубка из латуни;
  • ножовка;
  • напильник;
  • подставка из дерева;
  • ножницы по металлу;
  • детали крепежа;
  • паяльник;
  • пайка;
  • припой;
  • станок.

Это все. Остальное — дело нехитрой техники.

Как сделать

Из жести готовят топку и два цилиндра для базы, из которых будет состоять двигатель Стирлинга, своими руками изготовленный. Размеры подбирают самостоятельно, учитывая цели, для которых предназначено это устройство. Предположим, что мотор делается для демонстрации. Тогда развертка главного цилиндра составит от двадцати до двадцати пяти сантиметров, не более. Остальные части должны подстраиваться под него.

На верху цилиндра для передвижения поршня делают два выступа и отверстия диаметром от четырех до пяти миллиметров. Элементы выступят в роли подшипников для расположения кривошипного устройства.

Далее делают рабочее тело мотора (им станет обычная вода). К цилиндру, который сворачивают в трубу, припаивают кружочки из жести. В них проделывают отверстия и вставляют трубки из латуни от двадцати пяти до тридцати пяти сантиметров в длину и диаметром от четырех до пяти миллиметров. В конце проверяют, насколько герметичной стала камера, залив ее водой.

Далее приходит черед вытеснителя. Для изготовления берут заготовку из дерева. На станке добиваются, чтобы она обрела форму правильного цилиндра. Вытеснитель должен быть немногим меньше диаметра цилиндра. Оптимальную высоту подбирают уже после того, как двигатель Стирлинга своими руками будет сделан. Потому на данном этапе длина должна предполагать некоторый запас.

Спицу превращают в шток цилиндра. По центру деревянной емкости делают отверстие, подходящее под шток, вставляют его. В верхней части штока необходимо предусмотреть место для шатунного устройства.

Затем берут трубки из меди длиной четыре с половиной сантиметра и диаметром два с половиной сантиметра. Кружок из жести припаивают к цилиндру. По бокам на стенках делают отверстие для сообщения емкости с цилиндром.

Поршень также подгоняют на токарном станке под диаметр большого цилиндра изнутри. Наверху подсоединяют шток шарнирным способом.

Сборку заканчивают и настраивают механизм. Для этого поршень вставляют в цилиндр большего размера и соединяют последний с другим цилиндром меньшего размера.

На большом цилиндре сооружают кривошипно-шатунный механизм. Фиксируют часть двигателя при помощи паяльника. Основные части закрепляют на деревянном основании.

Цилиндр наполняют водой и под низ подставляют свечку. Двигатель Стирлинга, своими руками сделанный от начала и до конца, проверяют на работоспособность.

Второй способ: материалы

Двигатель можно сделать и другим способом. Для этого понадобятся следующие материалы:

  • консервная банка;
  • поролон;
  • скрепки;
  • диски;
  • два болта.

Как сделать

Поролон очень часто используют, чтобы сделать дома простой не мощный двигатель Стирлинга своими руками. Из него готовят вытеснитель для мотора. Вырезают поролоновый круг. Диаметр должен быть немного меньше, чем у консервной банки, а высота — чуть более половины.

По центру крышки проделывают отверстие для будущего шатуна. Чтобы он ходил ровно, скрепку сворачивают в спиральку и паяют к крышке.

Поролоновый круг посередине пронизывают тонкой проволокой с винтом и фиксируют его сверху шайбой. Затем соединяют кусок скрепки пайкой.

Вытеснитель вталкивают в отверстие на крышке и соединяют банку с крышкой путем пайки для герметизации. На скрепке делают маленькую петлю, а в крышке — еще одно, более крупное отверстие.

Жестяной лист сворачивают в цилиндр и спаивают, а потом прикрепляют к банке настолько, чтобы щелей не осталось совсем.

Скрепку превращают в коленчатый вал. Разнос при этом должен быть ровно девяносто градусов. Колено над цилиндром делают слегка больше другого.

Остальные скрепки превращаются в стойки для вала. Делается мембрана следующим образом: цилиндр оборачивают в пленку из полиэтилена, продавливают и крепят ниткой.

Шатун изготавливается из скрепки, которую вставляют в кусок резины, и готовую деталь прикрепляют к мембране. Длина шатуна делается такой, чтобы в нижней валовой точке мембрана была втянутой в цилиндр, а в высшей — вытянута. Таким же образом делается и вторая деталь шатуна.

Затем один приклеивают к мембране, а другой — к вытеснителю.

Ножки для банки можно также сделать из скрепок и припаять. Для кривошипа используют CD-диск.

Вот и готов весь механизм. Осталось лишь под него подставить и зажечь свечку, а затем дать толчок через маховик.

Заключение

Таков низкотемпературный двигатель Стирлинга (своими руками сооруженный). Конечно, в промышленных масштабах такие приборы изготавливаются совсем другим способом. Однако принцип остается неизменным: происходит нагрев, а затем охлаждение воздушного объема. И это постоянно повторяется.

Напоследок посмотрите эти чертежи двигателя Стирлинга (своими руками его можно сделать без особых навыков). Может быть, вы уже загорелись идеей, и вам захочется сделать что-либо подобное?

Электростанции на двигателе Стирлинга — простота, экономичность и экологическая безопасность

Экология потребления.Наука и техника:Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой и эффективностью.

Менее ста лет назад двигатели внутреннего сгорания пытались завоевать свое законное место в конкурентной борьбе среди прочих имеющихся машин и движущихся механизмов. При этом в те времена превосходство бензинового двигателя не являлось столь очевидным. Существующие машины на паровых двигателях отличались бесшумностью, великолепными для того времени характеристиками мощности, простотой обслуживания, возможностью использования различного вида топлива. В дальнейшей борьбе за рынок двигатели внутреннего сгорания благодаря своей экономичности, надежности и простоте взяли верх.

Дальнейшая гонка за совершенствования агрегатов и движущих механизмов, в которую в середине 20 века вступили газовые турбины и роторные разновидности двигателей, привела к тому, что несмотря на верховенство бензинового двигателя были предприняты попытки ввести на «игровое поле» совершенно новый вид двигателей — тепловой, впервые изобретенный в далеком 1861 году шотландским священником по имени Роберт Стирлинг. Двигатель получил название своего создателя.

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА: ФИЗИЧЕСКАЯ СТОРОНА ВОПРОСА

Для понимания, как работает настольная электростанция на Стирлинге, следует понимать общие сведения о принципах работы тепловых двигателей. Физически принцип действия заключается в использовании механической энергии, которая получается при расширении газа при нагревании и его последующем сжатии при охлаждении. Для демонстрации принципа работы можно привести пример на основе обычной пластиковой бутыли и двух кастрюль, в одной из которых находится холодная вода, в другой горячая.

При опускании бутылки в холодную воду, температура которой близка к температуре образования льда при достаточном охлаждении воздуха внутри пластиковой емкости ее следует закрыть пробкой. Далее, при помещении бутыли в кипяток, спустя некоторое время пробка с силой «выстреливает», поскольку в данном случае нагретым воздухом была совершена работа во много раз большая, чем совершается при охлаждении. При многократном повторении опыта результат не меняется.

Первые машины, которые были построены с использованием двигателя Стирлинга, с точностью воспроизводили процесс, демонстрирующийся в опыте. Естественно механизм требовал усовершенствования, заключающееся в применении части тепла, которое терял газ в процессе охлаждения для дальнейшего подогрева, позволяя возвращать тепло газу для ускорения нагревания.

Но даже применение этого новшества не могло спасти положение дел, поскольку первые «Стирлинги» отличались большими размерами при малой вырабатываемой мощности. В дальнейшем не раз предпринимались попытки модернизировать конструкцию для достижения мощности в 250 л.с. приводили к тому, что при наличии цилиндра диаметром 4,2 метра, реальная выходная мощность, которую выдавала электростанция на Стирлинге (Stirling) в 183 кВт на деле составляла всего 73 кВт.

Все двигатели Стирлинга работают по принципу цикла Стирлинга, включающего в себя четыре основные фазы и две промежуточные. Основными являются нагрев, расширение, охлаждение и сжатие. В качестве стадии перехода рассматриваются переход к генератору холода и переход к нагревательному элементу. Полезная работа, совершаемая двигателем, строится исключительно на разнице температур нагревающей и охлаждающей частей.

СОВРЕМЕННЫЕ КОНФИГУРАЦИИ СТИРЛИНГА

Современная инженерия различает три основных вида подобных двигателей:

  • альфа-стирлинг, отличие которого в двух активных поршнях, расположенных в самостоятельных цилиндрах. Из всех трех вариантов данная модель отличается самой высокой мощностью, обладая самой высокой температурой нагревающегося поршня;
  • бета-стирлинг, базирующийся на одном цилиндре, одна часть которого горячая, а вторая холодная;
  • гамма-стирлинг, имеющий кроме поршня еще и вытеснитель.

Производство электростанции на Стирлинге будет зависеть от выбора модели двигателя, что позволит учесть всю положительные и отрицательные стороны подобного проекта.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Благодаря своим конструктивным особенностям данные двигатели обладают рядом преимуществ, но при этом не лишены недостатков.

Настольная электростанция Стирлинга, купить которую невозможно в магазине, а только у любителей, самостоятельно осуществляющих сбор подобных устройств, относятся:

  • большие размеры, которые вызваны потребностью к постоянному охлаждению работающего поршня;
  • использование высокого давления, что требуется для улучшения характеристик и мощности двигателя;
  • потеря тепла, которая происходит за счет того, что выделяемое тепло передается не на само рабочее тело, а через систему теплообменников, чей нагрев приводит к потере КПД;
  • резкое снижение мощности требует применения особых принципов, отличающихся от традиционных для бензиновых двигателей.

Наряду с недостатками, у электростанций, функционирующих на агрегатах Стирлинга, имеются неоспоримые плюсы:

  • любой вид топлива, поскольку как любые двигатели, использующие энергию тепла, данный двигатель способен функционировать при разнице температур любой среды;
  • экономичность. Данные аппараты могут стать прекрасной заменой паровым агрегатам в случаях необходимости переработки энергии солнца, выдавая КПДна 30% выше;
  • экологическая безопасность. Поскольку настольная электростанция кВт не создает выхлопного момента, то она не производит шума и не выбрасывает в атмосферу вредных веществ. В виде источника получения мощности выступает обычное тепло, а топливо выгорает практически полностью;
  • конструктивная простота. Для своей работы Стирлинг не потребует дополнительных деталей или приспособлений. Он способен самостоятельно запускаться без использования стартера;
  • повышенный ресурс работоспособности. Благодаря своей простоте, двигатель может обеспечить не одну сотню часов беспрерывной эксплуатации.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ СТИРЛИНГА

Мотор Стирлинга чаще всего применяется в ситуациях, когда требуется аппарат для преобразования тепловой энергий, отличающийся простотой, при этом эффективность прочих видов тепловых агрегатов существенно ниже при аналогичных условиях. Очень часто подобные агрегаты применяются в питании насосного оборудования, холодильных камер, подводных лодок, батарей, аккумулирующих энергию.

Одним из перспективных направлений области использования двигателей Стирлинга являются солнечные электростанции, поскольку данный агрегат может удачно применяться для того, чтобы преобразовывать энергию солнечных лучей в электрическую. Для осуществления этого процесса двигатель помещается в фокус зеркала, аккумулирующего солнечные лучи, что обеспечивает перманентное освещение области, требующей нагрева. Это позволяет сфокусировать солнечную энергию на малой площади. Топливом для двигателя в данном случае служит гелии или водород. опубликовано econet.ru 

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Калькулятор расчета мощности Двигателя Стирлинга

domolov | 11.03.2016 | Двигатель Стирлинга | Зависимость числа Била от температуры нагревателя.

Для удобства оценки мощности предполагаемого двигателя Стирлинга вашему вниманию предлагается калькулятор. Расчёт основан на уравнении с числом Била. Также была добавлена зависимость мощности от температурных параметров газа в горячей и холодной части двигателя (рассчитать КПД цикла Стирлинга). Расчёт ведётся для одного рабочего поршня. Если их 2, 3 и т.д., то необходимо просто умножить полученное значение мощности на это количество. Если у вас двойная гамма (один рабочий поршень и 2 вытеснителя), то нужно полученную мощность умножить на 2.

По умолчанию в калькулятор введены значения абстрактного двигателя с рабочим объёмом 98 куб.см и средним давлением цикла 0,2МПа (200КПа) или 2 атмосферы. Температуры рабочего тела в горячей и холодной зоне соответственно 650 и 65 градусов по шкале Цельсия.

Расшифровка поля Качество изготовления двигателя внешнего сгорания:

— На коленке — низкое качество из подручных средств, несоблюдение размеров, типов материалов, несбалансированность механики. В общем чуть лучше чем стирлинг из пивных банок. — Гаражное — подразумевает наличие хоббийных технологий, небольшой парк станков, доступность выбора некоторых качественных материалов, старание соблюдение размеров и некоторых законов физики ))) — Качественное — это исследовательский тип разработок, который использует хоть и качественные технологии, но всё же направлен на снижение себестоимости за счёт ухода от сверх идеального качества. Можно также рассматривать технологии до 80-х годов прошлого века. — Профессиональное — самое передовое автоматизированное производство, производственная культура и новые материалы сегодняшнего дня.

Ну а для тех, кто не прочитал ни одной книжки по Стирлингам предлагаю начать с инфографики.

А кому интересны данные темы, предлагаю подписаться на новые статьи (в правом сайтбаре).

Читайте также:  Двигатель стирлинга своими руками. Осторожно с амбициями!

Устройство и принцип работы двигателя Стирлинга, модификации

Новые двигатели современного автомобилестроения почти достигли своего пика, кажется уже нечего усовершенствовать. Добавление в систему ДВС турбонаддува повышает мощность, но уменьшает ресурс двигателя, оно и понятно, объем двигателя небольшой, а из него выжимают мощь, как у мотора большего объема, но без турбины. Инженеры автоиндустрии начинают перебирать все возможные направления в развитие двигателестроения. Некоторые разрабатывают супертопливо, некоторые ищут нестандартные конструкции силового агрегата, некоторые планируют создать современный двигатель на базе двигателя Роберта Стирлинга, который был создан в 19 веке. Сейчас продаются сувениры ДВС, купить двигатель Стирлинга можно и на алиэкспресс.

Содержание статьи:

    1. Схема работы ДВС Стирлинга:
    2. Плюсы двигателя Стирлинга.
    3. Минусы конструкции ДВС Стирлинга.
    4. КПД.
    5. Опыт использования двигателя.
    6. Видео.

 

Схема работы двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга — это устройство, которое преобразует внешнюю энергию в полезную механическую. Это достигается за счет изменения температуры жидкости или газа, циркулирующие в замкнутой системе двигателя.

Кто понимает физические законы, тому легко понять принцип работы любого двигателя. Что касается данного силового агрегата, то схема его выглядит следующим образом: внизу устройства устройства находится газ, например, воздух, который нагревается и расширяясь толкает поршень. Затем горячий воздух попадает в верхнюю часть ДВС и охлаждается радиатором. Избыточное давление, которое толкало поршень снижается, и поршень опускается, затем воздух опять нагревается и поднимает поршень. Так повторяются циклы.

 

Три основных варианта двигателя Стирлинга

Модификация Альфа

Мотор устроен таким образом, что он имеет и горячий цилиндр-поршень, и холодный цилиндр-поршень. Горячий поршень толкается от расширения воздуха, а холодный расположен в системе охлаждения и движется от остывания воздуха.

Модификация Бета

Данная конструкция предполагает, что цилиндр и поршень нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой. Поршень толкает в сторону холодной части, а вытеснитель толкает в сторону горячей. Регенератор перемещает остывший воздух в горячий рабочий объем цилиндра.

 

Модификация Гамма

Устройство данной модификации состоит из двух цилиндров и поршней. Имеет регенератор циркуляции газа. Один цилиндр горячий с одной стороны и холодный с другой, в нем поршень и вытеснитель. Второй цилиндр полностью холодный, там только поршень.

Плюсы двигателя Стирлинга

Основной плюс такого типа силового агрегата — это то, что может работать на разных видах топлива. На практике было испытано следующее: во внешнюю камеру устройства подавался сначала бензин, потом дизель, потом метан, потом сырая нефть и растительное масло. Все это делалось без остановки двигателя и он продолжал успешно работать.

Также большим плюсом по сравнению с обычными двух тактными или четыерхтактрыми двигателями внутреннего сгорания является то, что двигателю Стирлинга не нужно дополнительное навесное оборудование, такое как газораспределительный механизм, коробка переключения передач, стартер.

Ресурс двигателя Стирлинга — больше 100 тысяч работы без остановки.

Немаловажный плюс — бесшумность работы. Такой двигатель не нуждается в удалении отработанного газа. В нем не может быть детонации двигателя, вибрация практически отсутствует.

Конструкция двигателя Бета

Преимущество для окружающей среды — это двигатель, который не загрязняет экологию, а значит это залог здоровья.

 

Минусы двигателя Стирлинга

Невозможно в настоящее время массовое применения данного вида двигателя. Для таких агрегатов требуется большие радиаторы охлаждения. Теплообменник должен быть сделать из материалов, устойчивых к высоким температурным воздействиям.

 

Коэффициент полезного действия

КПД от разности температур в двигателе может достигать около 70%. По циклу Карно на графике КПД выглядит следующим образом.

На практике был установлен 4-х цилиндровый двигатель Стирлинга на автомобиль был установлен вначале 20 века и выдал 35% КПД.

Американская автомобильная компания Mechanical Technology Inc (Меканикал Технолоджи Инкопорейтед) создает двигатели Стирлинга. Их ДВС выдают КПД 43,5%.

 

Примеры успешного применения двигателей Стирлинга

Во второй половине 20 века несколько компаний начали разрабатывать моторы Стирлинга и устанавливать их на легковые автомобили.

Успешные модели оказались у таких компаний, как Ford Motor Company, Volkswagen Group, UNITED STIRLING (Швеция), General Motors, модель Стирлинга «Philips 4-125DA» (Нидерланды).

 

Видео

Фильм «Роберт Стирлинг и его двигатель».

Как работает двух цилиндровый вакуумный двигатель.

Автор публикации

15 Комментарии: 25Публикации: 324Регистрация: 04-03-2016

Простой двигатель стирлинга своими руками

На чтение 17 мин Просмотров 82 Опубликовано

Двигатель внутреннего сгорания вытеснил остальные виды силовых установок, однако, работы, направленные на отказ от использования этих агрегатов, наводят на мысль о скорой смене лидирующих позиций.

С начала технического прогресса, когда использование моторов, сжигающих горючее внутри, только начиналось, не было очевидным их превосходство. Паровая машина, как конкурент, содержит в себе массу преимуществ: наряду с тяговыми параметрами, бесшумная, всеядная, легко управляется и настраивается. Но лёгкость, надёжность и экономичность позволили двигателю внутреннего сгорания взять вверх над паром.

Сегодня во главе угла стоят вопросы экологии, экономичности и безопасности. Это заставляет инженеров бросать силы на серийные агрегаты, работающие за счёт возобновляемых источников топлива. В 16 году девятнадцатого века Роберт Стирлинг зарегистрировал двигатель, работающий от внешних источников тепла. Инженеры считают, что этот агрегат способен сменить современного лидера. Двигатель Стирлинга сочетает экономичность, надёжность, работает тихо, на любом топливе, это делает изделие игроком на автомобильном рынке.

Роберт Стирлинг (1790-1878 года жизни):

История двигателя Стирлинга

Изначально, установку разрабатывали с целью заменить машину, работающую за счёт пара. Котлы паровых механизмов взрывались, при превышении допустимых норм давлением. С этой точки зрения Стирлинг намного безопасней, функционирует, используя температурный перепад.

Принцип работы двигателя Стирлинга в поочередной подаче или отборе тепла у вещества, над которым совершается работа. Само вещество заключено в объём закрытого типа. Роль рабочего вещества выполняют газы, либо жидкости. Встречаются вещества, выполняющие роль двух компонентов, газ преобразовывается в жидкость и наоборот. Жидкопоршневой мотор Стирлинга обладает: небольшими габаритами, мощный, вырабатывает большое давление.

Уменьшение и увеличение объёма газа при охлаждении либо нагреве соответственно, подтверждается законом термодинамики, согласно которого все составляющие: степень нагрева, величина занимаемого пространства веществом, сила, действующая на единицу площади, связаны и описываются формулой:

P*V=n*R*T
  • P – сила действия газа в двигателе на единицу площади;
  • V – количественная величина, занимаемая газом в пространстве двигателя;
  • n – молярное количество газа в двигателе;
  • R – постоянная газа;
  • T – степень нагрева газа в двигателе К,

Модель двигателя Стирлинга:

За счёт неприхотливости установок, двигатели подразделяются: твердотопливные, жидкое горючее, солнечная энергия, химическая реакция и другие виды нагрева.

Двигатель внешнего сгорания Стирлинга, использует одноимённую совокупность явлений. Эффект от протекающего действия в механизме высок. Благодаря этому есть возможность сконструировать двигатель с неплохими характеристиками в рамках нормальных габаритов.

Необходимо учитывать, что в конструкции механизма предусмотрен нагреватель, холодильник и регенератор, устройство, отвода тепла от вещества и возвращения тепла, в нужный момент.

Идеальный цикл Стирлинга, (диаграмма «температура-объём»):

Идеальные круговые явления:

  • 1-2 Изменение линейных размеров вещества с постоянной температурой;
  • 2-3 Отвод теплоты от вещества к теплообменнику, пространство, занимаемое веществом постоянно;
  • 3-4 Принудительное сокращение пространства, занимаемого веществом, температура постоянна, тепло отводится охладителю;
  • 4-1 Принудительное увеличение температуры вещества, занимаемое пространство постоянно, тепло подводится от теплообменника.

Идеальный цикл Стирлинга, (диаграмма «давление-объём»):

Из расчёта (моль) вещества:

Получаемое охладителем тепло:

Теплообменник получает тепло (процесс 2-3), теплообменник отдаёт тепло (процесс 4-1):

R – Универсальная постоянная газа;

СV – способность идеального газа удерживать тепло при неизменной величине занимаемого пространства.

За счёт применения регенератора, часть теплоты остается, в качестве энергии механизма, не меняющейся за проходящие круговые явления. Холодильник получает меньше тепла, таким образом, теплообменник экономит тепло нагревателя. Это увеличивает эффективность установки.

КПД кругового явления:

ɳ =

Примечательно, что без теплообменника совокупность процессов Стирлинга осуществима, но его эффективность будет значительно ниже. Прохождение совокупности процессов задом наперёд ведёт к описанию охлаждающего механизма. В этом случае наличие регенератора, обязательное условие, поскольку при прохождении (3-2) невозможно нагреть вещество от охладителя, температура которого значительно ниже. Так же невозможно отдать тепло нагревателю (1-4), температура которого выше.

Принцип работы двигателя

Что бы понять, как работает двигатель Стирлинга, разберёмся в устройстве и периодичности явлений агрегата. Механизм преобразует тепло, полученное от нагревателя, находящегося за пределами изделия в действие силы на тело. Весь процесс происходит благодаря температурному перепаду, в рабочем веществе, находящемся в закрытом контуре.

Принцип действия механизма базируется на расширении за счёт тепла. Непосредственно до расширения, вещество в замкнутом контуре нагревается. Соответственно, перед тем, как сжаться, вещество охлаждают. Сам цилиндр (1) окутан водяной рубашкой (3), ко дну подается тепло. Поршень, совершающий работу (4) помещен в гильзу и уплотнён кольцами. Между поршнем и дном находится механизм вытеснения (2), имеющий значительные зазоры и свободно перемещающийся. Вещество, находящееся в замкнутом контуре, двигается по объёму камеры за счёт вытеснителя. Перемещение вещества ограничено двумя направлениями: дно поршня, дно цилиндра. Движение вытеснителя обеспечивает шток (5), который проходит через поршень и функционирует за счет эксцентрика с запаздыванием на 90° в сравнении с приводом поршня.

Поршень расположен в крайнем нижнем положении, вещество охлаждается за счет стенок.

Вытеснитель занимает верхнее положение, перемещаясь, пропускает вещество через торцевые щели ко дну, сам охлаждается. Поршень стоит неподвижно.

Вещество получает тепло, под действием тепла увеличивается в объёме и поднимает расширитель с поршнем вверх. Совершается работа, после чего вытеснитель опускается на дно, выталкивая вещество и охлаждаясь.

Поршень опускается вниз, сжимает охлаждённое вещество, выполняется полезная работа. Маховик служит в конструкции аккумулятором энергии.

Рассмотренная модель без регенератора, поэтому КПД механизма не велико. Тепло вещества после совершения работы отводится в охлаждающую жидкость, используя стенки. Температура не успевает снижаться на нужную величину, поэтому время охлаждения продлевается, скорость мотора маленькая.

Виды двигателей

Конструктивно, есть несколько вариантов, использующих принцип Стирлинга, основными видами считаются:

  • Двигатель «α – Стирлинг»:

Конструкция применяет два разных поршня, помещенных в различные контуры. Первый контур используется для нагрева, второй контур применяется для охлаждения. Соответственно, каждому поршню принадлежит свой регенератор (горячий и холодный). Устройство обладает хорошим соотношением мощности к объёму. Недостаток в том, что температура горячего регенератора создает конструктивные сложности.

Конструкция использует один замкнутый контур, с разными температурами на концах (холодный, горячий). В полости расположен поршень с вытеснителем. Вытеснитель делит пространство на холодную и горячую зону. Обмен холодом и теплом происходит путём перекачивания вещества через теплообменник. Конструктивно, теплообменник выполняется в двух вариантах: внешний, совмещённый с вытеснителем.

Поршневой механизм предусматривает применение двух замкнутых контуров: холодного и с вытеснителем. Мощность снимается с холодного поршня. Поршень с вытеснителем с одной стороны горячий, с другой стороны холодный. Теплообменник располагается как внутри, так и снаружи конструкции.

Некоторые силовые установки не похожи на основные виды двигателей:

  • Роторный двигатель Стирлинга.

Конструктивно изобретение с двумя роторами на валу. Деталь совершает вращательные движения в замкнутом пространстве цилиндрической формы. Заложен синергетический подход реализации цикла. Корпус содержит радиальные прорези. В углубления вставлены лопасти с определённым профилем. Пластины надеты на ротор и могут двигаться вдоль оси при вращении механизма. Все детали создают меняющиеся объёмы с выполняющимися в них явлениями. Объёмы различных роторов связаны при помощи каналов. Расположение каналов имеют сдвиг в 90° друг к другу. Сдвиг роторов относительно друг друга составляет 180°.

  • Термоакустический двигатель Стирлинга.

Двигатель использует акустический резонанс для проведения процессов. Принцип основан на перемещении вещества между горячей и холодной полостью. Схема уменьшает количество движущихся деталей, сложность в снятии полученной мощности и поддержании резонанса. Конструкция относится к свободнопоршневому виду мотора.

Двигатель Стирлинга своими руками

Сегодня довольно часто в интернет магазине можно встретить сувенирную продукцию, выполненную в виде рассматриваемого двигателя. Конструктивно и технологично механизмы довольно просты, при желании двигатель Стирлинга легко сконструировать своими руками из подручных средств. В интернете можно найти большое количество материалов: видео, чертежи, расчёты и прочая информация на эту тему.

Низкотемпературный двигатель Стирлинга:

  • Рассмотрим самый простой вариант волнового двигателя, для выполнения которого понадобится консервная банка, мягкая полиуретановая пена, диск, болты и канцелярские скрепки. Все эти материалы легко найти дома, осталось выполнение следующих действий:
  • Возьмите мягкую полиуретановую пену, вырежьте на два миллиметра меньшим диаметром от внутреннего диаметра консервной банки круг. Высота пены на два миллиметра больше половины высоты банки. Поролон играет роль вытеснителя в двигателе;
  • Возьмите крышку банки, в средине проделайте дырку, диаметр два миллиметра. Припаяйте к отверстию полый шток, который будет выполнять, роль направляющей для шатуна двигателя;
  • Возьмите круг, вырезанный из пены, вставьте в средину круга винтик и застопорите с двух сторон. К шайбе припаяйте предварительно выпрямленную скрепку;
  • В двух сантиметрах от центра просверлите дырочку, диаметром три миллиметра, проденьте вытеснитель через центральное отверстие крышки, припаяйте крышку к банке;
  • Сделайте из жести небольшой цилиндр, диаметром полтора сантиметра, припаяйте его к крышке банки таким образом, что бы боковое отверстие крышки оказалось чётко по центру внутри цилиндра двигателя;
  • Сделайте коленчатый вал двигателя из скрепки. Расчёт выполняется таким образом, что бы разнос колен был 90°;
  • Изготовьте стойку под коленчатый вал двигателя. Из полиэтиленовой плёнки сделайте упругую перепонку, наденьте плёнку на цилиндр, продавите её, зафиксируйте;

  • Самостоятельно изготовьте шатун двигателя, один конец выпрямленного изделия выгнете в форме кружка, второй конец вставьте в кусочек ластика. Длина подгоняется таким образом, что бы в крайней нижней точке вала перепонка была втянута, в крайней верхней точке, перепонка максимально вытянута. Настройте другой шатун по такому же принципу;
  • Шатун двигателя с резиновым наконечником приклейте к перепонке. Шатун без резинового наконечника закрепите на вытеснителе;
  • Наденьте на кривошипный механизм двигателя маховик из диска. К банке приделайте ножки, чтобы не держать изделие в руках. Высота ножек позволяет разместить под банкой свечку.

После того, как удалось сделать двигатель Стирлинга дома, мотор запускают. Для этого под банку помещают зажженную свечку, а после того, как банка прогрелась, дают толчок маховику.

Рассмотренный вариант установки можно быстро собрать у себя дома, как наглядное пособие. Если задаться целью и желанием сделать двигатель Стирлинга максимально приближённый к заводским аналогам, в свободном доступе есть чертежи всех деталей. Пошаговое выполнение каждого узла позволит создать работающий макет ни чем не хуже коммерческих версий.

Преимущества

Для двигателя Стирлинга характерны такие плюсы:

  • Для работы двигателя необходим температурный перепад, какое топливо вызывает нагрев не важно;
  • Нет необходимости использовать навесное и вспомогательное оборудование, конструкция двигателя простая и надёжная;
  • Ресурс двигателя, благодаря особенностям конструкции, составляет 100000 часов работы;
  • Работа двигателя не создаёт постороннего шума, поскольку отсутствует детонация;
  • Процесс работы двигателя не сопровождается выбросом отработанных веществ;
  • Работа двигателя сопровождается минимальной вибрацией;
  • Процессы в цилиндрах установки экологически безвредны. Использование правильного источника тепла позволяет сделать двигатель «чистым».

Недостатки

К недостаткам двигателя Стирлинга относятся:

  • Трудно наладить серийное производство, поскольку конструктивно двигатель требует использования большого количества материалов;
  • Высокий вес и большие габариты двигателя, поскольку для эффективного охлаждения надо применять большой радиатор;
  • Для повышения эффективности двигатель форсируют, применяя в качестве рабочего тела сложные вещества (водород, гелий), что делает эксплуатацию агрегата опасным;
  • Высокотемпературная стойкость стальных сплавов и их теплопроводность усложняет процесс изготовления двигателя. Значительные потери тепла в теплообменнике снижают эффективность агрегата, а применение специфических материалов делают изготовление двигателя дорогим;
  • Для регулировки и перехода двигателя с режима на режим надо применять специальные устройства управления.

Использование

Двигатель Стирлинга нашел свою нишу и активно применяется там, где габариты и всеядность важный критерий:

Механизм преобразования тепла в электрическую энергию. Часто встречаются изделия, используемые в качестве портативных туристических генераторов, установки по использованию солнечной энергии.

  • Двигатель, как насос (электрика).

Двигатель применяют для установки в контур отопительных систем, экономя на электрической энергии.

  • Двигатель, как насос (обогреватель).

В странах с тёплым климатом двигатель используют как обогреватель для помещений.

Двигатель Стирлинга на подводной лодке:

  • Двигатель, как насос (охладитель).

Практически все холодильники в своей конструкции применяют тепловые насосы, устанавливая двигатель Стирлинга, экономятся ресурсы.

  • Двигатель, как насос, создающий сверхнизкие степени нагрева.

Устройство применяют в качестве холодильника. Для этого процесс запускают в обратную сторону. Агрегаты сжижают газ, охлаждают измерительные элементы в точных механизмах.

  • Двигатель для подводной техники.

Подводные корабли Швеции и Японии работают благодаря двигателю.

Двигатель Стирлинга в качестве солнечной установки:

  • Двигатель, как аккумулятор энергии.

Топливо в таких агрегатах, расплавы соли, двигатель применяют, как источник энергии. Мотор по запасу энергии опережает химические элементы.

Преобразуют энергию солнца в электричество. Вещество в данном случае, водород или гелий. Двигатель ставится в фокусе максимальной концентрации энергии солнца, созданного при помощи параболической антенны.

Двигатель Стирлинга, некогда известный, был надолго забыт из-за широкого распространения другого мотора (внутреннего сгорания). Но сегодня о нем слышно все больше. Может быть, у него есть шансы стать более популярным и найти свое место в новой модификации в современном мире?

История

Двигатель Стирлинга — это тепловая машина, которая была изобретена в начале девятнадцатого века. Автором, как понятно, был некий Стирлинг по имени Роберт, священник из Шотландии. Устройство представляет собой двигатель внешнего сгорания, где тело движется в замкнутой емкости, постоянно меняя свою температуру.

Из-за распространения другого вида мотора о нем почти забыли. Тем не менее, благодаря своим преимуществам, сегодня двигатель Стирлинга (своими руками многие любители сооружают его дома) снова возвращается.

Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что энергия тепла приходит извне, а не вырабатывается в самом двигателе, как в ДВС.

Принцип работы

Можно представить замкнутый воздушный объем, заключенный в корпусе, имеющем мембрану, то есть поршень. При нагревании корпуса воздух расширяется и совершает работу, выгибая таким образом поршень. Затем происходит охлаждение, и он вгибается снова. В этом состоит цикл работы механизма.

Немудрено, что термоакустический двигатель Стирлинга своими руками многие изготавливают в домашних условиях. Инструментов и материалов для этого требуется самый минимум, который найдется в доме у каждого. Рассмотрим два разных способа, как легко его создать.

Материалы для работы

Чтобы сделать двигатель Стирлинга своими руками, понадобятся следующие материалы:

  • жесть;
  • спица из стали;
  • трубка из латуни;
  • ножовка;
  • напильник;
  • подставка из дерева;
  • ножницы по металлу;
  • детали крепежа;
  • паяльник;
  • пайка;
  • припой;
  • станок.

Это все. Остальное – дело нехитрой техники.

Как сделать

Из жести готовят топку и два цилиндра для базы, из которых будет состоять двигатель Стирлинга, своими руками изготовленный. Размеры подбирают самостоятельно, учитывая цели, для которых предназначено это устройство. Предположим, что мотор делается для демонстрации. Тогда развертка главного цилиндра составит от двадцати до двадцати пяти сантиметров, не более. Остальные части должны подстраиваться под него.

На верху цилиндра для передвижения поршня делают два выступа и отверстия диаметром от четырех до пяти миллиметров. Элементы выступят в роли подшипников для расположения кривошипного устройства.

Далее делают рабочее тело мотора (им станет обычная вода). К цилиндру, который сворачивают в трубу, припаивают кружочки из жести. В них проделывают отверстия и вставляют трубки из латуни от двадцати пяти до тридцати пяти сантиметров в длину и диаметром от четырех до пяти миллиметров. В конце проверяют, насколько герметичной стала камера, залив ее водой.

Далее приходит черед вытеснителя. Для изготовления берут заготовку из дерева. На станке добиваются, чтобы она обрела форму правильного цилиндра. Вытеснитель должен быть немногим меньше диаметра цилиндра. Оптимальную высоту подбирают уже после того, как двигатель Стирлинга своими руками будет сделан. Потому на данном этапе длина должна предполагать некоторый запас.

Спицу превращают в шток цилиндра. По центру деревянной емкости делают отверстие, подходящее под шток, вставляют его. В верхней части штока необходимо предусмотреть место для шатунного устройства.

Затем берут трубки из меди длиной четыре с половиной сантиметра и диаметром два с половиной сантиметра. Кружок из жести припаивают к цилиндру. По бокам на стенках делают отверстие для сообщения емкости с цилиндром.

Поршень также подгоняют на токарном станке под диаметр большого цилиндра изнутри. Наверху подсоединяют шток шарнирным способом.

Сборку заканчивают и настраивают механизм. Для этого поршень вставляют в цилиндр большего размера и соединяют последний с другим цилиндром меньшего размера.

На большом цилиндре сооружают кривошипно-шатунный механизм. Фиксируют часть двигателя при помощи паяльника. Основные части закрепляют на деревянном основании.

Цилиндр наполняют водой и под низ подставляют свечку. Двигатель Стирлинга, своими руками сделанный от начала и до конца, проверяют на работоспособность.

Второй способ: материалы

Двигатель можно сделать и другим способом. Для этого понадобятся следующие материалы:

Как сделать

Поролон очень часто используют, чтобы сделать дома простой не мощный двигатель Стирлинга своими руками. Из него готовят вытеснитель для мотора. Вырезают поролоновый круг. Диаметр должен быть немного меньше, чем у консервной банки, а высота — чуть более половины.

По центру крышки проделывают отверстие для будущего шатуна. Чтобы он ходил ровно, скрепку сворачивают в спиральку и паяют к крышке.

Поролоновый круг посередине пронизывают тонкой проволокой с винтом и фиксируют его сверху шайбой. Затем соединяют кусок скрепки пайкой.

Вытеснитель вталкивают в отверстие на крышке и соединяют банку с крышкой путем пайки для герметизации. На скрепке делают маленькую петлю, а в крышке — еще одно, более крупное отверстие.

Жестяной лист сворачивают в цилиндр и спаивают, а потом прикрепляют к банке настолько, чтобы щелей не осталось совсем.

Скрепку превращают в коленчатый вал. Разнос при этом должен быть ровно девяносто градусов. Колено над цилиндром делают слегка больше другого.

Остальные скрепки превращаются в стойки для вала. Делается мембрана следующим образом: цилиндр оборачивают в пленку из полиэтилена, продавливают и крепят ниткой.

Шатун изготавливается из скрепки, которую вставляют в кусок резины, и готовую деталь прикрепляют к мембране. Длина шатуна делается такой, чтобы в нижней валовой точке мембрана была втянутой в цилиндр, а в высшей — вытянута. Таким же образом делается и вторая деталь шатуна.

Затем один приклеивают к мембране, а другой — к вытеснителю.

Ножки для банки можно также сделать из скрепок и припаять. Для кривошипа используют CD-диск.

Вот и готов весь механизм. Осталось лишь под него подставить и зажечь свечку, а затем дать толчок через маховик.

Заключение

Таков низкотемпературный двигатель Стирлинга (своими руками сооруженный). Конечно, в промышленных масштабах такие приборы изготавливаются совсем другим способом. Однако принцип остается неизменным: происходит нагрев, а затем охлаждение воздушного объема. И это постоянно повторяется.

Напоследок посмотрите эти чертежи двигателя Стирлинга (своими руками его можно сделать без особых навыков). Может быть, вы уже загорелись идеей, и вам захочется сделать что-либо подобное?

Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. 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.

Смотрим под катом подробное объяснение, как сделать его своими руками

История

Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081). Однако первые элементарные «двигатели горячего воздуха» были известны ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Достижением Стирлинга является добавление очистителя, который он назвал «эконом».

В современной научной литературе этот очиститель 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 рекуператор представляет собой камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа). Газ, проходя через наполнитель рекуператора в одну сторону, отдаёт (или приобретает) тепло, а при движении в другую сторону отбирает (отдаёт) его. Рекуператор может быть внешним по отношению к цилиндрам, а может быть размещён на поршне-вытеснителе в бета- и гамма-конфигурациях. В последнем случае габариты и вес машины оказываются меньше. Частично роль рекуператора выполняет зазор между вытеснителем и стенками цилиндра (при длинном цилиндре надобность в таком устройстве вообще исчезает, но появляются значительные потери из-за вязкости газа). В альфа-стирлинге рекуператор может быть только внешним. Он монтируется последовательно с теплообменником, в котором происходит нагрев рабочего тела, со стороны холодного поршня.

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %. Двигатель Стирлинга имеет много преимуществ и был широко распространён в эпоху паровых машин.

Мощный двигатель Стирлинга своими руками :: SYL.ru

Двигатель Стирлинга, некогда известный, был надолго забыт из-за широкого распространения другого мотора (внутреннего сгорания). Но сегодня о нем слышно все больше. Может быть, у него есть шансы стать более популярным и найти свое место в новой модификации в современном мире?

История

Двигатель Стирлинга — это тепловая машина, которая была изобретена в начале девятнадцатого века. Автором, как понятно, был некий Стирлинг по имени Роберт, священник из Шотландии. Устройство представляет собой двигатель внешнего сгорания, где тело движется в замкнутой емкости, постоянно меняя свою температуру.

Из-за распространения другого вида мотора о нем почти забыли. Тем не менее, благодаря своим преимуществам, сегодня двигатель Стирлинга (своими руками многие любители сооружают его дома) снова возвращается.

Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что энергия тепла приходит извне, а не вырабатывается в самом двигателе, как в ДВС.

Принцип работы

Можно представить замкнутый воздушный объем, заключенный в корпусе, имеющем мембрану, то есть поршень. При нагревании корпуса воздух расширяется и совершает работу, выгибая таким образом поршень. Затем происходит охлаждение, и он вгибается снова. В этом состоит цикл работы механизма.

Немудрено, что термоакустический двигатель Стирлинга своими руками многие изготавливают в домашних условиях. Инструментов и материалов для этого требуется самый минимум, который найдется в доме у каждого. Рассмотрим два разных способа, как легко его создать.

Материалы для работы

Чтобы сделать двигатель Стирлинга своими руками, понадобятся следующие материалы:

  • жесть;
  • спица из стали;
  • трубка из латуни;
  • ножовка;
  • напильник;
  • подставка из дерева;
  • ножницы по металлу;
  • детали крепежа;
  • паяльник;
  • пайка;
  • припой;
  • станок.

Это все. Остальное — дело нехитрой техники.

Как сделать

Из жести готовят топку и два цилиндра для базы, из которых будет состоять двигатель Стирлинга, своими руками изготовленный. Размеры подбирают самостоятельно, учитывая цели, для которых предназначено это устройство. Предположим, что мотор делается для демонстрации. Тогда развертка главного цилиндра составит от двадцати до двадцати пяти сантиметров, не более. Остальные части должны подстраиваться под него.

На верху цилиндра для передвижения поршня делают два выступа и отверстия диаметром от четырех до пяти миллиметров. Элементы выступят в роли подшипников для расположения кривошипного устройства.

Далее делают рабочее тело мотора (им станет обычная вода). К цилиндру, который сворачивают в трубу, припаивают кружочки из жести. В них проделывают отверстия и вставляют трубки из латуни от двадцати пяти до тридцати пяти сантиметров в длину и диаметром от четырех до пяти миллиметров. В конце проверяют, насколько герметичной стала камера, залив ее водой.

Далее приходит черед вытеснителя. Для изготовления берут заготовку из дерева. На станке добиваются, чтобы она обрела форму правильного цилиндра. Вытеснитель должен быть немногим меньше диаметра цилиндра. Оптимальную высоту подбирают уже после того, как двигатель Стирлинга своими руками будет сделан. Потому на данном этапе длина должна предполагать некоторый запас.

Спицу превращают в шток цилиндра. По центру деревянной емкости делают отверстие, подходящее под шток, вставляют его. В верхней части штока необходимо предусмотреть место для шатунного устройства.

Затем берут трубки из меди длиной четыре с половиной сантиметра и диаметром два с половиной сантиметра. Кружок из жести припаивают к цилиндру. По бокам на стенках делают отверстие для сообщения емкости с цилиндром.

Поршень также подгоняют на токарном станке под диаметр большого цилиндра изнутри. Наверху подсоединяют шток шарнирным способом.

Сборку заканчивают и настраивают механизм. Для этого поршень вставляют в цилиндр большего размера и соединяют последний с другим цилиндром меньшего размера.

На большом цилиндре сооружают кривошипно-шатунный механизм. Фиксируют часть двигателя при помощи паяльника. Основные части закрепляют на деревянном основании.

Цилиндр наполняют водой и под низ подставляют свечку. Двигатель Стирлинга, своими руками сделанный от начала и до конца, проверяют на работоспособность.

Второй способ: материалы

Двигатель можно сделать и другим способом. Для этого понадобятся следующие материалы:

  • консервная банка;
  • поролон;
  • скрепки;
  • диски;
  • два болта.

Как сделать

Поролон очень часто используют, чтобы сделать дома простой не мощный двигатель Стирлинга своими руками. Из него готовят вытеснитель для мотора. Вырезают поролоновый круг. Диаметр должен быть немного меньше, чем у консервной банки, а высота — чуть более половины.

По центру крышки проделывают отверстие для будущего шатуна. Чтобы он ходил ровно, скрепку сворачивают в спиральку и паяют к крышке.

Поролоновый круг посередине пронизывают тонкой проволокой с винтом и фиксируют его сверху шайбой. Затем соединяют кусок скрепки пайкой.

Вытеснитель вталкивают в отверстие на крышке и соединяют банку с крышкой путем пайки для герметизации. На скрепке делают маленькую петлю, а в крышке — еще одно, более крупное отверстие.

Жестяной лист сворачивают в цилиндр и спаивают, а потом прикрепляют к банке настолько, чтобы щелей не осталось совсем.

Скрепку превращают в коленчатый вал. Разнос при этом должен быть ровно девяносто градусов. Колено над цилиндром делают слегка больше другого.

Остальные скрепки превращаются в стойки для вала. Делается мембрана следующим образом: цилиндр оборачивают в пленку из полиэтилена, продавливают и крепят ниткой.

Шатун изготавливается из скрепки, которую вставляют в кусок резины, и готовую деталь прикрепляют к мембране. Длина шатуна делается такой, чтобы в нижней валовой точке мембрана была втянутой в цилиндр, а в высшей — вытянута. Таким же образом делается и вторая деталь шатуна.

Затем один приклеивают к мембране, а другой — к вытеснителю.

Ножки для банки можно также сделать из скрепок и припаять. Для кривошипа используют CD-диск.

Вот и готов весь механизм. Осталось лишь под него подставить и зажечь свечку, а затем дать толчок через маховик.

Заключение

Таков низкотемпературный двигатель Стирлинга (своими руками сооруженный). Конечно, в промышленных масштабах такие приборы изготавливаются совсем другим способом. Однако принцип остается неизменным: происходит нагрев, а затем охлаждение воздушного объема. И это постоянно повторяется.

Напоследок посмотрите эти чертежи двигателя Стирлинга (своими руками его можно сделать без особых навыков). Может быть, вы уже загорелись идеей, и вам захочется сделать что-либо подобное?

Китай разрабатывает самый мощный в мире двигатель Стирлинга

Ракетные эсминцы Hohhot (бортовой номер 161) и Wuhan (бортовой номер 169) вместе с ракетным фрегатом Hengyang (бортовой номер 568) в боевом строю в неизвестном районе моря во время 4-дневных морских учений реального боя 2 сентября 2020 г. Все боевые корабли приданы флотилии морских эсминцев командования Южного театра военных действий НОАК. Фото: eng.chinamil.com.cn


В качестве последнего примера усилий Китая по разработке внутри страны высококачественных двигателей различных типов можно отметить недавний крупный прорыв в создании самого мощного в мире двигателя Стирлинга, типа теплового двигателя. с приложениями в энергетике и подводных силовых установках.

Разработанный Научно-исследовательским институтом № 711 Китайской государственной судостроительной корпорации с ограниченной ответственностью (CSSC), базовый прототип первого в Китае крупнокалиберного двигателя Стирлинга успешно прошел недавние эксплуатационные испытания. Прототип работал с номинальной мощностью 320 киловатт с КПД преобразования энергии 40 процентов, что делало его самым мощным двигателем Стирлинга, известным в мире, говорится в пресс-релизе CSSC, опубликованном во вторник в его аккаунте WeChat.

Успех прототипа является важной вехой и крупным прорывом, достигнутым Китаем в ключевых технологиях и мастерстве при разработке таких двигателей, и заложил основу для разработки двигателей Стирлинга мегаваттного класса в будущем, говорится в сообщении CSSC.

Двигатель Стирлинга представляет собой поршневую силовую машину с замкнутым циклом, которая получает тепло от внешних источников, поясняется в пресс-релизе, отмечая, что двигатель может быть объединен с любым источником тепла, будь то традиционная или ядерная энергия, во многих конфигурациях.

Двигатель Стирлинга мегаваттного класса имеет прочную конструкцию, простую систему, быстрый запуск и модульную конфигурацию. Это будут существенные преимущества двигателя Стирлинга, заявил CSSC.

При использовании вместе с реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением двигатель Стирлинга может устранить риск реакции натрий-вода, что делает его очень безопасным выбором.

Двигатель может иметь ряд модификаций в соответствии с потребностями в электроснабжении, в диапазоне от 100 киловатт до нескольких мегаватт, и очень подходит для превращения в портативный генератор энергии с микрореактором, используемый в особых условиях, таких как полярные регионы, удаленные острова и районы пустыни Гоби, говорится в пресс-релизе.

Двигатель Стирлинга также известен своим применением в подводных силовых установках, говорят наблюдатели.

Шведские подводные лодки класса Gotland оснащены воздухонезависимыми двигательными установками (AIP) с двигателем Стирлинга, что позволяет им избегать выхода на поверхность для зарядки аккумуляторов и, таким образом, увеличивает продолжительность подводного плавания с нескольких дней до недель, согласно статье, опубликованной Saab. , материнская компания Kockums, которая строила подводные лодки.

Двигатель Стирлинга тихий и не вибрирует, поэтому вибрации не распространяются на корпус, что делает подводную лодку бесшумной в воде и поэтому ее трудно найти, согласно статье.

В пресс-релизе CSSC не упоминалось о возможном применении китайского двигателя Стирлинга на подводных лодках.

Китай сталкивался с недостатками при разработке двигателей различных типов, но прорыв в отечественном двигателе Стирлинга является лишь одним из примеров быстрого прогресса страны в области двигателей в последние годы, сообщил в среду Global Times китайский военный эксперт, пожелавший остаться неназванным.

На выставке Airshow China 2021 Китай представил истребитель-невидимку J-20, оснащенный двигателями отечественной разработки, и объявил, что два типа двигателей, разработанных в стране, проходят испытания для большого транспортного самолета Y-20.

Во многих аспектах разработки двигателей китайские компании по-прежнему отстают от традиционных лидеров отрасли из зарубежных стран, но этот разрыв сокращается благодаря напряженной работе китайских ученых и исследователей. Вооруженные силы Китая, как и его общее развитие, в долгосрочной перспективе не будут сдерживаться двигателями, считает эксперт.

Двигатель Стирлинга

Солнечная антенна двигателя Стирлинга . Источник: http://www.stirlingenergy.com

Фон

Двигатель Стирлинга уже много лет привлекает большое внимание.Его потенциал высокой эффективности и возможность использовать самые разные виды топлива сделали его серьезным претендентом на альтернативные источники энергии, особенно в автомобильной промышленности. Потенциал этих двигателей для замены двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в автомобилях изучался в конце 1970-х и 1980-х годах.

В 1986 году НАСА выпустило технический отчет, в котором описывалось развитие автомобильного двигателя MOD I и MOD II (ссылка: http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19880002196_1988002196.pdf). В двигателе использовалась технология Стирлинга. В качестве рабочего газа использовался водород под давлением. Он был разработан и произведен совместными усилиями НАСА и MTI (Mechanical Technology Incorporated). В частности, двигатель MOD II мог достичь теплового КПД 38,5% (значительно выше, чем у ДВС с искровым зажиганием) и с мощностью, сравнимой с ДВС того же размера (83,5 л.с.). Он сжигал топливо с более чистыми выбросами, чем ДВС, из-за того, что он сжигал топливо снаружи по отношению к двигателю.Кроме того, при работе он производил гораздо меньше шума. Таким образом, для выхлопной трубы не потребуется глушитель или каталитический нейтрализатор.

Технические проблемы в основном были связаны с требованиями двигателя к высокому давлению (до 15 МПа), что требует громоздких компонентов и специализированных уплотнений. Тем не менее предполагалось, что стоимость производства из-за эффекта масштаба будет конкурентоспособной с ДВС. К сожалению, он не смог привлечь крупных инвестиций в автомобильную промышленность, главным образом потому, что он все еще находился в зачаточном состоянии в плане развития и не мог конкурировать с ДВС по скорости отклика.Двигатели Стирлинга не так быстро реагируют на изменение требований к мощности, как ДВС, и им требуется больше времени для прогрева перед выходом на полную мощность. В решении этой дилеммы можно было бы добиться больших успехов, используя сложные системы управления, регулирующие давление и т. д. Но, по словам крупных автопроизводителей, таких как GM, рынок «не потерпит этого», даже несмотря на повышение эффективности и снижение вредных выбросов выхлопных газов. были значительными. Кроме того, дешевой энергии (нефти) было много, и никто в то время не хотел вкладывать большие средства в двигатель, который считался «экономически рискованным».

И вот мы здесь, сегодня, перед энергетическим будущим, которое больше не может слепо полагаться на ископаемое топливо для удовлетворения наших потребностей. Сохранение становится все более важным, а также альтернативные источники энергии. Двигатель Стирлинга — одна из возможностей отказаться от ископаемого топлива, учитывая, что он может использовать для работы любой источник тепла, включая биомассу и солнечную энергию. Становится ясно, что интерес к этому типу двигателей никуда не денется. На самом деле интерес растет.

Основы двигателя Стирлинга. Что такое двигатель Стирлинга?

Двигатель Стирлинга — это тепловой двигатель, работающий на основе внешней разности температур. Поддерживая разницу температур между горячей и холодной, двигатель может работать и производить механическую энергию. Он отличается от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) тем, что это замкнутый цикл; то есть рабочий газ заключен (запечатан) внутри двигателя. Это отличается от ДВС, в котором рабочий газ (воздух) всасывается из окружающей среды, сгорает с топливом и выбрасывается в виде выхлопных газов.В таком двигателе необходимы клапаны и механизмы газораспределения. Но в двигателе Стирлинга такие компоненты не требуются. Кроме того, двигатель Стирлинга не ограничивается типом используемого топлива. Он безразличен к источнику тепла, что открывает множество возможностей, включая экологически чистую солнечную энергию или сжигание биомассы (древесина, шелуха, этанол и т. д.), которые являются углеродно-нейтральными. Углеродно-нейтральные означает, что они поглощают столько же углекислого газа (во время своего роста — за счет фотосинтеза), сколько выделяют при сгорании.Это не похоже на ископаемое топливо, которое при сжигании добавляет в атмосферу чистое количество углекислого газа.

Основной принцип работы двигателя Стирлинга таков. Двигатель заполнен (под давлением) газом, таким как воздух, гелий или водород. Это называется «рабочий газ». Внутри двигателя газ нагревается. Это увеличивает его давление и в результате перемещает поршни. Затем газ охлаждается, снижая его давление. Затем он снова нагревается, и цикл повторяется. В реальном двигателе это обычно происходит очень быстро, на том же уровне скорости, что и у ДВС.Рабочий газ очень быстро перемещается взад и вперед внутри двигателя, между горячим и холодным концами, постоянно набирая и теряя тепло и в результате производя мощность.

Рабочий газ внутри двигателя нагревается нагревателем, а охлаждается охладителем.

Нагреватель и охладитель обычно представляют собой компактные теплообменники, состоящие из узких трубок (или проходов), по которым протекает рабочий газ. Через эти проходы рабочий газ либо нагревается (становится горячее), либо отдает тепло (становится холоднее).

Внешняя поверхность нагревателя подвергается воздействию источника высокой температуры, такого как пламя горелки или концентрированная солнечная энергия. Внешняя поверхность охладителя подвергается воздействию источника холодной температуры, такого как окружающий воздух или вода.

Между нагревателем и охладителем находится регенератор. Регенератор повышает эффективность двигателя Стирлинга за счет снижения потребности в подводимой теплоте нагревателя и потребности в отводе тепла охладителя. Нет необходимости иметь регенератор для работы двигателя, но в интересах снижения затрат, особенно когда речь идет о стоимости топлива для нагревателя, разумно иметь его.

Принцип работы регенератора заключается в сохранении части тепловой энергии рабочего газа, когда он движется от нагревателя к охладителю, тем самым снижая потребность охладителя в охлаждении. А на обратном пути, когда рабочий газ движется от охладителя к нагревателю, он «отбирает» часть этой тепловой энергии, тем самым снижая потребность нагревателя в нагреве. Регенератор в основном предварительно нагревает рабочий газ перед его подачей в нагреватель и предварительно охлаждает рабочий газ перед поступлением в охладитель.

Регенератор обычно изготавливается из сложного матричного материала, состоящего из уложенных друг на друга металлических экранов или металлического войлока, сотканного из тонкой проволоки. Это обеспечивает большую площадь поверхности, необходимую для эффективного теплообмена с рабочим газом.

В целом, при проектировании двигателей Стирлинга на большую мощность и КПД необходимо учитывать несколько основных факторов:

(1) Сведите мертвый объем к минимуму. Мертвый объем снижает мощность двигателя. Мертвый объем — это объем, который «не охвачен» движениями поршней.Это объем нагревателя, охладителя, регенератора и всех зазоров. Этот объем постоянен во все времена.

(2) Нагреватель проектировать таким образом, чтобы максимально нагреть рабочий газ, т. е. на выходе газа из нагревателя его температура должна быть как можно ближе к температуре стенок нагревателя. Этого можно добиться, используя узкие и длинные трубки/каналы для прохождения газа.

(3) Охладитель проектируйте таким образом, чтобы обеспечить максимальное охлаждение рабочего газа, т. е. после выхода газа из охладителя его температура должна быть как можно ближе к температуре стенок охладителя.Этого можно добиться, используя узкие и длинные трубки/каналы для прохождения газа.

(4) Регенератор спроектирован так, чтобы обеспечить максимальный теплообмен с рабочим газом. Этого можно добиться, используя достаточно плотный матричный материал с большой площадью поверхности.

(5) Сведите потери при перекачивании к минимуму. Потери на прокачку представляют собой потери на трение (потоке), вызванные рабочим газом, когда он «проталкивается» через узкие трубы/каналы нагревателя и охладителя, а также матрицу регенератора.Свести к минимуму эти потери можно, используя большое количество труб/каналов в нагревателе и охладителе, а также регенератор большого объема.

Теперь все пункты (2) — (5) могут быть удовлетворены одновременно. Однако выполнение этих пунктов находится в прямом противоречии с пунктом номер (1). Если кто-то хочет сохранить мертвый объем как можно меньшим, ему будет трудно разработать хороший нагреватель, охладитель и регенератор, сохраняя при этом низкие насосные потери.

Решение состоит в том, чтобы пойти на компромисс по всем пяти пунктам, чтобы добиться наилучшего возможного дизайна.Задача состоит в том, чтобы найти оптимальный баланс, обеспечивающий наилучшую конструкцию двигателя.

Три конфигурации двигателя Стирлинга

Существуют три стандартные конфигурации двигателей Стирлинга. Это: «альфа», «бета» и «гамма».

Альфа Двигатель

На рисунке ниже показан стандартный альфа-движок.

Рабочий газ внутри двигателя постоянно «перебрасывается» между пространством расширения и сжатия из-за движения вверх-вниз двух поршней.Это многократно заставляет рабочий газ двигаться вперед и назад через нагреватель, регенератор и охладитель. В результате газ многократно нагревается и охлаждается, и вырабатывается электроэнергия.

Двигатели Alpha проще всего понять и проще всего построить. Также легко минимизировать мертвый (зазорный) объем в пространствах расширения и сжатия. Но одним из их основных недостатков является то, что они могут потребовать термостойких уплотнений для поршня, подвергающегося воздействию высокой температуры (показано справа).Уплотнения для другого поршня (слева) не должны быть термостойкими, потому что он постоянно подвергается воздействию низких температур из-за его физической близости к камере сжатия.

Бета-двигатель

На рисунке ниже показан стандартный бета-модуль.

Двигатели Beta имеют компактные размеры. Они используют силовой поршень и вытеснитель, которые находятся на одной линии друг с другом. В отличие от альфа-двигателя, в котором используются два поршня, в бета-двигателе используется один силовой поршень и вытеснитель.Задача силового поршня — вырабатывать энергию, а задача вытеснителя — перемещать рабочий газ вперед и назад через нагреватель, регенератор и охладитель. В результате толкающее усилие, испытываемое вытеснителем, очень мало по сравнению с усилием силового поршня.

Силовой поршень, буек и стержень буйка герметизированы вокруг своих зазоров, чтобы предотвратить утечку рабочего газа. Уплотнение вытеснителя размещено на конце, ближайшем к камере сжатия, во избежание прямого контакта с горячим рабочим газом (в камере расширения).В результате, это уплотнение не должно быть термостойким. Уплотнения для штока вытеснителя и силового поршня также не должны быть термостойкими, поскольку они постоянно подвергаются воздействию низких температур двигателя. Это связано с их физической близостью к пространству сжатия.

Недостатком бета-двигателя является то, что может быть трудно минимизировать мертвый (зазор) объем в пространстве расширения и сжатия, учитывая, что должен быть достаточный зазор, чтобы рабочий газ мог беспрепятственно «поступать» из нагревателя. и круче.

Гамма Двигатель

На рисунке ниже показан стандартный гамма-движок.

Гамма-двигатели аналогичны бета-двигателям, за исключением того, что силовой поршень «сдвинут» вниз. Это может упростить конструкцию механического привода и рычажных механизмов, поскольку силовой поршень и вытеснитель находятся на определенном расстоянии друг от друга (вместо того, чтобы быть выровненными друг с другом). По этой причине гамма-конфигурация часто является предпочтительным выбором для энтузиастов двигателей Стирлинга.

Недостатком гамма-двигателя является то, что он неизбежно создает мертвый объем в камере сжатия из-за физического разделения вытеснителя и силового поршня.

Эффективность двигателя Стирлинга

Потенциальный КПД двигателя Стирлинга высок. Он сравним с КПД дизельного двигателя, но значительно выше, чем у бензинового двигателя с искровым зажиганием.

Одним из самых эффективных когда-либо созданных двигателей Стирлинга был автомобильный двигатель MOD II, произведенный в 1980-х годах. Он достиг пикового теплового КПД 38,5%. Сравните это с современным двигателем с искровым зажиганием (бензиновым), пиковый КПД которого составляет 20-25%.

Несмотря на большую экономию топлива, двигатель MOD II был снят с производства из-за высокой стоимости разработки и опасений, что он не сможет конкурировать с двигателями внутреннего сгорания (бензиновыми и дизельными) с точки зрения отзывчивости.

Разная информация о двигателях Стирлинга

• Компоненты двигателя, подвергающиеся воздействию высоких температур, обычно изготавливаются из нержавеющей стали. К ним относятся: 1) поршень расширительного пространства (в двигателях альфа), 2) цилиндр расширительного пространства, 3) вытеснитель (в двигателях бета и гамма), 4) нагреватель, 5) матрица регенератора, 6) корпус регенератора.

• Лучшим рабочим газом для достижения высокой мощности и теплового КПД является водород. Гелий на втором месте. Однако гелий, вероятно, является более безопасным выбором, особенно для тех, кто не хочет идти на «взрывной» риск.

• Идеальный цикл Стирлинга сильно отличается от цикла практических (настоящих) двигателей. Во многих описаниях двигателей Стирлинга дается одно рабочее пространство, из чего следует термодинамический анализ. Рабочий газ расширяется и сжимается с помощью одного поршня.А нагрев и охлаждение происходит на внешней поверхности. Хотя он хорошо работает в качестве базового описания цикла Стирлинга, этот анализ нельзя напрямую применить к реальным двигателям, производящим энергию. В реальном двигателе вам нужно отдельное пространство расширения и сжатия, в котором рабочий газ перемещается туда и обратно через теплообменники. Только так можно обеспечить быстрый нагрев и охлаждение рабочего газа, необходимые для мощных двигателей, работающих на высоких оборотах. Следовательно, анализ идеального цикла нельзя использовать для моделирования реальных двигателей.

• В реальном двигателе всегда будет некоторая утечка, какой бы незначительной она ни была. Если вы используете воздух в качестве рабочего газа, у вас может быть небольшой компрессор для поддержания давления в двигателе. При использовании газа, такого как водород или гелий, лучше всего использовать резервуар для хранения высокого давления для поддержания давления. Как только давление в двигателе падает ниже определенного значения, бак выпускает газ в двигатель до тех пор, пока давление не восстановится. Если используется водород, можно даже иметь электролизное устройство, которое может производить водород из воды с использованием электричества.Это позволяет легко заменить вытекший газ.

• При использовании масла для смазки убедитесь, что оно не просачивается в двигатель. Тепло и давление внутри двигателя испаряют масло и в результате быстро загрязняют теплообменники. Чтобы бороться с этим, в некоторых поршнях используется комбинация различных уплотнений, как для предотвращения утечки газа из двигателя, так и для предотвращения просачивания масла.

• При использовании биомассы в качестве топлива для нагревателя (например, древесной щепы или проса) необходимо следить за тем, чтобы на трубках нагревателя не скапливался пепел.Зола в воздухе может плавиться из-за высокой температуры и образовывать изолирующий слой на трубках нагревателя, препятствуя проникновению тепла. Это убьет производительность. Этого можно избежать с помощью блока газификатор-горелка, который преобразует биомассу в горючие газы, которые сгорают чисто и не загрязняют теплообменник.

• Если в качестве охлаждающей среды для охладителя используется вода, ее обычно смешивают с антифризом, особенно если двигатель эксплуатируется в более холодном климате.

• Существует два типа приводных механизмов двигателей Стирлинга.Первый тип кинематический , в котором заданы движения поршня и вытеснителя; это означает, что они подключены к рычажным механизмам и коленчатому валу, которые, в свою очередь, подключены, скажем, к генератору. Другой тип — со свободным поршнем , в котором нет никаких рычажных механизмов и коленчатого вала, соединенного с поршнем и вытеснителем. Это позволяет, например, соединить генератор непосредственно с поршнем и напрямую приводить в действие его возвратно-поступательным движением. Первый тип приводного механизма более распространен, хотя последний обеспечивает идеально герметичное уплотнение, при котором генератор (например, линейный генератор переменного тока) может быть полностью герметизирован внутри двигателя, что практически исключает утечку рабочего газа.

• Одним из способов значительного повышения тепловой эффективности конструкции является повышение эффективности теплопередачи от источника тепла к трубкам нагревателя. Обычным механизмом потерь в этом отношении является потеря тепла в окружающую среду (например, теплый выхлоп из горелки). Способ свести к минимуму эти потери — использовать подогреватель воздуха. Используя поток выхлопных газов, подогреватель нагревает воздух перед тем, как он попадет в камеру сгорания, и используется больше тепловой энергии топлива. Это также более экономично, так как снижает расход топлива.Кроме того, вы также можете свести к минимуму потери тепла, поместив вокруг источника тепла изолированный кожух.

• Хорошо спроектированный источник тепла, такой как горелка с подогревателем воздуха, может иметь эффективность теплопередачи 90%. Это означает, что 10% тепла теряется в окружающую среду. Эта потеря еще больше снижает тепловую эффективность на несколько процентов. Например, двигатель, работающий с тепловым КПД 40 % и (теоретически) идеальной теплопередачей от источника тепла, будет работать с КПД 36 % и КПД теплопередачи 90 % (0,5).90х0,40).

Дополнительную информацию о двигателях Стирлинга можно найти в информационном руководстве, которое я создал для своего программного обеспечения двигателя Стирлинга. У меня также есть информационная страница о конструкции низкотемпературного двигателя Стирлинга.

Вернуться на страницу Engineering

Вернуться на домашнюю страницу Real World Physics Problems

сообщить об этом объявлении

Почему двигатели Стирлинга не так популярны

 Двигатели Стирлинга крутые и эффективные

Итак, почему они не более популярны? Двигатели Стирлинга

эффективны, экологичны и работают безотказно.Ну, если они такие замечательные, почему их не используют в автомобилях, лодках и самолетах?

The SunBox производства Cleanergy, шведской компании и ведущего мирового поставщика устойчивых энергетических решений на базе двигателя Стирлинга.

Вы, наверное, слышали, что двигатели Стирлинга могут быть очень эффективными.

Теоретически двигатели Стирлинга могут соответствовать максимальной теоретической эффективности цикла Карно. На самом деле некоторые двигатели Стирлинга очень эффективны¹.

Двигатели Стирлинга

также могут быть чистыми и безвредными для окружающей среды.

Итак, почему двигатели Стирлинга не используются чаще?

Вот краткий ответ:
Двигатели Стирлинга

не подходят для приложений, в которых необходимо быстро изменять уровни выходной мощности, например, в автомобилях.

Двигатели Стирлинга любят медленно изменять уровни выходной мощности.

Кроме того, они, как правило, тяжелее (и дороже), чем бензиновые или дизельные двигатели аналогичной мощности.

Резюме полной статьи ниже

Нижеследующая статья расскажет вам историю двигателя Стирлинга, как о нем забыли, потом возродили, потом снова забыли, и даст вам более развернутый ответ о том, почему сегодня у вас в доме наверняка нет мощного двигателя Стирлинга. .

Нажмите на любую из ссылок ниже, чтобы перейти к этому разделу:

  1. Оригинальные двигатели
  2. Phillips Revival для питания ламповых радиоприемников
  3. Неверное исследование
  4. Неправильный маркетинг
  5. Ошибочная благотворительность
  6. Проклятие Карно
  7. долларов за ватт
  8. Сложная конструкция
  9. Что можно купить сегодня

Оригинальный двигатель Стирлинга

Роберт Стирлинг изобрел свой первый двигатель в 1816 году, и в то время он вполне мог конкурировать с существующими паровыми двигателями того времени с точки зрения удельной мощности.

Однако у первых двигателей Стирлинга была проблема по сравнению с первыми паровыми двигателями. Материалом, который был доступен для изготовления любых двигателей в начале 1800-х годов, был чугун.

Чугун ненавидит быть горячим

Оригинальный патент Роберта Стирлинга. Горячая сторона двигателя достигла средней температуры выхлопа.

Помните, что и паровые двигатели, и двигатели Стирлинга являются двигателями внешнего сгорания, в которых возгорание не происходит внутри цилиндра двигателя.

Но в двигателе Стирлинга горячая сторона двигателя должна достичь средней температуры, при которой вы пытаетесь запустить двигатель, и оставаться на этом уровне.

Чугун НЕ является долговечным материалом, если он раскален докрасна или близок к раскалению докрасна. Современные нержавеющие стали могут работать бесконечно долго при таких температурах, а чугун — нет.

Как соревновались паровые двигатели

Чертеж паровой машины. Обратите внимание на воду, протекающую через центр под давлением, и топку, необходимую для удержания пламени.

Двигательная часть парового двигателя имеет гораздо более низкую температуру, чем горячая сторона двигателя Стирлинга. Вы можете очень хорошо построить паровые двигатели из чугуна, и они прослужат практически вечно.

Но паровая машина сама по себе не производит никакой энергии, ей нужен котел, чтобы производить пар высокого давления. Эти котлы могут выходить из строя и часто приводят к фатальным последствиям для людей, работающих поблизости.

Вот почему Роберт Стирлинг изобрел свой двигатель.

Паровые котлы только частично раскалены докрасна

Котлы в паровых машинах подвергаются воздействию средней температуры пламени только на горячей стороне.

Внутренняя часть парового котла работает при температуре воды под давлением внутри котла.

Это гораздо более низкая температура, чем на стороне пламени.

Разработчики паровых котлов могли частично компенсировать проблемы чугуна, например, сделав его немного толще.

Проблема материалов

Чугун начинает светиться красным при температуре 500 градусов по Цельсию или 930 градусов по Фаренгейту.

Таким образом, ранние паровые двигатели превосходили ранние двигатели Стирлинга в приложениях большой мощности, главным образом потому, что чугун не выдерживает долгого времени при высоких температурах.

Если бы нержавеющие стали, которые легко купить сегодня, были доступны в 1816 году, следующие 100 лет могли бы быть веком двигателей Стирлинга, а не веком паровых двигателей.

Где победили ранние двигатели Стирлинга

Старинный водяной насос Rider-Ericcson. Многие подобные двигатели Стирлинга до сих пор работают, и их можно увидеть на антикварных выставках по всему миру.

Не каждый, кому нужен источник энергии, пытается управлять чем-то большим, например, поездом.

Некоторым людям нужно делать что-то вроде

  1. Насосная вода
  2. Энергетика небольших заводов
  3. Рабочие вентиляторы
  4. Измельчить небольшое количество зерен

Этим людям нужно было что-то, что было бы легко запускать, эксплуатировать и обслуживать, и которое прослужило бы долгое время.

Ранние двигатели Стирлинга очень хорошо конкурировали в этих нишах, и со временем их стали называть «двигателями горячего воздуха».

Двигатели горячего воздуха

Эти двигатели были безопасны в эксплуатации, они работали с низкой плотностью мощности и прослужили долго.

Как долго они продержались? Они просуществовали так долго, что многие из них до сих пор доступны на антикварном рынке.

Старинный Стирлинг против Старинного Бензина или Дизеля

В 1870 году Джон Д. Рокфеллер основал Standard Oil Company, и к моменту его выхода на пенсию в 1902 году нефтяная эра была в самом разгаре.

Выходная мощность бензинового двигателя, который можно было купить в 1870 году, опережала выходную мощность двигателя Стирлинга, доступного в 1870 году, и каждый год выходная мощность бензиновых двигателей росла быстрее, чем выходная мощность двигателей Стирлинга.

Стремление к электрификации

В 1893 году Всемирная колумбийская выставка в Чикаго была освещена и питалась от электричества. Хотя это было, конечно, не первое использование электричества, оно стало поворотным моментом в стремлении электрифицировать мир

.

В то время как небольшие двигатели Стирлинга были конкурентоспособны с небольшими паровыми двигателями, как по их первоначальной покупной цене, так и по простоте использования, маленькие старинные двигатели Стирлинга вообще НЕ могли конкурировать с небольшими электродвигателями.

Как только область была электрифицирована, двигатели Стирлинга были отправлены в отставку, чтобы стать заветным антиквариатом, которым они являются сегодня.

Phillips Revival для питания радиоприемников

Электронные лампы, используемые в радиоприёмниках, сильно нагреваются при использовании.

Вскоре после Второй мировой войны гиганту электроники Phillips из Голландии понадобился тихий и надежный аварийный источник питания для своих ламповых радиоприемников.

Для тех из вас, кто не знаком с электроникой на основе ламп, вы должны знать, что они сильно светятся и потребляют значительное количество энергии.

Один инженер, работавший в Philips Electronics, посмотрел на несколько старых двигателей с горячим воздухом и понял, что может разработать тихий и надежный источник питания для их радиоприемников, улучшив их, и вскоре Philips привнесла двигатели Стирлинга в современную эпоху.

Плохое время на рынке побеждает хорошее проектирование

Компания Philips, наконец, разработала и усовершенствовала свои двигатели Стирлинга, производящие энергию, примерно в то время, когда транзисторы заняли место в электронике.

Транзисторные радиоприемники потребляли настолько меньше энергии, что когда людям нужно было использовать радиоприемники в чрезвычайных ситуациях, они могли легко и дешево питать их от батареек.

Philips не была компанией-производителем двигателей

Ранний двигатель Стирлинга Phillips 102C.

Philips не была заинтересована в продаже двигателей, если они не использовались для питания их электроники.

Они не были заинтересованы в создании двигателей для каких-либо других целей, кроме электроники.

Компания Philips немедленно прекратила эксплуатацию двигателя Стирлинга после того, как для них стало очевидно, что весь мир производства электроники переходит на транзисторы.

К счастью для Philips, они разработали очень прибыльную линейку криокулеров Stirling, и этот бизнес продолжает выпускать криокуллеры Stirling и сегодня.

Неверное исследование

Работа Филлипса была хорошо опубликована в инженерных журналах и привлекла ученых, которые смогли доказать, что двигатели Стирлинга имеют очень высокий теоретический КПД.

Это доказательство высокой эффективности привлекло большое внимание и большие деньги на исследования.

Эффективные двигатели нужны всем, верно? Ну, есть и другие важные вещи, такие как начальная стоимость и использование двигателей, которые могут быстро и легко изменять уровни мощности.

Исследования по установке двигателей Стирлинга в автомобили

В 70-х годах правительство США попыталось установить двигатели Стирлинга на такие автомобили, как этот AMC Spirit.

Правительство Соединенных Штатов финансировало программу исследований и разработок по установке двигателей Стирлинга в автомобили, для чего они никогда не подходили.

Возобновление интереса к двигателям Стирлинга помогло запустить следующие исследовательские программы:

  1. General Motors разработала прототип бесшумного генератора с двигателем Стирлинга для военных.
  2. НАСА разработало несколько двигателей Стирлинга, установив один из них на пикап, а другие разработав для питания зондов дальнего космоса.
  3. Частные лица пытались разработать двигатели Стирлинга для двигателей самолетов.

К сожалению, ни один из этих исследовательских проектов не привел к появлению продукта на рынке.

Неправильный маркетинг

Инженеры любят заниматься инженерией. Но они не очень любят продавать свои изобретения после того, как разработка завершена.

Поэтому они пытаются найти легкий выход, найдя кого-нибудь (или, что еще хуже, еще одну компанию), который будет заниматься маркетингом за них.

Вместо того, чтобы сделать разумный выбор, например, создать новую компанию и начать производство для обслуживания прибыльных нишевых рынков, они часто пытаются заключить партнерские отношения с крупной коммунальной компанией для продажи своих двигателей.

Крупной коммунальной компании нравится проект, потому что он звучит экологично и безвредно для окружающей среды, но, в конце концов, им наплевать на технологию.

Рассмотрим историю WhisperGen

Компания WhisperGen из Новой Зеландии разработала превосходный двигатель Стирлинга с комбинированной тепловой мощностью для домов, яхт и т. д.

Первоначально их двигатели продавались для яхт и могли бы стать отличной идеей, если бы они остались на прибыльных нишевых рынках.

Неправильные партнеры

Вместо этого они попытались найти крупных партнеров по маркетингу коммунальных услуг, которые пообещали распространить свои экологически чистые технологии по всей Европе.

В конце концов, коммунальные компании никогда особо не заботились о технологии, и коммунальные предприятия легко позволили своим счетчикам бобов уговорить их отменить проект.

К сожалению, к тому времени, когда идея установки двигателя Стирлинга в каждом доме в Европе была отменена, штат сотрудников стал настолько большим, что уже не было никакой возможности сократить его для прибыльного обслуживания нишевых рынков.

Пока я пишу это, компания Дина Кеймена DEKA Research снова повторяет историю провала Whispergen.

Ошибочная благотворительность

Многие заблуждающиеся филантропы и энтузиасты технологии Стирлинга пытались продвигать использование двигателей Стирлинга в странах третьего мира.

Они не смогли понять, что страны третьего мира совершенно не заинтересованы в том, что может быть для них оптимальным, особенно если это будет стоить на один доллар больше, чем самый дешевый продукт, который они могут купить сегодня и который также будет работать.

Как заинтересовать третий мир

Страны третьего мира интересуются новинками, когда видят их по американскому телевидению.Прямо сейчас они НЕ видят двигатели Стирлинга по американскому телевидению, поэтому им это не интересно.

 Отличный продукт для кого-то еще

Когда вы видите продукт и думаете, что он полезен для кого-то другого, это просто вежливый способ сказать: «Мне это не нужно».

Как найти правильные рынки

Если вы хотите продвигать двигатели Стирлинга, делайте это, создавая продукт, который ВЫ хотите использовать в своей жизни именно там, где живете сегодня.

Не пытайтесь сделать его для кого-то на другом конце света, чьи потребности вы не можете понять.

Как развивать рынки третьего мира

Энтузиасты технологии, которые хотят, чтобы двигатели Стирлинга использовались в странах третьего мира, должны сначала обеспечить их широкое использование в странах первого мира, а затем включить их в американские телешоу.

Чтобы заинтересовать страны третьего мира, продукты должны быть конкурентоспособными по цене или, что еще лучше, дешевле, чем их существующие альтернативы внутреннего сгорания.

Проклятие Карно

Когда я посещал свой первый урок физики в Джолиете, штат Иллинойс, я наткнулся на предложение в своем учебнике по физике, которое гласило:

Двигатели Стирлинга имели такой же теоретический КПД, как и цикл Карно, а цикл Карно имеет максимально возможный теоретический КПД.

Я подумал про себя: «Если они такие классные, почему их не используют?»

Вероятно, это тот же вопрос, который привел вас на эту страницу.

Другие меры доброты

Но эффективность — это только один из способов измерить качество продукта. Есть много других способов измерить качество дизайна, такие как низкая цена покупки и простота использования.

Чрезмерная ориентация на эффективность при проектировании любого двигателя приведет к однобокому результату, который никто не захочет или не сможет купить.

Технически это правда!

Действительно, можно построить чрезвычайно эффективные двигатели Стирлинга.

И если вы скажете инженерам построить двигатель Стирлинга с максимально возможным КПД, они именно это и сделают.

И когда они закончат, они вернутся и бросят прототип на ваш стол, затем докажут эффективность своими тестовыми номерами и скажут: «Дайте мне мой бонус. Это очень эффективно».

Как работают инженерные компромиссы

Все в инженерии — это компромисс дизайна.Когда вы улучшите одну часть своего дизайна, пострадают другие. Если тебе это не нравится, мне все равно.

Двигатель Solar Stirling с КПД 38%. Миру не нужна эффективная солнечная энергия, ему нужна дешевая солнечная энергия.

Я инженер. Я учился в Университете Иллинойса, и так устроена природа. Это не дает дерьмо, что вы думаете.

Если вы инженер, ваша работа состоит в том, чтобы понять, как работает природа, и создавать продукты, которые улучшают окружающие вас вещи.

Эффективность в технике имеет свою цену.Ваши первые улучшения эффективности будут дешевыми и принесут большие результаты, и вы должны их сделать.

Ваши вторые улучшения эффективности будут дороже, и, возможно, вам не стоит делать их все.

Цена последних 3%

Но ваши последние 3% повышения эффективности в вашей конструкции могут удвоить стоимость создания вашего двигателя, и вам определенно не следует этого делать, потому что никто не купит это, если вы это сделаете.

Лучший показатель качества — доллары на ватт

Покупателей интересует одно: выполняет ли этот продукт работу, которую я хочу, так, как я хочу, и по цене, которую я могу себе позволить?

По моему мнению, двигатели Стирлинга должны проектироваться с учетом стоимости ватта, которую клиент должен будет заплатить, чтобы доставить его к порогу и установить.

Необходимо учитывать каждую стоимость, включая стоимость коробки, прежде чем будет написано первое руководство по дизайну.

Двигатели Стирлинга сложно проектировать

Скажу прямо: двигатели Стирлинга хреново сконструированы.

Основные правила проектирования бензинового или дизельного двигателя просты: сосать, сжимать, хлопать, дуть. Это называется четырехтактным циклом.

Каждый учащийся автомастерской или инженерной школы может легко понять, как сконструировать мощный бензиновый или дизельный двигатель.

Двигатели Стирлинга имеют разные правила проектирования

К сожалению, те же правила проектирования не применяются к двигателям Стирлинга.

В бензиновом двигателе, если вы хотите получить больше мощности, вы увеличиваете цилиндры, добавляете в двигатель больше воздуха и топлива и повторяете цикл быстрее.

Правила конструкции двигателя Стирлинга далеко не так просты и очевидны.

Если вы попытаетесь сделать с двигателем Стирлинга то же самое, что и с бензиновым двигателем, чтобы улучшить его, вы либо получите двигатель, который работает хуже, либо двигатель, который не работает вообще.

Подумайте о соотношениях

Конструкция двигателя Стирлинга основана на передаточном числе, и все в двигателе взаимосвязано. Измените одну вещь, и это повлияет на все остальное.

Например, если вы что-то улучшите в двигателе Стирлинга, вам нужно будет изменить степень сжатия, чтобы воспользоваться этим улучшением.

Руководство NASA по проектированию двигателя Стирлинга

Я почти уверен, что в этой книге есть кое-что полезное о конструкции двигателя Стирлинга, но нет простого объяснения, которому можно было бы научить в автомастерской.

Типичный, непонятный правительственный документ.

Вы можете перейти по этой ссылке, чтобы попробовать свои силы в понимании руководства.

Двигатели Стирлинга не прощают конструкторских ошибок

Если вы построили бензиновый двигатель и допустили одну или две ошибки в своей конструкции, двигатель все равно будет работать, даже если его характеристики не так хороши, как вам хотелось бы.

С двигателями Стирлинга, если вы допустите хотя бы одну ошибку, ваш двигатель может вообще не запуститься.

Хороший дизайн возможен

Безусловно, можно научиться хорошо проектировать двигатели Стирлинга.

Я предлагаю начинающим конструкторам двигателей Стирлинга построить много моделей двигателей Стирлинга, чтобы почувствовать все переменные.

Новые конструкции двигателей Стирлинга должны быть построены с коэффициентами сжатия, которые легко изменить при испытании различных функций и устранении ошибок двигателя.

Что можно купить сегодня

Вентиляторы

Вентиляторы для дровяных печей, вероятно, являются сегодня наиболее широко доступными практичными двигателями Стирлинга.

Они не стали товаром на хозяйственном складе, но если у вас есть каюта без электричества и вы хотите, чтобы вентилятор перемещал воздух вокруг дровяной печи, это хороший вариант.

Взгляните на этот, если вам нравится идея вентилятора двигателя Стирлинга.

Комбинированные тепловые электростанции

Эти двигатели появились на рынке довольно недорого и идеально подходят для компаний, которые используют много электроэнергии и горячей воды.

Они хороши для обогрева зданий или для таких вещей, как коммерческая прачечная.

Очень крутые модели

Многие компании, в том числе и моя, производят широкий спектр моделей двигателей Стирлинга для развлечений и обучения.

Это не тот рынок, который следует обесценивать.

Это ценные учебные пособия для студентов, изучающих физику и инженерное дело, а также для любителей технологий.

Модели с низким перепадом температур можно эксплуатировать в помещении, не заполняя помещение угарным газом.

Эти модели помогают всем учащимся понять основы физики всех типов двигателей, а не только двигателей Стирлинга

Очень смертоносные подводные лодки

В 2005 году ВМС США арендовали шведскую подводную лодку типа «Готланд» с двигателем Стирлинга, чтобы сыграть плохого парня в военных играх.

В результате сверхтихая шведская подводная лодка уклонилась от противолодочной обороны авианосца и в симуляции отправила авианосец на дно с 5 торпедами, прежде чем уйти бесшумно².

До сих пор военно-морской флот Соединенных Штатов не проявлял к ним интереса, даже несмотря на то, что кажется, что эти сверхтихие подводные лодки являются самым большим вкладом в текущую военно-морскую стратегию Соединенных Штатов.

Импульсные двигатели Sun

Некоторые низкопроизводительные двигатели Стирлинга с низким перепадом температур производятся компанией Sun Orbit в Германии.

Они, вероятно, доступны в Интернете сегодня, хотя на их веб-сайте еще нет цен.

Дополнительные варианты использования двигателей Стирлинга

Если вам до сих пор нравилась эта страница, вам, вероятно, понравится и наша страница о двигателе Стирлинга, используемом сегодня.

Пожалуйста, загляните в наш магазин в Стирлинге

Если вы найдете минутку, чтобы заглянуть в наш магазин двигателей Стирлинга, вы нам очень поможете, даже если ничего не купите. Пожалуйста, проверьте это здесь.

Оставьте нам свой комментарий

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, прокомментируйте и не стесняйтесь оставлять ссылку на любые другие сайты двигателей Стирлинга в своих комментариях.

Все комментарии проходят модерацию, поэтому рассмотрение вашего комментария может занять несколько дней. Спасибо большое.


¹Nasrollah, N. 2012. «Эффективность цикла двигателя Стирлинга». Университет прикладных наук ХАМК. Валкеакоски, Финляндия.

²Роблин, С. 2016. «Шведские подводные лодки Super Stealth настолько смертоносны, что «потопили» американский авианосец». Национальный интерес.

Двигатели Стирлинга бета-версии

— обновлено 30.12.2011 Двигатели Стирлинга бета-типа

— обновлено 30.12.2011

Глава 2b — Двигатели Стирлинга бета-типа

Конфигурация Beta представляет собой классический двигатель Стирлинга. конфигурации и пользовался популярностью с момента своего создания до сегодня.Оригинальный двигатель Стирлинга по его патентному чертежу 1816 г. показывает бета-аранжировку. Фотография Роберта Стерлинга, оригинальный патентный рисунок, а также анимированная модель Стирлинга двигатель хорошо показан на интересном сайте Robert Сер . Из рисунка ниже мы видим, что в отличие от машины «Альфа», двигатель «Бета» имеет один силовой поршень и вытеснитель, идеальная цель которого — «вытеснить» рабочего газа при постоянном объеме и перемещать его между расширительными и пространства сжатия через охладитель последовательного расположения, регенератор и обогреватель.В реальных двигателях рычажный механизм, приводящий в движение поршень и вытеснитель переместят их так, что газ сожмется в то время как он находится в основном в прохладном пространстве сжатия и расширяется в то время как в пространство горячего расширения. Это хорошо видно на соседнем анимация, созданная Ричардом Уилером ( Zephyris ) из Википедия .

 

 

Подробное описание идеальной бета-машины цикл представлен в Engineering Термодинамика — Глава 3b веб-ресурс.См. также анимацию бета-машины от Мэтта. Кевени Одноместный Цилиндр двигателя Стирлинга , ясно показывает принцип работы.

Помимо оригинального двигателя Стирлинга, важным ранний бета-двигатель — это машина Леманна, на которой Густава Schmidt сделал первый разумный анализ двигателей Стирлинга в 1871 году. Энди Росс построил небольшую рабочую копию из Lehmann машина , а также модель воздушный двигатель , оба одноцилиндровые Бета-конфигурации.

Рольф Мейер из Philips, Голландия, разработал свой знаменитыйnvibrationless ромбический водить двигатели Beta в начале 1960-х. В 1965 г. Исследовательская лаборатория General Motors разработала ромбический привод мощностью 7,5 кВт. Двигатель/генератор Стирлинга ГПА-3 (наземная энергоустановка) для США Армия. Он описан и проанализирован в книге И.Уриели и Д. М. Берховиц — Анализ двигателя с циклом Стирлинга (Адам Хилгер, 1984), стр. 30–40, а так как эта книга больше не издается, эти здесь для удобства добавлены страницы: Rhombic-GPU-3.pdf . Энди Росс построил несколько небольших воздушных двигателей с ромбическим приводом — см. его книга: Изготовление Двигатели Стирлинга (Экспериментальный Росс, 1993).

Еще один интересный сайт — Stirling. Лодки с двигателем по Андрей Зал , описывающий лодки, приводимые в основном Двигатели типа Beta, построенные моделистами в Соединенном Королевстве.

Свободнопоршневые двигатели Стирлинга

Вероятно, самые изобретательные двигатели Стирлинга. изобретены свободнопоршневые двигатели, изобретенные и разработанные Уильямом Бил в Университете Огайо в конце 1960-е годы.Легенда гласит, что во время обучения ромбическому приводу двигатель, он вдруг понял, что «этот двигатель будет работать, если мы просто выбрасываем это сложный приводной механизм — Эврика!». Затем он создал компанию Санпауэр , которая была лидером в разработке свободнопоршневых двигателей Stirling. двигателей и криокулеров по сей день. Большинство двигателей Sunpower являются бета-версиями и не используют механическую систему связи. Главный аспект бесплатного поршневой машине заключается в том, что выходная мощность может быть получена за счет линейный генератор переменного тока, что позволяет всей системе быть герметичным запечатанный.По сути, это единственная конфигурация Стирлинга, которой удалось достичь. коммерциализация в любых количествах. Это в основном потому, что он избегает фатальные недостатки кривошипа, снова и снова доказываемые годами быть почти непреодолимым — уплотнение и смазка.

С 1974 Солнечная сила разработал свободнопоршневые двигатели/генераторы Стирлинга. мощностью от 35 Вт e до 7,5 кВт e . Рассмотрим, например, двигатель/генератор EG-1000, работающий на газе. и был разработан для производства электроэнергии (1 кВт e ) а также для обеспечения горячей водой частного дома.Рабочий газ используется гелий, который имеет то преимущество, что имеет низкую молекулярную вес и высокая теплопроводность по сравнению с воздухом, что позволяет значительное уменьшение размеров. Этот двигатель показан на рисунке ниже вместе с упрощенной схематической диаграммой.

 

 

Линейный электрический генератор (на схеме не показан) выше схема) состоит из мощных редкоземельных магнитов в поршень, разрезающий магнитную цепь и катушки в цилиндре.Это производит 240 вольт на 50 герц — предназначен для работы в Европе, и способна производить более одного киловатта выходная электрическая мощность при КПД около 90%.


Горячая вода обеспечивается за счет работы охлаждающая вода при температуре 50°C.

Солнечная сила Свободнопоршневой двигатель/генератор Стирлинга ЭГ-1000

 

 На этой фотографии мы видим Солнечную силу. Демонстрация ЭГ-1000 с использованием пеллет из опилок в качестве топлива, и генерируя более 1000 Вт электроэнергии на световую панель.Этот было сделано на Ярмарке устойчивого развития в торгово-выставочном центре Афин. Огайо, 2001. крупным планом. фотография базовой системы есть показано. Обратите внимание на радиатор замкнутого цикла и вибрационный насос, используемые в система водяного охлаждения.

Обратите внимание, что с 1995 г. Технология EG-1000 использовалась компанией British Gas для разработки ТЭЦ (комбинированной Heat and Power) – двигатель/генератор мощностью 1 кВт в настоящее время производства Микроген Engine Corporation (см. к их История и Двигатель интернет страницы).

Ан чрезвычайно интересная система двигателя со свободным поршнем, разработанная Уильямом Beale — это свободный цилиндр . водяной насос . В этом двигателе тяжелый внутренняя масса обеспечивает силу реакции, приводящую в движение цилиндр, который непосредственно подключен к водяному насосу. Это встроенная сила регулировка и реагирует на нагрузку автоматически. Все остальные двигатели для этого требуется трансмиссия и сложные механизмы управления. Кроме того, я не знаю другой механической тепловой машины. который работает от бесконечной нагрузки до нуля без остановки или разрушая себя.
Еще одна привлекательная функция бесплатного цилиндровой системы заключается в том, что она может быть изготовлена ​​из недорогих легкодоступные компоненты. Фактически, весь корпус насоса может быть изготавливаются из обычных труб и арматуры из ПВХ. Надежность, простота и низкая стоимость этого двигателя делают его в высшей степени подходящим для применения в развивающихся странах, а в 1970-х гг. тщательно протестированы как в полевых условиях, так и в лаборатории (см. презентация 1979 года Уильяма Била A Двигатель Стирлинга со свободным цилиндром для водяных насосов на солнечной энергии ).

Два интересных свободных поршневых двигателя Стирлинга также были исследованы холодильные установки – дуплексный газовый холодильник с огнем, имеющий только три движущихся части, один силовой поршень и два поршня вытеснителя (см. статью L.B.Penswick & И.Уриэли – Дуплекс Машины Стирлинга (I. Преобразование энергии Инженерная конференция, 1984 г.), и газовый свободнопоршневой CO2. система охлаждения (см. статью Д.М.Берховиц и Йонг-Рак Кван – Герметик Газовый жилой тепловой насос ).

Sunpower также участвовала в производстве Криогенные охладители цикла Стирлинга для сжижения кислорода. Над лет Sunpower превратила Афины, штат Огайо, в очаг Стирлинга. деятельность машинного цикла, которая теперь включает в себя три НИОКР/производство компании. В 2013 году Sunpower была приобретена компанией AMETEK, Inc в Пенсильвании, однако продолжается занимается разработкой машины с циклом Стирлинга в Афинах, штат Огайо. Глава 3 книги И.Уриэли и Д.М.Берховица – Двигатель с циклом Стирлинга Анализ (Адам Хилгер, 1984) полностью посвящен анализу Свободнопоршневые машины, и, поскольку эта книга больше не издается, Глава добавлена ​​сюда в четырех частях для удобства: Свободный поршень(1).пдф , Свободный поршень(2).pdf , Свободный поршень(3).pdf , Свободный поршень(4).pdf . См. также статью Р.В.Редлиха и Д.М.Берховица – Линейный динамика свободнопоршневых двигателей Стирлинга (ИмечЭ 1985), а также к конспектам лекций по инженерии Г. Уокера и Дж. Р. Сенфт — Бесплатно Поршневые двигатели Стирлинга (Springer-Verlag 1985, в настоящее время доступна в виде электронной книги).

Интересно документ, описывающий хронологию разработки Free Piston Технологию двигателя Стирлинга представил Дэвид. Берховиц в Международная конференция по двигателям Стирлинга 2018 г. (см.: A Личная история в разработке современного двигателя Стирлинга ).

НАСА Исследовательский центр Гленна был вовлечен в разработке свободнопоршневых двигателей Стирлинга для полетов в дальний космос с середины 1970-х гг. Один из их экспериментальных юниты недавно установили рекорд времени работы более 110 000 часов, постоянно работая на полной мощности с тех пор, как 2003, и до сих пор работает без каких-либо признаков ухудшения производительности. Совсем недавно они сосредоточились на Kilopower. Реактор с использованием технологии Стирлинга (KRUSTY) для мощностью до 10 кВт – см. также National Администрация по ядерной безопасности и их ютуб видео .

Стерлинг Технология (обратите внимание на недавнее название компании изменение: Комбинированная энергия Technology ) — дочерняя компания Sunpower. и изначально формировался для того, чтобы продолжить развитие и изготовление 3,5 кВт СТ-5 Воздушный двигатель . Этот большой двигатель типа Beta использует кривошипно-шатунный механизм для получения правильной фазировки буйка, сжигает топливо из биомассы (например, гранулы из опилок или рисовую шелуху) и может работает как когенерационная установка в сельской местности.
В настоящее время Stirling Technology работает с Microgen Двигательная корпорация , международная компания, производящая свободнопоршневой двигатель/генератор MEC мощностью 1 кВт.Компания Stirling Technology разработала многотопливную горелку для двигателя. и сотрудничает с Microgen для внедрения различных систем в рынок.

Общее охлаждение (В настоящее время Стерлинг Ultracold ) был побочным продуктом Sunpower и была основана в 1995 году Дэвид Berchowitz в основном для разработки Свободнопоршневые охладители цикла Стирлинга для домашнего холодильника Приложения. Эти системы, помимо того, что они значительно эффективнее обычных парокомпрессионных холодильников, имеют дополнительное преимущество компактных портативных устройств, использующих гелий в качестве рабочая жидкость (а не хладагенты ГФУ, такие как R134a, имеющие Потенциал глобального потепления 1300).Схематическая диаграмма, за которой следует анимированная схема типичного кулера (оба любезно предоставлены Global Охлаждение) показаны ниже:

В Университет Огайо у нас есть демонстрация Global Cooling Stirling Кулер показан ниже. Обычно она достигает -90°C, однако, поскольку ледяной шар покрывает всю секцию регенератора, мы замечаем, что температура поднялась до -43°С.

Совсем недавно Global Cooling решила сконцентрироваться их усилия по разработке систем, в которых практически нет конкурентные системы — охлаждение от -40°C до -80°C, и они учредила новое название компании: Stirling Ультрахолодный .
Обновить — 2021: Стерлинг Ультранизкая температура Ultracold (ULT) Морозильники отвечают сегодняшним беспрецедентным задачам развертывания COVID-19. Обратитесь к Walgreens Пример вакцины против COVID-19 , а также Стерлинг Ultracold объединяется с Biolife Solutions .

__________________________________________________________________________________________


Анализ машины с циклом Стирлинга, проведенный Израилем Уриэли находится под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 США Лицензия

Китай испытывает самый мощный в мире двигатель Стирлинга для подводных лодок

Китайская государственная судостроительная корпорация Лимитед (CSSC) недавно провела испытания базового прототипа первого в стране двигателя Стирлинга большого диаметра, который считается самым мощным в мире двигателем для подводных лодок.

Прототип работал с номинальной мощностью 320 киловатт с КПД преобразования энергии 40%, что делало его самым мощным двигателем Стирлинга, известным в мире, сообщила компания в своем аккаунте WeChat во вторник.

Двигатель Стирлинга разработан НИИ № 711 при ЦССК. Этот тип двигателя представляет собой поршневую силовую машину замкнутого цикла, получающую тепло от внешних источников. Его можно комбинировать с любым источником тепла, будь то традиционная или ядерная энергия, во многих конфигурациях.

Двигатель Стирлинга мегаваттного класса имеет прочную конструкцию, простую систему, быстрый запуск и модульную конфигурацию. Это будут существенные преимущества двигателя Стирлинга, добавили в компании.

При использовании вместе с реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением двигатель Стирлинга может устранить риск реакции натрий-вода, что делает его очень безопасным выбором.

Двигатель может иметь ряд модификаций в соответствии с потребностями в электроснабжении, в диапазоне от 100 киловатт до нескольких мегаватт, и очень подходит для превращения в портативный генератор энергии с микрореактором, используемый в особых условиях, таких как полярные регионы, удаленные острова и районы пустыни Гоби, говорится в пресс-релизе.

Хотя CSSC не упомянул потенциальное применение китайского двигателя Стирлинга на подводных лодках, китайские государственные СМИ предположили, что он может применяться для производства электроэнергии и движения подводных лодок.

Шведские подводные лодки класса Gotland оснащены воздухонезависимыми двигательными установками (AIP) с двигателем Стирлинга, что позволяет им избегать всплытия на поверхность для зарядки аккумуляторов и, таким образом, увеличивает продолжительность подводного плавания с дней до недель, по данным Saab, материнской компании. компании Kockums, которая строила подводные лодки.Двигатель Стирлинга работает тихо и без вибраций, поэтому вибрации не распространяются на корпус, что делает подводную лодку бесшумной в воде и, следовательно, ее трудно найти.

Изобретатель Segway Дин Кеймен считает, что его новый двигатель Стирлинга позволит вам отключиться от сети менее чем за 10 000 долларов

Для нового номера журнала Forbes я написал статью о Дэвиде Крейне, ЭНРГ Энергия . Когда пару недель назад я встретил Крейна за ланчем, как только мы сели за стол, он начал расхваливать это новое приспособление, которое было у него в подвале.Машина, которая может генерировать 10 киловатт непрерывной энергии, питаемой от линии природного газа Crane, представляет собой новую итерацию старого творения, двигателя Стирлинга. Эта версия, получившая название Beacon 10, была создана знаменитым изобретателем Дином Кейменом после десяти лет разработки.

На прошлой неделе я связался по телефону с Кейменом (известным благодаря созданию скутера Segway) и спросил его об этом устройстве. «Мы превратили его подвал в расширение нашей лаборатории», — сказал Камен. «Это, конечно, не машина для типичного дома, но у него гигантский бассейн и огромный дом.»

С Beacon 10, говорит Кеймен, «вам не нужно чувствовать себя виноватым, нагревая бассейн». Это из-за высокоэффективного характера двигателя Стирлинга. Устройство, впервые придуманное в 1816 году шотландским министром Робертом Стирлингом, в своей простейшей форме состоит в приложении внешнего источника тепла к закрытому цилиндру, где циклическое расширение и сжатие воздуха внутри цилиндра приводит в движение поршни вверх и вниз. В отличие от вашего автомобиля, где топливо сгорает внутри двигателя, Stirling — это двигатель внешнего сгорания; он может работать с любым внешним источником тепла.

Stirling работает тише, чем двигатель внутреннего сгорания, и более эффективен, поскольку тепло удерживается внутри двигателя, выполняя больше работы, а не улетучивается в окружающую среду.

Хотя Стирлинги очень эффективны, они не прижились, потому что им нужно время, чтобы прогреться, и они не могут быстро изменить выходную мощность. Это делает их непригодными для легковых и грузовых автомобилей, но потенциально идеальными как для производства электроэнергии, так и для нагрева воды.Эти машины, в зависимости от цены на природный газ, могут быть не просто резервным генератором, а также обеспечивать круглосуточное электроснабжение дома или предприятия. Лучше солнечных батарей.

Вклад Камена заключался в разработке его Stirling с использованием самых высокоэффективных материалов. Он начал использовать опытных сварщиков для сборки ключевых частей двигателя из экзотических сплавов. Совсем недавно он понял, как сделать эти детали с еще большей точностью с помощью 3D-печати. Крейн говорит, что ключевым элементом дизайна Kamen было совершенство маленькой пластиковой мембраны, похожей на презерватив.Маяк, который весит около 1500 фунтов и имеет размер стиральной машины, также включает в себя аккумуляторную систему, которую можно интегрировать с другими системами распределенной генерации, такими как солнечные батареи.

Итак, каким видится Камену будущее этих вещей? Ну, тот, что в подвале Крейна, слишком велик для среднего американского дома, производя 10 непрерывных киловатт, в то время как большинство из нас потребляет только около 2 кВт. «Я люблю бульдозеры, но я бы не стал ставить их в своем гараже», — шутит Камен.

Камен считает, что помимо владельцев особняков, Beacon 10 идеально подходит для таких предприятий, как прачечные или рестораны, которые используют много горячей воды.Вместе с партнером по коммерциализации NRG Energy он уже развернул около 20 таких машин.

Камен рассчитывает запустить их в производство в течение 18 месяцев. «Я ожидаю, что в течение двух лет их будут устанавливать высококлассные строители».

Но модели мощностью 10 кВт — это только начало. Вскоре у Камена будет готовая к коммерциализации уменьшенная версия. Он уже четыре года управляет маяком мощностью 2,5 кВт в своем доме в Нью-Гемпшире.

Почему бы сначала не предложить уменьшенную версию? «2-киловаттная машина будет производить в пять раз меньше энергии, но не будет стоить в пять раз меньше денег», — говорит Камен.Вот почему он и NRG будут полагаться на первопроходцев высоких технологий, таких как владельцы Tesla, чтобы купить первый запуск.

Что касается стоимости? Камен считает, что версии мощностью 10 кВт могут быть изготовлены и установлены примерно за 10 000 долларов или около 1 доллара за ватт. Это, однако, не покроет затраты на разработку, накладные расходы или размер прибыли.

NRG Крейна будет решать, сколько взимать плату за эти машины Beacon. Большая часть плана NRG состоит в том, чтобы вообще не продавать их, а сдавать в аренду. Лизинг оборудования для домовладельцев и предприятий — это та же модель, что и выскочка NRG и установщика солнечных батарей. Солнечный город обратились к солнечным батареям.Домовладелец сдает их в аренду на 20 лет или около того и соглашается платить NRG комиссию за киловатт-час, вырабатываемый их собственной крышей. Если панели производят избыточный сок, то NRG может заработать деньги, продавая его в сеть.

Идея состоит в том, чтобы попробовать то же самое с машинами-маяками. Как только уровень внедрения станет достаточно высоким, NRG сможет объединить в сеть десятки устройств в регионе. В зависимости от цен на природный газ и уровня спроса на электроэнергию, могут быть моменты, когда NRG будет посылать сигнал всем машинам Beacon в регионе, чтобы они наращивали мощность до полной мощности и отправляли избыточную мощность в сеть.«Мы не думаем, что должны просто продавать коробку, — говорит Камен. «Мы думаем, что должны стать частью системы будущего, обеспечивающей эволюцию микросетей».

Камен определенно не собирался создавать продукт для Соединенных Штатов. «Я горю желанием помочь развивающемуся миру», — говорит он, и изначально планировал, что его исследования двигателей Стирлинга помогут впервые доставить электричество в темные уголки мира. Прелесть Стирлинга в том, что он может работать от любого источника тепла.«Мы приводили их в действие, используя коровий навоз в Бангладеш и даже сжигая оливковое масло», — говорит Камен.

Честно говоря, он был удивлен, что Соединенные Штаты стали потенциальным рынком сбыта. «На создание энергосистемы ушло 100 лет. Ее ядром является наиболее важная инфраструктура в стране», — говорит он. И все же: «Я не знал, что сеть станет более хрупкой и что люди будут нервничать из-за ураганов. Я не знал, что природный газ будет стремительно падать в цене.»

Со временем, по его словам, цены на эти устройства должны снизиться. Уровень внедрения должен быть таким же, как и у других бытовых приборов, которые когда-то казались экзотическими, но теперь являются второй натурой, такими как кондиционеры, холодильники, водонагреватели и центральное отопление. Beacon может в конечном итоге заменить два из этих приборов — печь и водонагреватель, — говорит Камен.

Так через 10 лет он будет у всех?

«Я бы сказал да. Через десять лет вероятность того, что вы зависите от проводов, висящих на ветвях деревьев, так же велика, как вероятность того, что вы все еще будете прокладывать наземные линии для телефонов.Близко к нулю.»

Галерея

: сколько энергии на самом деле использует ваш iPhone (и другие устройства)?

16 изображений

Двигатели Стирлинга – обзор

8.5 Типы двигателей Стирлинга

Все двигатели Стирлинга относятся к одной из следующих двух основных категорий:

Кинематические двигатели Стирлинга имеют кривошипно-шатунное устройство для преобразования к вращательному выходу, скажем, для привода генератора.Буек приводится в действие через некую механическую связь.

Свободнопоршневые двигатели Стирлинга (FPSE) не имеют вращающихся частей. В большинстве случаев выходная мощность берется от линейного (обычно с постоянными магнитами) генератора переменного тока, прикрепленного к поршню, а вытеснитель приводится в действие изменением давления в пространстве под поршнем.

Теоретически LFPSE (линейный свободнопоршневой двигатель Стирлинга) намного проще, поскольку содержит меньше движущихся частей.На практике проблемы дифференциального расширения и проектирования линейных генераторов до сих пор оказывались серьезным препятствием для коммерциализации.

Двигатели Стирлинга можно дополнительно охарактеризовать тремя типичными конфигурациями вытеснителя и рабочих поршней, известными как альфа, бета и гамма. В альфа-типе рабочий газ перемещается между двумя поршнями. Один поршень осуществляет сжатие в холодном пространстве, а другой расширение в горячем. Подразделением типа альфа является тип двойного действия, в котором полезная работа выполняется симметричными поршнями.В бета-типе как сжатие, так и расширение выполняются рабочим поршнем, при этом рабочий газ перемещается между горячим и холодным пространством в одном и том же цилиндре с помощью (нерабочего) вытеснителя. Третий вариант — гамма-тип, в котором рабочий поршень размещен в отдельном цилиндре.

Было показано, что бета-тип по своей природе более эффективен, чем другие, 3 , но, как будет объяснено позже, высокая эффективность сама по себе не обязательно является желаемой целью.Действительно, меры, повышающие эффективность, могут иметь нежелательные последствия как в техническом, так и в экономическом плане. Ясно, что нет особого смысла в достижении высокой эффективности, если производственные затраты настолько высоки, что они никогда не могут быть компенсированы за счет экономии энергии. Например, можно улучшить эффективность Карно двигателя Стирлинга, используя прерывистое движение поршня. Практическая реализация этого признака возможна при использовании электромагнитного привода вытеснителя и до некоторой степени моделируется в обычном кривошипно-шатунном механизме некоторых двигателей.Однако колебания вращения рабочего поршня приводят к другим осложнениям, в частности к колебаниям электрической мощности и высоким электрическим потерям, а также к явному увеличению шума, вибрации и механических нагрузок.

Таким образом, стремление к высокой эффективности имеет экономические и эксплуатационные последствия, которые могут быть нежелательными. Действительно, появление двигателя WhisperTech с изначально низким электрическим КПД, но с параметрами надежности и стоимости производства, соответствующими требованиям рынка, можно рассматривать как важную веху в коммерциализации микро-ТЭЦ.

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.

2019 © Все права защищены.