Как сделать двигатель Стирлинга в домашних условиях?
Admin Двигатели и насосы
Можно, конечно купить красивые заводские модели двигателей Стирлинга, как например, в этом китайском интернет-магазине. Однако, иногда хочется творить самому и сделать вещь, пусть даже из подручных средств. На нашем сайте уже есть несколько вариантов изготовления данных моторов, а в этой публикации ознакомьтесь с совсем простым вариантом изготовления двигателя Стирлинга в домашних условиях.
Посмотрите ниже 3 варианта для самостоятельного изготовления.
Содержание
- Как изготовить дома работающий двигатель Стирлинга?
- Мотор Стирлинга из консервной банки
- Как сделать простой двигатель Стирлинга (с фотографиями и видео)
- Как сделать простой движок Стирлинга — Видео
Как изготовить дома работающий двигатель Стирлинга?
Дмитрий Петраков по многочисленным просьбам отснял пошаговую инструкцию по сборке мощного, относительно своих габаритов и потребляемого количества тепла двигателя Стирлинга.
В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы — обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, автор подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.
В этой модели задействованы доступные каждому зрителю и распространённые материалы, благодаря чему обзавестись ими способен любой желающий. Все размеры, представленные в этом ролике, подбирал на основе многолетнего опыта работы со Стирлингами такой конструкции, и для данного, конкретного экземпляра они являются оптимальными.
Товары для изобретателей Ссылка на магазин.
Водяная помпа, собранная в качестве рабочего прототипа, предназначена для работы в паре с моторами Стирлинга. Особенность насоса заключается в небольших затратах энергии, требуемых для совершения им работы: такая конструкция задействует лишь небольшую часть динамического внутреннего рабочего объёма двигателя, и тем самым по минимуму влияет на его производительность.
Мотор Стирлинга из консервной банки
Для его изготовления вам понадобятся подручные материалы: банка из под консервов, небольшой кусок поролона, CD-диск, два болтика и скрепки.
Электроника для самоделок вкитайском магазине.
Поролон — одни из самых распространенных материалов, которые используются при изготовлении моторов Стирлинга. Из него делается вытеснитель двигателя. Из куска нашего поролона вырезаем круг, диаметр его делаем на два миллиметров меньше внутреннего диаметра банки, а высоту немного больше ее половины.
В центре крышки просверливаем отверстие, в которое вставим потом шатун. Для ровного хода шатуна делаем из скрепки спиральку и припаиваем ее к крышке.
Поролоновый круг из поролона пронизываем посередине винтиком и застопориваем его шайбой сверху и снизу шайбой и гайкой. После этого присоединяем путем пайки отрезок скрепки, предварительно распрямив ее.
Теперь втыкаем вытеснитель в сделанное заранее отверстие в крышке и герметично пайкой соединяем крышку и банку. На конце скрепки делаем небольшую петельку, а в крышке просверливаем еще одно отверстие, но чуть-чуть больше, чем первое.
Из жести делаем цилиндр, используя пайку.
Присоединяем с помощью паяльника готовый цилиндр к банке, так, чтобы не осталось щелей в месте пайки.
Из скрепки изготавливаем коленвал. Разнос колен нужно сделать в 90 градусов. Колено, которое будет над цилиндром по высоте на 1-2 мм больше другого.
Из скрепок изготавливаем стойки под вал. Делаем мембрану. Для этого на цилиндр надеваем полиэтиленовую пленку, немного продавливаем ее внутрь и закрепляем на цилиндре ниткой.
Шатун который нужно будет приделать к мембране, изготавливаем из скрепки и вставляем его в обрезок резины. По длине шатун нужно сделать таким, чтобы в нижней мертвой точке вала мембрана была втянута внутрь цилиндра, а в высшей — напротив — вытянута.
Второй шатун настраиваем так же.
Шатун с резиной приклеиваем к мембране, а другой присоединяем к вытеснителю.
Присоединяем паяльником ножки из скрепок к банке и на кривошип пристраиваем маховик. Например, можно использовать СД-диск.
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 — ВидеоКомпоненты 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.
* 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.
Двигатель стирлинга своими руками
Всем известный двигатель Стирлинга можно создать самостоятельно из подручных материалов. Любой источник тепла в этой конструкции способен дать вам на выходе из устройства энергию.
Материалы
Для изготовления двигателя Стирлинга своими руками понадобятся:
- CD –диск;
- пластиковый холдер из-под CD-дисков;
- лист алюминия размером 25 х 13 см;
- эпоксидная смола;
- проволока;
- 7-дюймовая ПВХ-труба;
- пенопласт;
- медная труба ¾ дюйма;
- клейкая лента;
- термопистолет и горячий клей;
- ножевка по металлу;
- нож;
- сверла;
- кусачки;
- лобзик;
- циркуль.
Шаг 1. От CD-холдера необходимо отрезать часть конструкции. В итоге должна получиться окружность без дна и верха с ровными краями. Высота – около 4 см.
Шаг 2. Циркулем замеряйте диаметр получившейся окружности. Перенесите его на пенопласт. Сделайте два круга. Обязательно отметьте центр. Круги отшлифуйте лобзиком. Склейте их. Для четкого попадания в окружность проклейте внешний край клейкой лентой.
Шаг 3. Круги, диаметром с окружность CD-холдера вырежьте из алюминиевых листов. Их должно быть два.
Шаг 4. Ровно посредине верхнего алюминиевого листа просверлите отверстие, в которое будет входить проволока. Чтобы проволока двигалась прямо, как это необходимо нам, приварите кусочек угловой трубы, так как это показано на фото. В его верхней шляпке сделайте еще одно отверстие для проволоки. Возьмите саму проволоку, которая будет держать поршень, проверьте, чтобы она могла двигаться через эти отверстия, но при этом герметичность также имела место быть.
Ближе к краю верхней крышки просверлите еще одно отверстие диаметром равное кусочку имеющейся металлической трубы.
Шаг 5. Теперь необходимо сделать поршень. Для этого, возьмите кусок металлической трубы, который потом и войдет в данную конструкцию. Промойте ее и поставьте на крышку, застеленную кусочком полиэтиленового пакета. Изнутри смажьте трубку и сам пакет маслом. После этого залейте в получившуюся форму, подогретую эпоксидную смолу. Она должна быть теплой, не горячей. По мере ее застывания с силой поучившийся поршень вам придется вытолкнуть. Из проволоки сформируйте крючок. Просверлите в куске эпоксидной смолы отверстие и вставьте в него эту проволоку. Поршень готов.
Шаг 6. Часть конструкции нужно собрать. Дно конструкции приклейте при помощи горячего клея. Также сделайте еще несколько крючков из проволоки. Крючок, который будет располагаться посередине всей конструкции, обрежьте. Концы крючков заделайте эпоксидной смолой.
Шаг 7. Закрепите на алюминиевом верхнем листе трубу.
Смажьте ее, вставьте поршень. Сделайте макет двигающей части конструкции. Для этого просто приложите бумагу и сделайте основные разметки. По нарисованному макету загните проволоку.
Шаг 8. В крючках просверлите отверстие, размером немного больше основной проволоки.
Шаг 9. ПВХ трубу разрежьте пополам прикрепите к алюминиевому основанию горячим клеем. В трубе сделайте отверстия, в которые вы и ставите проволочный коленчатый вал. На другой конец вала прикрепите крышку от пластиковой банки или компакт-диск. Они должны вращаться.
Шаг 10. Проверьте работоспособность механизма. Подгоните все детали. При необходимости смажьте движущиеся части механизма. Правильно собранный двигатель должен приходить в движение от нагревания воздуха. Последний, расширяясь от горячих температур, выталкивает поршень, который и приводит в движение сам двигатель.
Adblock
detector
Как сделать свои собственные двигатели Стирлинга, чертежи и комплекты • Двигатель Стирлинга
своими рукамиОсновы двигателя Стирлинга
Как сделать чертежи двигателя Стирлинга своими руками, основы цикла теплового двигателя и множество самодельных примеров.
Эта информация предназначена для того, чтобы помочь вам принять более взвешенное решение при выборе двигателя Стирлинга своими руками. Кроме того, чтобы помочь вам понять различные типы двигателей Стирлинга и как они работают.
Изображение Арсделла (собственная работа) [GFDL или CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0], через Wikimedia Commons
Что такое двигатель Стирлинга?
Двигатель Стирлинга представляет собой тепловую машину замкнутого цикла. Обычно он полностью изолирован от внешней среды и работает за счет расширения и сжатия газа (обычно воздуха), заключенного в герметичном двигателе. Топливо не движется через двигатель, как в обычном двигателе внутреннего сгорания. Это означает, что нет ни впуска, ни выхлопа.
Одна сторона двигателя нагревается, а другая охлаждается. Это заставляет газ проходить циклы расширения и сжатия. Это означает, что он может производить движение, преобразовывая тепловую энергию непосредственно в кинетическую энергию или механическую работу.
Внешний вид двигателя показывает только его движущиеся части, источник тепла и источник охлаждения. Помните, что топливо не проходит через двигатель, потому что он полностью герметизирован снаружи.
Существует много типов двигателей Стирлинга. Существуют двигатели высокого давления, которые используются в коммерческих целях. Есть отреставрированные двигатели низкого давления, которые используются для демонстрации. Есть двигатели настольных моделей, построенные любителями и студентами.
Вы можете найти модели или комплекты почти для всех конфигураций двигателей Стирлинга, включая двигатели LTD (низкотемпературный перепад). LTD может работать от тепла вашей ладони.
Используемое топливо
Двигатель Стирлинга традиционно классифицируется как двигатель внешнего сгорания. Хотя при правильном применении любой источник тепла будет работать для питания двигателя Стирлинга. Это означает, что источник тепла не ограничивается только сжиганием.
Вот список некоторых возможных источников тепла:
- Солнечная энергия
- Геотермальная энергия
- Атомная энергия
- Уголь
- Бензин
- Спирт
- Природный газ
- Пропан
- Дерево
- Все, что может гореть
Различные типы тепловых двигателей
Пользователь английской Википедии Andrew.
Ainsworth [GFDL или CC-BY-SA-3.0], через Wikimedia Commons
Тепловые двигатели обычно считаются двигателями Стирлинга. Они названы в честь Роберта Стирлинга, который был изобретателем, создавшим первую практичную и полезную тепловую машину в 1816 году. Однако существует много типов тепловых двигателей или двигателей внешнего сгорания, разработанных многими другими изобретателями. Некоторые из них используют пар в качестве газообразного рабочего тела. В других используется вода под высоким давлением, ограниченная таким образом, чтобы она не превращалась в пар.
Имена для поиска
- Тепловой двигатель Robinson
- Тепловой двигатель Хейнрици
- Двигатель Ericsson
- Двигатель Мэлоуна
- Двигатель с циклом Ренкина
Понимание основных операций
YK Times в en.wikipedia [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC-BY-2.5], из Викисклада
Во многих двигателях Стирлинга давление газа внутри них почти равно внешнему атмосферному давлению.
Существует фиксированная масса газа, обычно воздуха, гелия или водорода. Когда вы нагреваете двигатель снаружи, газ расширяется и выталкивает поршень наружу. Когда вы охлаждаете его, газ сжимается, и поршень выталкивается обратно под действием внешнего атмосферного давления. Это преобразует тепловую энергию в механическую энергию или работу.
Вытеснитель механически перемещает газ между нагретой и охлажденной зонами. Вытеснитель представляет собой легкий поршень, который не соприкасается с внутренней частью двигателя Стирлинга. Газ может двигаться вдоль вытеснителя. Он движется вперед и назад, занимая место внутри двигателя, перемещая газ из стороны в сторону.
Когда буек находится на холодной стороне, газ выталкивается на горячую сторону и расширяется. Когда вытеснитель находится на горячей стороне, газ выталкивается на холодную сторону и сжимается. Это упрощенное объяснение цикла Стирлинга, который является типом термодинамического цикла. Это циклическое действие должно быть правильно рассчитано по времени. Это может быть механически синхронизировано многими различными способами. Вот почему существует так много типов и конфигураций тепловых двигателей.
Типы двигателей Стирлинга
- Двигатель Альфа Стирлинга
- Бета-двигатель Стирлинга
- Гамма Двигатель Стирлинга
- Свободнопоршневой двигатель Стирлинга
- Роторно-поршневой двигатель Стирлинга
- Двигатель с низким перепадом температур
Отличное видео, объясняющее некоторые принципы работы гамма-двигателя Стирлинга
Детали тепловой машины
Вот краткое описание частей двигателя Стирлинга.
Чтобы помочь вам лучше понять, что входит в двигатель Стирлинга, сделанный своими руками.
Теплообменник горячей стороны
Это горячая сторона двигателя, с которой контактирует внешний источник тепла. Обычно это внешняя стенка камеры расширения и сжатия. Это также точка контакта для охлажденного газа. Иногда для сбора как можно большего количества тепла площадь поверхности увеличивают с помощью внутренних и/или внешних ребер. Это работает как теплоотвод.
Теплообменник холодной стороны
Это часть двигателя, с которой контактирует нагретый газ. Он обменивает тепло в газе с наружным воздухом или охлаждающей жидкостью. У него также могут быть плавники для повышения эффективности. В зависимости от конфигурации двигателя теплообменник холодной стороны может находиться на противоположном конце того же цилиндра, что и теплообменник горячей стороны, или в другой части двигателя.
Регенератор
Расположение регенератора зависит от конфигурации двигателя.
Обычно регенератор представляет собой внутренний теплообменник, в котором временно накапливается тепло, которое в противном случае было бы потеряно между горячим и холодным теплообменниками. Иногда вытеснитель изготавливается из материалов, которые позволяют ему также действовать как регенератор. Регенераторы реализованы в попытке повысить эффективность.
Вытеснитель
Это часть двигателя, которая перемещает или вытесняет газ (рабочее тело) из горячего теплообменника в холодный теплообменник.
Радиатор
Обычно используется на холодной стороне, это может быть просто внешняя стенка двигателя, контактирующая с температурой окружающего воздуха. Хотя добавление плавников более эффективно. Также может быть добавлен радиатор для включения воды или охлаждающей жидкости.
Маховик
По сравнению с двигателем маховик представляет собой большое тяжелое колесо. Он механически связан с поршнем (поршнями) двигателя. Его работа состоит в том, чтобы увеличить скорость машины и помочь выполнить цикл Стирлинга на всем протяжении.
В большинстве тепловых двигателей используется маховик.
Поршень
Поршень обычно такой же, как и любой другой поршень, который скользит внутри цилиндра. Хотя в некоторых конструкциях двигателей Стирлинга гибкая мембрана используется в качестве силового поршня. Поршень выталкивается, когда рабочая жидкость (газ) расширяется настолько, что превышает внешнее атмосферное давление. Это действие часто помогает вместе с использованием маховика.
Видео самодельного двигателя Стирлинга
Конфигурации
Alpha Stirling
Alpha Stirling имеет два силовых поршня, отдельные теплообменники горячего и холодного воздуха, регенератор и маховик. Теплообменник горячей стороны содержит поршень, а теплообменник холодной стороны содержит поршень. Обычно вытеснитель не используется. Между двумя поршнями обычно существует большая разница температур. Это означает более высокую эффективность и больше энергии, преобразуемой в работу.
Alpha Stirling обычно предлагает более высокое соотношение мощности к весу и более быстрые обороты в минуту.
Beta Stirling
Beta Stirling имеет один силовой поршень и вытеснитель, которые используют один и тот же цилиндр. Горячий и холодный теплообменники также используют один и тот же цилиндр. На одном конце нагревается, а на другом охлаждается. Силовой поршень и вытеснитель часто соединены маховиком.
Гамма Стирлинг
Гамма Стирлинг — это разновидность Бета Стирлинга. Он имеет два цилиндра, один для силового поршня, а другой для вытеснителя. Цилиндр силового поршня расположен рядом с цилиндром, в котором находится поршень вытеснителя. Газ проходит через небольшой порт между двумя цилиндрами. Силовой поршень и вытеснитель часто соединены маховиком. Кто-то использует регенератор, а кто-то нет.
Двигатель Ringbom
Двигатель Ringbom Stirling является разновидностью Beta Stirling. Он также имеет два цилиндра и один силовой поршень.
Силовой поршень расположен в собственном цилиндре, расположенном рядом с цилиндром, в котором находится поршень вытеснителя. Силовой поршень — единственный поршень, соединенный с маховиком. Вытеснитель не соединен с силовым поршнем или маховиком. Вместо этого он свободен в движении. Поршень вытеснителя плавно поднимается при расширении и опускается при сжатии.
Свободнопоршневой двигатель Стирлинга
Свободнопоршневой двигатель Стирлинга является относительно новой разработкой. Обычно он соответствует поршню Стирлинга типа Beta. Но маховика или механической связи такого типа нет. Скорее всего, они будут использоваться для выработки электроэнергии или для охлаждения. Это потому, что они отвечают только взаимностью. Это означает, что они идеально подходят для линейных генераторов переменного тока. Обычно это двигатели высокого давления.
Герметизация
Норберт Шницлер (собственная работа) [GFDL или CC-BY-SA-3.0], через Wikimedia Commons
Увеличение рабочего давления помогает повысить мощность и эффективность.
Это означает, что двигатель запускается с большей массой газа. Больше молекул газа означает больше теплопередачи и больше работы. Philips MP1002 CA имеет рабочее давление выше атмосферного давления. Устройство в этом видео имеет начальное давление около 200 фунтов на квадратный дюйм. и рабочее давление около 160 фунтов на квадратный дюйм. Но это также означает, что двигатель должен быть изготовлен из более прочного материала и иметь более толстые стенки. Более толстые стенки затрудняют передачу тепла газу внутри двигателя. Большинство коммерчески доступных двигателей Стирлинга используют газ под давлением.
Тепловая машина, от которой вам становится холодно
Термодинамический цикл Стирлинга можно запустить в обратном направлении с помощью внешнего источника энергии. При этом одна сторона нагревается, а другая охлаждается. Проще говоря, двигатель Стирлинга может быть тепловым насосом. При вращении двигателя через его механические циклы газ внутри него сжимается и расширяется, нагревается и охлаждается соответственно.
Охлаждение по циклу Стирлинга в настоящее время коммерчески используется в криогенной технике и холодильной технике.
Сборка двигателя Стирлинга — Сарай
Я всегда испытываю волнение, когда впервые вижу, как один из моих двигателей работает. Это было особенно верно для этого, потому что у меня не было опыта создания такого двигателя. Двигатель работает со скоростью около 600 об/мин с хорошей разницей между горячим и холодным концами трубки вытеснителя.
Изготовление двигателя низкого давления на горячем воздухе
Автор Ross Purdy
Несколько лет назад я купил комплект для модели двигателя Стирлинга в компании Mini-tech в Брисбене. Мне нравится видеть, как работают части двигателя, а прозрачный цилиндр здесь добавляет дополнительное измерение. Комплект состоял из набора 2D-планов и коробки необработанного металлического прутка. Когда я впервые купил комплект, я подумал, что собрать его будет непросто, и отодвинул его в конец шкафа. Недавно решил попробовать.
Двигатель Стирлинга – принцип его работы
Двигатель Стирлинга – это удивительный двигатель, который волшебным образом преобразует внешний источник тепла во вращательное движение.
Все, что вам нужно, это разница температур между концами буйка.
Двигатель, который я построил, имеет два цилиндра. Тепло подается с одного конца на цилиндр буйка (А). Газ внутри быстро расширяется, поднимается по пластиковой трубе к верхней части акрилового цилиндра (В) и толкает приводной поршень (С) вниз. В то же время коленчатый вал перемещает поршень вытеснителя (D) внутри цилиндра вытеснителя (A) к горячему концу, чтобы «вытеснить» горячий газ к холодному концу трубки (E).
При этом газ проталкивается вниз по трубке, в то время как кривошип тянет поршень буйка обратно к холодному концу цилиндра буйка (Е), перемещая газ оттуда к горячему концу (А). Цикл повторяется до тех пор, пока холодный конец буйка остается холоднее горячего конца.
Росс Парди с модельными двигателями и лодкой в своем сарае
Самоучка
В основном я инженер-модельер-самоучка со страстью к созданию двигателей. Мои навыки появились благодаря чтению книг, задаванию вопросов тем, кто более осведомлен, и большому количеству практики (и да, совершению странных ошибок).
Пайка серебром
Пайка серебром — не самая любимая работа в мастерской.
У меня нет проблем с пайкой мягким припоем, так как она гораздо более управляема. При пайке твердым припоем мне не нравится видеть, как красивые блестящие детали, которые я только что сделал, сильно окисляются, поскольку они нагреваются до высоких температур. Следующим шагом, как правило, является много усилий, чтобы очистить и отполировать заготовку, чтобы вернуть ей былую славу.
У меня нет окси-ацетилена, поэтому попытка получить достаточное количество тепла для работы может быть сложной задачей, особенно если у нее большая площадь поверхности.
Для небольших работ отлично подходит газовая горелка, а для более крупных я использую газ MAPP (желтые баллоны).
Чтобы кронштейны были припаяны красиво и ровно, в конце концов я просто положился на огнеупорные кирпичи, чтобы поддерживать работу прямо во время пайки. Палочки для припоя с высоким содержанием серебра, которые я купил для этой работы, стоят дороже, но облегчают работу, так как температура плавления ниже. Хитрость пайки серебром заключается в том, что вам нужно совсем немного.
Когда он достигнет точки плавления, он будет течь повсюду (даже там, где вы этого не хотите).
Флюс easyflox представляет собой жидкую пасту, которую необходимо нанести кистью на шов. Я нагреваю деталь до тех пор, пока флюс не расплавится, а затем, когда я думаю, что он достаточно нагрелся, я прикасаюсь палочкой припоя к соединению. Если оно достаточно горячее, оно будет красиво течь; это одна из тех вещей, которые вам просто нужно практиковать. Для очистки после жесткой пайки я обычно замачиваю заготовку в растворе лимонной кислоты. Его легко купить в кристаллической форме в супермаркете, и он хорошо очищает медь, латунь и сталь.
View fullsize
Split aluminium mandrel with tapered screw
View fullsize
Clear cylinder block mounted on mandrel
Soft soldering
Both the drive and displacer brackets have further parts soft-soldered to их.
Это была простая токарная работа на токарном станке.
Мой секрет профессиональной пайки мягким припоем — электронная паяльная паста. В наши дни компоненты электронных печатных плат припаиваются бессвинцовой паяльной пастой, состоящей из крошечных шариков припоя во флюсе. Вы можете купить это в шприце, обычно используемом для переделки и ремонта печатных плат.
Я наношу небольшое количество на детали, которые нужно спаять, и удаляю излишки. Второй секрет заключается в том, чтобы нагреть его с помощью пистолета для снятия краски горячим воздухом на огнеупорном кирпиче до тех пор, пока припой не расплавится и не потечет вокруг соединения. Вы можете очень хорошо контролировать температуру и не обесцвечивать заготовку.
Затем я покрасил готовые кронштейны спреем серого травильного грунта, чтобы он проник в металл (в противном случае краска легко откалывается), а затем сбрызнул автомобильным грунтом/наполнителем, который творит чудеса, заполняя небольшие дефекты. Я слегка отшлифовал влажной и сухой наждачной бумагой с зернистостью 1000 перед нанесением верхнего слоя.
Я наношу два-три верхних слоя с легким песком между слоями.
Основа
Древесина коренных жителей Новой Зеландии дополняет внешний вид готовой модели, и я сделал основу, к которой крепится алюминиевая пластина толщиной 3 мм, из хорошего куска матай толщиной 20 мм.
Для отверстия для метамфетамина в алюминиевой пластине и деревянном основании я использовал 38-миллиметровую кольцевую пилу для сверления, затем долото и ручной фрезер, чтобы просверлить отверстие до нужной глубины. Чтобы придать краям основания профессиональную отделку, я обработал их своим любимым резаком. Я просверлил отверстия для головок винтов в алюминиевой пластине немного большего размера, затем для очень хорошей отделки я покрыл основание четырьмя тонкими слоями акрилового не желтеющего спрея, шлифуя каждый слой.
Я завершил эту сборку, просверлив отверстия для винтов и отполировав алюминиевую пластину, прикрутив готовые кронштейны к пластине и пластину к основанию.
Коленчатый вал, маховик
Для изготовления коленчатого вала вал и диск коленчатого вала были спаяны вместе серебром, а затем обработаны до окончательного размера.
Противовес был легко изготовлен путем фрезерования каждой стороны, в то время как кривошипный диск удерживался в механических тисках. Маховик легко поддается механической обработке.
Сначала я обрабатываю одну сторону (обычно самую сложную из двух сторон) и просверливаю ее по центру. Затем его надевают на вал, вращающийся на токарном станке, и поворачивают с обратной стороны и по всему диаметру. Этот метод позволяет получить маховик, который хорошо работает на готовом двигателе. На следующем этапе я прикрепляю коленчатый вал и маховик к собранному основанию и любуюсь ими.
Как это объединяется
Посмотреть на полную плату
10. Displacer Cylind Логичной частью был прозрачный цилиндр, который нужно сделать перед поршнем, чтобы поршень можно было отшлифовать, чтобы он идеально подходил для отверстия.
Я столкнул и просверлил, а затем расточил акриловый пластик с помощью расточной оправки до нужного размера.
Пока цилиндр был еще в патроне, я просверлил четыре отверстия под болты с помощью фрезы и делительной головки. Цилиндр нужно провести из внутреннего отверстия, а снаружи выточить до необходимых размеров.
Самый простой способ сделать это — изготовить фиксатор с разъемным стержнем. Я использую самодельный конический винт, чтобы надежно зажать заготовку. Акрил (или плексиглас) очень быстро и легко полируется небольшим количеством Brasso на тряпке.
Сначала я шлифую наждачной бумагой с зернистостью 800, затем перехожу на зернистость 1000 или 1200, а затем заканчиваю абразивом Brasso, чтобы снова вернуть кристальную чистоту. Внутреннее отверстие было отполировано с помощью Dremel с войлочным полировальным кругом диаметром 12 мм, а отверстия под болты были обработаны средством для очистки труб, смоченным в Brasso.
После всей этой полировки выявились два дефекта в куске акрила, входящего в комплект. Он выглядел так, как будто его склеили из трех листов, из-за чего у него было два внутренних кольца.
Внешний вид меня не устроил, поэтому я сделал совершенно новую деталь из обрезков пластика. На этот раз у него была идеальная ясность.
Полировка акрилового цилиндра
Трубка для выхода из акрилового цилиндра
Поршень вытеснителя с резьбовым валом
Шатун
Как и во всех поршневых двигателях, шатун изготовить несложно.
Вам просто нужно просверлить оба отверстия одновременно, чтобы они оказались параллельными друг другу. Внешняя форма может быть немного неудобной, но, как правило, небольшая фрезеровка и обработка напильником позволяют получить хорошо выглядящий шатун.
Поршневой палец удерживается внутри поршневого пальца с помощью хомута, который ввинчивается в верхнюю часть поршня и позволяет регулировать высоту поршня в верхней мертвой точке (ВМТ). Единственная сложность здесь заключается в том, чтобы внешний диаметр поршня (НД) соответствовал диаметру цилиндра. Двигатель Стирлинга должен иметь низкое трение и в то же время быть газонепроницаемым, поэтому соответствие этих двух компонентов имеет решающее значение для успеха двигателя.
Поршень
Я подогнал поршень почти до нужного размера, измеряя микрометром по ходу дела.
Когда поршень плотно вошел в отверстие, я начал полировать его снаружи с помощью влажной и сухой бумаги с зернистостью 1000, обернутой вокруг плоского стержня. Это вопрос полировки и частого тестирования, пока вы не получите требуемую посадку; терпение является обязательным для этого процесса. Поршень был немного зажат в одной точке канала ствола, так как пластик — не самый стабильный материал для обработки. Я еще немного отполировал канал ствола с помощью круга Дремеля, и Брассо решил эту проблему.
Затем узел поршень/шатун был прикреплен к коленчатому валу и испытан на основном кронштейне с акриловым цилиндром. С небольшим количеством масла для швейных машин в отверстии поршень перемещался вверх и вниз очень плавно. Я вздохнул с облегчением, когда все сложные части были успешно устранены. Осталась кое-какая хитрая пайка, но ничего, что требовало точной подгонки.
Приспособление для позиционирования буйка, используемое для точного сверления отверстий
Головка цилиндра, порт воздуха
Головка цилиндра привода и воздушный порт были простыми деталями для механической обработки и были спаяны вместе с помощью моего метода тепловой пушки.
После этого приводной цилиндр был завершен. Для небольшого облегчения на этом этапе я сделал горелку и два направляющих стержня, а также их опорный угловой кронштейн, прежде чем заняться цилиндром буйка.
Поршень буйка
Поршень буйка изготовлен из корпуса фломастера из тонкостенного алюминия.
Я открутил наконечник ручки, снял фетр, смыл чернила с мет. Я снял наружную печать растворителем для краски, потому что не хотел, чтобы она сгорела в горячем цилиндре буйка. Я предполагаю, что идея использования тонкостенной трубы заключалась в том, чтобы сохранить низкую тепловую массу. Поскольку он был таким хрупким, я решил, что лучше всего будет прокрутить его на токарном станке и медленно надрезать остроконечным инструментом.
Это оказалось очень удачным и прорезало стену, не повредив трубку.
В трубку была вставлена алюминиевая вставка с резьбой для завершения поршня буйка. Помните, что поршень имеет зазор около 1,5 мм вокруг отверстия, так что никакой специальной подгонки не требуется. Поршень навинчен на длинный шток, который приводится в движение главным коленчатым валом. Стержень с комплектом был нестандартного размера (около 3,1 мм) и был нарезан спиралью по всей длине. Я заменил его на стальной стержень серебристого цвета диаметром 3 мм. Поэтому втулка поршня буйка была расширена на 3 мм, а на одном конце стержня была нарезана резьба, чтобы поршень буйка можно было навинтить. Что требовалось, так это хорошая газонепроницаемая посадка между стержнем и втулкой с низким коэффициентом трения.
Необработанный цилиндр буйка
Трубка буйка, обработанная на разъемной оправке для…
…полированная поверхность
Головоломка
Цилиндр буйка был чем-то вроде головоломки, так как рисунки немного сбивали с толку.
Требовалось перевернуть трубку с внутренним диаметром 18 мм, чтобы получить толщину стенки всего 0,5 мм, за исключением места, где располагался радиатор.
Опять же, лучшим методом было запустить трубу на разъемной оправке, чтобы внутренний диаметр трубы был правильным. В конце концов, я хотел толщину 0,5 мм по отношению к внутренней, а не внешней части трубы. Затем цилиндр нужно было припаять прямо к фланцу на одном конце и колпачку на другом. Я думал, что крышка будет легкой, но у меня было больше проблем с ее пайкой, чем с любой другой деталью на двигателе.
Я не хотел, чтобы припой вытекал наружу изделия, поэтому я вырезал пару кусочков серебряного припоя и поместил их внутрь с небольшим количеством флюса. Я нагрел трубку и крышку, надеясь, что припой расплавится внутри и проникнет в соединение.
С первой попытки мне явно не хватило тепла и колпачок отвалился, когда я его чистил. Моя вторая попытка с небольшим количеством тепла, наконец, увенчалась успехом. Я сделал так, чтобы трубка плотно прилегала к фланцу, чтобы она держалась прямо, пока я ее припаиваю.
Теперь необходимо установить узел буйка на кронштейн с отверстием в центре втулки поршня. Для этого мне пришлось изготовить макет поршня подходящего размера по отверстию, который навинчивался на шток поршня 3 мм. Это определило местонахождение буйка в сборе, пока я находил отверстия под болты. Отверстия были просверлены и нарезаны резьба M5, завершая цилиндр буйка.
Серебряная пайка кронштейна с использованием газа MAPP
Хомут, радиатор
Для сборки двигателя потребовалось изготовить еще два компонента: хомут и радиатор.
Я боялся делать бугель, так как он был сделан из трех маленьких кусочков стержня диаметром 3 мм, которые были спаяны вместе, а затем жестко припаяны к штоку поршня-вытеснителя.
Все это должно было быть квадратным и параллельным. Поскольку стержень был всего 3 мм, я мог использовать свою бутановую горелку, у которой пламя гораздо меньше и лучше поддается контролю. Это оказалось очень легко сделать. Я обнаружил, что очень часто те части, которые кажутся трудными, таковыми не являются, а легкие доставляют вам все горе.
Последней деталью был большой круглый алюминиевый радиатор. Мне нравится делать компоненты с плавниками на них, потому что они выглядят так круто, когда они закончены. Чтобы погрузить режущий инструмент токарного станка глубоко в заготовку, требуется довольно много отрезки, поэтому требуется много смазочно-охлаждающей жидкости.
Некоторое время назад я научился всегда резать ребра в одном направлении (т. е. резать, двигаться, резать и т. д.) и никогда не возвращаться и не пытаться привести в порядок то, что вы уже сделали, так как кажется, что вы не можете вернуть инструмент обратно точно такое же место. Эту деталь было довольно сложно сделать, потому что в комплекте было достаточно материала для полной длины. В патроне нечего было держать; так что немного дополнительного материала сделало бы задачу намного проще.
Как бы то ни было, мне пришлось сделать еще один разрезной стержень, чтобы попытаться удержать его, но было очень трудно придать ему какой-либо привод, разрезая эти ребра.
Как только вы начали нарезать ребра, инструмент заставлял деталь вращаться на оправке. Если бы мне пришлось делать это снова, я бы точно взял кусок металла подлиннее.
Гильза поршня и воздушный порт
Соединительный стержень размечен, приспособления для закругления концов
Готовый шатун
Запуск
Теперь все детали были собраны, и все выглядело примерно так, что пришло время для большого теста: будет ли он работать как двигатель?
Я наполовину наполнил горелку метамфетамином и зажег ее. Через некоторое время я попытался щелкнуть маховиком. Двигатель выглядел так, будто хотел запуститься, но делал менее одного оборота и останавливался. Как только он остыл, я начал осматривать двигатель, пытаясь выяснить, почему он не работает.
Я заметил, что в какой-то момент вращения он казался более тугим, чем обычно, и я предположил, что этого дополнительного трения было достаточно, чтобы остановить его движение.
Чтобы выяснить, почему я отсоединил поршень буйка и обнаружил, что проблема исчезла, значит, она была где-то в устройстве буйка. Я думал, что дело должно быть в стержне и втулке, хотя это тоже казалось нормальным.
Сняв цилиндр буйка, я увидел, что и там все в порядке. Так что проблема должна была быть в скользящем кольце.
Я снял болт шатуна 5BA и попробовал его в прорези вилки, думая, что, может быть, когда я спаивал вилку вместе, две стороны не были параллельны. Болт прекрасно скользил вверх и вниз, но потом я обнаружил, что болт не вращается без заедания. Подождите, подумал я, болт не круглый. Я закрепил болт на токарном станке с помощью цангового патрона и немного повернул, превратив его из эллипса в круг.
Двигатель был снова собран и идеально прокручен вручную на этот раз через полный оборот. Я снова зажег горелку и зажег фитиль. Примерно через 30 секунд я щелкнул маховик, и вуаля, он поехал.
Я всегда испытываю волнение, когда впервые вижу, как один из моих двигателей работает.