1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель внешнего сгорания двигатель стирлинга своими руками

Energy
education

сайт для тех, кто хочет изучать энергетику

Двигатели и нагнетатели

Тепловые двигатели

Тепловой двигатель — устройство, совершающее работу за счет использования внутренней энергии, тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию, использует зависимость теплового расширения вещества от температуры.

2. Двигатели внешнего сгорания

В 1816 шотландец Роберт Стирлинг предложил двигатель внешнего сгорания, называемый сейчас его именем Двигатель Стирлинга. В этом двигателе рабочее тело (воздух или иной газ) заключен в герметичный объём. Здесь осуществлен цикл по типу цикла Севери («до-Уаттовского»), но нагрев рабочего тела и его охлаждение производятся в различных объёмах машины и сквозь стенки рабочих камер. Природа нагревателя и охладителя для цикла не имеют значения, а потому он может работать даже в космосе и от любого источника тепла. КПД созданных сейчас стирлингов невелик. Теоретически он должен раза в 2 превышать КПД для ДВС, а практически — это примерно одинаковые величины. Но у стирлингов есть ряд других преимуществ, которые способствовали развитию исследований в этом направлении.


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.

Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. В ряде экспериментальных образцов испытывались фреоны, двуокись азота, сжиженный пропан-бутан и вода. В последнем случае вода остаётся в жидком состоянии на всех участках термодинамического цикла. Особенностью стирлинга с жидким рабочим телом является малые размеры, высокая удельная мощность и большие рабочие давления.

При нагревании газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается. Это свойство газов и лежит в основе работы двигателя Стирлинга. Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который по термодинамической эффективности не уступает циклу Карно, и даже обладает преимуществом. Дело в том, что цикл Карно состоит из мало отличающихся между собой изотерм и адиабат. Практическая реализация этого цикла малоперспективна. Цикл Стирлинга позволил получить практически работающий двигатель в приемлемых габаритах.

Цикл Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. Разницу объёмов газа можно превратить в работу, чем и занимается двигатель Стирлинга. 1. Внешний источник тепла нагревает газ в нижней части теплообменного цилиндра. Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх (обратите внимание, что вытеснительный поршень неплотно прилегает к стенкам). 2. Маховик толкает вытеснительный поршень вниз, тем самым перемещая разогретый воздух из нижней части в охлаждающую камеру. 3. Воздух остывает и сжимается, поршень опускается вниз. 4. Вытеснительный поршень поднимается вверх, тем самым перемещая охлаждённый воздух в нижнюю часть. И цикл повторяется.


Двигатель Стирлинга может использоваться для преобразования солнечной энергии в электрическую. Для этого двигатель стирлинга устанавливается в фокус параболического зеркала, (похожего по форме на спутниковую антенну) таким образом, чтобы область нагрева была постоянно освещена. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий.

В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25 % в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга.

Компания Stirling Solar Energy разрабатывает солнечные коллекторы большой мощности — до 150 кВт на одно зеркало. Компания строит в южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию.

Администратор сайта: Колосов Михаил
email:
Copyright © 2011-2021. All rights reserved.

Конструкция двигателя Стирлинга

Агрегаты бывают разных форм, большинство из которых — варианты четырёх базовых конфигураций, главные их части следующие:

  1. Источник тепла. Он может быть любой: от огня, производимого горящим углем или дровами, до солнечной света, концентрируемого гелиостатами, поскольку фактическое сгорание топлива не нужно, используется только разница температур между радиатором и источником тепла.
  2. Газ, или рабочее тело, постоянно находится в закрытом баллоне внутри машины. Это может быть гелий, обычных воздух, водород, а также любое другое доступное вещество, которое не меняет своей формы при нагреве и охлаждении. Его основная задача — передать тепловую энергию.
  3. Радиатор. Нужен для охлаждения горячего газа.
  4. Поршни и цилиндры, между которыми движутся газовые заслонки, которые при нагреве расширяются, а при охлаждении сжимаются перед тем, как весь цикл повторится.
  5. Теплообменник, или регенератор. Расположен между радиатором и тепловым источником. Нагретый газ, проходя мимо, отдаёт часть своего тепла, а возвращаясь забирает его. Без этого узла тепло будет уходить, то есть тратиться впустую.

Виды стирлингов

Существуют три классических вида двигателя Стирлинга:

  • Альфа-Стирлинг ‒ имеет два раздельных силовых поршня расположенных в раздельных цилиндрах. Один из них ‒ горячий, а другой ‒ холодный. Горячая пара «цилиндр и поршень» расположены в теплообменнике с высокой температурой, холодная пара «цилиндр и поршень» ‒ с пониженной температурой. У этого вида соотношение мощности и объёма достаточно велико, хотя, и очень высокая температура «горячего» поршня, что создаёт технические трудности при изготовлении.
    Регенератор расположен между горячей и холодной соединительными трубками;
  • В модели Бета-Стирлинг ‒ всего один цилиндр. Он горячий на одном конце и холодный на другом. Внутри цилиндра перемещаются поршень (с него снимают мощность) и вытеснитель (он изменяет объём горячей зоны). Газ качается из холодной зоны цилиндра в горячую сквозь регенератор. Регенераторы бывают внешними, в виде части теплообменника, или совмещёнными с поршнем-вытеснителем;
  • В варианте Гамма-Стирлинг тоже присутствуют поршень и вытеснитель, но здесь уже два цилиндра: первый холодный (где движется поршень для отбора мощности), и второй ‒ горячий с одной стороны и холодный с другой (там перемещается вытеснитель). Регенератор также может быть внешним, тогда он соединяет горячую зону второго цилиндра с холодной и с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор конструктивно входит в состав вытеснителя;
Читать еще:  Что происходит при порванных подушках двигателя

Основные модификации

«Стирлинг» Mk.I серии 1 — двигатели «Геркулес» III (1425 л.с; на первых 10 — «Геркулес» II, 1375 л.с). Стрелковое вооружение — 8 7,7-мм пулеметов «Браунинг» в трех башнях: носовой (2), нижней выдвижной (2) и хвостовой (4). Максимальная масса бомбовой нагрузки — 6340 кг. Экипаж — 7 чел. Изготовлено 80 единиц.

«Стирлинг» Mk.I серии 2 — вместо нижней башни установлено 2 7,7-мм пулемета в боковых окнах. Выпускался с ноября 1941 г.

«Стирлинг» Mk.I серии 3 — двигатели «Геркулес» XI (1500 л.с). Вместо бортовых пулеметов установлена верхняя башня с 2 7,7-мм пулеметами.

Общий объем производства самолетов «Стирлинг» Mk.I составил 720 единиц.

«Стирлинг» Mk.II — двигатели «Райт» R-2600-A5B (1600 л.с). Построено 3 самолета, от планов широкомасштабного производства в Канаде отказались.

«Стирлинг» Mk.III — двигатели «Геркулес» VI или XVI (1635 л.с). Схема размещения вооружения аналогична Mk.I серии 3, но с более совершенными моделями верхней и хвостовой башен. С конца 1942 г. построено 1036 машин.

«Стирлинг» Т Mk.IV — буксировщик планеров на базе Mk.III. Из вооружения сохранена только кормовая башня с 4 7,7-мм пулеметами. Экипаж — 5 чел. С октября 1943 г. переоборудовано 143 Mk.III и построен 461 новый Т Mk.IV.

«Стирлинг» Т Mk.V — невооруженный транспортно-десантный самолет. С августа 1944 г. по январь 1946 г. изготовлена 161 машина.

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?

Примеры успешной реализации автомобильных Стирлингов

Несмотря на все сложности, известно немало работоспособных моделей двигателя Стирлинга, применимых для автомобилестроения.

Заинтересованность в Стирлинге, подходящем для установки в автомобиль, появилась в 50-е годы XX века. Работу в данном направлении вели такие концерны, как Ford Motor Company, Volkswagen Group и другие.

Компания UNITED STIRLING (Швеция) разработала Стирлинг, в котором максимально использовались серийные узлы и агрегаты, выпускаемые автопроизводителями (коленчатый вал, шатуны). Получившийся в результате четырехцилиндровый V-образный мотор обладал удельной массой 2,4 кг/кВт, что сравнимо с характеристиками компактного дизеля. Данный агрегат был успешно опробован в качестве силовой установки семитонного грузового фургона.

Одним из успешных образцов является четырехцилиндровый двигатель Стирлинга нидерландского производства модели «Philips 4-125DA», предназначавшийся для установки на легковой автомобиль. Мотор имел рабочую мощность 173 л. с. в размерах, аналогичных классическому бензиновому агрегату.

Значительных результатов добились инженеры компании General Motors, построив в 70-х годах восьмицилиндровый (4 рабочих и 4 компрессионных цилиндра) V-образный двигатель Стирлинга со стандартным кривошипно-шатунным механизмом.

Аналогичной силовой установкой в1972 году оснащалась ограниченная серия автомобилей Ford Torino , расход топлива у которой снизился на 25% по сравнению с классической бензиновой V-образной восьмеркой.

В настоящее время более полусотни зарубежных компаний ведут работы по совершенствованию конструкции двигателя Стирлинга в целях его адаптации к массовому выпуску для нужд автомобилестроения. И если удастся устранить недостатки данного типа двигателей, в то же время сохранив его преимущества, то именно Стирлинг, а не турбины и электромоторы, придет на смену бензиновым ДВС.

Двигатель внешнего сгорания двигатель стирлинга своими руками

Нашел интересное видео изготовления двигателя Стирлинга из подручных средств практически на коленке.

Кстати, купить модель двигателя Стирлинга можно на Паркфлаере .

Описание сувенирных моделей двигателей Стирлинга есть тут .

Бытует мнение, что двигатель Стирлинга (работает на подводе тепла — двигатель внешнего сгорания) это весьма технологическая штука и распространения не получила потому, что очень сложно его сделать.

Однако это не так. Некоторые его модификации можно изготовить гораздо проще чем паровой и уж конечно же на порядок проще чем ДВС.
Посмотрите видео работы и изготовления двигателя Стирлинга своими руками.

Для начала — как он работает

А теперь изготовление


Представьте как изменилась бы наша жизнь, если бы двигатель Стирлинга пошел в массы, автомобили можно было бы питать чем угодно — дровами, углем, газом, керосином, нефтью!

Одним из проектов было делать автомобили на двигателе Стирлинга, теплонесущим элементом в нем являлся расплавленный литий, эдакая батарейка-теплообменник. На ночь ставишь ее на плиту, утром берешь и вставляешь в авто, день ездишь. Заглох в пути — развел костер, разогрел батарейку и снова в путь!

Читать еще:  Что то стучит в двигатели при повышении оборотов

Однако, как можно заметить, машины у нас работают только на специально переработанном топливе, это топливо дорожает с каждым днем, причем зимой, когда спрос падает и по законам экономики цены должны идти вниз — правительство их замораживает.

Впрочем, это уже политика пошла. Не будем о ней.

А все таки забавно было бы выходить в поле, греть топливный элемент на зажигалке, вставлять в авиамодель и отправлять ее в полет!

Не падает тот — кто не летает. Все вопросы — в форум! Личка только для личных сообщений. Ангар: http://rc-aviation.ru/forum/topic?id=7259

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

У двигателя стирлинга КПД очень низкий, но его можно повысить использовав в качестве рабочего газа водрод.

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

У первого двс КПД то жее был низкий. Но технология его изготовления шагнула далеко вперед.
Если б столько же усилий вложили в стирлинга — то и отдача от него была бы выше.
К тому же в авто можно применить не с приводом на колеса, а в виде гибрида — стирлинг крутит динаму и подзаряжает ходовые акки.

Не падает тот — кто не летает. Все вопросы — в форум! Личка только для личных сообщений. Ангар: http://rc-aviation.ru/forum/topic?id=7259

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

По поводу двигателя Стирлинга.
Как обычно, кое-что для общего развития можно найти в Википедии: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0% … 0%B3%D0%B0
Далее, поскольку имею пару патентов на объемные машины (роторного типа, отличной от Ванкеля конфигурации), то вопрос немного изучал. Так вот, попробую изложить «шершавым языком плаката» то, что принципиально отличает двигатель Стирлинга от ДВС и делает его хоть и замечательным, но узко применимым техническим устройством.
Давайте сравним его с близким нам модельным ДВС. Для простоты возьмем двухтактный мотор. Что происходит в этом моторе?
В цилиндр всасывается ХОЛОДНАЯ рабочая смесь. Смесь сжимается, от этого нагревается, потом воспламеняется (температура еще больше возрастает). На рабочем ходе смесь расширяется и от этого ОХЛАЖДАЕТСЯ. Продукты сгорания вылетают наружу в «трубу» (глушитель). И (внимание!) температура продуктов сгорания (выхлоп) такова, что можно подставить руку и, хоть и горячевато, но ожога не будет. Итак, имеем цикл «холодное-горячее-холодное». То есть СРЕДНЕИНТЕГРАЛЬНАЯ температура рабочего тела относительно невысока. Эта среднеинтегральная температура ДВС нам известна по температуре охлаждающей жидкости в нашем авто. Она не превышает где-то около 100 градусов, иначе проблемы. Да и к рубашке воздушного охлаждения модельного двигателя тоже можно прикоснуться без риска получить ожог.
Вот здесь и зарыта собака в том, что двигатели Стирлинга, которые до революции СЕРИЙНО выпускались и в России, были вытеснены впоследствии классическими ДВС. Особенно в автомобилях.
А что было бы, если бы под капот авто засунуть двигатель Стирлинга? А очень просто. Там оказалась бы раскаленная докрасна печка-буржуйка, которая замечательно может работать хоть на дровах! Теперь представьте блондинку, открывающую капот своего авто.
Теплоизоляция? Да, но вес, габариты, стоимость (плитки как на Буране). Печная труба на выходе.
Да, я утрирую, но я же сказал про «шершавый язык».
Если серьезно, то есть замечательные области применения двигателя Стирлинга. См. ссылку.
Всем успехов!

Лучше день потерять, потом за пять минут долететь!

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

Стирлинги используют на подводных лодках. Видно сделать маленький с более высоким КПД не получается.

Re: Изготовление двигателя Стирлинга из подручных материалов

yuri_la,
Так я и говорю о том, что ставить буржуйку под капот не обязательно!
Вполне хватит теплового аккумулятора с нагревом (штатно) спиралью, индукционно или еще как угодно — те из авто торчит вилка для розетки.

Впрочем, вспомним о походных печках каталитического горения — в ней есть отверстие за залива горючки и регулятор нагрева! Все! Кроме этого только «блин» на который ставишь сковородку или кастрюлю. Блондинки в походе вполне справляются с такой печкой. Расход горючки — мизерный.

Теперь о теплоносителе — спер немного буков с интернета:

Принцип теплового аккумулятора заключается в том, что соответствующее вещество нагревается до высокой температуры (или расплавляется) и покрывается теплоизоляционным слоем, отделяющим его от окружающей среды. Теплота, затрачиваемая для нагревания или расплавления вещества, сохраняется для дальнейшего использования, и ее можно отводить до тех пор, пока вещество не приобретет температуру, окружающей среды. Такой аккумулятор не изнашивается и поэтому имеет большой срок службы.
Процесс зарядки теплового аккумулятора с наполнителем из фтористого лития LiF

Система отвода теплоты от аккумулятора к двигателю должна быть короткой и иметь теплоизоляцию во избежание потерь теплоты. На рис. 1 изображен процесс зарядки теплового аккумулятора на базе LiF, а на рис. 2 — изменение теплоемкости его наполнителя — фтористого лития LiF в зависимости от температуры. Следует обратить внимание на диапазон температуры от 550 °C до точки плавления LiF, соответствующей 848 °C. Для нагревания 1 кг LiF в этом температурном интервале требуется около 220 Вт∙ч. Для полного расплава такого количества LiF (вертикальный участок кривой Q при температуре 848 °C, рис. 1) необходимо подвести энергию мощностью 472 Вт∙ч. Превращение тепловой энергии в механическую в двигателе Стирлинга с таким тепловым аккумулятором будет происходить с определенным КПД η (см. рис. 1), зависящим от температуры. Окончательная плотность энергии после превращения ее в механическую в такой силовой установке равна приблизительно 200 Вт∙ч/кг.

Читать еще:  Двигатели копейки какие были

Для передачи теплоты от теплового аккумулятора к двигателю могут быть применены так называемые тепловые трубки, использующие тепловые эффекты, возникающие при изменении агрегатного состояния вещества, например, металла и соли. В тепловом аккумуляторе (см. рис. 3) для переноса теплоты применен жидкий натрий, испаряющийся в емкости с наполнителем из фтористого лития LiF. Пары натрия поступают к головке двигателя Стирлинга, где, отдавая теплоту, конденсируются и по оболочке тепловых трубок (пунктирная линия, рис. 3) вновь возвращаются в емкость с LiF.

Если двигатель не работает, то тепловая трубка закрыта. При хорошей теплоизоляции потери аккумулированной теплоты за 24 ч составляют 12 %. Разумеется, такой результат неприемлем для условий, когда автомобиль не находится в постоянной эксплуатации. В таблице ниже приведены характеристики различных автомобилей и массы тепловых аккумуляторов, требуемых для получения различных запасов хода. По расчетам фирмы «Филипс», представленным в этой таблице, запас хода легкового автомобиля малого класса полной массой 1135 кг при применении теплового аккумулятора, масса которого (с тепловым трубопроводом) составляет 139 кг, будет равен 311 км.

Характеристики автомобилей и массы тепловых аккумуляторов, обеспечивающих требуемый запас хода Параметры автомобиля и аккумулятора Легковой автомобиль Городской автобус
среднего класса малого класса
Заданный запас хода, км 322 161 193
Максимальная скорость, км/ч 161 129 88
Максимальная мощность, кВт 70 22 135
Полная масса, кг 1815 1135 13610
Запас энергии, кВт∙ч 100 20 300
Объем аккумулятора, дм3 385 77 1154
Масса двигателя и радиатора, кг 216 82 379
Масса теплового трубопровода, кг 32 12 57
Масса наполнителя теплового аккумулятора, кг 530 106 1590
Масса емкости и теплоизоляции, кг 62 21 130
Запас хода, км 172 311 206
Запас хода в облегченном варианте исполнения, км 298 480 308

Найдено 37 похожих товаров

V-образная модель двигателя стремена подарок на день рождения diy научный эксперимент

Миниатюрный двигатель стирлинга культивирование подростков с научным интересом новый подарок для детей физика просвещение образование игрушка

Детские научные развивающие игрушки, металлическая основа, резиновое колесо, двигатель стирлинга, тележка, паровой стержень, модель, строительный комплект, 2019

Diy сборка двигателя стирлинга модель автомобиля набор физические игрушки для экспериментов

Маленькая модель двигателя для сжигания с внешним сгоранием

Генератор двигателя стирлинга двигателя микро модель двигателя паровой двигатель хобби подарок на день рождения

Прочный двигатель с низкой температурой, модель двигателя для взвешивания, обучающая модель, игрушка для самостоятельного изготовления, для детей

Скоростной автомобиль стирлинг модель двигателя игрушка модель строительный набор образовательная физика демонстрация

Пропеллер самолет голова форма stirling карман двигателя модель игрушка для развития интеллекта образование модель «сделай своими руками», игрушка в подарок для детей

Двигатель стирлинга, баланс двигателя, модель двигателя, тепловая паровая, образование, diy модель, игрушка, подарок для детей, ремесло, орнамент, открытие, генератор

Мощность поколения освещение один цилиндр двигатель стирлинга миниатюрная модель паровая мощность наука маленькое изобретение образовательные игрушки

Двухцилиндровый микро-двигатель «сделай сам», двигатель для сжигания, школьная демонстрация товара для детей

Двойной цилиндр стерлинговая модель двигателя наборы физика научный эксперимент diy модель строительные наборы игрушки для детей

Двигатель stirling, балансирующий двигатель, модель двигателя с тепловым паром, образование, сделай сам, модель, генератор, школьные принадлежности, аксессуары

Nfstrike двухцилиндровый микро самодельный двигатель внешнего сгорания детская модель 2018 новое поступление

Модель двигателя для двигателя с горячим воздухом, модель двигателя для внешнего сгорания, школьная + лампа, демонстрация, обучающий набор игрушек для детей

Мини-двигатель для сжигания, микро-генератор, подарок на день рождения, научные и образовательные игрушки

Набор детских игрушек «сделай сам», двигатель для двигателя с горячим воздухом, модель двигателя с внешним сгоранием, школьная + лампа, демонстрация, обучающая игрушка

Мини-мотор с горячим воздухом

Двигатель, двигатель внешнего сгорания, мини-генератор, подарок на день рождения, двигатель, паровой двигатель, модельный двигатель, мини

Nfstrike горизонтальная модель двигателя стирлинга с корпусом из алюминиевого сплава латунный маховик научная образовательная модель

The love of arrow shape двигатель стирлинга двигатель внешнего сгорания научная образовательная модель украшение для детей и взрослых

Моторная модель двигателя стирлинга, паровая тепловая обучающая игрушка, сделай сам, подарок для ребенка, поделки, орнамент, открытие, генератор переменного тока, физическое образование

Мини двигатель стирлинга микро вертикальный двигатель модель двигателя научные эксперименты подарок на день рождения

Набор для сборки двигателя стирлинга, детская научная игрушка ручной работы, строительные модели, научная физика, обучающая студенческая игрушка

Двухцилиндровая модель двигателя stirling, миниатюрная игрушка с циклом внешнего сгорания, внешнее домашнее устройство, освещение для производства

Студенческая модель двигателя для наружного сгорания, для запуска двигателя

Из нержавеющей стали двигатель стирлинга diy модели игрушки инновационные науки игрушки для детей игрушка для обучения подарки праздничные подарки

Микро-двигатель стирлинга, двигатель внешнего сгорания, подарки на день рождения, модель с паровым двигателем, мини-двигатель, физический эксперимент

Круто! миниатюрный двигатель стирлинга ‘smoking’ стирлинга, бесплатная доставка с воздушным охлаждением воды с водяным охлаждением двигателя генератор модель хобби обучающие комплекты игрушек

Подвеска спиннинга нло, двигатель с горячим воздухом, двигатель, паровой, тепловой генератор электричества, обучающая модель, игрушечные наборы

Мини-двигатель stirling модель двигателя стирлинга микро-генератор подарок на день рождения модель с паровым двигателем игрушки

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector