Ekológia spotreby Veda a technika: Stirlingov motor sa najčastejšie používa v situáciách, kde sa vyžaduje zariadenie na premenu tepelnej energie, vyznačujúce sa jednoduchosťou a účinnosťou.
Pred necelými sto rokmi sa spaľovacie motory snažili vydobyť si svoje právoplatné miesto v konkurencii medzi ostatnými dostupnými strojmi a pohyblivými mechanizmami. Navyše v tých časoch nebola nadradenosť benzínového motora taká zrejmá. Existujúce stroje na parných strojoch sa vyznačovali tichosťou, vynikajúcimi výkonovými charakteristikami na tú dobu, jednoduchou údržbou a schopnosťou použitia rôzne druhy palivo. V ďalšom boji o trh získali prevahu spaľovacie motory pre svoju účinnosť, spoľahlivosť a jednoduchosť.
Ďalšie preteky o zdokonaľovanie agregátov a pohonných mechanizmov, do ktorých plynové turbíny a rotačné typy motorov vstúpili v polovici 20. storočia, viedli k tomu, že napriek prevahe benzínových motorov došlo k pokusom úplne zaviesť nový druh motory - tepelné, prvýkrát vynájdené už v roku 1861 škótskym kňazom Robertom Stirlingom. Motor dostal meno svojho tvorcu.
STIRLING MOTOR: FYZICKÁ STRÁNKA PROBLÉMU
Aby ste pochopili, ako funguje stolová elektráreň Stirling, musíte pochopiť všeobecné informácie o princípoch činnosti tepelných strojov. Fyzicky je princípom fungovania používať mechanická energia, ktorý sa získa, keď sa plyn pri zahrievaní roztiahne a pri ochladení sa zmrští. Na demonštráciu princípu fungovania je možné uviesť príklad založený na zvyčajnom plastová fľaša a dve panvice, z ktorých jedna obsahuje studenú vodu a druhá horúcu.
Pri spúšťaní fľaše do studená voda, ktorej teplota je blízka teplote, pri ktorej sa tvorí ľad, keď je vzduch vo vnútri dostatočne ochladený plastová nádoba mala by byť uzavretá zátkou. Ďalej, keď je fľaša vložená do vriacej vody, po určitom čase korok „vystrelí“ silou, pretože v tomto prípade bola práca vykonaná ohriatym vzduchom mnohonásobne väčšia ako práca vykonaná počas chladenia. Ak sa experiment opakuje mnohokrát, výsledok sa nemení.
Prvé stroje, ktoré boli postavené pomocou Stirlingovho motora, presne reprodukovali proces demonštrovaný v experimente. Prirodzene, mechanizmus si vyžadoval zlepšenie, ktoré spočívalo vo využití časti tepla, ktoré plyn stratil počas procesu chladenia, na ďalšie zahrievanie, čo umožnilo vrátiť teplo do plynu na urýchlenie zahrievania.
Ani použitie tejto novinky však nemohlo situáciu zachrániť, keďže prvé Stirlingy boli iné veľké veľkosti pri nízkom výkone. Následne sa viac ako raz pokúsili modernizovať dizajn, aby sa dosiahol výkon 250 k. viedlo k tomu, že za prítomnosti valca s priemerom 4,2 metra bol skutočný výkon vyrobený v Stirlingovej elektrárni 183 kW v skutočnosti iba 73 kW.
Všetky Stirlingove motory pracujú na princípe Stirlingovho cyklu, ktorý zahŕňa štyri hlavné fázy a dve medzifázové. Hlavnými sú zahrievanie, expanzia, chladenie a kompresia. Uvažovaným prechodným stupňom je prechod na generátor chladu a prechod na vykurovacie teleso. Užitočná práca vykonávaný motorom je založený výlučne na teplotnom rozdiele medzi vyhrievacou a chladiacou časťou.
MODERNÉ KONFIGURÁCIE STIRLINGU
Moderné inžinierstvo rozlišuje tri hlavné typy takýchto motorov:
- alfa-stirling, ktorého rozdielom sú dva aktívne piesty umiestnené v nezávislých valcoch. Zo všetkých troch možností má tento model najvyšší výkon, ktorý má najviac vysoká teplota vyhrievací piest;
- beta stirling, založený na jednom valci, ktorého jedna časť je horúca a druhá studená;
- Gamma Stirling, ktorý má okrem piestu aj pretláčač.
Výroba Stirlingovej elektrárne bude závisieť od výberu modelu motora, ktorý zohľadní všetky pozitívne a negatívne stránky podobný projekt.
VÝHODY A NEVÝHODY
Vďaka vášmu dizajnové prvky Tieto motory majú množstvo výhod, no nie sú bez nevýhod.
Stolová elektráreň Stirling, ktorú nie je možné zakúpiť v obchode, ale iba od nadšencov, ktorí takéto zariadenia samostatne zostavujú, zahŕňajú:
- veľké veľkosti, ktoré sú spôsobené potrebou neustáleho chladenia pracovného piestu;
- použitie vysokého tlaku, ktorý je potrebný na zlepšenie výkonu a výkonu motora;
- tepelné straty, ku ktorým dochádza v dôsledku skutočnosti, že generované teplo sa neprenáša do samotnej pracovnej tekutiny, ale prostredníctvom systému výmenníkov tepla, ktorých zahrievanie vedie k strate účinnosti;
- prudké zníženie výkonu vyžaduje použitie špeciálnych princípov, ktoré sa líšia od princípov tradičných pre benzínové motory.
Spolu s nevýhodami majú elektrárne pracujúce na Stirlingových jednotkách nepopierateľné výhody:
- akýkoľvek typ paliva, pretože ako každý motor, ktorý využíva tepelnú energiu, aj tento motor je schopný pracovať pri teplotnom rozdiele akéhokoľvek prostredia;
- efektívnosť. Tieto zariadenia sa môžu stať výborná náhrada parné jednotky v prípadoch, keď je potrebné spracovať slnečnú energiu, pričom účinnosť je o 30 % vyššia;
- environmentálna bezpečnosť. Keďže stolová elektráreň kW nevytvára výfukový moment, neprodukuje hluk ani nevypúšťa emisie do atmosféry. škodlivé látky. Zdrojom energie je obyčajné teplo a palivo takmer úplne vyhorí;
- konštrukčná jednoduchosť. Pre svoju prácu Stirling nebude vyžadovať ďalšie diely alebo zariadenia. Je schopný samostatne štartovať bez použitia štartéra;
- zvýšený výkonový zdroj. Vďaka svojej jednoduchosti dokáže motor poskytnúť stovky hodín nepretržitej prevádzky.
OBLASTI POUŽITIA STIRLINGOVÝCH MOTOROV
Stirlingov motor sa najčastejšie používa v situáciách, kedy je potrebné zariadenie na premenu tepelnej energie, ktoré je jednoduché, pričom účinnosť iných typov tepelných jednotiek je za podobných podmienok výrazne nižšia. Veľmi často sa takéto jednotky používajú v potravinách čerpacie zariadenie, chladiace komory, ponorky, akumulátory energie.
Jednou z perspektívnych oblastí využitia Stirlingových motorov sú solárne elektrárne, keďže túto jednotku možno úspešne využiť na premenu energie slnečných lúčov na elektrickú energiu. Na vykonanie tohto procesu sa motor umiestni do ohniska hromadiaceho sa zrkadla slnečné lúče, ktorý poskytuje trvalé osvetlenie priestoru vyžadujúceho vykurovanie. To umožňuje sústrediť slnečnú energiu na malú oblasť. Palivom pre motor je v tomto prípade hélium alebo vodík. publikovaný
V ktorom sa pracovná tekutina (plynná alebo kvapalná) pohybuje v uzavretom objeme, ide v podstate o typ motora s vonkajším spaľovaním. Tento mechanizmus je založený na princípe periodického ohrevu a chladenia pracovnej tekutiny. Energia sa získava z vznikajúceho objemu pracovnej tekutiny. Stirlingov motor funguje nielen z energie spaľovania paliva, ale aj z takmer akéhokoľvek zdroja. Tento mechanizmus bol patentovaný Škótom Robertom Stirlingom v roku 1816.
Opísaný mechanizmus napriek tomu nie vysoká účinnosť, má množstvo výhod, v prvom rade je to jednoduchosť a nenáročnosť. Vďaka tomu sa mnohí amatérski dizajnéri pokúšajú zostaviť Stirlingov motor vlastnými rukami. Niekomu sa to podarí a niekomu nie.
V tomto článku sa pozrieme na DIY Stirling z odpadových materiálov. Budeme potrebovať tieto prírezy a náradie: plechovku (môže byť od šprotov), plech, sponky, penovú gumu, gumičku, tašku, nožnice na drôt, kliešte, nožnice, spájkovačku,
Teraz začneme s montážou. Tu podrobné pokyny ako vyrobiť Stirlingov motor vlastnými rukami. Najprv musíte nádobu umyť, vyčistiť brúsny papier okraje. Z plechu vystrihneme kruh tak, aby sedel na vnútorné okraje plechovky. Určíme stred (na to používame strmeň alebo pravítko), urobíme dieru nožnicami. Ďalej vezmite medený drôt a sponku, narovnajte sponku a na konci vytvorte krúžok. Drôtik namotáme okolo sponky – štyri pevné otáčky. Potom pomocou spájkovačky pocínujte výslednú špirálu malým množstvom spájky. Potom je potrebné opatrne prispájkovať špirálu k otvoru vo veku tak, aby tyč bola kolmá na veko. Spinka by sa mala voľne pohybovať.
Potom musíte vo veku vytvoriť spojovací otvor. Vyrábame vytesňovač z penovej gumy. Jeho priemer by mal byť o niečo menší ako priemer plechovky, ale nemala by tam byť veľká medzera. Výška pretláčača je o niečo viac ako polovica plechovky. V strede penovej gumy sme vyrezali otvor pre rukáv, ktorý môže byť vyrobený z gumy alebo korku. Do vzniknutej priechodky vložíme tyč a všetko utesníme. Premiestňovač musí byť umiestnený rovnobežne s vekom dôležitá podmienka. Ďalej už zostáva len zavrieť nádobu a utesniť okraje. Šev musí byť zapečatený. Teraz začneme vyrábať pracovný valec. Za týmto účelom vystrihnite pásik z cínu s dĺžkou 60 mm a šírkou 25 mm, kliešťami ohnite okraj 2 mm. Vytvarujeme objímku, potom prispájkujeme okraj, potom musíte objímku prispájkovať k veku (nad otvorom).
Teraz môžete začať vyrábať membránu. Za týmto účelom odrežte z vrecka kúsok fólie, prstom ho trochu zatlačte dovnútra a okraje pritlačte gumičkou. Ďalej je potrebné skontrolovať správnu montáž. Zahrejte dno nádoby nad ohňom a stiahnite stopku. V dôsledku toho by sa membrána mala ohýbať smerom von a ak sa tyč uvoľní, pretláčač by sa mal vlastnou váhou spustiť a podľa toho sa membrána vráti na svoje miesto. Ak vytesňovač nie je vyrobený správne alebo spájkovanie plechovky nie je vzduchotesné, tyč sa nevráti na miesto. Potom vyrobíme kľukový hriadeľ a vzpery (rozstup kľuky by mal byť 90 stupňov). Výška kľúk by mala byť 7 mm a výška posúvačov 5 mm. Dĺžka ojníc je určená polohou kľukového hriadeľa. Koniec kľuky je zasunutý do zástrčky. Takže sme sa pozreli na to, ako zostaviť Stirlingov motor vlastnými rukami.
Takýto mechanizmus bude fungovať z bežnej sviečky. Ak k zotrvačníku pripojíte magnety a vezmete cievku akváriového kompresora, potom takéto zariadenie môže nahradiť jednoduchý elektromotor. Ako vidíte, vyrobiť takéto zariadenie vlastnými rukami nie je vôbec ťažké. Bola by tu túžba.
Môžete si samozrejme kúpiť krásne továrenské modely Stirlingových motorov, ako napríklad v tomto čínskom internetovom obchode. Niekedy však chcete vytvoriť sami seba a urobiť vec, dokonca aj z improvizovaných prostriedkov. Na našej webovej stránke už existuje niekoľko možností výroby týchto motorov a v tejto publikácii si pozrite kompletnú verziu jednoduchá možnosť vyrobené doma.
Na jeho výrobu budete potrebovať dostupné materiály: plechovku konzerv, malý kúsok penovej gumy, CD, dve skrutky a sponky.
Penová guma je jedným z najbežnejších materiálov používaných pri výrobe Stirlingových motorov. Z neho je vyrobený pretláčač motora. Z kusu našej penovej gumy sme vystrihli kruh, čím sme jeho priemer zmenšili o dva milimetre vnútorný priemer plechovky a výška je o niečo viac ako polovica.
Do stredu krytu vyvŕtame otvor, do ktorého potom vložíme ojnicu. Aby sme zabezpečili plynulý pohyb ojnice, vyrobíme z kancelárskej sponky špirálu a prispájkujeme ju na kryt.
Penový kruh z penovej gumy prepichneme v strede skrutkou a zaistíme ho podložkou hore a dole podložkou a maticou. Potom pripevníme kus kancelárskej sponky spájkovaním a najprv ju narovnáme.
Teraz zapichneme vytesňovač do vopred vytvoreného otvoru vo veku a hermeticky prispájkujeme veko a nádobu. Na konci kancelárskej sponky urobíme malú slučku a do veka vyvŕtame ďalší otvor, ale o niečo väčší ako ten prvý.
Vyrábame valec z cínu pomocou spájkovania.
Hotový valec pripevníme na plechovku pomocou spájkovačky, aby na mieste spájkovania nezostali žiadne medzery.
Vyrábame kľukový hriadeľ z kancelárskej sponky. Rozstup medzi kolenami by mal byť 90 stupňov. Koleno, ktoré bude na výšku nad valcom, je o 1-2 mm väčšie ako druhé.
Z papierových sponiek vyrábame stojany na hriadeľ. Vyrábame membránu. Aby sme to urobili, nasadili sme valec Plastová fólia, trochu ho zatlačte dovnútra a pripevnite k valcu závitom.
Spojovaciu tyč, ktorú bude potrebné pripevniť na membránu, vyrobíme z kancelárskej sponky a vložíme ju do kúska gumy. Dĺžka ojnice musí byť vyrobená tak, aby v dolnej úvrati hriadeľa bola membrána vtiahnutá dovnútra valca a v najvyššej naopak predĺžená. Rovnakým spôsobom nastavíme druhú ojnicu.
Ojnicu prilepíme gumou na membránu a druhú pripevníme na premiestňovač.
Spájkovačkou pripevníme nožičky spinky na plechovku a pripevníme zotrvačník na kľuku. Môžete napríklad použiť CD.
Stirlingov motor vyrobený doma. Teraz už zostáva len priviesť teplo pod nádobu - zapáliť sviečku. A po niekoľkých sekundách stlačte zotrvačník.
Ako vyrobiť jednoduchý Stirlingov motor (s fotografiami a videom)
www.newphysicist.com
Urobme Stirlingov motor.
Stirlingov motor je tepelný motor, ktorý pracuje cyklickým stláčaním a rozpínaním vzduchu alebo iného plynu (pracovnej tekutiny) pri rôznych teplotách, takže dochádza k čistej premene tepelnej energie na mechanická práca. Presnejšie povedané, Stirlingov motor je regeneračný tepelný motor s uzavretým cyklom s nepretržite plynnou pracovnou kvapalinou.
Stirlingove motory majú vyššiu účinnosť ako parné motory a môžu dosiahnuť 50% účinnosť. Sú tiež schopné pracovať ticho a môžu využívať takmer akýkoľvek zdroj tepla. Zdroj tepelnej energie sa generuje externe Stirlingovmu motoru a nie vnútorným spaľovaním, ako je to v prípade motorov s Ottovým alebo dieselovým cyklom.
Stirlingove motory sú kompatibilné s alternatívne a obnoviteľné zdroje energie, pretože môžu nadobudnúť čoraz väčší význam, keďže cena tradičných palív rastie a vo svetle problémov, ako je vyčerpanie zásob ropy a zmena klímy.
V tomto projekte vám dáme jednoduché pokyny vytvoriť veľmi jednoduchý motora DIY Miešanie pomocou skúmavky a injekčnej striekačky .
Ako vyrobiť jednoduchý Stirlingov motor – Video
Komponenty a kroky na výrobu Stirlingovho motora
1. Kus tvrdého dreva alebo preglejky
Toto je základ pre váš motor. Preto musí byť dostatočne tuhý, aby sa vyrovnal s pohybmi motora. Potom urobte tri malé otvory, ako je znázornené na obrázku. Môžete tiež použiť preglejku, drevo atď. 
2. Mramorové alebo sklenené gule
V Stirlingovom motore tieto gule fungujú dôležitá funkcia. V tomto projekte funguje mramor ako vytesňovač horúceho vzduchu z teplej strany skúmavky na studenú stranu. Keď mramor vytlačí horúci vzduch, ochladí sa.
3. Tyčinky a skrutky
Čapy a skrutky slúžia na držanie skúmavky v pohodlnej polohe pre voľný pohyb v akomkoľvek smere bez akéhokoľvek prerušenia.
4. Gumové kúsky
Kúpte si gumu a vystrihnite ju do nasledujúcich tvarov. Používa sa na bezpečné držanie skúmavky a udržiavanie jej tesnenia. V ústnej časti trubice by nemalo dôjsť k úniku. Ak je to tak, projekt nebude úspešný.
5. Striekačka
Striekačka je jednou z najdôležitejších a pohyblivých častí jednoduchý motor Stirling. Pridajte trochu lubrikantu do injekčnej striekačky, aby sa piest mohol voľne pohybovať vo vnútri valca. Keď vzduch expanduje vo vnútri skúmavky, tlačí piest nadol. V dôsledku toho sa valec injekčnej striekačky pohybuje nahor. Zároveň sa mramor valí smerom horúca strana skúmavky a vytláča horúci vzduch a spôsobuje jeho ochladzovanie (zníženie objemu).
6. Skúmavka Skúmavka je najdôležitejším a funkčným komponentom jednoduchého Stirlingovho motora. Skúmavka je vyrobená z určitého typu skla (ako je borosilikátové sklo), ktoré je vysoko tepelne odolné. Môže sa teda zahriať na vysoké teploty.
Ako funguje Stirlingov motor?
Niektorí ľudia hovoria, že Stirlingove motory sú jednoduché. Ak je to pravda, potom sú rovnako ako veľké fyzikálne rovnice (napr. E = mc2) jednoduché: na povrchu jednoduché, ale bohatšie, zložitejšie a potenciálne veľmi mätúce, kým si ich neuvedomíte. Myslím si, že je bezpečnejšie považovať Stirlingove motory za zložité: mnohé sú veľmi zlé videá YouTube ukazuje, aké ľahké je „vysvetliť“ ich veľmi neúplným a neuspokojivým spôsobom.
Podľa môjho názoru nemôžete pochopiť Stirlingov motor tak, že ho jednoducho postavíte alebo budete pozorovať, ako funguje zvonku: musíte sa vážne zamyslieť nad cyklom krokov, ktorými prechádza, čo sa deje s plynom vo vnútri a ako sa líši. z toho, čo sa deje v bežnom parnom stroji.
Všetko, čo je potrebné na to, aby motor fungoval, je teplotný rozdiel medzi horúcou a studenou časťou plynovej komory. Boli vyrobené modely, ktoré môžu pracovať len s teplotným rozdielom 4 °C, hoci továrenské motory budú pravdepodobne pracovať s rozdielom niekoľkých stoviek stupňov. Tieto motory sa môžu stať najviac efektívna forma motor s vnútorným spaľovaním.
Stirlingové a koncentrované motory solárna energia
Stirlingove motory poskytujú úhľadný spôsob premeny tepelnej energie na pohyb, ktorý môže poháňať generátor. Najbežnejším usporiadaním je mať motor v strede parabolické zrkadlo. Na sledovacie zariadenie bude namontované zrkadlo, aby sa slnečné lúče sústredili na motor.
* Stirlingov motor ako prijímač
Možno ste sa počas školských čias hrali s vypuklými šošovkami. Sústreďovanie slnečnej energie na spálenie kúska papiera alebo zápalky, mám pravdu? Nové technológie sa vyvíjajú zo dňa na deň. Koncentrovaná solárna tepelná energia si v súčasnosti získava čoraz väčšiu pozornosť.
Vyššie je krátke video s jednoduchým motorom skúmavky, ktorý používa sklenené guľôčky ako posúvač a sklenenú striekačku ako silový piest.
Tento jednoduchý Stirlingov motor bol vyrobený z materiálov, ktoré sú dostupné vo väčšine školských vedeckých laboratórií a možno ho použiť na demonštráciu jednoduchého tepelného motora.
Diagram tlak-objem na cyklus
Proces 1 → 2 Expanzia pracovného plynu na horúcom konci skúmavky, teplo sa prenáša do plynu a plyn expanduje, zväčšuje objem a tlačí piest striekačky nahor.
Proces 2 → 3 Keď sa mramor pohybuje smerom k horúcemu koncu skúmavky, plyn je tlačený z horúceho konca skúmavky do studeného konca a ako sa plyn pohybuje, prenáša teplo na stenu skúmavky.
Proces 3 → 4 Teplo sa odoberá z pracovného plynu a objem sa zmenšuje, piest striekačky sa pohybuje nadol.
Proces 4 → 1 Dokončí cyklus. Pracovný plyn sa pohybuje od studeného konca skúmavky k horúcemu, keď ho guľôčky vytláčajú, pričom pri pohybe prijíma teplo zo steny skúmavky, čím sa zvyšuje tlak plynu.
Moderný automobilový priemysel dosiahol úroveň rozvoja, na ktorej bez zásadných vedecký výskum Dosiahnuť zásadné zlepšenia v konštrukcii tradičných spaľovacích motorov je takmer nemožné. Táto situácia núti dizajnérov venovať pozornosť alternatívne návrhy elektrární. Niektoré inžinierske centrá zamerali svoje úsilie na vytváranie a prispôsobenie hybridných a elektrických modelov pre sériovú výrobu, zatiaľ čo iné automobilky investujú do vývoja motorov využívajúcich palivo z obnoviteľných zdrojov (napríklad bionaftu s použitím repkového oleja). Existujú aj ďalšie projekty pohonných jednotiek, ktoré by sa v budúcnosti mohli stať novým štandardným pohonným systémom Vozidlo.
Medzi možné zdroje mechanickej energie pre budúce autá patrí motor s vonkajším spaľovaním, ktorý vynašiel v polovici 19. storočia Škót Robert Stirling ako tepelný expanzný motor.
Schéma práce
Stirlingov motor konvertuje termálna energia dodávané zvonku do užitočnej mechanickej práce v dôsledku zmeny teploty pracovnej tekutiny(plyn alebo kvapalina) cirkulujúce v uzavretom objeme.
IN všeobecný pohľad Prevádzková schéma zariadenia je nasledovná: v spodnej časti motora sa pracovná látka (napríklad vzduch) zahrieva a pri zvyšovaní objemu tlačí piest nahor. Horúci vzduch vstupuje do hornej časti motora, kde je chladený chladičom. Tlak pracovnej tekutiny klesá, piest sa spúšťa na ďalší cyklus. V tomto prípade je systém utesnený a pracovná látka sa nespotrebuje, ale pohybuje sa iba vo vnútri valca.
Existuje niekoľko konštrukčných možností pohonných jednotiek využívajúcich Stirlingov princíp.
Stirlingova modifikácia "Alpha"
Motor pozostáva z dvoch samostatných výkonových piestov (horúci a studený), z ktorých každý je umiestnený vo vlastnom valci. Teplo sa dodáva do valca horúcim piestom a studený valec je umiestnený v chladiacom výmenníku tepla.
Stirlingova modifikácia "Beta"
Valec obsahujúci piest je na jednom konci ohrievaný a na opačnom konci chladený. Vo valci sa pohybuje výkonový piest a vytesňovač, určený na zmenu objemu pracovného plynu. Regenerátor vykonáva spätný pohyb ochladenej pracovnej látky do horúcej dutiny motora.
Stirlingova modifikácia "Gamma"
Konštrukcia pozostáva z dvoch valcov. Prvý je úplne studený, v ktorom sa pohybuje hnací piest, a druhý, na jednej strane horúci a na druhej studený, slúži na pohyb pretláčača. Regenerátor na cirkuláciu studeného plynu môže byť spoločný pre oba valce alebo môže byť súčasťou konštrukcie vytesňovača.
Výhody Stirlingovho motora
Ako väčšina motorov s vonkajším spaľovaním, aj Stirling sa vyznačuje viacpalivové: motor pracuje v dôsledku zmien teploty bez ohľadu na dôvody, ktoré to spôsobili.
Zaujímavý fakt! Raz bola demonštrovaná inštalácia, ktorá fungovala s dvadsiatimi možnosťami paliva. Bez zastavenia motora benzín, nafta, metán, ropa a zeleninový olej- pohonná jednotka pokračovala v nepretržitej prevádzke.
Motor má jednoduchosť dizajnu a nevyžaduje ďalšie systémy a prídavné zariadenia (rozvodový remeň, štartér, prevodovka).
Vlastnosti prístroja zaručujú dlhú životnosť: viac ako stotisíc hodín nepretržitej prevádzky.
Stirlingov motor je tichý, pretože vo valcoch nedochádza k detonácii a nie je potrebné odstraňovať výfukové plyny. Modifikácia „Beta“ vybavená kosoštvorcovým kľukovým mechanizmom je dokonale vyvážený systém, ktorý počas prevádzky nemá žiadne vibrácie.
Vo valcoch motora neprebiehajú žiadne procesy, ktoré by mohli mať vplyv negatívny vplyv na životné prostredie. Výberom vhodného zdroja tepla (napr. solárna energia) môže byť Stirling absolútne priateľský k životnému prostrediu pohonná jednotka.
Nevýhody Stirlingovho dizajnu
So všetkou súpravou pozitívne vlastnosti okamžité hromadné použitie Stirlingových motorov nie je možné z nasledujúcich dôvodov:
Hlavným problémom je spotreba materiálu konštrukcie. Chladenie pracovnej tekutiny vyžaduje veľkoobjemové radiátory, čo výrazne zvyšuje veľkosť a spotrebu kovu inštalácie.
Súčasná technologická úroveň umožní Stirlingovmu motoru porovnať sa vo výkone s modernými benzínovými motormi len vďaka použitiu komplexné druhy pracovnej tekutiny (hélium alebo vodík) pod tlakom viac ako sto atmosfér. Táto skutočnosť vyvoláva vážne otázky tak v oblasti vedy o materiáloch, ako aj pri zabezpečovaní bezpečnosti používateľov.
Dôležitý prevádzkový problém súvisí s problematikou tepelnej vodivosti a teplotnej odolnosti kovov. Teplo sa dodáva do pracovného objemu cez výmenníky tepla, čo vedie k nevyhnutným stratám. Okrem toho musí byť výmenník tepla vyrobený z tepelne odolných kovov, ktoré sú odolné voči vysoký krvný tlak. Vhodné materiály veľmi drahé a náročné na spracovanie.
Princípy zmeny režimov Stirlingovho motora sa tiež zásadne líšia od tradičných, čo si vyžaduje vývoj špeciálnych ovládacích zariadení. Na zmenu výkonu je teda potrebné zmeniť tlak vo valcoch, fázový uhol medzi pretláčačom a hnacím piestom alebo ovplyvniť kapacitu dutiny pracovnou kvapalinou.
Jeden spôsob ovládania rýchlosti otáčania hriadeľa na modeli Stirlingovho motora je možné vidieť v nasledujúcom videu:
Efektívnosť
V teoretických výpočtoch závisí účinnosť Stirlingovho motora od teplotného rozdielu pracovnej tekutiny a môže dosiahnuť 70% alebo viac v súlade s Carnotovým cyklom.
Avšak prvé vzorky vyrobené z kovu mali extrémne nízku účinnosť z nasledujúcich dôvodov:
- neúčinné možnosti chladiacej kvapaliny (pracovnej kvapaliny), ktoré obmedzujú maximálnu teplotu vykurovania;
- straty energie v dôsledku trenia častí a tepelnej vodivosti krytu motora;
- neprítomnosť konštrukčné materiály odolný voči vysokému tlaku.
Inžinierske riešenia neustále zlepšovali dizajn pohonnej jednotky. Tak v druhej polovici 20. storočia štvorvalcový automobil Stirlingov motor s kosoštvorcovým pohonom vykazoval v testoch účinnosť 35 %. na vodnej chladiacej kvapaline s teplotou 55 °C. Starostlivý vývoj konštrukcie, použitie nových materiálov a jemné doladenie pracovných jednotiek zabezpečili účinnosť experimentálnych vzoriek 39 %.
Poznámka! Moderné benzínové motory podobného výkonu majú koeficient užitočná akcia pri 28-30% a preplňované dieselové motory v rozmedzí 32-35%.
Moderné príklady Stirlingovho motora, aký vytvorila americká spoločnosť Mechanical Technology Inc, vykazujú účinnosť až 43,5 %. A s rozvojom výroby žiaruvzdornej keramiky a podobne inovatívne materiály Bude možné výrazne zvýšiť teplotu pracovného prostredia a dosiahnuť účinnosť 60 %.
Príklady úspešnej implementácie automobilových Stirlingov
Napriek všetkým ťažkostiam je známych veľa účinných modelov Stirlingových motorov, ktoré sú použiteľné v automobilovom priemysle.
Záujem o Stirling, vhodný na montáž do auta, sa objavil v 50. rokoch 20. storočia. Prácu v tomto smere vykonali také koncerny ako Ford Motor Company, Volkswagen Group a ďalšie.
Spoločnosť UNITED STIRLING (Švédsko) vyvinula Stirling, ktorý maximálne využil sériové komponenty a zostavy vyrábané automobilkami (kľukový hriadeľ, ojnice). Výsledný štvorvalcový V-motor mal špecifickú hmotnosť 2,4 kg/kW, čo je porovnateľné s charakteristikou kompaktného naftového motora. Tento agregát bol úspešne testovaný ako elektráreň pre sedemtonovú nákladnú dodávku.
Jedným z úspešných vzoriek je štvorvalcový Stirlingov motor vyrobený v Holandsku, model „Philips 4-125DA“, určený na montáž na auto. Motor mal pracovný výkon 173 koní. s. v rozmeroch podobných klasickej benzínovej jednotke.
Inžinieri General Motors dosiahli významné výsledky postavením osemvalcového (4 pracovné a 4 kompresné valce) Stirlingovho motora v tvare V so štandardným kľukovým mechanizmom v 70. rokoch.
Podobný elektráreň v roku 1972 vybavený limitovanou sériou áut Ford Torino, ktorej spotreba paliva klesla o 25 % v porovnaní s klasickou benzínovou osmičkou v tvare V.
V súčasnosti viac ako päťdesiat zahraničných firiem pracuje na zlepšení konštrukcie Stirlingovho motora s cieľom prispôsobiť ho sériovej výrobe pre potreby automobilového priemyslu. A ak sa podarí eliminovať nevýhody tohto typu motora a zároveň zachovať jeho výhody, potom to bude práve Stirling, a nie turbíny a elektromotory, ktoré nahradia benzínové spaľovacie motory.
Stirlingov motor je druh motora, ktorý začína pracovať z tepelnej energie. V tomto prípade je zdroj energie úplne nepodstatný. Hlavná vec je, že existuje rozdiel teplotný režim, v tomto prípade bude takýto motor fungovať. Teraz sa pozrieme na to, ako si môžete vytvoriť model takéhoto nízkoteplotného motora z plechovky Coca-Coly.
Materiály a príslušenstvo
Teraz sa pozrieme na to, čo musíme vziať na vytvorenie motora doma. Čo si musíme vziať na stirling:
- Balón.
- Tri plechovky koly.
- Špeciálne svorky, päť kusov (5A).
- Vsuvky na pripevnenie lúčov bicykla (dva kusy).
- Kovová vlna.
- Kus oceľového drôtu dlhý tridsať cm a prierez 1 mm.
- Veľký kus ocele resp medený drôt s priemerom od 1,6 do 2 mm.
- Drevený špendlík s priemerom dvadsať mm (dĺžka jeden cm).
- Uzáver fľaše (plastový).
- Elektrické rozvody (tridsať cm).
- Špeciálne lepidlo.
- Vulkanizovaná guma (asi 2 centimetre).
- Rybársky vlasec (dĺžka tridsať cm).
- Niekoľko závaží na vyváženie (napríklad nikel).
- CD (tri kusy).
- Špeciálne tlačidlá.
- Plechovka na vytvorenie ohniska.
- Tepelne odolný silikón a plechovka na vodné chladenie.
Popis procesu tvorby
Fáza 1. Príprava pohárov.
Najprv by ste mali vziať 2 plechovky a odrezať ich hornú časť. Ak sa vrchné časti odrežú nožnicami, výsledné zárezy sa budú musieť vypilovať pilníkom.
Etapa 2. Výroba membrány.
Ako membránu môžete použiť balón, ktorý by mal byť vystužený vulkanizovanou gumou. Guľa musí byť rezaná a natiahnutá na nádobu. Potom na strednú časť membrány nalepíme kúsok špeciálnej gumy. Po vytvrdnutí lepidla, v strede membrány vyrazíme otvor na inštaláciu drôtu. Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, je použiť špeciálne tlačidlo, ktoré je možné ponechať v otvore až do montáže.
Krok 3: Rezanie a vytváranie otvorov vo veku.
V stenách krytu je potrebné vytvoriť dva otvory po dvoch mm, ktoré sú potrebné na inštaláciu osi otáčania pák. V spodnej časti veka musí byť vytvorený ďalší otvor, cez ktorý bude prechádzať drôt, ktorý bude pripojený k premiestňovaču.
V poslednej fáze musí byť veko odrezané. Deje sa tak, aby sa zabránilo zachyteniu vytesňovacieho drôtu o okraje krytu. Pre takúto prácu si môžete vziať nožnice pre domácnosť.
Etapa 4. Vŕtanie.
Do nádoby musíte vyvŕtať dva otvory pre ložiská. V našom prípade to bolo vykonané 3,5 mm vrtákom.
Fáza 5. Vytvorenie zobrazovacieho okna.
V kryte motora musí byť vyrezané špeciálne okno. Teraz môžete sledovať, ako fungujú všetky komponenty zariadenia.
6. fáza Úprava koncoviek.
Musíte zobrať svorky a odstrániť z nich plastovú izoláciu. Potom vezmeme vŕtačku a urobíme priechodné otvory na okrajoch svoriek. Celkovo je potrebné vyvŕtať tri koncovky. Dve koncovky nechajme nevyvŕtané.
Fáza 7. Vytváranie pákového efektu.
Materiál použitý na výrobu pák je medený drôt, ktorého priemer je len 1,88 mm. Oplatí sa vyhľadať na internete, ako presne ohýbať pletacie ihlice. Môžete tiež použiť oceľový drôt, s medeným drôtom sa jednoducho pracuje.
Etapa 8. Výroba ložísk.
Na výrobu ložísk budete potrebovať dve cyklovsuvky. Je potrebné skontrolovať priemer otvorov. Autor ich prevŕtal dvojmilimetrovým vrtákom.
9. fáza. Montáž pák a ložísk.
Páky je možné umiestniť priamo cez priezor. Jeden koniec drôtu by mal byť dlhý, zotrvačník na ňom bude spočívať. Ložiská by mali byť pevne usadené na správnych miestach. Ak existuje nejaká vôľa, môžu byť prilepené.
Etapa 10. Vytvorenie vytesňovača.
Vytesňovač je vyrobený z oceľovej vlny na leštenie. Na výrobu premiestňovača sa vezme oceľový drôt, na ňom sa vytvorí háčik a potom sa navinie na drôt určité množstvo vata. Vytesňovač musí mať rovnakú veľkosť, aby sa v banke pohyboval hladko. Celá výška vytesňovača by nemala byť väčšia ako päť centimetrov.
Na konci z jednej strany vaty treba spraviť špirálku z drôtu, aby nevychádzala z vaty a na druhej strane drôtu urobíme očko. Potom na túto slučku priviažeme vlasec, ktorý sa následne pritiahne cez strednú časť bránice. Vulkanizovaná guma by mala byť v strede nádoby.
Etapa 11. Výroba tlakovej nádoby
Musíte odrezať dno nádoby určitým spôsobom tak, aby od jej základne zostalo asi 2,5 cm. Posúvač spolu s membránou je potrebné presunúť do nádrže. Potom sa celý tento mechanizmus prenesie na koniec plechovky. Membránu treba trochu dotiahnuť aby neklesol.
Potom musíte vziať terminál, ktorý nebol vyvŕtaný, a prejsť cez neho rybársku líniu. Uzol musí byť prilepený tak, aby sa nehýbal. Drôt musí byť riadne namazaný olejom a zároveň dbať na to, aby premiestňovač mohol ľahko ťahať vlasec za ním.
Etapa 12. Výroba tlačných tyčí.
Tieto špeciálne tyče spájajú membránu a páky. Je vyrobený z kusu medeného drôtu dlhého pätnásť cm.
13. fáza. Vytvorenie a inštalácia zotrvačníka
Na výrobu zotrvačníka berieme tri staré CD. Zoberme si drevenú tyč ako stred. Po inštalácii zotrvačníka ohnite tyč kľukového hriadeľa tak, aby zotrvačník nespadol.
V poslednej fáze je celý mechanizmus kompletne zostavený.
Posledným krokom je vytvorenie ohniska
Tak sme prišli posledný krok pri vytváraní motora.
