Модель двигателя стирлинга: Купить двигатель Стирлинга

Содержание

Двигатели Стирлинга стационарные — Boehm — Паровые машины и двители

ГлавнаяО насНовостиИнтернет-магазинПродукция ЕвротрейнПроизводство и макеты

Двигатели Стирлинга стационарные

Двигатель Стирлинга – прошлое и настоящее 

 Запатентовано впервые подобное устройство шотландским священником, по имени которого и назван двигатель. Случилось это в далеком 1816 году.
Конечно, аналогичные элементарные устройства были известны задолго до Роберта Стирлинга. Однако его достижением следует считать добавление очистителя. Он позволяет увеличить производительность тепловой машины и удерживает тепло в теплом участке двигателя, одновременно с тем, как рабочее тело испытывает охлаждение. Данный процесс значительно увеличивает эффективность системы. В 1843 году автор изобретения использовал его на заводе, где он служил инженером.
Спустя почти сто лет фирма «Филипс» вложила инвестиции в мотор Стирлинга. Эта тепловая машина обладает массой преимуществ и имела широкое распространение во времена паровых машин.

В девятнадцатом веке инженеры стремились создать устройства, которые были бы достойной альтернативой паровым двигателям той эпохи: ведь они часто взрывались из-за высокого давления или неудачных материалов используемых для их постройки. Прекрасной альтернативой и являлись двигатели Стирлинга, которые способны были преобразовать в работу, какую угодно разницу температур. Главный принцип работы заключается в нагревании и охлаждении рабочего тела в замкнутом цилиндре. Роль рабочего тела играют воздух, но порой используют гелий или водород. Двигатель Стирлинга применяется тогда, когда нужен компактный преобразователь энергии тепла, имеющий простое устройство, или когда другие тепловые двигатели неэффективны – к примеру, когда разница температур недостаточна для газовой или паровой турбины.

Помимо «большого» мира двигатели Стирлинга получили широкое распространение среди моделистов и коллекционеров. Подобные двигатели «внешнего» сгорания  незаменимы в моделях, ведь они простые, «всеядные» к топливу, имеют увеличенный ресурс, экономичны, бесшумны и безопасны в плане экологии.    

Действующие модели двигателя Стирлинга из Германии. Мы эксклюзивно представляем в России двигатели Стирлинга. Только у нас вы можете купить двигатель Стирлинга и аксессуары с фирменной гарантией. 
 

Двигателем Стирлинга называют тепловую машину, жидкое или газовое рабочее тело, которого перемещается в замкнутом объеме. По сути, это разновидность так называемого двигателя внешнего сгорания. Работа его основывается на нагреве, а затем охлаждении рабочего тела. При этом извлекается энергия из происходящего при этом трансформации объема рабочего тела. Подобная тепловая машина способна работать не только благодаря сжиганию топлива, но также и от какого угодно теплового источника. 

Модель двигателя Стирлинга — презентация онлайн

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

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

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

5. Аналоги решения поставленной проблемы Их недостатки и достоинства:

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

6. Решение проблемы

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

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

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

8. Область применения решения

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

Двигатель Стирлинга

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

У двигателя внутреннего сгорания есть альтернатива?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Над данной проблемой учёные работают уже не один год.

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

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

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

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

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

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

Задачи проекта:

Проанализировать материал на тему история создания двигателя Стирлинга.

Используя информационные источники провести анализ моделей двигателя Стирлинга.

Подобрать подходящий проект модели двигателя.

Создать действующую модель двигателя Стирлинга в домашних условиях.

В процессе работы были использованы следующие методы:

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

Метод обработки и анализа моделей двигателя Стирлинга.

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

Наблюдение.

Объект исследования: перспективность внешнего двигателя.

Предмет исследования: модель двигателя Стирлинга.

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

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

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

ИСТОРИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА [3]

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

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

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

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Внешний источник тепла нагревает газ в нижней части

теплообменного цилиндра.

Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх (обратите

внимание, что вытеснительный

поршень неплотно

прилегает к стенкам).

Маховик толкает

вытеснительный

поршень вниз, тем самым перемещая

разогретый воздух из нижней части в

охлаждающую камеру.

Воздух остывает и

сжимается, поршень опускается вниз.

Вытеснительный поршень поднимается

вверх, тем самым

перемещая охлаждённый

воздух в нижнюю часть. И цикл

повторяется.

КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ [5]

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

а) режим работы;

б) способ соединения цилиндров;

в) способ соединения поршней.

Имеются три типа соединения цилиндров.

Альфа-Стирлинг — содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень — горячий, другой — холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике.


Бета-Стирлинг — цилиндр всего один, горячий с одного конца и холодный с другого. Внутри цилиндра движутся поршень (с которого снимается мощность) и «вытеснитель», изменяющий объем горячей полости. Газ перекачивается из холодной части цилиндра в горячую, через регенератор. Регенератор может быть внешним, частью теплообменника, или совмещённым с поршнем-вытеснителем.


Гамма-Стирлинг — тоже есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра — один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром.


ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

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

1 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

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

Составные части модели двигателя Стирлинга:

Маховик

Арматура двигателя удерживающая коленчатый вал и маховик

Шатун

Шатун

Цилиндр с горячим телом

Топливный отсек

Коленчатый вал

Цилиндр с холодным телом

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

2 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

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

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

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

3 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

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

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

Рис.6 Модель двигателя Стирлинга

Составные части модели двигателя Стирлинга:

Маховик

Электромотор в роли генератора для съема мощности

«Холодный» цилиндр

«Горячий» цилиндр

Подставка под конструкцию двигателя

Место для нагревателя

Потребитель электричества (Лампочка)

Вывод: Данная модель двигателя Стирлинга работает.

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследуемой работы были получены следующие результаты:

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

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

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

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

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

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

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

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

ЛИТЕРАТУРА

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

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

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

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

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

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

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

МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ ИЛИ ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА

МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ ИЛИ ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА

Бакалов А.М. 1Тихонов А.А. 1

1МОУ СОШ №53

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Сегодня, нафонеширокоизвестныхисточниковальтернативнойэнергии, начинаетпоявлятьсяещёоднохитроеустройство. Придумали его почти двести лет назад, но не справедливо забыли в эпоху дешевых энергоносителей, имя ей — Двигатель Стирлинга.

Это устройство способно преобразовывать любую тепловую энергию, в механическую. Его можно подключить к генератору и получать электричество. Или к насосу, циркулярной пиле, короче, к любому потребителю механической энергии. Наиболее заманчиво выглядит утилизация, с его помощью, тепла, вылетающего в трубы котельных, дровяных печей или падающего на нас с неба, в виде солнечных лучей.

Но самое главное – это то, что этот двигатель можно собрать своими силами.

Руководствуясьпояснением принципа работы двигателя Стирлинга и рекомендациями его изготовления и опираясь на технологию изготовления моделей из подручных материалов собираем своюмодель.

Рис.1.Схема устройства двигателя Стирлинга.

Описание изготовления изделия.

1.Изготовление цилиндра.

Он изготавливается из двух банок от чипсов, у которых металлическое донышко и картонная стенка- это то, что нам нужно. Отрезаем две половины цилиндра.

На одной (верхней), размечаем центры 2 отверстий. Одно отверстие под центральную втулку для толкателя вытеснителя, другое к краю крышки. Сверлим два отверстия 2,5мм и 5мм соответственно.

Припаиваем медную трубку (держатель) к центральному отверстию верхней крышки, для закрепления в ней фторопластовой втулки.

Над вторым отверстием, с помощью эпоксилина приклеиваем штуцер (1.2дюйма).

Из скрепок изготовляем два держателя для коленчатого вала и закрепляем их на верхней крышке. Изготовление цилиндра(корпуса), еще не завершена, к нему еще вернемся.

2.Изготовление вытеснителя.

Из картона вырезаем вытеснитель. Диаметр картонного вытеснителя меньше внутреннего диаметра цилиндра на 2-3мм. Картон применяю потому, что он плохо проводит тепло и держит температуру. Для придания вытеснителю высоты склеиваем из нескольких слоев(3-4) картона. Изготавливаем из скрепки толкатель. Вклеиваем (Момент) его в вытеснитель.

Вставляем вытеснитель в цилиндр и втулку.

Скрепляем две половины корпуса цилиндра малярной лентой, максимально герметично.

Замеряем ход вытеснителя, этот размер нужен для изготовления коленчатого вала.

3. Изготовление коленчатого вала.

Колено на коленчатом валу равно половине хода толкателя(4мм).

Изготовляем коленчатый вал 2 с двумя коленами.

Из скрепок выполняем шатуны и одеваем их на коленчатый вал 2. Для исключения болтания их на коленчатом валу, вставляем кусочки изоляции от провода. Вставляем коленчатый вал в держатели 3,4 на корпусе цилиндра 7.

На резиновую мембрану 6 закрепляем толкатель (изготовленный из скрепки и обмотан нитками на одном конце). Надеваем мембрану на штуцер. При помощи термо-трубки соединяем толкатели и шатуны (нагревом закрепляем).

Из CD диска изготавливаем моховик 1, для веса используем два диска, закрепляем их на коленчатом валу 2, предварительно изготовив переходнуювтулку. Из медной проволоки изготавливаем подставку3,4 и припаиваем к корпусу цилиндра. При помощи свечи 8(нагрев) проверяем двигатель в работе.

Рис.2.Двигатель Стирлинга.1.Маховик.2.Коленчатый вал.3.4.Держатели.5.Втулка малого цилиндра.6.Втулка больщого цилиндра.7.Цилиндр.8.Свеча.

Вывод:

1.Простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.2.Экономичность — в случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги иногда дают больший КПД (до 31,25 %), чем тепловые машины на пару.3Бесшумность двигателя — стирлинг не имеет выхлопа, а значит — не шумит. ромбический механизм является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).

Литература:

1.УокерГ.Машины работающие по циклу Стирлинга.Энергия 1978г.

2.РидерГ. ХуперЧ. .Двигатели Стирлинга Из-во «Мир» М. 1986г.

3. Уокер.Г Двигатели Стирленга. М.изд. «Машиностроение» 1985г.

4.Васильев Г. П., Хрустачев Л. В., Розин А. Г., Абуев И. М. и др. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии // Правительство Москвы Москомархитектура, ГУП «НИАЦ», 2001. — 66C.

Просмотров работы: 621

Математическая модель свободнопоршневого двигателя Стирлинга

Библиографическое описание:

Бобылев, А. В. Математическая модель свободнопоршневого двигателя Стирлинга / А. В. Бобылев, В. А. Зенкин. — Текст : непосредственный // Техника. Технологии. Инженерия. — 2017. — № 1 (3). — С. 22-27. — URL: https://moluch.ru/th/8/archive/46/1862/ (дата обращения: 10.04.2022).



Представлено описание термодинамической модели двигателя Стирлинга, приведены основные уравнения и результаты моделирования 57-икиловаттной свободно-поршневой установки бета-типа.

Ключевые слова: двигатель Стирлинга, математическая модель, термодинамическая модель, свободнопоршневой двигатель, двигатель Била

Двигатель Стирлинга — это машина, работающая по замкнутому термодинамическому циклу, в которой циклические процессы сжатия и расширения происходят при различных уровнях температур, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема [1]. В настоящее время они применяются, когда необходима длительная работа энергетической установки без обслуживания, в случае жестких требований по многотопливности, или, например, по шуму. Данные двигатели применяют в солнечной энергетике, подводном флоте, различной спецтехнике. В космической отрасли двигатели Стирлинга возможно использовать в качестве энергетических установок, работающих на атомных или радиоизотопных источниках тепла.

Для задач проектирования в настоящее время применяют математические модели различного уровня сложности. Эти модели необходимы для того, чтобы подобрать параметры двигателя, получить его предварительные характеристики исходя из заданных требований.

Их разработка и реализация в настоящее время активно продолжается как в России [4], [5], [6], так и за рубежом [7], [8], [9].

В качестве первого этапа расчетного анализа двигателя Стирлинга широко применяются термодинамические математические модели, разработке которой и посвящена настоящая статья.

Математическая модель описывает рабочий процесс свободнопоршневого двигателя Стирлинга. За основу была выбрана установка, разрабатываемая NASA [3] в качестве генератора электрической энергии на космических станциях, приводимая в работу от ядерного реактора либо от солнечных батарей. Рабочее тело — гелий. Схема свободнопоршневого двигателя Стирлинга представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема свободнопоршневого двигателя Стирлинга

При формулировке математической модели был принят ряд допущений:

‒ рабочая область разбита на восемь объемов:

‒ полость сжатия, ;

‒ холодильник, ;

‒ регенератор, разбитый на три объема, ;

‒ нагреватель, ;

‒ полость сжатия, ;

‒ буферная полость, ;

‒ газ, находящийся внутри каждого из объемов, описывается первым законом термодинамики для открытых систем;

‒ движение вытеснителя и рабочего поршня — свободное, описано вторым законом Ньютона;

‒ тепловое состояние деталей конструкции не изменяется во времени и предполагается заданным;

‒ теплообмен в теплообменниках и регенераторе описывается законом Ньютона-Рихмана;

‒ утечки через зазоры отсутствуют;

‒ перетекание газа из объема в объем рассчитывается по квазистационарным соотношениям.

Схема сил, действующих на вытеснитель и рабочий поршень представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема приложения сил к вытеснителю и рабочему поршню

Модель двигателя описывается восемнадцатью интегрируемыми уравнениями, которые приведены ниже:

1) Уравнение перемещения вытеснителя

,

где – перемещение вытеснителя, м;

– скорость вытеснителя, м/с.

2) Уравнение перемещения рабочего поршня

,

где – перемещение рабочего поршня, м;

– скорость рабочего поршня, м/с.

3) Уравнение скорости вытеснителя

,

где,, — давления в буферной полости, полости сжатия и полости расширения соответственно, Па;

, , — площади штока, вытеснителя со стороны полости сжатия и вытеснителя со стороны полости расширения соответственно, ;

– коэффициент демпфирования вытеснителя, кг/с;

– коэффициент жесткости пружины вытеснителя, ;

– масса вытеснителя, кг.

4) Уравнение скорости рабочего поршня

,

где – площадь рабочего поршня, ;

– коэффициент демпфирования рабочего поршня, кг/с;

– коэффициент жесткости пружины рабочего поршня, ;

– масса рабочего поршня, кг.

5) Уравнения расхода рабочего тела через полость сжатия

,

где , если –расход через проходное сечение между полостью сжатия и холодильником, кг/с. Остальные расходы через проходные рассчитываются аналогично;

— давление в холодильнике, Па;

– плотность рабочего тела в полости сжатия, ;

— показатель адиабаты;

– площадь проходного сечения из полости сжатия в холодильник.

6) Уравнение расхода рабочего тела через холодильник

7) Уравнение расхода рабочего тела через первую полость регенератора

8) Уравнение расхода рабочего тела через вторую полость регенератора

9) Уравнение расхода рабочего тела через третью полость регенератора

10) Уравнение расхода рабочего тела через нагреватель

11) Уравнение расхода рабочего тела через полость расширения

12) Уравнение внутренней энергии для полости сжатия

,

где — поток энтальпии через проходное сечение, Дж/с;

– удельная теплоемкость рабочего тела при постоянном давлении.

13) Уравнение внутренней энергии для холодильника

,

где – площадь поверхности теплообмена в соответствующей полости, ;

– коэффициент теплоотдачи в соответствующей полости, ;

– температура поверхности теплообмена, К;

— температура рабочего тела, К.

14) Уравнение внутренней энергии для первой полости регенератора

15) Уравнение внутренней энергии для второй полости регенератора

16) Уравнение внутренней энергии для третьей полости регенератора

17) Уравнение внутренней энергии для нагревателя

18) Уравнение внутренней энергии для полости расширения

Значения констант и коэффициентов для рассматриваемого двигателя были приняты, основываясь на [3].

В качестве среды разработки использовался программный комплекс Matlab [2]. Модель была составлена в соответствии с функциональной парадигмой программирования, для интегрирования дифференциальных уравнений был применен метод Рунге-Кутты четвертого порядка.

Результаты математического моделирования

В результате интегрирования системы уравнений, описанных выше, были получены характеристики рабочего процесса двигателя, представленные в таблице 1.

Таблица 1

Интегральные характеристики свободнопоршневого двигателя Стирлинга

Эффективная мощность, кВт

57,4

Частота, Гц

94,3

Средняя температура в нагревателе, К

894,9

Средняя температура в холодильнике, К

469

Среднее давление, МПа

13,8

Амплитуда рабочего поршня, мм

15,1

Амплитуда вытеснителя, мм

8,1

Фаза между вытеснителем и поршнем, градус

61,1

Фаза между вытеснителем и давлением, градус

74,7

Фаза между поршнем и давлением, градус

13,6

Мгновенные значения параметров моделируемой системы приведены на рисунках ниже. PV-диаграмма представлена на рис. 3. На рис. 4 представлен график движения поршней, на рис. 5–6 представлены графики параметров газа в теплообменниках.

Рис. 3. PV-диаграмма двигателя

Рис. 4. График перемещения вытеснителя и рабочего поршня в зависимости от времени

Рис. 5. Температура в холодильнике и нагревателе в зависимости от времени

Рис.6. Масса рабочего тела в холодильнике и нагревателе в зависимости от времени

Заключение

В результате проделанной работы была создана математическая модель свободнопоршневого двигателя Стирлинга, которая может быть использована для первичной оценки показателей двигателя, анализа его рабочего процесса, решения вопросов управления и функционирования в рамках надсистем.

Литература:

1. Уокер, Г. Двигатели Стирлинга/Сокр. пер. с англ. Б. В. Сутугина и Н. В. Сутугина.–М.: Машиностроение, 1985.–408 с., ил.

2. Программный комплекс MATLAB. Режим доступа: http://matlab.ru (дата обращения 21.12.16).

3. Langlois, Justin L. R. Dynamic computer model of a Stirling space nuclear power system. Trident Scholar project report no. 345.–Annapolis: US Naval Academy, 2006.

4. Светлов В. А., Ефимов С. И., Иващенко Н. А., Сячинов А. В. Методика определения параметров теплообмена во внутреннем контуре двигателя Стирлинга// “Двигатель — 97”. Материалы международной научно-технической конференци. — М.: Изд. МГТУ. — 1997.

5. Веревкин М. Г. Метод комплексного теплового и конструкторского расчета термомеханического генератора // Известия ВУЗов. Машиностроение, 2004. —№ 10. -С.33–37.

6. Абакшин А. Ю. Численное моделирование процессов тепло- и массобмена в цилиндрах двигателя с внешним подводом теплоты / А. Ю. Абакшин, Г. А. Ноздрин, М. И. Куколев // Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2012. –№ 2–2(1477). —с.164–167.

7. Kouji Kumagai, Hiroyuki Yamasaki. Performance Prediction of Linear Stirling Power Generator with Two Displacers// 6th International Energy Conversion Engineering Conference (IECEC) (28–30 July 2008, Cleveland, Ohio).

8. Kwanchai Kraitong. Numerical modelling anddesign optimisation of Stirling engines for power production// World Renewable Energy Congress 2011 (8–13 May 2011, Linkoping, Sweden).

9. Hang-Suin Yang, Chin-Hsiang Cheng. A Nonlinear Non-dimensional Dynamic Model for Free Piston Thermal-lag Stirling Engine// Energy Procedia (December 2014)

Основные термины (генерируются автоматически): рабочее тело, рабочий поршень, полость сжатия, внутренняя энергия, Уравнение расхода, полость регенератора, свободнопоршневой двигатель, математическая модель, полость расширения, проходное сечение.

3d модель двигателя Стирлинга. Рабочая сборка.

Сборка1 — копия.iam

схема сборки autodesk.mp4

шарнир вытеснителя.ipt

шатун вытеснителя.ipt

шатун рабочего поршня.ipt

шток вытеснителя.ipt

3d модель двигателя Стирлинга.png

анимация autodesk.mp4

втулка маховика 1.ipt

втулка маховика 2.ipt

вытеснитель.ipt

Камера нагрева.ipt

камера охлаждения.ipt

кривошип вытеснителя.ipt

кривошип поршня.ipt

крышка вытеснителя.ipt

ось кривошипа.ipt

ось маховика.ipt

ось рабочего поршня.ipt

ось шарнира вытеснителя.ipt

плита привода.ipt

плита цилиндров.ipt

рабочий поршень.ipt

рабочий цилиндр.ipt

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

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

Поделиться этим лотом:

Модели двигателей Стирлинга — комплекты, готовые к запуску и самостоятельные работы

Модели двигателя Стирлинга

Какой из них лучше для вас?

Двигатели Стирлинга не имеют клапанов и могут работать на любом источнике тепла, от солнечного света до кубиков льда.

Интересно, правда?

Модели двигателя Стирлинга могут варьироваться от дешевых до красивых (и дорогих!)

Итак, вы, возможно, получили ошибку двигателя Стирлинга, и теперь вы хотите знать, что доступно в мире моделей двигателей Стирлинга.

Модели двигателей Стирлинга варьируются от самодельных проектов, которые вы собираете из хлама на своей кухне, до прекрасно сделанных коммерческих версий, которые произведут впечатление на ваших друзей.

Некоторые двигатели настолько красивы, что по праву принадлежат художественным музеям или частным коллекциям произведений искусства.

 Краткое изложение настоящей статьи

В этой статье перечислены все основные типы двигателей Стирлинга и приведены один или два примера моделей каждого типа.

Вы можете прочитать эту страницу вместе с нашей страницей анимации двигателя Стирлинга, чтобы лучше понять, как они работают и какие из них вас больше всего интересуют.

Некоторые из представленных здесь двигателей готовы к запуску, другие представляют собой комплектные двигатели, а один является уникальным произведением искусства.

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

  1. Альфа Двигатели Стирлинга
  2. Бета Двигатели Стирлинга
  3. Рингбом Двигатели Стирлинга
  4. Гамма Двигатели Стирлинга
  5. Низкотемпературные разностные двигатели Стирлинга
  6. Двигатели Стирлинга с ромбическим приводом
  7. Сделай сам
  8. Произведения искусства

Альфа Двигатели Стирлинга

Первый тип, о котором я собираюсь рассказать, — это двигатель Альфа Стирлинга.

Этот тип имеет два отдельных цилиндра, один с подогревом, а другой с охлаждением, соединенных между собой трубой за поршнем.

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА АЛЬФА ИМЕЕТ ДВА ЦИЛИНДРА, ОДИН С НАГРЕВАНИЕМ И ОДИН С ОХЛАЖДЕНИЕМ.

Каждый из них содержит поршни, которые прикреплены к одному и тому же маховику и попеременно сжимаются, заставляя маховик вращаться.

Некоторые особенности движка Alpha:

  1. Более высокая удельная мощность
  2. Легче разделить горячую и холодную части

Бета Двигатели Стирлинга

Бета-двигатель Стирлинга обычно имеет только один цилиндр, содержащий один поршень и один вытеснитель, которые часто, но не всегда, соединены маховиком.

Цилиндр нагревается с одного конца и охлаждается с другого.

Существует множество вариантов бета-двигателя Стирлинга, в том числе двигатель Стирлинга со свободным поршнем и двигатели с ромбическим приводом, о которых мы поговорим позже.

Вот один из примеров бета-двигателя Стирлинга.

Двигатель Стирлинга Beta с ромбическим приводом

Рингбом Двигатели Стирлинга

Двигатели

Ringbom интересны тем, что у них нет механического соединения, которое перемещает буек.

Буек перемещается только из-за изменения давления внутри двигателя.

Вот крупный план двигателя Рингбом Стирлинга.

Что движет буйком?

Часто буек либо подвешен сверху, либо частично поддерживается снизу пружиной.

Затем буек прикрепляется к стержню большого диаметра.

Изменение давления воздуха внутри двигателя толкает или тянет этот стержень, и буек перемещается вверх и вниз, казалось бы, без каких-либо движений.

Это позволяет буйку находиться в верхней или нижней части цилиндра примерно половину времени цикла.

Эту особенность некоторых двигателей Ringbom Stirling трудно понять.

Гамма Двигатели Стирлинга

Вот пример гамма-двигателя Стирлинга, который вы можете приобрести на Amazon.

Гамма-двигатель Стирлинга имеет два цилиндра, в одном из которых находится силовой поршень, а в другом — вытеснитель.

Цилиндры расположены рядом друг с другом, а воздух проходит через небольшое отверстие между ними.

Силовой поршень и вытеснитель часто соединяются маховиком.

Низкотемпературные разностные двигатели

Наш комплект двигателя Стирлинга MM-5. Инструкцию по сборке вы можете найти здесь.

Низкотемпературный разностный двигатель (LTD) представляет собой разновидность двигателя Стирлинга гамма-типа, в котором силовой цилиндр обычно перемещается поверх вытеснительного цилиндра.

Но поскольку они предназначены для работы при небольших перепадах температур, они короче и намного шире, чем двигатели с пламенным нагревом.

Некоторые двигатели Стирлинга с разницей низких температур работают при разнице температур всего в 1/2 градуса Цельсия.

Некоторые примеры теплового двигателя

Наш двигатель ММ-7, работающий от тепла вашей руки.

Другая версия этого двигателя — двигатель Стирлинга MM-7, который может работать от тепла вашей руки! Вы можете найти это здесь.

Это очень впечатляет, чтобы показать его друзьям или поставить на рабочий стол и заставить работать бесконечно при крошечных (и часто не поддающихся обнаружению) перепадах температур.

Двигатели Стирлинга с ромбическим приводом

Двигатель Стирлинга с ромбическим приводом имеет только один цилиндр, содержащий поршень и вытеснитель.

Это означает, что это вариант бета-конфигурации.

Вытеснитель и поршень работают вместе, чтобы протолкнуть один из углов ромба, что заставляет его проталкиваться вниз и одновременно выталкиваться наружу.

Выступающие углы соединены с двумя маховиками, которые заставляют их вращаться в противоположных направлениях.

При вращении они заставляют ромб чередоваться между сплющиванием по горизонтали и сплющиванием по вертикали, в то время как поршень движется вверх и вниз.

Если вы не знакомы с ними, вы можете заглянуть на нашу страницу анимаций.

Ромбические приводы отсутствуют на рынке

Предпринимателям на заметку: Мне не удалось найти ни одного образца двигателей Стирлинга с ромбическим приводом в продаже, поэтому есть возможность здесь для кого-то.

Это позор, потому что с этими двигателями происходит много интересного визуально.

Эти двигатели также могут быть на 100% сбалансированы по массе и работать очень плавно.

 

Бета-двигатель Стирлинга с конфигурацией ромбического привода.

Сделай сам

Этот низкотемпературный разностный двигатель был построен из домашнего хлама и нескольких товаров из супермаркета¹.

Если вы ищете двигатель, который можно собрать самостоятельно, возможно, вам подойдет двигатель Стирлинга с низким перепадом температур.

У нас есть набор, который вы можете приобрести здесь, но вы также можете прочитать статью «Сделай сам» здесь, чтобы узнать, как вы можете сделать его из мусора, который вы, вероятно, можете найти на своей кухне.

Произведения искусства

Иногда двигатели Стирлинга делают исключительно из-за их красоты.

Взгляните на некоторые великолепные произведения искусства ниже.

Этот паровозик Стирлинга создан по образцу поезда и станет прекрасным дополнением к любой коллекции.

 

Этот двигатель состоит из двух компонентов и создан по образцу колеса обозрения. Есть несколько моделей двигателей Стирлинга, которые вы можете купить, и я надеюсь, что теперь у вас есть более глубокое понимание каждой из них.

Скриншот из видео на YouTube с изображением 16-цилиндрового двигателя Стирлинга.

Пожалуйста, прокомментируйте ниже

Пожалуйста, расскажите нам, что именно вы искали, когда пришли на эту страницу. Это поможет нам улучшить его и сделать.

Это также отличное место для того, чтобы оставлять свои комментарии (и ссылки) на любые ваши любимые модели.

Спасибо.


¹Фото: блог Myfordboy

 

Двигатели с циклом Стирлинга — PM Research

Двигатель Стирлинга, или двигатель горячего воздуха, как его иногда называли, был изобретен в 1700-х годах.Однако в 1816-1817 годах он был улучшен преподобным Робертом Стирлингом, шотландским священником. Патент Стерлинга теперь признан блестящим изобретением, намного опередившим свое время.

К концу 19-го -го -го века были разработаны электродвигатель и бензиновый двигатель, которые, из-за их большей мощности для данного размера, начали заменять двигатели Стирлинга дня. Тем не менее, двигатели типа Стирлинга продолжали работать там, где другие источники энергии были недоступны до 1920-х годов.

Вещи оставались относительно неизменными на протяжении десятилетий. Мир был удовлетворен ископаемым топливом и электричеством в качестве основного источника энергии. Постепенно мир начал осознавать проблемы с топливом, с которыми сталкивается наше современное общество.

В 1977 году компания Solar Engines выпустила наш «оригинальный» двигатель с циклом Стирлинга». Этот «оригинальный» движок был источником вдохновения для десятков тысяч компаний и частных лиц. Десятки научных журналов использовали наш «оригинальный» двигатель для обсуждения множества будущих возможностей двигателя с циклом Стирлинга.Общественная вещательная сеть в своей постановке NOVA «Анатомия механического сердца» представила наш «Оригинальный» движок. Двигатель с циклом Стирлинга обладает огромным потенциалом в этой области из-за присущей ему высокой надежности и способности работать на любой форме тепла.

К 1979 году все говорили о наших энергетических проблемах. В том же году компания Solar Engines представила первый в мире серийный «SUN MOTOR». Этот двигатель, оснащенный параболическим зеркалом в качестве концентратора, преобразует солнечную энергию непосредственно во вращательное движение.Этот двигатель ярко демонстрирует инженерам и непрофессионалам, что можно использовать энергию солнца.

В последующие годы от инженеров и экспериментаторов поступило много запросов на солнечный двигатель, в котором можно было бы легко создать давление. Объединив знания, полученные в ходе нашего производства «Sun Motor», с запросом на экспериментальный двигатель, мы создали «Sun Runner».

Человек, независимо от его происхождения, который впервые увидит, как работает «паровозик с горячим воздухом», всегда будет очарован.Это привело к большой группе коллекционеров этих двигателей. Для удовлетворения этих потребностей мы также предлагаем наш «вертикальный двигатель с циклом Стирлинга», «вакуумный пожиратель пламени» и «вентилятор с приводом от Стирлинга».

Правительство США и многие крупные корпорации проводят технико-экономические обоснования по принципу цикла Стирлинга. В настоящее время модели двигателей с циклом Стирлинга, производимые компанией Solar Engines, являются единственными серийно выпускаемыми двигателями с циклом Стирлинга , доступными в мире .Более полная история двигателя с циклом Стирлинга доступна в книге Энди Росса «Двигатели с циклом Стирлинга».
ПОСМОТРЕТЬ СОЛНЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Полнофункциональный 16-цилиндровый двигатель Стирлинга, модель

Этот 16-цилиндровый двигатель Стирлинга представляет собой полнофункциональную модель, способную развивать скорость почти до 2000 об/мин. Он питается от сжигания бутана (газа для зажигалок), в задней части двигателя есть небольшой прозрачный цилиндр, который по медным трубкам подает газ к 8 основаниям задних «горячих» цилиндров.

Двигатели Стирлинга

Двигатели Стирлинга удивительно просты, они были первоначально запатентованы в 1816 году как безопасный метод преобразования тепловой энергии в механическую работу без каких-либо рисков, связанных с паровыми двигателями — в основном с опасностью взрыва котла, обычным явлением в 1800-х годах.

Первоначально изобретенный Робертом Стирлингом при участии его брата Джеймса, это была более новая и усовершенствованная версия двигателя горячего воздуха, существовавшего по крайней мере с 1699 года.Настоящим гением двигателя, разработанного Стирлингом, было использование замкнутого контура с использованием двух цилиндров с «регенератором» между ними, они назвали это двигателем Стирлинга типа «Альфа».

Преимущество двигателя Стирлинга заключается в его простоте и удобстве использования. На протяжении веков они использовались в бесчисленном количестве промышленных применений, включая водяные насосы, мельницы и заводское оборудование. В последние годы НАСА изучало двигатели Стирлинга с подогревом от ядерного распада в качестве источника энергии в длительных миссиях к внешним окраинам нашей Солнечной системы.

Здесь показан 16-цилиндровый двигатель Стирлинга

16-цилиндровый двигатель Стирлинга, который вы видите здесь, немного сложнее, чем у большинства, у него 8 тепловых цилиндров сзади и 8 охлаждающих цилиндров спереди — они имеют дополнительное охлаждение, обеспечиваемое воздушным винтом.

В центре видны трубки регенератора, это изогнутые металлические трубки, которые соединяют основания горячих цилиндров с основаниями холодных цилиндров, передавая горячий воздух в одном направлении, затем снова холодный воздух.

Эта настольная модель в основном изготовлена ​​из алюминиевого сплава, что обеспечивает долгий срок службы, она имеет прочную деревянную основу, которая надежно удерживает ее даже при работе на полной скорости, и вы можете пополнить бутан через небольшой входной клапан на задней панели. цилиндра (аналог зажигалки).

Чтобы запустить двигатель, вам просто нужно заполнить газ, открыть клапан, зажечь горелки, а затем запустить пропеллер вручную после того, как у двигателя будет 30 секунд для предварительного прогрева. Размер модели составляет 21 год.5 см х 10 см х 16,5 см.

Купить здесь

Работа Бена публиковалась в CNN, Popular Mechanics, Smithsonian Magazine, Road & Track Magazine, официальном блоге Pinterest, официальном блоге eBay Motors, BuzzFeed и многих других.

Silodrome был основан Беном еще в 2010 году, за годы, прошедшие с тех пор, как сайт стал мировым лидером в секторе альтернативных и винтажных автомобилей с миллионами читателей по всему миру и многими сотнями тысяч подписчиков в социальных сетях.

Модель двигателя Стирлинга в Национальном музее Шотландии

Двигатель Стирлинга работает на горячем воздухе, а не на паре. Его революционная технология, которой уже более 200 лет, сегодня стала еще более актуальной.

Более 200 лет двигателю Стирлинга

Модель двигателя Стирлинга в Национальном музее Шотландии (T.1975.66).

В июле 2016 года мы открыли нашу захватывающую новую галерею Energize как часть набора из шести новых галерей, демонстрирующих замечательные коллекции науки и техники в музее.

Имея на выбор тысячи предметов, выбор объектов для новой галереи может быть захватывающей, но в то же время сложной задачей. В игру вступают размер, историческое значение, требования к сохранению и демонстрации, а также возможность рассказывать увлекательные истории. Но исследуя источники, генерацию, распределение и использование энергии за последние 200 лет, галерея Energize стала прекрасной возможностью продемонстрировать часто упускаемый из виду двигатель Стирлинга.

Галерея Energize на уровне 5, Галереи науки и техники.

Файл данных о двигателе Стирлинга

Дата

Сделано изобретателем вскоре после его первоначального патента 1816 года

Сделано

Преподобный Роберт Стирлинг

Изготовлен из

Дерево, металл и кожа

Размеры

Высота 730 мм, ширина 320 мм, глубина 290 мм; Диаметр маховика 310мм; Вес 4.75 кг

Справочник музея

T.1975.66

На выставке

Energise, Уровень 5, Национальный музей Шотландии

Знаете ли вы?

Системы двигателей Стирлинга, установленные на подводных лодках, могут увеличить период пребывания под водой с нескольких дней до недель, а также сделать их намного тише — два больших преимущества, когда секретность имеет первостепенное значение.

Что такое двигатель Стирлинга?

Двигатель Стирлинга — это двигатель горячего воздуха, работающий не на паре, а на горячем воздухе. Как правило, простые, легко конструируемые двигатели преобразуют тепловую энергию в механическую энергию. Воздух попеременно нагревается и охлаждается, так что расширение, вызванное нагревом, приводит в движение поршень. Двигатели Стирлинга известны своей эффективностью, тихой работой и легкостью, с которой они могут использовать практически любой источник тепла.

Патент на двигатель Роберта Стирлинга от 1816 года.

Некоторая работа над идеей двигателей на горячем воздухе была проделана до Роберта Стирлинга, но его ключевой инновацией было то, что он назвал «экономайзером», который он запатентовал вместе с двигателем, включающим его в сентябре 1816 года. Теперь эта технология известна как регенератор. был разработан для повторного использования отработанного тепла двигателя. Это повысило эффективность, поскольку тепло можно было хранить и повторно использовать, уменьшая количество топлива, необходимого для работы.

Модель двигателя горячего воздуха Стирлинга

Модель теплового двигателя Роберта Стирлинга, сделанная изобретателем во время его первоначального патента в 1816 году.

Кем был Роберт Стерлинг?

Преподобный Роберт Стирлинг был служителем церкви Шотландии и проявлял большой интерес к технике. Он родился в Пертшире в 1790 году и в возрасте 15 лет начал учебу в Эдинбургском университете, где изучал физику.Он уехал из Эдинбурга в 1809 году, чтобы изучать богословие в Университете Глазго, и вернулся в Эдинбург, чтобы продолжить изучение богословия в 1814 году.

Фотография преподобного Роберта Стирлинга ок. конец 19 века.

К 1816 году Стирлинг был назначен на должность в Лай Кирк, Килмарнок. Вскоре после этого он представил свой первый патент в Шотландии. Казалось бы, интерес к инженерии зародился в семье. Его дед изобрел молотилку, а брат Джеймс был инженером-строителем.Роберт тесно сотрудничал со своим братом, чтобы разработать и усовершенствовать технологию двигателя горячего воздуха, которая не будет называться двигателем Стирлинга примерно через 100 лет после ее разработки.

Две модели двигателя Стирлинга

В Национальном музее Шотландии хранится самый ранний из известных образцов двигателя Стирлинга, одна из двух действующих моделей, созданных преподобным Робертом Стирлингом на сегодняшний день. Он был подарен Эдинбургскому университету Стерлингом не позднее 1825 года, а вторая модель была подарена Университету Глазго в 1827 году.

Модель Стирлинга во время инсталляции в галерее Energize в Национальном музее Шотландии ©Neil Hanna.

Зарегистрировано, что двигатель Эдинбургского университета использовался Джоном Лесли, заведующим кафедрой естественной философии, в качестве демонстрации в классе. Первоначально он был передан музею в аренду в 1960-х годах, а в 1975 году был подарен для сохранения. До того, как выставиться в галерее Energize, это был самый востребованный объект из коллекции «Технологии» в хранилище.Модель остается в замечательном состоянии для своего возраста, отчасти это может быть связано с тем, что она не демонстрировалась и не ремонтировалась в той же степени, что и образец из Глазго.

Модель воздушного двигателя Роберта Стирлинга в Хантерианском музее в Глазго.

Модель, подаренная Университету Глазго, хранилась в течение 20 лет, прежде чем в 1847 году она была вновь обнаружена Уильямом Томсоном, впоследствии лордом Кельвином. Она использовалась им в его новаторских исследованиях основ термодинамики.Университетские записи показывают, что он все еще работал и регулярно использовался для демонстраций лекций в 1870-х годах, через 30 лет после того, как Томсон впервые нашел и отремонтировал его. Этот пример сейчас выставлен в Хантерианском музее Университета Глазго.

Технология Стирлинга сегодня

Полноразмерный двигатель Стирлинга был построен и использовался с 1818 года для откачки воды из карьера, после чего последовал некоторый успех, но производственные проблемы в сочетании с трудностью привлечения инвесторов привели к тому, что паровая технология продолжала доминировать.

Во второй половине XIX века было построено множество небольших двигателей с горячим воздухом для перекачки воды, продувки церковных органов и выработки электроэнергии. Был некоторый интерес к бытовому использованию, но к началу 1900-х годов он был широко заменен доступными электродвигателями. К 1930-м годам двигатель Стирлинга был практически забыт.

Но это не конец истории, так как за последние 50 лет технология двигателей Стирлинга пережила своеобразный ренессанс. Он был испытан для использования в гибридных электромобилях, успешно использовался для питания подводных лодок и может приводиться в движение задним ходом для работы переносных холодильных систем.Его потенциал как чистого, эффективного и надежного источника энергии в последние годы вызывает повышенный интерес из-за его совместимости с возобновляемыми источниками энергии.

Художественная концепция энергетической системы на поверхности Марса. Кредиты: НАСА.

Источник питания для дальнего космоса

Технология Стирлинга использовалась даже НАСА в попытках разработать источник энергии, который можно было бы использовать в путешествиях в дальний космос. Проект Kilopower экспериментировал с ядерными реакторами деления, соединенными с двигателями Стирлинга, выбранными из-за их эффективности и низких требований к техническому обслуживанию.Этот проект был расширен проектом НАСА Fission Surface Power, который в настоящее время разрабатывает энергосистему, которая, как мы надеемся, будет обеспечивать разведку и даже базовые лагеря на Луне и Марсе.

Иллюстрация концептуальной наземной энергосистемы деления на Луне. Кредиты: НАСА

Кроме того, технология Стирлинга лежит в основе энергосистемы НАСА для использования на малых космических кораблях. В этой системе радиоизотопный элемент обеспечивает тепловую энергию, а двигатель Стирлинга преобразует ее в электричество, которое можно использовать для запуска бортовых устройств и датчиков, а также систем связи для передачи данных на Землю.Опять же, технология Стирлинга была выбрана потому, что она может стабильно работать в течение длительного периода времени и требует минимального обслуживания. Инженеры NASA Glenn Research Center в Неваде уже более 12 лет эксплуатируют двигатель Стирлинга на полной мощности, и он все еще работает!

Испытание необслуживаемых двигателей, обеспечивающих науку в глубоком космосе. Кредиты НАСА / Бриджит Касвелл, Alcyon Technical Services.

Да здравствует творение преподобного Роберта Стирлинга

Творение Стирлинга часто упускают из виду, но это был революционный двигатель.В нем рассказывается история не только о творчестве и инновациях, но и о гуманитарных усилиях по улучшению условий труда в промышленности в 19 веке. Это также история долговечности технической концепции, и по мере того, как традиционные виды топлива становятся все более дефицитными, идеи преподобного Роберта Стирлинга 200 с лишним лет назад актуальны сегодня как никогда раньше.

Завод по производству посуды Стирлинга в Фениксе, Аризона

Завод Maricopa Dish-Stirling компании United Sun Systems International Ltd.

Владелец этой фотографии разрешил использовать эту фотографию в Википедии. Письмо с письменным одобрением было перенаправлено по адресу разрешения[email protected] и разрешения[email protected]

Заглавное изображение: Художественная концепция системы наземной энергии деления на Марсе. Кредиты: НАСА

Роберт Стирлинг — ученый дня

Роберт Стирлинг, шотландский священнослужитель и инженер-механик, родился 25 октября 1790 года.Мы не знаем, насколько эффективен был Стирлинг как министр, но как изобретатель он был чертовски умен. В 1816 году, работая со своим братом Джеймсом, он изобрел и получил патент на двигатель горячего воздуха, который мы теперь называем двигателем Стирлинга. Его двигатель горячего воздуха отличался от использовавшихся в то время паровых двигателей тем, что он использовал нагретый воздух низкого давления, а не пар высокого давления, для подъема поршня и выработки энергии. Двигатель Стирлинга не был первым двигателем горячего воздуха — было несколько предшественников, — но он был первым, который действительно был построен и введен в эксплуатацию.Отличительной чертой двигателя Стирлинга является то, что он назвал «экономайзером», хитроумное устройство, которое охлаждает нагретый воздух и направляет его обратно в горячий сток для повторного нагрева в замкнутом контуре (, второе изображение ).

Анимация простого двигателя Стирлинга, запатентованного в 1816 году; нижний, неплотно прилегающий поршень — «Экономайзер» (Wikimedia commons)

В 1827 году Стирлинг подал заявку на еще один патент на двигатель с усовершенствованным «экономайзером», который он теперь назвал «регенератором».В 1843 году он построил большой двигатель горячего воздуха (16-дюймовый поршень с ходом 48 дюймов), который приводил в действие Dundee Foundry Company в течение двух лет, прежде чем одна из частей вышла из строя. Если двигатели Стирлинга и нашли другое практическое применение, нам о них ничего не известно.

Анимация двигателя Стирлинга в стиле 1827 года с «регенератором» в правом нижнем углу, возвращающим охлажденный воздух для повторного нагрева (Wikimedia commons)

Хотя двигатель Стирлинга более эффективен, чем паровой двигатель, и, следовательно, более экономичен, он никогда не конкурировал успешно с паровыми двигателями или двигателями внутреннего сгорания в промышленных целях.Кажется, очень мало оригинальных двигателей Стирлинга уцелело — мы смогли найти только один полноразмерный двигатель и модель, как в Шотландии, так и в музеях.

Полноразмерный оригинальный двигатель Стирлинга, 1827 г., хранится в Шотландии (Hunterian Museum, Глазго)

Но двигатель Стирлинга — очень интригующая игрушка, и именно в таком виде вы чаще всего видите его сегодня. У меня есть один, очень простой, основанный на первом двигателе Стирлинга 1816 года. В нем есть трехдюймовый поршень, заключенный между двумя металлическими пластинами, расположенными примерно в дюйме друг от друга, которые функционируют как поглотители горячей и холодной воды, а горячая пластина находится внизу.Наверху есть (относительно) большой маховик и еще один меньший поршень, пронизывающий верхнюю пластину, который передает холодный воздух обратно вниз для повторного нагрева — это экономайзер.

Двигатель Стирлинга, четырехцилиндровый

Этот удивительный четырехцилиндровый двигатель Стирлинга превосходно изготовлен и спроектирован с использованием материалов высочайшего качества. Он выполнен на толстой бакелитовой основе. Все в этом двигателе кричит о качестве, от прекрасных материалов и отделки до красивого дизайна.Станет потрясающим учебным пособием или эффектным подарком для особенного мастера в вашей жизни. Включает в себя небольшой генератор постоянного тока (на фото слева спереди), который выдает напряжение 1,75 В постоянного тока.

Технические характеристики :

Размеры: 11″ x 6,5″ x 6,3″ / 280 мм X 165 мм X 160 мм
Диаметр маховика (оба маховика): 2,5″ / 64 мм
Вес изделия: 9 фунтов. / 3,5 кг

Материалы :
Интегральная арка Основные опоры: коррозионностойкая сталь с обработанной поверхностью
Силовые цилиндры и поршни: закаленная сталь SUJ2
Вентиляционные отверстия маховика и поршня: CNC Алюминий
Порты цилиндров: латунь Осевые шарниры из стали
: герметичные высокоточные миниатюрные шарикоподшипники.Смазка не требуется.

Предыстория и концепция
Двигатель Стирлинга — это высокоэффективный тепловой двигатель, изобретенный преподобным Робертом Стирлингом из Шотландии в 1816 году. С момента его изобретения были созданы тысячи вариаций, и все они основаны на первоначальном патенте Стирлинга в 1800-х годах. Термин двигатель горячего воздуха является универсальным для любой тепловой машины, которая использует расширение и сжатие воздуха под влиянием изменения температуры для преобразования тепловой энергии в механическую работу.Двигатель зажигается с помощью прилагаемой горелки на денатурированном спирте. Тепло от спиртовой горелки подается на конец воздухонепроницаемого стеклянного цилиндра. Воздух в цилиндре постоянно герметизирован внутри двигателя. Это фиксированное количество воздуха нагревается и охлаждается, заставляя его расширяться и сжиматься, приводя в движение поршень. По мере того, как вытеснитель движется вверх, воздух в цилиндре движется вниз к горячей стороне, поэтому давление воздуха внутри цилиндра увеличивается, заставляя его толкать поршень вверх. В качестве альтернативы, когда вытеснитель движется вниз, воздух в цилиндре движется вверх к холодной стороне, вызывая снижение давления внутри цилиндра и опускание поршня.Этот процесс повторяется снова и снова, приводя колесо в движение.

Vintage Stirling Engines & LTD модели двигателей горячего воздуха

Двигатели Стирлинга (двигатели с горячим воздухом)

Каждый двигатель Стирлинга имеет герметичный цилиндр, одна часть которого холодная, а другая — горячая. Рабочий газ внутри двигателя, часто воздух, гелий или водород, перемещается с помощью механизма с горячей стороны на холодную. Когда воздух/газ находится на горячей стороне, он расширяется и давит на поршень.Когда он возвращается на холодную сторону, он сжимается.

Правильно спроектированные двигатели Стирлинга имеют два импульса мощности на один оборот, что обеспечивает очень плавную работу. Двумя наиболее распространенными типами являются двухпоршневые двигатели Стирлинга и двигатели Стирлинга вытеснительного типа. Двухпоршневой двигатель Стирлинга имеет два силовых поршня. Двигатель Стирлинга вытеснительного типа имеет один силовой поршень и вытеснительный поршень.

Хотя еще в 1884 году было предложено, чтобы все воздушные двигатели с замкнутым циклом назывались двигателями Стирлинга в честь изобретателя первого практического примера, эта идея не нашла поддержки, и различные типы, представленные на рынке, по-прежнему были известны на рынке. имя их индивидуального дизайнера или производителя.Затем, в 1940-х годах, компания Philips искала подходящее название для своего варианта «воздушного» двигателя, который к тому времени уже был испытан на других газах. Отклонив многие предложения, в том числе «двигатель на горячем газе» («газовый двигатель» уже широко использовался для двигателей внутреннего сгорания, работающих на газообразном топливе) и «двигатель внешнего сгорания» (не делал различий между открытым и закрытым циклами), Philips в конце концов остановился на «Двигатель Стирлинга» в апреле 1945 года, хотя общее признание этого термина, похоже, отстало на несколько лет.

Обновлено: 28 сентября 2021 г.

Другие коллекциониторы Steam & NBSPSteam & NBSpengine STUART & NBSPSTEAM MAMOD WILESCO & NBSPD32 DOLL & NBSPSTEAM FLOISCHMANN & NBSPSTEAM

Стирлинг ценность двигателя и руководство по цене

Что у тебя Engine Engine ? Вот некоторые недавно проданные товары.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.