Паровой двигатель стирлинга: Двигатель Стирлинга: концепция, конструкция, принцип работы

Содержание

Двигатель Стирлинга - Устройство, виды и принцип работы

Для приведения в действие машин и механизмов используются силовые агрегаты различной конструкции. Двигатель Стирлинга является одним из силовых агрегатов внешнего сгорания. Для того чтобы понять как работает двигатель Стирлинга необходимо разобраться в его устройстве.

История создания двигателя Стирлинга

До появления силовых агрегатов Стерлинга использовались моторы, работающие на водяном пару. Такие агрегаты могут работать на твердом топливе. Паровые двигатели имеют сложную конструкцию и требуют особого обслуживания. Двигатели Стирлинга имеют простейшую конструкцию. Выполнять ремонт силовой установки можно, не имея технических знаний и особого оборудования.

Конструкция была запатентована в 1816 году. По сравнению с паровыми двигателями мотор был безопасен в использовании и имел простую конструкцию. Главным преимуществом силового агрегата является возможность использования любого вида топлива. Мотор работает от перепадов температуры.

СПРАВКА: При одинаковом объеме рабочей камеры двигатель внутреннего сгорания обладает более высокими показателями мощности.

Виды двигателей

Существует несколько видов моторов Стирлинга отличающихся по своей конструкции:

  1. Альфа;
  2. Бета;
  3. Гамма;
  4. Роторный.

Ниже будет подробно рассмотрена конструкция каждого из видов силового агрегата.

Альфа

Конструктивно состоит из двух цилиндров. На один из цилиндров установлен охлаждающей радиатор. Второй край этого цилиндра подвергается нагреву. В каждой рабочей камере установлен отдельный поршень. Передача усилия от поршневой группы осуществляется на коленчатый вал. Коленчатый вал с поршнем и вытеснителем  соединены шарнирно.

Бета

В конструкцию входит одна рабочая камера. Она одновременно подвергается нагреву и охлаждению.  Нагреву подвергается один край рабочей камеры, охлаждению – второй. Под действием изменения давления воздуха или газа находящегося в рабочей камере перемещается поршень.

Гамма

Отличием конструкции являются два рабочих цилиндра отдельно стоящие друг от друга. Одна рабочая камера постоянно подвергается нагреву. На нее устанавливают радиатор охлаждения. Вторая камера постоянно охлаждённая.

Роторный двигатель Стирлинга

Отличается отсутствием кривошипно-шатунного механизма. Это уменьшает габаритно массовые параметры силового агрегата. Конструкция роторного двигателя позволяет улучшить герметичность рабочей камеры.

Принцип работы двигателя Стирлинга

Мотор преобразует энергию, получаемую от источника тепла в механическую силу. В рабочей камере находится воздух или газ. Одна часть рабочей камеры оснащена радиатором охлаждения или водяной рубашкой. Это необходимо для охлаждения воздушной массы находящейся в полости цилиндра. Вторая часть подвергается нагреву.

СПРАВКА: Для нормальной работы силового агрегата подойдет любое жидкое, твёрдое или газообразное топливо.

Работа двигателя осуществляется следующим образом:

  • Под действием высокой температуры воздуха в полости рабочей камеры нагревается и увеличивается в объеме. Увеличение объема воздуха воздействует на поршень, перемещая его в верхнюю мертвую точку;
  • Под воздействием радиатора или рубашки охлаждения воздушная масса охлаждается. Поршень возвращается в обратном направлении. После этого цикл повторяется.

Нагревание и охлаждение воздуха в рабочей камере осуществляется при помощи вытеснителя. Он смещает воздушную массу от горячей части цилиндра к холодной и наоборот. Вытеснитель занимает большую часть объема рабочей камеры.

Область применения

Двигатели Стирлинга, работающие от внешнего источника тепла, могут применяться для изготовления:

  • Генераторов. При помощи силового агрегата можно преобразовать тепловую энергию в электрическую. Это очень удобно в местах, где подача электричества осуществляется с перебоями или отсутствует;
  • Насосов для перекачки различных жидкостей.мощности силовой установки достаточно для перекачивания различных жидкостей;
  • Климатического оборудования;
  • Автомобилей и самоходной техники.

Простота конструкции позволяет использовать силовые агрегаты для создания автомобилей и различного оборудования. Работа на любом топливе позволяет использовать такие моторы в местах, где подача электроэнергии осуществляется с перебоями или отсутствует.

Преимущества и недостатки двигателя Стирлинга

Двигатель Стирлинга внешнего сгорания имеет ряд достоинств и недостатков.

Преимущества

  • Возможность работы на разном топливе. Для нормальной работы может быть использован абсолютно любой источник тепла.  В некоторых случаях применяется солнечная энергия. Для этого солнечный свет концентрируется на поверхности цилиндра;
  • Простота конструкции. В силовом агрегате нет большого количества комплектующих. Это делает мотор простым в эксплуатации и ремонте. Обслуживание двигателя может проводить человек, имеющий минимальные технические знания;
  • Минимальный уровень шума. Двигатель Стирлинга при работе издает минимальный уровень шума. Это возможно благодаря отсутствию большого количества вращающихся деталей и воспламенения топлива в рабочей камере;
  • Моторесурс. Минимальное количество комплектующих позволяет использовать мотор длительное время без ремонта и дополнительного обслуживания;
  • Экологичность. При использовании источника тепла не загрязняющего окружающую среду мотор будет экологически чист.

Недостатки

  • Большие габаритно массовые параметры. Для увеличения мощности необходимо использовать рабочую камеру и поршень большого диаметра. Это требует применения охлаждающего радиатора увеличенных размеров;

  • Сложность в регулировке оборотов. Для регулировки частоты вращения коленчатого вала необходимо изменять показатели температуры;
  • Необходимость в использовании жаропрочных материалов. Увеличение моторесурса возможно при применении материалов устойчивых к высоким температурам.

Двигатель Стирлинга своими руками

Некоторые люди задаются вопросом, как сделать двигатель Стирлинга в домашних условиях? Существует большое количество разновидностей самодельных двигателей Стирлинга. Для того чтобы создать двигатель Стирлинга не обязательно иметь чертежи и специализированные материалы. Создать силовой агрегат дома, можно из подручных материалов, не применяя специализированное сложное оборудование.

Перед сборкой необходимо определиться какой мощности будет силовая установка. Как правило, умельцы создают изделия небольшой мощности, которой хватает для вращения маленького вентилятора. Мотор изготавливается в следующей последовательности:

Рабочая камера

Создавая двигатель Стирлинга своими руками в первую очередь, изготавливают большой цилиндр. В полости этой камеры будет перемещаться вытеснитель воздуха. Он необходим для смещения воздушной массы в рабочей камере.

Камеру изготавливают из термоустойчивых материалов. Это может быть как цельная металлическая ёмкость, так и сосуд, составленный из двух частей. Соединение частей должно быть герметичным. В верхней части камеры необходимо просверлить отверстие.

ВАЖНО: Отсутствие герметичности в рабочей камере приведет к нарушению работоспособности силового агрегата. Во избежание этого необходимо герметизировать места соединения термоустойчивым герметизирующим составом.

Если камера изготавливается из двух частей, то для соединения выбирают клей или пайку. Внутренняя поверхность камеры в месте соединения не должна иметь заусенец или выпирающих частей. Это необходимо для того, чтобы не было препятствий для движения вытеснителя воздушной массы.

Вытеснитель

Перед окончательным соединением частей рабочей камеры необходимо самостоятельно изготовить вытеснитель. Это устройство, которое будет смещать воздушную массу в камере. Размеры вытеснителя должны быть меньше диаметра рабочей камеры. Между стенками камеры и вытеснителем должен быть зазор позволяющий изделию свободно перемещаться.

Для изготовления применяется поролон или другой лёгкий материал. Толщина материала выбирается исходя из внутреннего объема камеры.

После изготовления вытеснителя необходимо закрепить на нём шток. Он изготавливается из металлической проволоки диаметром 0.5 мм. Хорошо подойдет разогнутая канцелярская скрепка. Проволоку крепят к втулке из резины или другого эластичного материала. Втулку крепят к поролоновому диску. Такая конструкция позволяет создать прочное соединение.

Перед сборкой рабочей камеры необходимо продвинуть шток вытеснителя в заранее просверленное, в верхней части камеры, отверстие. Шток должен свободно перемещаться в отверстии. После установки поролонового диска герметизируется рабочая камера.

Подставка

Изготовление подставки является необязательным. Она необходима для установки силового агрегата. В подставке предусматривается место для закладки топлива. Это может быть свеча, сухое горючее, или любой другой источник тепловой энергии.

Подставка изготавливается из термостойких материалов. Хорошо подходит металлическая банка от напитков. Верхнюю часть банки срезают. В боковой части вырезают окно для загрузки топлива. Во избежание травмирования на острые срезы банки устанавливают резиновые уплотнения.

СПРАВКА: При использовании в качестве топлива сухого горючего на дно банки устанавливают металлическую площадку. Хорошо подойдет металлическая шайба толщиной 0.5 – 1 мм. Шайба крепится ко дну банки при помощи самореза или болта.

Цилиндр

Цилиндр используется для установки у него силового поршня. Полость рабочего цилиндра сообщается с полостью камеры через просверленное отверстие в верхней крышке. Соединение цилиндра с рабочей камерой должно быть герметичным. Это необходимо для предотвращения утечки воздуха из полости рабочей камеры в атмосферу.

ВНИМАНИЕ: Герметизация осуществляется путём пайки или нанесения на место соединения герметизирующих составов.

Для изготовления цилиндра используют тонкий лист металла. Из листа вырезают полосу шириной 30-35 мм. Сворачивая полосу, изготавливают цилиндр. Место соединения стенок цилиндра герметизируют при помощи пайки.

Поршень

Поршень изготавливается из пластмассы, дерева или пробки. Для исключения утечки воздуха через зазор между поршнем и цилиндром изделие оснащают мембраной. Мембрану изготавливают из полиэтиленового пакета, воздушного шара, или медицинской перчатки.

Поршень приклеивают к мембране при помощи клея. К цилиндру мембрана крепится при помощи резинки или прочной нити. В верхней части поршня устанавливают крепление для шатуна. Его изготавливают из тонкой проволоки. Крепление выполнено в виде петли с винтом, который вкручивается в поверхность поршня. К петле при помощи болта крепится шатун.

Маховик

Работа свободнопоршневого двигателя собранного своими руками будет нестабильной. Для стабилизации оборотов силового агрегата изготавливают маховик. Он стабилизирует частоту вращения за счёт силы инерции.

Маховик изготавливают из прочного материала. Хорошо подходит  металлическая крышка для консервации или CD диск. В центре маховика необходимо закрепить коленчатый вал.

ВАЖНО: Коленчатый вал необходимо крепить точно в центре маховика. Смещение точки крепления приведет к разбалансировке в работе силового агрегата.

Коленчатый вал и шатун

Коленвал изготавливают из толстой металлической или медной проволоки. На коленчатом валу выполняют два изгиба. Угол между коленами должен составлять 90 градусов. На одно колено шарнирно устанавливается шатун, второй конец которого  крепится к поршню. На второе колено шарнирно устанавливается  шток вытеснителя.

В качестве шарниров можно использовать клеммы для соединения проводов. Для этого необходимо предварительно удалить с них зажимающие винты. Для того чтобы провести расчёт глубины колена необходимо разделить на 2 ход поршня от верхней до нижней мертвой точки.

Держатель коленчатого вала

Держатель изготавливают из металла или пластика. Можно использовать стальную, медную проволоку, стержни, трубки и т.д. Нижняя часть держателя жёстко устанавливается на корпус рабочей камеры. Для этого его приклеивают или припаивают к поверхности. В верхней части держатель шарнирно соединяется с коленчатым валом.

Вентилятор

Вместо вентилятора может быть изготовлено любое другое устройство, которому будет передаваться крутящий момент от коленчатого вала. Вентилятор изготавливают из листа металла или пластика. Перед изготовлением вентилятора на материал наносят чертеж.

После этого вырезают деталь. Во избежание получения травм острые края, полученной детали обрабатывают наждачной бумагой.

В центре вентилятора сверлят отверстие. В него устанавливают резиновую, пробковую, или любую эластичную втулку.  Изготовленную деталь крепят на коленчатый вал.

ВНИМАНИЕ: Во избежание разбалансировки необходимо крепить  коленчатый вал точно по центру вентилятора. Найти центр можно при помощи циркуля.

Запуск двигателя

После проверки рабочей камеры на герметичность и сборки двигателя необходимо проверить его работоспособность. Для этого:

  • Подобрать источник тепловой энергии. Это может быть свеча или любое другое топливо. Можно использовать сосуд с горячей водой. Для этого нижнюю поверхность рабочей камеры необходимо установить на емкость с жидкостью;
  • Установить изделия на подставку. На дно подставки поместить источник тепловой энергии;
  • На верхнюю поверхность рабочей камеры поместить кубики льда;
  • Раскрутить маховик вручную.

После раскручивания маховика двигатель должен начать работу. Поршень и шток вытеснителя будут попеременно воздействовать на коленчатый вал установки. Стабильную работу будет обеспечивать сила инерции маховика.

Из вышеперечисленного следует, что двигатель Стирлинга это силовой агрегат, работающий от разницы температур рабочего тела. Мотор может работать на любом виде топлива. Модель силовой установки можно собрать самостоятельно в домашних условиях. Для этого не потребуется специализированных материалов и оборудования. В качестве источника питания для модели силовой установки может использоваться свеча, сухое горючее и т.п.

Двигатель Стирлинга

Статья опубликована 26.06.2014 05:56
Последняя правка произведена 26.06.2014 05:58

Двигатель внешнего сгорания Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

Хронологию событий, связанную с разработкой двигателей времен 18 века, вы можете наблюдать в интересной статье - "История изобретения паровых машин". А эта статья посвящена великому изобретателю Роберту Стирлингу и его детищу.

История создания...

Патент на изобретение двигателя Стирлинга как ни странно принадлежит шотландскому священнику Роберту Стирлингу. Его он получил 27 сентября 1816 года. Первые «двигатели горячего воздуха» стали известны миру ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Одним из важных достижений Стирлинга является добавление очистителя, прозванный им же самим "экономом".

В современной же научной литературе этот очиститель имеет совсем другое название - «рекуператор». Благодаря ему производительность двигателя растет, поскольку очиститель удерживает тепло в тёплой части двигателя, а рабочее тело в то же время охлаждается. Благодаря этому процессу эффективность системы значительно возрастает. Рекуператор представляет из себя камеру, заполненную проволокой, гранулами, гофрированной фольгой (гофры идут вдоль направления потока газа). Газ, проходит через наполнитель рекуператора в одну сторону, отдаёт (или приобретает) тепло, а при движении в другую сторону отбирает (отдаёт) его. Рекуператор может быть и внешним по отношению к цилиндрам и может быть размещён на поршне-вытеснителе в бета- и гамма-конфигурациях. Габариты и вес машины в этом случае меньше. В коей мере роль рекуператора выполняется зазором между вытеснителем и стенками цилиндра (если цилиндр длинный, то надобности в таком устройстве нет вообще, однако появляются значительные потери из-за вязкости газа). В альфа-стирлинге рекуператор может быть только внешним. Он монтируется последовательно с теплообменником, в котором со стороны холодного поршня, происходит нагрев рабочего тела.

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

Недостатки.

• Материалоёмкость — основной недостаток двигателя. У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массо-габаритных показателей силовой установки за счёт увеличенных радиаторов.

• Для получения характеристик, сравнимых с характеристиками ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и специальные виды рабочего тела — водород, гелий.

• Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплообменник работает в очень напряжённых условиях теплопередачи, и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, весьма трудно. Чем выше площадь теплообмена, тем меньше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе. Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно реагирует на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске.

• Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы, отличные от тех, которые применялись в двигателях внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.

Преимущества.

Тем не менее, двигатель Стирлинга имеет преимущества, которые вынуждают заниматься его разработкой.

• «Всеядность» двигателя — как все двигатели внешнего сгорания (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от почти любого перепада температур: например, между разными слоями в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печи и т. д.

• Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач. Однако, как уже отмечалось выше, он обладает большей материалоёмкостью.

• Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.

• Экономичность — в случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги иногда дают больший КПД (до 31,25 %), чем тепловые машины на пару.

• Бесшумность двигателя — стирлинг не имеет выхлопа, а значит — не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).

• Экологичность — сам по себе стирлинг не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.

Альтернатива паровым двигателям.

В 19 веке инженеры пытались создать безопасную альтернативу паровым двигателям того времени, из-за того что котлы уже изобретенных двигателей часто взрывались, не выдерживая высокого давления пара и материалов, которые совсем не подходили для их изготовления и постройки. Двигатель Стирлинга стал хорошей альтернативой, поскольку он мог преобразовывать в работу любую разницу температур. В этом и заключается основной принцип работы двигателя Стирлинга. Постоянное чередование нагревания и охлаждения рабочего тела в закрытом цилиндре приводит поршень в движение. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий. Но так же проводились опыты и с водой. Главная особенность двигателя Стирлинга с жидким рабочим телом является малые размеры,большие рабочие давления и высокая удельная мощность. Также существует Стирлинг с двухфазным рабочим телом. Удельная мощность и рабочее давление в нем тоже достаточно высоки.

Возможно, из курса физики вы помните, что при нагревании газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается. Именно это свойство газов и заложено в основе работы двигателя Стирлинга. Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который не уступает циклу Карно по термодинамической эффективности, и в некотором роде даже обладает преимуществом. Цикл Карно состоит из мало отличающихся между собой изотерм и адиабат. Практическая реализация такого цикла сложна и малоперспективна. Цикл Стирлинга позволил получить практически работающий двигатель в приемлемых габаритах.

Всего в цикле Стирлинга четыре фазы, разделённые двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. При переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, который находится в цилиндре. В ходе этого процесса изменяется давление из чего и можно получить полезную работу. Полезная работа производится только за счет процессов, проходящих с постоянной температурой, то есть зависит от разницы температур нагревателя и охладителя, как в цикле Карно.

Конфигурации.

Инженерами подразделяются двигатели Стирлинга на три различных типа:

Превью - увеличение по клику.

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, а цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. Отношение мощности к объёму достаточно велико, однако высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые технические проблемы.

Бета-Стирлинг — цилиндр 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, как часть теплообменника, или может быть совмещён с поршнем-вытеснителем.

Гамма-Стирлинг — 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 может быть внешним, в этом случае он соединяет горячую часть второго цилиндра с холодной и одновременно с первым (холодным) цилиндром. Внутренний регенератор является частью вытеснителя.

Стирлинг - альтернативный источник электричества и тепла

Содержание статьи

Генерация электроэнергии почти всегда связана с появлением побочного продукта – тепла. Даже фотоэлементы нагреваются, что снижает их КПД. Однако есть целый кластер устройств, в которых тепло не рассеивается, а может быть использовано для бытовых нужд. Сердце таких генераторов – двигатель Стирлинга.

Двигатель внешнего сгорания

Базовое отличие двигателя Стирлинга в том, что топливо сгорает не внутри цилиндра, а снаружи. Следовательно, внутреннее пространство остаётся герметичным и идеально чистым, без нагара и необходимости его обслуживания. Работает он практически бесшумно, так как нет детонации обогащённой топливной смеси.

 

Остальные достоинства можно обозначить так:

  • Абсолютная экологическая безопасность.
  • Простейшая конструкция обеспечивает высокую надёжность.
  • Чрезвычайно высокий моторесурс.
  • Всеядность по отношению к источнику тепла.
  • Очень высокий КПД.

Обеспечить более полное сгорание топлива гораздо легче снаружи цилиндра, чем внутри. Нагрев можно проводить не только углеводородными энергоносителями, но энергией Солнца, используя высокотемпературные солнечные концентраторы. В такой комбинации, КПД альтернативного генератора электроэнергии превышает 30%!

Для сравнения – лучшие серийные фотоэлементы демонстрируют КПД только 24%. Именно бесшумность была решающим фактором для установки двигателя Стирлинга на подводные лодки последних серий в Японии и Швеции.

В середине 80-х годов 20-го века, в США собрали и установили двигатель Стирлинга в автомобиль Chevrolet Celebrity!(Chevrolet Celebrity MOD 2 Stirling)

 

На фото автомобиль AMC Spirit Stirling experimental engines

 

Результаты были поразительны: глушитель, смазка и катализаторы были уже не нужны, экономия топлива достигала 45%, а ускорение практически не изменилось.

На фото автомобиль NASA’s Stirling-engined Dodge D-150

Двигатели Стирлинга используются НАСА(NASA) даже в космических аппаратах.

Но у них есть и недостатки.

Для получения максимально достижимого на практике КПД, необходимо обеспечить очень высокую разницу температур в холодной и горячих частях цилиндра. В противном случае, снижается «удельная мощность».

На фото автомобиль P-40 OPEL STIRLING ENGINE

Идеальным рабочим телом (газом) является водород, но его молекулы настолько малы, что им удаётся «напитывать» материал цилиндра. Следующий по эффективности газ – гелий, но он дорогой. А КПД снижается на 5%. Но можно использовать и азот, и аммиак, и даже осушенный воздух. Но мощность будет ниже идеальной.

Серийные генераторы и микроТЭЦ на двигателе Стирлинга

Однако все эти недостатки не помешали фирме «Филипс» (Philips Stirling Engine), создать для массового производства проект переносного электрогенератора Стирлинга модель MP1002CA ещё в начале 50-х годов.

Он был предназначен для работы от любого горючего, вплоть до пальмового масла, и генерировал 0,2 кВт электроэнергии. Обиходное название – «Генератор для бунгало». Но к моменту производства, выяснилось, что он не может конкурировать по стоимости с аналогами на двигателе внутреннего сгорания. Поэтому их выпустили не более пятнадцати дюжин. И те разошлись по учебным заведениям, для наглядной демонстрации.

В наше время небольшие фирмы разрабатывают аналогичные устройства. Например в г. Магнитогорске, фирма «ЭНЕРГОТОНИКА» выпускает многотопливный мини теплоэлектрогенератор с двигателем Стирлинга ГДС-150.

Его масса всего 37 кг, он может работать на любом топливе, хоть на дровах, хоть на газе.

В режиме 7/24 работает несколько месяцев. Но в таком режиме он вырабатывает 0,2 кВт электричества + тепло для отопления. На короткий промежуток устройство выдаёт до 1кВт.

К коттеджу такой источник альтернативной энергии не подключишь, а вот в лесной заимке, охотничьей сторожке, на рыбацком стане или в избушке лесника, или для кемпинга ГДС-150 будет вписываться идеально.

Для частного жилого дома «ЭНЕРГОТОНИКА» под заказ выпускает микроТЭЦ «АМТЭС-5/25ДО». Работает она на дровах (опилки, щепки, стружка), выдаёт в час 5 кВт электроэнергии и 25 кВт тепла, стоит 850 т.р.

Корейская фирма выпускает аналогичное устройство Navien Hybrigen SE.

Работает он на газе, и производит только 1 кВт электричества, а по цене гораздо дороже — 1,07 млн. р.

Немцы выпускают микроТЭЦ VITOTWIN 300-W Mikro-KW. Используя только газ, установка выдаёт 1 кВт электрической энергии и 6 кВт тепла. Стоит более 20,5 т. евро.

Обратите внимание, что все эти микроТЭЦ работают на двигателе Стирлинга. Только в западных странах они называются «m-CHP»

Сложности отечественного производителя

По техническим параметрам, российские микро ТеплоЭлектростанЦии на двигателе Стирлинга ни чем не уступают иностранным аналогам, а даже превосходят их по «всеядности». В ценовом сегменте они тоже выигрывают, но при внимательно изучении, оказывается, что стоимость может быть снижена в 3-5 раз!

Руководитель фирмы «ЭНЕРГОТОНИКА» Виктор Закомолдин дал довольно подробное объяснение. Оказывается в России абсолютно разрушены все производственные мощности, которые раньше выпускали простейшие комплектующие для дизельных двигателей и другие мелкие детали. Закупать их приходится в Китае. А доставка с растаможкой увеличивает стоимость в 7-10 раз! Политика Господдержки, объявленная правительством, оказалась фикцией.

При выходе на серийное производство из отечественных комплектующих, стоимость всей выпускаемой продукции будет снижена в 3,5-5 раз! Какая может быть тогда конкуренция, у немецкой m-CHP ценой 1,7 млн. руб, с отечественной микроТЭЦ за 300 т.р., если по техническим характеристикам Российский аналог уже вышел в отрыв.

Ведь работая в режиме максимальной производительности, магнитогорский микрогенератор АМТЭС-5/25ДО
потребляет всего 10 кг опилок и древесной щепы в час! выдавая 5 кВт элетроэнергии и 25 кВт тепла. Фактически — золотая жила

С такой микроТЭЦ на двигателе Стирлинга, жильё станет на 100% энергонезависимым. Например, можно поставить коттедж в поле, и к нему не надо будет тянуть линию электропередач и газопровод! А одна проектная разработка этих коммуникаций будет стоить гораздо больше миллиона. Впоследствии, предстоит оплачивать постоянно растущие тарифы на газ и электроэнергию.
В составе магнитогорской микроТЭЦ, имеется бункер на 0,7 куб. м. Одной полной загрузки хватает на 2 суток беспрерывной работы. Тепло можно использовать не только для отопления жилья, но и для бани, хранить в теплоаккумуляторе.
И главное ничего не надо изобретать! Всё уже имеется, но крупные заказчики ориентированы на углеводородные энергоносители, и привязку потребителя к центральным энергосетям.

Может быть после окончания эпидемии коронавируса COVID-19, ситуация начнёт исправляться. Но пока до 70% деталей закупается в Китае, изменений ждать не приходится.

Альтернативные источники тепла для генератора Стирлинга

Скрупулёзное изучение разных подходов в генерации электричества с использованием альтернативных источников энергии вскрыли любопытную особенность. Оказывается, что при комбинации высокотемпературных солнечных концентраторов с двигателем Стирлинга, КПД системы повышается до 34%!

Начиная с 2005 года, сначала в США, затем в Испании и даже в Великобритании, начали устанавливать альтернативные генераторы электричества, для которых не требовались такие высокотехнологичные материалы как фотоэлементы. Схематично такую конструкцию можно представить как параболическое зеркало, в фокусе которой помещали генератор на двигателе Стирлинга.

Эффект был потрясающий! Такое сочетание простейших устройств практически не имело недостатков:

  • Бесшумность работы;
  • Отсутствие любых выбросов в атмосферу;
  • Двигатели не требуют обслуживания;

Для работы в ночное время, разработчики придумали хитрую систему накопления избыточной тепловой энергии в локальных подземных теплоаккумуляторах.

Нагретый теплоноситель закачивается в небольшие подземные хранилища с высокой степенью теплоизоляции в течении светового дня. Ночью по системе изолированных трубопроводов этот теплоноситель подаётся на рабочий цилиндр генератора Стирлинга, и генерация не останавливается. Производительность снижается почти на 50%, но выработка электроэнергии идёт безостановочно круглые сутки!

Преимущество перед солнечными панелями проявлялось и в стабильности работы при переменной облачности. Ведь если Солнце закрывается облаками, то фотоэлементы резко снижаются производительность, а альтернативный генератор Стирлинга продолжает работать.

Одна такая солнечная тарелка Стирлинга на пике вырабатывает 34 кВт электроэнергии. Компания United Sun Systems с 2015 года выпустила более 20 тысяч таких устройств. Успешно функционируют серьёзные электростанции, например Imperial или Calico, которые генерируют более 800 МВт электроэнергии с самой низкой себестоимостью.

Некоторые из выпускаемых конструкцию, например SunCatcher, хорошо масштабируются, и небольшие солнечные тарелки Стирлинга мощностью 3-5 кВт устанавливаются на крышах зданий с 2010 года.

Альтернативный генератор Стирлинга в свой дом

Этот сегмент альтернативной энергетики практически не освоен на постсоветском пространстве. Сказывается политика правительства, которая препятствует развитию на практике альтернативной энергетики. Упор делается на нефтегазовый сектор, как в колониальных странах.

Для личных нужд, умельцы такую перспективную комбинацию начнут рассматривать в ближайшее время. Сразу, как только окончится переформатирование страны, скрытой под маской коронавирусной эпидемии COVID-19.


Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Автономное электроснабжение


 

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

 

Двигатель Стирлинга – принцип работы. Низкотемпературный двигатель Стирлинга (фото)

Двигатель Стирлинга, принцип работы которого качественно отличается от привычного для всех ДВС, когда-то составлял последнему достойную конкуренцию. Однако на какое-то время о нем забыли. Как этот мотор используется сегодня, в чем заключается принцип его действия (в статье можно найти также чертежи двигателя Стирлинга, наглядно демонстрирующие его работу), и каковы перспективы применения в будущем, читайте ниже.

История

В 1816 году в Шотландии Робертом Стирлингом была запатентована тепловая машина, названная сегодня в честь своего изобретателя. Первые двигатели горячего воздуха были изобретены еще до него. Но Стирлинг добавил в устройство очиститель, который в технической литературе называется регенератором, или теплообменником. Благодаря ему производительность мотора возрастала при удерживании агрегата в тепле.

Двигатель признали наиболее прочной паровой машиной из имеющихся на тот момент, так как он никогда не взрывался. До него на других моторах такая проблема возникала часто. Несмотря на быстрый успех, в начале двадцатого столетия от его развития отказались, так как он стал менее экономичным, по сравнению с появившимися тогда другими двигателями внутреннего сгорания и электродвигателями. Однако Стирлинг еще продолжал применяться в некоторых производствах.

Двигатель внешнего сгорания

Принцип работы всех тепловых моторов заключается в том, что для получения газа в расширенном состоянии необходимы большие механические усилия, чем при сжатии холодного. Для наглядной демонстрации этого можно провести опыт с двумя кастрюлями, наполненными холодной и горячей водой, а также бутылкой. Последнюю опускают в холодную воду, затыкают пробкой, затем переносят в горячую. При этом газ в бутылке начнет выполнять механическую работу и вытолкнет пробку. Первый двигатель внешнего сгорания основывался на этом процессе полностью. Правда, позже изобретатель понял, что часть тепла можно применять для подогрева. Таким образом, производительность значительно возросла. Но даже это не помогло двигателю стать распространенным.

Позже Эриксон, инженер из Швеции, усовершенствовал конструкцию, предложив охлаждать и нагревать газ при постоянном давлении вместо объема. В результате немало экземпляров стало использоваться для работы в шахтах, на судах и в типографиях. Но для экипажей они оказались слишком тяжелыми.

Двигатели внешнего сгорания от Philips

Подобные моторы бывают следующих типов:

  • паровой;
  • паротурбинный;
  • Стирлинга.

Последний вид не стали развивать из-за небольшой надежности и остальных не самых высоких показателей по сравнению с появившимися другими типами агрегатов. Однако в 1938 году компания Philips возобновила работу. Двигатели стали служить для приводов генераторов в неэлектрофицированных районах. В 1945 году инженеры компании нашли им обратное применение: если вал раскручивать электромотором, то охлаждение головки цилиндров доходит до минус ста девяносто градусов по Цельсию. Тогда решено было применять в холодильных установках усовершенствованный двигатель Стирлинга.

Принцип работы

Действие мотора заключается в работе по термодинамическим циклам, в которых при разной температуре происходит сжатие и расширение. При этом регулирование потоком рабочего тела реализуется за счет изменяющегося объема (или давления – в зависимости от модели). Таков принцип работы большинства подобных машин, которые могут иметь разные функции и конструктивные схемы. Двигатели могут быть поршневыми или роторными. Машины с их установками работают в качестве тепловых насосов, холодильников, генераторов давления и так далее.

Помимо этого, есть моторы с открытым циклом, где регулирование потоком реализуется посредством клапанов. Именно их называют двигателями Эриксона, кроме общего названия имени Стирлинга. В ДВС полезная работа осуществляется после предварительного сжатия воздуха, впрыска топлива, нагрева полученной смеси вперемешку со сгоранием и расширения.

Двигатель Стирлинга принцип работы имеет такой же: при низкой температуре происходит сжатие, а при высокой – расширение. Но по-разному осуществляется нагрев: тепло подводится через стенку цилиндра извне. Поэтому он и получил название двигателя внешнего сгорания. Стирлинг применял периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Последний перемещает газ с одной полости цилиндра в другую. С одной стороны, температура постоянно низкая, а с другой – высокая. При передвижении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость, а вниз – возвращается в горячую. Сначала газ отдает много тепла холодильнику, а затем от нагревателя получает столько же, сколько отдал. Между нагревателем и холодильником размещается регенератор – полость, наполненная материалом, которому газ отдает тепло. При обратном течении регенератор возвращает его.

Система вытеснителя соединена с рабочим поршнем, сжимающим газ в холоде и позволяющим расширяться в тепле. За счет сжатия в более низкой температуре происходит полезная работа. Вся система проходит четыре цикла при прерывистых движениях. Кривошипно-шатунный механизм при этом обеспечивает непрерывность. Поэтому резких границ между стадиями цикла не наблюдается, а КПД двигателя Стирлинга не уменьшается.

Учитывая все вышесказанное, напрашивается вывод, что этот двигатель является поршневой машиной с внешним подводом тепла, где рабочее тело не покидает замкнутое пространство и не заменяется. Чертежи двигателя Стирлинга хорошо иллюстрируют устройство и принцип его действия.

Детали работы

Солнце, электричество, ядерная энергия или любой другой источник тепла может подводить энергию в двигатель Стирлинга. Принцип работы его тела заключается в применении гелия, водорода или воздуха. Идеальный цикл обладает термическим максимально возможным КПД, равным от тридцати до сорока процентов. Но с эффективным регенератором он сможет работать и с более высоким КПД. Регенерацию, нагрев и охлаждение обеспечивают встроенные теплообменники, работающие без масел. Следует отметить, что смазки двигателю нужно очень мало. Среднее давление в цилиндре составляет обычно от 10 до 20 МПа. Поэтому здесь требуется отличная уплотнительная система и возможность попадания масла в рабочие полости.

Сравнительная характеристика

В большинстве работающих сегодня двигателей подобного рода используется жидкое топливо. При этом непрерывное давление легко контролировать, что способствует снижению уровня выбросов. Отсутствие клапанов обеспечивает бесшумную работу. Мощность с массой сопоставимы моторам с турбонаддувом, а удельная мощность, получаемая на выходе, равна показателю дизельного агрегата. Скорость и крутящий момент не зависят друг от друга.

Затраты на производство двигателя гораздо выше, чем на ДВС. Но при эксплуатации получается обратный показатель.

Преимущества

Любая модель двигателя Стирлинга имеет много плюсов:

  • КПД при современном проектировании может доходить до семидесяти процентов.
  • В двигателе нет системы высоковольтного зажигания, распределительного вала и клапанов. Его не нужно будет регулировать в течение всего срока эксплуатации.
  • В Стирлингах нет того взрыва, как в ДВС, который сильно нагружает коленвал, подшипники и шатуны.
  • В них не бывает того эффекта, когда говорят, что «двигатель заглох».
  • Благодаря простоте прибора его можно эксплуатировать в течение длительного времени.
  • Он может работать как на дровах, так и с ядерным и любым другим видом топлива.
  • Сгорание происходит вне мотора.

Недостатки

  • Главным минусом конструкции является ее материалоемкость.
  • Рабочее тело нужно охлаждать, из-за чего габариты существенно увеличиваются.
  • Для получения равных с ДВС характеристик необходимо использовать высокое давление.
  • К рабочему телу тепло подводят через стенки теплообменников, у которых ограниченная теплопроводность.
  • Чтобы изменить мощность двигателя, изменяют объем буферной емкости, среднее давление рабочего тела, фазного угла между вытеснителем и поршнем.

Применение

В настоящее время двигатель Стирлинга с генератором используют во многих областях. Это универсальный источник электрической энергии в холодильниках, насосах, на подводных лодках и солнечных электрических станциях. Именно благодаря применению различного вида топлива имеется возможность его широкого использования.

Возрождение

Эти двигатели снова стали развиваться благодаря компании Philips. В середине двадцатого века с ней заключила договор General Motors. Она вела разработки для применения Стирлингов в космических и подводных устройствах, на судах и автомобилях. Вслед за ними другая компания из Швеции, United Stirling, стала заниматься их развитием, включая и возможное использование на легковых автомобилях.

Сегодня линейный двигатель Стирлинга применяется на установках подводных, космических и солнечных аппаратов. Большой интерес к нему вызван из-за актуальности вопросов ухудшения экологической обстановки, а также борьбы с шумом. В Канаде и США, Германии и Франции, а также Японии идут активные поиски по развитию и совершенствованию его использования.

Будущее

Явные преимущества, которые имеет поршневой и роторный двигатель Стирлинга, заключающиеся в большом ресурсе работы, применении разного топлива, бесшумности и малой токсичности, делают его очень перспективным на фоне мотора внутреннего сгорания. Однако с учетом того, что ДВС на протяжении всего времени совершенствовали, он не может быть легко смещен. Так или иначе, именно такой двигатель сегодня занимает лидирующие позиции, и сдавать их в ближайшее время не намерен.

Применение двигателя Стирлинга - Applications of the Stirling engine

Настольный гамма-движок Стирлинга. Рабочая жидкость в этом двигателе - воздух. Горячий теплообменник - это стеклянный цилиндр справа, а холодный теплообменник - это ребристый цилиндр вверху. В этом двигателе в качестве источника тепла используется небольшая спиртовая горелка (внизу справа).

Применения двигателя Стирлинга варьируются от механических силовых установок до систем отопления и охлаждения и систем выработки электроэнергии. Двигатель Стирлинга - это тепловой двигатель, работающий за счет циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа, « рабочего тела », на различных уровнях температуры, так что происходит чистое преобразование тепла в механическую работу . Цикл Стирлинг тепловой двигатель может также приводиться в обратном направлении, с использованием механической энергии для привода передачи тепла в обратном направлении (т.е. теплового насоса или холодильник).

Существует несколько конструктивных конфигураций двигателей Стирлинга, которые могут быть построены (многие из которых требуют вращающихся или скользящих уплотнений), которые могут привести к трудному компромиссу между потерями на трение и утечкой хладагента . Свободно-поршневой вариант двигателя Стирлинга может быть построен, который может быть полностью герметичен , уменьшая потери на трение и полностью исключает утечку хладагента. Например, охладитель Стирлинга со свободным поршнем (FPSC) может преобразовывать подводимую электрическую энергию в практический эффект теплового насоса, используемый для высокоэффективных портативных холодильников и морозильников. И наоборот, можно построить электрический генератор со свободным поршнем, преобразующий тепловой поток в механическую энергию, а затем в электричество. В обоих случаях энергия обычно преобразуется из / в электрическую энергию с помощью магнитных полей таким образом, чтобы избежать нарушения герметичности уплотнения.

Механическая мощность и тяга

Автомобильные двигатели

Часто утверждают, что двигатель Стирлинга имеет слишком низкое соотношение мощности и веса, слишком высокую стоимость и слишком долгое время запуска для автомобильных приложений. У них также есть сложные и дорогие теплообменники. Охладитель Стирлинга должен отводить вдвое больше тепла, чем двигатель Отто или радиатор дизельного двигателя . Нагреватель должен быть изготовлен из нержавеющей стали, экзотического сплава или керамики, чтобы поддерживать высокие температуры нагрева, необходимые для высокой плотности мощности, и содержать газообразный водород, который часто используется в автомобильных стирлингах для максимального увеличения мощности. Основные трудности, связанные с использованием двигателя Стирлинга в автомобильной промышленности, - это время запуска, реакция на ускорение, время отключения и вес, не все из которых имеют готовые решения.

Однако был представлен модифицированный двигатель Стирлинга, в котором используются концепции, взятые из запатентованного двигателя внутреннего сгорания с боковой камерой сгорания (патент США 7,387,093), который обещает преодолеть проблемы недостаточной плотности мощности и удельной мощности, а также медленные Проблема ускорения-реакции присуща всем двигателям Стирлинга. Их можно было бы использовать в системах когенерации, которые используют отходящее тепло от выхлопа обычного поршневого или газотурбинного двигателя, и использовать его либо для питания вспомогательного оборудования (например, генератора переменного тока), либо даже в качестве турбо-составной системы, которая добавляет мощность. и крутящий момент на коленчатый вал.

Автомобили, работающие исключительно на двигателях Стирлинга, были разработаны в испытательных проектах НАСА , а также в более ранних проектах Ford Motor Company с использованием двигателей, предоставленных Philips , и American Motors Corporation (AMC) с несколькими автомобилями, оснащенными агрегатами от шведской United Stirling, построенными под лицензия Philips. Проекты испытаний транспортных средств НАСА были разработаны подрядчиками и обозначены как MOD I и MOD II.

Инженерные машины NASA Stirling MOD 1 были построены в сотрудничестве с Министерством энергетики США (DOE) и NASA по контракту AMC General AMC на разработку и демонстрацию практических альтернатив для стандартных двигателей. AMC Spirit компании United Stirling AB с двигателем P-40 прошел всесторонние испытания на пробеге более 50 000 миль ( 80 467 км) и показал средний расход топлива до 28,5 миль на галлон ‑US (8,3 л / 100 км; 34,2 миль на галлон ‑ имп ). Четырехдверный лифтбек VAM Lerma 1980 года был также преобразован в двигатель United Stirling P-40, чтобы продемонстрировать двигатель Стирлинга широкой публике и продвигать программу правительства США по альтернативным двигателям.

Испытания, проведенные с AMC Spirit 1979 года, а также с Opel 1977 года и AMC Concord 1980 года, показали, что двигатели Стирлинга «могут быть преобразованы в автомобильную силовую передачу для легковых автомобилей и могут дать положительные результаты». Однако прогресс был достигнут с двигателями с искровым зажиганием одинаковой мощности с 1977 года, и требования к средней корпоративной экономии топлива (CAFE), которые должны были выполняться автомобилями, продаваемыми в США, были повышены. Более того, конструкция двигателя Стирлинга продолжала демонстрировать недостаток в топливной эффективности. Для потребителей, использующих двигатели Стирлинга, были также два основных недостатка: во-первых, время, необходимое для прогрева, потому что большинство водителей не любят ждать, чтобы начать движение; во-вторых, сложность изменения оборотов двигателя, что ограничивало гибкость вождения на дороге и в движении. Также был поставлен под сомнение процесс преобразования автопроизводителями своих существующих мощностей и инструментов для массового производства совершенно новой конструкции и типа силовой установки.

В рамках проекта MOD II в 1980 году был создан один из самых эффективных автомобильных двигателей из когда-либо созданных. Двигатель достиг максимального теплового КПД 38,5% по сравнению с современным двигателем с искровым зажиганием (бензиновым), который имеет максимальный КПД 20-25%. Проект Mod II заменил обычный двигатель с искровым зажиганием в 4-дверном кузове Chevrolet Celebrity 1985 года . В отчете о проектировании MOD II 1986 года (Приложение A) результаты показали, что расход бензина на шоссе был увеличен с 40 до 58 миль на галлон ‑ США (от 5,9 до 4,1 л / 100 км; от 48 до 70 миль на галлон ‑ имп. ) И достигал 26 миль на галлон в городских условиях. до 33 миль на галлон ‑US (9,0–7,1 л / 100 км; 31–40 миль на галлон ‑ имп ) без изменения полной массы автомобиля. Время запуска в транспортном средстве НАСА составляло максимум 30 секунд, в то время как исследовательский автомобиль Форда использовал внутренний электрический нагреватель для быстрого запуска двигателя, давая время запуска всего несколько секунд. Высокий выходной крутящий момент двигателя Стирлинга на низких оборотах устранил необходимость в преобразователе крутящего момента в трансмиссии, что привело к уменьшению веса и потерь в трансмиссии, что несколько нивелировало весовой недостаток двигателя Стирлинга при использовании в автомобилях. Это привело к тому, что в результатах испытаний была отмечена повышенная эффективность.

Эксперименты показали, что двигатель Стирлинга может улучшить эксплуатационную эффективность автомобиля за счет идеального отключения двигателя Стирлинга от прямых требований к мощности, исключая прямое механическое соединение, которое используется в большинстве современных автомобилей. Его основная функция, используемая в серийном электрическом гибридном транспортном средстве с увеличенным запасом хода, будет заключаться в качестве генератора, обеспечивающего электричеством для привода тяговых двигателей электромобиля и зарядки комплекта буферных батарей. В нефтегидравлическом гибриде Стирлинг будет выполнять ту же функцию, что и в серийно-гибридном бензиновом двигателе, поворачивая насос, заряжающий гидравлический буферный бак. Несмотря на успех в фазах экспериментов MOD 1 и MOD 2, сокращение финансирования дальнейших исследований и отсутствие интереса со стороны автопроизводителей положили конец возможной коммерциализации программы двигателей Стирлинга для автомобилей.

Электрические транспортные средства

Двигатели Стирлинга как часть гибридной системы электропривода могут быть в состоянии обойти конструктивные проблемы или недостатки негибридного автомобиля Стирлинга.

В ноябре 2007 года в рамках проекта Precer в Швеции был анонсирован прототип гибридного автомобиля, использующего твердое биотопливо и двигатель Стирлинга.

Новый лидер Hampshire Union сообщает , что Дин Камен разработал серию гибрид автомобиля с помощью Форд Think . DEKA , технологическая компания Камена в Манчестер-Миллярде , продемонстрировала электромобиль DEKA Revolt , который может проехать около 60 миль (97 км) на одном заряде литиевой батареи .

Авиационные двигатели

Роберт МакКонаги создал первый летающий самолет с двигателем Стирлинга в августе 1986 года. Двигатель типа Бета весил 360 граммов и выдавал всего 20 Вт мощности. Двигатель крепился к передней части модифицированного радиоуправляемого планера Super Malibu полной взлетной массой 1 кг. Самый лучший опубликованный испытательный полет длился 6 минут и показал «мощность, едва достаточную для того, чтобы время от времени делать небольшой поворот и поддерживать высоту».

Судовые двигатели

Двигатель Стирлинга может хорошо подходить для подводных энергетических систем, где электрическая работа или механическая мощность требуются на прерывистом или непрерывном уровне. Компания General Motors провела значительный объем работ по усовершенствованным двигателям с циклом Стирлинга, которые включают накопление тепла для подводных применений. United Stirling в Мальмё, Швеция , разрабатывает экспериментальный четырехцилиндровый двигатель, использующий перекись водорода в качестве окислителя в подводных энергетических системах. Подводная лодка SAGA (Submarine Assistance Great Autonomy) вступила в строй в 1990-х годах и приводится в движение двумя двигателями Стирлинга, снабженными дизельным топливом и жидким кислородом . Эта система также имеет потенциал для движения надводных кораблей, поскольку размер двигателя не вызывает беспокойства, а размещение секции радиатора в морской воде, а не на открытом воздухе (как в случае с наземным двигателем), позволяет уменьшить ее размер.

Шведский судостроитель Kockums построил 8 успешных подводных лодок Stirling с конца 1980-х годов. Они несут сжатый кислород, чтобы топливо могло гореть под водой, обеспечивая тепло для двигателя Стирлинга. В настоящее время они используются на подводных лодках классов Gotland и Södermanland . Это первые подводные лодки в мире, оснащенные воздушно-независимой силовой установкой Стирлинга (AIP), которая увеличивает их подводную выносливость с нескольких дней до нескольких недель.

Ранее эта возможность была доступна только для атомных подводных лодок .

Двигатель Kockums также используется на японских подводных лодках класса Сёрю .

Насосные двигатели

Двигатели Стирлинга могут приводить в действие насосы для перемещения жидкостей, таких как вода, воздух и газы. Например, ST-5 от Stirling Technology Inc. мощностью 5 лошадиных сил (3,7 кВт) может запускать генератор мощностью 3 кВт или центробежный водяной насос.

Производство электроэнергии

Структурная принципиальная схема системы двигателя Стирлинга со свободным поршнем

Комбинированное тепло и электроэнергия

В системе комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) механическая или электрическая энергия вырабатывается обычным образом, однако отработанное тепло, выделяемое двигателем, используется для подачи вторичного тепла. Это может быть практически все, что использует низкотемпературное тепло. Часто это уже существующее использование энергии, такое как отопление коммерческих помещений, нагрев воды в жилых домах или промышленный процесс.

Тепловые электростанции в электрической сети используют топливо для производства электроэнергии . Однако образуется большое количество отработанного тепла, которое часто остается неиспользованным. В других случаях высококачественное топливо сжигается при высокой температуре для применения при низких температурах. Согласно второму закону термодинамики , тепловой двигатель может генерировать энергию за счет этой разницы температур. В системе ТЭЦ высокотемпературное первичное тепло поступает в нагреватель двигателя Стирлинга, затем часть энергии преобразуется в механическую энергию в двигателе, а остальная часть проходит через охладитель, откуда выходит с низкой температурой. «Отработанное» тепло фактически исходит от основного охладителя двигателя и, возможно, из других источников, таких как выхлоп горелки, если таковой имеется.

Мощность, вырабатываемая двигателем, может использоваться для запуска промышленного или сельскохозяйственного процесса, который, в свою очередь, приводит к образованию отходов биомассы, которые можно использовать в качестве бесплатного топлива для двигателя, что снижает затраты на удаление отходов. Общий процесс может быть эффективным и рентабельным.

Inspirit Energy, британская компания, имеет газовую когенерационную установку Inspirit Charger, которая поступит в продажу в 2016 году. Напольная установка вырабатывает 3 кВт электрической и 15 кВт тепловой энергии.

WhisperGen, новозеландская фирма с офисами в Крайстчерче , разработала циклный двигатель Стирлинга "AC Micro Combined Heat and Power". Эти блоки microCHP представляют собой газовые котлы центрального отопления, которые продают неиспользованную электроэнергию обратно в электросеть . WhisperGen объявил в 2004 году, что они производят 80 000 единиц для жилищного рынка Соединенного Королевства . В 2006 году в Германии было проведено испытание на 20 единиц.

Производство солнечной энергии

Помещенный в фокус параболического зеркала, двигатель Стирлинга может преобразовывать солнечную энергию в электричество с более высокой эффективностью, чем неконцентрированные фотоэлектрические элементы , и сравнимыми с концентрированными фотоэлектрическими элементами . 11 августа 2005 года компания Southern California Edison объявила о соглашении со Stirling Energy Systems (SES) о покупке электроэнергии, произведенной с использованием более 30 000 двигателей Стирлинга на солнечной энергии в течение двадцати лет, достаточных для выработки 850 МВт электроэнергии. Эти системы, на 8000 акров (19 км 2 ) солнечной ферме будут использовать зеркало , чтобы направлять и концентрировать солнечный свет на двигатели , которые будут в своей очереди , генераторы привода. «В январе 2010 года, через четыре месяца после начала строительства, компания-партнер Stirling Energy Tessara Solar завершила строительство электростанции Maricopa Solar мощностью 1,5 МВт в Пеории, штат Аризона , недалеко от Феникса. Электростанция состоит из 60 SES SunCatcher». SunCatcher описывается как «большой, отслеживающий, концентрирующий солнечный коллектор солнечной энергии (CSP), который вырабатывает 25 киловатт (кВт) электроэнергии при полном солнечном свете. Каждый из коллекторов диаметром 38 футов содержит более 300 изогнутых зеркал ( гелиостатов ), которые фокусировать солнечный свет на блоке преобразования энергии, который содержит двигатель Стирлинга. В антенне используется двухосное отслеживание, чтобы точно следовать за солнцем, когда оно движется по небу ». По проекту были споры из-за опасений по поводу воздействия окружающей среды на животных, живущих на участке. Солнечная электростанция Марикопа закрыта.

Атомная энергия

Есть потенциал для ядерных двигателей Стирлинга на электростанциях. Замена паровых турбин атомных электростанций двигателями Стирлинга может упростить установку, повысить эффективность и уменьшить количество радиоактивных побочных продуктов. В ряде конструкций реакторов-размножителей в качестве теплоносителя используется жидкий натрий. Если тепло будет использоваться в паровой установке, потребуется теплообменник вода / натрий, что вызывает определенные опасения, поскольку натрий бурно реагирует с водой. Двигатель Стирлинга устраняет потребность в воде в любом месте цикла. Это будет иметь преимущества для ядерных установок в засушливых регионах.

В правительственных лабораториях США разработана современная конструкция двигателя Стирлинга, известная как радиоизотопный генератор Стирлинга, для использования в исследовании космоса. Он предназначен для выработки электроэнергии для зондов дальнего космоса во время миссий на десятилетия. В двигателе используется единственный вытеснитель для уменьшения количества движущихся частей и используется акустика высокой энергии для передачи энергии. Источником тепла является сухая пробка твердого ядерного топлива, а радиатором - излучение в свободное пространство.

Отопление и охлаждение

При наличии механической энергии двигатель Стирлинга может работать в обратном направлении как тепловой насос для обогрева или охлаждения. В конце 1930-х годов Голландская корпорация Philips успешно использовала цикл Стирлинга в криогенных приложениях. В программе Space Shuttle , NASA успешно сечения охладителя цикла Стирлинга в форме «похожи по размеру и форме к мелким домашним единицам часто используются в общежитиях колледжа» для использования в научной лаборатории жизни. Дальнейшие исследования этого устройства для домашнего использования привели к увеличению коэффициента полезного действия Карно в три раза и снижению веса устройства на 1 кг. Были проведены эксперименты с использованием энергии ветра, приводящей в действие тепловой насос по циклу Стирлинга для отопления и кондиционирования воздуха.

Криохладители Стирлинга

Любой двигатель Стирлинга также будет работать в обратном направлении как тепловой насос : при приложении механической энергии к валу между резервуарами возникает разница температур. Основные механические компоненты криокулера Стирлинга идентичны двигателю Стирлинга. И в двигателе, и в тепловом насосе тепло течет из пространства расширения в пространство сжатия; тем не менее, требуется подводная работа для того, чтобы тепло текло «вверх» против теплового градиента, особенно когда пространство сжатия горячее, чем пространство расширения. Внешняя сторона теплообменника пространства расширения может быть размещена внутри теплоизолированного отделения, такого как вакуумная колба. Фактически тепло откачивается из этого отсека через рабочий газ криохладителя в компрессионное пространство. Температура в пространстве сжатия будет выше температуры окружающей среды, поэтому тепло будет уходить в окружающую среду.

Одно из их современных применений - криогеника и, в меньшей степени, охлаждение . При типичных температурах охлаждения охладители Стирлинга, как правило, экономически не конкурентоспособны с менее дорогими основными системами охлаждения Ранкина , поскольку они менее энергоэффективны. Однако при температуре ниже -40 ...- 30 ° C охлаждение по Ренкину неэффективно, поскольку нет подходящих хладагентов с такой низкой температурой кипения. Криохладители Стирлинга способны «поднять» тепло до -200 ° C (73 K), что достаточно для сжижения воздуха (в частности, основных составляющих газов кислорода , азота и аргона ). Для одноступенчатых машин они могут достигать 40–60 К, в зависимости от конкретной конструкции. Двухступенчатые криохладители Стирлинга могут достигать температуры 20 К, достаточной для сжижения водорода и неона. Криокулеры для этой цели более или менее конкурентоспособны с другими технологиями криокулеров. Коэффициент полезного действия при криогенных температурах обычно составляет 0,04–0,05 (соответствует КПД 4–5%). Опытным путем устройства показывают линейный тренд, обычно с COP = 0,0015 T c  - 0,065 , где T c - криогенная температура. При таких температурах твердые материалы имеют более низкие значения удельной теплоемкости, поэтому регенератор должен быть изготовлен из неожиданных материалов, например из хлопка .

Первый криокулер с циклом Стирлинга был разработан в Philips в 1950-х годах и реализован в таких местах, как заводы по производству жидкого воздуха . Бизнес Philips Cryogenics развивался до тех пор, пока в 1990 году он не был разделен и образовал Stirling Cryogenics BV, Нидерланды. Эта компания до сих пор занимается разработкой и производством криокулеров Стирлинга и криогенных систем охлаждения.

Для решения таких задач, как охлаждение электронных датчиков, а иногда и микропроцессоров , коммерчески доступно большое количество небольших криокулеров Стирлинга . Для этого применения криокулеры Стирлинга представляют собой самую высокопроизводительную из доступных технологий благодаря их способности эффективно отводить тепло при очень низких температурах. Они бесшумны, не подвержены вибрации, могут быть уменьшены до небольших размеров, имеют очень высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы. По состоянию на 2009 год криокулеры считались единственными широко применяемыми коммерчески успешными устройствами Стирлинга.

Тепловые насосы

Тепловой насос Стирлинга очень похож на криокулер Стирлинга, главное отличие состоит в том, что он обычно работает при комнатной температуре. В настоящее время его основное применение - перекачка тепла снаружи здания во внутрь, тем самым нагревая его с меньшими затратами энергии.

Как и в любом другом устройстве Стирлинга, тепловой поток идет из пространства расширения в пространство сжатия. Однако, в отличие от двигателя Стирлинга , пространство расширения имеет более низкую температуру, чем пространство сжатия, поэтому вместо создания работы системе требуется ввод механической работы (чтобы удовлетворить второму закону термодинамики ). Подвод механической энергии может осуществляться, например, электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. Когда механическую работу теплового насоса обеспечивает второй двигатель Стирлинга, тогда вся система называется «тепловым насосом с тепловым приводом».

Сторона расширения теплового насоса термически связана с источником тепла, которым часто является внешняя среда. Сторона сжатия устройства Стирлинга помещается в обогреваемую среду, например в здание, и тепло «закачивается» в нее. Обычно между двумя сторонами будет теплоизоляция, поэтому внутри изолированного пространства будет повышаться температура.

Тепловые насосы на сегодняшний день являются наиболее энергоэффективными типами систем отопления, поскольку они «отбирают» тепло из окружающей среды, а не просто превращают входящую энергию в тепло. В соответствии со вторым законом термодинамики тепловым насосам всегда требуется дополнительный ввод некоторой внешней энергии для «перекачки» накопленного тепла «вверх» против перепада температур.

По сравнению с обычными тепловыми насосами тепловые насосы Стирлинга часто имеют более высокий коэффициент полезного действия . На сегодняшний день коммерческое использование систем Стирлинга ограничено; однако ожидается, что их использование будет расти вместе с рыночным спросом на энергосбережение, и внедрение, вероятно, будет ускорено за счет технологических усовершенствований.

Портативное охлаждение

Охладитель Стирлинга со свободным поршнем (FPSC) - это полностью герметичная система теплопередачи, которая имеет только две движущиеся части (поршень и вытеснитель) и которая может использовать гелий в качестве рабочей жидкости . Поршень обычно приводится в движение колеблющимся магнитным полем, которое является источником энергии, необходимой для запуска цикла охлаждения. Магнитный привод позволяет поршню приводиться в движение без необходимости использования каких-либо уплотнений, прокладок, уплотнительных колец или других компромиссов для герметичной системы. Заявленные преимущества системы включают повышенную эффективность и охлаждающую способность, меньший вес, меньший размер и лучшую управляемость.

FPSC был изобретен в 1964 году Уильямом Билом (1928-2016), профессором машиностроения в Университете Огайо в Афинах, штат Огайо . Он основал Sunpower Inc., которая исследует и разрабатывает системы FPSC для военных, аэрокосмических, промышленных и коммерческих приложений. Кулер FPSC производства Sunpower использовался НАСА для охлаждения приборов на спутниках . Фирма была продана семьей Бил в 2015 году и стала частью Ametek .

Другие поставщики технологии FPSC включают Twinbird Corporation из Японии и Global Cooling из Нидерландов, у которых (как и у Sunpower) есть исследовательский центр в Афинах, штат Огайо.

В течение нескольких лет, начиная примерно с 2004 года, компания Coleman продавала версию Twinbird «SC-C925 Portable Freezer Cooler 25L» под своей собственной торговой маркой, но с тех пор прекратила выпуск этого продукта. Портативный охладитель может проработать более суток, поддерживая температуру ниже нуля при питании от автомобильного аккумулятора . Этот кулер все еще находится в производстве, и Global Cooling теперь координирует его распространение в Северной Америке и Европе. Другие варианты, предлагаемые Twinbird, включают портативный морозильник (до −80 ° C), складные холодильники и модель для транспортировки крови и вакцины .

Двигатели с низким перепадом температур

Двигатель Стирлинга с низким перепадом температур, показанный здесь, работает от тепла от теплой руки.

А разница низкой температуры ( LTD или Low Delta T (LDT) ) двигатель Стирлинг будет работать на любом дифференциале с низкой температурой, например , разность между ладонью и комнатной температурой, или при комнатной температуре и кубиком льда. Рекордный перепад температур всего 0,5 ° C был достигнут в 1990 году. Обычно для простоты они проектируются в гамма-конфигурации и без регенератора, хотя некоторые из них имеют прорези в буйке, обычно сделанные из пены для частичной регенерации. Обычно они не находятся под давлением и работают под давлением, близким к 1  атмосфере . Вырабатываемая мощность составляет менее 1 Вт, и они предназначены только для демонстрационных целей. Они продаются как игрушки и обучающие модели.

Однако для перекачивания воды под прямыми солнечными лучами с минимальным увеличением или без увеличения созданы более крупные низкотемпературные двигатели (обычно площадью 1 м²).

Другие приложения

Акустический тепловой двигатель Стирлинга

Национальная лаборатория Лос-Аламоса разработала «акустический тепловой двигатель Стирлинга» без движущихся частей. Он преобразует тепло в мощную акустическую мощность, которая (указана из данного источника) «может использоваться непосредственно в акустических холодильниках или холодильниках с импульсной трубкой для обеспечения охлаждения с тепловым приводом без движущихся частей, или ... для выработки электроэнергии через линейный генератор переменного тока или другой электроакустический преобразователь мощности ».

МикроТЧП

Компания WhisperGen (банкротство 2012 г.) из Новой Зеландии разработала двигатели Стирлинга, которые могут работать на природном газе или дизельном топливе. Было подписано соглашение с испанской фирмой Mondragon Corporación Cooperativa о производстве микроТЭЦ WhisperGen (комбинированное производство тепла и электроэнергии) и их поставке на внутренний рынок Европы. Некоторое время назад E.ON UK объявила об аналогичной инициативе для Великобритании. Отечественные двигатели Стирлинга будут снабжать клиента горячей водой, обогревом помещений и избыточной электроэнергией, которую можно будет вернуть в электрическую сеть.

В соответствии с опубликованными компаниями эксплуатационными характеристиками автономная дизельная установка вырабатывает комбинированную тепловую (5,5 кВт тепла) и электрическую (800 Вт электрическую) мощность, используя 0,75 литра автомобильного дизельного топлива в час. Установки Whispergen, как утверждается, работают как комбинированные когенерационные установки, достигая КПД ~ 80%.

Однако предварительные результаты обзора эффективности блоков WhisperGen microCHP, проведенного организацией Energy Saving Trust, показали, что их преимущества в лучшем случае в большинстве домов незначительны. Однако другой автор показывает, что микрогенерация двигателя Стирлинга является наиболее рентабельной из различных технологий микрогенерации с точки зрения сокращения выбросов CO 2 .

Чип охлаждение

Компания MSI (Тайвань) разработала миниатюрную систему охлаждения двигателя Стирлинга для микросхем персональных компьютеров, которая использует отходящее тепло чипа для вращения вентилятора.

Опреснение

На всех тепловых электростанциях должен быть отвод отработанного тепла . Однако нет никаких причин, по которым отходящее тепло не может быть отведено для работы двигателей Стирлинга для прокачки морской воды через узлы обратного осмоса, за исключением того, что любое дополнительное использование тепла повышает эффективную температуру радиатора для тепловой электростанции, что приводит к некоторой потере эффективности преобразования энергии. . На типичной атомной электростанции две трети тепловой энергии, производимой реактором, составляет отходящее тепло. В установке Стирлинга отходящее тепло может быть использовано в качестве дополнительного источника электроэнергии.

Рекомендации

Двигатель Стирлинга. Устройство и принцип работы

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

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

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

Роберт Стирлинг (1790-1878 года жизни):

История двигателя Стирлинга

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

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

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

P*V=n*R*T

здесь

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

Модель двигателя Стирлинга:

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

Цикл

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

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

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

Идеальные круговые явления:

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

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

Из расчёта (моль) вещества:

Подводимое тепло:

Получаемое охладителем тепло:

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

R – Универсальная постоянная газа;

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

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

КПД кругового явления:

ɳ =

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

Принцип работы двигателя

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

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

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

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

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

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

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

Виды двигателей

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

  • Двигатель «α – Стирлинг»:

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

  • Двигатель «β – Стирлинг»:

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

  • Двигатель «γ – Стирлинг»:

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

Некоторые силовые установки не похожи на основные виды двигателей:

  • Роторный двигатель Стирлинга.

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

  • Термоакустический двигатель Стирлинга.

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

Двигатель Стирлинга своими руками

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

Низкотемпературный двигатель Стирлинга:

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

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

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

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

Преимущества

Для двигателя Стирлинга характерны такие плюсы:

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

Недостатки

К недостаткам двигателя Стирлинга относятся:

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

Использование

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

  • Двигатель Стирлинг-электрогенератор.

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

  • Двигатель, как насос (электрика).

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

  • Двигатель, как насос (обогреватель).

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

Двигатель Стирлинга на подводной лодке:

  • Двигатель, как насос (охладитель).

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

  • Двигатель, как насос, создающий сверхнизкие степени нагрева.

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

  • Двигатель для подводной техники.

Подводные корабли Швеции и Японии работают благодаря двигателю.

Двигатель Стирлинга в качестве солнечной установки:

  • Двигатель, как аккумулятор энергии.

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

  • Солнечный двигатель.

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

Двигатель Стирлинга

- Купить двигатель Стирлинга с бесплатной доставкой Двигатель

Стирлинга - Купить двигатель Стирлинга с бесплатной доставкой | Banggood.com
  • 1 024 кроны.00

Лучшая цена паровой двигатель Стирлинга - Отличные предложения на паровой двигатель Стирлинга от мировых продавцов паровых двигателей Стирлинга

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для паровой машины Стирлинга. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях.Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку, надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лучший паровой двигатель Стирлинга вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели паровой двигатель Стирлинга на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в паровой машине Стирлинга и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress - отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово - просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

И, если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны - и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, мы думаем, вы согласитесь, что вы получите steam stiterling engine по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Регенераторы двигателя Стирлинга - объяснение

Регенераторы

Что это такое и как они работают

Регенераторы делают двигатели Стирлинга интересными и эффективными.К сожалению, их также бывает сложно понять.

Регенераторы - это внутренний теплообменник, повышающий эффективность двигателей Стирлинга.

Что такое регенераторы и как они работают

Регенератор - это компонент двигателя Стирлинга, который накапливает тепло от одного цикла, чтобы его можно было использовать в следующем цикле. Регенераторы часто изготавливаются из листов фольги, стальной ваты или металлической губки.

Горячий рабочий газ проходит через регенератор (накапливая там часть своего тепла), направляясь в холодную зону.Когда холодный газ возвращается, он снова проходит через регенератор и предварительно нагревается перед тем, как попасть в горячую зону.

Результатом является более высокая мощность и более высокий КПД данного двигателя Стирлинга.

Щелкните ссылку, чтобы перейти к этому разделу:
  1. Регенераторы, объясненные на ясной модели двигателя
  2. Назначение регенератора
  3. Невидимые регенераторы
  4. Внутреннее аэродинамическое сопротивление
  5. Воздействие различных газов
  6. Двигатель с переменной степенью сжатия
  7. История регенератора
Регенераторы

в двигателе ясной модели

Чтобы понять, как регенераторы работают во всех двигателях Стирлинга, давайте сначала узнаем, как они работают в одном конкретном двигателе.

Регенератор / вытеснитель желтой пены в цилиндре двигателя Стирлинга.

Это хороший пример регенератора, потому что рабочий цилиндр чистый, а регенератор / вытеснитель ярко-желтого цвета.

Это не поршень

Желтая деталь внутри двигателя очень похожа на поршень, но на самом деле это не поршень.

Регенераторы
пористые - поршни нет

Оригинальная модель двигателя Стирлинга MM-1 Coffee Cup Stirling Engine компании American Stirling.

Поршень - это то, что газ толкает или тянет.

Но эта желтая часть пористая и изготовлена ​​из материала, очень похожего на пену для фильтров кондиционеров оконных кондиционеров.

В этом двигателе воздух проходит через поплавок и вокруг него.

Когда он выполняет одно из этих действий, протекает через него или вокруг него, часть тепла от этого цикла накапливается в желтом куске пены и сохраняется для следующего цикла, а желтая пена работает как регенератор.

Вы можете увидеть, где, как и где регенератор используется в завершенном движке выше, щелкнув страницу этого механизма чашки кофе, а затем щелкнув изображение еще раз, чтобы получить максимально возможное изображение.

Движущийся желтый регенератор

Желтая часть внутри двигателя - это регенератор и вытеснитель. Воздух проходит через него и вокруг него.

В большинстве двигателей Стирлинга регенератор неподвижен, а газ движется. Но в этом двигателе движутся и регенератор, и газ.

В этом двигателе используется регенеративный вытеснитель

Этот двигатель имеет так называемый «регенеративный вытеснитель», поэтому желтая часть, которая перемещает воздух вперед и назад внутри двигателя, также функционирует как регенератор.

Назначение регенератора - Эконом

Чтобы работать как двигатель, двигатель Стирлинга должен поглощать тепло, расширять газ, отводить отработанное тепло, а затем сжимать или сжимать газ.

Регенератор работает, накапливая часть тепла, которое в противном случае пришлось бы отводить в окружающую среду в регенераторе до тех пор, пока поток рабочего газа не изменится на противоположный и тепло не будет использовано в следующем цикле.

Назначение регенератора - сделать двигатель более экономичным. Фактически, Роберт Стирлинг первоначально называл это «экономайзером», а сегодня они известны как регенераторы.

Результатом работы регенератора является то, что двигатель выдает больше мощности при меньшем расходе топлива.

Итак, что он делает?

Регенератор в двигателе Стирлинга работает как внутренний теплообменник, расположенный между горячей и холодной частями двигателя. Рабочая жидкость течет по нему в обоих направлениях, накапливая тепло от одного цикла для использования в следующем цикле.

Регенератор предназначен для рециркуляции тепла внутри двигателя, а не для отвода тепла в атмосферу. Это улучшает общую эффективность и выходную мощность.

С регенератором меньше теряемого тепла, так как некоторое количество тепла сохраняется в регенераторе для использования в следующем цикле.

Невидимые регенераторы

Любой, кто смотрел на множество различных конструкций двигателей Стирлинга, заметит, что некоторые из них не имеют ничего, кроме очевидного регенератора.

Это все еще двигатели Стирлинга?

Ну да, это двигатели Стирлинга, потому что регенераторы не должны быть отдельной названной частью, чтобы работать как регенераторы.

Даже когда двигатель не имеет отдельного регенератора, края вытеснителя будут иметь вокруг себя изрядное количество теплового потока, и они будут функционировать как регенератор.

Каждый раз, когда есть длинный узкий канал, по которому рабочая жидкость должна стекать вниз, этот канал будет функционировать как регенератор.

Почти бесплатный обед

С другой стороны, регенератор - это компонент, который может улучшить работу двигателя Стирлинга - иногда значительно.

С другой стороны, они также могут увеличивать внутреннее аэродинамическое сопротивление и мертвое пространство.

В хорошо разработанных двигателях Стирлинга регенераторы значительно увеличивают производительность двигателя.

Внутреннее аэродинамическое сопротивление

При разработке нового двигателя Стирлинга конструкторам приходится идти на большие уступки.Когда внутреннее аэродинамическое сопротивление становится слишком высоким, двигатель будет плохо работать из-за слишком большого сопротивления.

Но внутреннее сопротивление помогает двигателю передавать тепло рабочему газу, и если внутреннее аэродинамическое сопротивление станет слишком низким, двигатель не будет иметь достаточной теплопередачи для работы.

Где-то посередине могут быть созданы замечательные конструкции двигателей.

Воздействие различных газов

Один из способов, которыми гелий и водород работают для улучшения выходной мощности некоторых конструкций двигателей Стирлинга, - это уменьшение внутреннего аэродинамического сопротивления и улучшение теплопередачи.

Очевидно, что на внутреннюю теплопередачу регенератора влияет ваш выбор рабочего газа.

Регенераторы влияют на все

Разработчикам новых двигателей Стирлинга необходимо помнить, что добавление или изменение компонента, например регенератора, всегда изменяет не только регенератор.

Например, когда вы добавляете регенератор, мертвое пространство и внутреннее сопротивление внутри двигателя увеличиваются.

Будет ли это выгодно для общих характеристик двигателя или нет, будет зависеть от того, насколько точно была оптимизирована степень сжатия и остальная конструкция двигателя до этого.

Эксперимент с регенераторами

Двигатели Стирлинга - это сложные взаимосвязанные системы, в которых все, что вы делаете, влияет на все остальное в двигателе

Улучшение одна вещь в двигателе не обязательно улучшит производительность всей системы.

Если вы усовершенствуете горячую сторону, чтобы получить больше тепла в рабочий газ, вам следует запланировать регулировку степени сжатия вашего двигателя.

Вам также нужно будет выяснить, как отводить больше тепла на холодной стороне, потому что все влияет на все.

Упростите изменение степени сжатия

Скажем, например, вы хотите поэкспериментировать с различными материалами для регенераторов в новом двигателе Стирлинга, который вы строите.

Если возможно, вам следует разработать метод для быстрого и легкого изменения степени сжатия.

Захват мощности двигателей

Если ваш новый материал регенератора работает намного лучше, вы надеетесь, что он будет производить больший импульс мощности.

Но если конструкция вашего двигателя не позволяет легко изменять степени сжатия, вы можете не знать, что ваш новый регенератор стал улучшением.

Если вы создаете свою новую конструкцию с переменной степенью сжатия, то любой новый компонент, который вы тестируете, например, другой регенератор, нагреватель или охладитель, можно легко оптимизировать для получения надлежащей степени сжатия и расширения.

История регенератора

Первый патент на регенератор, известный тогда как «экономайзер», был выдан в 1816 году. Два года спустя двигатель, основанный на этой конструкции, был использован для перекачки воды в карьере.

Иллюстрация к оригинальному патенту Роберта Стирлинга 1816 года.

Впоследствии Роберт Стирлинг и его брат получили патенты на усовершенствования исходной конфигурации, которые включали повышение давления, предназначенное для увеличения общей выходной мощности двигателя.

В конечном итоге материалы, использованные для создания этих первых двигателей (обычно чугун), не выдерживали постоянных высоких температур, которые требуются двигателям Стирлинга на горячей стороне, и заводы, которые впервые использовали двигатели Стирлинга, в конечном итоге вернулись к паровым двигателям для питания своего оборудования .

Современные нержавеющие стали могут поддерживать свои высокие рабочие температуры неограниченно долго, поэтому для современных двигателей Стирлинга это не проблема.

Пожалуйста, оставьте свои комментарии

Если у вас есть какие-либо вопросы о регенераторах в двигателях Стирлинга, оставьте их в разделе комментариев ниже.

Все комментарии проходят модерацию, поэтому на их рассмотрение может уйти несколько дней, но это будет сделано.

Бесплатные планы для модели Steam Engines

Для всех, кто хочет стать машинистом, а также для опытных инженеров, мы получили множество бесплатных планов для моделей Steam Engines со всего Интернета.

Некоторые из них недоступны для начинающих строителей, например, полностью укомплектованные локомотивы, на строительство которых уходят годы.

Другие более простые двигатели, такие как воблеры (колеблющиеся двигатели, приводимые в действие паром или воздухом), могут быть созданы за несколько недель без особых проблем, , хотя они легко доступны в готовом рабочем состоянии от Amazon и многих других источников.

Если вы занимаетесь самостоятельной сборкой, эти же или похожие двигатели можно найти здесь, в PM Research, которые предлагают полностью механически обработанные или немеханические двигатели для сборки , и в качестве бонуса многие из них хорошо работают на лодках.

Просто нажмите здесь, чтобы ознакомиться с предложениями PM…

Однако, поскольку мы не построили все перечисленные ниже двигатели по планам, мы не можем гарантировать, что планы или описания полны.

Вот почему мы предлагаем вам БЕСПЛАТНЫЕ ПЛАНЫ ПАРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ в формате pdf

Лучше всего скачать любой интересующий вас PDF-файл и оттуда принять решение.

Чтобы облегчить жизнь; мы сгруппировали их по разным категориям, чтобы помочь вам выбрать загрузки - просто нажмите синие ссылки, и вы сможете скачать бесплатный PDF-файл.

Быстрые ссылки на категории ниже:

Планы двигателей Free Beam

Бесплатные планы двигателей лодки

Бесплатные планы строительства котла

Планы двигателей Free Hot Air и Стирлинга

Бесплатные планы Live-Steam Loco

Бесплатные случайные Steam Engines и странности

Планы свободного воблера и качающегося двигателя

Бесплатные планы турбины

Бесплатные планы вакуумных двигателей

————

Планы двигателя Free Beam

На изображении ниже показан тип паровой машины, предназначенный для Beam Engines - для тех, кто не уверен.

Ранние версии, где огромная мощность требовалась для перекачки шахт, канализации и т.п., были построены в колоссальных масштабах.

Изначально недостатком было то, что они полагались на давление воздуха для опускания поршня, поэтому они должны были быть огромными - поршни диаметром 5 футов и более, а также соответствующие ходы - с очень плохими уплотнениями из-за плохих производственных процессов в то время, что означало пар должен был втягиваться в цилиндр при низком давлении (проблемы с давлением в защитной оболочке котла в то время были обычным явлением для многих отказов котлов), и когда поршень находился на самом высоком уровне, холодная вода распылялась в захваченный пар для его конденсации в воду, вызывая вакуум ниже поршень.

Более поздние версии, когда котлы стали более надежными и давление было повышено, это означало, что давление пара можно было использовать для приведения в действие поршня, что означало, что можно было использовать меньшие цилиндры и двигатели можно было немного ускорить.

Планы двигателей Gerry’s Beam

Gerry’s Beam Engine. Инструкции по двигателю

Модельер 1932 Beam Engine

Двигатель с шагающей балкой

Если вы ищете готовый к сборке комплект из пластика, чтобы дети были довольны, и более простой дизайн, то вы не ошибетесь с этой моделью.

Не совсем аутентичный, но этот очень недорогой, собираемый вместе водяной насос в виде модели балочного двигателя побуждает детей стать более конструктивными и побуждает их исследовать прошлое, особенно эпоху пара.

Бесплатные планы двигателя лодки

Что касается лодочных двигателей, вы можете легко использовать любую модель парового двигателя в качестве источника энергии при условии, что он достаточно большой для корпуса, и вы также можете установить там котел.

По очевидным причинам многим операторам приходится использовать дистанционно управляемое рулевое управление с сервоприводом для этих моделей.

Колеблющиеся двигатели, будучи меньшей по высоте, имеют преимущество еще одной меры безопасности, поскольку давление пружины, удерживающее цилиндр на главном блоке, позволяет цилиндру подниматься над блоком, чтобы сбросить любое избыточное давление в котле.

Также, если в качестве топлива используется газ, это тоже можно регулировать с помощью сервопривода.

Стартовый двигатель - Средняя сборка

Судовой двигатель - Простая сборка

Двухцилиндровый качающийся лодочный двигатель - новички строят

Двигатель с комбинированной конденсацией (1) - очень сложный

Двигатель с комбинированной конденсацией (2) - очень сложный

Готовые двигатели (например, M2B), подходящие для длины корпуса от 600 до 900 мм (от 2 до 3 футов), доступны ниже.

Двухцилиндровый судовой паровой двигатель M2B

Общая длина: 85 мм

Полный размер: 82 мм

Полная высота: 74 мм

Диаметр отверстия: 10 мм

Ход: 15 мм

Вес: 367 г

Диаметр выходного вала: 4 мм

Это двухцилиндровая модель с углом поворота 90 градусов, сделанная из латуни с припаянным припоем. Он имеет собственную систему смазки цилиндров - один из хорошо зарекомендовавших себя поршневых лубрикаторов, используемых в небольших паровых двигателях.

Кроме того, один сервопривод может управлять потоком пара и давлением в двигателе, а также его движением вперед и назад.

Вы увидите, что есть также готовый котел для этого двигателя, как показано выше.

Вдобавок к этому, хотя и не бесплатно, мы рекомендуем книгу Стэна Брея «Модель морского парохода» (вверху - просто щелкните изображение или этот зеленый раздел), где вы пройдете через создание модели парохода от начала до конца с подробным описанием планы различных паровых двигателей, используемых для управления лодками, некоторые простые, другие сложные, а также конструкция корпуса и вспомогательное оборудование ... Стоит прочитать, если вы собираетесь построить свой собственный паровой гидроцикл.

https://amzn.to/2Uwc2oM

Бесплатные планы котлов

Модель котлов

- общее руководство по котлам

Pop Science Boiler 1949 - Простая сборка

FLASH - Очень простой котел с испарительной трубкой - легко и дешево построить

Упрощенный паровой двигатель и котел с 1937 года - мертвый простой

Котел паровоз с 2007 г. - чертежи только

Dual Concentric Boiler - очень расплывчатый - средний размер

Бесплатные планы на двигатель горячего воздуха и двигателя Стирлинга

Двигатели горячего воздуха и двигатели Стирлинга работают с использованием герметичной системы подачи воздуха , в которой один конец нагревается, а другой охлаждается либо естественным путем, либо путем погружения в жидкость.Между этими концами находится поршень вытеснителя, который перемещает воздух, подталкивая более холодный воздух к горячему концу, а более горячий - к более холодному концу.

Звучит немного сложно, поскольку на этом гифке не показано, что именно написано, но при использовании двух поршней, одного в качестве силового, а второго в качестве поршня буйка, оба соединены с коленчатым валом, это движение воздуха может обеспечить вращение кривошипа за счет используя очень мало тепла на горячем конце.

Очевидно, что двигатели горячего воздуха не производят большого количества энергии, если они не будут значительно увеличены с большим нагревом, подаваемым на горячий конец, хотя они использовались в первые дни для трансатлантических перевозок с использованием морской воды для охлаждения и уголь для необходимого отопления.

Эта диаграмма очень проста в том смысле, что на ней не показан перенос воздуха от холодного конца к горячему, но, как вы увидите, цилиндры должны быть установлены под углом 90 градусов, чтобы этот процесс происходил эффективно.

Существует 4 варианта конструкции и конструкции двигателя горячего воздуха, некоторые из которых очень простые, а некоторые чрезвычайно сложные, но нижеприведенные варианты являются более простыми.

Двигатель горячего воздуха с воздушным охлаждением - относительно простая сборка

Hot-Air Engine - простая сборка

Live Steam Stirling - это непросто.

Планы Фернана - двигатель горячего воздуха / Стирлинга - средний


Бесплатные планы Steam Loco

Для большинства этих локомотивов будьте готовы к тому, что строительство займет много времени, особенно если вы производите детали самостоятельно, поскольку многие детали настолько сложны, что вам понадобится хорошее увеличительное стекло.

Тем не менее, многие из этих двигателей имеют отливки от разных поставщиков по всему миру, в основном в Великобритании.

Ajax Model Engineer 1947 - очень простой локомотив для новичков.

Newbie Locomotive - Большой универсальный локомотив - средней сложности - американского производства.

JPDuval Steam Train - Немного сложная сторона, эта, как и остальные ниже.

Дорис (локомотив)

точка (локомотив)

Джульетта (локомотив)

Тих (локомотив)

Чертежи парового двигателя Вирджинии - LBSC (loco)

Роза (локомотив для начинающих)

Бесплатные планы Steam Engine (и другие) Странности

Wood Engine - паровой двигатель с турбиной - простой

Водяной двигатель - базовый

Candle_Engine - простая сборка - очень маленький

Scotch Engine - средний размер - только в планах

Elbow Engine - планы и инструкции - средняя сборка

Fizz Whiz Steam Car - легкий - для начинающих

Двигатель с вилкой на 13 ампер (супер неудобный)

Бестопливный космический двигатель - на солнечной энергии - easy

Самодельный бензиновый двигатель - немного невнятно

Как сделать игрушечный паровозик - супер просто

Little Husky Engine - базовая версия

Midget Steam Engine - очень просто

Модель

Инженер пожарной машины 1908 - сложный

Model Engineer Steam Crane 1953 - средний легкий

Model Engineer Steam Whistle 1952 - средний легкий

Модель

Водяной паровой насос - очень просто

Двигатель с поворотным клапаном - простая сборка

Водяной двигатель - базовый

Бесплатные планы воблера или качающегося двигателя

Эрни Воблер - базовый осциллятор - для начинающих

Двухцилиндровый качающийся лодочный двигатель - новички

4-х цилиндровый воблер

Воблер двигателя Дэвида Хоббита - простая сборка - отличные инструкции

V Twin Oscillator - простая сборка - немецкий

Двухцилиндровый осциллятор - только планы - испанский

Инженеры модели

Паровые двигатели, двигатели Стирлинга и другие двигатели

Инженеры моделей Паровые двигатели, двигатели Стирлинга и другие двигатели

The выше составной паровой двигатель Корлисса Вильгельм Хаксхольд всего 5 дюймов в длину.Детали из нержавеющей стали и меганита. мастерски изготовлены и представляют тип модельного инженерного проекта, который можно найти в этом разделе. Модель инженерия определяется здесь как проектов, которые являются механическими устройствами в природе. Для моделей с автомобилями лодки и самолеты, посмотреть изготовление моделей раздел.

Со времен изобретения паровой машины, модель инженеры делали маленькие версии для собственного удовольствия. Хоть живи пар был первоначально источником энергии для многих из этих двигателей, они сегодня часто работают на сжатом воздухе в целях безопасности, но все могут работать одинаково хорошо на пару.Другие двигатели, такие как двигатель теплового цикла Стирлинга, также имеют интерес для многих моделистов, так как двигатели сжатого воздуха и реактивные турбины двигатели. В этом разделе подробно описаны производители таких двигателей.

Ссылки на другие инженерные модели разделы:

Раздел 1: Внутреннее сгорание двигатели

Раздел 3: Прочее проектирование моделей проекты

Раздел 4: Разработка моделей Шедевры

Если вас интересуют мелкие модельные газовые двигатели, изготовленные для питания модели самолетов, лодок и автомобилей, см. специальный раздел по модели двигателя Производители.Эти люди были особая порода инженеров-моделей, которые спроектированы и построены двигатели из любовь к своему хобби.

Новое Представленные материалы приветствуются

Если у вас есть дополнительные информация о проекте или застройщике показано на этом сайте, что вы хотели бы Чтобы внести свой вклад, отправьте электронное письмо на адрес [email protected] Мы также приветствуем новые вклады. Посетите нашу страницу по адресу www.CraftsmanshipMuseum.com/newsubmit.htm. для формы подачи и руководящих принципов для отправка описательной копии и фотографий для нового проекта.

Это раздел спонсируется SHERLINE PRODUCTS INC ., Vista, CA,
производителей настольные станки и аксессуары.

Кому узнайте, как ваша компания или организация может спонсировать раздел в Музей ремесел, пожалуйста, свяжитесь с [email protected]

ВОЗВРАТ НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ МУЗЕЯ

Авторское право 2009 г., Фонд исключительного мастерства Джо Мартина. Все права защищены.
Никакая часть этого веб-сайта, включая текст, фотографии или иллюстрации, не может быть воспроизведены или переданы в любой другой форме или любыми средствами (электронными, ксерокопирование, запись или иное) для коммерческого использования без предварительного письменное разрешение Фонда Джо Мартина. Воспроизведение или повторное использование для разрешено использование в образовательных и некоммерческих целях.

Планы для всего - Планы самолетов

Это самые старые планы для самолетов собственной сборки. Некоторые из них могут быть или не быть сверхлегкими, поэтому для полета может потребоваться лицензия пилота.

Изображение Описание Файл
Спец.
Загрузить
Alco Sportplane: Интересно выглядящий моноплан из 1920-х годов, простой и прочный. Когда-то это было в производстве. 10 страниц
2,6 МБ
Baby Bullet: Ранний гоночный моноплан конструкции 1920-х годов.Похоже, что по крайней мере один был построен и запущен. 22 стр.
6,1 МБ
Хит Планер-биплан: Этот 2-местный планер был разработан Хитом, одним из знаменитых пионеров самодельных самолетов. В статье показано, как он занимается высшим пилотажем. 16 страниц
3,2 МБ
Высокопроизводительный моноплан Chilton: Этот красивый самолет британского дизайна, очень хорошо детализирован и хорошо спроектирован. 68 стр.
12,3 МБ
Church Midwing: Это средний вариант знаменитого зонтика Heath Parasol, многие из которых были построены и доставлены обратно в эпоху депрессии. 8 страниц
2.3 MB
Дриггс Дротик: Другой популярный дизайн 1920-х годов, Дриггс был довольно популярным самолетом среди новаторов-гомостроителей. 10 страниц
2.3 MB
Pou-du-Ciel (Небесная блоха): Знаменитый французский дизайн тандемного крыла Анри Минье 1934 года. Семья Анри любезно предложила его дизайн общественному достоянию после его кончины. Это было и остается популярным домом в Европе. Очень хорошо детализированные крупномасштабные гравюры (на французском языке) теперь доступны для бесплатного скачивания. 28 страниц
30,2 МБ
Georgia's Special: Очень красивый ранний зонтик-моноплан. 7 страниц
1,6 МБ
Gere Biplane: Классический биплан 1920-х годов для домашнего строителя. Немного больше работы, чем некоторые, но результат того стоит. 16 страниц
3,6 МБ
Goat 4 Glider: Открытый планер современного дизайна, очень хорошо проработанный. Похоже, очень весело! 82 стр.
2.1 МБ
Хендерсон Лонгстер: Еще один винтагский аттракцион, который был популярен в свое время. Нельзя допустить, чтобы такие красивые дизайны уходили в тень. 10 страниц
2,0 МБ
Линкольн-биплан: Мне кажется, он довольно маленький, но может быть как раз тем, кто ищет сверхкомпактный самодельный. 15 страниц
3,7 МБ
Планер Monerai: Современный планер с высокими летно-техническими характеристиками с опцией питания, теперь в общественном достоянии. 11 страниц
11,2 МБ
Northrup 1928 Glider: Ранняя публикация (я полагаю?) Статьи Джека Нортрапа на испанском языке. 7 Pgs
509 kB
Pietenpol Air Camper: Возможно, один из самых известных и наиболее построенных ранних жилых домов.Это двухместная версия с двигателем Ford Model A. 33 Pgs
7.2 MB
Pietenpol Sky Scout: Это одноместная версия Air Camper с двигателем Ford Model T. 22 стр.
6,6 МБ
Powell PH Racer Biplane: Вот красивый маленький гоночный биплан 1920-х годов, который сегодня был бы отличной постройкой. 14 страниц
2,5 МБ
Летающая ванна Ramsey: Еще одна известная и популярная ранняя самодельная летающая ванна, которая была проста в сборке и предположительно очень хорошо летала. 18 страниц
4,5 МБ
Русский Арго: Вот чистый русский дизайн, который выглядит довольно легко построить.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *