Пару дней назад я получил долгожданную посылку. Посылка шла около 50 дней.В посылке содержался двигатель Стирлинга, о котором я расскажу.
----------------------<cut>----------------------
I. Кто такой Стирлинг? (Wiki)
Роберт Стирлинг, шотландский священник, который 27 сентября 1816 года запатентовал новую разновидность двигателя внешнего сгорания.
Исторически описывается, что Стирлинг был весьма обеспокоен травматизмом рабочих, работающих в его приходе с паровыми двигателями. Эти двигатели часто взрывались из-за низкого качества железа, из которого они изготавливались. Более прочного материала в те годы не существовало. Стирлинг решил усовершенствовать конструкцию воздушного двигателя в надежде на то, что такой двигатель будет более безопасным.
Основной принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий.
В 1818 он построил первый практичный вариант своего двигателя и использовал его в насосе для откачки воды из карьера.
В дальнейшем Стирлинг вместе со своим братом Джеймсом, получил ещё несколько патентов на усовершенствование воздушного двигателя.
В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %. Двигатель Стирлинга имеет много преимуществ и был широко распространён в эпоху паровых машин. А в 1840 году Джеймс построил большой воздушный двигатель для привода всех механизмов в своей литейной компании.
Преимущества:
-«Всеядность» двигателя — как все двигатели внешнего сгорания (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель Стирлинга может работать от почти любого перепада температур: например, между разными слоями воды 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.
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 теплобменник 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.
II. Принцип работы.
Цикл Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. При этом изменяется давление, за счёт чего можно получить полезную работу.
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.
III. Внешний обзор устройства.
1. Что было в посылке:
-коробка
-устройство
-буклет с различными модификациями двигателя Стирлинга и краткая инструкция
-запасные части и аксессуары (стекла, бочек для топлива, ёмкость для топлива, фитиль, 2 шестигранных ключа, деталь поршня)
2. Само устройство:
Резмеры: 180мм X 90мм X 90мм Вес: 330грамм
В модели, что я заказал, установлен генератор с 4-мя светодиодами.
Качество сборки и материалов приятно удивило.
Согласно заявленным данным, скорость оборотов устройства составляют 1300 — 1500 в сек.
IV. Запуск.
Для запуска необходимо подготовить источник тепла.Из-за того, что в моей модели встроенный генератор, который создает нагрузку на систему, работать от простой свечи он не смог.
Отключив генератор, стирлинг с легкостью завелся и стабильно работал.
Для того, чтобы всё полноценно работало, приходится использовать такое топливо как для зажигалок zippo (меньше неприятного запаха, если запускать дома).
Комплектацией это было рассчитано и подготовлено для использования.
Устанавливаем источник тепла в подготовленное для этого место.Ожидаем прогрева в течение 10-20 секунд, после этого пытается его раскрутить вращая "колесо".
Запустив двигатель он будет постепенно раскручиваться, скорость вращения будет зависеть от температуры источника тепла.
Далее, для доступности, представляю небольшой видеоролик, в котором я покажу запуск и работу данного двигателя (видео не подвергалось монтажу и редакции):
V. Вывод
На мой взгляд, практической пользы от данной модели нет. Исключительно эстетическое удовольствие.В любое случае, устройство, несомненно, интересное и имеет место быть.
Спасибо за внимание!
P.S. Понимаю, что написанное мной может выглядеть несколько сумбурно и с пропущенными деталями, но суть этой статьи — кратко рассказать о том, что существует двигатель, который создал Роберт Стирлинг.
P.P.S. Мной была рассмотрена всего лишь одна из множества вариантов двигателей Стирлинга.
Двигатель Стирлинга — это двигатель внешнего сгорания, в котором тепловая энергия подводится к рабочему телу (в нашем случае — к воздуху) извне — через стенку цилиндра. Принцип действия его основан на известном физическом законе — расширении и сжатии воздуха при нагревании и охлаждении. Поэтому стирлинг называют еще воздушно-тепловым двигателем. Понять работу двигателя, который Стирлинг разработал еще в 1816 году, нам поможет модель, описанная в книге С. Баранова «Действующие модели тепловых машин» (год издания 1936-й).
Сначала о том, как устроена модель стирлинга.
Она собирается из четырех основных частей: двух сообщающихся цилиндров — теплообменного 6 и рабочего 3, камеры нагрева — назовем ее топкой 4 — и резервуара с холодной водой (на схемах I — III он не показан, см. его на общем виде двигателя). В верхней части теплообменного цилиндра 6 герметично впаяна камера 7 для воды. Ее задача — охладить нагретый воздух. Через эту камеру проходит шток поршня-вытеснителя 5. Вытеснитель установлен в цилиндре 6 с зазором, не касаясь стенок. Рабочий поршень 2, наоборот, плотно подогнан к цилиндру 3 и движется по нему практически без зазора. Между собой вытеснитель 5 и рабочий поршень 2 соединены через кривошипно-шатунный механизм, причем кривошип и эксцентрик установлены относительно друг друга со сдвигом фаз на 90°. Цилиндры соединены между собой трубкой, и поэтому воздух может легко проходить из теплообменного в рабочий цилиндр, и наоборот. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа с шатуном и осью (узел 8), эксцентрика 1 и маховика 9. Диаметр маховика 80 мм, а расстояние от оси до пальца эксцентрика 14 мм.
Итак, предположим, что мы поставили спиртовку в топку 4 и начали нагревать дно цилиндра 6. Через некоторое время воздух под поршнем-вытеснителем нагреется (а значит, расширится) и устремится вверх (напомним: между вытеснителем и стенкой цилиндра имеется зазор). Сдвинем маховик 9 с мертвой точки, и поршень-вытеснитель 5 начнет подниматься вверх, вытесняя при этом холодный воздух сверху вниз. Медленно начнет двигаться и рабочий поршень 2. Холодный воздух, соприкасаясь с раскаленным дном цилиндра 6, нагреется, давление возрастет, и воздух по трубке пойдет в рабочий цилиндр 3. Поршень 2 под его воздействием начнет свой рабочий ход. Поршень движется вверх, а тем временем вытеснитель уже стал опускаться вниз, потому что фазы их, как уже было сказано, сдвинуты на 90°. Поршень занял верхнее положение и под действием инерции маховика 9 начинает опускаться вниз, вытесняя в цилиндр 6 отработанный, потерявший первоначальную теплоту воздух. Попав в верхнюю часть теплообменного цилиндра, он еще больше охлаждается и уменьшается в объеме. Вытеснитель же при обратном ходе рабочего поршня снова начинает подниматься и снова перегоняет холодный воздух сверху вниз. Соприкасаясь с раскаленным дном цилиндра 6, холодный воздух нагревается, расширяется, и цикл повторяется.
Главное в работе такого двигателя — охлаждение воздуха. В нашей модели это делает вода, поступающая из резервуара, установленного рядом с двигателем. Как только вода, находящаяся в камере 7, нагреется горячим воздухом, она устремляется по патрубку вверх и попадает в резервуар. А на ее место, уже по нижнему патрубку, поступает из резервуара холодная вода. В физике это явление называется тепловой конвекцией.
Теперь о том, как сделать модель двигателя. Оба цилиндра 3 и 6, топку 4 проще всего спаять из жести. Сначала вырежьте заготовку для цилиндра 6 (ширина ее примерно 223 мм), просверлите в ней отверстия диаметром 4,2 мм для оси, а затем согните на круглой болванке. Спаяйте цилиндр. С внешних сторон его ушек напаяйте втулки с внутренним диаметром не менее 4,2 мм — они выполняют функции подшипников. Затем приступайте к изготовлению водяной камеры 7. По диаметру получившегося цилиндра вырежьте из жести два кружочка. В центре их просверлите отверстия под трубку с внутренним диаметром примерно 3 мм (длина ее 32 мм). Впаяйте трубку в кружочки так, чтобы расстояние между ними было 30 мм. Получившуюся деталь закрепите пайкой внутри цилиндра, отступив от его нижнего края на 35 мм. Постарайтесь выполнить эту операцию как можно аккуратнее, камера 7 должна быть герметичной, и вода не должна просачиваться через стенки. Вытеснитель 5 собирается из легкого деревянного цилиндрика, диаметр которого примерно на 2,5 мм меньше внутреннего диаметра цилиндра 6 (высота его подбирается экспериментальным путем) и штока, сделанного из спицы 0 2,8 мм. С обеих сторон обейте цилиндрик жестяными кружочками. По диаметру штока просверлите в центре цилиндрика отверстие и плотно вставьте в него шток. А чтобы он от нагревания не выскочил, припаяйте его к жестяным кружочкам. Шток должен свободно ходить по трубке камеры 7, без излишнего трения. В верхней части штока просверлите отверстие для пальца шатуна. Особое внимание уделите цилиндру 3 и поршню 2. От их качества зависит работа всей модели. Цилиндр можно изготовить из обрезка латунной или медной трубки длиной 40 мм и диаметором 18—20 мм, запаяв ее снизу латунным кружочком. В готовом цилиндре не забудьте просверлить отверстие для сообщения его с большим цилиндром.
Поршень желательно выточить на токарном станке. Шток закрепляется в верхней части поршня шарнирно. Заготовку топки 4 тоже нужно выгнуть на круглой болванке, предварительно проделав в ней отверстия для воздуха и крепежных винтов. Спаивать ее желательно прямо на готовом цилиндре 6.
Теперь нужно собрать модель: припаять цилиндр 3, подогнать к нему поршень 2, впаять в цилиндры трубку для сообщения между собой, смонтировать кривошипно-шатунный механизм, запаять дно цилиндра 6. Готовый корпус двигателя установите на топку 4 и закрепите пайкой. Резервуар для водяного охлаждения — это жестяная банка с впаянными снизу и сверху патрубками, на которые надеты резиновые шланги. Закрепляется резервуар рядом с двигателем на деревянной подставке.
Подытоживая, заметим, что двигатель Стирлинга действует на таком физическом явлении: работа, совершаемая горячим воздухом при расширении, больше работы, которую надо потратить на его сжатие. Поэтому постарайтесь получше отладить кинематику модели, чтобы до минимума уменьшить трение в движущихся узлах.
Другие задачи
Другие опыты и эксперименты
На главную
uchifiziku.ru
Модель двигателя Стирлинга
Двигатель Стирлинга - это двигатель внешнего сгорания, в котором тепловая энергия подводится к рабочему телу (в нашем случае - к воздуху) извне - через стенку цилиндра. Принцип действия его основан на известном физическом законе - расширении и сжатии воздуха при нагревании и охлаждении. Поэтому стирлинг называют еще воздушно-тепловым двигателем. Понять работу двигателя, который Стирлинг разработал еще в 1816 году, нам поможет модель, описанная в книге С. Баранова «Действующие модели тепловых машин» (год издания 1936-й). Сначала о том, как устроена модель стирлинга.
Она собирается из четырех основных частей: двух сообщающихся цилиндров - теплообменного 6 и рабочего 3, камеры нагрева - назовем ее топкой 4 - и резервуара с холодной водой (на схемах I-III он не показан, см. его на общем виде двигателя). В верхней части теплообменного цилиндра 6 герметично впаяна камера 7 для воды. Ее задача - охладить нагретый воздух.
Через эту камеру проходит шток поршня-вытеснителя 5. Вытеснитель установлен в цилиндре 6 с зазором, не касаясь стенок. Рабочий поршень 2, наоборот, плотно подогнан к цилиндру 3 и движется по нему практически без зазора. Между собой вытеснитель 5 и рабочий поршень 2 соединены через кривошипно-шатунный механизм, причем кривошип и эксцентрик установлены относительно друг друга со сдвигом фаз на 90°. Цилиндры соединены между собой трубкой, и поэтому воздух может легко проходить из теплообменного в рабочий цилиндр, и наоборот. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа с шатуном и осью (узел 8), эксцентрика 1 и маховика 9.
Диаметр маховика 80 мм, а расстояние от оси до пальца эксцентрика 14 мм. Итак, предположим, что мы поставили спиртовку в топку 4 и начали нагревать дно цилиндра 6. Через некоторое время воздух под поршнем-вытеснителем нагреется (а значит, расширится) и устремится вверх (напомним: между вытеснителем и стенкой цилиндра имеется зазор). Сдвинем маховик 9 с мертвой точки, и поршень-вытеснитель 5 начнет подниматься вверх, вытесняя при этом холодный воздух сверху вниз. Медленно начнет двигаться и рабочий поршень 2. Холодный воздух, соприкасаясь с раскаленным дном цилиндра 6, нагреется, давление возрастет, и воздух по трубке пойдет в рабочий цилиндр 3. Поршень 2 под его воздействием начнет свой рабочий ход. Поршень движется вверх, а тем временем вытеснитель уже стал опускаться вниз, потому что фазы их, как уже было сказано, сдвинуты на 90°. Поршень занял верхнее положение и под действием инерции маховика 9 начинает опускаться вниз, вытесняя в цилиндр 6 отработанный, потерявший первоначальную теплоту воздух.
Попав в верхнюю часть теплообменного цилиндра, он еще больше охлаждается и уменьшается в объеме. Вытеснитель же при обратном ходе рабочего поршня снова начинает подниматься и снова перегоняет холодный воздух сверху вниз. Соприкасаясь с раскаленным дном цилиндра 6, холодный воздух нагревается, расширяется, и цикл повторяется. Главное в работе такого двигателя - охлаждение воздуха. В нашей модели это делает вода, поступающая из резервуара, установленного рядом с двигателем. Как только вода, находящаяся в камере 7, нагреется горячим воздухом, она устремляется по патрубку вверх и попадает в резервуар. А на ее место, уже по нижнему патрубку, поступает из резервуара холодная вода. В физике это явление называется тепловой конвекцией. Теперь о том, как сделать модель двигателя.
Оба цилиндра 3 и 6, топку 4 проще всего спаять из жести. Сначала вырежьте заготовку для цилиндра 6 (ширина ее примерно 223 мм), просверлите в ней отверстия 0 4,2 мм для оси, а затем согните на круглой болванке. Спаяйте цилиндр. С внешних сторон его ушек напаяйте втулки с внутренним диаметром не менее 4,2 мм - они выполняют функции подшипников. Затем приступайте к изготовлению водяной камеры 7. По диаметру получившегося цилиндра вырежьте из жести два кружочка. В центре их просверлите отверстия под трубку с внутренним диаметром примерно 3 мм (длина ее 32 мм). Впаяйте трубку в кружочки так, чтобы расстояние между ними было 30 мм. Получившуюся деталь закрепите пайкой внутри цилиндра, отступив от его нижнего края на 35 мм. Постарайтесь выполнить эту операцию как можно аккуратнее, камера 7 должна быть герметичной, и вода не должна просачиваться через стенки.
Вытеснитель 5 собирается из легкого деревянного цилиндрика, диаметр которого примерно на 2,5 мм меньше внутреннего диаметра цилиндра 6 (высота его подбирается экспериментальным путем) и штока, сделанного из спицы 0 2,8 мм. С обеих сторон обейте цилиндрик жестяными кружочками. По диаметру штока просверлите в центре цилиндрика отверстие и плотно вставьте в него шток. А чтобы он от нагревания не выскочил, припаяйте его к жестяным кружочкам. Шток должен свободно ходить по трубке камеры 7, без излишнего трения. В верхней части штока просверлите отверстие для пальца шатуна. Особое внимание уделите цилиндру 3 и поршню 2. От их качества зависит работа всей модели. Цилиндр можно изготовить из обрезка латунной или медной трубки длиной 40 мм и 0 18-20 мм, запаяв ее снизу латунным кружочком.
В готовом цилиндре не забудьте просверлить отверстие для сообщения его с большим цилиндром. Поршень желательно выточить на токарном станке. Шток закрепляется в верхней части поршня шарнирно. Заготовку топки 4 тоже нужно выгнуть на круглой болванке, предварительно проделав в ней отверстия для воздуха и крепежных винтов. Спаивать ее желательно прямо на готовом цилиндре 6. Теперь нужно собрать модель: припаять цилиндр 3, подогнать к нему поршень 2, впаять в цилиндры трубку для сообщения между собой, смонтировать кривошипно-шатунный механизм, запаять дно цилиндра 6. Готовый корпус двигателя установите на топку 4 и закрепите пайкой. Резервуар для водяного охлаждения - это жестяная банка с впаянными снизу и сверху патрубками, на которые надеты резиновые шланги.
Закрепляется резервуар рядом с двигателем на деревянной подставке. Подытоживая, заметим, что двигатель Стирлинга действует на таком физическом явлении: работа, совершаемая горячим воздухом при расширении, больше работы, которую надо потратить на его сжатие. Поэтому постарайтесь получше отладить кинематику модели, чтобы до минимума уменьшить трение в движущихся узлах. Несколько слов о современных стирлингах. Двигатели внешнего сгорания строят и сейчас, причем по некоторым параметрам они опережают другие двигатели. Сегодня они уже не такие громоздкие, как в прошлом столетии. В качестве рабочего тела в них применяется легкий газ: гелий или водород (у Роберта Стирлинга, как вы помните, использовался воздух). На работу современного стирлинга не влияет внешняя среда: газ, закачанный в корпус под давлением, находится в замкнутом объеме. Поэтому современные стирлинги можно применять практически всюду: и в воде, и под землей, и в открытом космосе, то есть там, где обычные двигатели работать не могут.
Представляю вашему вниманию перевод вот этой статьи. Прошу простить, если я что-то перевела не так - я не очень сильна в английском техпереводе и специфических терминах. Надеюсь, что всё будет понятно и никто не пострадает. Текст получился слишком большой и в одну статью не влез. Вторая часть тут. Как сделать двигатель Стирлинга из баночек от колы.
Двигатель Стирлинга - это тепловой двигатель, придуманный Робертом Стирлингом в 1816 году. Он отличается от автомобильного, так как топливо сжигается вне двигателя – поэтому машину Стирлинга гораздо легче построить. Существуют двигатели Стирлинга, которые могут работать даже от тепла ваших рук, хотя их будет тяжелее собрать. Двигатель Стирлинга станет отличным дополнением к любой коллекции «вещей, которые я построил сам»! Как он работает? Этот двигатель использует воздух, который попеременно нагревается и охлаждается. Чтобы осуществить процесс нагревания-охлаждения, в банке находится свободный вытеснитель, который может перемещаться вверх и вниз, создавая движение воздуха в двигателе. Когда воздух нагревается, он расширяется и давит на диафрагму (воздушный шар), которая приводит в движение рычаги. Когда рычаги поворачиваются, они двигают вытеснитель вниз так, что воздух перемещается в верхнюю часть, где он охлаждается, заставляя ее сокращаться и тянуть назад рычаги, которые, разумеется, тянут вверх вытеснитель и позволяют воздуху переместиться в нижнюю часть и нагреться. Это повторяется снова и снова. Что понадобится: 3 банки из-под колы 1 воздушный шарик2 ниппеля для крепления велосипедных спиц5 электрических клемм (контактные колодки) 5A Стальная вата. Стальная проволока сечением 1мм (около 30см). Толстая (сечение 1.6-2 мм) медная или стальная проволока. Пластиковая крышка от бутылки Деревянный штырь диаметром 20 мм (нам понадобится длина всего лишь 1см). Суперклей 30см электрической проводки Рыболовная леска около 30 см длиной. Кусочек вулканизированной резины - около 2 квадратных сантиметров. Маленькие грузы для балансировки (например, никелевые и т.д.). 3 CD-диска. Жестяная баночка для топки. Канцелярская кнопка. Красный термоустойчивый силикон. Консервная банка для кожуха водяного охлаждения.
Шаг 1: Подготовка 2 банок из-под колы. Во-первых, вам нужно две банки с отрезанными верхушками. Если резать ножницами, останутся опасные зазубрины, которые придётся сточить, используя напильник или дремель. Затем вырежьте дно банки с помощью ножа. Старайтесь не помять металл, это уменьшит герметичность. Некоторые используют для этих целей консервный нож, но я обнаружил, что он повреждает стенки банки. Впрочем, вам может и повезти.
Шаг 2: Делаем диафрагму. Диафрагма этого двигателя выполнена из обычного воздушного шарика, усиленного вулканизированной резиной. В первую очередь отрежьте горловину шарика и натяните его на банку. Затем вырежьте кусок вулканизированной резины площадью 1 см и приклейте его в центр шарика. После того, как клей высохнет, вы можете использовать канцелярскую кнопку, чтобы пробить в центре диафрагмы отверстие для проволоки, на которой будет закреплён вытеснитель. Оставьте кнопку в отверстии, пока не придёт время вставить проволоку.
Шаг 3: Вырезаем и сверлим крышку от бутылки. Просверлите отверстия диаметром 2 мм (для поворотной оси рычагов) в обеих стенках крышки, а также отверстие в донышке крышки (для проволоки, держащей вытеснитель). Затем вырежьте обе стороны крышечки, придав им изогнутую форму. Это делается потому, что иногда держатель проволоки отходит в сторону и задевает крышечку. Это больше раздражает, чем доставляет хлопоты, но всё равно лучше этого избежать. Кроме того, я думаю, что так лучше смотрится. Я пользовался хозяйственными ножницами – они очень хорошо режут толстый пластик. Теперь снимите диафрагму с баночки и натяните её снова, но так, чтоб вулканизированная резина находилась внутри банки. Приклейте крышечку к диафрагме, на ту сторону, где нет резины. Я слегка подшлифовал крышечку, потому что клей не схватывался с пластиком. При этом кнопка должна остаться на месте, чтоб все отверстия, через которые будет продета проволока, находились на одной линии.
Шаг 4: Сверлим отверстия для подшипников. Я взял длинное 3,5 мм сверло, чтоб просверлить отверстия для подшипников. Я сверлил на глаз, измерять и вычислять тут не обязательно. Они должны быть в верхней части баночки, там, где стенки скошены. Убедитесь в том, что они находятся на одном уровне.
Шаг 5: Вырезаем смотровое окошко. Обозначьте круг примерно в центре баночки, с тем расчётом, чтоб через него можно было видеть рычаги и вытеснитель. Можно и не круг, просто так легче вырезать. Шаг 6: Сверлим электрические клеммы. Теперь вам нужно где-нибудь достать электрические клеммы и удалить с них пластиковую защиту. Лучший способ это сделать – открутить винты, насколько возможно, и отогнуть пластик плоскогубцами. Теперь просверлите отверстие диаметром 2 мм прямо через конец каждой из них, как показано на картинке. Вы должны просверлить три из них. Чтобы удобнее было сверлить, я держал их плоскогубцами. Кроме того, необходимо оставить две клеммы непросверленными.
Шаг 7: Делаем рычаги. Для рычагов я использовал медную проволоку диаметром около 1,88 мм - вы можете использовать старые спицы или стальную проволоку, если у вас нет медной. Я использовал медную, потому что её легче гнуть и вообще, она мне нравится. Если вам нужно выпрямить проволоку, можно зажать один конец в дрель, а другой захватить плоскогубцами - вращение дрели должно выпрямить проволоку. На всякий случай защитите лицо и руки – проволока может выскользнуть и поранить вас. Ниже представлены фотографии каждого шага изготовления рычагов. Центральный участок должен выступать примерно на 20мм, а два боковых - на 5мм каждый, но особой точности тут не требуется. Центральный участок располагается под углом 90 градусов к боковым - это лучший угол для такого двигателя.
Шаг 8: Изготавливаем подшипники. Я использовал два велосипедных ниппеля для изготовления подшипников. Вы можете найти их в магазинах или снять со старых велосипедных колёс. Проверьте отверстия – возможно, их совсем не обязательно сверлить. Я просверлил ниппели насквозь двухмиллиметровым сверлом.
Шаг 9: Устанавливаем рычаги и подшипники. Теперь вы можете установить рычаги. Например, через смотровое окошко. Если вы не можете их вставить, подтачивайте один конец проволоки до тех пор, пока она не войдёт в подшипник. Оставьте один конец проволоки подлиннее – потом вы закрепите на нём маховое колесо. Подшипники должны очень плотно сидеть в предназначенных для них отверстиях, но если они «плавают», вы можете их приклеить.
Шаг 10: Делаем вытеснитель. Вытеснитель я сделал из стальной полировочной ваты, обмотанной вокруг куска стальной проволоки. Согните небольшой крюк в конце проволоки и намотайте на неё стальную вату. Как только вы приблизитесь к размеру баночки из-под колы, обрежьте вату. Обрежьте вату так, чтоб вытеснитель был не более 2 дюймов (около 5 см) высотой. Другой конец проволоки смотайте в спираль, так, чтоб нельзя было вытащить её из мотка стальной ваты. Также обрежьте моток ваты так, чтоб его верхняя часть была скошена так же, как и стенки банки.
Проверьте положение вытеснителя в банке - он должен свободно падать под собственным весом. Попробуйте сделать вытеснитель идентичным банке по форме. Когда вы будете довольны движением вытеснителя, привяжите к крюку на проволоке рыболовную леску. Лучше всего добавить немного клея, чтоб узелок не смог сместиться при движении устройства.
Теперь вы можете удалить кнопку из диафрагмы и продеть сквозь неё свободный конец лески так, чтобы вулканизированная резина находилась внутри резервуара.
Итак, продолжаем наше занимательное стирлингостроение. Увы, весь перевод у меня не влез в одну статью, поэтому приходится плодить. Первая часть вот.
Шаг 11: Делаем резервуар под давлением. Вырежьте донышко банки, оставляя примерно 1 дюйм (около 2,5 см) от основания. Поместите вытеснитель и диафрагму в резервуар, а затем установите всё это устройство в конец банки. Убедитесь, что вытеснитель перемещается свободно. После этого натяните диафрагму. Она должна быть натянута ровно настолько, чтоб не провисать. Смотрите не переборщите, её нельзя натягивать чересчур сильно!
Возьмите клемму, которую вы не просверлили, и протяните через неё леску – при этом убедитесь, что вытеснитель находится в нижней части сосуда. Приклейте узелок так, чтоб он не мог двигаться. Смажьте проволоку маслом [я уже начинаю теряться, но там так и написано! – прим. перев.] и убедитесь, что вытеснитель свободно движется и тянет за собой леску.
Шаг 12: Делаем толчковые стержни. Теперь вы можете сделать толчковые стержни, соединяющие диафрагму с рычагами. Начните с куска медной проволоки (около 15см в длину), протяните его через два отверстия в стенках бутылочной крышечки. Затем загните проволоку внутрь. Вам нужно будет отрезать её, оставив концы такой длины, чтоб они доставали до клемм, обращённых вниз. Убедитесь в том, что проволока свободно вращается в отверстиях.
Шаг 13: Делаем маховик. Для того, чтобы сделать маховик, я использовал сантиметровый кусок деревянного стержня 20 мм в диаметре. Я вставил его в центр трёх старых компакт-дисков. Стержень даже оказался слишком широким, и мне пришлось его немного подточить. Просверлите отверстие диаметром 2 мм сквозь центр стержня. Рядом с ним, ближе к внешней стороне, проделайте другое отверстие – диаметром около 3 мм, глубиной 5 мм. Оно нужно для того, чтоб продеть в него проволоку, удерживающую рычаги, после того, как вы её согнёте. Диски, если они будут плохо держаться, можно просто приклеить.
Шаг 14: Прикрепляем маховик. Маховик держится за счёт крюка, согнутого на конце коленчатого вала. Крюк вставляется в дополнительное отверстие, просверленное в деревянном стержне.
Шаг 15: Собираем всё вместе и находим баланс. Теперь вы можете собрать все части воедино. Банка с рычагами вставляется в верхнюю часть сосуда под давлением. Лучше всего вставлять банку снизу, потому что иначе вы рискуете помять или сломать основную ёмкость. Вам необходимо вдавить её примерно на 4 мм. Первое, что нужно сделать, это присоединить и сбалансировать вытеснитель. Я отрезал кусочек медной проволоки (около 30 мм), чтоб подсоединить проволоку, удерживающую вытеснитель, к одному из рычагов. Это нужно затем, чтоб нижняя клемма могла двигаться вверх-вниз и удерживать вытеснитель от ударов по верхней или нижней части сосуда. [Боже, храни королеву! Я надеюсь, что вы понимаете, о чём тут речь. – прим. перев.] Когда вы присоедините вытеснитель, можно добавить противовес к маховику. Противовес должен тянуть рычаг, соединённый с вытеснителем, в горизонтальное положение – убедитесь, что это так. В моём случае противовес сделан из монетки. Толчковые стержни ввинчиваются во внешние ниппели. Установите рычаги в самое нижнее положение и закрепите стержни в ниппелях.
Шаг 16: Делаем топку. Для топки я взял жестяную баночку из-под сиропа, у которой есть окантовка на крышке и донышке. Вырежьте спереди отверстие в виде арки и просверлите 8 отверстий диаметров 8 мм для вентиляции. Вы также можете использовать любую жестяную банку, сопоставимую по диаметру с баночкой из-под колы. Главное – вырежьте в ней отверстие.
Шаг 17: Прикрепляем окантовку. Чтоб никто не порезался об острые края смотрового окошка, я сделал для него окантовку из оболочки электрического кабеля. Я разрезал её по центру, вынул провод и приклеил оболочку на края отверстия.
Шаг 18: Вот и готово! Тестируем и ищем неисправности. Наконец вы можете испытать двигатель! Зажигаем свечу и пробуем! Надеемся, что он заработает с первого раза. Если нет – вот пара советов, которые могут помочь. Не забудьте хорошенько смазать все движущиеся части – это поможет механизму двигаться более плавно.
Утечки воздуха: Если вы подозреваете утечки воздуха, можно поместить всю конструкцию в горячую воду, и любая утечка тут же станет очевидной. Именно в горячую воду! Это важно, поскольку воздух внутри начнёт расширяться, и утечка скорее обнаружится. Не забудьте потом тщательно просушить двигатель и откачать воду, иначе образующийся пар просто разорвёт баночку. Слишком много трения: достаточно ли свободно двигается механизм? Определённое сопротивление со стороны диафрагмы будет наблюдаться всегда, но если вы попытаетесь раскрутить маховик рукой, он должен свободно повернуться один-два раза. Двигатель чересчур герметичен: Если двигатель прекрасно герметичность, то воздух в неподвижном пространстве будет расширяться и мешать движению. Симптомом этого является выпуклость диафрагмы. Проблема решается так: подложите под край диафрагмы кусочек лески, это создаст небольшой люфт, и избыточного давления можно будет избежать. Со временем отверстие, через которое проходит проволока вытеснителя, расширится, и вы сможете убрать искусственный люфт. Если вы сделали такой люфт, не наполняйте промежуток между двух банок водой, потому что она начнёт просачиваться.
Шаг 19 [Опционально] Добавляем кожух водяного охлаждения Вы можете заставить свой двигатель работать лучше, добавив кожух охлаждения для увеличения разности температур. Для этого вам понадобится консервная банка диаметром немного больше, чем баночка из-под колы. Нарисуйте круг на дне банки и вырежьте его хозяйственными ножницами. Возможно, придётся отполировать края отверстия. Поместите сосуд под давлением в подготовленную консервную банку и запечатайте водостойким силиконовым герметиком.
Цикл Стирлинга
В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) распыленное топливо соединяется с окислителем, как правило, воздухом, до фазы сжатия или после этой фазы, и образовавшаяся горючая смесь отдает свою энергию во время кратковременной фазы горения. В двигателе Стирлинга энергия поступает в двигатель и отводится от него через стенки цилиндра или теплообменник. Еще одним существенным различием между двигателем внутреннего сгорания и двигателем Стирлинга является отсутствие в последнем клапанов, поскольку рабочее тело (газ) постоянно находится в полостях двигателя. Цикл Стирлинга основан на последовательном нагревании и охлаждении газа (его называют рабочим телом) в замкнутом объеме. Рабочее тело нагревается в горячей части двигателя, расширяется и производит полезную работу, после чего перегоняется в холодную часть двигателя, где охлаждается, сжимается и снова подается в горячую часть двигателя. Цикл повторяется. Количество рабочего тела остается неизменным, меняется его температура, давление и объем. Весь цикл условно разделен на четыре такта. Условность заключается в том, что четкое разделение на такты в цикле отсутствует, процессы переходят один в другой. Это обусловлено отсутствием в конструкции двигателей Стирлинга клапанного механизма (стирлинг-двигатели с клаппаным механизмом называются двигателями Эриксона). С одной стороны данный факт резко упрощает конструкцию, с другой стороны вносит сложность в теорию расчета. Но об этом позже. Рассмотрим принцип работы на примере гама-стирлинга. Этот тип наиболее часто применяют в моделировании. Двигатель состоит из двух цилиндров. Большой цилиндр - теплообменный. Его задача поочередно разогревать и охлаждать рабочее тело. Для этого один торец цилиндра разогревают (на схеме он закрашен розовым цветом), другой торец - охлаждают (на схеме он закрашен синим цветом). Большой поршень выполненный из теплоизоляционного материала, свободно перемещается в теплообменном цилиндре (зазор между стенками цилиндра и поршня составляет 1-2 мм) и выполняет роль теплового клапана, пегегоняющего рабочее тело то к холодному, то к горячему торцу. Малый цилиндр является рабочим. Поршень плотно подогнан к цилиндру.
Гамма стирлинг. Первый такт
Первый такт - такт сжатия при постоянной температуре рабочего тела: поршень теплообменного цилиндра находится вблизи нижней мертвой точки (НМТ) и остается условно неподвижным. Газ сжимается рабочим поршнем малого цилиндра. Давление газа возрастает, а температура остается постоянной, так как теплота сжатия отводится через холодный торец теплообменного цилиндра в окружающую среду.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Под условной неподвижностью подразумевают малую высоту перемещения поршня при прохождении коленвалом расстояния вблизи верхней или нижней мертвой точки.
Гамма стирлинг. Второй такт
Второй такт – такт нагревания при постоянном объеме: рабочий поршень рабочего цилиндра находится вблизи НМТ и полностью перемещает холодный сжатый газ в теплообменный цилиндр, поршень которого движется к верхней мертвой точки (ВМТ) и вытесняет газ в горячую полость. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, рабочее тело разогревается давление повышается и достигает максимального значения. Это в теории. На практике прирост давления идет параллельно с выталкиванием рабочего поршня. В результате давление не достигает теоретически рассчитанного максимума. Данный факт также объясняет хороший к.п.д. на малых оборотах двигателя. Рабочее тело прогревается лучше и прирост давления приближается к максимуму.
Гамма стирлинг. Третий такт
Третий такт - такт расширения при постоянной температуре газа: поршень теплообменного цилиндра находится вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) и остается условно неподвижным. Поршень рабочего цилиндра под действием давления газа движется к верхней мертвой точке. Происходит расширение горячего газа в полости рабочего цилиндра. Полезная работа, совершаемая поршнем рабочего цилиндра, через кривошипно-шатунный механизм передается на вал двигателя. Давление в цилиндрах двигателя при этом падает, а температура газа в горячей полости остается постоянной, так как к нему подводится тепло от источника тепла через горячую стенку цилиндра. В моделях двигателей Стирлинга, где теплообменный цилиндр не имеет качественного нагревателя рабочее тело разогревается не полностью, но поскольку давление в газах распространяется равномерно во все стороны его изменение оказывает действие и на рабочий поршень, заставляя его двигаться и совершать работу.
Гама стирлинг. Четвертый такт
Четвертый такт - такт охлаждения при неизменном объеме: поршень рабочего цилиндра находится вблизи ВМТ и остается условно неподвижным. Поршень теплообменного цилиндра движется к НМТ и перемещает газ, оставшийся в горячей части в холодную часть цилиндра. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, давление газа в них продолжает падать и достигает минимального значения. В моделях, содержащих рабочее тело при атмосферном давлении четвертый такт также является рабочим, поскольку давление падает резко и возникает кратковременное разряжение. В результате рабочий поршень с усилием втягивается в цилиндр, совершая дополнительную работу. Из четырех тактов два - рабочие!
Плюсы стирлингов
- КПД двигателя Стирлинга может достигать 65-70% КПД от цикла Карно при современном уровне проектирования и технологии изготовления. Кроме того крутящий момент двигателя почти не зависит от скорости вращения коленвала. В двигателях внутреннего сгорания напротив максимальный крутящий момент достигается в узком диапазоне частот вращения. - В конструкции двигателя отсутствует система высоковольтного зажигания, клапанная система и, соответственно, распредвал. Грамотно спроектированный и технологично изготовленный двигатель Стирлинга не требует регулировки и настройки в процессе всего срока эксплуатации. - В ДВС сгорание топливо-воздушной смеси в цилиндре двигателя является, по сути, взрывом со скоростью распространения взрывной волны 5-7 км/сек. Этот процесс дает чудовищные пиковые нагрузки на шатуны, коленчатый вал и подшипники. Стирлинги лишены этого недостатка. - Двигатель не будет "капризничать" из-за потери искры, засорившегося карбюратора или низкого заряда аккумулятора, поскольку не имеет этих агрегатов. Понятие "двигатель заглох" не имеет смысла для Стирлингов. Стирлинг может остановиться, если нагрузка превышает расчетную. Повторно запуск осуществляется однократным поворотом маховика коленчатого вала.
Простота конструкции позволяет длительно эксплуатировать Стирлинг в автономном режиме.
- Двигатель Стирлинга может использовать любой источник тепловой энергии, начиная с дров и заканчивая ядерным топливом!
- Сгорание топлива происходит вне внутреннего объема двигателя (в отличии от ДВС), что позволяет обеспечить равномерное горение топлива и полное его дожигание (т.е. отбор максимума содержащейся в топливе энергии и минимизация выброса токсичных компонентов).
Минусы стирлингов
- Поскольку сгорание топлива происходит вне двигателя, а отвод тепла осуществляется через стенки радиатора (напомним, что Стирлинги имеют замкнутый объем) габариты двигателя увеличиваются. - Еще один минус - материалоемкость. Для производства компактных и мощных Стирлинг-машин требуются жаропрочные стали, выдерживающие высокое рабочее давление и в то же время, обладающие низкой теплопроводностью. Обычная смазка для Стирлингов не годится - коксуется при высокой температуре, по этому необходимы материалы с низким коэффициентом трения.- Для получения высокой удельной мощности в качестве рабочего тела в Стирлингах используют водород или гелий (почему именно эти газы - читайте в разделе "ТЕОРИЯ"). Водород взрывоопасен, при высоких температурах растворяется в металлах, образуя металлогидриды - т.е. разрушает цилиндры двигателя. К тому же водород, как и гелий обладает высокой проникающей способностью и просачивается через уплотнения подвижных частей двигателя, снижая рабочее давление.
Для того чтобы окрасить алюминий, его необходимо анодировать. Очищенную и обезжиренную деталь опустите на 2-3 минуты в 5% р-р едкого натра, промойте, а затем опустите в слабый раствор азотной кислоты (20-30мл. кислоты на 100г. воды) и снова промойте. Дотрагиваться до нее руками нельзя. Опустите деталь в ванну для анодирования, к детали подсоедините положительный электрод. Электролит-20мл. серной кислоты на 100мл воды. Ток 20-25мА на 1см2.Процес длится около часа. Дальше деталь на 5-10 минут поочередно погружают в два раствора, промывая каждый раз в проточной воде. Составы красящих растворов: (концентрация в гаммах на 100 г. воды).
| Цвет | 1-й Раствор | 2-й Раствор |
| Синий,Голубой | Ферроцианид калия (1-5) | Хлорид железа III (1-10) |
| Коричневый | Ферроцианид калия (1-5) | Медный купорос(1-10) |
| Черный | Ацетат кобальта(5-10) | Перманганат калия(1-5) |
| Желтый | Бихромат калия(5-10) | Ацетат свинца(1-5) |
| Золотисто-Желтый | Гипосульфат натрия(1-5) | Перманганат калия(1-5) |
| Белый | Ацетат свинца(1-5) | Сульфат натрия(1-5) |
baza-referat.ru
Модель двигателяСтирлинга Двигатель Стирлинга — это двигатель внешнего сгорания, в котором тепловая энергия подводится крабочему телу (в нашем случае — к воздуху) извне — через стенку цилиндра.Принцип действия его основан на известном физическом законе — расширении исжатии воздуха при нагревании и охлаждении. Поэтому стирлинг называют ещевоздушно-тепловым двигателем. Понять работу двигателя, который Стирлингразработал еще в 1816 году, нам поможет модель, описанная в книге С. Баранова«Действующие модели тепловых машин» (год издания 1936-й). Сначала о том, какустроена модель стирлинга. Она собирается изчетырех основных частей: двух сообщающихся цилиндров — теплообменного 6 ирабочего 3, камеры нагрева — назовем ее топкой 4 — и резервуара с холоднойводой (на схемах I-III он не показан, см. его на общем виде двигателя). Вверхней части теплообменного цилиндра 6 герметично впаяна камера 7 для воды. Еезадача — охладить нагретый воздух. Через эту камерупроходит шток поршня-вытеснителя 5. Вытеснитель установлен в цилиндре 6 сзазором, не касаясь стенок. Рабочий поршень 2, наоборот, плотно подогнан кцилиндру 3 и движется по нему практически без зазора. Между собой вытеснитель 5и рабочий поршень 2 соединены через кривошипно-шатунный механизм, причемкривошип и эксцентрик установлены относительно друг друга со сдвигом фаз на90°. Цилиндры соединены между собой трубкой, и поэтому воздух может легкопроходить из теплообменного в рабочий цилиндр, и наоборот. Кривошипно-шатунныймеханизм состоит из кривошипа с шатуном и осью (узел 8), эксцентрика 1 имаховика 9. Диаметр маховика 80 мм,а расстояние от оси до пальца эксцентрика 14 мм. Итак, предположим, что мыпоставили спиртовку в топку 4 и начали нагревать дно цилиндра 6. Черезнекоторое время воздух под поршнем-вытеснителем нагреется (а значит,расширится) и устремится вверх (напомним: между вытеснителем и стенкой цилиндраимеется зазор). Сдвинем маховик 9 с мертвой точки, и поршень-вытеснитель 5начнет подниматься вверх, вытесняя при этом холодный воздух сверху вниз.Медленно начнет двигаться и рабочий поршень 2. Холодный воздух, соприкасаясь сраскаленным дном цилиндра 6, нагреется, давление возрастет, и воздух по трубкепойдет в рабочий цилиндр 3. Поршень 2 под его воздействием начнет свой рабочийход. Поршень движется вверх, а тем временем вытеснитель уже стал опускатьсявниз, потому что фазы их, как уже было сказано, сдвинуты на 90°. Поршень занялверхнее положение и под действием инерции маховика 9 начинает опускаться вниз,вытесняя в цилиндр 6 отработанный, потерявший первоначальную теплоту воздух. Попав в верхнюю частьтеплообменного цилиндра, он еще больше охлаждается и уменьшается в объеме.Вытеснитель же при обратном ходе рабочего поршня снова начинает подниматься иснова перегоняет холодный воздух сверху вниз. Соприкасаясь с раскаленным дномцилиндра 6, холодный воздух нагревается, расширяется, и цикл повторяется.Главное в работе такого двигателя — охлаждение воздуха. В нашей модели этоделает вода, поступающая из резервуара, установленного рядом с двигателем. Кактолько вода, находящаяся в камере 7, нагреется горячим воздухом, онаустремляется по патрубку вверх и попадает в резервуар. А на ее место, уже понижнему патрубку, поступает из резервуара холодная вода. В физике это явлениеназывается тепловой конвекцией. Теперь о том, как сделать модель двигателя. Оба цилиндра 3 и 6,топку 4 проще всего спаять из жести. Сначала вырежьте заготовку для цилиндра 6(ширина ее примерно 223 мм), просверлите в ней отверстия 0 4,2 мм для оси, азатем согните на круглой болванке. Спаяйте цилиндр. С внешних сторон его ушекнапаяйте втулки с внутренним диаметром не менее 4,2 мм — они выполняют функцииподшипников. Затем приступайте к изготовлению водяной камеры 7. По диаметруполучившегося цилиндра вырежьте из жести два кружочка. В центре их просверлитеотверстия под трубку с внутренним диаметром примерно 3 мм (длина ее 32 мм).Впаяйте трубку в кружочки так, чтобы расстояние между ними было 30 мм. Получившуюсядеталь закрепите пайкой внутри цилиндра, отступив от его нижнего края на 35 мм.Постарайтесь выполнить эту операцию как можно аккуратнее, камера 7 должна бытьгерметичной, и вода не должна просачиваться через стенки. Вытеснитель 5собирается из легкого деревянного цилиндрика, диаметр которого примерно на 2,5мм меньше внутреннего диаметра цилиндра 6 (высота его подбираетсяэкспериментальным путем) и штока, сделанного из спицы 0 2,8 мм. С обеих сторонобейте цилиндрик жестяными кружочками. По диаметру штока просверлите в центрецилиндрика отверстие и плотно вставьте в него шток. А чтобы он от нагревания невыскочил, припаяйте его к жестяным кружочкам. Шток должен свободно ходить потрубке камеры 7, без излишнего трения. В верхней части штока просверлитеотверстие для пальца шатуна. Особое внимание уделите цилиндру 3 и поршню 2. Отих качества зависит работа всей модели. Цилиндр можно изготовить из обрезкалатунной или медной трубки длиной 40 мм и 0 18-20 мм, запаяв ее снизу латуннымкружочком. В готовом цилиндре незабудьте просверлить отверстие для сообщения его с большим цилиндром. Поршеньжелательно выточить на токарном станке. Шток закрепляется в верхней частипоршня шарнирно. Заготовку топки 4 тоже нужно выгнуть на круглой болванке,предварительно проделав в ней отверстия для воздуха и крепежных винтов.Спаивать ее желательно прямо на готовом цилиндре 6. Теперь нужно собратьмодель: припаять цилиндр 3, подогнать к нему поршень 2, впаять в цилиндрытрубку для сообщения между собой, смонтировать кривошипно-шатунный механизм,запаять дно цилиндра 6. Готовый корпус двигателя установите на топку 4 изакрепите пайкой. Резервуар для водяного охлаждения — это жестяная банка свпаянными снизу и сверху патрубками, на которые надеты резиновые шланги. Закрепляется резервуаррядом с двигателем на деревянной подставке. Подытоживая, заметим, что двигательСтирлинга действует на таком физическом явлении: работа, совершаемая горячимвоздухом при расширении, больше работы, которую надо потратить на его сжатие.Поэтому постарайтесь получше отладить кинематику модели, чтобы до минимумауменьшить трение в движущихся узлах. Несколько слов о современных стирлингах.Двигатели внешнего сгорания строят и сейчас, причем по некоторым параметрам ониопережают другие двигатели. Сегодня они уже не такие громоздкие, как в прошломстолетии. В качестве рабочего тела в них применяется легкий газ: гелий иливодород (у Роберта Стирлинга, как вы помните, использовался воздух). На работусовременного стирлинга не влияет внешняя среда: газ, закачанный в корпус поддавлением, находится в замкнутом объеме. Поэтому современные стирлинги можноприменять практически всюду: и в воде, и под землей, и в открытом космосе, тоесть там, где обычные двигатели работать не могут. · Зарубежная мастерская (сделай сам)Представляювашему вниманию перевод вот этой статьи. Прошу простить, если я что-топеревела не так — я не очень сильна в английском техпереводе и специфическихтерминах. Надеюсь, что всё будет понятно и никто не пострадает. Текст получилсяслишком большой и в одну статью не влез. Вторая часть тут. Как сделатьдвигатель Стирлинга из баночек от колы.ДвигательСтирлинга — это тепловой двигатель, придуманный Робертом Стирлингом в 1816году. Он отличается от автомобильного, так как топливо сжигается вне двигателя– поэтому машину Стирлинга гораздо легче построить. Существуют двигателиСтирлинга, которые могут работать даже от тепла ваших рук, хотя их будеттяжелее собрать. Двигатель Стирлинга станет отличным дополнением к любойколлекции «вещей, которые я построил сам»! Как он работает? Этот двигательиспользует воздух, который попеременно нагревается и охлаждается. Чтобыосуществить процесс нагревания-охлаждения, в банке находится свободныйвытеснитель, который может перемещаться вверх и вниз, создавая движение воздухав двигателе. Когда воздух нагревается, он расширяется и давит на диафрагму(воздушный шар), которая приводит в движение рычаги. Когда рычагиповорачиваются, они двигают вытеснитель вниз так, что воздух перемещается вверхнюю часть, где он охлаждается, заставляя ее сокращаться и тянуть назадрычаги, которые, разумеется, тянут вверх вытеснитель и позволяют воздухупереместиться в нижнюю часть и нагреться. Это повторяется снова и снова. Чтопонадобится: 3 банки из-под колы 1 воздушный шарик2 ниппеля для креплениявелосипедных спиц5 электрических клемм (контактные колодки) 5A Стальная вата. Стальнаяпроволока сечением 1мм (около 30см). Толстая (сечение 1.6-2 мм) медная илистальная проволока. Пластиковая крышка от бутылки Деревянный штырь диаметром 20мм (нам понадобится длина всего лишь 1см). Суперклей 30см электрическойпроводки Рыболовная леска около 30 см длиной. Кусочек вулканизированной резины — около 2 квадратных сантиметров. Маленькие грузы для балансировки (например,никелевые и т.д.). 3 CD-диска. Жестяная баночка для топки. Канцелярская кнопка.Красный термоустойчивый силикон. Консервная банка для кожуха водяногоохлаждения. Шаг1: Подготовка 2 банок из-под колы. Во-первых, вам нужно две банки с отрезаннымиверхушками. Если резать ножницами, останутся опасные зазубрины, которыепридётся сточить, используя напильник или дремель. Затем вырежьте дно банки спомощью ножа. Старайтесь не помять металл, это уменьшит герметичность.Некоторые используют для этих целей консервный нож, но я обнаружил, что онповреждает стенки банки. Впрочем, вам может и повезти. Шаг2: Делаем диафрагму. Диафрагма этого двигателя выполнена из обычного воздушногошарика, усиленного вулканизированной резиной. В первую очередь отрежьтегорловину шарика и натяните его на банку. Затем вырежьте кусоквулканизированной резины площадью 1 см и приклейте его в центр шарика. После того,как клей высохнет, вы можете использовать канцелярскую кнопку, чтобы пробить вцентре диафрагмы отверстие для проволоки, на которой будет закреплёнвытеснитель. Оставьте кнопку в отверстии, пока не придёт время вставитьпроволоку. Шаг3: Вырезаем и сверлим крышку от бутылки. Просверлите отверстия диаметром 2 мм(для поворотной оси рычагов) в обеих стенках крышки, а также отверстие вдонышке крышки (для проволоки, держащей вытеснитель). Затем вырежьте обестороны крышечки, придав им изогнутую форму. Это делается потому, что иногдадержатель проволоки отходит в сторону и задевает крышечку. Это большераздражает, чем доставляет хлопоты, но всё равно лучше этого избежать. Крометого, я думаю, что так лучше смотрится. Я пользовался хозяйственными ножницами –они очень хорошо режут толстый пластик. Теперь снимите диафрагму с баночки инатяните её снова, но так, чтоб вулканизированная резина находилась внутрибанки. Приклейте крышечку к диафрагме, на ту сторону, где нет резины. Я слегкаподшлифовал крышечку, потому что клей не схватывался с пластиком. При этомкнопка должна остаться на месте, чтоб все отверстия, через которые будетпродета проволока, находились на одной линии. Шаг4: Сверлим отверстия для подшипников. Я взял длинное 3,5 мм сверло, чтобпросверлить отверстия для подшипников. Я сверлил на глаз, измерять и вычислятьтут не обязательно. Они должны быть в верхней части баночки, там, где стенкискошены. Убедитесь в том, что они находятся на одном уровне. Шаг5: Вырезаем смотровое окошко. Обозначьте круг примерно в центре баночки, с темрасчётом, чтоб через него можно было видеть рычаги и вытеснитель. Можно и некруг, просто так легче вырезать. Шаг 6: Сверлим электрические клеммы. Теперьвам нужно где-нибудь достать электрические клеммы и удалить с них пластиковуюзащиту. Лучший способ это сделать – открутить винты, насколько возможно, иотогнуть пластик плоскогубцами. Теперь просверлите отверстие диаметром 2 ммпрямо через конец каждой из них, как показано на картинке. Вы должныпросверлить три из них. Чтобы удобнее было сверлить, я держал их плоскогубцами.Кроме того, необходимо оставить две клеммы непросверленными. Шаг7: Делаем рычаги. Для рычагов я использовал медную проволоку диаметром около1,88 мм — вы можете использовать старые спицы или стальную проволоку, если увас нет медной. Я использовал медную, потому что её легче гнуть и вообще, онамне нравится. Если вам нужно выпрямить проволоку, можно зажать один конец вдрель, а другой захватить плоскогубцами — вращение дрели должно выпрямитьпроволоку. На всякий случай защитите лицо и руки – проволока может выскользнутьи поранить вас. Ниже представлены фотографии каждого шага изготовления рычагов.Центральный участок должен выступать примерно на 20мм, а два боковых — на 5ммкаждый, но особой точности тут не требуется. Центральный участок располагаетсяпод углом 90 градусов к боковым — это лучший угол для такого двигателя. Шаг8: Изготавливаем подшипники. Я использовал два велосипедных ниппеля дляизготовления подшипников. Вы можете найти их в магазинах или снять со старыхвелосипедных колёс. Проверьте отверстия – возможно, их совсем не обязательносверлить. Я просверлил ниппели насквозь двухмиллиметровым сверлом. Шаг9: Устанавливаем рычаги и подшипники. Теперь вы можете установить рычаги.Например, через смотровое окошко. Если вы не можете их вставить, подтачивайтеодин конец проволоки до тех пор, пока она не войдёт в подшипник. Оставьте одинконец проволоки подлиннее – потом вы закрепите на нём маховое колесо.Подшипники должны очень плотно сидеть в предназначенных для них отверстиях, ноесли они «плавают», вы можете их приклеить. Шаг10: Делаем вытеснитель. Вытеснитель я сделал из стальной полировочной ваты,обмотанной вокруг куска стальной проволоки. Согните небольшой крюк в концепроволоки и намотайте на неё стальную вату. Как только вы приблизитесь кразмеру баночки из-под колы, обрежьте вату. Обрежьте вату так, чтоб вытеснительбыл не более 2 дюймов (около 5 см) высотой. Другой конец проволоки смотайте вспираль, так, чтоб нельзя было вытащить её из мотка стальной ваты. Такжеобрежьте моток ваты так, чтоб его верхняя часть была скошена так же, как истенки банки. Проверьтеположение вытеснителя в банке — он должен свободно падать под собственнымвесом. Попробуйте сделать вытеснитель идентичным банке по форме. Когда выбудете довольны движением вытеснителя, привяжите к крюку на проволокерыболовную леску. Лучше всего добавить немного клея, чтоб узелок не смогсместиться при движении устройства.Теперьвы можете удалить кнопку из диафрагмы и продеть сквозь неё свободный конецлески так, чтобы вулканизированная резина находилась внутри резервуара. Итак,продолжаем наше занимательное стирлингостроение. Увы, весь перевод у меня невлез в одну статью, поэтому приходится плодить. Первая часть вот.Шаг11: Делаем резервуар под давлением. Вырежьте донышко банки, оставляя примерно 1дюйм (около 2,5 см) от основания. Поместите вытеснитель и диафрагму врезервуар, а затем установите всё это устройство в конец банки. Убедитесь, чтовытеснитель перемещается свободно. После этого натяните диафрагму. Она должнабыть натянута ровно настолько, чтоб не провисать. Смотрите не переборщите, еёнельзя натягивать чересчур сильно!Возьмитеклемму, которую вы не просверлили, и протяните через неё леску – при этомубедитесь, что вытеснитель находится в нижней части сосуда. Приклейте узелоктак, чтоб он не мог двигаться. Смажьте проволоку маслом [я уже начинаютеряться, но там так и написано! – прим. перев.] и убедитесь, что вытеснительсвободно движется и тянет за собой леску. Шаг12: Делаем толчковые стержни. Теперь вы можете сделать толчковые стержни,соединяющие диафрагму с рычагами. Начните с куска медной проволоки (около 15смв длину), протяните его через два отверстия в стенках бутылочной крышечки.Затем загните проволоку внутрь. Вам нужно будет отрезать её, оставив концы такойдлины, чтоб они доставали до клемм, обращённых вниз. Убедитесь в том, чтопроволока свободно вращается в отверстиях. Шаг13: Делаем маховик. Для того, чтобы сделать маховик, я использовалсантиметровый кусок деревянного стержня 20 мм в диаметре. Я вставил его в центртрёх старых компакт-дисков. Стержень даже оказался слишком широким, и мнепришлось его немного подточить. Просверлите отверстие диаметром 2 мм сквозьцентр стержня. Рядом с ним, ближе к внешней стороне, проделайте другоеотверстие – диаметром около 3 мм, глубиной 5 мм. Оно нужно для того, чтобпродеть в него проволоку, удерживающую рычаги, после того, как вы её согнёте.Диски, если они будут плохо держаться, можно просто приклеить. Шаг14: Прикрепляем маховик. Маховик держится за счёт крюка, согнутого на концеколенчатого вала. Крюк вставляется в дополнительное отверстие, просверленное вдеревянном стержне. Шаг15: Собираем всё вместе и находим баланс. Теперь вы можете собрать все частивоедино. Банка с рычагами вставляется в верхнюю часть сосуда под давлением.Лучше всего вставлять банку снизу, потому что иначе вы рискуете помять илисломать основную ёмкость. Вам необходимо вдавить её примерно на 4 мм. Первое,что нужно сделать, это присоединить и сбалансировать вытеснитель. Я отрезалкусочек медной проволоки (около 30 мм), чтоб подсоединить проволоку,удерживающую вытеснитель, к одному из рычагов. Это нужно затем, чтоб нижняяклемма могла двигаться вверх-вниз и удерживать вытеснитель от ударов по верхнейили нижней части сосуда. [Боже, храни королеву! Я надеюсь, что вы понимаете, очём тут речь. – прим. перев.] Когда вы присоедините вытеснитель, можно добавитьпротивовес к маховику. Противовес должен тянуть рычаг, соединённый свытеснителем, в горизонтальное положение – убедитесь, что это так. В моёмслучае противовес сделан из монетки. Толчковые стержни ввинчиваются во внешниениппели. Установите рычаги в самое нижнее положение и закрепите стержни вниппелях. Шаг16: Делаем топку. Для топки я взял жестяную баночку из-под сиропа, у которойесть окантовка на крышке и донышке. Вырежьте спереди отверстие в виде арки ипросверлите 8 отверстий диаметров 8 мм для вентиляции. Вы также можетеиспользовать любую жестяную банку, сопоставимую по диаметру с баночкой из-подколы. Главное – вырежьте в ней отверстие.Шаг17: Прикрепляем окантовку. Чтоб никто не порезался об острые края смотровогоокошка, я сделал для него окантовку из оболочки электрического кабеля. Яразрезал её по центру, вынул провод и приклеил оболочку на края отверстия.Шаг18: Вот и готово! Тестируем и ищем неисправности. Наконец вы можете испытатьдвигатель! Зажигаем свечу и пробуем! Надеемся, что он заработает с первогораза. Если нет – вот пара советов, которые могут помочь. Не забудьте хорошенькосмазать все движущиеся части – это поможет механизму двигаться более плавно. Утечкивоздуха: Если вы подозреваете утечки воздуха, можно поместить всю конструкцию вгорячую воду, и любая утечка тут же станет очевидной. Именно в горячую воду!Это важно, поскольку воздух внутри начнёт расширяться, и утечка скорееобнаружится. Не забудьте потом тщательно просушить двигатель и откачать воду,иначе образующийся пар просто разорвёт баночку. Слишком много трения:достаточно ли свободно двигается механизм? Определённое сопротивление состороны диафрагмы будет наблюдаться всегда, но если вы попытаетесь раскрутитьмаховик рукой, он должен свободно повернуться один-два раза. Двигатель чересчургерметичен: Если двигатель прекрасно герметичность, то воздух в неподвижномпространстве будет расширяться и мешать движению. Симптомом этого являетсявыпуклость диафрагмы. Проблема решается так: подложите под край диафрагмыкусочек лески, это создаст небольшой люфт, и избыточного давления можно будетизбежать. Со временем отверстие, через которое проходит проволока вытеснителя,расширится, и вы сможете убрать искусственный люфт. Если вы сделали такой люфт,не наполняйте промежуток между двух банок водой, потому что она начнётпросачиваться. Шаг19 [Опционально] Добавляем кожух водяного охлаждения Вы можете заставить свойдвигатель работать лучше, добавив кожух охлаждения для увеличения разноститемператур. Для этого вам понадобится консервная банка диаметром немногобольше, чем баночка из-под колы. Нарисуйте круг на дне банки и вырежьте егохозяйственными ножницами. Возможно, придётся отполировать края отверстия.Поместите сосуд под давлением в подготовленную консервную банку и запечатайтеводостойким силиконовым герметиком. Цикл Стирлинга В двигателяхвнутреннего сгорания (ДВС) распыленное топливо соединяется с окислителем, как правило,воздухом, до фазы сжатия или после этой фазы, и образовавшаяся горючая смесьотдает свою энергию во время кратковременной фазы горения. В двигателеСтирлинга энергия поступает в двигатель и отводится от него через стенкицилиндра или теплообменник. Еще одним существенным различием между двигателемвнутреннего сгорания и двигателем Стирлинга является отсутствие в последнемклапанов, поскольку рабочее тело (газ) постоянно находится в полостяхдвигателя. Цикл Стирлинга основан на последовательном нагревании и охлаждениигаза (его называют рабочим телом) в замкнутом объеме. Рабочее тело нагреваетсяв горячей части двигателя, расширяется и производит полезную работу, после чегоперегоняется в холодную часть двигателя, где охлаждается, сжимается и сноваподается в горячую часть двигателя. Цикл повторяется. Количество рабочего телаостается неизменным, меняется его температура, давление и объем. Весь циклусловно разделен на четыре такта. Условность заключается в том, что четкоеразделение на такты в цикле отсутствует, процессы переходят один в другой. Этообусловлено отсутствием в конструкции двигателей Стирлинга клапанного механизма(стирлинг-двигатели с клаппаным механизмом называются двигателями Эриксона). Содной стороны данный факт резко упрощает конструкцию, с другой стороны вноситсложность в теорию расчета. Но об этом позже. Рассмотрим принцип работы напримере гама-стирлинга. Этот тип наиболее часто применяют в моделировании.Двигатель состоит из двух цилиндров. Большой цилиндр — теплообменный. Егозадача поочередно разогревать и охлаждать рабочее тело. Для этого один тореццилиндра разогревают (на схеме он закрашен розовым цветом), другой торец — охлаждают (на схеме он закрашен синим цветом). Большой поршень выполненный изтеплоизоляционного материала, свободно перемещается в теплообменном цилиндре(зазор между стенками цилиндра и поршня составляет 1-2 мм) и выполняет рольтеплового клапана, пегегоняющего рабочее тело то к холодному, то к горячемуторцу. Малый цилиндр является рабочим. Поршень плотно подогнан к цилиндру.Гамма стирлинг. Первыйтакт Первый такт — тактсжатия при постоянной температуре рабочего тела: поршень теплообменногоцилиндра находится вблизи нижней мертвой точки (НМТ) и остается условнонеподвижным. Газ сжимается рабочим поршнем малого цилиндра. Давление газавозрастает, а температура остается постоянной, так как теплота сжатия отводитсячерез холодный торец теплообменного цилиндра в окружающую среду.ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Подусловной неподвижностью подразумевают малую высоту перемещения поршня припрохождении коленвалом расстояния вблизи верхней или нижней мертвой точки. Гамма стирлинг. Второйтакт Второй такт – тактнагревания при постоянном объеме: рабочий поршень рабочего цилиндра находитсявблизи НМТ и полностью перемещает холодный сжатый газ в теплообменный цилиндр,поршень которого движется к верхней мертвой точки (ВМТ) и вытесняет газ вгорячую полость. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндровдвигателя остается постоянным, рабочее тело разогревается давление повышается идостигает максимального значения. Это в теории. На практике прирост давленияидет параллельно с выталкиванием рабочего поршня. В результате давление недостигает теоретически рассчитанного максимума. Данный факт также объясняет хорошийк.п.д. на малых оборотах двигателя. Рабочее тело прогревается лучше и приростдавления приближается к максимуму.Гамма стирлинг. ТретийтактТретий такт — тактрасширения при постоянной температуре газа: поршень теплообменного цилиндранаходится вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) и остается условно неподвижным.Поршень рабочего цилиндра под действием давления газа движется к верхнеймертвой точке. Происходит расширение горячего газа в полости рабочего цилиндра.Полезная работа, совершаемая поршнем рабочего цилиндра, черезкривошипно-шатунный механизм передается на вал двигателя. Давление в цилиндрахдвигателя при этом падает, а температура газа в горячей полости остаетсяпостоянной, так как к нему подводится тепло от источника тепла через горячуюстенку цилиндра. В моделях двигателей Стирлинга, где теплообменный цилиндр неимеет качественного нагревателя рабочее тело разогревается не полностью, нопоскольку давление в газах распространяется равномерно во все стороны егоизменение оказывает действие и на рабочий поршень, заставляя его двигаться исовершать работу.Гама стирлинг.Четвертый такт Четвертый такт — тактохлаждения при неизменном объеме: поршень рабочего цилиндра находится вблизиВМТ и остается условно неподвижным. Поршень теплообменного цилиндра движется кНМТ и перемещает газ, оставшийся в горячей части в холодную часть цилиндра. Таккак при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателяостается постоянным, давление газа в них продолжает падать идостигает минимального значения. В моделях, содержащих рабочее тело приатмосферном давлении четвертый такт также является рабочим, поскольку давлениепадает резко и возникает кратковременное разряжение. В результате рабочийпоршень с усилием втягивается в цилиндр, совершая дополнительную работу. Изчетырех тактов два — рабочие!Плюсы стирлингов — КПД двигателяСтирлинга может достигать 65-70% КПД от цикла Карно при современном уровнепроектирования и технологии изготовления. Кроме того крутящий момент двигателяпочти не зависит от скорости вращения коленвала. В двигателях внутреннегосгорания напротив максимальный крутящий момент достигается в узком диапазонечастот вращения. — В конструкции двигателя отсутствует система высоковольтногозажигания, клапанная система и, соответственно, распредвал. Грамотноспроектированный и технологично изготовленный двигатель Стирлинга не требуетрегулировки и настройки в процессе всего срока эксплуатации. — В ДВС сгораниетопливо-воздушной смеси в цилиндре двигателя является, по сути, взрывом соскоростью распространения взрывной волны 5-7 км/сек. Этот процесс даетчудовищные пиковые нагрузки на шатуны, коленчатый вал и подшипники. Стирлингилишены этого недостатка. — Двигатель не будет «капризничать» из-запотери искры, засорившегося карбюратора или низкого заряда аккумулятора,поскольку не имеет этих агрегатов. Понятие «двигатель заглох» неимеет смысла для Стирлингов. Стирлинг может остановиться, если нагрузкапревышает расчетную. Повторно запуск осуществляется однократным поворотоммаховика коленчатого вала.Простота конструкциипозволяет длительно эксплуатировать Стирлинг в автономном режиме. — Двигатель Стирлингаможет использовать любой источник тепловой энергии, начиная с дров и заканчиваяядерным топливом!— Сгорание топливапроисходит вне внутреннего объема двигателя (в отличии от ДВС), что позволяетобеспечить равномерное горение топлива и полное его дожигание (т.е. отбормаксимума содержащейся в топливе энергии и минимизация выброса токсичныхкомпонентов). Минусы стирлингов — Поскольку сгораниетоплива происходит вне двигателя, а отвод тепла осуществляется через стенкирадиатора (напомним, что Стирлинги имеют замкнутый объем) габариты двигателяувеличиваются. — Еще один минус — материалоемкость. Для производства компактныхи мощных Стирлинг-машин требуются жаропрочные стали, выдерживающие высокоерабочее давление и в то же время, обладающие низкой теплопроводностью. Обычнаясмазка для Стирлингов не годится — коксуется при высокой температуре, по этомунеобходимы материалы с низким коэффициентом трения.- Для получения высокойудельной мощности в качестве рабочего тела в Стирлингах используют водород илигелий (почему именно эти газы — читайте в разделе «ТЕОРИЯ»). Водородвзрывоопасен, при высоких температурах растворяется в металлах, образуя металлогидриды- т.е. разрушает цилиндры двигателя. К тому же водород, как и гелий обладаетвысокой проникающей способностью и просачивается через уплотнения подвижныхчастей двигателя, снижая рабочее давление. Для того чтобы окраситьалюминий, его необходимо анодировать. Очищенную и обезжиренную деталь опуститена 2-3 минуты в 5% р-р едкого натра, промойте, а затем опустите в слабыйраствор азотной кислоты (20-30мл. кислоты на 100г. воды) и снова промойте. Дотрагиватьсядо нее руками нельзя. Опустите деталь в ванну для анодирования, к деталиподсоедините положительный электрод. Электролит-20мл. серной кислоты на 100млводы. Ток 20-25мА на 1см2.Процес длится около часа. Дальше деталь на 5-10 минутпоочередно погружают в два раствора, промывая каждый раз в проточной воде. Составыкрасящих растворов: (концентрация в гаммах на 100 г. воды).
2dip.su
| Модель двигателя Стирлинга Двигатель Стирлинга - это двигатель внешнего сгорания, в котором тепловая энергия подводится к рабочему телу (в нашем случае - к воздуху) извне - через стенку цилиндра. Принцип действия его основан на известном физическом законе - расширении и сжатии воздуха при нагревании и охлаждении. По этой причине стирлинг называют еще воздушно-тепловым двигателем. Понять работу двигателя, который Стирлинг разтрудился еще в 1816 году, нам поможет модель, описанная в книге С. Баранова «Действующие модели тепловых машин» (год издания 1936-й). Сначала о том, как устроена модель стирлинга. Она собирается из четырех основных частей: двух сообщающихся цилиндров - теплообменного 6 и рабочего 3, камеры нагрева - назовем её топкой 4 - и резервуара с холодной водой (на схемах I-III он не показан, см. его на общем виде двигателя). В верхней части теплообменного цилиндра 6 герметично впаяна камера 7 для воды. Ее задача - охладить нагретый воздух. Через эту камеру проходит шток поршня-вытеснителя 5. Вытеснитель установлен в цилиндре 6 с зазором, не касаясь стенок. Рабочий поршень 2, наоборот, плотно подогнан к цилиндру 3 и движется по нему практически без зазора. Между собой вытеснитель 5 и рабочий поршень 2 соединены через кривошипно-шатунный механизм, причем кривошип и эксцентрик установлены относительно друг друга со сдвигом фаз на 90°. Цилиндры соединены между собой трубкой, и поэтому воздух может легко проходить из теплообменного в рабочий цилиндр, и наоборот. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа с шатуном и осью (узел 8), эксцентрика 1 и маховика 9. Диаметр маховика 80 мм, а расстояние от оси до пальца эксцентрика 14 мм. Итак, предположим, что мы поставили спирᴛᴏʙку в топку 4 и начали нагревать дно цилиндра 6. Через некоторое время воздух под поршнем-вытеснителем нагреется (а значит, расширится) и устремится вверх (напомним: между вытеснителем и стенкой цилиндра имеется зазор). Сдвинем маховик 9 с мертвой точки, и поршень-вытеснитель 5 начнет подниматься вверх, вытесняя при этом холодный воздух сверху вниз. Медленно начнет двигаться и рабочий поршень 2. Холодный воздух, соприкасаясь с раскаленным дном цилиндра 6, нагреется, давление возрастет, и воздух по трубке пойдет в рабочий цилиндр 3. Поршень 2 под его воздействием начнет свой рабочий ход. Поршень движется вверх, а тем временем вытеснитель уже стал опускаться вниз, ᴨᴏᴛому что фазы их, как уже было сказано, сдвинуты на 90°. Поршень занял верхнее положение и под действием инерции маховика 9 начинает опускаться вниз, вытесняя в цилиндр 6 отработанный, ᴨᴏᴛерявший первоначальную теплоту воздух. Попав в верхнюю часть теплообменного цилиндра, он еще больше охлаждается и уменьшается в объеме. Вытеснитель же при обратном ходе рабочᴇᴦᴏ поршня снова начинает подниматься и снова перегоняет холодный воздух сверху вниз. Соприкасаясь с раскаленным дном цилиндра 6, холодный воздух нагревается, расширяется, и цикл повторяется. Главное в работе такого двигателя - охлаждение воздуха . В нашей модели это делает вода, поступающая из резервуара, установленного рядом с двигателем. Как только вода, находящаяся в камере 7, нагреется горячим воздухом, она устремляется по патрубку вверх и попадает в резервуар. А на её место, уже по нижнему патрубку, поступает из резервуара холодная вода . В физике это явление называется тепловой конвекцией. Теперь о том, как сделать модель двигателя. Оба цилиндра 3 и 6, топку 4 проще всего спаять из жести. Сначала вырежьте загоᴛᴏʙку для цилиндра 6 (ширина её примерно 223 мм), просверлите в ней отверстия 0 4,2 мм для оси, а затем согните на круглой болванке. Спаяйте цилиндр. С внешних сторон его ушек напаяйте втулки с внутренним диаметром не менее 4,2 мм - они выполняют функции подшипников. Затем приступайте к изгоᴛᴏʙлению водяной камеры 7. По диаметру получившегося цилиндра вырежьте из жести два кружочка . В центре их просверлите отверстия под трубку с внутренним диаметром примерно 3 мм (длина её 32 мм). Впаяйте трубку в кружочки таким образом, чтобы расстояние между ними было 30 мм. Получившуюся деталь закрепите пайкой внутри цилиндра, отступив от его нижнего края на 35 мм. Постарайтесь выполнить эту операцию как можно аккуратнее, камера 7 должна быть герметичной, и вода не должна просачиваться через стенки. Вытеснитель 5 собирается из легкого деревянного цилиндрика, диаметр которого примерно на 2,5 мм меньше внутреннего диаметра цилиндра 6 (высота ᴇᴦᴏ подбирается экспериментальным путем) и штока, сделанного из спицы 0 2,8 мм. С обеих сторон обейте цилиндрик жестяными кружочками. По диаметру штока просверлите в центре цилиндрика отверстие и плотно вставьте в него шток. А чтобы он от нагревания не выскочил, припаяйте его к жестяным кружочкам. Шток должен свободно ходить по трубке камеры 7, без излишнего трения . В верхней части штока просверлите отверстие для пальца шатуна. Особое внимание уделите цилиндру 3 и поршню 2. От их качества зависит работа всей модели. Цилиндр можно изгоᴛᴏʙить из обрезка латунной или медной трубки длиной 40 мм и 0 18-20 мм, запаяв её снизу латунным кружочком. В гоᴛᴏʙом цилиндре не забудьте просверлить отверстие для сообщения его с большим цилиндром. Поршень желательно выточить на токарном станке. Шток закрепляется в верхней части поршня шарнирно. Загоᴛᴏʙку топки 4 тоже нужно выгнуть на круглой болванке, предварительно проделав в ней отверстия для воздуха и крепежных винᴛᴏʙ. Спаивать её желательно прямо на гоᴛᴏʙом цилиндре 6. Теперь нужно собрать модель: припаять цилиндр 3, подогнать к нему поршень 2, впаять в цилиндры трубку для сообщения между собой, смонтировать кривошипно-шатунный механизм, запаять дно цилиндра 6. Гоᴛᴏʙый корпус двигателя установите на топку 4 и закрепите пайкой. Резервуар для водяного охлаждения - это жестяная банка с впаянными снизу и сверху патрубками, на которые надеты резиновые шланги. Закрепляется резервуар рядом с двигателем на деревянной подставке. Подытоживая, заметим, что двигатель Стирлинга действует на таком физическом явлении: работа, совершаемая горячим воздухом при расширении, больше работы, которую надо ᴨᴏᴛратить на его сжатие. Поэтому постарайтесь получше отладить кинематику модели, чтобы до минимума уменьшить трение в движущихся узлах. Несколько слов о современных стирлингах. Двигатели внешнего сгорания строят и сейчас, причем по некоторым параметрам они опережают другие двигатели. Сегодня они уже не такие громоздкие, как в прошлом столетии . В качестве рабочего тела в них применяется легкий газ: гелий или водород (у Роберта Стирлинга, как вы помните, использовался воздух). На работу современного стирлинга не влияет внешняя среда: газ, закачанный в корпус под давлением, находится в замкнутом объеме. По этой причине современные стирлинги можно применять практически всюду: и в воде, и под землей, и в открытом космосе, то есть там, где обычные двигатели работать не могут. · Зарубежная мастерская (сделай сам) Представляю вашему вниманию перевод вот этой статьи. Прошу простить, если я что-то перевела не так - я не очень сильна в английском техпереводе и специфических терминах. Надеюсь, что всё будет понятно и никто не пострадает. Текст получился слишком большой и в одну статью не влез. Вторая часть тут. Как сделать двигатель Стирлинга из баночек от колы. Двигатель Стирлинга - это тепловой двигатель, придуманный Робертом Стирлингом в 1816 году. Он отличается от автомобильного, учитывая, что топливо сжигается вне двигателя – поэтому машину Стирлинга гораздо легче построить. Существуют двигатели Стирлинга, которые могут работать даже от тепла ваших рук, хотя их будет тяжелее собрать. Двигатель Стирлинга станет отличным дополнением к любой коллекции «вещей, которые я построил сам»! Как он работает? Данный двигатель использует воздух, который попеременно нагревается и охлаждается. Для того чтобы осуществить процесс нагревания-охлаждения, в банке находится свободный вытеснитель, который может перемещаться вверх и вниз, создавая движение воздуха в двигателе. Когда воздух нагревается, он расширяется и давит на диафрагму (воздушный шар), которая приводит в движение рычаги. Когда рычаги поворачиваются, они двигают вытеснитель вниз так, что воздух перемещается в верхнюю часть, где он охлаждается, заставляя её сокращаться и тянуть назад рычаги, которые, разумеется, тянут вверх вытеснитель и позволяют воздуху переместиться в нижнюю часть и нагреться. Это повторяется снова и снова. Что понадобится: 3 банки из-под колы 1 воздушный шарик2 ниппеля для крепления велосипедных спиц5 электрических клемм (контактные колодки) 5A Стальная вата. Стальная проволока сечением 1мм (около 30см). Толстая (сечение 1.6-2 мм) медная или стальная проволока. Пластиковая крышка от бутылки Деревянный штырь диаметром 20 мм (нам понадобится длина всего лишь 1см). Суперклей 30см электрической проводки Рыболовная леска около 30 см длиной. Кусочек вулканизированной резины - около 2 квадратных сантиметров. Маленькие грузы для балансировки (к примеру , никелевые и т.д.). 3 CD-диска. Жестяная баночка для топки. Канцелярская кнопка. Красный термоустойчивый силикон. Консервная банка для кожуха водяного охлаждения. Шаг 1: Подгоᴛᴏʙка 2 банок из-под колы . В первую очередь, вам нужно две банки с отрезанными верхушками. Если резать ножницами, останутся опасные зазубрины, которые придётся сточить, используя напильник или дремель. Затем вырежьте дно банки с помощью ножа. Старайтесь не помять металл, это уменьшит герметичность. Некоторые используют для этих целей консервный нож, но я обнаружил, что он повреждает стенки банки. Впрочем, вам может и повезти. Шаг 2: Делаем диафрагму. Диафрагма этого двигателя выполнена из обычного воздушного шарика, усиленного вулканизированной резиной . В первую очередь отрежьте горловину шарика и натяните его на банку. Затем вырежьте кусок вулканизированной резины площадью 1 см и приклейте его в центр шарика. После того, как клей высохнет, вы можете использовать канцелярскую кнопку, чтобы пробить в центре диафрагмы отверстие для проволоки, на которой будет закреплён вытеснитель. Оставьте кнопку в отверстии, пока не придёт время вставить проволоку. Шаг 3: Вырезаем и сверлим крышку от бутылки. Просверлите отверстия диаметром 2 мм (для поворотной оси рычагов) в обеих стенках крышки, а кроме того отверстие в донышке крышки (для проволоки, держащей вытеснитель). Затем вырежьте обе стороны крышечки, придав им изогнутую форму. Это делается ᴨᴏᴛому, что иногда держатель проволоки отходит в сторону и задевает крышечку. Это больше раздражает, чем доставляет хлопоты, но всё равно лучше этого избежать. Кроме того, я думаю, что так лучше смотрится. Я пользовался хозяйственными ножницами – они очень хорошо режут толстый пластик. Теперь снимите диафрагму с баночки и натяните её снова, но так, чтоб вулканизированная резина находилась внутри банки. Приклейте крышечку к диафрагме, на ту сторону, где нет резины. Я слегка подшлифовал крышечку, ᴨᴏᴛому что клей не схватывался с пластиком. При этом кнопка должна остаться на месте, чтоб все отверстия, через которые будет продета проволока, находились на одной линии. Шаг 4: Сверлим отверстия для подшипников. Я взял длинное 3,5 мм сверло, чтоб просверлить отверстия для подшипников. Я сверлил на глаз, измерять и вычислять тут не обязательно. Они должны быть в верхней части баночки, там, где стенки скошены. Убедитесь в том, что они находятся на одном уровне. Шаг 5: Вырезаем смотровое окошко. Обозначьте круг примерно в центре баночки, с тем расчётом, чтоб через него можно было видеть рычаги и вытеснитель. Можно и не круг, просто так легче вырезать. Шаг 6: Сверлим электрические клеммы. Теперь вам нужно где-нибудь достать электрические клеммы и удалить с них пластиковую защиту. Лучший способ это сделать – открутить винты, насколько возможно, и отогнуть пластик плоскогубцами. Теперь просверлите отверстие диаметром 2 мм прямо через конец каждой из них, как показано на картинке. Вы должны просверлить три из них. Для того чтобы удобнее было сверлить, я держал их плоскогубцами. Кроме того, необходимо оставить две клеммы непросверленными. Шаг 7: Делаем рычаги. Важно понимать - для рычагов я использовал медную проволоку диаметром около 1,88 мм - вы можете использовать старые спицы или стальную проволоку, если у вас нет медной. Я использовал медную, ᴨᴏᴛому что её легче гнуть и вообще, она мне нравится. Если вам нужно выпрямить проволоку, можно зажать один конец в дрель, а другой захватить плоскогубцами - вращение дрели должно выпрямить проволоку. На всякий случай защитите лицо и руки – проволока может выскользнуть и поранить вас. Ниже представлены фотографии каждого шага изгоᴛᴏʙления рычагов. Центральный участок должен выступать примерно на 20мм, а два боковых - на 5мм каждый, но особой точности тут не требуется. Центральный участок располагается под углом 90 градусов к боковым - это лучший угол для такого двигателя. Шаг 8: Изготавливаем подшипники. Я использовал два велосипедных ниппеля для изгоᴛᴏʙления подшипников. Вы можете найти их в магазинах или снять со старых велосипедных колёс. Проверьте отверстия – возможно, их совсем не обязательно сверлить. Я просверлил ниппели насквозь двухмиллиметровым сверлом. Шаг 9: Устанавливаем рычаги и подшипники. Теперь вы можете установить рычаги. Например, через смотровое окошко. Если вы не можете их вставить, подтачивайте один конец проволоки до тех пор, пока она не войдёт в подшипник. Оставьте один конец проволоки подлиннее – ᴨᴏᴛом вы закрепите на нём маховое колесо. Подшипники должны очень плотно сидеть в предназначенных для них отверстиях, но если они «плавают», вы можете их приклеить. Шаг 10: Делаем вытеснитель. Вытеснитель я сделал из стальной полировочной ваты, обмотанной вокруг куска стальной проволоки. Согните небольшой крюк в конце проволоки и намотайте на неё стальную вату. Как только вы приблизитесь к размеру баночки из-под колы, обрежьте вату. Обрежьте вату так, чтоб вытеснитель был не более 2 дюймов (около 5 см) высотой. Другой конец проволоки смотайте в спираль, так, чтоб нельзя было вытащить её из мотка стальной ваты. Также обрежьте моток ваты так, чтоб его верхняя часть была скошена так же, как и стенки банки. Проверьте положение вытеснителя в банке - он должен свободно падать под собственным весом. Попробуйте сделать вытеснитель идентичным банке по форме. Когда вы будете довольны движением вытеснителя, привяжите к крюку на проволоке рыболовную леску. Лучше всего добавить немного клея, чтоб узелок не смог сместиться при движении устройства. Теперь вы можете удалить кнопку из диафрагмы и продеть сквозь неё свободный конец лески таким образом, чтобы вулканизированная резина находилась внутри резервуара. Итак, продолжаем наше занимательное стирлингостроение. Увы, весь перевод у меня не влез в одну статью, поэтому приходится плодить. Первая часть вот. Шаг 11: Делаем резервуар под давлением. Вырежьте донышко банки, оставляя примерно 1 дюйм (около 2,5 см) от основания. Поместите вытеснитель и диафрагму в резервуар, а затем установите всё это устройство в конец банки. Убедитесь, что вытеснитель перемещается свободно. После этого натяните диафрагму. Она должна быть натянута ровно настолько, чтоб не провисать. Смотрите не переборщите, её нельзя натягивать чересчур сильно! Возьмите клемму, которую вы не просверлили, и протяните через неё леску – при этом убедитесь, что вытеснитель находится в нижней части сосуда. Приклейте узелок так, чтоб он не мог двигаться. Смажьте проволоку маслом [я уже начинаю теряться, но там так и написано! – прим. перев.] и убедитесь, что вытеснитель свободно движется и тянет за собой леску. Шаг 12: Делаем толчковые стержни. Теперь вы можете сделать толчковые стержни, соединяющие диафрагму с рычагами. Начните с куска медной проволоки (около 15см в длину), протяните его через два отверстия в стенках бутылочной крышечки. Затем загните проволоку внутрь. Вам нужно будет отрезать её, оставив концы такой длины, чтоб они доставали до клемм, обращённых вниз. Убедитесь в том, что проволока свободно вращается в отверстиях. Шаг 13: Делаем маховик. Важно понимать - для того, чтобы сделать маховик, я использовал сантиметровый кусок деревянного стержня 20 мм в диаметре. Текст с сайта Биг Реферат РУ Я вставил его в центр трёх старых компакт-дисков. Стержень даже оказался слишком широким, и мне пришлось его немного подточить. Просверлите отверстие диаметром 2 мм сквозь центр стержня. Рядом с ним, ближе к внешней стороне, проделайте другое отверстие – диаметром около 3 мм, глубиной 5 мм. Оно нужно для того, чтоб продеть в него проволоку, удерживающую рычаги, после того, как вы её согнёте. Диски, если они будут плохо держаться, можно просто приклеить. Шаг 14: Прикрепляем маховик. Маховик держится за счёт крюка, согнутого на конце коленчатого вала. Крюк вставляется в дополнительное отверстие, просверленное в деревянном стержне. Шаг 15: Собираем всё вместе и находим баланс. Теперь вы можете собрать все части воедино. Банка с рычагами вставляется в верхнюю часть сосуда под давлением. Лучше всего вставлять банку снизу, ᴨᴏᴛому что иначе вы рискуете помять или сломать основную ёмкость. Вам необходимо вдавить её примерно на 4 мм. Первое, что нужно сделать, это присоединить и сбалансировать вытеснитель. Я отрезал кусочек медной проволоки (около 30 мм), чтоб подсоединить проволоку, удерживающую вытеснитель, к одному из рычагов. Это нужно затем, чтоб нижняя клемма могла двигаться вверх-вниз и удерживать вытеснитель от ударов по верхней или нижней части сосуда. [Боже, храни королеву! Я надеюсь, что вы понимаете, о чём тут речь. – прим. перев.] Когда вы присоедините вытеснитель, можно добавить противовес к маховику. Противовес должен тянуть рычаг, соединённый с вытеснителем, в горизонтальное положение – убедитесь, что это так . В моём случае противовес сделан из монетки. Толчковые стержни ввинчиваются во внешние ниппели. Установите рычаги в самое нижнее положение и закрепите стержни в ниппелях. Шаг 16: Делаем топку. Важно понимать - для топки я взял жестяную баночку из-под сиропа, у которой есть оканᴛᴏʙка на крышке и донышке. Вырежьте спереди отверстие в виде арки и просверлите 8 отверстий диаметров 8 мм для вентиляции. Вы также можете использовать любую жестяную банку, сопоставимую по диаметру с баночкой из-под колы. Главное – вырежьте в ней отверстие. Шаг 17: Прикрепляем оканᴛᴏʙку. Чтоб никто не порезался об острые края смотрового окошка, я сделал для него оканᴛᴏʙку из оболочки электрического кабеля. Я разрезал её по центру, вынул провод и приклеил оболочку на края отверстия. Шаг 18: Вот и гоᴛᴏʙо! Тестируем и ищем неисправности. Наконец вы можете испытать двигатель! Зажигаем свечу и пробуем! Надеемся, что он заработает с первого раза. Если нет – вот пара совеᴛᴏʙ, которые могут помочь. Не забудьте хорошенько смазать все движущиеся части – это поможет механизму двигаться более плавно. Утечки воздуха: Если вы подозреваете утечки воздуха, можно поместить всю конструкцию в горячую воду, и любая утечка тут же станет очевидной. Именно в горячую воду! Это важно, поскольку воздух внутри начнёт расширяться, и утечка скорее обнаружится. Не забудьте ᴨᴏᴛом тщательно просушить двигатель и откачать воду, иначе образующийся пар просто разорвёт баночку. Слишком много трения: достаточно ли свободно двигается механизм? Определённое сопротивление со стороны диафрагмы будет наблюдаться всегда, но если вы попытаетесь раскрутить маховик рукой, он должен свободно повернуться один-два раза. Двигатель чересчур герметичен: Если двигатель прекрасно герметичность, то воздух в неподвижном пространстве будет расширяться и мешать движению. Симптомом этого является выпуклость диафрагмы. Проблема решается так: подложите под край диафрагмы кусочек лески, это создаст небольшой люфт, и избыточного давления можно будет избежать. Со временем отверстие, через которое проходит проволока вытеснителя, расширится, и вы сможете убрать искусственный люфт. Если вы сделали такой люфт, не наполняйте промежуток между двух банок водой, ᴨᴏᴛому что она начнёт просачиваться. Шаг 19 [Опционально] Добавляем кожух водяного охлаждения Вы можете заставить свой двигатель работать лучше, добавив кожух охлаждения для увеличения разности температур. Важно понимать - для этого вам понадобится консервная банка диаметром немного больше, чем баночка из-под колы. Нарисуйте круг на дне банки и вырежьте его хозяйственными ножницами. Возможно, придётся отполировать края отверстия. Поместите сосуд под давлением в подгоᴛᴏʙленную консервную банку и запечатайте водостойким силиконовым герметиком. Цикл Стирлинга В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) распыленное топливо соединяется с окислителем, как правило, воздухом, до фазы сжатия или после этой фазы, и образовавшаяся горючая смесь отдает свою энергию во время кратковременной фазы горения . В двигателе Стирлинга энергия поступает в двигатель и отводится от него через стенки цилиндра или теплообменник. Еще одним существенным различием между двигателем внутреннего сгорания и двигателем Стирлинга является отсутствие в последнем клапанов, поскольку рабочее тело (газ) постоянно находится в полостях двигателя. Цикл Стирлинга основан на последовательном нагревании и охлаждении газа (его называют рабочим телом) в замкнутом объеме. Рабочее тело нагревается в горячей части двигателя, расширяется и производит полезную работу, после чего перегоняется в холодную часть двигателя, где охлаждается, сжимается и снова подается в горячую часть двигателя. Цикл повторяется. Количество рабочего тела остается неизменным, меняется его температура, давление и объем. Весь цикл условно разделен на четыре такта. Условность заключается в том, что четкое разделение на такты в цикле отсутствует, процессы переходят один в другой. Это обусловлено отсутствием в конструкции двигателей Стирлинга клапанного механизма (стирлинг-двигатели с клаппаным механизмом называются двигателями Эриксона). С одной стороны данный факт резко упрощает конструкцию, с другой стороны вносит ᴄᴫᴏжность в теорию расчета. Но об этом позже. Изучим принцип работы на примере гама-стирлинга. Данный тип наиболее часто применяют в моделировании. Двигатель состоит из двух цилиндров. Большой цилиндр - теплообменный. Его задача поочередно разогревать и охлаждать рабочее тело. Важно понимать - для этого один торец цилиндра разогревают (на схеме он закрашен розовым цветом), другой торец - охлаждают (на схеме он закрашен синим цветом). Большой поршень выполненный из теплоизоляционного материала, свободно перемещается в теплообменном цилиндре (зазор между стенками цилиндра и поршня составляет 1-2 мм) и выполняет роль теплового клапана, пегегоняющего рабочее тело то к холодному, то к горячему торцу. Малый цилиндр является рабочим. Поршень плотно подогнан к цилиндру. Гамма стирлинг. Первый такт Первый такт - такт сжатия при постоянной температуре рабочего тела: поршень теплообменного цилиндра находится вблизи нижней мертвой точки (НМТ) и остается условно неподвижным. Газ сжимается рабочим поршнем малого цилиндра. Давление газа возрастает, а температура остается постоянной, учитывая, что теплота сжатия отводится через холодный торец теплообменного цилиндра в окружающую среду. ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Под условной неподвижностью подразумевают малую высоту перемещения поршня при прохождении коленвалом расстояния вблизи верхней или нижней мертвой точки. Гамма стирлинг. Второй такт Второй такт – такт нагревания при постоянном объеме: рабочий поршень рабочего цилиндра находится вблизи НМТ и полностью перемещает холодный сжатый газ в теплообменный цилиндр, поршень которого движется к верхней мертвой точки (ВМТ) и вытесняет газ в горячую полость. Учитывая, что при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, рабочее тело разогревается давление повышается и достигает максимального значения. Это в теории. На практике прирост давления идет параллельно с выталкиванием рабочᴇᴦᴏ поршня . В результате давление не достигает теоретически рассчитанного максимума. Данный факт также объясняет хороший к.п.д. на малых оборотах двигателя. Рабочее тело прогревается лучше и прирост давления приближается к максимуму. Гамма стирлинг. Третий такт Третий такт - такт расширения при постоянной температуре газа: поршень теплообменного цилиндра находится вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) и остается условно неподвижным. Поршень рабочего цилиндра под действием давления газа движется к верхней мертвой точке. Происходит расширение горячего газа в полости рабочего цилиндра. Полезная работа, совершаемая поршнем рабочего цилиндра, через кривошипно-шатунный механизм передается на вал двигателя. Давление в цилиндрах двигателя при этом падает, а температура газа в горячей полости остается постоянной, учитывая, что к нему подводится тепло от источника тепла через горячую стенку цилиндра . В моделях двигателей Стирлинга, где теплообменный цилиндр не имеет качественного нагревателя рабочее тело разогревается не полностью, но поскольку давление в газах распространяется равномерно во все стороны его изменение оказывает действие и на рабочий поршень, заставляя его двигаться и совершать работу. Гама стирлинг. Четвертый такт Четвертый такт - такт охлаждения при неизменном объеме: поршень рабочего цилиндра находится вблизи ВМТ и остается условно неподвижным. Поршень теплообменного цилиндра движется к НМТ и перемещает газ, оставшийся в горячей части в холодную часть цилиндра. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, давление газа в них продолжает падать и достигает минимального значения . В моделях, содержащих рабочее тело при атмосферном давлении четвертый такт также является рабочим, поскольку давление падает резко и возникает кратковременное разряжение . В результате рабочий поршень с усилием втягивается в цилиндр, совершая дополнительную работу. Из четырех такᴛᴏʙ два - рабочие! Плюсы стирлингов - КПД двигателя Стирлинга может достигать 65-70% КПД от цикла Карно при современном уровне проектирования и технологии изгоᴛᴏʙления. Кроме того крутящий момент двигателя почти не зависит от скорости вращения коленвала . В двигателях внутреннего сгорания напротив максимальный крутящий момент достигается в узком диапазоне частот вращения. - В конструкции двигателя отсутствует система высоковольтного зажигания, клапанная система и, соответственно, распредвал. Грамотно спроектированный и технологично изгоᴛᴏʙленный двигатель Стирлинга не требует регулировки и настройки в процессе всего срока эксплуатации. - В ДВС сгорание топливо-воздушной смеси в цилиндре двигателя является, по сути, взрывом со скоростью распростᴘẚʜᴇния взрывной волны 5-7 км/сек. Данный процесс дает чудовищные пиковые нагрузки на шатуны, коленчатый вал и подшипники. Стирлинги лишены этого недостатка. - Двигатель не будет "капризничать" из-за потери искры, засорившегося карбюратора или низкого заряда аккумулятора, поскольку не имеет этих агрегаᴛᴏʙ. Понятие "двигатель заглох" не имеет смысла для Стирлингов. Стирлинг может остановиться, если нагрузка превышает расчетную. Повторно запуск осуществляется однократным поворотом маховика коленчатого вала. Простота конструкции предоставляет возможность длительно эксплуатировать Стирлинг в автономном режиме. - Двигатель Стирлинга может использовать любой источник тепловой энергии, начиная с дров и заканчивая ядерным топливом! - Сгорание топлива происходит вне внутреннего объема двигателя (в отличии от ДВС), что предоставляет возможность обеспечить равномерное горение топлива и полное его дожигание (т.е. отбор максимума содержащейся в топливе энергии и минимизация выброса токсичных компоненᴛᴏʙ). Минусы стирлингов - Поскольку сгорание топлива происходит вне двигателя, а отвод тепла осуществляется через стенки радиатора (напомним, что Стирлинги имеют замкнутый объем) габариты двигателя увеличиваются. - Еще один минус - материалоемкость. Важно понимать - для производства компактных и мощных Стирлинг-машин требуются жаропрочные стали, выдерживающие высокое рабочее давление и в то же время, обладающие низкой теплопроводностью. Обычная смазка для Стирлингов не годится - коксуется при высокой температуре, по этому необходимы материалы с низким коэффициентом трения.- Для получения высокой удельной мощности в качестве рабочего тела в Стирлингах используют водород или гелий (почему именно эти газы - читайте в разделе "ТЕОРИЯ"). Водород взрывоопасен, при высоких температурах растворяется в металлах, образуя металлогидриды - т.е. разрушает цилиндры двигателя. К тому же водород, как и гелий обладает высокой проникающей способностью и просачивается через уплотнения подвижных частей двигателя, снижая рабочее давление. Для того чтобы окрасить алюминий, его необходимо анодировать. Очищенную и обезжиренную деталь опустите на 2-3 минуты в 5% р-р едкого натра, промойте, а затем опустите в слабый раствор азотной кислоты (20-30мл. кислоты на 100г. воды) и снова промойте. Дотрагиваться до нее руками нельзя. Опустите деталь в ванну для анодирования, к детали подсоедините положительный электрод. Электролит-20мл. серной кислоты на 100мл воды. Ток 20-25мА на 1см2.Процес длится около часа. Дальше деталь на 5-10 минут поочередно погружают в два раствора, промывая каждый раз в проточной воде. Составы красящих растворов: (концентрация в гаммах на 100 г. воды).
Похожие документыПрецизионные координатные системы с линейными шаговыми двигателямиБЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра электронной техники и технологий РЕФЕРАТ на тему: «Прецизионные координатные системы с линейными шаговыми двигателями» Минск, 2008 В разомкнутых системах цифрового программного управления с точным позиционированием, а также при реализации сложных двигателей по двум координатам целесообразно применение линейных шаговых двигателей (ЛШД), допускающих изменение в широких пределах числа фаз, частоты и форм напряжения на фазах. ... Модель шляхетской демократии в Польше (XVI-XVIII вв.)<P><B>Модель “шляхетской демократии” в Польше (XVI - XVIII вв.) <P> Материал для истории сеймов заключается в так называемых “диариях”, или дневниках сеймов, сохранившихся в рукописях, и только в конце XIX века напечатанных, или же увидевших свет в печати вскоре после своего составления, равно как известия об отдаленных сеймах можно найти в летописях, мемуарах и т.п., а результаты их деятельности - в сборниках “конституций”, т.е. сеймовых постановлений.... Модель російської регіональної політики в XVI століттіМодель російської регіональної політики в XVI столітті Поняття “регіональна політика” зазвичай асоціюється в політології з сучасністю. Проте уважний аналіз історичних матеріалів показує, що в тому або іншому вигляді така політика існувала завжди, як завжди існував баланс стосунків між центром і територіями. На кожному історичному етапі були відцентрові сили, регіональна самосвідомість і система захисту регіональних інтересів, і була держава, яка намагалася консолідувати територію, забезпечити її єдність. На особливу увагу тут заслуговує Росія.... Модель покупательского поведенияМодель покупательского поведения В прошлом деятели рынка учились понимать своих потребителей в процессе повседневного торгового общения с ними. Однако рост размеров фирм и рынков лишил многих распорядителей маркетинга непосредственных контактов со своими клиентами. Управляющим приходится все чаще прибегать к исследованию потребителей. Они тратят больше, чем когда-либо раньше, на изучение потребителей, пытаясь выяснить, кто именно покупает, как именно покупает, когда именно покупает, где именно покупает и почему именно покупает. Основной вопрос: как именно реагируют потребители на разные побудительные приемы маркетинга, которые фирма может применить? Фирма, по-настоящему разобравшаяся в том, как реагируют потребители на различные характеристики товара, цены, рекламные аргументы и т.п., будет иметь огромное преимущество перед конкурентами. Именно поэтому и фирмы и научные работники тратят так много усилий на исследование зависимостей между побудительными факторами маркетинга и ответной реакцией потребителей. Отправной точкой всех этих усилий является простая модель, представленная на 30. На нем показано, что побудительные факторы маркетинга и прочие раздражители проникают в “черный ящик” сознания покупателя и вызывают определенные отклики. ... Модель взаимоотношений сетевых кофеен и их клиентовРеферат По дисциплине: «МАРКЕТИНГ И МАРКЕТИНГОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» На тему: «МОДЕЛЬ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ СЕТЕВЫХ КОФЕЕН И ИХ КЛИЕНТОВ» Особенности сферы услуг обуславливают возникновение определенных маркетинговых проблем, не встречающихся в маркетинге товаров. Одной из центральных проблем является несоответствие воспринимаемого потребителем качества услуг ожидаемому, т.е. несоответствие желаемой картины реальной. Принцип несоответствия предполагает, что представление о качестве услуги формируется в сознании потребителя при сравнении ожиданий от услуги и непосредственно воспринимаемых ее характеристик. Данный принцип отражен в концепции Гренрооса, одними из ключевых понятий которой является воспринимаемое и ожидаемое качество, он также является основой модели SERVQUAL [9]. ... |
bigreferat.ru
