Двигатель Стирлинга - своими руками

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

Инженеры подразделяют двигатели Стирлинга на три различных типа:

Альфа-Стирлинг — содержит два раздельных силовых поршня в раздельных цилиндрах. Один поршень — горячий, другой — холодный. Цилиндр с горячим поршнем находится в теплообменнике с более высокой температурой, в то время как цилиндр с холодным поршнем находится в более холодном теплообменнике. У данного типа двигателя отношение мощности к объёму достаточно велико, но, к сожалению, высокая температура «горячего» поршня создаёт определённые технические проблемы.

Регенератор находится между горячей частью соединительной трубки и холодной.

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

Гамма-Стирлинг — тоже есть поршень и «вытеснитель», но при этом два цилиндра — один холодный (там движется поршень, с которого снимается мощность), а второй горячий с одного конца и холодный с другого (там движется «вытеснитель»). Регенератор 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.

Также существуют разновидности двигателя Стирлинга, не попадающие под вышеуказанные три классических типа:

Роторный двигатель Стирлинга — решены проблемы герметичности (патент Мухина на герметичный ввод вращения (ГВВ), серебряная медаль на международной выставке в Брюсселе «Эврика-96») и громоздкости (нет кривошипно-шатунного механизма, т.к. двигатель роторный).

Мы будем делать двигатель альфа-Стирлинга.

Для постройки двигателя понадобятся материалы:

- Банка из под шпрот
- Жесть
- Скрепки
- Поролон
- Пакет
- езинка

Инструменты:

- Кусачки
- Плоскогубцы
- Паяльник
- Ножницы
- Наждачная бумага

Начинаем сборку:

Нужно вымыть банку и зачистить края наждачной бумагой.

Дальше вырежем круг из жести, так что бы он лежал на внутренних краях банки.

С помощью линейки или штангенциркуля найдём центр.

Сделаем отверстие ножницами по центру.

Дальше возьмём кусок медной проволоки и скрепку.

Выпрямим скрепку.

Сделаем на конце кольцо.

Дальше намотаем на неё проволоку 4 витка виток к витку.

Скрепка должна ходить свободно.

Дальше лудим верхний слой спирали из проволоки без большого количества флюса и припоя прямо на скрепке. Потом аккуратно припаиваем к отверстию в крышке, так чтобы шток был перпендикулярен крышке.

Скрепка должна ходить свободно, если нет, то нужно всё сделать заново. Дальше сделаем сообщающее отверстие в крышке.

Потом нужно сделать вытеснитель, он будет из поролона.

Диаметр его должен быть таким, чтобы он ходил свободно, но не было большого зазора, высотой чуть больше половины внутренней высоты банки.

Дальше прорезаем в центре вытеснители отверстие под втулку из пробки или резины, дальше вставляем во втулку шток, всё заклеиваем.

Вытеснитель должен быть параллелен крышке! ЭТО КРИТИЧНО ДЛЯ РАБОТЫ!

Закрываем банку и запаиваем края. ВСЁ ДОЛЖНО БЫТЬ ГЕРМЕТИЧНО!

Далее делаем рабочий цилиндр.

Вырезаем полоску длиной 60 мм (6 см) и шириной ?25 мм (2,5 см).

Загибаем край на 2 мм (0,2 см) плоскогубцами.

Формируем гильзу и спаиваем край.

Припаиваем гильзу над отверстием в крышке.

Дальше делаем мембрану.

Берём пакет и отрезаем от него квадратный кусок.

Продавливая немного плёнку пальцем внутрь прижмите края резинкой.

Должно получится так:

МОМЕНТ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ!!!

Нужно нагреть свечкой дно банки и потянуть за шток, мембрана должна выгнуться наружу, а если отпустить вытеснитель со штоком должен опустится под собственным весом и мембрана вернётся на место, если этого не произошло, то вытеснитель сделан не правильно и/или не герметична пайка.

Если всё в порядке, то нужно сделать колен вал? и стойки. Разнос по кривошипам должен быть 90 град!

Кривошип мембраны должен быть высотой 7 мм, а вытеснителя 5 мм (в пределах +0,1мм -1мм)!

Делаем стойки, тут можно сделать что угодно, можно взять трубки с проволочными подшипниками, можно сделать из скрепок как тут.

Теперь о шатунах.

Длина их определяется положением коленвала, нужно отмерить расстояние от штока/мембраны и нижней мёртвой точкой кривошипа. Кривошип мембраны крепится к ней через пробку или резиновую втулку диаметром около половины гильзы. Конец кривошипа вставляется в пробку.

СБОРКА ОКОНЧЕНА!!!!!

Двигатель должен заработать сразу от двух "чайных" свечек. Температурный градиент составляет ~80-85 град цельсия. Хорошо собранный двигатель может работать от температуры кипятка с кусочками льда на верхней крышке.

Видео инструкция:

http://patlah.ru

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.