Domaći snažan Stirling motor. Kako napraviti vlastiti Stirling motor. Mramorne ili staklene perle

Stirlingov motor je vrsta motora koji počinje raditi iz toplinske energije. U ovom slučaju, izvor energije je potpuno nevažan. Glavna stvar je da postoji razlika temperaturni režim, u ovom slučaju će takav motor raditi. Sada ćemo pogledati kako napraviti takav model motor niske temperature iz limenke Coca-Cole.

Materijali i pribor

Sada ćemo pogledati šta trebamo poduzeti da napravimo motor kod kuće. Šta treba da uzmemo za stirling:

• Balon.
• Tri limenke kole.
• Specijalni terminali, pet komada (5A).
• Bradavice za pričvršćivanje žbica za bicikl (dva komada).
• Metalna vuna.
• Komad čelične žice dužine trideset cm i poprečnog presjeka 1 mm.
• Veliki komad čelika ili bakrene žice prečnika od 1,6 do 2 mm.
• Drvena igla prečnika dvadeset mm (dužine jedan cm).
• Poklopac boce (plastični).
• Električne instalacije (trideset cm).
• Specijalno ljepilo.
• Vulkanizirana guma (oko 2 centimetra).
• Ribarska linija (dužina trideset cm).
• Nekoliko utega za balansiranje (na primjer, nikal).
• CD-ovi (tri komada).
• Posebna dugmad.
• Limenka za pravljenje ložišta.
• Silikon otporan na toplotu i lim za proizvodnju vodenog hlađenja.

Opis procesa stvaranja

Faza 1. Priprema tegli.

Prvo, trebate uzeti 2 limenke i odsjeći ih gornji dio. Ako se vrhovi odrežu makazama, rezultirajuće urezine morat ćete izbrusiti turpijom.

Faza 2. Izrada dijafragme.

Kao dijafragmu možete koristiti balon, koji treba da bude ojačan vulkaniziranom gumom. Lopta se mora iseći i navući na teglu. Zatim zalijepimo komad specijalne gume na središnji dio dijafragme. Nakon što se ljepilo stvrdne, u sredini dijafragme ćemo probušiti rupu za ugradnju žice. Najlakši način za to je korištenje posebnog gumba, koji se može ostaviti u rupi do montaže.

Korak 3: Rezanje i stvaranje rupa na poklopcu.

U zidovima poklopca potrebno je napraviti dvije rupe od po dva mm, koje su potrebne za ugradnju rotacijske ose poluga. Na dnu poklopca mora se napraviti još jedna rupa, kroz nju će proći žica koja će biti spojena na odlagač.

U posljednjoj fazi, poklopac se mora odrezati. Ovo se radi kako bi se spriječilo da se žica izmjenjivača zakači za rubove poklopca. Za takav rad možete uzeti kućne makaze.

Faza 4. Bušenje.

Morate izbušiti dvije rupe u posudi za ležajeve. U našem slučaju to je urađeno bušilicom od 3,5 mm.

Faza 5. Izrada prozora za gledanje.

U kućištu motora mora se izrezati poseban prozor. Sada možete vidjeti kako rade sve komponente uređaja.

Faza 6. Modifikacija terminala.

Morate uzeti terminale i ukloniti plastičnu izolaciju s njih. Onda ćemo uzeti vežbu i uraditi to kroz rupe na rubovima terminala. Potrebno je izbušiti ukupno tri terminala. Ostavimo dva terminala nebušena.

Faza 7. Kreiranje poluge.

Materijal koji se koristi za izradu poluga je bakarna žica čiji je prečnik samo 1,88 mm. Vrijedi potražiti na internetu kako tačno savijati igle za pletenje. Takođe možete uzeti čelična žica, samo sa bakrenom žicom, praktičnije je raditi.

Faza 8. Proizvodnja ležajeva.

Za izradu ležajeva trebat će vam dvije biciklističke nastavke. Potrebno je provjeriti promjer rupa. Autor ih je izbušio bušilicom od dva mm.

Faza 9. Ugradnja poluga i ležajeva.

Poluge se mogu postaviti direktno kroz prozor za gledanje. Jedan kraj žice trebao bi biti dugačak, zamašnjak će počivati ​​na njemu. Ležajevi moraju biti čvrsto postavljeni na pravim mestima. Ako ima ljupkosti, mogu se zalijepiti.

Faza 10. Izrada izmjenjivača.

Pomjernik je izrađen od čelične vune za poliranje. Za izradu izmjenjivača uzima se čelična žica, na njoj se stvara kuka, a zatim se na žicu namota određena količina vate. Displazer mora biti iste veličine kako bi se glatko kretao u tegli. Cijela visina pomjernika ne smije biti veća od pet centimetara.

Na kraju na jednoj strani vate potrebno je napraviti spiralu od žice tako da ne izlazi iz vate, a na drugoj strani žice napravimo petlju. Zatim ćemo za ovu petlju vezati uže za pecanje, koja će se naknadno privući kroz središnji dio dijafragme. Vulkanizirana guma bi trebala biti u sredini posude.

Faza 11. Izrada rezervoara pod pritiskom

Dno tegle treba da odrežete na određeni način tako da od njenog dna ostane oko 2,5 cm. Displasator zajedno sa membranom se mora pomeriti u rezervoar. Nakon toga, cijeli ovaj mehanizam se prenosi na kraj limenke. Dijafragmu treba malo zategnuti tako da se ne savija.

Zatim morate uzeti terminal koji nije izbušen i kroz njega provući uže za pecanje. Čvor mora biti zalijepljen tako da se ne pomjera. Žica mora biti propisno podmazana uljem i istovremeno se pobrinuti da izmicač može lako povući uže iza sebe.

Faza 12. Izrada potisnih šipki.

Ove posebne šipke povezuju dijafragmu i poluge. Ovo je napravljeno od komada bakarne žice dužine petnaest cm.

Faza 13. Izrada i ugradnja zamašnjaka

Za izradu zamašnjaka uzimamo tri stara CD-a. Uzmimo drveni štap kao centar. Nakon ugradnje zamašnjaka, savijte šipku radilice kako zamašnjak ne bi otpao.

U posljednjoj fazi, cijeli mehanizam je potpuno sastavljen.

Posljednji korak, stvaranje ložišta

Dolazimo poslednji korak u kreiranju motora.

Stirlingov motor. Za gotovo svaku domaću osobu ova divna stvar može postati prava droga. Dovoljno je to učiniti jednom i vidjeti to na djelu, a poželjet ćete to učiniti iznova i iznova. Relativna jednostavnost ovih motora omogućava da se prave doslovno od smeća. Neću tu stati opšti principi i uređaj. O tome ima dosta informacija na internetu. Na primjer: Wikipedia. Prijeđimo odmah na konstrukciju najjednostavnijeg niskotemperaturnog gama-Stirlingovog.

Za izradu motora vlastitim rukama trebat će nam dva poklopca staklene tegle. Oni će služiti kao hladni i topli dijelovi. Rub ovih poklopaca je odrezan makazama.

U sredini jednog poklopca napravljena je rupa. Veličina rupe trebala bi biti nešto manja od promjera budućeg cilindra.

Kućište Stirlingovog motora je izrezano plastična boca ispod mleka. Ove boce su samo podijeljene na prstenove. Trebaće nam jedan. Treba napomenuti da različite sorte boce za mlijeko mogu se neznatno razlikovati.

Tijelo je zalijepljeno na poklopac plastičnim epoksidom ili zaptivačem.

Telo markera savršeno je kao cilindar. Ovaj model ima poklopac koji je manji u prečniku od samog markera i može postati klip.

Mali dio je odrezan od markera. Odsječen je dio sa vrha kapice.

Ovo je displacer. Kada Stirlingov motor radi, on pomiče zrak unutar kućišta od vrućeg dijela do hladnog dijela i natrag. Napravljen od sunđera za pranje sudova. U sredini je zalijepljen magnet.

Budući da je gornji poklopac napravljen od lima, može biti privučen magnetom. Displacer se može zaglaviti. Da se to ne bi dogodilo, magnet mora biti dodatno pričvršćen kartonskim krugom.

Poklopac je punjen epoksidnom smjesom. Na oba kraja su izbušene rupe za pričvršćivanje magneta i držača klipnjače. Navoji u rupama se režu direktno vijkom. Ovi vijci su potrebni za fino podešavanje motora. Magnet u klipu je zalijepljen na vijak i podešen tako da, nalazeći se na dnu cilindra, privlači istisnik. Također ćete morati zalijepiti gumeni čep na ovaj magnet. Komad biciklističke cijevi ili gumica za brisanje će poslužiti. Graničnik je potreban kako bi se spriječilo prejako privlačenje magneta klipa i izmjenjivača. U suprotnom, pritisak možda neće biti dovoljan da prekine magnetnu vezu.

Gumena brtva je zalijepljena na vrh klipa. Potreban je za nepropusnost i za zaštitu kućišta od pucanja.

Kućište klipa je napravljeno od gumene rukavice. Morate da odsečete mali prst.

Nakon što je kućište zalijepljeno, na vrh se zalijepi još jedna gumena brtva. Šilom se probuši rupa kroz gumene brtve i kućište. U ovu rupu je pričvršćen držač klipnjače. Ovaj držač je napravljen od vijka i zalemljene podloške.

Ambalaža od epoksida je savršeno funkcionirala kao držač radilice. Potpuno ista tegla može se uzeti od šumećih vitamina ili aspirina.

Dno ove tegle je odrezano i napravljene su rupe. U gornjem dijelu - za držanje radilice. Na dnu - za pristup nosaču klipnjače.

Radilica i klipnjača su izrađeni od žice. Bijele stvari su limiter. Napravljen od Chupa Chups cijevi. Iz ove cijevi se izrezuju mali komadi, a dobiveni dijelovi seku po dužini. To ih čini lakšim za stavljanje. Visina koljena je određena polovinom udaljenosti koju cilindar mora preći od najniže tačke do najviše tačke na kojoj magnetna veza prestaje da funkcioniše.

Dakle, svi smo spremni za prve testove. Prvo morate provjeriti nepropusnost. Morate dunuti u cilindar. Na sve fuge možete nanijeti pjenu od tečnosti za pranje posuđa. Najmanje curenje zraka i motor neće raditi. Ako je brtva u redu, možete umetnuti klip i pričvrstiti kućište gumenom trakom.

U donjem položaju cilindra, potisnik treba povući do vrha. Zatim se cijela struktura postavlja na šolju sa vruća voda. Nakon nekog vremena, zrak unutar motora će se početi zagrijavati i potiskivati ​​klip van. U određenom trenutku, magnetna veza će se prekinuti i izmicač će pasti na dno. Na taj način će zrak u motoru prestati da dolazi u kontakt sa zagrijanim dijelom i počet će se hladiti. Klip će početi da se uvlači. U idealnom slučaju, klip bi trebao početi da se kreće gore-dolje. Ali to se možda neće dogoditi. Ili pritisak neće biti dovoljan da se klip pomeri, ili će se vazduh previše zagrejati i klip se neće uvući do kraja. Shodno tome, ovaj motor može imati mrtve zone. Nije posebno strašno. Glavna stvar je da mrtve zone nisu prevelike. Da bi se nadoknadile mrtve tačke, potreban je zamajac.

Još jedan vrlo važan dio ove faze je da ovdje možete osjetiti princip rada Stirling motora. Sjećam se svog prvog stirlinga koji nije uspio samo zato što nisam mogao shvatiti kako i zašto ova stvar funkcionira. Ovdje, pomažući klipu da se kreće gore-dolje rukama, možete osjetiti kako pritisak raste i opada.

Ovaj dizajn se može malo poboljšati dodavanjem šprica gornji poklopac. Ovaj špric također treba staviti na epoksid, držač igle se mora malo podrezati. Položaj klipa u špricu treba da bude u srednjem položaju. Ovaj špric se može koristiti za regulaciju zapremine vazduha unutar motora. Pokretanje i podešavanje će biti mnogo lakše.

Tako možete ugraditi držač radilice. Visina pričvršćivanja klipnjače na cilindar se podešava vijkom.

Zamajac je napravljen od CD-a. Rupa je zapečaćena plastičnim epoksidom. Zatim morate izbušiti rupu tačno u sredini. Pronalaženje centra je vrlo jednostavno. Korištenje svojstava pravougaonog trougla upisana u krug. Njegova hipotenuza prolazi kroz centar. Morate pričvrstiti list papira pod pravim uglom na ivicu diska. Orijentacija nije bitna. Postavite oznake na mjestima gdje se stranice lista sijeku s rubom diska. Linija povučena kroz ove oznake proći će kroz centar. Ako nacrtamo drugu liniju na drugom mjestu, tada ćemo na raskrsnici dobiti tačan centar.

Motor je spreman.

Stavite Stirlingov motor na šolju kipuće vode. Čekamo malo i trebalo bi da proradi samo od sebe. Ako se to ne dogodi, morate mu malo pomoći rukom.

Proces proizvodnje na videu.

Stirlingov motor na djelu

Dugo sam tražio radni dijagram. Našao sam ga, ali uvijek zbog toga što je bilo problema sa opremom ili sa materijalom, odlučio sam da ga napravim kao samostrel. Nakon što sam pogledao mnoge opcije i shvatio šta imam na raspolaganju i šta mogu sam da uradim sa svojom opremom.Nisu mi se dopale dimenzije koje sam odmah shvatio kada je uređaj sastavljen. Ispostavilo se da je preširok. Morao sam skratiti okvir cilindra. A zamajac treba postaviti na jedan ležaj (na jedan pilon).Materijal zamašnjaka, klipnjače, protivteg, zaptivna podloška, ​​lampa i radni cilindar su bronzani.Piloni, radni klip, hladnjak okvira cilindra i podloška sa navojem od ložišta su aluminijumske osovina zamašnjaka i čelik potisne šipke, komora za sagorevanje od nerđajućeg čelika, grafitna istiska. I ja ću to izložiti da ti prosudiš.

Možete, naravno, kupiti prekrasne fabričke modele Stirling motora, kao što je ovaj Kineska internet prodavnica. Međutim, ponekad želite sami stvoriti i napraviti stvar, čak i od improviziranih sredstava. Na našoj web stranici već postoji nekoliko opcija za proizvodnju ovih motora, a u ovoj publikaciji pogledajte kompletnu jednostavna opcija napravljen kod kuće.

U nastavku pogledajte 3 DIY opcije.

Dmitrij Petrakov, po popularnoj potražnji, snimao upute korak po korak za sastavljanje snažnog Stirling motora u odnosu na njegovu veličinu i potrošnju topline. Ovaj model koristi materijale koji su dostupni svakom gledaocu i široko rasprostranjeni, svatko ih može nabaviti. Autor je odabrao sve veličine predstavljene u ovom videu na osnovu dugogodišnjeg iskustva u radu sa Stirlingsima ovog dizajna, a za ovaj konkretni primjerak one su optimalne.

Ovaj model koristi materijale koji su dostupni svakom gledaocu i rasprostranjeni, zahvaljujući kojima ih svako može nabaviti. Sve veličine predstavljene u ovom videu odabrane su na osnovu dugogodišnjeg iskustva u radu sa Stirlingsima ovog dizajna i za ovaj konkretni primjerak su optimalne.

Sa osećajem, smislom i rasporedom.

Stirlingov motor u radu sa opterećenjem (vodena pumpa).

Pumpa za vodu, sastavljena kao radni prototip, dizajnirana je za rad u tandemu sa Stirlingovim motorima. Posebnost pumpe leži u maloj količini energije koja je potrebna za obavljanje svog rada: ovaj dizajn koristi samo mali dio dinamičke unutrašnje radne zapremine motora, i samim tim ima minimalan uticaj na njegove performanse.

Stirling motor iz limenke

Da biste ga napravili, trebat će vam dostupni materijali: konzerva konzervirane hrane, mali komad pjenaste gume, CD, dva vijka i spajalice.

Pjenasta guma je jedan od najčešćih materijala koji se koriste u proizvodnji Stirling motora. Od njega je napravljen izmjenjivač motora. Od komada naše pjenaste gume izrezali smo krug, čineći njegov promjer dva milimetra manjim unutrašnji prečnik limenke, a visina je nešto veća od polovine.

U sredini poklopca izbušimo rupu u koju ćemo umetnuti klipnjaču. Da bismo osigurali nesmetano kretanje klipnjače, izrađujemo spiralu od spajalice i lemimo je na poklopac.

Penasti krug od pjenaste gume u sredini probušimo vijkom i pričvrstimo ga podloškom na vrhu, a na dnu podloškom i maticom. Nakon toga pričvrstimo komad spajalice lemljenjem, prvo ga ispravimo.

Sada zalijepimo izmjernik u unaprijed napravljenu rupu na poklopcu i hermetički zalemimo poklopac i teglu. Na kraju spajalice napravimo malu petlju i izbušimo još jednu rupu na poklopcu, ali malo veću od prve.

Izrađujemo cilindar od kalaja pomoću lemljenja.

Gotov cilindar pričvršćujemo na limenku pomoću lemilice, tako da na mjestu lemljenja nema praznina.

Izrađujemo radilicu od spajalice. Razmak kolena treba da bude 90 stepeni. Koljeno koje će po visini biti iznad cilindra je 1-2 mm veće od drugog.

Koristimo spajalice za izradu postolja za osovinu. Pravimo membranu. Da bismo to učinili, stavljamo cilindar plastična folija, gurnite ga malo prema unutra i pričvrstite navojem za cilindar.

Od spajalice napravimo klipnjaču koju treba pričvrstiti na membranu i umetnuti je u komad gume. Duljina klipnjače mora biti napravljena tako da se u donjoj mrtvoj točki osovine membrana uvuče unutar cilindra, a na najvišoj, naprotiv, produži. Na isti način postavljamo drugu klipnjaču.

Ojnu šipku zalijepimo gumom na membranu, a drugu pričvrstimo na istisnik.

Koristimo lemilicu da pričvrstimo noge spajalica na konzervu i pričvrstimo zamašnjak na radilicu. Na primjer, možete koristiti CD.

Stirling motor napravljen kod kuće. Sada ostaje samo da unesete toplinu ispod tegle - zapalite svijeću. I nakon nekoliko sekundi pritisnite zamašnjak.

Kako napraviti jednostavan Stirling motor (sa fotografijama i videom)

www.newphysicist.com

Hajde da napravimo Stirlingov motor.

Stirlingov motor je toplinski motor koji radi cikličkim kompresijom i ekspanzijom zraka ili drugog plina (radnog fluida) na različitim temperaturama, tako da postoji neto konverzija toplinske energije u mehanički rad. Preciznije, Stirlingov motor je regenerativni termalni motor sa zatvorena petlja sa konstantno gasovitim radnim fluidom.

Stirlingovi motori imaju veću efikasnost u odnosu na parne mašine i može dostići 50% efikasnosti. Oni također mogu raditi tiho i mogu koristiti gotovo svaki izvor topline. Izvor toplotne energije se generiše spolja u Stirlingovom motoru, a ne kroz unutrašnje sagorevanje kao što je slučaj sa motorima sa Otto ciklusom ili dizel ciklusom.

Stirling motori su kompatibilni sa alternativni i obnovljivi izvori energije, jer mogu postati sve značajniji kako cijene rastu tradicionalni tipovi goriva, te u svjetlu problema kao što su iscrpljivanje rezervi nafte i promena klime.

U ovom projektu ćemo vam dati jednostavna uputstva stvoriti vrlo jednostavno motor DIY Stirling pomoću epruvete i šprica .

Kako napraviti jednostavan Stirling motor – Video

Komponente i koraci za izradu Stirling motora

1. Komad tvrdo drvo ili šperploča

Ovo je osnova za vaš motor. Dakle, mora biti dovoljno krut da se nosi sa pokretima motora. Zatim napravite tri male rupe kao što je prikazano na slici. Možete koristiti i šperploču, drvo itd.

2. Mermer ili staklene kugle

U Stirlingovom motoru ove kuglice obavljaju važnu funkciju. U ovom projektu, mermer deluje kao istisnik toplog vazduha iz topla strana epruvete na hladnu stranu. Kada mermer istisne vrući vazduh, on se hladi.

3. Štapovi i zavrtnji

Igle i vijci se koriste za držanje epruvete u udobnom položaju za slobodno kretanje u bilo kojem smjeru bez ikakvih prekida.

4. Gumeni komadi

Kupite gumicu i izrežite je na sljedeće oblike. Koristi se za sigurno držanje epruvete i održavanje njene brtve. Ne smije biti curenja na otvoru cijevi. Ako je to slučaj, projekat neće biti uspješan.

5. Špric

Špric je jedan od najvažnijih i pokretnih dijelova u njemu jednostavan motor Stirling. Dodajte malo maziva u špricu tako da se klip može slobodno kretati unutar cijevi. Kako se zrak širi unutar epruvete, on gura klip prema dolje. Kao rezultat toga, cijev šprica se pomiče prema gore. U isto vrijeme, mermer se kotrlja prema vrućoj strani epruvete i istiskuje vrući zrak i uzrokuje njegovo hlađenje (smanjuje volumen).

6. Epruveta Epruveta je najvažnija i najradnija komponenta jednostavnog Stirlingovog motora. Epruveta je napravljena od određene vrste stakla (kao što je borosilikatno staklo) koje je visoko otporno na toplinu. Tako da se može zagrijati na visoke temperature.

Kako radi Stirlingov motor?

Neki ljudi kažu da su Stirlingovi motori jednostavni. Ako je to istina, onda su, baš kao i velike jednadžbe fizike (npr. E = mc2), jednostavne: jednostavne na površini, ali bogatije, složenije i potencijalno vrlo zbunjujuće dok ih ne shvatite. Mislim da je sigurnije misliti o Stirlingovim motorima kao složenim: mnogi vrlo loši YouTube video snimci pokazuju kako ih lako "objasniti" na vrlo nepotpun i nezadovoljavajući način.

Po mom mišljenju, ne možete razumjeti Stirlingov motor tako što ćete ga jednostavno izgraditi ili promatrati kako radi izvana: morate ozbiljno razmisliti o ciklusu koraka kroz koji prolazi, šta se dešava s plinom iznutra i po čemu se razlikuje od onoga što se dešava u konvencionalnoj parnoj mašini.

Sve što je potrebno za rad motora je temperaturna razlika između toplih i hladnih dijelova gasna komora. Napravljeni su modeli koji mogu da rade samo sa temperaturnom razlikom od 4 °C, iako će fabrički motori verovatno raditi sa razlikom od nekoliko stotina stepeni. Ovi motori mogu postati najefikasniji oblik motora sa unutrašnjim sagorevanjem.

Stirlingovi motori i koncentrirana solarna energija

Stirlingovi motori pružaju uredan metod pretvaranja toplotne energije u pokret koji može pokretati generator. Najčešći dizajn je da se motor nalazi u centru paraboličnog ogledala. Ogledalo će biti instalirano na uređaju za praćenje sunčeve zrake fokusiran na motor.

* Stirlingov motor kao prijemnik

Možda ste se igrali sa konveksnim sočivima tokom školskih dana. Koncentrisanje sunčeve energije za spaljivanje komada papira ili šibice, jesam li u pravu? Nove tehnologije se razvijaju iz dana u dan. Koncentrisana solarna toplotna energija ovih dana dobija sve veću pažnju.

Iznad je kratak video jednostavnog motora epruvete koji koristi staklene perle kao potisnik i staklenu špricu kao klip sile.

Ovaj jednostavan Stirlingov motor napravljen je od materijala koji su dostupni u većini školskih naučnih laboratorija i može se koristiti za demonstraciju jednostavnog toplotnog motora.

Dijagram pritisak-zapremina po ciklusu

Proces 1 → 2 Ekspanzija radnog gasa na vrućem kraju epruvete, toplota se prenosi na gas, a gas se širi, povećavajući zapreminu i gurajući klip šprica prema gore.

Proces 2 → 3 Kako se mermer kreće prema vrućem kraju epruvete, gas se potiskuje sa toplog kraja epruvete na hladni kraj, a kako se gas kreće, prenosi toplotu na zid epruvete.

Proces 3 → 4 Toplota se uklanja iz radnog gasa i zapremina se smanjuje, klip šprica se pomera prema dole.

Proces 4 → 1 Završava ciklus. Radni gas se kreće od hladnog kraja epruvete do vrućeg kraja dok ga klikeri pomeraju, primajući toplotu sa zida epruvete dok se kreće, čime se povećava pritisak gasa.

Savremena automobilska industrija dostigla je nivo razvoja na kojem, bez temeljnog naučno istraživanje Gotovo je nemoguće postići temeljna poboljšanja u dizajnu tradicionalnih motora s unutrašnjim sagorijevanjem. Ova situacija tjera dizajnere da obrate pažnju alternativni dizajn elektrana. Neki inženjerski centri su svoje napore usmjerili na stvaranje i prilagođavanje serijskoj proizvodnji hibridnih i električni modeli, drugi proizvođači automobila ulažu u razvoj motora koji koriste gorivo iz obnovljivih izvora (na primjer, biodizel koji koristi repičino ulje). Postoje i drugi projekti energetskih jedinica za koje bi u budućnosti mogli postati novi standardni pogonski sistem Vozilo.

Među mogućim izvorima mehanička energija Za automobile budućnosti treba da nazovemo motor sa spoljnim sagorevanjem, koji je sredinom 19. veka izumeo Škot Robert Stirling kao motor sa termičkom ekspanzijom.

Šema rada

Stirlingov motor se pretvara toplotnu energiju napaja se izvana u koristan mehanički rad zbog promjene temperature radnog fluida(gas ili tečnost) koji cirkuliše u zatvorenom volumenu.

IN opšti pogled Dijagram rada uređaja je sljedeći: u donjem dijelu motora radna tvar (na primjer, zrak) se zagrijava i, povećavajući volumen, gura klip prema gore. Topli vazduh prodire u gornji dio motora, gdje se hladi hladnjakom. Pritisak radnog fluida se smanjuje, klip se spušta za sledeći ciklus. U ovom slučaju, sistem je zapečaćen i radna tvar se ne troši, već se samo kreće unutar cilindra.

Postoji nekoliko opcija dizajna za pogonske jedinice koje koriste Stirlingov princip.

Stirlingova modifikacija "Alpha"

Motor se sastoji od dva odvojena klipa snage (topli i hladni), od kojih je svaki smješten u svom cilindru. Toplota se u cilindar dovodi toplim klipom, a hladni cilindar se nalazi u rashladnom izmjenjivaču topline.

Stirlingova modifikacija "Beta"

Cilindar koji sadrži klip se grije na jednom kraju, a hladi na suprotnom kraju. U cilindru se pomiču pogonski klip i potisnik, dizajnirani da mijenjaju volumen radnog plina. Regenerator vrši povratno kretanje ohlađene radne tvari u vruću šupljinu motora.

Stirlingova modifikacija "Gamma"

Dizajn se sastoji od dva cilindra. Prvi je potpuno hladan, u kojem se pokreće pogonski klip, a drugi, vruć s jedne strane i hladan s druge, služi za pomicanje potisnika. Regenerator za cirkulaciju hladnog plina može biti zajednički za oba cilindra ili biti dio dizajna potisnika.

Prednosti Stirling motora

Kao i većina motora s vanjskim sagorijevanjem, Stirling je karakterističan multi-fuel: motor radi zbog promjena temperature, bez obzira na razloge koji su to izazvali.

Zanimljiva činjenica! Jednom je demonstrirana instalacija koja je radila na dvadeset opcija goriva. Bez zaustavljanja motora, benzin je doveden u vanjsku komoru za sagorijevanje, dizel gorivo, metan, sirova nafta i biljno ulje- agregat je nastavio da radi stabilno.

Motor ima jednostavnost dizajna i ne zahtijeva dodatni sistemi I priloge(tempiranje, starter, mjenjač).

Karakteristike uređaja garantuju dug radni vek: više od sto hiljada sati neprekidnog rada.

Stirlingov motor je nečujan, jer u cilindrima ne dolazi do detonacije i nema potrebe za uklanjanjem izduvnih gasova. "Beta" modifikacija, opremljena rombičnim koljenastim mehanizmom, savršeno je izbalansiran sistem koji nema vibracija tokom rada.

U cilindrima motora ne postoje procesi koji bi mogli uticati negativan uticaj on okruženje. Odabirom odgovarajućeg izvora topline (npr. solarna energija), Stirling može biti apsolutno ekološki prihvatljivo pogonska jedinica.

Nedostaci Stirlingovog dizajna

Uz sve pozitivne osobine, neposredna masovna upotreba Stirling motora je nemoguća zbog sledećih razloga:

Glavni problem je potrošnja materijala konstrukcije. Za hlađenje radnog fluida potrebni su radijatori velike zapremine, što značajno povećava veličinu i potrošnju metala instalacije.

Trenutni tehnološki nivo će omogućiti Stirlingovom motoru da se uporedi u performansama sa modernim benzinskim motorima samo uz korištenje složene vrste radni fluid (helijum ili vodonik) pod pritiskom većim od stotinu atmosfera. Ova činjenica postavlja ozbiljna pitanja kako u oblasti nauke o materijalima tako iu osiguranju sigurnosti korisnika.

Važan operativni problem je vezan za pitanja toplotne provodljivosti i temperaturne otpornosti metala. Toplota se u radni volumen dovodi preko izmjenjivača topline, što dovodi do neizbježnih gubitaka. Osim toga, izmjenjivač topline mora biti napravljen od metali otporni na toplotu otporan na visok krvni pritisak. Odgovarajući materijali veoma skupo i teško za obradu.

Principi promjene načina rada Stirling motora također se bitno razlikuju od tradicionalnih, što zahtijeva razvoj posebnih upravljačkih uređaja. Dakle, za promenu snage potrebno je promeniti pritisak u cilindrima, fazni ugao između istiskivača i pogonskog klipa ili uticati na kapacitet šupljine sa radnim fluidom.

Jedan od načina kontrole brzine rotacije osovine na modelu Stirling motora može se vidjeti u sljedećem videu:

Efikasnost

U teorijskim proračunima, efikasnost Stirling motora ovisi o temperaturnoj razlici radnog fluida i može doseći 70% ili više u skladu s Carnotovim ciklusom.

Međutim, prvi uzorci realizovani u metalu imali su izuzetno nisku efikasnost iz sljedećih razloga:

• neefikasne opcije rashladne tečnosti (radne tečnosti) koje ograničavaju maksimalna temperatura grijanje;
• gubici energije zbog trenja dijelova i toplinske provodljivosti kućišta motora;
• nedostatak građevinskih materijala otpornih na visok pritisak.

Inženjerska rješenja stalno su poboljšavala dizajn agregata. Dakle, u drugoj polovini 20. veka, četvorocilindrični automobil Stirlingov motor sa rombičnim pogonom pokazao je efikasnost od 35% na testovima na rashladnoj tečnosti vode sa temperaturom od 55°C. Pažljivim razvojem dizajna, upotrebom novih materijala i finim podešavanjem radnih jedinica, efikasnost eksperimentalnih uzoraka je bila 39%.

Bilješka! Moderni benzinski motori slične snage imaju koeficijent korisna akcija na 28-30%, a turbo dizel motori unutar 32-35%.

Moderni primjerci Stirling motora, poput onog koji je kreirala američka kompanija Mechanical Technology Inc, pokazuju efikasnost do 43,5%. I sa razvojem proizvodnje toplotno otporne keramike i sl inovativni materijali Biće moguće značajno povećati temperaturu radnog okruženja i postići efikasnost od 60%.

Primjeri uspješne implementacije automobila Stirlings

Unatoč svim poteškoćama, postoji mnogo poznatih efikasnih modela Stirling motora koji su primjenjivi u automobilskoj industriji.

Interes za Stirlinga, pogodnog za ugradnju u automobil, pojavio se 50-ih godina 20. stoljeća. Rad u ovom pravcu obavljali su koncerni kao što su Ford Motor Company, Volkswagen grupa i drugi.

Kompanija UNITED STIRLING (Švedska) razvila je Stirling, koji je maksimalno iskoristio serijske komponente i sklopove proizvođača automobila (radilica, klipnjače). Nastali četvorocilindrični V-motor imao je specifičnu težinu od 2,4 kg/kW, što je uporedivo sa karakteristikama kompaktnog dizel motora. Ova jedinica uspješno je testiran kao elektrana za teretni kombi od sedam tona.

Jedan od uspješnih primjeraka je četverocilindrični Stirlingov motor holandske proizvodnje, model “Philips 4-125DA”, namijenjen za ugradnju na auto. Motor je imao radnu snagu od 173 KS. With. u veličinama sličnim klasičnim benzinska jedinica.

Inženjeri General Motorsa postigli su značajne rezultate izgradnjom osmocilindričnog (4 radna i 4 kompresijska cilindra) Stirlingovog motora u obliku slova V 70-ih godina sa standardnim mehanizmom radilice.

Slično elektrana 1972. godine opremljen ograničenom serijom automobila Ford Torino, čija je potrošnja goriva smanjena za 25% u odnosu na klasičnu benzinsku osmicu u obliku slova V.

Trenutno više od pedeset stranih kompanija radi na poboljšanju dizajna Stirling motora kako bi se prilagodio masovnoj proizvodnji za potrebe automobilske industrije. A ako je moguće otkloniti nedostatke ovog tipa motora, a istovremeno zadržati njegove prednosti, onda će upravo Stirling, a ne turbine i elektromotori, zamijeniti benzinske motore s unutarnjim izgaranjem.