Stirlingmotor mit Ihrem eigenen. Niedertemperatur-Stirlingmotor. Beschreibung des Erstellungsprozesses

Hallo zusammen! Heute möchte ich Ihnen einen selbstgebauten Motor vorstellen, der jeden Temperaturunterschied in umwandelt mechanische Arbeit:

Stirlingmotor- eine Wärmekraftmaschine, bei der sich ein flüssiges oder gasförmiges Arbeitsmedium in einem geschlossenen Volumen bewegt, eine Art externer Verbrennungsmotor. Es basiert auf der periodischen Erwärmung und Abkühlung des Arbeitsmediums unter Gewinnung von Energie aus der daraus resultierenden Volumenänderung des Arbeitsmediums. Es kann nicht nur mit Brennstoffverbrennung, sondern auch mit jeder Wärmequelle betrieben werden.

Ich präsentiere Ihnen meinen Motor, erstellt aus Bildern aus dem Internet:

Nachdem ich dieses Wunder gesehen hatte, hatte ich den Wunsch, es zu machen)) Darüber hinaus gab es im Internet viele Zeichnungen und Designs des Motors. Ich sage gleich: Das ist nicht schwer, aber die Anpassung und Erreichung des Normalbetriebs ist etwas problematisch. Bei mir hat es erst beim dritten Mal gut geklappt (ich hoffe, du wirst nicht so leiden)))).

Funktionsprinzip des Stirlingmotors:

Alles wird aus Materialien hergestellt, die jedem Geisteskranken zur Verfügung stehen:

Nun, was ist mit ohne Größen)))

Der Motorrahmen besteht aus Büroklammerdraht. Alle festen Drahtverbindungen sind gelötet()

Der Verdränger (die Scheibe, die die Luft im Inneren des Motors bewegt) besteht aus Zeichenpapier und ist mit Sekundenkleber beklebt (er ist innen hohl):

Je kleiner der Spalt zwischen den Abdeckungen und dem Verdränger in der oberen und unteren Position ist, desto effizienter Motor.

Die Verdrängerstange besteht aus einem Blindniet (Herstellung: vorsichtig herausziehen). Innenteil und ggf. mit Schleifpapier reinigen; äußerer Teil kleben Sie es mit der Kappe nach innen auf den oberen „kalten“ Deckel. Diese Option hat jedoch einen Nachteil: Es besteht keine vollständige Dichtheit und es gibt eine leichte Reibung, wenn auch einen Abfall Motoröl wird helfen, es loszuwerden.

Kolbenzylinder - Hals aus einer gewöhnlichen Plastikflasche:

Das Kolbengehäuse besteht aus einem medizinischen Handschuh und ist mit einem Faden befestigt, der nach dem Aufwickeln aus Gründen der Zuverlässigkeit mit Sekundenkleber imprägniert werden muss. In der Mitte des Gehäuses ist eine Scheibe aus mehreren Lagen Pappe aufgeklebt, auf der die Pleuelstange befestigt ist.

Die Kurbelwelle besteht aus den gleichen Clips wie der gesamte Motorrahmen. Der Winkel zwischen Kolben- und Verdrängerkrümmer beträgt 90 Grad. Der Arbeitshub des Verdrängers beträgt 5 mm; Kolben - 8mm.

Das Schwungrad besteht aus zwei CD-Scheiben, die auf einen Pappzylinder geklebt und auf der Kurbelwellenachse platziert sind.

Also hör auf, Unsinn zu reden, das präsentiere ich dir Video vom Motorbetrieb:

Die Schwierigkeiten, die ich hatte, waren hauptsächlich auf übermäßige Reibung und mangelnde genaue Abmessungen der Struktur zurückzuführen. im ersten Fall korrigierte ein Tropfen Motoröl und die Ausrichtung der Kurbelwelle die Situation, im zweiten musste ich mich auf meine Intuition verlassen))) Aber wie man sieht, hat alles geklappt (obwohl ich den Motor dreimal komplett umgebaut habe)) ))

Wenn Sie Fragen haben, schreiben Sie in die Kommentare, wir kümmern uns darum)))

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit)))

Der einst berühmte Stirlingmotor geriet aufgrund der weit verbreiteten Verwendung eines anderen Motors (Verbrennungsmotor) lange Zeit in Vergessenheit. Aber heute hören wir immer mehr von ihm. Vielleicht hat er eine Chance, populärer zu werden und seinen Platz in einer neuen Modifikation der modernen Welt zu finden?

Geschichte

Der Stirlingmotor ist eine Wärmekraftmaschine, die im frühen 19. Jahrhundert erfunden wurde. Der Autor war, wie klar ist, ein gewisser Stirling namens Robert, ein Priester aus Schottland. Das Gerät ist ein externer Verbrennungsmotor, bei dem sich der Körper in einem geschlossenen Behälter bewegt und dabei ständig seine Temperatur ändert.

Durch die Verbreitung eines anderen Motortyps geriet er fast in Vergessenheit. Dennoch erlebt der Stirlingmotor (viele Amateure bauen ihn zu Hause mit eigenen Händen) dank seiner Vorteile heute wieder ein Comeback.

Der wesentliche Unterschied zu einem Verbrennungsmotor besteht darin, dass die Wärmeenergie von außen kommt und nicht wie bei einem Verbrennungsmotor im Motor selbst erzeugt wird.

Arbeitsprinzip

Man kann sich ein geschlossenes Luftvolumen vorstellen, das in einem Gehäuse mit einer Membran, also einem Kolben, eingeschlossen ist. Wenn sich das Gehäuse erwärmt, dehnt sich die Luft aus und verrichtet Arbeit, wodurch der Kolben verbogen wird. Dann kommt es zur Abkühlung und es biegt sich erneut. Dies ist der Betriebszyklus des Mechanismus.

Es ist kein Wunder, dass viele Menschen ihren eigenen thermoakustischen Stirlingmotor zu Hause bauen. Dies erfordert das Nötigste an Werkzeugen und Materialien, die in jedem Haushalt zu finden sind. Betrachten wir zwei verschiedene Wege wie einfach es ist, eins zu erstellen.

Materialien für die Arbeit

Um einen Stirlingmotor mit eigenen Händen herzustellen, benötigen Sie folgende Materialien:

• Zinn;
• Stahlspeiche;
• Messingrohr;
• Säge;
• Datei;
• Holzständer;
• Metallscheren;
• Befestigungsteile;
• Lötkolben;
• Löten;
• Lot;
• Maschine.

Das ist alles. Der Rest ist eine Frage der einfachen Technik.

Wie macht man

Aus Blech werden ein Feuerraum und zwei Zylinder für den Sockel vorbereitet, aus denen der mit eigenen Händen gefertigte Stirlingmotor bestehen wird. Die Abmessungen werden unabhängig voneinander unter Berücksichtigung der Zwecke ausgewählt, für die dieses Gerät bestimmt ist. Nehmen wir an, dass der Motor zu Demonstrationszwecken hergestellt wird. Dann wird die Entwicklung des Hauptzylinders von zwanzig auf fünfundzwanzig Zentimeter betragen, nicht mehr. Die restlichen Teile müssen sich daran anpassen.

An der Oberseite des Zylinders sind zwei Vorsprünge und Löcher mit einem Durchmesser von vier bis fünf Millimetern angebracht, um den Kolben zu bewegen. Die Elemente dienen als Lager für die Position der Kurbelvorrichtung.

Als nächstes stellen sie den Arbeitskörper des Motors her (er wird). normales Wasser). An den zu einem Rohr gerollten Zylinder werden Zinnkreise angelötet. In sie werden Löcher gebohrt und Messingrohre mit einer Länge von 25 bis 35 Zentimetern und einem Durchmesser von vier bis fünf Millimetern eingesetzt. Am Ende prüfen sie, wie dicht die Kammer geworden ist, indem sie sie mit Wasser füllen.

Als nächstes kommt der Verdränger an die Reihe. Zur Herstellung wird ein Holzrohling genommen. Die Maschine sorgt dafür, dass es die Form eines regelmäßigen Zylinders annimmt. Der Verdränger sollte etwas kleiner sein als der Durchmesser des Zylinders. Optimale Höhe Sie wählen es aus, nachdem der Stirlingmotor mit ihren eigenen Händen hergestellt wurde. Daher sollte die Länge zu diesem Zeitpunkt einen gewissen Spielraum enthalten.

Die Speiche wird in eine Zylinderstange umgewandelt. In die Mitte des Holzbehälters wird ein Loch gebohrt, in das der Stab passt, und dieser wird eingesetzt. Im oberen Teil der Stange muss Platz für die Pleuelvorrichtung vorgesehen werden.

Dann nehmen sie Kupferrohre mit einer Länge von viereinhalb Zentimetern und einem Durchmesser von zweieinhalb Zentimetern. An den Zylinder ist ein Kreis aus Zinn angelötet. An den Seiten der Wände ist ein Loch angebracht, um den Behälter mit dem Zylinder zu verbinden.

Der Kolben ist ebenfalls angepasst Drehbank von innen an den Durchmesser des großen Zylinders anpassen. Die Stange ist oben gelenkig angeschlossen.

Die Montage ist abgeschlossen und der Mechanismus eingestellt. Dazu wird der Kolben in den Zylinder eingeführt größere Größe und verbinden Sie diesen mit einem anderen kleineren Zylinder.

Auf einem großen Zylinder ist ein Kurbelmechanismus aufgebaut. Befestigen Sie das Motorteil mit einem Lötkolben. Die Hauptteile sind auf einem Holzsockel befestigt.

Der Zylinder wird mit Wasser gefüllt und eine Kerze unter den Boden gestellt. Ein von Anfang bis Ende von Hand gefertigter Stirlingmotor wird auf seine Leistung getestet.

Zweite Methode: Materialien

Der Motor kann auf andere Weise hergestellt werden. Dazu benötigen Sie folgende Materialien:

• Zinn;
• Schaum;
• Büroklammern;
• Scheiben;
• zwei Schrauben.

Wie macht man

Schaumgummi wird sehr oft für den Bau eines einfachen Hauses verwendet leistungsstarker Motor DIY-Stirling. Daraus wird ein Verdränger für den Motor hergestellt. Schneiden Sie einen Schaumstoffkreis aus. Der Durchmesser sollte etwas kleiner sein als der einer Blechdose und die Höhe sollte etwas mehr als die Hälfte betragen.

In der Mitte der Abdeckung wird ein Loch für die zukünftige Pleuelstange angebracht. Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, wird die Büroklammer zu einer Spirale gerollt und mit dem Deckel verlötet.

Der Schaumstoffkreis wird in der Mitte mit einem dünnen Draht und einer Schraube durchbohrt und oben mit einer Unterlegscheibe befestigt. Anschließend wird das Stück Büroklammer durch Löten verbunden.

Der Verdränger wird in das Loch im Deckel geschoben und durch Löten dicht mit der Dose verbunden. An der Büroklammer wird eine kleine Schlaufe angebracht und im Deckel ein weiteres, größeres Loch.

Das Blech wird zu einem Zylinder gerollt, verlötet und anschließend so an der Dose befestigt, dass keinerlei Risse mehr entstehen.

Die Büroklammer wird in eine Kurbelwelle verwandelt. Der Abstand sollte genau neunzig Grad betragen. Das Knie über dem Zylinder ist etwas größer als das andere.

Aus den restlichen Büroklammern werden Schaftständer. Die Membran wird wie folgt hergestellt: Der Zylinder wird in Polyethylenfolie eingewickelt, gepresst und mit einem Faden befestigt.

Die Pleuelstange besteht aus einer Büroklammer, die in ein Stück Gummi gesteckt und das fertige Teil an der Membran befestigt wird. Die Länge des Pleuels ist so bemessen, dass die Membran am unteren Schaftpunkt in den Zylinder hineingezogen und am höchsten Punkt ausgefahren wird. Der zweite Teil der Pleuelstange wird auf die gleiche Weise hergestellt.

Einer wird dann auf die Membran und der andere auf den Verdränger geklebt.

Die Beine für das Glas können auch aus Büroklammern hergestellt und gelötet werden. Für die Kurbel wird eine CD verwendet.

Jetzt ist der gesamte Mechanismus fertig. Es bleibt nur noch, eine Kerze darunter zu stellen und anzuzünden und dann durch das Schwungrad zu drücken.

Abschluss

Dies ist ein Niedertemperatur-Stirlingmotor (mit meinen eigenen Händen gebaut). Natürlich in industrieller Maßstab Solche Geräte werden auf ganz andere Weise hergestellt. Das Prinzip bleibt jedoch dasselbe: Die Luftmenge wird erwärmt und anschließend abgekühlt. Und das wiederholt sich ständig.

Schauen Sie sich abschließend diese Zeichnungen des Stirlingmotors an (Sie können ihn ohne besondere Kenntnisse selbst herstellen). Vielleicht haben Sie schon die Idee und möchten etwas Ähnliches machen?

Ich habe schon lange Handwerker auf dieser Ressource beobachtet, und als der Artikel erschien, wollte ich ihn selbst machen. Aber wie immer hatte ich keine Zeit und ich habe die Idee aufgeschoben.
Aber dann habe ich endlich mein Diplom bestanden, die Militärabteilung abgeschlossen und es war soweit.
Mir scheint, dass die Herstellung einer solchen Engine viel einfacher ist als die Herstellung eines Flash-Laufwerks :)

Zunächst möchte ich dem Guru dieser Seite bereuen, dass ein Mensch in den Zwanzigern so einen Unsinn macht, aber ich wollte es einfach schaffen und es gibt nichts, was diesen Wunsch erklären könnte. Ich hoffe, mein nächster Schritt wird ein Blitz sein fahren.
Also brauchen wir:
1 Wunsch.
2 Drei Blechdosen.
3 Kupferdraht (ich habe ihn mit einem Querschnitt von 2 mm gefunden).
4 Papier (Zeitungs- oder Büropapier, egal).
5 Schreibwarenkleber (PVA).
6 Superkleber (CYJANOPAN oder ein anderer in der gleichen Art).
7 Gummihandschuh oder Ballon.
8 Klemmen für die elektrische Verkabelung 3 Stk.
9 Weinverschluss 1 Stk.
10 Etwas Angelschnur.
11 Werkzeuge nach Geschmack.

1- erste Bank; 2 Sekunden; 3-drittel; 3-Deckel des dritten Glases; 4-Membran; 5-Verdränger; 6- Anschlussklemme für die elektrische Verkabelung; 7- Kurbelwelle; 8- Blechteil:) 9- Pleuelstange; 10- Kork; 11- Scheibe; 12 Zeile.
Beginnen wir damit, die Deckel aller drei Dosen abzuschneiden. Ich habe das mit einem selbstgebauten Dremel gemacht, zuerst wollte ich mit einer Ahle Löcher in einen Kreis stechen und mit einer Schere schneiden, aber ich erinnerte mich an die Wundermaschine.
Ehrlich gesagt ist es nicht besonders schön geworden und ich habe aus Versehen ein Loch in die Wand einer der Dosen gefräst, also ist es so Arbeitskapazität war nicht mehr geeignet (aber ich hatte zwei weitere und habe sie sorgfältiger angefertigt).


Als nächstes brauchen wir ein Glas, das als Form dient Verdränger(5).
Da die Basare am Montag geschlossen waren und alle umliegenden Autohäuser geschlossen waren und ich einen Motor bauen wollte, nahm ich mir die Freiheit, das ursprüngliche Design zu ändern und den Verdränger aus Papier statt aus Stahlwolle herzustellen.
Dazu habe ich ein Glas Fischfutter gefunden, das die für mich am besten geeignete Größe hatte. Ich wählte die Größe aufgrund der Tatsache, dass der Durchmesser der Getränkedose 53 mm betrug, also suchte ich nach 48–51 mm, damit beim Aufwickeln des Papiers auf die Form ein Abstand von etwa 1–2 mm zwischen der Wand und der Form verbleibt die Dose und den Verdränger (5) für den Luftdurchgang. (Ich habe das Glas vorher mit Klebeband abgedeckt, damit der Kleber nicht festklebt).


Als nächstes habe ich einen Streifen A4-Blatt mit einer Länge von 70 mm markiert und den Rest in Streifen von 50 mm geschnitten (wie im Artikel). Um ehrlich zu sein, kann ich mich nicht erinnern, wie viele dieser Streifen ich gewickelt habe, aber seien es 4-5 (Streifen 50 mm x 290 mm, ich habe die Anzahl der Schichten nach Augenmaß ermittelt, damit der Verdränger nicht aushärtet, wenn der Kleber aushärtet weich). Jede Schicht wurde mit PVA-Kleber beschichtet.


Dann habe ich aus 6 Lagen Papier Verdrängerhüllen gemacht (ich habe auch alles geklebt und gepresst runder Griff um den restlichen Kleber und die Luftblasen herauszudrücken) nachdem ich alle Schichten verklebt hatte, habe ich sie oben mit Büchern angedrückt, damit sie sich nicht verbiegen.

Außerdem habe ich mit einer Schere den intakten Boden der Dose (2) im Abstand von ca. 10 mm abgeschnitten, da der Verdränger nicht durch das obere Loch ging. Das wird uns gehören Arbeitskapazität.
Dies ist, was letztendlich passiert ist (ich habe den Deckel des Glases (3) nicht sofort abgeschnitten, aber ich muss dies trotzdem tun, um die Kerze dort abzustellen).


Dann schneide ich im Abstand von ca. 60mm vom Boden das Glas (3) ab, das ich noch mit Deckel hatte. Dieser Boden wird uns dienen Feuerraum.


Anschließend schneide ich den Boden des zweiten Glases (1) mit ausgeschnittenem Deckel ab, ebenfalls im Abstand von 10mm (vom Boden). Und alles zusammenfügen.


Als nächstes kam es mir so vor, als würde sich das Design verbessern, wenn ich einen kleineren Gegenstand auf die Membran (4) des Arbeitszylinders (2) statt auf den Deckel kleben würde, also schnitt ich ein solches Muster aus Papier aus. Die Basis ist 15 x 15 mm groß und die „Ohren“ sind jeweils 10 mm groß. Und ich habe aus der Probe ein Teil (8) ausgeschnitten.


Dann habe ich Löcher in die Klemmen (6) mit einem Durchmesser von 2,1 oder 2,5 mm (egal) gebohrt, danach habe ich einen Draht (mit einem Querschnitt von 2 mm) genommen und 150 mm abgemessen, das wird sein unser " Kurbelwelle" (7). Und er hat es auf folgende Maße gebogen: Höhe des Verdrängerkrümmers (5) - 20 mm, Höhe des Membrankrümmers (4) - 5 mm. Dazwischen sollten 90 Grad sein (egal). Welche Richtung). Zuerst habe ich die Anschlüsse angebracht. Außerdem habe ich Unterlegscheiben angefertigt und diese mit Klebstoff befestigt, damit die Anschlüsse nicht an der Kurbelwelle baumeln.
Es war nicht möglich, es sofort gerade und genau in der Größe zu machen, aber ich habe es noch einmal gemacht (eher zu meiner eigenen Sicherheit).


Dann habe ich wieder den Draht (2mm) genommen und ein Stück abgeschnitten, ca. 200mm, das wird der Verbindungsstab (9) der Membran (4), habe das Teil (8) hindurchgefädelt und gebogen (wird gezeigt) .
Ich habe eine Dose (1) (die mit den kleinen Löchern darin) genommen und in einem Abstand von 30 mm von der Oberseite Löcher für die „Kurbelwelle“ (7) hineingebohrt (aber das ist nicht wichtig). Und er schnitt mit einer Schere das Sichtfenster durch.


Als dann der Verdrängerzylinder (5) trocken und vollständig verklebt war, begann ich, die Kappen darauf zu kleben. Beim Aufkleben der Deckel habe ich einen etwa halben Millimeter langen Draht durchgefädelt, um die Angelschnur (12) zu befestigen.


Als nächstes habe ich aus einem Holzgriff eine Achse (10) gefräst, um die Scheiben (11) mit der Kurbelwelle zu verbinden, ich empfehle jedoch die Verwendung eines Weinstopfens.
Und jetzt der schwierigste Teil (was mich betrifft) Ich habe eine Membran (4) aus medizinischen Handschuhen ausgeschnitten und das gleiche Stück (8) in der Mitte darauf geklebt. Ich legte die Membran auf den Arbeitszylinder (2) und band sie mit einem Faden am Rand fest, und als ich anfing, die überschüssigen Teile abzuschneiden, begann die Membran unter dem Faden hervorzukriechen (obwohl ich nicht an der Membran zog). ) und als es vollständig abgeschnitten war, fing ich an, es festzuziehen, und die Membran flog vollständig ab.
Ich habe genommen Sekundenkleber und klebte das Ende der Dose und klebte dann die neu vorbereitete Membran fest, platzierte sie genau in der Mitte, hielt sie fest und wartete, bis der Kleber aushärtete. Dann drückte er es erneut, diesmal jedoch mit einem Gummiband, schnitt die Kanten ab, entfernte das Gummiband und klebte es erneut (von außen).
Das ist in diesem Moment passiert






Als nächstes habe ich mit einer Nadel ein Loch in die Membran (4) und den Teil (8) gestochen und eine Angelschnur (12) hindurchgefädelt (was ebenfalls nicht einfach war).
Nun, wenn ich alles zusammenfüge, ist Folgendes passiert:


Ich gebe gleich zu, dass der Motor zunächst nicht funktionierte; mehr noch kam es mir vor, als würde er überhaupt nicht funktionieren, weil ich ihn (bei brennender Kerze) manuell und mit ziemlich viel drehen musste Kraft (wie bei einem selbstrotierenden Motor). Ich war völlig schlaff und fing an, mich dafür zu schelten, dass ich den Verdränger aus Papier gemacht hatte, dass ich die falschen Dosen genommen hatte, dass ich mich bei der Länge der Pleuelstange (9) oder der Verdrängerleitung (5) geirrt hatte. Aber nach einer Stunde der Qual und Enttäuschung ist meine Kerze (die in Aluminiumgehäuse) und ich nahm das, was vom Neujahr übrig geblieben war (das grüne auf dem Foto), es brannte VIEL stärker und siehe da, ich konnte damit anfangen.
SCHLUSSFOLGERUNGEN
1 Woraus der Verdränger besteht, spielt keine Rolle, da ich auf einer der Seiten gelesen habe: „Er sollte leicht und nicht wärmeleitend sein.“
2 Das Verändern der Länge des Pleuels (9) und der Länge der Leitung (12) des Verdrängers (5) spielt keine Rolle, da ich auf einer der Seiten gelesen habe: „Hauptsache, der Verdränger schlägt nicht an.“ „Während des Betriebs oben oder unten in der Arbeitskammer“, also stelle ich ihn ungefähr in der Mitte ein. Und die Membran sollte im ruhigen (kalten) Zustand flach sein und weder nach unten noch nach oben gedehnt werden.
Video
Video vom laufenden Motor. Ich habe 4 Scheiben eingebaut, sie dienen als Schwungrad. Beim Starten versuche ich, den Verdränger in die obere Position zu bringen, da ich immer noch Angst habe, dass er überhitzt. Es sollte sich wie folgt drehen: Zuerst hebt sich der Verdränger nach oben, dann hebt sich die Membran dahinter, der Verdränger geht nach unten und die Membran sinkt dahinter nach unten.

PS: Vielleicht dreht es sich schneller, wenn man es ausbalanciert, aber für mich eine schnelle Lösung Ich konnte es nicht ausbalancieren :)

Video zur Wasserkühlung. Im Betrieb hilft es nicht viel, und wie Sie sehen, beschleunigt es seine Drehung nicht wirklich, aber mit einer solchen Kühlung können Sie den Motor länger bewundern, ohne sich Sorgen über eine Überhitzung machen zu müssen.

Und hier ist eine ungefähre Zeichnung meines Prototyps (groß):
s016.radikal.ru/i335/1108/3e/a42a0bdb9f32.jpg
Wer das Original (COMPASS V 12) benötigt, kann es per Post schicken.

Vielleicht fragen Sie mich, warum es überhaupt nötig ist, und ich werde antworten. Wie alles in unserem Steampunk ist es hauptsächlich für die Seele.
Bitte drängen Sie mich nicht zu sehr, dies ist meine erste Veröffentlichung.

Die moderne Automobilindustrie hat einen Entwicklungsstand erreicht, auf dem es keine grundlegenden Anforderungen mehr gibt wissenschaftliche Forschung Es ist nahezu unmöglich, grundlegende Verbesserungen im Design herkömmlicher Verbrennungsmotoren zu erreichen. Diese Situation zwingt Designer dazu, aufmerksam zu sein alternative Kraftwerkskonzepte. Einige Entwicklungszentren haben ihre Bemühungen auf die Entwicklung und Anpassung der Serienproduktion von Hybrid- und Hybridfahrzeugen konzentriert elektrische Modelle Andere Automobilhersteller investieren in die Entwicklung von Motoren, die Kraftstoffe aus erneuerbaren Quellen nutzen (z. B. Biodiesel aus Rapsöl). Es gibt weitere Kraftwerksprojekte, die in Zukunft zu einem neuen Standardantriebssystem werden könnten Fahrzeug.

Zu den möglichen Quellen mechanische Energie Für die Autos der Zukunft ist der externe Verbrennungsmotor zu nennen, der Mitte des 19. Jahrhunderts vom Schotten Robert Stirling als Wärmeexpansionsmotor erfunden wurde.

Arbeitsplan

Der Stirlingmotor wandelt um Wärmeenergie von außen in nutzbare mechanische Arbeit umgewandelt Änderungen der Temperatur des Arbeitsmediums(Gas oder Flüssigkeit), das in einem geschlossenen Volumen zirkuliert.

IN Gesamtansicht Das Funktionsschema des Geräts ist wie folgt: Im unteren Teil des Motors erwärmt sich der Arbeitsstoff (z. B. Luft) und drückt mit zunehmendem Volumen den Kolben nach oben. Heiße Luft dringt ein Oberer Teil Motor, wo es durch einen Kühler gekühlt wird. Der Druck des Arbeitsmediums nimmt ab, der Kolben wird für den nächsten Zyklus abgesenkt. In diesem Fall ist das System abgedichtet und der Arbeitsstoff wird nicht verbraucht, sondern bewegt sich nur innerhalb des Zylinders.

Für Aggregate nach dem Stirling-Prinzip gibt es mehrere Gestaltungsmöglichkeiten.

Stirling-Modifikation „Alpha“

Der Motor besteht aus zwei separaten Kraftkolben (heiß und kalt), die sich jeweils in einem eigenen Zylinder befinden. Mit dem heißen Kolben wird dem Zylinder Wärme zugeführt, der kalte Zylinder befindet sich in einem kühlenden Wärmetauscher.

Stirling-Modifikation „Beta“

Der Zylinder, der den Kolben enthält, wird an einem Ende erhitzt und am gegenüberliegenden Ende gekühlt. Im Zylinder bewegen sich ein Kraftkolben und ein Verdränger, die das Volumen des Arbeitsgases verändern sollen. Der Regenerator übernimmt die Rückbewegung des abgekühlten Arbeitsstoffes in den heißen Hohlraum des Motors.

Stirling-Modifikation „Gamma“

Das Design besteht aus zwei Zylindern. Der erste ist völlig kalt, in dem sich der Kraftkolben bewegt, und der zweite, auf der einen Seite heiß und auf der anderen kalt, dient der Bewegung des Verdrängers. Ein Regenerator zur Zirkulation von Kaltgas kann in beiden Zylindern vorhanden sein oder Teil der Verdrängerkonstruktion sein.

Vorteile des Stirlingmotors

Stirling zeichnet sich wie die meisten externen Verbrennungsmotoren aus Mehrstoffbetrieb: Der Motor läuft aufgrund von Temperaturänderungen, unabhängig von den Ursachen, die ihn verursacht haben.

Interessante Tatsache! Es wurde einmal eine Anlage demonstriert, die mit zwanzig Kraftstoffoptionen betrieben wurde. Ohne den Motor abzustellen, wurde Benzin der externen Brennkammer zugeführt, Dieselkraftstoff, Methan, Rohöl und Pflanzenfett- Das Aggregat lief stabil weiter.

Der Motor hat Einfachheit des Designs und erfordert nicht Zusatzsysteme Und Anhänge(Steuerzeiten, Anlasser, Getriebe).

Die Eigenschaften des Gerätes garantieren eine lange Lebensdauer: mehr als hunderttausend Stunden Dauerbetrieb.

Der Stirlingmotor ist geräuschlos, da in den Zylindern keine Detonation auftritt und keine Abgase abgeführt werden müssen. Die „Beta“-Modifikation, ausgestattet mit einem rhombischen Kurbelmechanismus, ist ein perfekt ausbalanciertes System, das während des Betriebs keine Vibrationen aufweist.

Es finden keine Vorgänge in den Motorzylindern statt, die Auswirkungen haben könnten negative Auswirkung An Umfeld. Durch die Wahl einer geeigneten Wärmequelle (z. B. Solarenergie) kann Stirling absolut erreicht werden umweltfreundlich Triebwerk.

Nachteile des Stirling-Designs

Bei all den positiven Eigenschaften ist ein sofortiger Masseneinsatz von Stirlingmotoren nicht möglich die folgenden Gründe:

Das Hauptproblem ist der Materialverbrauch der Struktur. Für die Kühlung des Arbeitsmediums sind großvolumige Kühler erforderlich, was die Größe und den Metallverbrauch der Anlage deutlich erhöht.

Der aktuelle technologische Stand ermöglicht es dem Stirlingmotor, sich in seiner Leistung nur durch den Einsatz von mit modernen Benzinmotoren zu vergleichen komplexe Arten Arbeitsflüssigkeit (Helium oder Wasserstoff) unter einem Druck von mehr als hundert Atmosphären. Diese Tatsache wirft ernsthafte Fragen sowohl im Bereich der Materialwissenschaften als auch bei der Gewährleistung der Benutzersicherheit auf.

Ein wichtiges betriebliches Problem hängt mit Fragen der Wärmeleitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit von Metallen zusammen. Über Wärmetauscher wird dem Arbeitsvolumen Wärme zugeführt, was zwangsläufig zu Verlusten führt. Außerdem muss der Wärmetauscher aus bestehen hitzebeständige Metalle resistent gegen Bluthochdruck. Geeignete Materialien sehr teuer und schwer zu verarbeiten.

Auch die Prinzipien zur Änderung der Modi des Stirlingmotors unterscheiden sich grundlegend von herkömmlichen, was die Entwicklung spezieller Steuergeräte erfordert. Um die Leistung zu ändern, ist es daher erforderlich, den Druck in den Zylindern, den Phasenwinkel zwischen Verdränger und Kraftkolben zu ändern oder die Kapazität des Hohlraums mit dem Arbeitsmedium zu beeinflussen.

Eine Möglichkeit, die Wellendrehzahl an einem Stirlingmotormodell zu steuern, ist im folgenden Video zu sehen:

Effizienz

In theoretischen Berechnungen hängt der Wirkungsgrad des Stirlingmotors von der Temperaturdifferenz des Arbeitsmediums ab und kann gemäß dem Carnot-Zyklus 70 % oder mehr erreichen.

Die ersten aus Metall gefertigten Proben hatten jedoch aus folgenden Gründen einen äußerst geringen Wirkungsgrad:

• unwirksame Optionen für Kühlmittel (Arbeitsflüssigkeit), die einschränken maximale Temperatur Heizung;
• Energieverluste durch Reibung von Teilen und Wärmeleitfähigkeit des Motorgehäuses;
• Mangel an hochdruckbeständigen Baumaterialien.

Technische Lösungen haben das Design des Aggregats ständig verbessert. So entstand in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts ein Vierzylinder-Automobil Der Stirlingmotor mit Rautenantrieb zeigte in Tests einen Wirkungsgrad von 35 % auf einem Wasserkühlmittel mit einer Temperatur von 55 ° C. Eine sorgfältige Designentwicklung, der Einsatz neuer Materialien und die Feinabstimmung der Arbeitseinheiten stellten sicher, dass der Wirkungsgrad der Versuchsproben 39 % betrug.

Notiz! Moderne Benzinmotoren ähnlicher Leistung haben einen Koeffizienten nützliche Aktion bei 28–30 % und bei Dieselmotoren mit Turbolader bei 32–35 %.

Moderne Exemplare des Stirlingmotors, etwa der des amerikanischen Unternehmens Mechanical Technology Inc., weisen einen Wirkungsgrad von bis zu 43,5 % auf. Und mit der Entwicklung der Produktion von hitzebeständiger Keramik und Ähnlichem innovative Materialien Es wird möglich sein, die Temperatur der Arbeitsumgebung deutlich zu erhöhen und einen Wirkungsgrad von 60 % zu erreichen.

Beispiele für den erfolgreichen Einsatz von Automobil-Stirlings

Trotz aller Schwierigkeiten gibt es viele bekannte effiziente Stirlingmotormodelle, die auf die Automobilindustrie anwendbar sind.

Das Interesse an Stirling, der für den Einbau in ein Auto geeignet ist, entstand in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts. Arbeiten in dieser Richtung wurden von Konzernen wie Ford Motor Company, Volkswagen Group und anderen durchgeführt.

Das Unternehmen UNITED STIRLING (Schweden) entwickelte Stirling, bei dem die von Automobilherstellern hergestellten Serienkomponenten und Baugruppen (Kurbelwelle, Pleuel) maximal genutzt wurden. Der resultierende Vierzylinder-V-Motor hatte ein spezifisches Gewicht von 2,4 kg/kW, was mit den Eigenschaften eines kompakten Dieselmotors vergleichbar ist. Diese Einheit wurde erfolgreich als Antrieb für einen sieben Tonnen schweren Transporter getestet.

Eines der erfolgreichen Muster ist der in den Niederlanden hergestellte Vierzylinder-Stirlingmotor, Modell „Philips 4-125DA“, der für den Einbau vorgesehen ist einen Wagen. Der Motor hatte eine Arbeitsleistung von 173 PS. Mit. in Größen ähnlich dem Klassiker Benzineinheit.

Die Ingenieure von General Motors erzielten bedeutende Ergebnisse, indem sie in den 70er Jahren einen V-förmigen Achtzylinder-Stirlingmotor (vier Arbeits- und vier Kompressionszylinder) mit einem Standardkurbelmechanismus bauten.

Ähnlich Kraftwerk im Jahr 1972 ausgestattet mit einer limitierten Serie von Ford Torino-Autos, dessen Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum klassischen Benzin-V-Acht um 25 % gesunken ist.

Derzeit arbeiten mehr als fünfzig ausländische Unternehmen daran, das Design des Stirlingmotors zu verbessern, um ihn an die Massenproduktion für die Bedürfnisse der Automobilindustrie anzupassen. Und wenn es gelingt, die Nachteile dieses Motortyps zu beseitigen und gleichzeitig seine Vorteile beizubehalten, dann wird Stirling und nicht Turbinen und Elektromotoren Benzin-Verbrennungsmotoren ersetzen.

Ein Stirlingmotor ist eine Art Motor, der seine Arbeit mit thermischer Energie beginnt. In diesem Fall ist die Energiequelle völlig unwichtig. Die Hauptsache ist, dass es einen Unterschied gibt Temperaturregime In diesem Fall funktioniert ein solcher Motor. Jetzt schauen wir uns an, wie man aus einer Coca-Cola-Dose ein Modell eines solchen Tieftemperaturmotors erstellen kann.

Materialien und Zubehör

Jetzt schauen wir uns an, was wir brauchen, um zu Hause einen Motor zu bauen. Was wir zum Stirling mitnehmen müssen:

• Luftballon.
• Drei Coladosen.
• Spezialklemmen, fünf Stück (5A).
• Nippel zur Befestigung von Fahrradspeichen (zwei Stück).
• Metallwolle.
• Ein Stück Stahldraht mit einer Länge von 30 cm und einem Querschnitt von 1 mm.
• Ein großes Stück Stahl bzw Kupferkabel mit einem Durchmesser von 1,6 bis 2 mm.
• Holzstift mit einem Durchmesser von zwanzig mm (Länge ein cm).
• Flaschenverschluss (Kunststoff).
• Elektrische Verkabelung (30 cm).
• Spezialkleber.
• Vulkanisierter Gummi (ca. 2 Zentimeter).
• Angelschnur (Länge dreißig cm).
• Mehrere Gewichte zum Auswuchten (z. B. Nickel).
• CDs (drei Stück).
• Spezielle Knöpfe.
• Blechdose zum Erstellen einer Feuerstelle.
• Hitzebeständige Silikon- und Blechdose zur Herstellung von Wasserkühlung.

Beschreibung des Erstellungsprozesses

Stufe 1. Gläser vorbereiten.

Zuerst sollten Sie 2 Dosen nehmen und den Deckel davon abschneiden. Wenn die Oberseiten mit einer Schere abgeschnitten werden, müssen die entstandenen Kerben mit einer Feile abgefeilt werden.

Stufe 2. Herstellung des Zwerchfells.

Als Membran können Sie einen Ballon verwenden, der mit vulkanisiertem Gummi verstärkt sein sollte. Die Kugel muss geschnitten und auf das Glas gezogen werden. Anschließend kleben wir ein Stück Spezialgummi auf den mittleren Teil der Membran. Nachdem der Kleber ausgehärtet ist, in der Mitte der Membran stanzen wir ein Loch für die Installation des Drahtes. Am einfachsten geht das mit einem speziellen Knopf, der bis zur Montage im Loch belassen werden kann.

Schritt 3: Schneiden und Löcher in den Deckel bohren.

In die Wände der Abdeckung müssen zwei Löcher von jeweils zwei mm gebohrt werden, die für die Montage der Drehachse der Hebel erforderlich sind. Im Boden des Deckels muss ein weiteres Loch gebohrt werden, durch das ein Draht geführt wird, der mit dem Verdränger verbunden wird.

Im letzten Schritt muss der Deckel abgeschnitten werden. Dies geschieht, um zu verhindern, dass sich der Verdrängerdraht an den Kanten der Abdeckung verfängt. Für solche Arbeiten können Sie eine Haushaltsschere nehmen.

Stufe 4. Bohren.

Für die Lager müssen Sie zwei Löcher in das Glas bohren. In unserem Fall erfolgte dies mit einem 3,5 mm Bohrer.

Stufe 5. Erstellen eines Sichtfensters.

In das Motorgehäuse muss ein spezielles Fenster geschnitten werden. Jetzt können Sie beobachten, wie alle Komponenten des Geräts funktionieren.

Stufe 6. Modifikation von Terminals.

Sie müssen die Klemmen nehmen und die Kunststoffisolierung von ihnen entfernen. Dann machen wir eine Übung und machen es Durchgangslöcher an den Rändern der Anschlüsse. Insgesamt müssen drei Terminals gebohrt werden. Lassen wir zwei Anschlüsse ungebohrt.

Stufe 7. Hebelwirkung schaffen.

Das zur Herstellung der Hebel verwendete Material ist Kupferdraht, dessen Durchmesser nur 1,88 mm beträgt. Es lohnt sich, im Internet nachzuschauen, wie man die Stricknadeln genau biegt. Kann man auch nehmen Stahldraht, nur mit Kupferdraht ist es bequemer zu arbeiten.

Stufe 8. Herstellung von Lagern.

Für die Herstellung der Lager benötigen Sie zwei Fahrradnippel. Der Durchmesser der Löcher muss überprüft werden. Der Autor hat sie mit einem 2-mm-Bohrer durchgebohrt.

Stufe 9. Einbau von Hebeln und Lagern.

Hebel können direkt durch das Sichtfenster platziert werden. Ein Ende des Drahtes sollte lang sein, das Schwungrad ruht darauf. Die Lager müssen fest sitzen die richtigen Orte. Bei Spiel können diese verklebt werden.

Stufe 10. Herstellung eines Verdrängers.

Der Verdränger besteht aus Stahlwolle zum Polieren. Um einen Verdränger herzustellen, nimmt man einen Stahldraht, formt daran einen Haken und wickelt dann eine bestimmte Menge Watte auf den Draht. Der Verdränger muss die gleiche Größe haben, damit er sich reibungslos im Gefäß bewegt. Die Gesamthöhe des Verdrängers sollte nicht mehr als fünf Zentimeter betragen.

Am Ende auf eine Seite der Watte legen Sie müssen eine Drahtspirale herstellen, damit sie nicht aus der Watte herauskommt, und auf der anderen Seite des Drahtes machen wir eine Schlaufe. An diese Schlaufe binden wir dann eine Angelschnur, die anschließend durch den mittleren Teil des Zwerchfells gezogen wird. Vulkanisierter Gummi sollte sich in der Mitte des Behälters befinden.

Stufe 11. Herstellung eines Drucktanks

Sie müssen den Boden des Glases auf eine bestimmte Weise abschneiden, sodass etwa 2,5 cm vom Boden übrig bleiben. Der Verdränger muss zusammen mit der Membran zum Tank bewegt werden. Danach wird dieser gesamte Mechanismus auf das Ende der Dose übertragen. Die Membran muss etwas angezogen werden damit es nicht durchhängt.

Dann müssen Sie das nicht gebohrte Terminal nehmen und die Angelschnur hindurchführen. Der Knoten muss so verklebt werden, dass er sich nicht bewegt. Der Draht muss ordnungsgemäß mit Öl geschmiert sein und gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass der Verdränger die Leitung problemlos hinter sich herziehen kann.

Stufe 12. Schubstangen herstellen.

Diese speziellen Stangen verbinden die Membran und die Hebel. Dieser besteht aus einem 15 cm langen Stück Kupferdraht.

Stufe 13. Erstellen und Installieren eines Schwungrads

Um ein Schwungrad zu bauen, nehmen wir drei alte CDs. Nehmen wir als Mittelpunkt einen Holzstab. Biegen Sie nach dem Einbau des Schwungrads die Kurbelwellenstange, damit das Schwungrad nicht herunterfällt.

Im letzten Schritt wird der gesamte Mechanismus komplett zusammengebaut.

Der letzte Schritt ist die Erstellung des Feuerraums

Hier kommen wir letzter Schritt bei der Entwicklung des Motors.