Selbstgebauter leistungsstarker Stirlingmotor. So bauen Sie Ihren eigenen Stirlingmotor. Marmor- oder Glasperlen

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 wird ein solcher Motor funktionieren. Jetzt schauen wir uns an, wie man ein solches Modell erstellt Motor mit niedriger Temperatur aus einer Coca-Cola-Dose.

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 Dosen Cola.
• 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.
• Hitzebeständiges Silikon und Zinn zur Herstellung von Wasserkühlungen.

Beschreibung des Erstellungsprozesses

Stufe 1. Gläser vorbereiten.

Zuerst sollten Sie 2 Dosen nehmen und diese abschneiden Oberer Teil. 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 Durchmesser gebohrt werden; sie sind für die Montage der Drehachse der Hebel erforderlich. In den 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.

Stirlingmotor. Für fast jeden selbstgemachten Menschen kann dieses wunderbare Ding zu einer echten Droge werden. Es reicht aus, es einmal zu tun und es in Aktion zu sehen, und Sie werden es immer wieder tun wollen. Die relative Einfachheit dieser Motoren ermöglicht es, sie buchstäblich aus Müll herzustellen. Ich werde hier nicht aufhören allgemeine Grundsätze und Gerät. Im Internet gibt es viele Informationen dazu. Zum Beispiel: Wikipedia. Fahren wir gleich mit der Konstruktion des einfachsten Niedertemperatur-Gamma-Stirling fort.

Um einen Motor mit eigenen Händen zu bauen, benötigen wir zwei Abdeckungen Gläser. Sie dienen als kalter und heißer Teil. Der Rand dieser Deckel wird mit einer Schere abgeschnitten.

In der Mitte eines Deckels wird ein Loch gemacht. Die Größe des Lochs sollte etwas kleiner sein als der Durchmesser des zukünftigen Zylinders.

Das Gehäuse des Stirlingmotors ist ausgeschnitten Plastikflasche unter der Milch hervor. Diese Flaschen sind einfach in Ringe unterteilt. Wir werden einen brauchen. Es ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene Sorten Milchflaschen können leicht variieren.

Der Körper wird mit Kunststoffepoxidharz oder Dichtmittel auf den Deckel geklebt.

Der Markerkörper eignet sich perfekt als Zylinder. Dieses Modell hat eine Kappe, deren Durchmesser kleiner ist als der Marker selbst und die zu einem Kolben werden kann.

Ein kleiner Teil wird vom Marker abgeschnitten. Ein Teil von der Oberseite der Kappe wird abgeschnitten.

Das ist ein Verdränger. Wenn ein Stirlingmotor läuft, bewegt er Luft im Gehäuse vom heißen zum kalten Teil und wieder zurück. Hergestellt aus Spülschwamm. In der Mitte ist ein Magnet aufgeklebt.

Da die obere Abdeckung aus Zinn besteht, kann sie von einem Magneten angezogen werden. Der Verdränger kann stecken bleiben. Um dies zu verhindern, muss der Magnet zusätzlich mit einem Pappkreis gesichert werden.

Die Kappe ist mit Epoxidharz gefüllt. An beiden Enden sind Löcher zur Befestigung des Magneten und des Pleuelhalters gebohrt. Die Gewinde in den Löchern werden direkt mit einer Schraube geschnitten. Diese Schrauben werden zur Feinabstimmung des Motors benötigt. Ein Magnet im Kolben ist auf die Schraube geklebt und so eingestellt, dass er am Boden des Zylinders den Verdränger anzieht. Sie müssen außerdem einen Gummistopfen auf diesen Magneten kleben. Ein Stück Fahrradschlauch oder ein Radiergummi reichen aus. Der Begrenzer wird benötigt, um zu verhindern, dass die Magnete von Kolben und Verdränger zu stark angezogen werden. Andernfalls reicht der Druck möglicherweise nicht aus, um die magnetische Verbindung zu lösen.

Oben auf dem Kolben ist eine Gummidichtung aufgeklebt. Es wird für die Dichtheit und zum Schutz des Gehäuses vor Bruch benötigt.

Das Kolbengehäuse besteht aus einem Gummihandschuh. Sie müssen Ihren kleinen Finger abschneiden.

Nachdem das Gehäuse verklebt ist, wird oben eine weitere Gummidichtung aufgeklebt. Mit einer Ahle wird ein Loch durch die Gummidichtungen und das Gehäuse gestochen. In dieses Loch wird der Pleuelhalter eingeschraubt. Dieser Halter besteht aus einer Schraube und einer angelöteten Unterlegscheibe.

Die Epoxidverpackung funktionierte perfekt als Kurbelwellenhalter. Das gleiche Glas kann aus Brausetabletten oder Aspirin entnommen werden.

Der Boden dieses Glases wird abgeschnitten und Löcher gemacht. Im oberen Teil - zum Halten der Kurbelwelle. Unten - für den Zugang zur Pleuelhalterung.

Kurbelwelle und Pleuel bestehen aus Draht. Die weißen Sachen sind der Begrenzer. Hergestellt aus einer Chupa-Chups-Röhre. Aus diesem Rohr werden kleine Stücke geschnitten und die resultierenden Teile der Länge nach geschnitten. Dadurch lassen sie sich leichter anlegen. Die Höhe des Krümmers wird durch die Hälfte der Strecke bestimmt, die der Zylinder vom tiefsten Punkt bis zum höchsten Punkt zurücklegen muss, an dem die Magnetverbindung nicht mehr funktioniert.

Wir sind also alle bereit für die ersten Tests. Zuerst müssen Sie die Dichtheit überprüfen. Sie müssen in den Zylinder blasen. Sie können Schaum aus Spülmittel auf alle Fugen auftragen. Das kleinste Luftleck und der Motor funktionieren nicht. Wenn mit der Dichtung alles in Ordnung ist, können Sie den Kolben einsetzen und das Gehäuse mit einem Gummiband sichern.

In der unteren Position des Zylinders sollte der Verdränger nach oben gezogen werden. Als nächstes wird die gesamte Struktur auf eine Tasse gelegt heißes Wasser. Nach einiger Zeit beginnt sich die Luft im Motor zu erwärmen und den Kolben herauszudrücken. In einem bestimmten Moment wird die magnetische Verbindung unterbrochen und der Verdränger fällt zu Boden. Auf diese Weise kommt die Luft im Motor nicht mehr mit dem erhitzten Teil in Kontakt und beginnt abzukühlen. Der Kolben beginnt sich zurückzuziehen. Idealerweise sollte der Kolben beginnen, sich auf und ab zu bewegen. Aber das kann nicht passieren. Entweder reicht der Druck nicht aus, um den Kolben zu bewegen, oder die Luft erwärmt sich zu stark und der Kolben zieht sich nicht vollständig zurück. Dementsprechend kann es bei diesem Motor zu Totzonen kommen. Es ist nicht besonders beängstigend. Hauptsache, die Totzonen sind nicht zu groß. Um tote Stellen auszugleichen, ist ein Schwungrad erforderlich.

Ein weiterer sehr wichtiger Teil dieser Etappe ist, dass Sie hier das Funktionsprinzip des Stirlingmotors spüren können. Ich erinnere mich an meinen ersten Stirling, der nur deshalb nicht funktionierte, weil ich nicht herausfinden konnte, wie und warum dieses Ding funktioniert. Indem Sie den Kolben mit Ihren Händen auf und ab bewegen, können Sie spüren, wie der Druck steigt und fällt.

Dieses Design kann durch Hinzufügen einer Spritze ein wenig verbessert werden obere Abdeckung. Diese Spritze muss ebenfalls auf Epoxidharz platziert werden, der Nadelhalter muss etwas beschnitten werden. Die Kolbenposition in der Spritze sollte sich in der Mittelposition befinden. Mit dieser Spritze lässt sich das Luftvolumen im Motor regulieren. Das Starten und Einstellen wird viel einfacher.

So können Sie den Kurbelwellenhalter montieren. Die Befestigungshöhe der Pleuelstange am Zylinder wird mit einer Schraube eingestellt.

Das Schwungrad besteht aus einer CD. Das Loch ist mit Kunststoff-Epoxidharz versiegelt. Dann müssen Sie genau in der Mitte ein Loch bohren. Das Finden des Zentrums ist sehr einfach. Eigenschaften nutzen rechtwinkliges Dreieck in einen Kreis eingeschrieben. Seine Hypotenuse verläuft durch die Mitte. Sie müssen ein Blatt Papier im rechten Winkel an den Rand der Festplatte anbringen. Orientierung ist nicht wichtig. Platzieren Sie Markierungen dort, wo sich die Seiten des Blattes mit der Kante der Scheibe schneiden. Eine durch diese Markierungen gezogene Linie verläuft durch die Mitte. Wenn wir an einer anderen Stelle eine zweite Linie zeichnen, erhalten wir am Schnittpunkt den genauen Mittelpunkt.

Der Motor ist fertig.

Stellen Sie den Stirlingmotor auf eine Tasse mit kochendem Wasser. Wir warten ein wenig und es sollte von alleine funktionieren. Geschieht dies nicht, müssen Sie ihm mit der Hand leicht nachhelfen.

Herstellungsprozess im Video.

Stirlingmotor im Einsatz

Ich habe lange gesucht Arbeitsdiagramm. Ich habe es gefunden, aber es lag immer daran, dass es entweder ein Problem mit der Ausrüstung oder mit den Materialien gab, weshalb ich mich entschied, es wie eine Armbrust zu machen. Nachdem ich mir viele Optionen angesehen und herausgefunden hatte, was ich zur Verfügung hatte und was ich selbst mit meiner eigenen Ausrüstung machen konnte, fiel mir sofort auf, dass das Gerät zu breit war. Ich musste den Zylinderrahmen kürzen. Und das Schwungrad sollte auf einem Lager (auf einem Pylon) platziert werden. Die Materialien des Schwungrads, der Pleuel, des Gegengewichts, der Dichtungsscheibe, der Lampe und des Arbeitszylinders sind aus Bronze. Die Pylone, der Arbeitskolben, der Zylinderrahmenkühler und die Unterlegscheibe sind aus Bronze Die Feuerkammer besteht aus Aluminium und die Verdrängerstange ist aus Edelstahl. Und ich werde es zur Schau stellen, damit Sie es beurteilen können.

Natürlich können Sie wunderschöne Fabrikmodelle von Stirlingmotoren kaufen, wie zum Beispiel dieses hier Chinesischer Online-Shop. Manchmal möchte man jedoch etwas erschaffen und etwas erschaffen, auch mit improvisierten Mitteln. Auf unserer Website gibt es bereits mehrere Möglichkeiten zur Herstellung dieser Motoren. Schauen Sie sich in dieser Veröffentlichung die vollständigen Optionen an einfache Möglichkeit zu Hause gemacht.

Schauen Sie sich unten 3 DIY-Optionen an.

Dmitry Petrakov hat auf vielfachen Wunsch gefilmt Schritt für Schritt Anweisungen zum Zusammenbau eines leistungsstarken Stirlingmotors im Verhältnis zu seiner Größe und seinem Wärmeverbrauch. Dieses Modell verwendet Materialien, die für jeden Betrachter zugänglich und weit verbreitet sind und von jedem erworben werden können. Der Autor hat alle in diesem Video vorgestellten Größen aufgrund seiner langjährigen Erfahrung mit Stirlingmotoren dieser Bauart ausgewählt und ist für dieses spezielle Exemplar optimal.

Dieses Modell verwendet Materialien, die für jeden Betrachter zugänglich und weit verbreitet sind und dank derer jeder sie erwerben kann. Alle in diesem Video vorgestellten Größen wurden aufgrund langjähriger Erfahrung mit Stirlingmotoren dieser Bauart ausgewählt und sind für dieses spezielle Exemplar optimal.

Mit Gefühl, Sinn und Anordnung.

Stirlingmotor im Betrieb mit Last (Wasserpumpe).

Die als funktionsfähiger Prototyp zusammengebaute Wasserpumpe ist für den Einsatz im Tandem mit Stirlingmotoren ausgelegt. Die Besonderheit der Pumpe liegt in der geringen Energiemenge, die für ihre Arbeit benötigt wird: Diese Konstruktion nutzt nur einen kleinen Teil des dynamischen inneren Arbeitsvolumens des Motors und hat daher nur minimale Auswirkungen auf dessen Leistung.

Stirlingmotor aus einer Blechdose

Für die Herstellung benötigen Sie verfügbare Materialien: eine Dose Konserven, ein kleines Stück Schaumgummi, eine CD, zwei Schrauben und Büroklammern.

Schaumgummi ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien bei der Herstellung von Stirlingmotoren. Daraus wird der Motorverdränger gefertigt. Aus einem Stück unseres Moosgummis schneiden wir einen Kreis aus, der seinen Durchmesser um zwei Millimeter verkleinert Innendurchmesser Dosen, und die Höhe beträgt etwas mehr als die Hälfte davon.

Wir bohren in der Mitte der Abdeckung ein Loch, in das wir dann die Pleuelstange einsetzen. Um eine reibungslose Bewegung der Pleuelstange zu gewährleisten, formen wir aus einer Büroklammer eine Spirale und löten diese an die Abdeckung.

Wir durchbohren den Schaumstoffkreis aus Moosgummi in der Mitte mit einer Schraube und befestigen ihn oben mit einer Unterlegscheibe und unten mit einer Unterlegscheibe und einer Mutter. Danach befestigen wir ein Stück Büroklammer durch Löten, nachdem wir es zuvor gerade ausgerichtet haben.

Nun stecken wir den Verdränger in das zuvor im Deckel gebohrte Loch und verlöten Deckel und Glas hermetisch miteinander. Wir machen eine kleine Schlaufe am Ende der Büroklammer und bohren ein weiteres Loch in den Deckel, aber etwas größer als das erste.

Wir stellen durch Löten einen Zylinder aus Zinn her.

Den fertigen Zylinder befestigen wir mit einem Lötkolben an der Dose, sodass an der Lötstelle keine Lücken entstehen.

Aus einer Büroklammer machen wir eine Kurbelwelle. Der Knieabstand sollte 90 Grad betragen. Das Knie, das in der Höhe über dem Zylinder liegt, ist 1-2 mm größer als das andere.

Wir verwenden Büroklammern, um Ständer für den Schaft herzustellen. Wir machen eine Membran. Dazu setzen wir den Zylinder auf Kunststofffolie, etwas nach innen schieben und mit Gewinde am Zylinder befestigen.

Die Verbindungsstange, die an der Membran befestigt werden muss, fertigen wir aus einer Büroklammer und stecken sie in ein Stück Gummi. Die Länge der Pleuelstange muss so bemessen sein, dass im unteren Totpunkt der Welle die Membran in den Zylinder hineingezogen wird, im höchsten dagegen ausgefahren wird. Den zweiten Pleuel bauen wir auf die gleiche Weise ein.

Wir kleben die Pleuelstange mit Gummi auf die Membran und befestigen die andere am Verdränger.

Mit einem Lötkolben befestigen wir die Büroklammerbeine an der Dose und befestigen das Schwungrad an der Kurbel. Sie können beispielsweise eine CD verwenden.

Stirlingmotor aus eigener Herstellung. Jetzt müssen Sie nur noch Wärme unter das Glas bringen – eine Kerze anzünden. Geben Sie nach ein paar Sekunden einen Schubs auf das Schwungrad.

So bauen Sie einen einfachen Stirlingmotor (mit Fotos und Video)

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Lasst uns einen Stirlingmotor bauen.

Ein Stirlingmotor ist eine Wärmekraftmaschine, die durch zyklisches Komprimieren und Expandieren von Luft oder einem anderen Gas (Arbeitsmedium) bei unterschiedlichen Temperaturen arbeitet, so dass eine Nettoumwandlung von Wärmeenergie in entsteht mechanische Arbeit. Genauer gesagt ist der Stirlingmotor ein regenerativer Wärmemotor mit geschlossener Kreislauf mit einem ständig gasförmigen Arbeitsmedium.

Stirlingmotoren haben im Vergleich zu Stirlingmotoren einen höheren Wirkungsgrad Dampfmaschinen und kann einen Wirkungsgrad von 50 % erreichen. Sie arbeiten zudem geräuschlos und können nahezu jede Wärmequelle nutzen. Die Wärmeenergiequelle wird außerhalb des Stirlingmotors erzeugt und nicht durch interne Verbrennung, wie es bei Otto- oder Dieselmotoren der Fall ist.

Stirlingmotoren sind kompatibel mit alternative und erneuerbare Energiequellen, weil Sie könnten mit steigenden Preisen an Bedeutung gewinnen traditionelle Typen Kraftstoff und angesichts von Problemen wie der Erschöpfung der Ölreserven und Veränderung des Klimas.

In diesem Projekt geben wir Ihnen einfache Anleitung um ein sehr einfaches zu erstellen Motor Heimwerken Stirling mit Reagenzglas und Spritze .

Wie man einen einfachen Stirlingmotor baut – Video

Komponenten und Schritte zur Herstellung eines Stirlingmotors

1 Stück Hartholz oder Sperrholz

Dies ist die Basis für Ihren Motor. Daher muss es steif genug sein, um den Bewegungen des Motors standzuhalten. Machen Sie dann drei kleine Löcher, wie im Bild gezeigt. Sie können auch Sperrholz, Holz usw. verwenden.

2. Marmor bzw Glaskugeln

Im Stirlingmotor erfüllen diese Kugeln eine wichtige Funktion. In diesem Projekt fungiert Marmor als Verdränger heißer Luft warme Seite Reagenzgläser auf die kalte Seite stellen. Wenn Marmor heiße Luft verdrängt, kühlt er ab.

3. Stöcke und Schrauben

Mithilfe von Stiften und Schrauben wird das Reagenzglas in einer bequemen Position gehalten, sodass es sich ohne Unterbrechung in jede Richtung bewegen kann.

4. Gummistücke

Kaufen Sie einen Radiergummi und schneiden Sie ihn in die folgenden Formen. Es dient dazu, das Reagenzglas sicher zu halten und dicht zu halten. Im Mundteil des Röhrchens darf keine Leckage auftreten. Wenn dies der Fall ist, wird das Projekt nicht erfolgreich sein.

5. Spritze

Die Spritze ist eines der wichtigsten und beweglichsten Teile in einfacher Motor Stirling. Geben Sie etwas Gleitmittel in die Spritze, damit sich der Kolben frei im Zylinder bewegen kann. Wenn sich die Luft im Reagenzglas ausdehnt, drückt sie den Kolben nach unten. Dadurch bewegt sich der Spritzenzylinder nach oben. Gleichzeitig rollt die Kugel zur heißen Seite des Reagenzglases und verdrängt die heiße Luft und bewirkt so eine Abkühlung (Volumenreduzierung).

6. Reagenzglas Das Reagenzglas ist die wichtigste und funktionierende Komponente eines einfachen Stirlingmotors. Das Reagenzglas besteht aus einer bestimmten Glasart (z. B. Borosilikatglas), die sehr hitzebeständig ist. So kann es auf hohe Temperaturen erhitzt werden.

Wie funktioniert ein Stirlingmotor?

Manche Leute sagen, dass Stirlingmotoren einfach sind. Wenn das wahr ist, dann sind sie genau wie die großen Gleichungen der Physik (z. B. E = mc2) einfach: oberflächlich betrachtet einfach, aber reichhaltiger, komplexer und möglicherweise sehr verwirrend, bis Sie sie erkennen. Ich denke, es ist sicherer, sich Stirlingmotoren als komplex vorzustellen: Viele sehr schlechte YouTube-Videos zeigen, wie man sie einfach und auf sehr unvollständige und unbefriedigende Weise „erklärt“.

Meiner Meinung nach kann man einen Stirlingmotor nicht verstehen, indem man ihn einfach baut oder von außen beobachtet, wie er funktioniert: Man muss ernsthaft über den Zyklus der Schritte nachdenken, den er durchläuft, was mit dem Gas im Inneren passiert und wie er sich unterscheidet von dem, was in einer herkömmlichen Dampfmaschine passiert.

Für den Betrieb des Motors ist lediglich ein Temperaturunterschied zwischen den heißen und kalten Teilen erforderlich Gaskammer. Es wurden Modelle gebaut, die nur bei einem Temperaturunterschied von 4 °C betrieben werden können, obwohl Werksmotoren wahrscheinlich bei einem Temperaturunterschied von mehreren hundert Grad funktionieren. Diese Motoren könnten die effizienteste Form von Verbrennungsmotoren werden.

Stirlingmotoren und konzentrierte Solarenergie

Stirlingmotoren bieten eine praktische Methode zur Umwandlung von Wärmeenergie in Bewegung, die einen Generator antreiben kann. Bei der gebräuchlichsten Konstruktion befindet sich der Motor in der Mitte eines Parabolspiegels. Auf dem Ortungsgerät wird dazu ein Spiegel installiert Sonnenstrahlen konzentrierte sich auf den Motor.

* Stirlingmotor als Empfänger

Möglicherweise haben Sie während Ihrer Schulzeit mit konvexen Linsen gespielt. Ich konzentriere Sonnenenergie, um ein Stück Papier oder ein Streichholz zu verbrennen, habe ich recht? Tag für Tag entwickeln sich neue Technologien. Konzentrierte Solarthermie gewinnt heutzutage immer mehr an Bedeutung.

Oben ist ein kurzes Video eines einfachen Reagenzglasmotors mit Glasperlen als Verdränger und einer Glasspritze als Kraftkolben.

Dieser einfache Stirlingmotor wurde aus Materialien gebaut, die in den meisten naturwissenschaftlichen Laboren an Schulen erhältlich sind, und kann zur Demonstration einer einfachen Wärmekraftmaschine verwendet werden.

Druck-Volumen-Diagramm pro Zyklus

Prozess 1 → 2 Expansion des Arbeitsgases am heißen Ende des Reagenzglases, Wärme wird auf das Gas übertragen und das Gas dehnt sich aus, wodurch das Volumen zunimmt und der Spritzenkolben nach oben gedrückt wird.

Prozess 2 → 3 Während sich die Kugel zum heißen Ende des Reagenzglases bewegt, wird Gas vom heißen Ende des Reagenzglases zum kalten Ende gedrückt und überträgt bei der Bewegung des Gases Wärme auf die Wand des Reagenzglases.

Prozess 3 → 4 Dem Arbeitsgas wird Wärme entzogen und das Volumen verkleinert sich, der Spritzenkolben bewegt sich nach unten.

Prozess 4 → 1 Schließt den Zyklus ab. Das Arbeitsgas bewegt sich vom kalten Ende des Reagenzglases zum heißen Ende, wenn die Kugeln es verdrängen, wobei es bei seiner Bewegung Wärme von der Wand des Reagenzglases aufnimmt und dadurch den Druck des Gases erhöht.

Die moderne Automobilindustrie hat einen Entwicklungsstand erreicht, auf dem es keine grundlegenden Anforderungen mehr gibt wissenschaftliche Forschung Grundlegende Verbesserungen im Design herkömmlicher Verbrennungsmotoren sind kaum 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 in den oberen Teil des Motors ein, wo es vom 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 folgende 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 Betriebsarten des Stirlingmotors unterscheiden sich grundlegend von den 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 eines Stirlingmotors von der Temperaturdifferenz des Arbeitsmediums ab und kann gemäß dem Carnot-Zyklus 70 % und 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. 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.