Если у вас есть несколько банок из-под газировки и несколько других легкодоступных аксессуаров, вы можете воссоздать один из первых коммерчески жизнеспособных двигателей, когда-либо созданных. Несмотря на небольшой размер, двигатель Стирлинга из банки из-под кока-колы все же говорит с нашей коллективной механической душой, когда он пыхтит и разбивается на полке, вращая маховик, вращая несколько лопастей вентилятора или даже вырабатывая несколько ватт.
Сама его простота вызывает в памяти другое время. Независимо от того, рассматривается ли это как доказательство концепции, интересная модель, предмет для разговора или часть кинетической скульптуры, создание двигателя Стирлинга из банки из-под газировки — отличный способ шагнуть в прошлое.
Двигатель Стирлинга был детищем Роберта Стирлинга, который изобрел эту концепцию в 1816 году. Идея его двигателя заключалась в том, чтобы использовать воздух для приведения в действие двигателя, а не многообещающую технологию того времени — пар. П>
Что отличало двигатель Стирлинга от других, так это использование «экономайзера», который увеличивал экономию топлива. Теперь это известно как регенератор. Между 1816 и 1843 годами Стирлинг и его брат Джеймс усовершенствовали конструкцию и эффективность двигателя. К середине 19 века его двигатели приводили в действие основные отрасли промышленности, включая литейные заводы. Однако его двигатель, как и большинство двигателей с горячим воздухом, больше подходил для маломощных приложений. Его желание создать более безопасную альтернативу часто взрывающимся паровым двигателям потерпело поражение из-за потребности в большей мощности для работы растущих отраслей промышленности.
Первое, что вы должны знать о двигателе Стирлинга, это то, как его части соединяются вместе и как они работают.
Содержание
Уберите регенератор Стирлинга, и у вас будет двигатель горячего воздуха. Принцип работы двигателя горячего воздуха прост. Воздух становится тем, что называют «рабочей жидкостью». Источник тепла, в случае большинства двигателей Стирлинга, это чайная свеча, нагревает воздух, заставляя его расширяться. Затем воздух охлаждается, заставляя его сжиматься. Расширение и сжатие воздуха или рабочей жидкости представляет собой термодинамический цикл. Теперь используйте этот термодинамический цикл для перемещения поршня, и вы позволите термодинамическому циклу производить полезную механическую работу. Когда вы присоединяете коленчатый вал к поршню и добавляете маховик, у вас есть основы двигателя.
Постройте один двигатель Стирлинга, и вы получите больше, чем несколько уроков по самодельной инженерии. Прежде всего, его создание доставляет массу удовольствия и дает вам возможность проявить творческий подход к тому, что большинство людей считает мусором. И видя, как это работает, вы переходите на совершенно новый уровень.
Звучит просто? Это так, но до сборки двигателя еще далеко. Вам понадобится больше компонентов, несколько материалов и понимание того, как все это сочетается друг с другом, прежде чем ваш двигатель заглохнет.
Вот что вам понадобится:
Давайте ознакомимся с компонентами, которые вы будете создавать, посмотрим, как они работают, что делают и как все это сочетается друг с другом.
История СтерлингаРоберт Стирлинг не был первым, кто пытался создать воздушный двигатель, но он был первым, кто создал жизнеспособный коммерческий продукт, и его конструкция двигателя была использована в 1818 году для приведения в действие водяного насоса в карьере.
«Вы должны думать как часовщик», — говорит Джим Ларсен, давний производитель двигателей Stirling, писатель и педагог. «Вы должны обращать внимание на детали. Если вы обращаете внимание на детали, у вас больше шансов на успех».
Основные компоненты двигателя Стирлинга относительно просты и понятны. В то время как мы сосредоточены на двигателе из банки из-под газировки, двигатели были построены с использованием самых разных материалов, от банок из-под краски до бочек из-под масла. Ларсен сказал, что во время конкурса на День Благодарения во время посещения родственников мужа он построил двигатель Стирлинга из различных материалов из хозяйственных магазинов, включая кастрюли и сковородки.
Алюминиевые банки из-под газировки предлагают готовые формы, идеально подходящие для двигателей. С ними также легко работать и, конечно же, они очень дешевы. И хотя они недостаточно надежны для серьезного использования, они выдержат микромощность большинства моделей двигателей.
барокамера это сосуд, в котором находится захваченный воздух или рабочая жидкость в замкнутой системе. Именно здесь воздух нагревается и охлаждается в ходе термодинамического цикла. В то время как утечки воздуха и давления могут быть проклятием для многих двигателей, камера давления на самом деле нуждается в небольшой контролируемой утечке. Без этой утечки камера просто стала бы барометром и реагировала бы только на изменения барометрического давления воздуха вокруг нее.
Ларсен сказал, что многие строители Stirling предпочитают менять рабочую жидкость в камере давления с воздуха на гелий, который лучше реагирует во время термодинамического цикла.
Приводной механизм использует расширение и сжатие воздуха внутри камеры давления для привода коленчатого вала. Приводной механизм может быть либо прикреплен сбоку к двигателю, либо интегрирован в конструкцию двигателя.
Для Ларсена коленчатый вал является наиболее важной частью двигателя и влияет на каждую часть в целом, от синхронизации до хода вытеснителя, скорости маховика и баланса в целом. «Это часть, над которой вы хотите потратить время, чтобы сделать ее правильно», — сказал Ларсен.
маховик служит не только индикатором того, что двигатель работает. Он действует как что-то вроде накопителя энергии. Хорошо сбалансированный маховик принимает энергию, созданную во время рабочего хода двигателя, и сохраняет ее. Когда для толкания буйка вниз требуется энергия, маховик использует накопленную энергию для преодоления трения и других сил. Без хорошего маховика вытеснитель просто поднимется наверх камеры и останется там.
Ларсен сказал, что наличие хорошо сбалансированного маховика является ключом к эффективности. Если колесо не отбалансировано, двигателю приходится прилагать больше усилий, чтобы его сдвинуть. «Вы же не хотите, чтобы двигатель выполнял больше работы, чем нужно», — сказал он.
вытеснитель в двигателе с горячим воздухом служит для вытеснения воздуха внутри нагнетательной камеры. Помните, что двигатель не может работать без термодинамического цикла, в котором воздух нагревается и охлаждается, вызывая расширение и сжатие. Если бы барокамера была просто нагрета, и в ней не было бы ничего, что вытесняло бы воздух, воздух внутри нагревался бы и расширялся, но никогда не сжимался бы.
С источником тепла внизу двигатель с горячим воздухом также использует охлаждение сверху, обычно лед или холодную воду, для охлаждения воздуха. Когда воздух нагревается, он расширяется, перемещая вытеснитель ближе к верхней части камеры давления. В верхней части камеры воздух охлаждается, сжимается и перемещает вытеснитель вниз. Все это происходит с помощью приводного механизма, коленчатого вала и маховика.
Буек чаще всего представляет собой скрученный кусок стальной ваты с тонкой проволокой, проходящей через центр. Помните, Ларсен говорил о том, что нужно думать как часовщик? Это один из тех моментов. Буек должен иметь возможность свободно скользить внутри напорной камеры, в то же время заполняя ее большую часть. Он должен обеспечивать свободный поток воздуха, ограничивая часть потока. Идея состоит в том, чтобы минимизировать трение и максимизировать эффективность. Эта тема является постоянной на протяжении всей конструкции движка.
Тепловой бокс это просто подставка, на которой стоит двигатель. Источник тепла расположен под двигателем.
Это похоже на большую работу за не большую отдачу. Но есть осязаемое ощущение, когда доделаешь двигатель, устранишь неполадки, чтобы он заработал, и увидишь, как он пыхтит сам по себе. Для Ларсена его увлечение началось более полувека назад, в то время как ваше может начаться всего через несколько дней.
видеоЧтобы увидеть двигатель Стирлинга из банки из-под газировки в действии, посмотрите это и несколько других видео в Интернете.
Источники
Как перейти на синтетическое масло?
Как низкие температуры могут повредить мою машину?
Как предотвратить отказ двигателя?
Как долго автомобиль может работать без масла?
Как далеко можно проехать на перегретой машине?