كيف تصنع محرك ستيرلينغ قوي. محرك ستيرلينغ مصنوع من علب الصفيح. تعديل ستيرلينغ "جاما"

تم نسيان محرك "ستيرلنغ" ، الذي كان مشهورًا في السابق ، لفترة طويلة بسبب الاستخدام الواسع النطاق لمحرك آخر ( الاحتراق الداخلي). لكن اليوم نسمع المزيد والمزيد عنه. ربما لديه فرصة ليصبح أكثر شعبية ويجد مكانه في التعديل الجديد في العالم الحديث؟

قصة

محرك "ستيرلنغ" هو محرك حراري تم اختراعه في أوائل القرن التاسع عشر. المؤلف ، كما تعلم ، كان ستيرلنغ معينًا يدعى روبرت ، كاهن من اسكتلندا. الجهاز عبارة عن محرك احتراق خارجي ، حيث يتحرك الجسم في حاوية مغلقة ، ويغير درجة حرارته باستمرار.

نظرًا لانتشار نوع آخر من المحركات ، فقد تم نسيانه تقريبًا. ومع ذلك ، وبفضل مزاياها ، عاد محرك "ستيرلنغ" اليوم (العديد من الهواة يصنعونه في المنزل بأيديهم) مرة أخرى.

يتمثل الاختلاف الرئيسي عن محرك الاحتراق الداخلي في أن الطاقة الحرارية تأتي من الخارج ، ولا تتولد في المحرك نفسه ، كما هو الحال في محرك الاحتراق الداخلي.

مبدأ التشغيل

يمكنك أن تتخيل حجم هواء مغلق محاطًا بمبيت به غشاء ، أي مكبس. عندما يتم تسخين الجسم ، يتمدد الهواء ويعمل ، وبالتالي يتقوس المكبس. ثم يحدث التبريد ، وينحني مرة أخرى. هذه هي دورة الآلية.

لا عجب أن العديد من محركات "ستيرلنغ الحرارية" التي تعمل بأنفسهم مصنوعة في المنزل. تتطلب الأدوات والمواد اللازمة لذلك الحد الأدنى من كل شخص في منزله. النظر في اثنين طرق مختلفةما مدى سهولة الإنشاء.

مواد العمل

لتصنيع محرك "ستيرلنغ" بيديك ، ستحتاج إلى المواد التالية:

• القصدير.
• تكلم الصلب
• أنابيب نحاسية؛
• منشارا.
• ملف؛
• حامل خشبي؛
• مقص معدني
• تفاصيل قفل
• لحام حديد؛
• لحام.
• جندى.
• آلة.

هذا كل شيء. الباقي هو مسألة تقنية بسيطة.

كيف نفعل

يتم تحضير صندوق النار واثنين من الأسطوانات للقاعدة من القصدير ، والتي سيتكون منها محرك ستيرلنغ يدويًا. يتم تحديد الأبعاد بشكل مستقل ، مع مراعاة الأغراض التي تم تصميم هذا الجهاز من أجلها. افترض أن المحرك يتم تصنيعه لأغراض العرض التوضيحي. عندئذٍ سيكون اكتساح الأسطوانة الرئيسية من عشرين إلى خمسة وعشرين سنتيمتراً ، لا أكثر. يجب أن تتلاءم بقية الأجزاء معها.

في الجزء العلوي من الاسطوانة لتحريك المكبس ، يتم عمل نتوءين وثقبين بقطر من أربعة إلى خمسة مليمترات. ستكون العناصر بمثابة محامل لموقع جهاز الكرنك.

بعد ذلك ، يتكون الجسم العامل للمحرك (سيصبح ماءًا عاديًا). دوائر القصدير ملحومة بالأسطوانة ، والتي يتم لفها في أنبوب. يتم عمل ثقوب فيها ويتم إدخال الأنابيب النحاسية من خمسة وعشرين إلى خمسة وثلاثين سنتيمترا وقطرها من أربعة إلى خمسة مليمترات. في النهاية ، يفحصون مدى إحكام الحجرة بملئها بالماء.

بعد ذلك يأتي دور المُشرِّد. للتصنيع ، يتم أخذ الفراغ من الخشب. على الماكينة ، يتوصلون إلى أنها تأخذ شكل أسطوانة عادية. يجب أن يكون المبدل أصغر قليلاً من قطر الأسطوانة. يتم تحديد الارتفاع الأمثل بعد صنع محرك "ستيرلنغ" يدويًا. لذلك ، في هذه المرحلة ، يجب أن يأخذ الطول بعض الهامش.

يتم تحويل المتحدث إلى قضيب اسطوانة. في وسط الحاوية الخشبية ، قم بعمل ثقب مناسب للجذع ، أدخله. في الجزء العلوي من القضيب ، من الضروري توفير مكان لجهاز قضيب التوصيل.

ثم يأخذون أنابيب نحاسية يبلغ طولها أربعة سنتيمترات ونصف وقطرها سنتيمتران ونصف. دائرة من القصدير ملحومة بالأسطوانة. على الجانبين على الجدران ، يتم عمل ثقب لتوصيل الحاوية بالأسطوانة.

يتم ضبط المكبس أيضًا على مخرطةتحت قطر الاسطوانة الكبيرة من الداخل. في الجزء العلوي ، يتم توصيل القضيب بطريقة مفصلية.

اكتمل التجميع وتم تعديل الآلية. للقيام بذلك ، يتم إدخال المكبس في أسطوانة أكبر ويتم توصيل الأخير بأسطوانة أخرى أصغر.

آلية كرنك مبنية على اسطوانة كبيرة. إصلاح جزء من المحرك بحديد لحام. الأجزاء الرئيسية مثبتة على قاعدة خشبية.

تمتلئ الأسطوانة بالماء وتوضع شمعة تحت القاع. يتم فحص أداء محرك "ستيرلنغ" ، المصنوع يدويًا من البداية إلى النهاية.

الطريقة الثانية: المواد

يمكن صنع المحرك بطريقة أخرى. لهذا ستحتاج المواد التالية:

• القصدير.
• المطاط الزبدي؛
• مشابك الورق.
• أقراص.
• اثنين من البراغي.

كيف نفعل

غالبًا ما يستخدم المطاط الإسفنجي لصنع محرك ستيرلنغ بسيط وليس قويًا في المنزل بيديك. يتم تحضير مبدل المحرك منه. قطع دائرة الرغوة. يجب أن يكون القطر أصغر بقليل من قطر العلبة ، ويجب أن يكون الارتفاع أكثر بقليل من النصف.

يوجد ثقب في وسط الغطاء لقضيب التوصيل المستقبلي. لجعلها تسير بسلاسة ، يتم لف مشبك الورق في شكل حلزوني وملحم بالغطاء.

الدائرة الرغوية في المنتصف مثقوبة بسلك رفيع بمسمار ومثبتة في الأعلى بغسالة. ثم قم بتوصيل قطعة من مشبك الورق باللحام.

يتم دفع المُزاح في الفتحة الموجودة على الغطاء ويتم توصيل الجرة بالغطاء عن طريق اللحام لإغلاقه. يتم عمل حلقة صغيرة على مشبك الورق ، ويتم عمل فتحة أخرى أكبر في الغطاء.

يتم لف ورقة القصدير في أسطوانة ولحامها ، ثم يتم توصيلها بالعلبة بحيث لا توجد فجوات على الإطلاق.

تم تحويل مشبك الورق إلى عمود مرفقي. يجب أن تكون التباعد تسعين درجة بالضبط. الركبة فوق الاسطوانة تكون أكبر بقليل من الركبة الأخرى.

تتحول مشابك الورق المتبقية إلى رفوف للعمود. يتكون الغشاء على النحو التالي: يتم لف الأسطوانة بغشاء بولي إيثيلين ، ويتم ضغطها وتثبيتها بخيط.

يتكون قضيب التوصيل من مشبك ورق ، يتم إدخاله في قطعة من المطاط ، ويتم توصيل الجزء النهائي بالغشاء. يتكون طول قضيب التوصيل بحيث يتم سحب الغشاء في الأسطوانة عند نقطة العمود السفلي ، ويتم تمديده عند أعلى نقطة. الجزء الثاني من قضيب التوصيل مصنوع بنفس الطريقة.

ثم يتم لصق أحدهما على الغشاء والآخر بالمزاح.

يمكن أيضًا صنع الأرجل من مشابك الورق ولحامها. بالنسبة للكرنك ، يتم استخدام قرص مضغوط.

ها هي الآلية الكاملة. يبقى فقط استبدال وإضاءة شمعة تحتها ، ثم إعطاء دفعة من خلال دولاب الموازنة.

خاتمة

هذا هو محرك "ستيرلنغ" ذو درجة الحرارة المنخفضة (المصنوع بيديك). بالطبع ، على المستوى الصناعي ، يتم تصنيع هذه الأجهزة بطريقة مختلفة تمامًا. ومع ذلك ، يظل المبدأ كما هو: يتم تسخين حجم الهواء ثم تبريده. وهذا يتكرر باستمرار.

أخيرًا ، انظر إلى هذه الرسومات الخاصة بمحرك "ستيرلنغ" (يمكنك القيام بذلك بنفسك دون أي مهارات خاصة). ربما تكون بالفعل مشتعلة بالفكرة ، وتريد أن تفعل شيئًا مشابهًا؟

وصلت صناعة السيارات الحديثة إلى مستوى من التطور ، دون أن تكون أساسية بحث علمييكاد يكون من المستحيل تحقيق تحسينات كبيرة في تصميم محركات الاحتراق الداخلي التقليدية. هذا الموقف يجبر المصممين على الانتباه إليه تصاميم محطات توليد الطاقة البديلة. ركزت بعض المراكز الهندسية جهودها على إنشاء والتكيف مع الإنتاج التسلسلي للهجين و النماذج الكهربائية، يستثمر صانعو السيارات الآخرون في تطوير محركات تعمل بمصادر متجددة (على سبيل المثال ، وقود الديزل الحيوي بزيت بذور اللفت). هناك مشاريع أخرى لوحدات الطاقة ، والتي قد تصبح في المستقبل معيار الدفع الجديد لـ عربة.

من بين المصادر المحتملة للطاقة الميكانيكية للسيارات في المستقبل محرك الاحتراق الخارجي ، الذي اخترعه سكوت روبرت ستيرلينغ في منتصف القرن التاسع عشر كآلة تمدد حراري.

مخطط العمل

يحول محرك "ستيرلنغ" الطاقة الحرارية التي يتم توفيرها من الخارج إلى عمل ميكانيكي مفيد بسبب التغيرات في درجة حرارة سائل العمل(غاز أو سائل) يدور في حجم مغلق.

بشكل عام ، يكون مخطط تشغيل الجهاز على النحو التالي: في الجزء السفلي من المحرك ، ترتفع درجة حرارة مادة العمل (على سبيل المثال ، الهواء) ، ويزيد حجمها ، وتدفع المكبس لأعلى. يدخل الهواء الساخن الجزء العلوي من المحرك ، حيث يتم تبريده بواسطة المبرد. يتم تقليل ضغط سائل العمل ، ويتم خفض المكبس للدورة التالية. في هذه الحالة ، يكون النظام مغلقًا ولا يتم استهلاك مادة العمل ، بل يتحرك داخل الأسطوانة فقط.

هناك العديد من خيارات التصميم لوحدات الطاقة باستخدام مبدأ "ستيرلنغ".

تعديل ستيرلينغ "ألفا"

يتكون المحرك من مكبسين منفصلين للطاقة (ساخن وبارد) ، يقع كل منهما في أسطوانة خاصة به. يتم تزويد الأسطوانة بالحرارة بمكبس ساخن ، وتقع الأسطوانة الباردة في مبادل حراري للتبريد.

تعديل ستيرلينغ "بيتا"

يتم تسخين الأسطوانة التي تحتوي على المكبس على جانب واحد وتبريدها على الطرف المقابل. يتحرك مكبس الطاقة والمزاح في الاسطوانة لتغيير حجم الغاز العامل. يتم تنفيذ حركة العودة لمادة العمل المبردة إلى التجويف الساخن للمحرك بواسطة المجدد.

تعديل ستيرلينغ "جاما"

يتكون التصميم من أسطوانتين. الأول بارد تمامًا ، حيث يتحرك مكبس الطاقة ، والثاني ، ساخن من جانب وبارد من الجانب الآخر ، يعمل على تحريك المبدل. يمكن أن يكون المُجدد لتدوير الغاز البارد شائعًا في كلتا الأسطوانتين أو يتم تضمينه في تصميم وحدة الإزاحة.

مزايا محرك "ستيرلنغ"

مثل معظم محركات الاحتراق الخارجي ، فإن ستيرلنغ متأصلة متعدد الوقود: المحرك يعمل على اختلاف في درجات الحرارة مهما كانت الأسباب التي تسببت في ذلك.

حقيقة مثيرة للاهتمام!مرة واحدة ، تم عرض التثبيت الذي يعمل على عشرين خيارًا للوقود. بدون توقف المحرك والبنزين ووقود الديزل والميثان والنفط الخام و زيت نباتي- استمرت وحدة الطاقة في العمل بثبات.

المحرك لديه بساطة التصميمولا يتطلب أنظمة و المرفقات(توقيت ، بداية ، علبة التروس).

تضمن ميزات الجهاز عمر خدمة طويل: أكثر من مائة ألف ساعة من التشغيل المستمر.

محرك "ستيرلنغ" صامت ، لأن التفجير لا يحدث في الاسطوانات وليس هناك حاجة لإزالة غازات العادم. تعديل "بيتا" ، المجهز بآلية كرنك معينية ، هو نظام متوازن تمامًا لا يحتوي على اهتزازات أثناء التشغيل.

لا توجد عمليات في أسطوانات المحرك يمكن أن يكون لها تأثير سلبي على البيئة. من خلال اختيار مصدر حرارة مناسب (مثل الطاقة الشمسية) ، يمكن أن تكون "ستيرلنغ" مطلقة صديق للبيئةوحدة الطاقة.

عيوب تصميم "ستيرلنغ"

مع كل مجموعة خصائص إيجابيةإن الاستخدام الجماعي الفوري لمحركات "ستيرلنغ" أمر مستحيل للأسباب التالية:

تكمن المشكلة الرئيسية في الاستهلاك المادي للهيكل. يتطلب تبريد سائل العمل وجود مشعات كبيرة الحجم ، مما يزيد بشكل كبير من حجم واستهلاك المعدن للتركيب.

سيسمح المستوى التكنولوجي الحالي لمحرك "ستيرلنغ" بالمقارنة في الأداء بمحركات البنزين الحديثة فقط من خلال استخدام أنواع معقدةسائل العمل (الهيليوم أو الهيدروجين) تحت ضغط أكثر من مائة جو. تثير هذه الحقيقة أسئلة جدية في مجال علم المواد وسلامة المستخدم.

ترتبط مشكلة تشغيلية مهمة بقضايا التوصيل الحراري ومقاومة درجة حرارة المعادن. يتم توفير الحرارة إلى حجم العمل من خلال المبادلات الحرارية ، مما يؤدي إلى خسائر لا مفر منها. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون المبادل الحراري مصنوعًا من معادن مقاومة للحرارة ومقاومة للضغط العالي. المواد المناسبة باهظة الثمن ويصعب معالجتها.

تختلف أيضًا مبادئ تغيير أوضاع محرك "ستيرلنغ" اختلافًا جوهريًا عن تلك التقليدية ، الأمر الذي يتطلب تطوير أجهزة تحكم خاصة. لذلك ، لتغيير الطاقة ، من الضروري تغيير الضغط في الأسطوانات ، وزاوية الطور بين المزيح ومكبس الطاقة ، أو للتأثير على سعة التجويف بسائل العمل.

يمكن رؤية إحدى طرق التحكم في سرعة العمود في طراز محرك ستيرلنغ في الفيديو التالي:

كفاءة

في الحسابات النظرية ، تعتمد كفاءة محرك "ستيرلنغ" على اختلاف درجة حرارة سائل العمل ويمكن أن تصل إلى 70٪ أو أكثر وفقًا لدورة كارنو.

ومع ذلك ، فإن العينات الأولى المحققة في المعدن كانت ذات كفاءة منخفضة للغاية للأسباب التالية:

• المتغيرات غير الفعالة لسائل التبريد (سائل العمل) ، مما يحد من درجة حرارة التسخين القصوى ؛
• فقدان الطاقة بسبب احتكاك الأجزاء والتوصيل الحراري لمبيت المحرك ؛
• عدم وجود مواد إنشائية مقاومة للضغط العالي.

عملت الحلول الهندسية باستمرار على تحسين تصميم وحدة الطاقة. لذلك ، في النصف الثاني من القرن العشرين ، كانت هناك سيارة ذات أربع أسطوانات أظهر محرك ستيرلينغ بمحرك معيني كفاءة تعادل 35٪ في الاختباراتعلى مبرد ماء بدرجة حرارة 55 درجة مئوية. الدراسة المتأنية للتصميم واستخدام مواد جديدة وضبط وحدات العمل تضمن كفاءة العينات التجريبية بنسبة 39٪.

ملحوظة! محركات البنزين الحديثة ذات القوة المماثلة لها معامل عمل مفيدعند مستوى 28-30٪ ، ومحركات الديزل المزودة بشاحن توربيني في حدود 32-35٪.

تُظهر الأمثلة الحديثة لمحرك "ستيرلنغ" ، مثل المحرك الذي صنعته الشركة الأمريكية للتكنولوجيا الميكانيكية ، كفاءة تصل إلى 43.5٪. ومع تطور إنتاج السيراميك المقاوم للحرارة والمواد المبتكرة المماثلة ، سيكون من الممكن زيادة درجة حرارة بيئة العمل بشكل كبير وتحقيق كفاءة بنسبة 60٪.

أمثلة على التنفيذ الناجح لسيارات ستيرلينغز

على الرغم من كل الصعوبات ، هناك العديد من النماذج العملية لمحرك "ستيرلنغ" التي تنطبق على صناعة السيارات.

ظهر الاهتمام بـ Stirling ، المناسب للتركيب في السيارة ، في الخمسينيات من القرن العشرين. تم تنفيذ العمل في هذا الاتجاه من خلال مخاوف مثل شركة Ford Motor و Volkswagen Group وغيرها.

قامت شركة UNITED STIRLING (السويد) بتطوير Stirling ، والتي حققت أقصى استفادة من المكونات والتجمعات التسلسلية التي تنتجها شركات تصنيع السيارات (العمود المرفقي ، وقضبان التوصيل). كان للمحرك الناتج على شكل V رباعي الأسطوانات ثقل نوعي يبلغ 2.4 كجم / كيلو واط ، وهو ما يمكن مقارنته بخصائص محرك الديزل المضغوط. تم اختبار هذه الوحدة بنجاح كمحطة طاقة لشاحنة بضائع سعة سبعة أطنان.

أحد الأمثلة الناجحة هو محرك ستيرلينغ رباعي الأسطوانات من طراز الإنتاج الهولندي "Philips 4-125DA" ، المصمم للتركيب على سيارة. كان للمحرك قوة عمل تبلغ 173 لترًا. مع. بأبعاد مماثلة لوحدة البنزين الكلاسيكية.

حقق مهندسو جنرال موتورز نتائج مهمة من خلال بناء محرك ستيرلينغ ذو ثماني أسطوانات (4 أسطوانات عاملة و 4 أسطوانات ضغط) على شكل حرف V مع آلية كرنك قياسية في السبعينيات.

محطة كهرباء مماثلة عام 1972 مجهزة بسلسلة محدودة من سيارات فورد تورينو، الذي انخفض استهلاكه للوقود بنسبة 25٪ مقارنةً بالبنزين الكلاسيكي على شكل حرف V.

حاليًا ، تعمل أكثر من خمسين شركة أجنبية على تحسين تصميم محرك "ستيرلنغ" من أجل تكييفه مع الإنتاج الضخم لاحتياجات صناعة السيارات. وإذا كان من الممكن القضاء على أوجه القصور في هذا النوع من المحركات ، مع الاحتفاظ في نفس الوقت بمزاياها ، فإن ستيرلنغ ، وليس التوربينات والمحركات الكهربائية ، هي التي ستحل محل محركات الاحتراق الداخلي للبنزين.

محرك ستيرلينغ - محرك حراري يتحرك فيه سائل العمل ، على شكل غاز أو سائل ، في حجم مغلق ، وهو نوع من محرك الاحتراق الخارجي. يعتمد على التسخين والتبريد الدوريين لسائل العمل مع استخلاص الطاقة من التغيير الناتج في حجم سائل العمل. يمكن أن يعمل ليس فقط من احتراق الوقود ، ولكن أيضًا من أي مصدر حرارة.

محرك حراري يعمل فيه السائل ، في الشكل غازأو سائل ، يتحرك في حجم مغلق ، نوع من محرك الاحتراق الخارجي.

يعتمد على التسخين والتبريد الدوريين لسائل العمل مع استخلاص الطاقة من التغيير الناتج في حجم السائل العامل. يمكن أن يعمل ليس فقط من احتراق الوقود ، ولكن أيضًا من أي مصدر حرارة.

أرز. 1. محرك ستيرلينغ

@ https://dvigyn.com/؟p=1032

في القرن التاسع عشر ، أراد المهندسون إنشاء بديل آمن للمحركات البخارية في ذلك الوقت ، والتي غالبًا ما تنفجر غلاياتها بسبب ضغوط البخار العالية والمواد غير المناسبة لبناءها. خيار جيدظهر مع الخلق محرك ستيرلينغ، والتي يمكن أن تحول أي فرق في درجة الحرارة إلى عمل.

حصل على براءة اختراع لأول مرة من قبل القس الاسكتلندي روبرت ستيرلينغ في 27 سبتمبر 1816 (براءة الاختراع الإنجليزية رقم 4081). ومع ذلك ، فإن أول الابتدائية المحركاتالهواء الساخن "كان معروفًا مرة أخرى في أواخر السابع عشرالقرن ، قبل وقت طويل من "ستيرلنغ". إنجاز "ستيرلنغ" هو إضافة عقدة أطلق عليها اسم "الاقتصاد". في الأدبيات العلمية الحديثة ، تسمى هذه العقدة "المجدد". يزيد من أداء المحرك عن طريق الحفاظ على الحرارة في الجزء الدافئ من المحرك أثناء تبريد سائل العمل. هذه العملية تحسن بشكل كبير من كفاءة النظام. غالبًا ما يكون المُجدد عبارة عن غرفة مليئة بالأسلاك والحبيبات والرقائق المموجة (التمويجات تسير على طول اتجاه تدفق الغاز).

مبدأ تشغيل محرك "ستيرلنغ":

مبدأ العمل الأساسي محرك ستيرلينغيتكون من تسخين وتبريد متناوبين باستمرار لسائل العمل ، على سبيل المثال ، الغاز ، في اسطوانة مغلقة.

من المعروف أنه عند تسخين الغاز ، يزداد حجمه ، وعندما يبرد يتناقص. هذه الخاصية للغازات هي أساس العمل محرك ستيرلينغ.

إنها تستخدم دورة ستيرلينغ ، وهي ليست أدنى من دورة كارنو من حيث الكفاءة الديناميكية الحرارية ، بل إنها تتمتع بميزة. الحقيقة هي أن دورة كارنو تتكون من متساوي الحرارة والأديابات التي تختلف قليلاً عن بعضها البعض. التنفيذ العملي لهذه الدورة غير واعد. مكنت دورة "ستيرلنغ" من الحصول على محرك يعمل من الناحية العملية بحجم مقبول.

أرز. 2. رسم تخطيطي لـ "حجم الضغط" لدورة ستيرلينغ المثالية

تتكون دورة "ستيرلنغ" من أربع مراحل ويفصل بينها مرحلتان انتقاليتان:

– حرارة،

– امتداد،

– الانتقال إلى مصدر البرد,

– تبريد،

– ضغط

– والانتقال إلى مصدر حرارة.

وهكذا ، عند الانتقال من مصدر دافئ إلى مصدر بارد ، يتمدد الغاز الموجود في الأسطوانة ويتقلص. في هذه الحالة ، يتغير الضغط ، بسبب إمكانية الحصول على عمل مفيد.

يتم تنفيذ تسخين وتبريد سائل العمل (القسمان 4 و 2) بواسطة وحدة الإزاحة. من الناحية المثالية ، فإن كمية الحرارة المنبعثة والمأخوذة من جهاز الإزاحة هي نفسها. عمل مفيديتم إنتاجه فقط بسبب متساوي الحرارة ، أي أنه يعتمد على اختلاف درجة الحرارة بين السخان والمبرد ، كما هو الحال في دورة كارنو.

دورة العمل محرك ستيرلينغنوع بيتا (الأكثر شيوعًا) يبدو كالتالي:

أرز. 2. دورة عمل محرك "ستيرلينغ"

@ https://ru.wikipedia.org/wiki/Stirling_Engine

حيث: أ - مكبس الإزاحة ؛ ب - مكبس العمل ج - دولاب الموازنة د - النار (منطقة التدفئة) ؛ ه - زعانف التبريد (منطقة التبريد).

1. يقوم مصدر حرارة خارجي بتسخين الغاز في الجزء السفلي من أسطوانة التبادل الحراري. يدفع الضغط المتولد مكبس العمل لأعلى (لاحظ أن مكبس الطرد لا يتناسب بإحكام مع الجدران).

2. تقوم دولاب الموازنة بدفع مكبس الإزاحة إلى الأسفل ، وبالتالي نقل الهواء الساخن من الأسفل إلى حجرة التبريد.

3. يبرد الهواء ويتقلص ، وينخفض ​​مكبس العمل.

4. يرتفع مكبس الإزاحة ، وبالتالي ينقل الهواء المبرد إلى الأسفل. وتتكرر الدورة.

في آلة ستيرلينغيتم إزاحة حركة مكبس العمل بمقدار 90 درجة بالنسبة لحركة مكبس الإزاحة. اعتمادًا على علامة هذا التحول ، يمكن أن تكون الماكينة محركًا أو مضخة حرارية. مع إزاحة بمقدار 0 درجة ، لا تنتج الآلة أي عمل (باستثناء خسائر الاحتكاك) ولا تنتجها.

مزايا محرك "ستيرلنغ":

- محرك "ناري". يمكن أن يعمل محرك "ستيرلنغ" تقريبًا بأي اختلاف في درجات الحرارة: على سبيل المثال ، بين طبقات مختلفة من الماء في المحيط ، من الشمس ، من سخان نووي أو نظيري ، أو فحم أو موقد الخشبإلخ.،

– بساطة التصميم - التصميم محركبسيط جدًا ، لا يتطلب أنظمة إضافية مثل آلية توزيع الغاز. يبدأ من تلقاء نفسه ولا يحتاج إلى بادئ ،

- زيادة الموارد - بساطة التصميم ، وعدم وجود العديد من العقد "الدقيقة" يسمح لمحرك "ستيرلنغ" بتوفير هامش أداء غير مسبوق لمحركات أخرى تصل إلى عشرات ومئات الآلاف من الساعات من التشغيل المتواصل ،

- الربحية - لاستخدام أنواع معينة من الطاقة الحرارية ، خاصة عند اختلاف بسيط في درجات الحرارة ، المحركاتغالبًا ما تكون "ستيرلنغ" هي الأكثر أنواع فعالةالمحركات. على سبيل المثال ، في حالة تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء ، تعطي "ستيرلنغ" أحيانًا كفاءة أكبر (تصل إلى 31.25٪) من المحركات البخارية ،

- الود البيئي - لا يوجد عادم في "ستيرلنغ" ،مما يعني أن مستوى ضوضاءها أقل بكثير من مستوى المكبس المحركاتالاحتراق الداخلي. بيتا ستيرلينغ مع آلية معينية هو جهاز متوازن تماما ومع ما يكفي جودة عاليةالتصنيع ، له حدود مستوى منخفضالاهتزازات (سعة الاهتزاز أقل من 0.0038 مم). لا تحتوي "ستيرلنغ" نفسها على أي أجزاء أو عمليات يمكن أن تسهم في التلوث. بيئة. لا تستهلك سائل العمل. تعود الصداقة البيئية للمحرك بشكل أساسي إلى الملاءمة البيئية لمصدر الحرارة ،

- كفاءة محركتصل نسبة "ستيرلنغ" إلى 45٪.

تكوين وتصميم محرك "ستيرلنغ":

هناك عدة تكوينات محركستيرلينغ:

- ألفا ستيرلينغ- تحتوي على مكبسين منفصلين للطاقة في أسطوانات منفصلة ، أحدهما ساخن والآخر بارد. توجد الأسطوانة ذات المكبس الساخن في مبادل حراري بدرجة حرارة أعلى ، مع مكبس بارد - في مبادل أكثر برودة.

أرز. 3. α-Stirling

@ https://ru.wikipedia.org/wiki/Stirling_Engine

في هذه الأنواع محركنسبة الطاقة إلى الحجم كبيرة جدًا ، ولكن للأسف حرارةيخلق المكبس "الساخن" بعض الصعوبات الفنية. يقع المجدد بين الجزء الساخن من الأنبوب المتصل و بارد

- ستيرلينج بيتا- هناك أسطوانة واحدة فقط ، ساخنة من طرف وباردة من الطرف الآخر. يتحرك المكبس (الذي يتم فصل الطاقة منه) والمزاح داخل الأسطوانة ، ويفصل بين التجاويف الساخنة والباردة.

أرز. 4. β-Stirling

@ https://ru.wikipedia.org/wiki/Stirling_Engine

يتم ضخ الغاز من الجزء البارد من الاسطوانة إلى الجزء الساخن من خلال المجدد. يمكن أن يكون المُجدد خارجيًا ، كجزء من مبادل حراري ، أو يمكن دمجه مع مكبس إزاحة ،

- جاما ستيرلنغ- يوجد أيضًا مكبس ومزاح ، ولكن في نفس الوقت يوجد أسطوانتان - أحدهما بارد (يتحرك المكبس هناك ، ويتم إزالة الطاقة منه) ، والثاني ساخن من أحد الأطراف وبارد من الطرف الآخر ( يتحرك المشرد هناك).

أرز. 5. γ-Stirling

@ https://ru.wikipedia.org/wiki/Stirling_Engine

يمكن أن يكون المُجدد خارجيًا ، وفي هذه الحالة يتم توصيل الجزء الساخن من الأسطوانة الثانية بالجزء البارد وفي نفس الوقت مع الأسطوانة الأولى (الباردة). المُجدِّد الداخلي هو جزء من المُزيح.

تطبيق محرك ستيرلينغ:

قابل للتطبيق في الحالات التي تتطلب محول صغير طاقة حرارية، بسيطة في التصميم ، أو عند فعالية أخرى الحرارية المحركاتتبين أنه أقل ، على سبيل المثال ، إذا كان اختلاف درجة الحرارة غير كافٍ لتشغيل توربين بخاري أو غازي:

– مصادر عالمية للكهرباء ،

– مضخات،

– مضخات حرارية,

– تكنولوجيا التبريد.

يمكن إنشاء محرك "ستيرلنغ" المعروف بشكل مستقل عن المواد الخردة. أي مصدر حرارة في هذا التصميم قادر على تزويدك بالطاقة عند خروج الجهاز.

مواد

لتصنيع محرك "ستيرلنغ" بيديك ، سوف تحتاج إلى:

• قرص مضغوط
• حامل بلاستيك من تحت الأقراص المدمجة ؛
• ورقة الألمنيوم مقاس 25 × 13 سم ؛
• راتنجات الايبوكسي؛
• الأسلاك؛
• أنبوب بولي كلوريد الفينيل مقاس 7 بوصات ؛
• الستايروفوم؛
• أنبوب نحاسي ¾ بوصة ؛
• شريط لاصق؛
• مسدس حراري وغراء ساخن ؛
• منشارا للمعادن
• تدريبات؛
• قواطع للاسلاك؛
• بانوراما.
• بوصلة.

الخطوة 1. من الضروري قطع جزء من الهيكل عن حامل القرص المضغوط. يجب أن تكون النتيجة دائرة بدون قاع وأعلى بحواف ناعمة. الارتفاع - حوالي 4 سم.

الخطوة 2. استخدم بوصلة لقياس قطر الدائرة الناتجة. انقله إلى الرغوة. اصنع دائرتين. تأكد من تحديد المركز. صنفر الدوائر بمنشار بانوراما. صمغها. لملاءمة واضحة في الدائرة ، الصق الحافة الخارجية بشريط لاصق.

الخطوه 3. قطع دوائر بقطر محيط حامل الأقراص المدمجة من صفائح الألمنيوم. يجب أن يكون هناك اثنان.

الخطوة 4. بالضبط في منتصف لوح الألمنيوم العلوي ، قم بحفر ثقب يدخل فيه السلك. لجعل السلك يتحرك بشكل مستقيم ، حسب حاجتنا إليه ، قم بلحام قطعة من أنبوب بزاوية ، كما هو موضح في الصورة. في قبعته العلوية ، اصنع ثقبًا آخر للسلك. خذ السلك نفسه الذي سيحمل المكبس ، وتأكد من أنه يمكن أن يتحرك من خلال هذه الثقوب ، ولكن في نفس الوقت يوجد أيضًا ضيق.

أقرب إلى حافة الغطاء العلوي ، حفر حفرة أخرى بقطر يساوي قطعة من الموجودة الأنابيب المعدنية.

الخطوة الخامسة. الآن أنت بحاجة إلى عمل مكبس. للقيام بذلك ، خذ قطعة من الأنابيب المعدنية ، والتي ستدخل بعد ذلك في هذا التصميم. اشطفها وضعها على غطاء مبطن بقطعة من كيس بلاستيكي. قم بتشحيم الأنبوب من الداخل والحقيبة نفسها بالزيت. بعد ذلك ، صب في القالب الناتج ، الايبوكسي الساخن. يجب أن تكون دافئة وليست ساخنة. عندما يصلب بقوة ، سيكون عليك دفع المكبس المكتسب للخارج. تشكل خطافًا من السلك. حفر في قطعة راتنجات الايبوكسيثقب وإدخال هذا السلك فيه. المكبس جاهز.

الخطوة 6. يحتاج جزء من الهيكل إلى التجميع. صمغ الجزء السفلي من الهيكل بالغراء الساخن. اصنع أيضًا المزيد من خطافات الأسلاك. قطع الخطاف ، والذي سيكون موجودًا في منتصف الهيكل بأكمله. ختم نهايات الخطافات بالإيبوكسي.

الخطوة 7. اربط الأنبوب بصفيحة الألمنيوم العلوية. قم بتشحيمه ، أدخل المكبس. قم بعمل تخطيط للجزء المتحرك من الهيكل. للقيام بذلك ، ما عليك سوى إرفاق الورق ووضع العلامات الأساسية. ثني السلك وفقًا للتخطيط المرسوم.

الخطوة 8. اصنع ثقبًا في الخطافات أكبر بقليل من السلك الرئيسي.

الخطوة 9. الأنابيب البلاستيكيةقطع نصفين نعلق على قاعدة الألومنيوم مع الغراء الساخن. اصنع ثقوبًا في الأنبوب الذي تضع فيه العمود المرفقي السلكي. اربط الغطاء بالطرف الآخر من العمود. جرة بلاستيكيةأو قرص مضغوط. يجب أن تدور.

تم نسيان محرك "ستيرلنغ" ، الذي اشتهر في السابق ، لفترة طويلة بسبب الاستخدام الواسع النطاق لمحرك آخر (الاحتراق الداخلي). لكن اليوم نسمع المزيد والمزيد عنه. ربما لديه فرصة ليصبح أكثر شعبية ويجد مكانه في التعديل الجديد في العالم الحديث؟

قصة

محرك "ستيرلنغ" هو محرك حراري تم اختراعه في أوائل القرن التاسع عشر. المؤلف ، كما تعلم ، كان ستيرلنغ معينًا يدعى روبرت ، كاهن من اسكتلندا. الجهاز عبارة عن محرك احتراق خارجي ، حيث يتحرك الجسم في حاوية مغلقة ، ويغير درجة حرارته باستمرار.

نظرًا لانتشار نوع آخر من المحركات ، فقد تم نسيانه تقريبًا. ومع ذلك ، وبفضل مزاياها ، عاد محرك "ستيرلنغ" اليوم (العديد من الهواة يصنعونه في المنزل بأيديهم) مرة أخرى.

يتمثل الاختلاف الرئيسي عن محرك الاحتراق الداخلي في أن الطاقة الحرارية تأتي من الخارج ، ولا تتولد في المحرك نفسه ، كما هو الحال في محرك الاحتراق الداخلي.

مبدأ التشغيل

يمكنك أن تتخيل حجم هواء مغلق محاطًا بمبيت به غشاء ، أي مكبس. عندما يتم تسخين الجسم ، يتمدد الهواء ويعمل ، وبالتالي يتقوس المكبس. ثم يحدث التبريد ، وينحني مرة أخرى. هذه هي دورة الآلية.

لا عجب أن العديد من محركات "ستيرلنغ الحرارية" التي تعمل بأنفسهم مصنوعة في المنزل. تتطلب الأدوات والمواد اللازمة لذلك الحد الأدنى من كل شخص في منزله. لنلقِ نظرة على طريقتين مختلفتين مدى سهولة الإنشاء.

مواد العمل

لتصنيع محرك "ستيرلنغ" بيديك ، ستحتاج إلى المواد التالية:

• القصدير.
• تكلم الصلب
• أنابيب نحاسية؛
• منشارا.
• ملف؛
• حامل خشبي؛
• مقص معدني
• تفاصيل قفل
• لحام حديد؛
• لحام.
• جندى.
• آلة.

هذا كل شيء. الباقي هو مسألة تقنية بسيطة.

كيف نفعل

يتم تحضير صندوق النار واثنين من الأسطوانات للقاعدة من القصدير ، والتي سيتكون منها محرك ستيرلنغ يدويًا. يتم تحديد الأبعاد بشكل مستقل ، مع مراعاة الأغراض التي تم تصميم هذا الجهاز من أجلها. افترض أن المحرك يتم تصنيعه لأغراض العرض التوضيحي. عندئذٍ سيكون اكتساح الأسطوانة الرئيسية من عشرين إلى خمسة وعشرين سنتيمتراً ، لا أكثر. يجب أن تتلاءم بقية الأجزاء معها.

في الجزء العلوي من الاسطوانة لتحريك المكبس ، يتم عمل نتوءين وثقبين بقطر من أربعة إلى خمسة مليمترات. ستكون العناصر بمثابة محامل لموقع جهاز الكرنك.

بعد ذلك ، يتكون الجسم العامل للمحرك (سيصبح ماءًا عاديًا). دوائر القصدير ملحومة بالأسطوانة ، والتي يتم لفها في أنبوب. يتم عمل ثقوب فيها ويتم إدخال الأنابيب النحاسية من خمسة وعشرين إلى خمسة وثلاثين سنتيمترا وقطرها من أربعة إلى خمسة مليمترات. في النهاية ، يفحصون مدى إحكام الحجرة بملئها بالماء.

بعد ذلك يأتي دور المُشرِّد. للتصنيع ، يتم أخذ الفراغ من الخشب. على الماكينة ، يتوصلون إلى أنها تأخذ شكل أسطوانة عادية. يجب أن يكون المبدل أصغر قليلاً من قطر الأسطوانة. يتم تحديد الارتفاع الأمثل بعد صنع محرك "ستيرلنغ" يدويًا. لذلك ، في هذه المرحلة ، يجب أن يأخذ الطول بعض الهامش.

يتم تحويل المتحدث إلى قضيب اسطوانة. في وسط الحاوية الخشبية ، قم بعمل ثقب مناسب للجذع ، أدخله. في الجزء العلوي من القضيب ، من الضروري توفير مكان لجهاز قضيب التوصيل.

ثم يأخذون أنابيب نحاسية يبلغ طولها أربعة سنتيمترات ونصف وقطرها سنتيمتران ونصف. دائرة من القصدير ملحومة بالأسطوانة. على الجانبين على الجدران ، يتم عمل ثقب لتوصيل الحاوية بالأسطوانة.

يتم ضبط المكبس أيضًا على مخرطة لقطر الأسطوانة الكبيرة من الداخل. في الجزء العلوي ، يتم توصيل القضيب بطريقة مفصلية.

اكتمل التجميع وتم تعديل الآلية. للقيام بذلك ، يتم إدخال المكبس في أسطوانة أكبر ويتم توصيل الأخير بأسطوانة أخرى أصغر.

آلية كرنك مبنية على اسطوانة كبيرة. إصلاح جزء من المحرك بحديد لحام. الأجزاء الرئيسية مثبتة على قاعدة خشبية.

تمتلئ الأسطوانة بالماء وتوضع شمعة تحت القاع. يتم فحص أداء محرك "ستيرلنغ" ، المصنوع يدويًا من البداية إلى النهاية.

الطريقة الثانية: المواد

يمكن صنع المحرك بطريقة أخرى. لهذا ستحتاج المواد التالية:

• القصدير.
• المطاط الزبدي؛
• مشابك الورق.
• أقراص.
• اثنين من البراغي.

كيف نفعل

غالبًا ما يستخدم المطاط الإسفنجي لصنع محرك ستيرلنغ بسيط وليس قويًا في المنزل بيديك. يتم تحضير مبدل المحرك منه. قطع دائرة الرغوة. يجب أن يكون القطر أصغر بقليل من قطر العلبة ، ويجب أن يكون الارتفاع أكثر بقليل من النصف.

يوجد ثقب في وسط الغطاء لقضيب التوصيل المستقبلي. لجعلها تسير بسلاسة ، يتم لف مشبك الورق في شكل حلزوني وملحم بالغطاء.

الدائرة الرغوية في المنتصف مثقوبة بسلك رفيع بمسمار ومثبتة في الأعلى بغسالة. ثم قم بتوصيل قطعة من مشبك الورق باللحام.

يتم دفع المُزاح في الفتحة الموجودة على الغطاء ويتم توصيل الجرة بالغطاء عن طريق اللحام لإغلاقه. يتم عمل حلقة صغيرة على مشبك الورق ، ويتم عمل فتحة أخرى أكبر في الغطاء.

يتم لف ورقة القصدير في أسطوانة ولحامها ، ثم يتم توصيلها بالعلبة بحيث لا توجد فجوات على الإطلاق.

تم تحويل مشبك الورق إلى عمود مرفقي. يجب أن تكون التباعد تسعين درجة بالضبط. الركبة فوق الاسطوانة تكون أكبر بقليل من الركبة الأخرى.

تتحول مشابك الورق المتبقية إلى رفوف للعمود. يتكون الغشاء على النحو التالي: يتم لف الأسطوانة بغشاء بولي إيثيلين ، ويتم ضغطها وتثبيتها بخيط.

يتكون قضيب التوصيل من مشبك ورق ، يتم إدخاله في قطعة من المطاط ، ويتم توصيل الجزء النهائي بالغشاء. يتكون طول قضيب التوصيل بحيث يتم سحب الغشاء في الأسطوانة عند نقطة العمود السفلي ، ويتم تمديده عند أعلى نقطة. الجزء الثاني من قضيب التوصيل مصنوع بنفس الطريقة.

ثم يتم لصق أحدهما على الغشاء والآخر بالمزاح.

يمكن أيضًا صنع الأرجل من مشابك الورق ولحامها. بالنسبة للكرنك ، يتم استخدام قرص مضغوط.

ها هي الآلية الكاملة. يبقى فقط استبدال وإضاءة شمعة تحتها ، ثم إعطاء دفعة من خلال دولاب الموازنة.

خاتمة

هذا هو محرك "ستيرلنغ" ذو درجة الحرارة المنخفضة (المصنوع بيديك). بالطبع ، على المستوى الصناعي ، يتم تصنيع هذه الأجهزة بطريقة مختلفة تمامًا. ومع ذلك ، يظل المبدأ كما هو: يتم تسخين حجم الهواء ثم تبريده. وهذا يتكرر باستمرار.

أخيرًا ، انظر إلى هذه الرسومات الخاصة بمحرك "ستيرلنغ" (يمكنك القيام بذلك بنفسك دون أي مهارات خاصة). ربما تكون بالفعل مشتعلة بالفكرة ، وتريد أن تفعل شيئًا مشابهًا؟