Авторизация
Зарегистрироваться

Двигатель Стирлинга. Как сломать и как починить.


Здравствуйте, молодые и не только молодые муськовчане!
Сегодня я вам поведаю о занимательном агрегате – двигателе Стирлинга. Почему двигатель, чем мне приглянулся, и почему я не скрутила двигатель с машины – читайте под катом.

Википедия подсказывает, что:
Впервые двигатель Стирлинга запатентовал шотландский священник Роберт Стирлинг в 1816 году. По сути это двигатель внешнего сгорания, т.е. источник тепла или процесс сгорания топлива отделены от рабочего тела. То есть просто и незатейливо можно преобразовывать в работу любую разницу температур. Такой двигатель может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Работа двигателя Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Т.е. при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. При этом изменяется давление, за счёт чего можно получить полезную работу, например, двигать поршень. За счет свойств газа увеличивать свой объем при нагревании и уменьшать его (сжиматься) при охлаждении –основана работа двигателя Стирлинга.
Рабочий цикл двигателя (в частности, моей модели):
1. Внешний источник тепла нагревает воздух в нижней части теплообменного цилиндра (рабочей камеры). Создаваемое давление толкает рабочий поршень вверх. При этом вытеснительный поршень неплотно прилегает к стенкам.
2. Маховик толкает вытеснительный поршень вниз, перемещая разогретый воздух из нижней части наверх охлаждающей камеры.
3. Нагретый воздух остывает и сжимается, рабочий поршень опускается вниз.
4. Вытеснительный поршень поднимается вверх, перемещая охлаждённый воздух в нижнюю часть. И цикл повторяется.
Интересный факт, что при всех своих недостатках, плюсы оказались ощутимее, и двигатели Стирлинга в настоящий момент даже используют на подводных лодках Швеции.

Посылку заказывала на Али в октябре 2015г. за 1607,50 руб. (мы все помним, что тогда курс доллара если не радовал глаз, то хотя бы не вызывал приступа конвульсий). Сейчас цена естественно выше.
Почему именно этот магазин и такой вид двигателя. Из соображений – ознакомиться, пощупать, поиграть, и доломать а потому, брать, что дешевле, более-менее наглядно иллюстрирует модель двигателя Стирлинга и у кого рейтинг неплохой по отзывам.
Продавец отправил посылку какой-то своей китайской силой мысли транспортной компанией, правда, извинившись за это. Соответственно, трэк-номера как такового не было (присвоен 44981789682) Однако, переживала зря. Пришла обычная небольшая коробка, комплект полный, по дороге ничего не потерялось и не сломалось. Основные рабочие части: маховик (лежал отдельно), рабочий поршень (уже был вставлен в верхнюю крышку), шатуны маховика (лежали отдельно), рабочая камера, диаметр примерно 10 см, герметично закрытая (верхняя и нижняя крышки скреплены 6 винтами с гайками), стойки, прикрепленные к верхней крышке шурупчиками. Внутри виден вытеснительный поршень черного цвета.
Сборка не требует усиленных мозговых напряжений – в стойки вставляется маховик (предварительно эти самые стойки немного раздвинув), цепляются шатуны с каждой стороны (аккуратнее цеплять со стороны рабочего поршня), и…все.
Фото в сборе (последний вариант):

Больше фото:









Запуск. Поскольку для работы двигателя требуется создать перепад температур, в качестве подвода тепла решила использовать свечу. Поэтому двигатель был успешно водружен на подсвечник. Работающий двигатель (родная конструкция) на видео:

При первом запуске двигатель довольно сильно поскрипывал. В общем-то, в отзывах на это намекали. Поэтому места с наибольшим трением смазала силиконовой смазкой, скрипа стало меньше.

А теперь сказ о том, как я его доломала.
Под умиротворяющий стук работающего Стирлинга (а надо сказать, очень похож на звук швейной машинки), мысли о контроле нагрева даже не зашли в гости. Стучит себе и стучит, поршень наматывает километры, я страдаю фигней в какой-то момент понимаю, что вокруг подозрительная тишина. Поворачиваю голову, а распред. поршень во всех смыслах пришкварился к основанию камеры.
То есть, вот этот вот новенькийтолько с конвейера двигатель, у которого пробег даже до первого ТО не дошел, взял и стуканул.
Обматерившись на собственную криворукость и остолопность, а также китайскую сборку в целом, пришлось разбирать конструкцию. Печальное зрелище. Поршень слишком сильно деформировался от нагрева, к дальнейшему использованию не пригоден:
Убитый поршень


Мало того. При разборке с нижней части рабочей камеры порвалась силиконовая прокладка (ох уж китайская сборка!), нижнее дно отвалилось. Ладно, прозрачный силиконовый герметик мне в помощь. Стало почти как было. Внутри все равно не будет видно.
Отремонтированная рабочая камера


Впоследствии поршень был отбуксирован на работу для установления состава. На ИК-Фурье спектрометре определили, что материал поршня ППЭ (пенополиэтилен), он же изолон.
Толщина поршня – 8 мм, диаметр (был) – примерно 86мм.
В принципе, во всяких строительных магазинах, типа Леруа Мерлен, этот изолон имеется, только вот толщина 8мм не очень популярный размер. И продается километрами листами.
Ну, ОК. Ехать в магазин лень, а чинить-то как-то надо. Решила испробовать различные материалы, которые были под рукой.
Первый вариант – упаковочный материал типа пенопласта (из коробки из-под принтера). Оплавился еще быстрее, чем первоначальный поршень. Однозначно мимо.
Второй вариант – два слоя картонки из-под пиццы. В принципе, заработало, но… но не так. Картон тяжеловат, скорость разгона и работы маховика — небольшая.
Плюнув на эксперименты в подборе материала, честно с###ла нашла кусок утеплителя типа изолона толщиной 10мм. Плотность на ощупь такая же, как и у родного, по внешнему виду – тоже соответствует. Цвет только белый. На экспертизу отдавать не стала.
Новый распределительный поршень


Вырезала круг диаметром 86 мм, закрепила, запустила. Урааа, заработало! Скорость хромает, отличается от первоначального варианта, но намного лучше, чем у картона! Края у поршня неровные получились, но работе не помешало, функцию свою выполняет.
Вот так, теперь я снова наслаждаюсь работой двигателя Стирлинга. Только приходится одним глазом, как кошка, наблюдать за поршнем, как бы второй раз не перегрелся.
Видео работы отремонтированного двигателя:

Итог:
1) Вполне неплохая модель двигателя Стирлинга – простая и наглядная;
2) Качество в целом неплохое, но в идеале, конечно, надо продумывать подачу тепла и возможность принудительного охлаждения (водяного или радиаторного);
3) Цена приемлемая.

Покупкой я довольна. Теперь можно изучать более сложные варианты.
Планирую купить +32 Добавить в избранное +119 +200
свернуть развернуть
Комментарии (54)
RSS
+
avatar
  • Sanja
  • 24 февраля 2016, 23:47
+42
Двигатель Стирлинга можно собрать и дешевле, чем за 1600 руб. :)

+
avatar
  • lolipop
  • 24 февраля 2016, 23:50
+6
что-то я залип прямо на этот видос, крутая штука.
+
avatar
+3
Следующим этапом =) Сначала ознакомилась с «подарочной» версией.

Добавлю. Так и хочется к этому самоделу добавить ремешок на колесо, а потом через всякие генераторы вывести на лампочку, хоть гараж освещать можно)))
Видео шикарно, конечно.
+
avatar
  • V_vK
  • 25 февраля 2016, 00:04
+1
Не будет ли КПД выше у элементов Пельтье?
www.rmnt.ru/story/electrical/684696.htm
Разность температур преобразуется сразу в электричество. И в обслуживании проще.
+
avatar
+1
Мне кажется у Стирлингов КПД выше, чем у Пельтье будут. Хотя это сильно зависит от конструкции двигателя, конечно. Плюс, Пельтье выдают электричество напрямую, а Стирлинг все же дает механическую работу.
Ну и для меня не особо интересно с Пельте заниматься.
+
avatar
  • yalexey
  • 25 февраля 2016, 00:37
+5
Вы не поверите… Есть проекты солнечных электростанций на стирлинге с КПД более 30%. То есть, выше фотокремния. Где уж там пельтье.
+
avatar
  • surgik
  • 25 февраля 2016, 00:57
+1
Двигатель Стирлинга самый экономичный из всех известных.
Только при определенных условиях.
Герметичная камера и давление водорода 300 атмосфер.
На Шведских подводных лодках стоят такие для выработки энергии.
+
avatar
  • Bloop
  • 25 февраля 2016, 10:27
+2
Вообще-то КПД Стирлинга в первую очередь определяется эффективностью такой детали, как теплообменник-регенератор, которой в этих простейших моделях нет как таковой вообще.
+
avatar
  • Flashkin
  • 24 февраля 2016, 23:58
0
динамку надо к нему прикрутить, пусть что нибудь заряжает :-)
+
avatar
  • Sl8er
  • 25 февраля 2016, 00:45
+1
Инерционность просто поразительна, как будто на каких-то превосходных подшипниках, так долго останавливался маховик.
+
avatar
+1
Исключительно тепловая инерция. Если мгновенно охладить дно, маховик встанет в ту же секунду.
+
avatar
  • smiler
  • 25 февраля 2016, 16:10
0
860 оборотов — это уже холостые обороты ДВС!
+
avatar
  • Shmoky
  • 24 февраля 2016, 23:49
+5
Не спрашиваю для чего оно, но занимательно…
+
avatar
+7
один школьник оставил отзыв на Али про то что подарил эту штуку в кабинет физики и получил «отлично» за весь год :)
+
avatar
  • G99999
  • 25 февраля 2016, 00:33
+4
Пацаны в школе собрали денег и хотели так же прогнуться по физике.Я купил электрофорную машину.Меня практически обвинили во взятке.Но машину приняли на баланс и деньги вернули.Вот так в Москве.Оказывается на все эти причиндалы деньги выделены бюджетом, вот только прикупить их никто не торопиться, без пинка!
+
avatar
+10
сам думал подобное купить, но, земноводное наступило на горло :)). А так, девушка молодец! Сломала сделала :) Это по нашему
+
avatar
  • SeverCon
  • 24 февраля 2016, 23:56
+6
Очешуительная хреновинка!)))
+
avatar
  • ROBUS
  • 25 февраля 2016, 00:25
0
Рядом с батареей отопления поставить, будет работать?
+
avatar
  • surgik
  • 25 февраля 2016, 00:52
+3
Прямо на батарею, нижняя сторона должна быть горячая а верхняя холодная.
именно эта модель демонстрационная, предназаначена что бы ставить на горячую чашку.
Потому от свечки и сгорела.
+
avatar
  • Fullmoon
  • 25 февраля 2016, 01:13
+35
На ИК-Фурье спектрометре определили
Вот люблю я такое. „Мне тут лампочка из Китая пришла, брак, проволочка отвалилась, так я её лазером обратно приварил“.
+
avatar
  • VIPerFLA
  • 25 февраля 2016, 01:24
0
почему бы и нет, если под руками есть :-) интересен только сам способ определения — брали образец известного полимера и просто сравнивали спектры или как-то ещё? а то так полиэтилен от полипропилена не так уж и просто будет отличить)
+
avatar
  • ewavr
  • 25 февраля 2016, 01:33
0
Продавец вообще пишет: Displacer piston:PVC foam (т.е. вспененный ПВХ).
+
avatar
+2
Так и есть. К прибору идет база спектров. Спектр анализируемого образца сравнивается со спектром с большей степенью вероятности соответствующий искомому. Вероятность сходимости на ППЭ — 80% выдавало.
Момент с вспененным ПВХ просмотрела. Эх, простим китайцев за химию, надеюсь, новый поршень продержится не меньше родного.
А вообще удобно, когда есть на чем посмотреть, и не только посмотреть. Иногда приходится прибегать к рабочим инструментам)
+
avatar
  • bosrait
  • 25 февраля 2016, 06:15
+7
Я помню обзор этого парня… после прочтение про лазерную сварку кошмары снились… Но мы все же инженеры, нам важен сам процесс :)
+
avatar
  • mikas
  • 25 февраля 2016, 08:07
+30
Прочитав это
нижнее дно отвалилось
вспомнилось — «К верхнему днищу бака приваривается треугольное отверстие диаметром 3 х 4»
+
avatar
+5
=) честно, не придумала как понятнее объяснить, что откуда отвалилось. В копилку афоризмов добавится.
+
avatar
  • Morjak
  • 25 февраля 2016, 08:11
+7
Как-не привычно слышать от девушки такие слова как поршень, маховик и, тем более, спектрометр, а о ремонте поршней вообще впервые слышу. Только положительные эмоции и аплодисменты стоя, за обзор однозначно плюс!!!
+
avatar
  • solaris
  • 25 февраля 2016, 10:34
+4
Да, к таким обзорам надо фото не с кошаком добавлять, а с автором. Фото девушки просим!)
+
avatar
+12
… На ИК-Фурье спектрометре определили, что материал поршня ППЭ…
… можно изучать более сложные варианты...
Мда… Пойду-ка я щи приготовлю…
+
avatar
  • nik34
  • 25 февраля 2016, 08:36
+2
Вот тут в одной статье собраны конструкции разных типов двигателей Стирлинга, кому интересно
www.mobipower.ru/modules.php?file=article&name=News&sid=113
+
avatar
+1
Вытеснитель расплавился от высокой температуры воздуха внутри или от прикосновения к дну?
Если первое, то надо задуматься об охлаждении верхней части. Двигателю важна не столько абсолютная температура, сколько разность температур.
Если второе, то достаточно просто подрегулировать вытеснитель, чтоб он ничего не касался.
+
avatar
+1
Дно слишком перегревается. Так что продумывать подогрев придется. По -хорошему, свечу заменить, как предлагали, чашкой с горячей водой, либо высоту подсвечника изменить. На батарею ставить здорово, но у меня узкие они, поэтому колхоз-тюнинг. Насчет регуляции зазора, только брать поршень потоньше. Буду искать 6 или начальные 8.
+
avatar
  • alanzet
  • 25 февраля 2016, 09:50
+2
во всех видео-картинках этот двигатель на чашку с кипятком ставят. А тут свечка…
+
avatar
  • ksiman
  • 25 февраля 2016, 10:48
+1
Правильно, потому, что это низкотемпературный двигатель, которому даже +100гр — много
+
avatar
+2
Да я как-то подумала: зачем чашка? Только свечка, только хардкор! Перестаралась, каюсь. Сама себя наказала. Теперь куча вариантов ремонта имеется
+
avatar
  • eugenes
  • 25 февраля 2016, 11:44
0
Можно как-то применять с пользой?
+
avatar
+2
Есть идея приколхозить светодиодик, может хватит мощности на него. Но пока не придумала как.
А так, можно купить еще 99 таких двигателей, глядишь и мобильник в поле заряжать смогу)))
+
avatar
+1
Хм, тащить в поле 100 двигателей, 100 свечей, 100 генераторов… а еще мешок проводов и ремней привода в придачу. Однако )))
+
avatar
+2
Мы не ищем легких путей)) Кстати, как вариант, можно вентилятор попытаться прикрепить. Тоже извращение, но польза хоть какая-то. В принципе данная модель больше ознакомительная, с ней серьезного особо не придумать. Уже имеется модель понавороченнее
+
avatar
  • Braiton
  • 27 февраля 2016, 16:05
0
Моторчик от старого флопика или может от cdrom наверное подойлет в качестве генератора
+
avatar
  • ksiman
  • 27 февраля 2016, 20:16
0
От CDROM не пойдёт — скорость слишком мала, от FDD вполне возможно
+
avatar
  • Kasatich
  • 25 февраля 2016, 13:43
+1
можно сделать патефон с приводом на этом двигателе — такие раньше выпускали)
+
avatar
  • eugenes
  • 25 февраля 2016, 15:43
+1
Стимпанк :)
+
avatar
  • winny2
  • 27 февраля 2016, 09:34
+1
В своё время фирма MSI (кажется) представляла концепт материнской платы, у которой на южном мосту стоял низкотемпературный стирлинг с вентилятором. Ну, стоял он поверх теплосъёмника, конечно, а из теплосъёмника выхотили теплопроводные трубки, оканчивающиеся радиатором, в который этот вентилятор и дул.
+
avatar
  • ksiman
  • 27 февраля 2016, 09:55
0
Была такая идея — двигатель сам себя охлаждал :)
www.overclockers.ru/hardnews/28415.shtml
+
avatar
0
Из статьи:
На пути коммерческой реализации данного принципа охлаждения могут стать препятствия экономического характера — такой двигатель в производстве обойдётся дороже простого кулера с электровентилятором.
Это же потрясающе интересная идея, неужели вышло настолько дороже обычного кулера, что не пошло в серию? Я б такую охлажденку прикупила бы.
+
avatar
  • ksiman
  • 27 февраля 2016, 12:47
0
Эта система охлаждения будет всяко шумнее обычного электрического вентилятора
+
avatar
  • mikkke
  • 25 февраля 2016, 19:51
+2
т.к машина обратимая, то можно крутить маховичок донышко в воду поставить, должно заморозить))))
+
avatar
  • bigvlad
  • 26 февраля 2016, 01:47
0
Спасибо — было интересно ;)
+
avatar
0
Всегда пожалуйста =) Майску-образовательный, чего только не встретишь.
+
avatar
  • PavelK
  • 27 февраля 2016, 16:21
0
Прикольная штука. Отдельный плюс за пол автора ;)
+
avatar
  • ksiman
  • 27 февраля 2016, 20:17
+3
Отдельный плюс за пол автора
и 2 плюса за целого автора :)
+
avatar
  • Myp
  • 27 февраля 2016, 22:02
0
свеча это конечно жёстко.
я делал из консервной банки, он работал стоя на кружке с кипятком.

на маховик надо приделать лопасти, чтобы во время работы лопасти обдували верхнюю часть главного цилиндра
будет охлаждать чтоб не перегревался.
+
avatar
0
В качестве извращения уже подумываю из герметика сделать бортики и верхнюю часть залить водой :)
Правда, придется снова воспользоваться приборами с работы, дабы проверить из нержавейки ли крышки рабочей камеры сделаны.
+
avatar
  • maz
  • 29 февраля 2016, 18:11
0
Весьма дельный обзор, учитывая, что автор — барышня!!!

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.