Модель двигуна Стірлінга. Креслення, опис

МОДЕЛЮВАННЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / моделювання

Модель двигуна Стірлінга. Поради моделісту

моделювання

Двигун Стірлінга – це двигун зовнішнього згоряння, в якому теплова енергія підводиться до робочого тіла (у нашому випадку – до повітря) ззовні – через стінку циліндра. Принцип дії його заснований на відомому фізичному законі - розширенні та стисканні повітря при нагріванні та охолодженні. Тому стирлінг називають ще повітряно-тепловим двигуном. Зрозуміти роботу двигуна, який Стірлінг розробив ще 1816 року, нам допоможе модель, описана у книзі С. Баранова "Діючі моделі теплових машин" (рік видання 1936-й).

Спочатку про те, як влаштована модель стирлінгу. Вона збирається з чотирьох основних частин: двох сполучених циліндрів - теплообмінного 6 і робочого 3 камери нагріву - назвемо її топкою 4 - і резервуара з холодною водою (на схемах I-III він не показаний див. його на загальному вигляді двигуна).

(Натисніть для збільшення)

У верхній частині теплообмінного циліндра 6 герметично впаяна 7 камера для води. Її завдання – охолодити нагріте повітря. Через цю камеру проходить шток поршня-витіснювача 5. Витіснювач встановлений у циліндрі 6 із зазором, не торкаючись стінок.

Робочий поршень 2, навпаки, щільно підігнаний до циліндра 3 і рухається ним практично без зазору. Між собою витісняльник 5 і робочий поршень 2 з'єднані через кривошипно-шатунний механізм, причому кривошип і ексцентрик встановлені відносно один одного зі зсувом фаз на 90°.

Циліндри з'єднані між собою трубкою, і тому повітря може легко проходити з теплообмінного в робочий циліндр і навпаки.

Кривошипно-шатунний механізм складається з кривошипу з шатуном та віссю (вузол 8), ексцентрика 1 та маховика 9. Діаметр маховика 80 мм, а відстань від осі до пальця ексцентрика 14 мм.

Отже, припустимо, що ми поставили спиртовку в топку 4 і почали нагрівати дно циліндра 6. Через деякий час повітря під поршнем-витіснювачем нагріється (а значить, розшириться) і спрямує вгору (нагадаємо: між витіснювачем і стінкою циліндра є зазор). Зрушимо маховик 9 з мертвої точки, і поршень-витіснювач 5 почне підніматися нагору, витісняючи при цьому холодне повітря зверху вниз. Повільно почне рухатися і робочий поршень 2. Холодне повітря, стикаючись з розпеченим дном циліндра 6, нагріється, тиск зросте, і повітря трубкою піде в робочий циліндр 3. Поршень 2 під його впливом почне свій робочий хід. Поршень рухається вгору, а тим часом витискувач вже почав опускатися вниз, тому що фази їх, як уже було сказано, зсунуті на 90 °.

Поршень зайняв верхнє положення і під дією інерції маховика 9 починає опускатися вниз, витісняючи в циліндр відпрацьований 6, що втратив початкову теплоту повітря. Потрапивши у верхню частину теплообмінного циліндра, він ще більше охолоджується і зменшується обсягом. Витіснювач при зворотному ході робочого поршня знову починає підніматися і знову переганяє холодне повітря зверху вниз. Стикаючись з розпеченим дном 6 циліндра, холодне повітря нагрівається, розширюється, і цикл повторюється.

Головне в роботі такого двигуна – охолодження повітря. У нашій моделі це робить вода, що надходить із резервуара, встановленого поряд із двигуном. Як тільки вода, що знаходиться в камері 7, нагріється гарячим повітрям, вона прямує по патрубку вгору і потрапляє в резервуар. А на її місце, вже по нижньому патрубку, надходить із резервуару холодна вода. У фізиці це явище називають тепловою конвекцією.

Тепер про те, як зробити модель двигуна.

Модель двигуна Стірлінга

Обидва циліндри 3 і 6, топку 4 найпростіше спаяти з жерсті. Спочатку виріжте заготовку для циліндра 6 (ширина її приблизно 223 мм), просвердліть отвори діаметром 4,2 мм для осі, а потім зігніть на круглій болванці. Паяйте циліндр. З зовнішніх боків його вушок напаяйте втулки із внутрішнім діаметром не менше 4,2 мм – вони виконують функції підшипників. Потім починайте виготовлення водяної камери 7.

По діаметру циліндра, що вийшов, виріжте з жерсті два кружечки. У центрі їх просвердліть отвори під трубку із внутрішнім діаметром приблизно 3 мм (довжина її 32 мм). Впаяйте трубку в кружечки так, щоб відстань між ними була 30 мм. Деталі, що вийшла, закріпіть паянням усередині циліндра, відступивши від його нижнього краю на 35 мм. Намагайтеся виконати цю операцію якомога акуратніше, камера 7 повинна бути герметичною, і вода не повинна просочуватися через стінки.

Витіснювач 5 збирається з легкого дерев'яного циліндрика, діаметр якого приблизно на 2,5 мм менше внутрішнього діаметра циліндра 6 (висота його підбирається експериментальним шляхом) та штока, зробленого зі спиці діаметром 2,8мм. З обох боків обійте циліндрик бляшаними кружальцями. По діаметру штока просвердліть у центрі циліндрика отвір і щільно вставте шток. А щоб він від нагрівання не вискочив, припаяйте його до бляшаних кружечок. Шток повинен вільно ходити трубкою камери 7, без зайвого тертя.

У верхній частині штока просвердліть отвір для пальця шатуна.

Особливу увагу приділіть циліндру 3 та поршню 2. Від їхньої якості залежить робота всієї моделі. Циліндр можна виготовити з обрізання мідної трубки довжиною 40 мм і діаметром 18-20мм, запаявши її знизу кружечком латунним. У готовому циліндрі не забудьте просвердлити отвір для його повідомлення з великим циліндром. на токарному верстаті. Шток закріплюється у верхній частині поршня шарнірно.

Заготівлю топки 4 теж потрібно вигнути на круглій болванці, попередньо проробивши в ній отвори для повітря та гвинтів кріплення. Спаювати її бажано прямо на готовому циліндрі 6. Тепер потрібно зібрати модель: припаяти циліндр 3, підігнати до нього поршень 2, впаяти в циліндри трубку для сполучення між собою, змонтувати кривошипно-шатунний механізм, запаяти дно циліндра 6. Готовий корпус двигуна встановіть на топку 4 і закріпіть паянням.

Резервуар для водяного охолодження - це жерстяна банка з впаяними знизу та зверху патрубками, на які одягнені гумові шланги. Закріплюється резервуар поруч із двигуном на дерев'яній підставці.

Підсумовуючи, зауважимо, що двигун Стірлінг діє на такому фізичному явищі: робота, що здійснюється гарячим повітрям при розширенні, більше роботи, яку треба витратити на його стиск. Тому постарайтеся краще налагодити кінематику моделі, щоб до мінімуму зменшити тертя в вузлах, що рухаються.

Декілька слів про сучасні стирлінги.

Двигуни зовнішнього згоряння будують і зараз, причому за деякими параметрами вони запобігають іншим двигунам. Сьогодні вони вже не такі громіздкі, як минулого століття.

Як робоче тіло у них застосовується легкий газ: гелій або водень (у Роберта Стірлінга використовувалося повітря). На роботу сучасного стирлінгу не впливає зовнішнє середовище: газ, закачаний у корпус під тиском, знаходиться у замкнутому обсязі. Тому сучасні стирлінги можна застосовувати практично усюди: і у воді, і під землею, і у відкритому космосі, тобто там, де звичайні двигуни працювати не можуть.

Автор: В.Горстков

Рекомендуємо цікаві статті розділу моделювання:

▪ Розмітка маточини

▪ Склопластик для авіамоделі

▪ Модель ракети класу S6А

Дивіться інші статті розділу моделювання.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Безпілотник для підземної розвідки 18.03.2022

Норвезькі вчені розробили дрон RMF-Owl, призначений для підземної розвідки. Він вміє огинати перешкоди і уникати зіткнень.

Справа в тому, що поки що для роботів уникати перешкоди в замкнутому просторі - складне завдання. Заважає відсутність доступу до глобальної навігаційної супутникової системи.

Новий дрон заздалегідь оснастили міцним корпусом із багатошарової вуглецевої піни. У нього є чотири мотори та польотний контролер PixRacer R15. Сам безпілотник завдовжки становить 38 сантиметрів, а важить 1,45 кілограма. Він здатний літати автономно десять хвилин.

Для визначення місцезнаходження дрон використовує одометрію з лідара та систему одночасного орієнтування та картографування CompSLAM. Розвідку йому допомагають вести локальний та глобальний планувальник траєкторії. Крім того, безпілотник здатний наносити на карту підземні простори та шукати у них об'єкти.

Дрон уже випробували у норвезькій шахті: він спланував маршрут без зіткнень у вузькому коридорі та за 6,6 хвилини пролетів понад 200 метрів.

Інші цікаві новини:

▪ Протонний транзистор

▪ Автомобільні технології майбутнього Hyundai

▪ Карти пам'яті PRO Plus та EVO Plus від Samsung

▪ Жонглер – спеціальність інтелектуальна

▪ Лінгвістичні здібності щурів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Веселі завдання. Добірка статей

▪ стаття Мо-цзи. Знамениті афоризми

▪ Назва якої столиці означає просто столиця? Детальна відповідь

▪ стаття Газозварювальник, газорізач. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Якщо зображення на екрані монітора нестабільне. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Тростина, загорнута в газету. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт