| | Новая тема | Ответить | | | Поиск в теме | Версия для печати | |
| Описание: Форум о двигателе имени Стирлинга. Как сделать, чертежи, описания. |
| Гость Прекратил участие в работе форума |
  |
|
| здрасте всем. внимательно прочиал всю ветку. этой хреновиной я заинтеррисовался лет 5 назад. но стоить начал толков этомгоду. достал компрессор воздушный v-образный. 90 -градусов- компрессия дурная, (15 кг..) выточил маховик- свободный доступ с токарному и снс фрезерному. так вот - не работаетэта хреновина. я понял, что вся прблема в регенерации. у меня очень большой опыт в механике -, рбото технике.. на основе всех наблюдений -кольцевать надо - низ - верх цилиндров. греть - тот, где забор - снизу. уплотнение - только на холодном поршне., и оси горячего поршня- толкатель горячего цилиндра -состоит из двух частей-, поршень свободный с зазором -0,5 мм. если есть желание - начну выкладывать фотки. с большим уважение к учасникам форума, |
|
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
||
|
Цитата:
Ну если не затруднит , желание посмотреть есть большое |
||
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| есть ли на форуме кто- у кого стирлинг заработал? | |
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| Есть. | |
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| сегодня закончил комплектацию. на днях буду собирать. .................................... есть ли видео работающего стирлинга,кто с форума? |
|
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
||
|
sergant69 пишет:
Уже кажется выкладывал. А видео... ничем не отличается от других. http://www.youtube.comS/watch?gl=...mp;v=I754wiDO4GI Прикреплено изображение (Нажмите для увеличения)  (Отредактировано автором: 29 Сентября, 2010 - 00:24:08) |
||
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| Это игрушка. Поищи по нику Батон, там гораздо серьезней. | |
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| хотел собрать-. забыл роточить кольцо нагревателя... да и пары прокладок недостаёт.. правда - подориль паяльную лампу - вот ссылки на фотки. на ваш суд.- спрашивайте. (Добавление) http://img42.imageshack.us/img42/4945/18018.jpg http://img571.imageshack.us/img5...1/4738/18015.jpg http://img266.imageshack.us/img2...6/3530/18019.jpg http://img69.imageshack.us/img69/2163/18022.jpg http://img408.imageshack.us/img4...8/7631/18023.jpg http://img197.imageshack.us/img197/617/18027.jpg http://img831.imageshack.us/img8...1/8281/18028.jpg (Добавление) а вообще - если эта хрень заработает - есть желание срастить его с зеркальной тарелкой - солнце+ охлпдитель -(мини холодильная установка.) |
|
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| Большие фото медленно грузятся. Не могу дождаться. Лучше размести их в теме. Обрежь и сожми до 100 кб тогда вставятся. (Отредактировано автором: 01 Октября, 2010 - 00:08:33) |
|
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| извеняюсь. не поумал..... ..................... (Добавление) 1 (Добавление) http://img405.imageshack.us/img4.../1764/18015z.jpg http://img163.imageshack.us/img1...3/7029/18016.jpg http://img215.imageshack.us/img2...5/4719/18017.jpg http://img26.imageshack.us/img26/4945/18018.jpg http://img43.imageshack.us/img43/3530/18019.jpg http://img267.imageshack.us/img267/350/18020.jpg http://img121.imageshack.us/img121/381/18021.jpg http://img163.imageshack.us/img1...3/2163/18022.jpg Прикреплено изображение (Нажмите для увеличения)  |
|
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| Вообще-то вытеснитель должен переместить весь воздух. В сплющенном месте этого не произойдет. Надо обрезать и заглушить ровно. | |
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| не понял? длинна нагревательной камеры равна 2 длиннам вытеснителя. а трубу заплюснул - что бы пробку не приваривать... вообще думаю сделать её съёмной- для подбора длинны. но этот вариант ещё не запускался. ......................... |
|
| Гость Прекратил участие в работе форума |
| |
|
| Идеальный стирлинг ----------------------------- В этих сообщениях я хочу поделиться своими соображениями по поводу конструирования двигателей Стирлинга. Вначале о расчетах. Обычно предлагается рассчитывать по теории Шмидта. Познакомившись с нею, я понял, что для обычного любителя она бесполезна: слишком много ей нужно параметров, которые точно определить нельзя. Поэтому я предлагаю пользоваться обычной термодинамикой для идеального цикла Стирлинга. (Кстати, я пишу стирлинг с маленькой буквы, если имею в виду двигатель, а с большой буквы - человека.) Конечно, эти расчеты дадут идеальные значения. Насколько они далеки от реальных, сказать трудно. Но, во-первых, по этим расчетам сразу можно будет сказать, каких параметров мы в данном стирлинге точно не достигнем. Во-вторых, у нас будет ориентир, к чему стремиться. И в-третьих, разделив наш результат на два или на три, получим хорошее приближение к реальности. Итак, моя цель - дать формулу мощности стирлинга при исходных параметрах: - температура холодильника, Т1, - температура нагревателя, Т2, - рабочий объем, V1, - рабочее давление P1. Если опустить физику с математикой, результат таков. Полезная работа за один цикл идеального стирлинга А = 0.37 * P1 * V1 * (Т2-Т1) * Log((T2+273)/(T1+273)) Дж, где Р1 - в атмосферах, V1 - в литрах, температура - в градусах Цельсия (Log - натуральный логарифм). Давление в горячем цилиндре P2 = P1 * (T2+273)/(T1+273) Ну что ж, прикинем. Для 1-литрового стирлинга на атмосферном давлении, температура нагрева 300 град, температура охлаждения 100 град, получаем полезную работу цикла чуть больше 30 джоулей. А сколько циклов в секунду сделает наш стирлинг? Ответ даст только тот, кто уже сделал хоть один двигатель. Опять же, по здравому смыслу, один цикл в секунду - это как-то сильно медленно, а 10 циклов в секунду - оптимистично. Следовательно, мощность будет между 30 и 300 ваттами. Делим на 3 для перехода к практике и получаем 100 ватт максимум. Значит, если накачаем на 10 атмосфер - получим киловатт. Ну, и так далее... К сожалению, это еще не все. Вспоминаем про кпд (коэффициент полезного действия). Для цикла Стирлинга он совпадает с максимально достижимым кпд тепловых машин: кпд = (Т2-Т1)/(Т2+273) для низкотемпературного стирлинга (Т1=50, Т2=100) получаем кпд=13%, для нашего однолитрового 300-градусного стирлинга кпд=34%. Поделив, по нашему обыкновению, результат на 3, делаем вывод, что низкотемпературные стирлинги имеют кпд единицы процентов, и только высокотемпературные - больше 10 - 15%. Казалось бы, ну и что? Все равно для стирлингов предполагается использовать даровую энергию. Подумаешь, потеряется там побольше или поменьше, это не сильно важно. Главное - получить нужную мощность. Нет. Это очень важно. Пусть кпд равен 10% - это одна десятая. Следовательно, на 100 ватт мощности надо подвести к нагревателю 1 кВт (это не страшно), и отобрать от холодильника 900 ватт! Вот где собака зарыта! Воздушный охладитель на 900 ватт - это очень серьезное сооружение! Посмотрите хотя бы внутрь своего компьютера. Охладитель процессора - это здоровенный радиатор, да еще и обдуваемый вентилятором, а отводит он около 100 ватт, не больше! Водяное охлаждение не спасает, поскольку воду тоже надо охлаждать с той же мощностью, и мы возвращаемся к исходной точке. Ну, если у вас есть неограниченный источник холодной воды (река или озеро, например), тогда водяное охлаждение - то, что доктор прописал. Следовательно, проблема охлаждения стоит весьма остро. Если охлаждение недостаточно, холодильник будет нагреваться, мощность - падать. Самое время вспомнить о проблеме регенератора. Идеальный цикл рассчитан в предположении идеального регенератора. Что это значит? Энергия, затраченная регенератором на нагрев газа от Т1 до Т2, полностью возвращается в регенератор при охлаждении газа от Т2 до Т1. То есть, нам не надо подводить энергию при нагреве и охлаждать холодильник при охлаждении газа (что и обеспечивает максимальный теоретический кпд). А если регенератор плохой, или его вовсе нет? Прикинем. Для нагрева (или охлаждения) газа нужна энергия (тепловая в данном случае): Q = Cv * (T2-T1), где Cv - теплоемкость газа (воздуха) при постоянном объеме. Для нашего 1-литрового стирлинга (теплоемкость 1л воздуха около 0.9 Дж/град) Q = 0.9*(300-100) = 180 Дж А на подогрев газа при изотермическом расширении ушло около 90 Дж (это и есть подводимая энергия за цикл). Всего за цикл надо подвести энергии 270 Дж. В три раза больше, чем при наличии регенератора. Значит, отсутствие регенератора ухудшает кпд в три раза. (То есть, при охлаждении придется отводить 2.7 киловатта! И это на наши 100 ватт полезной мощности). Как видим, не зря Стирлинг считал регенератор самой важной частью своего двигателя. Выводы (это мои соображения, у других людей может быть и по-другому). Можно подразделить стирлинги по их мощности. 1. Двигатели мощностью менее 1 ватта. Охлаждение не сложное. Регенератор в таких маленьких объемах неэффективен. Однако, маленькая мощность определяет их назначение, в основном, демонстрационными моделями-игрушками. 2. Двигатели до 10 ватт. Регенератор желателен, но если размеры охладителя до сотен ватт и гораздо более низкий кпд не смущают, то можно и без него. Назначение - походный генератор электроэнергии от костра или солнца. 3. Двигатели до 100 ватт и более. Регенератор обязателен. Охладитель большого размера. Назначение самое разнообразное: генерация электроэнергии для дачного домика, привод водяного насоса для колодца или полива, и т.д. По типу (альфа, бета, гамма). Оптимальная для любителя - типа гамма (по эффективности - бета, но он сложнее). Его плюс - уплотнения, работающие при низкой температуре. Я планирую делать двигатель на атмосферном давлении. Объясню, почему. Малое давление - тонкие стенки цилиндра. (В нашем 1-литровом двигателе давление в горячем цилиндре - 1.5 атм, а значит, избыточное давление - 0.5 атм) Лучший подвод мощности, меньшие теплопотери по стенкам, легче отвод тепла, меньше вес. Колоссальное ослабление требований к уплотнениям. Двигатели высокого давления обязаны иметь герметичные уплотнения. То есть, сохранять давление хотя бы в течение нескольких дней, а лучше - недель (мы же говорим о необслуживаемых двигателях, а если его каждый час надо подкачивать?). Для любителя эта проблема нерешаемая. Двигателю на атмосферном давлении герметичные уплотнения не нужны (меньше потери на трение). Нужна только компрессия - сохранение давления на время цикла. Регенератор должен быть встроен в вытеснитель. Это гораздо проще конструктивно (чем лепить трубки на цилиндр). Снимаются требования к зазору вытеснителя. Зазор должен быть минимальным, чтобы вытеснитель ходил без трения, но воздух шел через регенератор. Думаю, порядка 0.1 мм, а может и меньше, - вполне достижимая величина. То есть остаются всего два уплотнения - штока вытеснителя и рабочего поршня. Сейчас мне возразят про низкую мощность или большие габариты. Ну, мы уже прикинули. Для 100 ватт достаточно одного литра рабочего объема, или около 2 л полного объема. Что, не поместится в сарай или на крышу? Для походного двигателя в несколько ватт рабочий объем - размером со стакан. Это очень много? Для увеличения объема (и мощности) в 8 раз мы увеличиваем размеры двигателя вдвое. Или накачиваем тот же двигатель на 8 атмосфер!(правда, это будет уже не совсем тот двигатель!) Выбирайте, что проще? (Добавление) Идеальный стирлинг. Выкладки (если вас не интересует теория, можно не читать). ------------------------------------- Для наглядности представляем себе бета-стирлинг с вытеснителем и рабочим поршнем в одном цилиндре. Нагрев - вверху, охлаждение - внизу. Регенератор - в вытеснителе. http://www.onlinedisk.ru/image/5...864/stirling.png Рассматриваем идеальный цикл с регенератором. Он состоит из четырех ветвей (на диаграмме PV или ST). Не упускаем из виду, что в теории все температуры - в Кельвинах. Исходное состояние: вытеснитель вверху, газ находится при Т1 и занимает объем V1. Ветвь 1. Изохорический нагрев. Вытеснитель перемещается вниз до соприкосновения с рабочим поршнем. Газ переходит в горячую область, нагреваясь до Т2 в регенераторе. (При этом его давление возрастает до P2 = P1*T2/T1) Тепло, полученное газом от регенератора (хотя это и не важно): Q1 = Cv * (T2 - T1) Ветвь 2. Изотермическое расширение. Поршень вместе с вытеснителем движутся вниз. Газ изотермически расширяется до объема V2 = V1 * T2/T1. Тепло, полученное газом при расширении (если газ расширяется, его надо нагревать, иначе он охладится) равно работе, совершаемой газом над рабочим поршнем, считаем по формуле A1 = интеграл(от V2 до V1) P * dV P подставляем из уравнения Клапейрона-Менделеева: P*V = Nu*R*T, R - универсальная газовая постоянная, Nu - число молей газа. P = Nu*R*T*1/V. Т постоянна и равна Т2. Окончательно, A1 = Nu*R*T2*log(V2/V1). Ветвь 3. Изохорическое охлаждение. Вытеснитель перемещается вверх, газ уходит в холодную область через регенератор, отдавая ему тепло Q2 = Q1, такое же как и в ветви 1, и охлаждаясь до Т1. Ветвь 4. Изотермическое сжатие. Рабочий поршень перемещается вверх, сжимая газ от объема V2 до V1, при этом отдавая холодильнику тепло (при сжатии газ стремится нагреваться, поэтому его надо охлаждать), равное работе внешней силы над поршнем (такое же, как и в ветви 2, только при температуре Т1): A2 = Nu*R*T1*log(V2/V1). Все. Мы вернулись в исходное состояние. Цикл завершен. Полезная работа за цикл равна разности работ А1 и А2: А = Nu*R*(T2-T1)*log(V2/V1). Поскольку V2/V1 = T2/T1, получаем результат, приведенный в первом сообщении. Работа за цикл: А = Nu*R*(T2-T1)*log(T2/T1) Проверка: посчитаем кпд. Он равен полезной работе, деленной на затраченное при расширении газа тепло: кпд = A/A1 = (T2-T1)/T2. Это максимально возможный кпд тепловой машины. Примечательно, что работа за цикл не зависит от вида газа (водород, азот или воздух - все равно), а только от его количества и температур нагревателя и холодильника. Подставляя численные значения и переходя к градусам Цельсия, получаем приведенный выше результат. R = 8.31 Дж/(К*моль), Nu для одного литра при нормальных условиях равно 1/22.4 (один моль любого газа занимает 22.4 литра при нормальных условиях) (Добавление) Идеальный стирлинг. Расчет регенератора. ---------------------------------------- Вначале заострим внимание на важных аспектах работы регенератора. Регенератор - это трубка из теплоизоляционного материала (чтобы исключить передачу тепла по стенкам), заполненная пористым материалом, через который проходит газ в горячую и обратно в холодную область в процессе работы. Этот материал называется насадкой. Нижний конец регенератора имеет температуру холодной области, верхний конец - температуру горячей области. Так что газ попадает в области нагрева и охлаждения, уже имея нужную температуру. (Надо представлять себе регенератор в виде большого количества слоев насадки, температура каждого последующего слоя немножко уменьшается сверху вниз, но не меняется в процессе работы.) В процессе нагрева газ принимает тепло от регенератора, а в процессе охлаждения отдает точно такое же количество тепла регенератору, запасая в нем тепло на следующий цикл. При этом температура регенератора не меняется. Так будет, если теплоемкость насадки многократно (в десятки раз) превышает теплоемкость газа. Чтобы не было теплопередачи вдоль регенератора, насадку укладываем тонкими слоями. Считаем. Удельная теплоемкость воздуха около 1 Дж/(литр*град). Для нашего однолитрового стирлига, следовательно, теплоемкость равна 1 Дж/град. (Очень удачно для расчетов, что 1 л воздуха весит 1 г.) По Уолтеру в качестве насадки лучше всего подходят сетки из тонкой (0.1-0.01 мм) металлической проволоки. А какие теплоемкости у металлов? Смотрим справочник: латунь - 0.38 медь - 0.385 железо - 0.444 никель - 0.5 Дж/(г*град) Значит, если мы возьмем около 100 г насадки, любого материала из перечисленных, теплоемкость насадки превысит теплоемкость газа в 38-50 раз. Да, но какой объем займет эта насадка? Плотность металлов: латунь 8.4 медь 8.9 сталь 7.8 г/куб.см Проволока займет 11-12 куб.см. Но еще останутся промежутки (должен ведь проходить газ!), поэтому реальный объем будет в несколько раз больше. Ну, скажем, раз в пять или десять. Получается объем регенератора 60 - 160 куб.см. Здесь виден компромисс. Объем регенератора - это мертвый объем (ну, исключая объем проволоки). Поэтому, чем плотнее утолкаем проволоку, тем меньше мертвый объем, но тем труднее газу протиснуться - больше потери на трение. Ну вот, у нас получился мертвый объем около 10% рабочего. Это не много. Еще один неприятный момент - масса вытеснителя возросла на 100 г. Если это критично, регенератор надо убирать из вытеснителя (например, сделать кольцевым по стенкам, или в виде наружных трубок). Это небольшое конструктивное усложнение. Вывод. Идеальный регенератор выглядит так. Трубка из теплоизолирующего материала (например, стеклянная, или из тонкого металла) заполненная запутанной тонкой металлической проволокой, спрессованной тонкими-тонкими слоями. Чем больше длина трубки - тем выше качество регенератора, тем труднее продуть через нее газ. (Еще один компромисс.) На каждый литр рабочего объема (умноженный на давление в атмосферах) нужно около 100 г насадки. Если трубка не внутри вытеснителя (коорый сам по себе должен быть из теплоизолятора), хорошо бы ее теплоизолировать еще и снаружи. (Добавление) Идеальный стирлинг. Расчет охладителя. ----------------------------------------------- В общем так. Если стирлинг не имеет доступа к неограниченному источнику воды (например, водяной насос или двигатель на корабле), остается только воздушное охлаждение. А водяное охлаждение снимает все проблемы. Рассмотрим воздушное охлаждение. Воздушное охлаждение - это охлаждение с помощью ребристых радиаторов. То есть, всю охлаждаемую поверхность утыкиваем алюминиевыми или медными (что лучше, но дороже) пластинами толщиной не менее 1 мм. Расстояние между ними должно быть не менее 6-8 мм для естественного охлаждения. При обдуве вентилятором можно и меньше, но чтобы воздух проходил насквозь. Посмотрев методики расчета воздушных охладителей, и какую они дают точность, я сделал вывод - так считать мы не будем. Мало того, что куча замороченных вычислений, так еще и нет никакой гарантии, что посчитано правильно. А поскольку точности нет, так и будем использовать самую простую методику. Из всей той галиматьи с тепловыми расчетами следует нужная нам эмпирическая зависимость: 1 кв.см поверхности ребра при перепаде температуры в 1 градус способен отдать около 1 мВт мощности при естественном охлаждении. Это при охлаждении с двух сторон. Запишем формулой: P = 0.001 * S * dT, где Р - мощность в ваттах, S - площадь в кв.см, dT - разность между температурой охладителя и окружающего воздуха. Поэтому нужная нам площадь охладителя S = 1000 P / dT Считаем. Наш однолитровый стирлинг при кпд 15% (оптимистично так берем) и выходной мощности 100 Вт должен отдавать охладителю 670 Вт при температуре 100 градусов. Температура воздуха - 30 градусов (лето!  Перепад температур - 70 градусов. Значит площадь охладителя равна 1000 * 670 / 70 = 9571 кв.см. Округляем до 10000 кв.см. Если взять ребра 20х10 см (200 кв.см), потребуется 50 таких ребер. При расстоянии между ребрами 6 мм длина радиатора составит 30 см. Размещая его по окружности цилиндра получаем диаметр цилиндра 10 см. Должно поместиться! Для больших мощностей размеры получатся посолиднее. Еще раз обращаю внимание на то, что размеры радиатора не зависят от того, на какое давление мы смогли накачать наш стирлинг (пытаясь уменьшить его размер, вообще-то), а определяются только мощностью двигателя и его кпд. На цилиндре меньших размеров такой радиатор может и не поместиться. Тогда выход только один - принудительный обдув. Расчет охлаждения при обдуве - еще более муторный. Ничего полезного найти не получилось, кроме того, что поток воздуха со скоростью 1 м/с снижает требования к площади вдвое. Надо полагать, если 2 м/с - то вчетверо. Похоже, проще определить опытным путем. Если температура охладителя получится больше расчетной - площадь радиатора или обдув надо увеличивать. Но в общем, уже можно представить, что охладители, рассеивающие киловатты, имеют размеры обычных радиаторов отопления помещений. Что с позиций здравого смысла и понятно. Надо бы еще учесть, что это мы охладили внешнюю стенку цилиндра. Внутри температура будет повыше, так что считать надо с запасом. Но расчет настолько приблизительный, что не знаю, стоит ли на это заморачиваться. Считаем, что это минимальный охладитель, и будем делать по крайней мере не меньше, а если помещается - то, конечно, побольше. (Отредактировано автором: 12 Октября, 2010 - 20:30:52) |
|