Jak zrobić puszkę coli Silnik Stirlinga

Jak zamienić jeden z nich w mały silnik? Chcesz dowiedzieć się więcej? Sprawdź te zdjęcia silników samochodowych! Sean Ellis / Photographer's Choice / Getty Images

Jeśli masz kilka puszek po napojach i kilka innych łatwych do znalezienia akcesoriów, możesz odtworzyć jeden z pierwszych komercyjnie opłacalnych silników, jakie kiedykolwiek wyprodukowano. Mimo niewielkich rozmiarów silnik Stirlinga w puszce po coli nadal przemawia do naszej zbiorowej mechanicznej duszy, gdy rozdziera się i odłamuje na półce, obracając koło zamachowe, obracając kilka łopatek wentylatora, a nawet generując kilka watów.

Jej bardzo prostota przywołuje inny czas. I niezależnie od tego, czy traktowano go jako dowód słuszności koncepcji, ciekawy model, fragment rozmowy czy kawałek rzeźby kinetycznej, zrobienie puszki po napojach silnik Stirlinga to świetny sposób na odejście w przeszłość.

Silnik Stirlinga był dzieckiem mózgu Roberta Stirlinga, który wynalazł tę koncepcję w 1816 roku. Ideą jego silnika było wykorzystanie powietrza do napędzania silnika, a nie rozwijającej się wówczas technologii - pary.

Tym, co odróżniało silnik Stirlinga od innych, było zastosowanie „ekonomizera”, który zwiększał oszczędność paliwa. Jest to obecnie znane jako regenerator. W latach 1816–1843 Stirling i jego brat James udoskonalili konstrukcję i wydajność silnika. W połowie XIX wieku jego silniki napędzały główne gałęzie przemysłu, w tym odlewnie. Jednak jego silnik, podobnie jak większość silników na gorące powietrze, był bardziej przystosowany do zastosowań o małej mocy. Jego pragnienie stworzenia bezpieczniejszej alternatywy dla często wybuchających silników parowych zostało pokonane przez potrzebę większej mocy do napędzania rozwijających się gałęzi przemysłu.

Pierwszą rzeczą, którą powinieneś wiedzieć o silniku Stirlinga, jest to, jak części pasują do siebie i jak działają.

Zawartość

1. Materiały do ​​budowy silnika Stirlinga w puszce po koksie
2. Przygotowania do budowy silnika Stirlinga w puszce po koksie
3. Montaż silnika Stirlinga z puszką po coli

Zabierz regenerator Stirlinga i masz silnik na gorące powietrze. Sposób działania silnika na gorące powietrze jest prosty. Powietrze staje się tym, co nazywamy „płynem roboczym”. Źródłem ciepła, w przypadku większości puszek sodowych silników Stirlinga, jest świeczka podgrzewająca, która ogrzewa powietrze powodując jego rozszerzenie. Powietrze jest następnie schładzane, powodując jego kurczenie. Rozszerzanie i kurczenie się powietrza lub płynu roboczego to cykl termodynamiczny. Teraz użyj tego cyklu termodynamicznego do poruszania tłokiem, a skutecznie pozwoliłeś cyklowi termodynamicznemu na wykonanie użytecznej pracy mechanicznej. Kiedy mocujesz wał korbowy do tłoka i dodajesz koło zamachowe, masz podstawy silnika.

Zbuduj jeden silnik Stirlinga, a nauczysz się więcej niż kilku lekcji na temat inżynierii domowej roboty. Przede wszystkim budowanie go to świetna zabawa i daje szansę na kreatywne wykorzystanie tego, co większość ludzi uważa za śmieci. A widząc, jak to działa, przenosi to na zupełnie nowy poziom.

Brzmi prosto? Tak, ale do zbudowania silnika zostało jeszcze trochę czasu. Będziesz potrzebować więcej komponentów, kilku materiałów i zrozumienia, jak one wszystkie do siebie pasują, zanim silnik zacznie się rozpadać.

Oto, czego będziesz potrzebować:

• Trzy (3) puszki po napojach
• Jeden (1) balon
• Dwa (2) sutki szprychowe
• Cztery (4) elektryczne listwy zaciskowe 5A
• Wełna stalowa
• Zakrętka z plastikowej butelki
• Stalowy drut
• Kabel miedziany
• Pręt kołkowy
• Przewód elektryczny
• Drut wędkarski
• Trzy (3) płyty kompaktowe
• Otwieracz do puszek
• Nóż uniwersalny
• Super klej [źródło: ScrapToPower.com]

Przyjrzyjmy się komponentom, które będziesz konstruować, zobaczmy, jak działają, co robią i jak to wszystko do siebie pasuje.

Historia Stirlinga

Robert Stirling nie był pierwszym, który spróbował silnika pneumatycznego, ale był pierwszym, który stworzył opłacalny produkt komercyjny, a jego projekt silnika został wprowadzony do użytku w 1818 r. Do napędzania pompy wodnej w kamieniołomie.

Prosta świeczka do podgrzewania może zapewnić ciepło do silnika Stirlinga w puszce sodowej. Lisa Romerein / The Image Bank / Getty Images

„Musisz myśleć jak zegarmistrz”, mówi Jim Larsen, wieloletni konstruktor silników Stirlinga, autor i pedagog. „Musisz zwracać uwagę na szczegóły. Jeśli zwracasz uwagę na szczegóły, masz większe szanse na sukces”.

Główne elementy silnika Stirlinga są stosunkowo proste i nieskomplikowane. Koncentrując się na silniku w puszce po napojach, silniki zostały zbudowane przy użyciu materiałów, od puszek po farbę po beczki z olejem. Larsen powiedział podczas wyzwania Dziękczynienia podczas wizyty teściów, że zbudował silnik Stirlinga z różnych materiałów ze sklepu ze sprzętem, w tym garnków i patelni.

Aluminiowe puszki po napojach to gotowe, wstępnie uformowane kształty idealne do silników. Są również łatwe w obsłudze i oczywiście bardzo tanie. I chociaż nie są wystarczająco wytrzymałe do poważnego użytkowania, wytrzymają mikro-konie mechaniczne wytwarzane przez większość projektów silników.

Plik komora ciśnieniowa to naczynie, które utrzymuje uwięzione powietrze lub płyn roboczy w układzie zamkniętym. To tutaj powietrze jest podgrzewane i schładzane podczas cyklu termodynamicznego. Podczas gdy wycieki powietrza i ciśnienia mogą być zmorą wielu silników, komora ciśnieniowa w rzeczywistości wymaga niewielkiego kontrolowanego wycieku. Bez tego wycieku komora stałaby się po prostu barometrem i reagowała tylko na zmiany ciśnienia barometrycznego otaczającego ją powietrza.

Larsen powiedział, że wielu budowniczych Stirlinga decyduje się na zmianę płynu roboczego w komorze ciśnieniowej z powietrza na hel, który lepiej reaguje podczas cyklu termodynamicznego.

Plik mechanizm napędowy wykorzystuje rozszerzanie i kurczenie się powietrza wewnątrz komory ciśnieniowej do napędzania wału korbowego. Mechanizm napędowy można zamocować z boku silnika lub zintegrować z konstrukcją silnika.

Dla Larsena wał korbowy jest najbardziej krytyczną częścią silnika i ma wpływ na każdą część całości, od rozrządu, przez ruch wypornika, po prędkość koła zamachowego i równowagę całości. „To jest część, nad którą chcesz poświęcić czas, aby zrobić to dobrze” - powiedział Larsen.

Plik koło zamachowe służy jako więcej niż wskazanie, że silnik działa. Działa jako coś w rodzaju urządzenia magazynującego energię. Dobrze wyważone koło zamachowe pobiera energię wytworzoną podczas suwu mocy silnika i magazynuje ją. Kiedy potrzebna jest energia do popchnięcia elementu wypierającego w dół, koło zamachowe dostarcza zmagazynowaną energię do pokonania tarcia i innych sił. Bez dobrego koła zamachowego element wypierający wzniósłby się po prostu na szczyt komory i tam pozostał.

Larsen powiedział, że posiadanie dobrze wyważonego koła zamachowego jest kluczem do wydajności. Jeśli koło nie jest wyważone, silnik musi pracować ciężej, aby je ruszyć. „Nie chcesz, aby silnik wykonywał więcej pracy, niż musi” - powiedział.

Plik wypieracz w silniku na gorące powietrze służy do wypierania powietrza w komorze ciśnieniowej. Pamiętaj, że silnik nie może pracować bez cyklu termodynamicznego, w którym powietrze jest podgrzewane i chłodzone, powodując rozszerzanie i kurczenie się. Gdyby komora ciśnieniowa była po prostu ogrzewana, bez niczego w niej, co mogłoby wyprzeć powietrze, powietrze w środku nagrzałoby się i rozszerzyło, ale nigdy nie skurczy.

Ze źródłem ciepła na dole, silnik na gorące powietrze również wykorzystuje chłodzenie u góry, zwykle lodem lub zimną wodą, do chłodzenia powietrza. Gdy powietrze jest podgrzewane, rozszerza się, przesuwając wypornik w pobliże szczytu komory ciśnieniowej. W górnej części komory powietrze jest schładzane, kurczy się i przesuwa wypornik w dół. Wszystko to odbywa się za pomocą mechanizmu napędowego, wału korbowego i koła zamachowego.

Element wypierający jest najczęściej zwiniętym kawałkiem wełny stalowej z lekkim drutem biegnącym przez środek. Pamiętasz, jak Larsen mówił o konieczności myślenia jak producent zegarków? To jeden z tych czasów. Wypieracz musi mieć możliwość swobodnego przesuwania się w komorze ciśnieniowej, jednocześnie wypełniając jej większość. Musi umożliwiać swobodny przepływ powietrza, ograniczając część przepływu. Chodzi o to, aby zminimalizować tarcie i zmaksymalizować skuteczność. Ten motyw jest stały w całej konstrukcji silnika.

Plik skrzynka grzewcza to po prostu podstawka, na której stoi silnik. Źródło ciepła znajduje się pod silnikiem.

Wydaje się, że to dużo pracy za niewielki zwrot. Ale pojawia się namacalne uczucie, kiedy kończysz pracę silnika, rozwiązujesz problemy, aby go uruchomić, i widzisz, jak sam dymiący. Dla Larsena jego fascynacja zaczęła się ponad pół dekady temu, podczas gdy twoja może się rozpocząć już za kilka dni.

Wideo

Aby obejrzeć puszkę po napoju silnik Stirlinga w akcji, obejrzyj ten film i kilka innych w Internecie.

• Jak działają silniki Stirlinga
• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działają silniki wysokoprężne
• Jak działają silniki dwusuwowe
• Jak działa silnik z gorącą żarówką

Źródła

• Brązowy, Buster. „Jak działają silniki na gorące powietrze”. Silniki na gorące powietrze. (29 lutego 2012) http://www.hotairengines.com/WorkingDescription/Work.htm
• Redaktorzy magazynu Make; „Najlepsza marka”. O'Reilly Media, Inc. 2007. str. 306-317.
• Larsen, Jim. StirlingBuilder.com. (29 lutego 2012) http://www.stirlingbuilder.com/
• Larsen, Jim. Wywiad osobisty. 02 marca 2012
• Larsen, Jim. „Jedenaście produktów silnika Stirlinga, które możesz zbudować”. Publikacja własna, styczeń 2012. (29 lutego 2012)
• Larsen, Jim. „Szybki i łatwy w obsłudze silnik Stirlinga”. Publikacja własna. Wrzesień 2011 (29 lutego 2012)
• Miło, Karim. „Jak działają silniki Stirlinga”. .com. 4 maja 2001 r. (29 lutego 2012 r.) Https: //www..com/stirling-engine.htm
• Purvis, Ben. „Dean Kamen opracowuje eko hybrydę, która będzie działać na wszystkim, co się pali”. Gizmag.com, 28 czerwca 2009. (1 marca 2012) http://www.gizmag.com/dean-kamen-segway-hybrid-scooter/12096/