Hvordan lage en cola-stirling-motor

Hvordan kan du gjøre en av disse til en liten motor? Vil du lære mer? Sjekk ut disse bilmotorbildene! Sean Ellis / Photographer's Choice / Getty Images

Hvis du har noen få brusbokser og et par andre tilbehør som er lett å finne, kan du gjenskape en av de første kommersielt levedyktige motorene som noensinne er laget. Selv om den er liten i størrelse, taler fortsatt en Coke can Stirling-motor til vår kollektive mekaniske sjel når den tøffer og klumper seg bort på en hylle, roterer et svinghjul, snurrer noen vifteblad eller til og med genererer noen få watt.

Dets veldig enkelhet fremkaller en annen tid. Enten det blir sett på som et bevis på konsept, en interessant modell, et samtalestykke eller et stykke kinetisk skulptur, å lage en brus kan Stirling-motor er en flott måte å trå inn i fortiden.

Stirling-motoren var hjernebarnet til Robert Stirling, som oppfant konseptet i 1816. Tanken bak motoren hans var å bruke luft til å drive en motor, i stedet for den kommende teknologien den gang - damp.

Det som skilte Stirlings motor ut fra andre var bruken av en "economizer", som forbedret drivstofføkonomien. Dette er nå kjent som en regenerator. Mellom 1816 og 1843 raffinerte Stirling og broren, James, motorens design og effektivitet. På midten av 1800-tallet drev motorene hans store industrier, inkludert støperier. Motoren hans, så vel som de fleste varmluftsmotorer, var imidlertid mer egnet for applikasjoner med lite effekt. Hans ønske om å lage et tryggere alternativ til de ofte eksploderende dampmotorene ble beseiret av behovet for mer kraft for å drive voksende næringer.

Det første du bør vite om en Stirling-motor er hvordan delene går sammen og hvordan de fungerer.

innhold

1. Rekvisita for å bygge en cola-stirling-motor
2. Forberedelser for å bygge en cola-stirling-motor
3. Montering av en cola-stirling-motor

Ta bort Stirlings regenerator, så har du en varmluftsmotor. Hvordan en varmluftsmotor fungerer er enkelt. Luft blir det som kalles "arbeidsvæske." En varmekilde, for de fleste brus kan Stirling-motorer, dette er et te-lys, som varmer luften og får den til å utvide seg. Luften blir deretter avkjølt, og får den til å trekke seg sammen. Ekspansjonen og sammentrekningen av luften, eller arbeidsvæsken, er en termodynamisk syklus. Nå bruker du denne termodynamiske syklusen til å flytte et stempel, og du har effektivt tillatt den termodynamiske syklusen å produsere nyttig mekanisk arbeid. Når du fester en veivaksel til stempelet, og legger på et svinghjul, har du det grunnleggende for en motor.

Gå gjennom å bygge en Stirling-motor, så lærer du mer enn noen få leksjoner om hjemmebryggteknikk. Mest av alt er det mye moro å bygge en, og gir deg en sjanse til å bli kreativ med det de fleste anser som søppel. Og å se at det fungerer, tar det til et helt nytt nivå.

Høres enkelt ut? Det er det, men det er fortsatt en stund å gå før motoren er bygget. Du trenger flere komponenter, noen få materialer og en forståelse av hvordan de alle passer sammen før motoren din tøffer seg.

Her er hva du trenger:

• Tre (3) brusbokser
• En (1) ballong
• To (2) talte brystvorter
• Fire (4) 5A elektriske terminalblokker
• Ståltrådull
• En flaskehette fra en plastflaske
• Ståltråd
• Kobbertråd
• Dowel rod
• Elektrisk ledning
• Fisketråd
• Tre (3) kompakte plater
• Boks åpner
• Verktøykniv
• Superlim [kilde: ScrapToPower.com]

La oss ta en titt på komponentene du skal konstruere, se hvordan de fungerer, hva de gjør og hvordan det hele passer sammen.

Stirling History

Robert Stirling var ikke den første som forsøkte en luftmotor, men han var den første til å lage et levedyktig kommersielt produkt, og hans motordesign ble tatt i bruk i 1818 for å drive en vannpumpe ved et steinbrudd.

Et enkelt telys med stearinlys kan gi varmen for en sodavannstirling-motor. Lisa Romerein / The Image Bank / Getty Images

"Du må tenke som en urmaker," sier Jim Larsen, en mangeårig Stirling-motorbygger, forfatter og pedagog. "Du må ta hensyn til detaljene. Hvis du tar hensyn til detaljene, har du en bedre sjanse for å lykkes."

De viktigste komponentene i en Stirling-motor er relativt enkle og greie. Mens vi fokuserer på en brusmotor, har motorer blitt bygget med materialer som spenner fra malingsbokser til oljetrommer. Larsen sa at under en Thanksgiving-utfordring mens han besøkte svigerforeldre, bygde han en Stirling-motor fra diverse jernvareforretningsmaterialer, inkludert gryter og panner.

Brusbokser av aluminium tilbyr ferdige, forhåndsformede former perfekt for motorene. De er også enkle å jobbe med og selvfølgelig veldig billige. Og selv om de ikke er robuste nok til seriøs bruk, tåler de mikro-hestekrefter produsert av de fleste motorplaner.

De trykkammer er et fartøy som holder den innfangede luften, eller arbeidsvæsken, i det lukkede systemet. Det er her luften varmes opp og avkjøles under den termodynamiske syklusen. Mens luft og trykklekkasjer kan være bane for mange motorer, trenger trykkammeret faktisk en liten kontrollert lekkasje. Uten denne lekkasjen, ville kammeret ganske enkelt bli et barometer og bare reagere på endringer i det barometriske trykket til luften rundt det.

Larsen sa at mange Stirling-utbyggere velger å endre arbeidsvæsken i trykkammeret fra luft til helium, som reagerer bedre under den termodynamiske syklusen.

De drivmekanisme bruker utvidelse og sammentrekning av luften inne i trykkammeret for å drive en veivaksel. Drivmekanismen kan enten festes på siden av motoren, eller integreres i konstruksjonen til motoren.

For Larsen, the veivaksel er den mest kritiske delen av motoren, og påvirker alle deler av helheten, fra timing, til forskyvningskjøring, til svinghjulets hastighet og helheten. "Dette er en del du vil bruke tid på for å få det til," sa Larsen.

De svinghjul fungerer som mer enn indikasjon på at motoren fungerer. Det fungerer som noe av en energilagringsenhet. Et velbalansert svinghjul tar energien som er skapt under motorens slagslag og lagrer den. Når energi er nødvendig for å skyve forskyveren ned, gir svinghjulet sin lagrede energi for å overvinne friksjon og andre krefter. Uten et godt svinghjul ville forskyveren bare heve seg til toppen av kammeret og bli der.

Larsen sa at det å ha et godt balansert svinghjul er nøkkelen til effektivitet. Hvis hjulet ikke er balansert, må motoren jobbe hardere for å bevege det. "Du vil ikke at motoren skal utføre mer arbeid enn den må," sa han.

De fortrenger i en varmluftsmotor tjener til å fortrenge luften i trykkammeret. Husk at motoren ikke kan kjøres uten den termodynamiske syklusen hvor luften varmes opp og avkjøles, noe som forårsaker ekspansjon og sammentrekning. Hvis trykkammeret rett og slett var oppvarmet, uten at det var noe i det for å fortrenge luften, ville luften inne varme og utvide seg, men aldri trekke seg sammen.

Med varmekilden i bunnen bruker varmluftsmotoren også kjøling på toppen, vanligvis is eller kaldt vann, for å kjøle luften. Når luften varmes opp utvides den og flytter forskyvningsanordningen til nær toppen av trykkammeret. På toppen av kammeret avkjøles luften, trekker seg sammen og flytter forskyvningsanordningen ned. Dette skjer ved hjelp av drivmekanismen, veivaksel og svinghjul.

Forskyveren er oftest et valset stykke stålull med en lett ledning som løper gjennom midten. Husker du da Larsen snakket om å måtte tenke som en urmaker? Dette er en av de gangene. Forskyveren må være i stand til å gli fritt inne i trykkammeret, og samtidig fylle det meste av det. Det må gi rom for den frie luftstrømmen, mens den begrenser noe av strømmen. Tanken er å minimere friksjonen og maksimere effektiviteten. Dette temaet er en konstant gjennom hele konstruksjonen av motoren.

De varmeboks er ganske enkelt et stativ motoren sitter på. Varmekilden er plassert under motoren.

Dette virker som mye arbeid for ikke mye tilbake. Men det er en håndgripelig følelse når du er ferdig med motoren, feilsøker arbeidene for å få den i gang, og se den puste sammen på egen hånd. For Larsen begynte fascinasjonen hans for mer enn et halvt tiår siden, mens din kunne begynne i løpet av få dager fra nå.

video

For å se en brus kan Stirling-motor i aksjon, sjekk ut denne videoen og flere andre på nettet.

• Hvordan virvlende motorer fungerer
• Hvordan bilmotorer fungerer
• Slik fungerer dieselmotorer
• Hvordan to-taktsmotorer fungerer
• Slik fungerer en varmpæremotor

kilder

• Brown, Buster. "Hvordan varmluftmotorer fungerer." Luftmotorer. (29. februar 2012) http://www.hotairengines.com/WorkingDescription/Work.htm
• Redaktører av Make Magazine; "The Best of Make." O'Reilly Media, Inc. 2007. Pgs. 306-317.
• Larsen, Jim. StirlingBuilder.com. (29. februar 2012) http://www.stirlingbuilder.com/
• Larsen, Jim. Personlig intervju. 2. mars 2012
• Larsen, Jim. "Eleven Stirling Engine Products You Can Build." Selvpublisert, januar 2012. (29. februar 2012)
• Larsen, Jim. "Rask og enkel omrøring motor." Selv publisert. September 2011. (29. februar 2012)
• Hyggelig, Karim. "Hvordan virvlende motorer fungerer." .com. 4. mai 2001. (29. februar 2012) https: //www..com/stirling-engine.htm
• Purvis, Ben. "Dean Kamen utvikler øko-hybrid som vil kjøre på alt som brenner." Gizmag.com, 28. juni 2009. (1. mars 2012) http://www.gizmag.com/dean-kamen-segway-hybrid-scooter/12096/