Проект : Двигатель Стирлинга Подготовили учащиеся 10 « А » класса : - Лунев Дмитрий - Тряхов Евгений - Саушкин Сергей Учитель Физики МАОУ СОШ 1 г. Светлогорск Куцакина Т. Н.

Цель : На примере двигателя Стирлинга доказать один из законов термодинамики.

Определение : Двигатель Стирлинга тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.

История : Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года. Однако первые элементарные « двигатели горячего воздуха » были известны ещё в конце XVII века, задолго до Стирлинга. Достижением Стирлинга является добавление очистителя, который он назвал « эконом ».

Роберт Стирлинг 1790 г г. Стирлинг родился в Клог Фарме недалеко от Метвена, Шотландия. Он был третьим ребёнком в семье, а всего детей было восемь. От отца он унаследовал интерес к конструированию техники, но изучал богословие и стал священником Шотландской Церкви в местечке Лайф Кирк в 1816 году. В 1819 Стирлинг вступил в брак с Джиной Рэнкин. У них было семеро детей, двое из них : Патрик Стирлинг и Джеймс Стирлинг стали инженерами по паровозостроению. Стирлинг умер в Галстоне, Шотландия в 1878 году.

Роберт Стирлинг.

Принцип действия двигателя Стирлинга : Допустим, мы имеем какой - то замкнутый объем воздуха в жестком корпусе с эластичной мембраной ( поршнем ). Нагревая корпус, воздух внутри расширится и совершит работу, выгибая мембрану наружу. И наоборот, охлаждая корпус, мембрана вогнется, опять совершив работу. Вот и весь цикл.

Автоматизация процесса : 1. Для этого внутри корпуса двигателя размещается так называемый поршень - вытеснитель, смысл этого устройства в том, что он должен перегонять оставшийся в корпусе воздух от горячей области внизу к охлаждаемой вверху.

Автоматизация процесса : 2. Ну а дальше кривошипно - шатунная схема связывает поршень - вытеснитель и мембрану ( или рабочий поршень ) на одной оси вращения, что обеспечит нам цикличность процесса т. е. поднятие и опускание поршней.

Автоматизация процесса : 3. Ещё одна важная деталь на которую нужно обратить внимание заключается в том что рабочий поршень отстаёт от вытеснителя на 90 градусов по ходу вращения двигателя. Это идеальный вариант соединения для такой схемы

Третий этап автоматизации :

Реальная ( рабочая ) модель :

Ход работы : 1. Для постройки двигателя своими руками нам понадобится две крышки для стеклянных банок. Они будут выполнять роль холодной и горячей части. От этих крышек ножницами отрезается края.

2. В одной крышке по центру делается отверстие. 3. Корпус двигателя Стирлинга вырезается из пластиковой бутылки. Корпус приклеивается к крышке пластичным эпоксидным составом.

4. В качестве цилиндра прекрасно подходит корпус маркера. Поршнем в нашем случае будет колпачок.

5. Это вытеснитель. В процессе работы двигателя Стирлинга он перемещает воздух внутри корпуса от горячей части к холодной и обратно. Изготавливается из губки для мытья посуды. В центре приклеивается магнит. Так же магнит нужно зафиксировать дополнительным картонным кружком.

7. Колпачок заполняется эпоксидным составом. С обоих концов сверлятся отверстия для крепления магнита и держателя шатуна. Резьба в отверстиях нарезается непосредственно винтом. Эти винты нужны для тонкой настройки двигателя. Магнит в поршне приклеивается к винту и регулируется таким образом, чтобы находясь в нижней части цилиндра он притягивал вытеснитель.

8. На верхнюю часть поршня наклеивается резиновая прокладка. Она нужна для герметичности и для защиты кожуха от разрыва. 9. Кожух поршня изготавливается из резиновой перчатки. Отрезать нужно мизинец.

10. После того как кожух наклеен, сверху клеится еще одна резиновая прокладка. Сквозь резиновые прокладки и кожух шилом протыкается отверстие. В это отверстие вворачивается держатель шатуна. Этот держатель делается из винта и припаянной шайбы.

11. В качестве держателя коленвала прекрасно подошла баночка из под шипучих витаминов. У этой баночки отрезается дно и делаются отверстия. В верхней части - для удержания коленвала. В нижней - для доступа к креплению шатуна.

12. Коленвал и шатун изготавливаются из проволоки. Прозрачные ниппеля - это ограничитель. Сделан из рыболовного ниппеля.. Высота колена определяется половиной расстояния, которое должен пройти цилиндр от самой нижней точки до верхней точки, в которой перестает действовать магнитная связь.

13. Проверяем герметичность и ставим поршень.

14. Далее можно насаживать держатель коленвала. Высота крепления шатуна к цилиндру регулируется винтом.

15. Маховик делается из CD диска. Отверстие залепляется пластичной эпоксидкой. Затем необходимо просверлить дырку точно по центру.

Результат : Ставим двигатель Стирлинга на чашку с кипятком. Немного ждем и он должен сам заработать. Если этого не произойдет, нужно слегка помочь ему рукой.

Двигатель в работе

Применение в жизни : Универсальные источники электроэнергии ( солнечные электроустановки ) Тепловые насосы Холодильная техника Подводные лодки Аккумуляторы энергии Медицина ( искусственное сердце )

Двигатель Стирлинга может использоваться для преобразования солнечной энергии в электрическую. Для этого двигатель Стирлинга устанавливается в фокус параболического зеркала.

Литература : Википедия : Двигательстир линга Ход работы взят с -lowtempstirling#.U1jABFV_vj4