スターリングエンジンモデル。図面、説明

スターリングエンジンモデル。モデラーのためのヒント

モデリング

スターリングエンジンは、熱エネルギーが外部からシリンダー壁を通して作動流体 (この場合は空気) に供給される外燃機関です。その動作原理は、暖房と冷房中の空気の膨張と収縮というよく知られた物理法則に基づいています。したがって、スターリングは空気熱機関とも呼ばれます。スターリングが 1816 年に開発したエンジンの動作を理解するには、S. Baranov の著書「熱機関の作業モデル」(1936 年出版) に記載されているモデルが役立ちます。

まず、スターリングモデルの仕組みについて。それは 6 つの主要な部分から組み立てられています: 3 つの連通シリンダー - 熱交換器 4 と作動シリンダー XNUMX、加熱室 - これを火室 XNUMX と呼びましょう - および冷水タンク (図 I ～ III には示されていません。全体図を参照してください)エンジンを見たところ）。

（クリックして拡大）

熱交換シリンダ６の上部には水室７が半田付けされて密閉されている。その役割は、加熱された空気を冷却することです。このチャンバー内をピストン兼ディスプレーサロッド５が貫通しており、ディスプレーサはシリンダ６内に壁に接触することなく隙間をあけて取り付けられている。

逆に、作動ピストン２はシリンダ３にしっかりと取り付けられており、事実上隙間なくシリンダ３に沿って移動する。ディスプレーサ５と作動ピストン２とはクランク機構を介して接続されており、クランクと偏心器とは９０°位相をずらして設置されている。

シリンダーはチューブで相互接続されているため、空気は熱交換器から作動シリンダーへ、またその逆に簡単に通過できます。

クランク機構は、コンロッドと軸（節点8）を備えたクランク、偏心1、フライホイール9で構成されます。フライホイールの直径は80 mm、軸から偏心ピンまでの距離は14 mmです。

そこで、蒸留酒ランプを炉 4 に入れ、シリンダー 6 の底部を加熱し始めたとします。しばらくすると、ディスプレーサピストンの下の空気が加熱され (したがって膨張し)、上方に勢いよく上昇します (隙間があることを思い出してください)。ディスプレーサとシリンダ壁の間）。フライホイール 9 を死点からずらしてみましょう。すると、冷たい空気を上から下に移動させながら、ピストンディスプレーサ 5 が上昇し始めます。作動ピストン 2 もゆっくりと動き始めます。シリンダー 6 の熱い底部に接触する冷たい空気は加熱され、圧力が上昇し、空気はチューブを通って作動シリンダー 3 に入ります。ピストン 2その影響下で動作ストロークを開始します。ピストンは上昇し、その間にディスプレーサはすでに下降し始めています。これは、すでに述べたように、それらの位相が 90 ° シフトしているためです。

ピストンは上方位置をとり、フライホイール 9 の慣性の影響を受けて下降を開始し、元の熱を失った排気空気をシリンダー 6 内に移動させます。熱交換シリンダーの上部に入ると、さらに冷却されて体積が減少します。ディスプレーサは、作動ピストンの逆行程で再び上昇を開始し、再び冷気を上から下へ蒸留します。シリンダー 6 の熱い底部と接触すると、冷たい空気が加熱されて膨張し、このサイクルが繰り返されます。

このようなエンジンの動作における主なものは空冷です。私たちのモデルでは、これはエンジンの隣に設置されたタンクからの水によって行われます。チャンバー 7 内の水が熱風によって加熱されるとすぐに、水はパイプを駆け上がり、タンクに入ります。そして、その代わりに、すでに下部パイプを通って、タンクから冷水が来ます。物理学では、この現象は熱対流と呼ばれます。

次に、エンジンのモデルを作成する方法について説明します。

スターリングエンジンモデル

シリンダー 3 と 6 の両方、火室 4 は錫からはんだ付けするのが最も簡単です。まず、シリンダー 6 のブランク (幅は約 223 mm) を切断し、軸用の直径 4,2 mm の穴を開け、円形のブランク上で曲げます。シリンダーをはんだ付けします。耳の外側から、内径が少なくとも 4,2 mm のブッシュをはんだ付けします。これらはベアリングとして機能します。次に水室7の製作に進みます。

得られた円柱の直径に応じて、缶から3つの円を切り取ります。それらの中心に、内径約 32 mm (長さは 30 mm) のチューブ用の穴を開けます。チューブを円形に半田付けし、間隔が 35 mm になるようにします。得られた部品をシリンダー内で下端から 7 mm 離れた位置で半田付けして固定します。この操作はできるだけ慎重に行ってください。チャンバー XNUMX は気密でなければならず、壁から水が浸透してはいけません。

ディスプレーサ５は、直径がシリンダ６の内径より約２．５ｍｍ小さい軽量の木製シリンダ（高さは実験的に選択される）と、直径２．８ｍｍのスポークから作られたロッドとから組み立てられる。シリンダーの両側をブリキの丸で覆います。シリンダーの中心にロッドの径に合わせた穴を開け、ロッドをしっかりと差し込みます。そして、加熱から飛び出ないように、錫の円にはんだ付けしてください。ロッドは、過剰な摩擦を生じることなく、チャンバーチューブ７に沿って自由に移動しなければならない。

ステムの上部にコネクティングロッドピン用の穴を開けます。

シリンダー 3 とピストン 2 には特に注意してください。モデル全体の動作は、シリンダー 40 とピストン 18 の品質に依存します。シリンダーは長さ20 mm、直径XNUMX〜XNUMX mmの銅管から作ることができ、下から真鍮の丸で半田付けします。完成したシリンダーには、大きなシリンダーと連通する穴を開けることを忘れないでください。旋盤で。ロッドはピストンの上部に枢動可能に固定されている。

炉4のワークピースも、空気と固定ネジ用の穴を事前に開けた丸いブランク上で曲げる必要があります。完成したシリンダー 6 に直接はんだ付けすることが望ましいです。次に、モデルを組み立てる必要があります。シリンダー 3 をはんだ付けし、ピストン 2 をそれに取り付け、シリンダー同士を連通させるためにチューブをシリンダーにはんだ付けし、クランク機構を取り付け、シリンダー 6 をはんだ付けします。 4. 完成したエンジンハウジングを炉 XNUMX に取り付け、はんだ付けで固定します。

水冷タンクはブリキ缶の上下にパイプを半田付けし、その上にゴムホースを取り付けたものです。タンクはエンジンの隣の木製スタンドに固定されています。

要約すると、スターリングエンジンはそのような物理現象に基づいて動作することがわかります。膨張中に熱風によって行われる仕事は、圧縮に費やされる仕事よりも大きいということです。したがって、ノードの移動時の摩擦を最小限に抑えるために、モデルの運動学をより適切にデバッグするようにしてください。

現代のスターリングについて一言。

外燃機関は現在でも開発されており、他のエンジンよりも進んでいる面もあります。現在、それらは前世紀ほどかさばりません。

彼らは作動流体として軽ガス、つまりヘリウムまたは水素を使用します（ロバート・スターリングは空気を使用しました）。最新のスターリングの仕事は外部環境の影響を受けません。圧力容器にポンプで送り込まれるガスは密閉された空間にあります。したがって、最新のスターリングは、水中、地下、宇宙空間、つまり従来のエンジンが動作できない場所など、ほとんどどこでも使用できます。

著者：V。ゴルストコフ

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