Высокотемпературные модели стирлингов

Спасибо большое за ответ!
Значит все таки вытеснитель из керамики или стекла (в идеале).
По поводу температуры нагрева : сухое горючее дает температуру пламяни 850 градусов (на это и ориентируюсь)
По поводу охлаждения : допускаю подбор радиаторов методом "тыка".
А вот переделывать цилинро поршневую группу не хотелось бы ( довольно "дорогое" и трудоемкое это удовольствие).

Значит все же надо проэктировать с учетом (неизбежной) модернизации.
А я планировал точностью исполнения большую часть проблем решить.

По поводу рабочего поршня : планирую использовать цилиндр из нержавейки , поршень бронзовый .
На отрез хотелось бы отказаться от: компрессионных колец , сальников , и второпластовых втулок .
Неужели скольжения бронзы со сталью не достаточно??? если увеличить зазоры в ущерб компрессии , но при этом снизить трение???(цели выжать из него максимум кпд нет, достаточно будет что он сам себя раскрутит хоть как нибудь , а потом уж при следующем проэкте все недочеты устранять)
Вообще хотелось бы максимально металл использовать в модели, кроме пожалуй изолятора ну и вытеснителя который как теперь выясняется видимо придется делать из химеческой пробирки ,т.е. придется подбирать размер гильзы под размер "стекла" ( вариантов которого не так уж и много)

Что же это получается ..
Если в качестве материала для вытеснителя использовать кварцевое стекло (изготовление которого в "кустарных" условиях не представляется возможным)
То пробирка (не факт что именно она) является базовой деталью всей конструкции??????????????????????

двоишник пишет:Спасибо большое за ответ!
Значит все таки вытеснитель из керамики или стекла (в идеале).
По поводу температуры нагрева : сухое горючее дает температуру пламяни 850 градусов (на это и ориентируюсь)
По поводу охлаждения : допускаю подбор радиаторов методом "тыка".
А вот переделывать цилинро поршневую группу не хотелось бы ( довольно "дорогое" и трудоемкое это удовольствие).

Не обязательно (вытеснитель) из керамики или стекла, делайте из того, что Вам доступно. Он должен быть еще и легким.
Ориентируйтесь не на температуру пламени, а на температуру, до которой Вы сможете (или планируете) нагреть горячую часть двигателя. Далее определите обьем рабочего тела, который будет нагреваться в нагревателе и охлаждаться в охладителе, затем найдите температурный коэфициент обьемного расширения рабочего тела и прикиньте изменения его обьема, которые будут происхрдить при нагреве и охлаждении, теоретически эта величина будет равна обьему рабочего цилиндра. Но практически эта величина будет не всегда совпадать с расчетной, потому лучше сделать коррективу в меньшую сторону, но насколько - это вопрос. Практически можно при нагретом двигателе резко подвинуть вытеснитель в сторону радиатора и посмотреть насколько выдвинется рабочий поршень (он при этом не должен быть закреплен), это и будет приблизительно рабочий ход.

двоишник пишет:Что же это получается ..
Если в качестве материала для вытеснителя использовать кварцевое стекло (изготовление которого в "кустарных" условиях не представляется возможным)
То пробирка (не факт что именно она) является базовой деталью всей конструкции??????????????????????

Кварц не обязательно, его трудно обрабатывать, но у него очень малый коэфициент темп. расширения, он не треснет при нагреве и охлаждении, даже если его нагреть добела и опустить в воду (сам пробовал), не заклинит при малых зазорах и этот факт дает некоторые преимущества. Но для начальной конструкции это несущественно.

А какая приблизительно минимальная температура нагрева для работы бета версии ?
Можно ли регулировоть ход поршня повышая или уменьшая температуру нагрева или меняя разницу температур ?
Моя проблема сейчас состоит в том , что на сей раз я начал моделирование с кривошипно-шатунного механизма , начал именно с него т.к. на момент старта проэкта имел весьма слабое представление как в идеале должна выглядеть цилиндро-поршневая группа , так же не мало важную роль сыграли возможности оборудования на котором работаю.
Вся деталировка кривошипа и шатуны готовы , подшипники должны со дня на день приехать , начнется сборка .
Кстати : там где заказывал подшипники (крупный интернет магазин за границей) продаются и модели стирлингов (это я уже потом их там нашел) так вот , модель бета стирлинга там стоит в три раза дешевле чем обходятся мне 12 подшипников но заказывать ее все равно пока нет желания .. хочется не разбирая покупную модель все же дойти до логического завершения

двоишник пишет:А какая приблизительно минимальная температура нагрева для работы бета версии ?
Можно ли регулировоть ход поршня повышая или уменьшая температуру нагрева или меняя разницу температур ?
Моя проблема сейчас состоит в том , что на сей раз я начал моделирование с кривошипно-шатунного механизма , начал именно с него т.к. на момент старта проэкта имел весьма слабое представление как в идеале должна выглядеть цилиндро-поршневая группа , так же не мало важную роль сыграли возможности оборудования на котором работаю.
Вся деталировка кривошипа и шатуны готовы , подшипники должны со дня на день приехать , начнется сборка .
Кстати : там где заказывал подшипники (крупный интернет магазин за границей) продаются и модели стирлингов (это я уже потом их там нашел) так вот , модель бета стирлинга там стоит в три раза дешевле чем обходятся мне 12 подшипников но заказывать ее все равно пока нет желания .. хочется не разбирая покупную модель все же дойти до логического завершения

Минимальная температура зависит от многих факторов, например, от точности исполнения, балансировки и сил трения в самом двигателе, которіе необходимо преодолевать. Думаю, что минимальную температуру Вы определите сами практически, рассчитывать двигатель лучше под температуру где-то в диапазоне 200-300 градусов, тогда любую погрешность Вы сможете скорректировать изменением температуры в ту или иную сторону. Я видел немало роликов на ютубе, где стирлинг греют горелками чуть не докрасна, чтобы он вообще закрутился, это пример неправильно рассчитаного двигателя. Еще один нюанс - заранее предусмотрите теплоизоляцию нагреваемой части ДС от охлаждаемой части. Во многих моделях этого не делают, из-за чего теряется мощность и расходуется лишняя энергия так как нагреватель передает тепло охладителю (в идеале этого быть не должно и теплоперенос должен идти через рабочее тело) и градиент температур уменьшается, радиатор приходится увеличивать, а в итоге теряем мощность, т. к. ДС работает в неоптимальном режиме.

Можно ли регулировоть ход поршня повышая или уменьшая температуру нагрева или меняя разницу температур ?

Повышая температуру нагрева мы увеличиваем ход поршня, понижая температуру охладителя мы ускоряем процесс сжатия газа и таким образом увеличиваем ход поршня в обратную сторону.

p.s. Может быть, Игорь еще что подскажет.

Ага спасибо.
Теплоизолятор изначально планировал.
Думаю придется делать его из керамической трубки которые используются в электрических изоляторах, на сколько помню есть довольно не плохого качества (имею ввиду внутренние стенки).
Вот как его отрезать в размер пока не решил ( можно наверно в токарном станке )

Может кто поделится опытом..? какая альтернатива у кварца и прочей керамики для вытеснителя.
Уж больно не технологичен этот " кварц " , его вес так же оставляет желать лучшего.
Сегодня нашел в "сети" что карбон оказывается выдерживает 1600 градусов , но смола на сколько удалось понять максимум 280( маловато) но заманьчиво.

Дело в том что хотелось бы использовать материал который можно было бы обработать на токарном станке , просверлить , нарезать резьбу итд итп .
В то же время температура плавления играет не последнюю роль.

Можно фторопласт использовать при температуре до 300 градусов по Цельсию.

Где его взять (фторпласт)? не заказывать же из-за маленькой детали.

Присоединяюсь к вопросу .
Где его взять?
А так же , где взять графит, кварцевое стело, бронзу с графитовыми вкраплениями?
Все эти материалы не так просто купить в розницу.

Что если полый металлический цилиндр утрамбовать целлюлозой и герметичной его (цилиндр) закрыть. Целлюлоза без воздуха не горит, теплопроводимость маленькая, вес тоже. Чем не вытеснитель?

Его можно и не утрамбовывать, достаточно, чтобы стенки имели достаточную жесткость, но стенки не должны быть очень толстостенными, чтобы теплопроводность вытеснителя не была большой, тут нужно найти оптимальную толщину, нужно пробовать и экспериментировать.
У Игоря есть видеоуроки, я их не видел, но думаю, что в них эта информация также присутствует. Рекомендую спросить у него по этому поводу.

p.s. Насчет целлюлозы, это не самый лучший вариант, так как она от нагревания разлагается и выделяет газы, которые могут раздуть вытеснитель, если он недостаточно прочный.

Наверное лучше будет если откачать из этого цилинда воздух.
У вакуума нулевая теплопроводность.
Только вот у металла из которого он сделан теплопроводность довольно большая.
Может конечно оно так и должно быть?

во всех моделях которые я видел объем вытеснителя, приблизительно, составляет 2/3 объема камеры, поэтому, как мне кажется, при правильном исполнении рабочего цилиндра, нагреваться вытеснитель не должен.

Коллеги, двигатель "шевелит поршнЯми". Посему теплопроводности материалов не так важны для каждого рабочего цикла. Достаточно ограничить теплопроводность сечением материлов. Вытеснитель потому у всех полый и тонкостенный.

во всех моделях которые я видел объем вытеснителя, приблизительно, составляет 2/3 объема камеры

А в этом решение удаления друг от друга теплообменников - самых важных узлов, достойных чтоб с ними заморачиваца серьёзно. Ну и всякие уплотнения.

Ну вобщем случилось таки чудо собралась первая рабочая моделька https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=eL75zhfUCfg естественно косяк на косяке , прошу не судить строго

Поздравляю, у Вас получилось очень неплохо. Цилиндро-поршневая группа вообще достаточно прфессионально сделана. Можно еще допилить его... А из чего, если не секрет, делали вытеснитель? И как перемещается шток вытеснителя в поршне? Там есть какие-то уплотнения или просто просверлено отверстие требуемого диаметра?

alex_koa пишет:... А из чего, если не секрет, делали вытеснитель? И как перемещается шток вытеснителя в поршне? Там есть какие-то уплотнения или просто просверлено отверстие требуемого диаметра?

Шток сделан из велосипедной спицы , просверлено отверстие в поршне , но в какой то момент показалось что этого не достаточно и был добавлен еще паранитовый сальник внутри поршня. Сам вытеснитель сделан из перфорированного куска аллюминия , просто опытным путем выяснилось что именно с ним он как мне показалось работает лучше , а вообще вытеснитель как говориться надо еще допилить , хочется попробовать нержавеющий полый тонкостенный , такую трубку найти пока не удалось , наверное придеться точить . Вобщем будет время заниматься , буду экспериментировать дальше.

Доброго времени суток . Решил отписать что дают на сегодняшний день эксперименты с вытеснителями . Складывается такое впечатление что вытеснитель максимально должен являться теплообменником т.к. вытеснитель из материаллов плохо проводящих тепло спустя какое то время нагревается полностью с обоих сторон до высокой температуры и очень не охотно отдают это тепло. Вожможно надо остановиться на конструкции полого аллюминиевого тонкостенного цилинра в торцах которого просверлены отверстия ,а во внутрь плотно набита металлическая губка или не очень плотно фольга , ну или что то в этом роде (это то что не сложно сделать). Очень хорошо себя показывает вытеснитель из скомканной в подобие цилиндра фольги, просто сам его вид и ненадежность (кажется что со временем может развалиться , деформироваться) не впечатляет. А вообще конечно хочется уже начать потихоньку конструлять новую модель более совершенную, учитывая все недочеты этой модели , и количество шишек на лбу от граблей встретившихся по дороге !

А мне думается, что вытеснитель должен состоять из минимум трех частей
1,3. две тонкостенные металлические части (керамические или стеклянные тоже подойдут, но тонкостенные, чтобы их суммарная теплоемкость не была большой. Теплопроводность их может быть большой, но не теплоемкость. Одна часть будет с горячей стороны цилиндра, другая - с холодной.
2. Между этими частями должна быть часть, очень плохо проводящая тепло, желательно, тоже тонкостенная и легкая, возможно, состоящая из нескольких камер. Она не должна допускать перехода тепла через вытеснитель от горячего конца к холодному.
Как вариант, эту часть можно сделать диаметром меньше остальных и разместить на ней регенератор - сетку или несколько металлических колец.

Идея в том, чтобы использовать вытеснитель не только для вытеснения рабочего тела, но и как дополнительный нагреватель-охладитель и, возможно, регенератор.

В процессе работы, регенератор попеременно перемещаясь, приближается то к нагревателю, то к охладителю.

Когда он приближается к нагревателю своим горячим концом, то этот конец при небольшом зазоре успевает нагреться от горячей части и при движении в обратную сторону тоже будет нагревать рабочее тело. При этом он должен охлаждаться рабочим телом и не запасать много тепла, а работать по принципу - что запас, то отдал.

Холодный конец регенератора должен, в свою очередь, при приближении к охладителю, от него охлаждаться, а при движении в обратную сторону, частично охлаждать рабочее тело, в свою очередь, от него нагреваясь.

Средняя часть вытеснителя должна препятствовать теплообмену между холодной и горячей частями, поэтому теплопроводность ее должна быть как можно меньше.

Естественно, что в маленькой модели такой вытеснитель сделать нелегко, но в промышленной установке возможно. Кстати, котлы со Стирлингом свободнопоршневым для генерации электричества имеют вытеснитель сделанный из тонкостенного металла, разделенный на несколько камер металлическими тонкостенными поперечными прослойками. Я как-то на фото увидел. Что-то похожее на стопку одноразовых стаканчиков, вложенных друг в друга, где дно каждого стаканчика не соприкасается с дном соседнего.

А если вытеснитель сделать не из алюминия, а из нержавейки или просто стали тонкостенной (она крепче алюминия при гораздо тоньшей стенке), или из титана, он крепче и легче стали.... и разделить его тонкими перегородками на минимум 5-6 камер?

Отверстия в стенках вытеснителя, думаю, сверлить не обязательно, т.к. они увеличивают мертвый обьем двигателя. При правильной технологии изготовления и соответствующий материалах, вытеснитель не должен раздуться от нагрева.

p.s. Про титан пишу, потому что как-то попался в руки титановый инструмент - фомка или гвоздодер, как его еще называют. При тех же размерах, он в несколько раз легче железного и гораздо крепче.

Интересно узнать Ваше мнение по поводу написанного мной.

Да по поводу того что вытеснитель должен состоять из нескольких частей, камер и , или изолирован посередине что бы не проводил тепло от одного конца к другому думаю вы правы. По поводу титана -дорого (несмотря на то что есть кое какие связи там где его обрабатывают с высокой точностью) , в модели себя не оправдает (это конечно у кого какой бюджет и сроки) для серьезного мотора почему бы и нет. Дело в том что лично мне сильно углубляться в теорию и расчеты жуть как не хочется , тем более что теория эта с практикой иногда немного ,а бывает что очень даже и не немного расходятся. И все же по поводу из какого материалла должен быть сделан пусть тонкостенный вытеснитель не совсем понятно , да сталь и титановые сплавы позволят сделать стенки более тонкими , но аллюминий быстрее отдает и поглощает тепло , понятно что тонкостеная трубка будет тоже быстро нагреватся и остывать но если не хватит при этом ее теплоемкости ?("тонкостенная" то ведь понятие довольно растяжимое ) вобщем надо пробовать. При случае обязательно попробую , и отпишу.