斯特林发动机如何制作?

核心提示斯特林发动机是活塞式热气发动机,在外部加热密封气室,里面的气体(氢气或氦气)膨胀推动活塞做功,膨胀后的气体在冷气室冷却,然后进入下一个流程。同样只要有一定值的温度差存在,都可以形成斯特林发动机。斯特林发动机可以使用多种的燃料,而且排气洁净,

斯特林发动机是活塞式热气发动机,在外部加热密封气室,里面的气体(氢气或氦气)膨胀推动活塞做功,膨胀后的气体在冷气室冷却,然后进入下一个流程。同样只要有一定值的温度差存在,都可以形成斯特林发动机。斯特林发动机可以使用多种的燃料,而且排气洁净,还有一个优势相对于内燃机来说,因为没有气体爆炸,所以大大降低了噪音污染。

下面介绍如何制作一个简易的斯特林发动机

第一步:材料与工具准备

首先要准备的材料与工具如表1、表2 所示。

表一 材料表

名称 规格 数量 备注

试管 18 x 150mm 1支 附橡皮塞

玻璃针筒 10 ml 1 支 作为活塞

铜管 内径约φ2mm 2段

铜棒 φ2mm 1根

光碟片 1片

铅线 约φ1.5mm 1包 曲轴

铁丝 细 固定钢丝绒用

钢丝绒 1包 移气活塞

塑胶软管 φ3 mm 1段

木条 180 x 10 x 8 mm 1支 木条

木板 若干 基座

热熔胶 若干

橡皮筋 2 条 固定试管及针筒

小螺帽 内径约φ1.5mm 若干

小铁钉 约φ1.5mm 若干 轴用

冰棒棍 若干

表二:工具表

名称 数量 备注

剪刀 1

美工刀 1

剪嘴钳 1 制作曲轴

虎钳 1 制作曲轴

线锯 1 切割木板

电钻 1

直尺 1

记号笔 1 做记号

实验室酒精灯 3~5组 亦可用蜡烛代替

工业酒精 2瓶

铁鎚 1 钉制基架

第二步:制作步骤

利用手摇钻(或小电钻)将橡皮塞钻出两个孔,一为连通气室用,一为交换器用

将钢丝绒以小铁丝绑绕在铜棒上,制成移气活塞。活塞长度约为试管长度的一半。

将做好的移气活塞组合上试管。并装上塑胶软管与钻孔的小木块(连结轴用)。

将玻璃针筒以热熔胶固定在木条上,并用橡皮筋加强固定。针筒后方黏上钻孔的小木块,以备之后连结轴用。

同样将试管固定在木条上。然后以塑胶软管连接。

此时可以稍作测试。加热试管前端,拉动移气活塞,看看针筒是否会前后伸缩移动。如没有,则应该检查是否出现漏气现象。

在木条前 10mm 钻一φ1.5mm 的孔,接着依下列尺寸,将铅线弯曲制作曲轴,并黏合光碟片。要注意针筒与移气活塞必须有相差90 度的相位角。

计算移气活塞的活动长度,在冰棒棍上适当钻孔以符合,将木条与冰棒棍切割钻孔。

最后将钻孔完毕的冰棒棍以小铁钉组合上去,即完成本次活动制作。

第三步:测试与完成

要使自制的Stirling Engine运作,首先在试管下至一酒精灯,待烧热约1分钟,试着转动光碟片即可。如果旋转不够顺利,试着微调相位角度;又或者旋转的连续性(贯性)不够,可在光碟片上夹上小夹子,以增加其惯性转动力量。

注意事项:

虽然,本次制作的 Stirling Engine 教具结构简单,但整个史特灵引擎制作的关键,就在曲轴与活塞,因此有几点影响制作成功与否的关键要点要注意:

1. 气体交换室(试管)的密闭性要高,尽量不要有漏气现象。

2. 曲轴角度要呈90 度,移气活塞的相位角要比活塞提前90 度。

3. 移气活塞的铜棒管接合处,要尽量能滑顺,但又不能有大量漏气现象,挑选铜管与铜棒时,公差要配合好。

4. 曲轴旋转的流畅度是关键,这个部份需要的精密度较高,尽量能以模具或电动工具制作。

5. 连结曲轴的冰棒棍要尽量平行推动,不要有分向力量减低推动。

6. 光碟片的目的是要增加其旋转惯性,如惯性不足,可用小夹子夹住光碟片来调整。斯特林发动机

相对于内燃机燃料在气缸内燃烧的特点热气机又被称作外燃机。现在热气机特指按闭式回热循环工作的热机,不包括斯特林热泵或斯特林制冷机。 热气机工作原理 热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质,按斯特林循环工作。在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔,另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩,然后流到高温热腔中迅速加热,膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧,通过加热器传给工质,工质不直接参与燃烧,也不更换。 已设计制造的热气机有多种结构,可利用各种能源,已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。 按缸内循环的组成形式分,热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动,冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接,配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。 热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程。

 
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