스털링 엔진 모델. 그림, 설명

스털링 엔진 모델. 모델러를 위한 팁

모델링

스털링 엔진은 외부에서 실린더 벽을 통해 작동 유체(이 경우 공기)에 열 에너지가 공급되는 외부 연소 엔진입니다. 작동 원리는 가열 및 냉각 중 공기의 팽창 및 수축이라는 잘 알려진 물리 법칙을 기반으로 합니다. 따라서 스털링은 공기열 엔진이라고도합니다. Stirling이 1816년에 개발한 엔진의 작동을 이해하기 위해 S. Baranov의 저서 "Working Models of Thermal Engines"(1936년 발행)에 설명된 모델이 도움이 될 것입니다.

먼저 스털링 모델이 작동하는 방식에 대해 설명합니다. 그것은 네 가지 주요 부분으로 조립됩니다 : 두 개의 통신 실린더 - 열교환 6 및 작업 3, 가열 챔버 - 화실 4라고 부름 - 냉수 탱크 (그림 I-III에 표시되지 않음, 일반에서 참조) 엔진의 모습).

(확대하려면 클릭하십시오)

열교환 실린더(6)의 상부에는 물용 챔버(7)가 밀봉되어 있다. 그 임무는 가열 된 공기를 식히는 것입니다. 피스톤 변위 로드(5)는 이 챔버를 통과하며, 변위는 벽에 닿지 않고 틈을 두고 실린더(6)에 설치된다.

반대로 작동 피스톤(2)은 실린더(3)에 단단히 고정되어 거의 틈 없이 실린더를 따라 움직입니다. 그들 사이에서 디스플레이서(5)와 작동 피스톤(2)은 크랭크 메커니즘을 통해 연결되고 크랭크와 편심은 90°의 위상 편이로 서로에 대해 설치됩니다.

실린더는 튜브로 연결되어 있으므로 공기가 열교환기에서 작동 실린더로 또는 그 반대로 쉽게 통과할 수 있습니다.

크랭크 메커니즘은 커넥팅 로드와 축(노드 8)이 있는 크랭크, 편심 1 및 플라이휠 9로 구성됩니다. 플라이휠 직경은 80mm이고 축에서 편심 핀까지의 거리는 14mm입니다.

따라서 스피릿 램프를 용광로 4에 넣고 실린더 6의 바닥을 가열하기 시작했다고 가정합니다. 잠시 후 변위 피스톤 아래의 공기가 가열되어 (따라서 팽창) 위쪽으로 돌진합니다 (기억하십시오 : 간격이 있습니다 디스플레이서와 실린더 벽 사이). 플라이휠 9를 정중앙에서 움직이면 피스톤 디스플레이서 5가 상승하기 시작하고 차가운 공기가 위에서 아래로 이동합니다. 작동 피스톤 2도 천천히 움직이기 시작하고 실린더 6의 뜨거운 바닥과 접촉하는 차가운 공기가 가열되고 압력이 증가하며 공기가 튜브를 통해 작동 실린더 3으로 들어갑니다. 피스톤 2 영향을 받아 작업 스트로크를 시작합니다. 피스톤이 위로 이동하고 그 동안 이미 언급했듯이 위상이 90 ° 이동하기 때문에 디스플레이 서가 이미 내려 가기 시작했습니다.

피스톤은 위쪽 위치를 차지하고 플라이휠 9의 관성의 영향으로 하강하기 시작하여 원래 열을 잃은 배기 공기를 실린더 6으로 옮깁니다. 열교환 실린더의 상부에 들어가면 더욱 냉각되고 부피가 감소합니다. 작동 피스톤의 역행정에 있는 디스플레이서는 다시 상승하기 시작하여 차가운 공기를 위에서 아래로 다시 증류합니다. 실린더 6의 뜨거운 바닥과 접촉하면 차가운 공기가 가열되고 팽창하며 사이클이 반복됩니다.

이러한 엔진 작동에서 가장 중요한 것은 공기 냉각입니다. 우리 모델에서 이것은 엔진 옆에 설치된 탱크에서 나오는 물에 의해 이루어집니다. 챔버 7의 물이 뜨거운 공기에 의해 가열되자마자 파이프를 타고 탱크로 들어갑니다. 그리고 그 자리에서 이미 하부 파이프를 통해 냉수가 탱크에서 나옵니다. 물리학에서는 이러한 현상을 열 대류라고 합니다.

이제 엔진 모델을 만드는 방법에 대해 설명합니다.

스털링 엔진 모델

실린더 3과 6 모두 화실 4는 주석으로 납땜하는 것이 가장 쉽습니다. 먼저 실린더 6의 블랭크(폭은 약 223mm)를 자르고 축에 대해 직경 4,2mm의 구멍을 뚫은 다음 둥근 블랭크에서 구부립니다. 실린더를 납땜하십시오. 귀 바깥 쪽에서 내경이 4,2mm 이상인 솔더 부싱은 베어링 역할을합니다. 그런 다음 물 챔버 7의 제조를 진행하십시오.

결과 실린더의 직경에 따라 주석에서 두 개의 원을 잘라냅니다. 그 중심에 내경이 약 3mm(길이는 32mm)인 튜브용 구멍을 뚫습니다. 튜브 사이의 거리가 30mm가 되도록 튜브를 원으로 납땜합니다. 하단 가장자리에서 35mm 떨어진 실린더 내부에서 납땜하여 결과 부품을 고정하십시오. 이 작업을 가능한 한 조심스럽게 수행하십시오. 챔버 7은 밀폐되어 있어야 하며 벽을 통해 물이 스며들지 않아야 합니다.

디스플레이서(5)는 직경이 실린더(2,5)의 내경보다 약 6mm 작은 가벼운 나무 실린더(높이는 실험적으로 선택됨)와 직경 2,8mm의 스포크로 만든 막대로 조립됩니다. 양쪽에 주석 원으로 실린더를 덮으십시오. 막대의 직경에 따라 실린더 중앙에 구멍을 뚫고 막대를 단단히 삽입하십시오. 그리고 가열에서 튀어 나오지 않도록 주석 원에 납땜하십시오. 로드는 과도한 마찰 없이 챔버 튜브 7을 따라 자유롭게 움직여야 합니다.

스템 상단에 커넥팅 로드 핀용 구멍을 뚫습니다.

실린더 3과 피스톤 2에 특별한 주의를 기울이십시오. 전체 모델의 작동은 품질에 따라 다릅니다. 실린더는 길이 40mm, 직경 18-20mm의 구리 튜브 조각으로 만들 수 있으며 아래에서 황동 원으로 납땜합니다. 완성 된 실린더에서 큰 실린더와 통신하기 위해 구멍을 뚫는 것을 잊지 마십시오. 선반에. 막대는 피스톤의 상부에 선회식으로 고정되어 있습니다.

퍼니스 4의 공작물은 또한 이전에 공기 및 고정 나사를 위해 구멍을 뚫은 둥근 블랭크에서 구부릴 필요가 있습니다. 완성 된 실린더 6에 직접 납땜하는 것이 바람직합니다. 이제 모델을 조립해야합니다 : 실린더 3 납땜, 피스톤 2 장착, 서로 통신하기 위해 튜브를 실린더에 납땜, 크랭크 메커니즘 장착, 납땜 실린더 바닥 6. 퍼니스 4에 완성된 엔진 하우징을 설치하고 납땜으로 고정합니다.

수냉탱크는 깡통에 고무호스를 얹은 상하단에 파이프를 납땜한 것이다. 탱크는 나무 스탠드의 엔진 옆에 고정됩니다.

요약하면 스털링 엔진은 이러한 물리적 현상에 따라 작동합니다. 팽창하는 동안 뜨거운 공기가 수행하는 작업은 압축에 소요되는 작업보다 큽니다. 따라서 움직이는 노드의 마찰을 최소화하기 위해 모델의 운동학을 더 잘 디버깅하십시오.

현대 스털링에 대한 몇 마디.

지금도 외부 연소 엔진이 만들어지고 있으며 어떤면에서는 다른 엔진보다 앞서 있습니다. 오늘날 그들은 더 이상 지난 세기만큼 부피가 크지 않습니다.

그들은 가벼운 가스를 작동 유체로 사용합니다: 헬륨 또는 수소(Robert Stirling은 공기를 사용했습니다). 현대식 스털링의 작업은 외부 환경의 영향을 받지 않습니다. 압력 용기로 펌핑된 가스는 밀폐된 공간에 있습니다. 따라서 현대식 스털링은 물, 지하, 우주 공간, 즉 기존 엔진이 작동할 수 없는 거의 모든 곳에서 사용할 수 있습니다.

저자: V. Gorstkov

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