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MODELLAZIONE
Modello del motore Stirling. Consigli per il modellista
Elenco / Apparecchiatura di radiocomando Il motore Stirling è un motore a combustione esterna in cui l'energia termica viene fornita al fluido di lavoro (nel nostro caso l'aria) dall'esterno, attraverso la parete del cilindro. Il suo principio di funzionamento si basa su una legge fisica ben nota: l'espansione e la compressione dell'aria durante il riscaldamento e il raffreddamento. Pertanto, Stirling è anche chiamato motore termo-aria. Il modello descritto nel libro di S. Baranov "Current Models of Heat Engines" (pubblicato nel 1816) ci aiuterà a comprendere il funzionamento del motore che Stirling sviluppò nel 1936. Innanzitutto, parliamo di come funziona il modello Stirling. È composto da quattro parti principali: due cilindri comunicanti - scambiatore 6 e lavorativo 3, una camera di riscaldamento - chiamiamolo focolare 4 - e un serbatoio per l'acqua fredda (non è rappresentato negli schemi I-III, vedetelo nelle generalità vista del motore).
Nella parte superiore del cilindro di scambio termico 6 è chiusa ermeticamente una camera 7 per l'acqua. Il suo compito è raffreddare l'aria riscaldata. Attraverso questa camera passa l'asta del pistone-dislocatore 5. Il dislocatore è installato nel cilindro 6 con uno spazio vuoto, senza toccare le pareti. Il pistone di lavoro 2, al contrario, è saldamente fissato al cilindro 3 e si muove lungo di esso praticamente senza alcuno spazio. Il dislocatore 5 e il pistone di lavoro 2 sono collegati tra loro tramite un meccanismo a manovella e la manovella e l'eccentrico sono installati l'uno rispetto all'altro con uno sfasamento di 90°. I cilindri sono collegati tra loro da un tubo, quindi l'aria può passare facilmente dallo scambiatore di calore al cilindro di lavoro e viceversa. Il manovellismo è costituito da una manovella con biella e asse (unità 8), un eccentrico 1 e un volano 9. Il diametro del volano è 80 mm e la distanza dall'asse al perno eccentrico è 14 mm. Quindi, supponiamo di aver messo una lampada ad alcool nel focolare 4 e di iniziare a riscaldare il fondo del cilindro 6. Dopo un po' di tempo, l'aria sotto il pistone dislocatore si riscalderà (e quindi si espanderà) e scorrerà verso l'alto (ricordate: c'è una spazio tra il dislocatore e la parete del cilindro). Spostiamo il volano 9 dal suo punto morto e il pistone-dislocatore 5 inizierà a sollevarsi verso l'alto, spostando l'aria fredda dall'alto verso il basso. Anche il pistone di lavoro 2 inizierà a muoversi lentamente. L'aria fredda, a contatto con il fondo caldo del cilindro 6, si riscalderà, la pressione aumenterà e l'aria fluirà attraverso il tubo nel cilindro di lavoro 3. Sotto la sua influenza, il pistone 2 inizierà la sua corsa di lavoro. Il pistone si muove verso l'alto, e nel frattempo il dislocatore ha già cominciato a muoversi verso il basso, perché le loro fasi, come già accennato, sono sfasate di 90°. Il pistone ha preso la posizione superiore e, sotto l'influenza dell'inerzia del volano 9, inizia a cadere, spostando l'aria di scarico che ha perso il suo calore originale nel cilindro 6. Una volta nella parte superiore del cilindro di scambio termico, si raffredda ancora di più e diminuisce di volume. Durante la corsa inversa del pistone di lavoro, il dislocatore inizia a sollevarsi nuovamente e spinge nuovamente l'aria fredda dall'alto verso il basso. A contatto con il fondo caldo del cilindro 6, l'aria fredda si riscalda, si espande e il ciclo si ripete. La cosa principale nel funzionamento di un tale motore è il raffreddamento ad aria. Nel nostro modello, ciò avviene tramite l'acqua proveniente da un serbatoio installato accanto al motore. Non appena l'acqua nella camera 7 viene riscaldata dall'aria calda, risale il tubo ed entra nel serbatoio. E al suo posto, attraverso il tubo inferiore, scorre acqua fredda dal serbatoio. In fisica, questo fenomeno è chiamato convezione termica. Ora su come realizzare un modello del motore.
Entrambi i cilindri 3 e 6, il focolare 4 sono più facili da saldare dallo stagno. Innanzitutto, ritaglia il pezzo grezzo per il cilindro 6 (la sua larghezza è di circa 223 mm), pratica dei fori con un diametro di 4,2 mm per l'asse, quindi piegalo su un pezzo grezzo rotondo. Saldare il cilindro. Sui lati esterni delle orecchie sono presenti boccole saldate con un diametro interno di almeno 4,2 mm che fungono da cuscinetti. Quindi iniziare a creare la camera dell'acqua 7. Ritaglia due cerchi dallo stampo in base al diametro del cilindro ottenuto. Al loro centro, praticare dei fori per un tubo con un diametro interno di circa 3 mm (la sua lunghezza è 32 mm). Saldare il tubo nei cerchi in modo che la distanza tra loro sia di 30 mm. Fissare la parte risultante saldando all'interno del cilindro, allontanandosi di 35 mm dal bordo inferiore. Cercare di eseguire questa operazione con la massima attenzione possibile; la camera 7 deve essere sigillata e non devono fuoriuscire acqua dalle pareti. Il dislocatore 5 è assemblato da un cilindro di legno leggero, il cui diametro è circa 2,5 mm inferiore al diametro interno del cilindro 6 (la sua altezza è selezionata sperimentalmente) e un'asta ricavata da un ferro da calza con un diametro di 2,8 mm. Coprire il cilindro con cerchi di stagno su entrambi i lati. Praticare un foro al centro del cilindro in base al diametro dell'asta e inserirvi saldamente l'asta. Per evitare che salti fuori a causa del riscaldamento, saldarlo ai cerchi di stagno. L'asta deve muoversi liberamente lungo il tubo della camera 7, senza eccessivi attriti. Praticare un foro per il perno della biella nella parte superiore dello stelo. Prestare particolare attenzione al cilindro 3 e al pistone 2. Dalla loro qualità dipende il funzionamento dell'intero modello. Il cilindro può essere costituito da un pezzo di tubo di rame lungo 40 mm e di 18-20 mm di diametro, saldato inferiormente con un cerchio di ottone. Nel cilindro finito, non dimenticare di praticare un foro per collegarlo al cilindro più grande. su un tornio. L'asta è incernierata nella parte superiore del pistone. Anche il pezzo grezzo del focolare 4 deve essere piegato su un pezzo grezzo rotondo, avendo precedentemente praticato dei fori per l'aria e le viti di montaggio. Si consiglia di saldarlo direttamente sul cilindro 6 finito. Ora è necessario assemblare il modello: saldare il cilindro 3, montare il pistone 2 su di esso, saldare un tubo nei cilindri per la comunicazione tra loro, montare il manovellismo, saldare il fondo del cilindro 6. Posizionare l'alloggiamento del motore finito sul focolare 4 e fissarlo con la saldatura. Il serbatoio del raffreddamento ad acqua è un barattolo di latta con tubi saldati nella parte inferiore e superiore, sui quali sono fissati i tubi di gomma. Il serbatoio è fissato accanto al motore su un supporto di legno. Riassumendo, notiamo che il motore Stirling funziona sul seguente fenomeno fisico: il lavoro compiuto dall'aria calda durante l'espansione è maggiore del lavoro che deve essere speso per la sua compressione. Pertanto, provare a eseguire il debug migliore della cinematica del modello per ridurre al minimo l'attrito nelle unità in movimento. Qualche parola sugli stirling moderni. I motori a combustione esterna sono ancora in fase di costruzione e per certi aspetti sono più avanti degli altri motori. Oggi non sono più ingombranti come lo erano nel secolo scorso. Usano un gas leggero come fluido di lavoro: elio o idrogeno (Robert Stirling usava l'aria). Il funzionamento del moderno Stirling non è influenzato dall'ambiente esterno: il gas pompato nell'alloggiamento sotto pressione si trova in un volume chiuso. Pertanto, i moderni motori Stirling possono essere utilizzati quasi ovunque: in acqua, nel sottosuolo e nello spazio, cioè dove i motori convenzionali non possono funzionare. Autore: V. Gorstkov
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