神奇的发动机,用火烧就能动起来,这可能是唯一能自己做的发动机

2021-02-22 19:55:30 制造原理

不知道你有没有想过,我们现在使用的各种发动机,都是在气缸内爆炸燃烧后推动活塞运动,从而向外输出动力,这就是活塞运动,那么有没有发动机不依靠内部爆炸燃烧产生动力呢

其实,曾经也有过采用其他方式来为发动机提供动力,比如说通过外燃循环的方式,斯特林发动机就是采用的这种方式。

斯特林发动机与内燃发动机不同,其能源是靠外部提供的,可以通过各种方式实现,可以通过燃烧木头,酒精,柴油等各种燃料来实现。

什么是斯特林发动机‍

斯特林发动机是一种热力外燃循环发动机,与汽车中的内燃机有很大的不同,是由罗伯特·斯特林(Robert Stirling)在1816年发明的,所以这种发动机也就以它的名字而命名的。

也有人将斯特林发动机叫热气机或者是热机,它是利用介质(氢气或氦气)的冷热温度差来驱动活塞往复运动,从而向外输出动力。

斯特林发动机曾经被视为非常有潜力的一款发动机,但是如今,斯特林发动机仅用于某些非常专业的领域中,例如潜艇或游艇的辅助发电机中,这是因为在这些领域中,对发动机的噪音要求非常高。

斯特林发动机的特点‍

斯特林发动机内部使用的气体永远不会离开发动机,没有像汽油或柴油发动机那样排放气体的排气门,内部也没有燃烧发生,因此,斯特林发动机非常安静。

斯特林发动机使用的外部热源,可以是汽油或酒精等能源,也可以是太阳能或沼气等清洁可再生能源。

还有就是不会受到气压的影响,这是因为斯特林发动机内部的气体循环都是在完全隔绝的环境下运行的,而普通发动机都需要吸入外部空气,当气压降低时效率也就会降低。

斯特林发动机在工作过程中,都是需要用外部能源对其直接和持续加热,这就对材料持续耐高温的性能有较高的要求。

通过使用热源辐射让机器持续做工,在这个过程中热源的利用率并不是很高,还有很多的热量是在这个过程中白白损耗掉的。

与其它内燃发动机比较,斯特林发动机的反应就会慢很多,这是因为在使用外部加热做工的过程中,需要更多的时间才能使温度升高并传递到气缸内部,这也就是说需要暖机。

工作原理‍

斯特林发动机不是像现代内燃机那样,通过点燃燃料来促进空气快速膨胀而驱动每个活塞,而是使用外部热源提供动力,以迫使活塞在气缸内前后移动。

这也就意味着斯特林发动机没有进气或排气,发动机的一侧被加热,另一侧被冷却,让气体在膨胀,压缩和冷却之间循环,这意味着它可以通过将热能直接转换为机械动力。

当通过外部方式加热时,在封闭区域内的气体会膨胀并向封闭区域的周围施加压力,该压力可用于获得任何机械功。

斯特林发动机是闭环热机,通常,它与外界环境完全密封,并且可以对密封在发动机中的气体进行膨胀和压缩。

斯特林发动机拥有2个密闭腔室(一个带有热源,另一个带有冷却源),气体被封闭在其中,两个气缸是相互连接的,由于加热后气缸内部的气体开始膨胀,将活塞向前推,此时部分气体进去另一个气缸冷却,让活塞往回收缩,如此反复推动活塞往复运动,进而驱动飞轮输出动力。

DIY一台简易斯特林发动机‍

有的小伙伴对这种特别的发动机很感兴趣,就想自己DIY做一台,看看斯特林发动机有哪些零件,如何手工做一台简易的斯特林发动机。

一台简单的斯特林发动机主要由活塞,气缸,外部热源,飞轮以及连接杆等零件组成的。

手工制作斯特林发动机使用的基本材料有,20毫升玻璃注射器(头部破损或者完整的都可以),15*150毫米玻璃试管,32*15*9毫米轴承。

将完整的玻璃注射器切掉头部,头部缺损的需要切磨整齐,并将锋利的边缘打磨光滑。

在注射器内活塞内部用铅笔涂上石墨,让活塞的运动更加顺滑。

将一个带有圆孔的铁片用胶粘接在活塞柄上。(塑料片也行)

飞轮就用废旧的光盘制成,将6张光盘用胶水重合粘接在一起,粘接后的6张光盘重量不能超过100克。

将光盘平均分成5等分,并且分别在10毫米,14毫米,18毫米,23毫米和28毫米,这些不同的半径上打孔。

再用几块木头,分别做成底座,扣件和支撑件。

将轴承精确地对准飞轮的中心,并用胶粘在飞轮上面。

等胶干后,将飞轮上的轴承安装在木头支撑件铁管上,转动飞轮看其是否顺畅和歪斜。

将适量的钢丝棉剪成长条状,并塞入到玻璃试管中。(作用应该是储存热量,铁丝加热后温度还可以维持很久)

在试管口外面缠上耐热胶带,并在玻璃注射器套管尾部装上橡胶圈,以起到保护的作用。

再将其两者用耐热胶带密封连接起来,还要测试一下看看是否漏气。

用一根塑料连接杆,两端分别用螺丝连接在飞轮和活塞上面,连接处要涂上润滑油;注射器、连接杆和飞轮必须在一条直线上。

最后,在飞轮上还要增加一个10克的配重块。

用酒精灯对试管开始加热,可以从飞轮中心的半径为14MM的孔开始测试,一个简易的斯特林发动机就制作成功了。(以上材料完全可以用现有的东西代替,比较简单。)

尽管斯特林发动机并未在大众市场获得成功的应用,但仍有一些发明家或者发动机爱好者在研究它。

文中图片截取自Youtube《How to make a Thermoacoustic Engine》文中gif截取自Youtube《How to make a Thermoacoustic Engine》《Animation How stirling engine works.》

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