Sådan fremstilles en koksboks-omrøringsmotor

Hvordan kan du omdanne en af ​​disse til en lille motor? Vil du lære mere? Tjek disse bilmotorbilleder! Sean Ellis / Photographer's Choice / Getty Images

Hvis du har et par sodavandbokser og et par andre let tilgængelige tilbehør, kan du genskabe en af ​​de første kommercielt levedygtige motorer, der nogensinde er lavet. Selvom den er lille i størrelse, taler en cola-dåse-motor stadig til vores kollektive mekaniske sjæl, når den chuffs og bidder væk på en hylde, roterer et svinghjul, spinder et par blæser eller endda genererer et par watt.

Dens meget enkelhed fremkalder en anden tid. Og hvad enten man betragter det som et bevis på koncept, en interessant model, en samtale eller et stykke kinetisk skulptur, at fremstille en sodavand Stirling-motor er en god måde at træde ind i fortiden.

Stirling-motoren var hjernebarnet af Robert Stirling, som opfandt konceptet i 1816. Tanken bag hans motor var at bruge luft til at drive en motor snarere end den kommende teknologi på det tidspunkt - damp.

Hvad der adskiller Stirlings motor fra andre var brugen af ​​en "economizer", der forbedrede brændstoføkonomien. Dette er nu kendt som en regenerator. Mellem 1816 og 1843 forfinede Stirling og hans bror, James, motorens design og effektivitet. I midten af ​​det 19. århundrede drev hans motorer store industrier, herunder støberier. Imidlertid var hans motor såvel som de fleste varmluftsmotorer mere egnet til applikationer med lav effekt. Hans ønske om at skabe et mere sikkert alternativ til de ofte eksploderende dampmotorer blev besejret af behovet for mere kraft til at drive voksende industrier.

Den første ting, du skal vide om en Stirling-motor er, hvordan delene går sammen, og hvordan de fungerer.

Indhold

1. Forsyninger til opbygning af en koksboksstirling-motor
2. Forberedelser til opbygning af en koksboksstirling-motor
3. Montering af en cola-stirling-motor

Fjern Stirlings regenerator, og du har en varmluftsmotor. Sådan fungerer en varmluftsmotor er simpelt. Luft bliver det, der kaldes "arbejdsvæske." En varmekilde, når det gælder de fleste sodavand, Stirling-motorer, dette er et tændt lys, varmer luften, der får den til at udvide. Luften afkøles derefter, hvilket får den til at trække sig sammen. Udvidelsen og sammentrækningen af ​​luften eller arbejdsvæsken er en termodynamisk cyklus. Brug nu denne termodynamiske cyklus til at flytte et stempel, og du har effektivt lade den termodynamiske cyklus producere nyttigt mekanisk arbejde. Når du fastgør en krumtapaksel til stemplet og lægger på et svinghjul, har du det grundlæggende i en motor.

Gå igennem at opbygge en Stirling-motor, og du lærer mere end et par lektioner om hjemmebrygningsteknik. Mest af alt er det meget sjovt at opbygge en, og det giver dig en chance for at blive kreativ med det, de fleste anser for uønsket. Og at se det arbejde, bringer det til et helt nyt niveau.

Lyder det enkelt? Det er, men der er stadig et stykke tid at gå, før motoren er bygget. Du har brug for flere komponenter, et par materialer og en forståelse af, hvordan de alle passer sammen, inden din motor kører væk.

Her er hvad du har brug for:

• Tre (3) sodavand
• En (1) ballon
• To (2) talte brystvorter
• Fire (4) 5A elektriske terminalblokke
• Ståltråduld
• En flaskehætte fra en plastflaske
• Stålwire
• Kobbertråd
• Dowel rod
• Elektrisk ledning
• Fisketråd
• Tre (3) kompakte diske
• Dåseåbner
• Schweizer kniv
• Superlim [kilde: ScrapToPower.com]

Lad os tage en rundvisning i de komponenter, du skal konstruere, se, hvordan de fungerer, hvad de gør, og hvordan det hele passer sammen.

Omrørende historie

Robert Stirling var ikke den første, der forsøgte en luftmotor, men han var den første til at skabe et levedygtigt kommercielt produkt, og hans motordesign blev taget i brug i 1818 til at drive en vandpumpe ved et stenbrud.

Et simpelt tændt lys kan give varmen til en sodavandsstirling-motor. Lisa Romerein / The Image Bank / Getty Images

"Du er nødt til at tænke som en urmager," siger Jim Larsen, en lang tid Stirling motorbygger, forfatter og underviser. "Du er nødt til at være opmærksom på detaljerne. Hvis du er opmærksom på detaljerne, har du en bedre chance for succes."

De vigtigste komponenter i en Stirling-motor er relativt enkle og ligetil. Mens vi fokuserer på en sodavandsmotor, er motorer blevet bygget ved hjælp af materialer, der spænder fra maling dåser til olietønder. Larsen sagde, at under en Thanksgiving-udfordring, mens han besøgte svigerforældre, byggede han en Stirling-motor fra diverse hardware-butiksmaterialer, herunder gryder og pander.

Aluminium soda dåser tilbyder færdige, forformede former perfekte til motorerne. De er også nemme at arbejde med og selvfølgelig meget billige. Og selvom de ikke er robuste nok til seriøs brug, kan de modstå mikro-hestekræfter produceret af de fleste motorplaner.

Det tryk kammer er et fartøj, der holder den indfangede luft eller arbejdsfluid i det lukkede system. Det er her, luften opvarmes og afkøles under den termodynamiske cyklus. Mens luft- og tryk lækager kan være bane for mange motorer, har trykkammeret faktisk brug for en lille kontrolleret lækage. Uden denne lækage ville kammeret simpelthen blive et barometer og kun reagere på ændringer i det barometriske tryk i luften omkring det.

Larsen sagde, at mange Stirling-bygherrer vælger at ændre arbejdsvæsken i trykkammeret fra luft til helium, som reagerer bedre under den termodynamiske cyklus.

Det drevmekanisme bruger ekspansion og sammentrækning af luften inde i trykkammeret til at drive en krumtapaksel. Drevmekanismen kan enten fastgøres til siden af ​​motoren eller integreres i motorens struktur.

For Larsen, the krumtapaksel er den mest kritiske del af motoren og påvirker alle dele af helheden, fra timing, til forskydningskørsel, til svinghjulets hastighed og balancen for helheden. "Dette er en del, du vil bruge tid på for at få det rigtigt," sagde Larsen.

Det svinghjul fungerer som mere end indikation af, at motoren fungerer. Det fungerer som noget af en energilagringsenhed. Et velafbalanceret svinghjul tager den energi, der oprettes under motorens kraftslag og opbevarer den. Når energi er nødvendigt for at skubbe forskydningen ned, giver svinghjulet sin lagrede energi til at overvinde friktion og andre kræfter. Uden et godt svinghjul ville forskyderen blot rejse sig til toppen af ​​kammeret og forblive der.

Larsen sagde at have et velafbalanceret svinghjul er nøglen til effektivitet. Hvis hjulet ikke er afbalanceret, skal motoren arbejde hårdere for at bevæge det. ”Du vil ikke have, at motoren skal udføre mere arbejde, end den skal,” sagde han.

Det displacer i en varmluftsmotor tjener til at fortrænge luften i trykkammeret. Husk, motoren kan ikke køre uden den termodynamiske cyklus, hvor luft opvarmes og afkøles, hvilket medfører ekspansion og sammentrækning. Hvis trykkammeret simpelthen blev opvarmet uden noget inde i det for at fortrænge luften, ville luften indeni varme op og ekspandere, men aldrig trække sig sammen.

Med varmekilden i bunden bruger varmluftsmotoren også køling øverst, normalt is eller koldt vand, til at køle luften. Når luften opvarmes, udvides den med at bevæge forskydningsorganet til nær toppen af ​​trykkammeret. På toppen af ​​kammeret afkøles luften, trækkes sammen og bevæger forskyderen ned. Alt dette sker ved hjælp af drivmekanismen, krumtapaksel og svinghjul.

Displaceren er oftest et valset stykke ståluld med en let ledning, der løber gennem midten. Kan du huske, da Larsen talte om at skulle tænke som en urmager? Dette er en af ​​disse tidspunkter. Fortrængningsapparatet skal være i stand til at glide frit inden i trykkammeret, og samtidig fylde det meste af det. Det skal give mulighed for den frie luftstrøm, mens den begrænser en del af strømmen. Tanken er at minimere friktion og maksimere effektiviteten. Dette tema er konstant under konstruktionen af ​​motoren.

Det varmeboks er simpelthen et stativ, som motoren sidder på. Varmekilden er placeret under motoren.

Dette virker som en masse arbejde for ikke meget afkast. Men der er en håndgribelig følelse, når du er færdig med motoren, foretager fejlfinding på værkerne for at få den i gang og se den puste sammen på egen hånd. For Larsen begyndte hans fascination for mere end et halvt årti siden, mens din kunne begynde i så lidt som et par dage fra nu.

video

For at se en sodavandstirling-motor i aktion, tjek denne video og flere andre online.

• Sådan fungerer motorer
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer dieselmotorer
• Sådan fungerer to-taktsmotorer
• Sådan fungerer en varmepæremotor

Kilder

• Brown, Buster. "Hvordan varmluftmotorer fungerer." Varme luftmotorer. (29. februar 2012) http://www.hotairengines.com/WorkingDescription/Work.htm
• Redaktører af Make Magazine; "Det bedste af mærke." O'Reilly Media, Inc. 2007. Pgs. 306-317.
• Larsen, Jim. StirlingBuilder.com. (29. februar 2012) http://www.stirlingbuilder.com/
• Larsen, Jim. Personlig samtale. 2. marts, 2012
• Larsen, Jim. "Elleve Stirling-motorprodukter, du kan bygge." Selvudgivet, januar 2012. (29. februar, 2012)
• Larsen, Jim. "Hurtig og nem omrøringsmotor." Self-offentliggjort. September 2011. (29. februar 2012)
• Dejligt, Karim. "Sådan virksomme motorer fungerer." .com. 4. maj 2001. (29. februar, 2012) https: //www..com/stirling-engine.htm
• Purvis, Ben. "Dean Kamen udvikler øko-hybrid, der kører på alt, hvad der brænder." Gizmag.com, 28. juni 2009. (1. marts 2012) http://www.gizmag.com/dean-kamen-segway-hybrid-scooter/12096/