Стирлинг двигатель и Ваши возможности.

Справедливости ради нужно сказать, что при простоте конструкции процесс создания Стирлинга и доведение его до работоспособного состояния не так прост, как кажется.
Первое с чего следует начать - оценить первоначальные возможности. Если Вы не профессиональный токарь - не стоит замахиваться на что-то серьезное из хрома и металла. Даже если есть возможность заказать необходимые детали в конторе по обработке металла - не спешите.
Любое изделие, будь то доска для резки мяса или Стирлинг начинается с проработки конструкции, эскиза и рабочих чертежей. Постарайтесь не пренебрегать этой последовательностью. Оцените свой опыт в данной области и примените его в полном объеме при проектировании и изготовлении простейших моделей. Поверьте - приобретенные навыки и знания будут очень полезны в будущем. В крайнем случае используйте готовые чертежи работоспособных конструкций.
Второе - производственная база. Одно дело - когда в Вашем распоряжении гараж с верстаком, дрель, болгарка, сварочный аппарат, доступ к токарному станку и прочие технические изыски. Да, здесь можно размахнуться.Если из рабочих поверхностей имеется только кухонный стол в "неедальное" время, а из инструментов - плоскогубцы, паяльник и шило - не отчаивайтесь. И с помощью этого можно смастерить весьма симпатичный Стирлинг с вполне приличными ТХ. Для более точной оценки Ваших возможностей посетите раздел ТЕХНОЛОГИИ. Поверьте на слово не все можно оценить "на глаз"

Материалы для Стирлинг двигателей

Все используемые для изготовления Стирлингов материалы можно разделить на две большие группы: термостабильные и термолабильные.
Сразу оговоримся - теплостойкость нижеприведенных материалов варьирует в гораздо более широких пределах, но главным критерием для такой условной классификации, в нашем случае, является стойкость к воздействию указанного ниже температурного диапазона.
Термостабильные материалы - т.е. стойкие к "высоким" температурам. К таким материалам можно отнести все, что успешно "держит" температуру до 200 - 350 градусов Цельсия. Это средняя температура пламени свечи или спиртовки. Их наиболее часто используют, в качестве "источника питания" для Стирлингов. К таким материалам относятся листы аллюминия и меди (не рекомендуется подвергать воздействию открытого пламени - материалы выгорают), листовая жесть, латунь, полуфабрикаты из нержавеющей стали (в основном - посуда: термосы, кружки, подносы и т.д.), автомобильный герметик или специальный силикон (правда с ограничением - "держат" до 200 - 250 градусов Цельсия), лабораторное стекло, оловяный припой (с ограничениями, конечно).
Термолабильные материалы - материалы "держащие" температуру от 80 - 90 градусов Цельсия. К ним относятся многие виды пластмасс (самая доступная - поливинилхлорид), органическое стекло, резина, почти все силиконовые герметики, эпоксидная смола, некоторые виды бытового клея, оконное стекло.
Вот, собственно, весь спектр доступных материалов. Их можно купить в хозяйственных магазинах.
Об экзотике - высокотемпературной керамике, жаропрочных нержавеющих сталях, фторопластах, графите и кварцевом стекле говорить пока не будем. Замечательные материалы, но далеко не везде и не в любом магазине их купишь, а для обработки требуется специальное оборудование и условия.
Если у Вас есть чем пополнить перечисленные выше списки - пожалуйста поделитесь опытом с читателями - кратко опишите используемые материалы или полуфабрикаты, приемы работы. Мы с удовольствием разместим эту информацию на страницах нашего сайта.

Выбор типа двигателя Стирлинга.

Сделать можно все! Лимитом служит время и затраченные усилия. Исходя из этого постулата выбирайте вариант двигателя для постройки.
Все стирлинги кроме стандартных вариантов, кратко описаных в разделе КОНСТРУКЦИИ можно разделить на две большие группы: низкотемпературные и высокотемпературные.
В качестве критерия оценки принадлежности к той или иной группе можно использовать предложенные в главе "материалы" диапазоны температур. С учетом ваших возможностей это позволит максимально быстро сделать удачный выбор.
Гамма-Стирлинги максимально просты в изготовлении. Два отдельных цилиндра позволяют компановать двигатель как угодно. Регенератор у "гаммы" отсутствует. В моделях малого рабочего объема он не приносит ощутимого прироста КПД. Нагревателем и радиатором служат торцы теплообменного цилиндра.
Поскольку теплообменный цилиндр в таких Стирлингах, как правило, гораздо больше по объему, чем рабочий, последний часто размещают на верхнем торце и заменяют резиновой или силиконовой мембраной. Это также упрощает конструкцию. Двигатель в таком исполнении не требует токарных и фрезерных работ и может быть изготовлен при минимальной материально - технической базе. Как правило все Гамма-Стирлинги являются низкотемпературными. В качестве "источника питания" используется стакан горячей воды.
Правильно сконструированные и хорошо выполненные модели запускаются от солнечного тепла и даже тепла руки. При этом скорость вращения может достигать 60-100 оборотов в минуту. Низкотемпературную модель Гамма-Стирлинга можно снабдить крыльчаткой от сгоревшего компьютерного кулера и закрепить в месте нагрева монитора. Вы получите "вечный" бытовой минивентилятор на рабочем месте. Коллеги долго будут ломать головы над тем, как же это работает.
Следующими по сложности идет Альфа-Стирлинг. Два цилиндра имеют одинаковый объем и должны иметь плотно притертые поршни. Для этого требуются токарные работы. Можно использовать полуфабрикаты - готовые цилиндро-поршневые группы от различных малоразмерных двигателей внутреннего сгорания. Но, без токарных и фрезерных работ все равно не обойтись. Альфа-Стирлинги - высокотемпературные.
Для изготовления низкотемпературных моделей альфа-стирлингов необходимо менять рабочее тело или повышать давление в двигателе, используя компрессор, а также изготавливать нагреватель, регенератор и радиатор как отдельные агрегаты, что неизбежно приведет к резкому усложнению конструкции и увеличению габаритов Стирлинга. Зато высокотемпературные "альфы" дают хорошие обороты.
Скорость вращения коленвала может достигать 1500 об/мин. Модель можно оснастить той же крыльчаткой и использовать, как полноценный вентилятор в жаркий день. Небольшая конструктивная доработка - и Вы получите неплохой холодильник для банки пива или зарядное устройство для мобильника на работоспособность которых не влияет отсутствие по близости электророзетки. Экономическая целесообразность таких устройств, конечно невелика, но, согласитесь - зарядить телефонный аккумулятор от свечки - в некотором роде волшебство.
Бета-Стирлинги самые сложные в исполнении. Расчет ромбического привода без люфтов, многослойная система сальников для штоков поршня и дисплейсера требуют много времени и мастерства. Зато результат соответствующий. Двигатель получается компактным, скоростным и мощным. Для моделирования этот тип Стирлингов - высший пилотаж. Выбор "бетты" хорош для изготовления силового агрегата под конкретные энергетические потребности при ограниченном объеме под размещение двигателя.

Проектирование Стирлингов.

Существуют три метода проектирования. Каждый из них хорош по своему. Выбор за Вами. Итак: первое и самое простое решение - копирование ранее изготовленных моделей. Собственно к проектированию это не имеет почти никакого отношения. Единственная проблема, с которой можно столкнуться - несоответсвие размеров используемых полуфабрикатов для повторения базовой модели. К примеру - для изготовления теплообменного цилиндра низкотемпературного Гамма-Стирлинга Вы имеете полуфабрикат - пластиковую трубу диаметром 100 мм. а в чертежах теплообменный цилиндр имеет диаметр 120 мм. Придется произвести приблизительный несложный перерасчет длины хода штока рабочего поршня. Если ход штока получился слишком маленьким и Вам сложно изготовить коленвал таких масштабов с необходимой точностью - перерасчитайте объем вытесняемого дисплейсером рабочего тела и увеличте высоту теплообменного цилиндра на расчетную величину.
Метод второй - более "продвинутый" - расчитайте двигатель с нуля по упрощенной методике. Этот метод не даст полного представления о всех характеристиках будующего двигателя, но гарантирует его работоспособность при заданном градиенте температур. Вы сами определите размеры двигателя исходя из потребностей и имеющихся заготовок. О чувстве собственной значимости говорить не будем - понятно, что вырастет, а вот теоретических знаний и опыта добавится несомненно. Они очень пригодятся в последующем, при выборе третьего метода проектирования.
Третий метод - самостоятельный полный расчет цикла стирлинг-машины по теории Шмидта. Сразу оговоримся, не самый простой путь. Однако по его завершении Вы получите выкладку о характеристиках будующего Стирлинга. Главное - скорость вращения коленвала при заданной температуре и мощность двигателя в ваттах. Согласитесь, это не "кот в мешке", это реальные показатели. Меняя исходные данные можно просчитать требуемый вариант по мощности или по "оборотистости".
Формулы для каждого метода расчета приведены в разделе ТЕОРИЯ

Изготовление Стирлингов.

Можно написать целую книгу по изготовлению Стирлингов, но вряд ли кто осилит прочтение "бесценного манускрипта", поскольку он окажется слишком длинным. Предусмотреть все сочетания используемых материалов и технологий невозможно. При желании и соответствующей подготовке рабочего места в плане инструментов, приспособлений и материалов модель простейшего Гамма-Стирлинга можно изготовить за один день. Но удовольствия от такого форсирования событий мало. В таком ритме сложно выдержать все размеры и требуемую точность. Не спешите. У всех быстроходных Стирлингов высокая скорость вращения коленвала обеспечивается малым ходом рабочего поршня. Смещение фаз коленвала не 180 градусов, а 90. Если в качестве заготовки применяется отрезок стальной проволоки - это уже сложная пространственная конструкция с миниатюрными габаритами и высокими требованиями по точности. Любые осевые биения резко снижают обороты двигателя или вообще приводят к его неработоспособности, что, согласитесь, очень обидно. Вот он, Стирлинг, весь в сборе, а не работает. Начинается нудный поиск неисправности. Быстро и точно изготовить коленвал не всегда возможно. Уделите этой детали особое внимание.
Еще один "бич" всех моделей Стирлингов - герметичность. Добивайтесь максимальной герметичности всех узлов, через которые рабочее тело может просочиться. Герметичность - первая причина неработоспособности модели при условии удовлетворительно исполненной кинематики. Используя клеи и герметики соблюдайте правило совместимости и тщательно подготавливайте поверхности перед склейкой. Пример - полиэтилен нельзя склеить стандартными клеями. Алюминий окисляется от силиконов на основе уксусной кислоты. Такие соединения разваливаются если не сразу, то по истечении непродолжительного времени. Если не зашкурить и не обезжирить поверхность металла - эпоксидная смола может "схватить" материал, но не обеспечит герметичного соединения.
В заключении скажем о главном: любой стирлинг, будь то модель из консервной банки или высокотехнологичный образец прежде всего ДВИГАТЕЛЬ! Не важно, что Вы используете в качестве исходных материалов. Важно отнестись к процессу серьезно. Точность, аккуратность, выдержка! Эти качества помогут сделать красивый, работоспособный Стирлинг.
Более подробно о методах работы с материалами Вы можете узнаеть в разделе ТЕХНОЛОГИИ

Kit-наборы Стирлингов. Что это такое?

Кit-набор - это набор заготовок и готовых деталей для сборки. В восьмидесятых годах многие магазины детских игрушек продавали подобные наборы планеров и кордовых моделей самолетов.
Кit-наборы выполняются в двух вариантах. Вариант конструктора, где все детали изготовлены и не требуют доработки. Вариант полуконструктора - часть деталей предоставляется в законченном виде, а часть необходимо изготовить самостоятельно из поставленных заготовок. Кit-набор по сути готовый двигатель в разобранном состоянии. Сборка Стирлинга из набора не представляет больших сложностей и не требует много времени. Вопросы подбора конструкционных материалов, проектирования и соответственно технические характеристики будующего двигателя решены за Вас производителем набора. Данный вариант хорош в качестве подарка, но как хобби не очень интересен.
В разделе "Kit-наборы" мы предлагаем компромис. Вашему вниманию предлагаются заготовки, отдельные узлы, герметики и специальные клеящие составы. Какой Стирлинг из них скомпановать - решать Вам. Не у каждого есть под боком нужный магазин, и не все материалы возможно приобрести в требуемом колличестве. (к примеру - аллюминиевый прокат продают исключительно листами, вряд ли Вам столько потребуется для модели; "клей" для полиэтилена Вы также не купите ни в одном магазине).

Ниже приведены описания и чертежи изготовления проверенных моделей Стирлингов.
Удачи!

P.S.: Если Стирлинг-машины станут Вашим хобби, значит наш труд (не легкий труд, уж поверьте) не пропал даром.