Silnik Stirlinga typ Alfa czyli „Klekot” 2018

Witam Państwa. Jako, że jest to moja pierwsza relacja/tutorial na portalu majsterkowo.pl proszę o wyrozumiałość 😊

Od dłuższego czasu chodził mi po głowie pomysł skonstruowania modelu silnika cieplnego opartego o pomysły niejakiego Pana Stirlinga. Miałem kilka prób zmierzenia się z tematem lecz z racji braku zaplecza warsztatowego i umiejętności, wszystkie były nieudane. Największym problemem przy konstruowaniu tego urządzeń jest zachowanie szczelności tłoków oraz likwidacja oporów układu. Przeczesując kazamaty Internetu oraz stoisk w marketach budowlanych poszukiwałem inspiracji. Podjąłem decyzję, że pierwszy porządny silnik będzie wersją wysokotemperaturową Alfa wyposażoną w dwa cylindry (gorący oraz zimny). *

Zasada działania oraz konstrukcja:

Zasada działania silnika Stirlinga typ Alfa – Cykle pracy:

1.Ogrzewanie

2.Rozprężanie

3.Chłodzenie

4.Sprężanie

*grafika ze strony http://www.stirling.fc.pl

Model silnika oparty jest o współpracujące ze sobą dwa cylindry (z tłokami) wykonane ze szklanych strzykawek 10ml.

oraz dwóch kół zamachowych o średnicy 120mm z ułożyskowaną osią i przeciwwagami.

Koła zamachowe oraz cylindry osadzone na niezależnych podporach posadowionych na drewnianej podstawie.

Konstruowanie:

Projekt rozpocząłem od rozrysowania wszystkiego w AutoCadzie. Następnie wykonałem podstawę ze sklejki o grubości 18mm i wymiarach
267 x 130mm (taką akurat miałem pod ręką 😊 )

Za pomocą prostego szablonu oznaczyłem miejsca na otwory pod śruby mocujące podstawę kół zamachowych, tłoków oraz zagłębienie pod palnik.

Wykonałem otworowanie. Podczas wiercenia wpadł mi do głowy pomysł na przeniesienie nadruku z nazwą modelu na sklejkę. Do tego celu wystarczy drukarka atramentowa i Denatural (ew. Aceton). Przygotowałem napis jako odbicie lustrzane w osi pionowej, wydrukowałem i wyciąłem zaznaczony zakres.

Tak przygotowany wydruk przyłożyłem do sklejki (nadrukiem w dół) i zabezpieczyłem taśmą malarską aby się nie ruszał. Następnie przetarłem Denaturalem i za pomocą łyżki wtarłem całość napisu. Poszczególne litery dociskałem gładką częścią długopisu (okrągłym końcem). Efekt mnie zaskoczył.

czyli jednak da się wykonać transfer nadruku z „atramentówki”.

Za pomocą lutownicy gazowej wykonałem pirografię na przeniesionym napisie. Całość przeszlifowałem fazując krawędzie oraz polakierowałem lakierem akrylowym.

Pozostała kwestia z czego wykonać palnik. Przeszukałem swoje „graty” i odnalazłem złączki do rur tworzywowych używane do podłączenia grzejników dolnozasilanych. Do tego dołożyłem uszczelkę, nypel mosiężny, podkładkę, nakrętkę ślepą oraz knot. Całość uszczelniłem na gwincie nitką na smarze. Nie miałem konopi 😊

I test szczelności.

Na tłoku zimnym zamontowałem chłodnicę wykonaną z blachy miedzianej 1,5mm wygiętej w „falę” na dwóch wiertłach fi 5mm oraz fi 3mm. Całość zlutowałem palnikiem oraz cyną.

Wąż sylikonowy łączący tłoki zabezpieczyłem przed nadmiernym wzrostem temperatury chłodnicą wykonaną z blachy miedzianej 1,5mm, na którą nawinąłem drut miedziany fi 1,2mm

Przyszedł czas na modelowanie 3D. Do tego celu użyłem darmowego programu Autodesku 123D Design z racji jego kompatybilności z moim oprogramowaniem.

Wszystkie elementy silnika za wyjątkiem mocowania tłoków są mojego autorstwa. Mocowanie tłoków pochodzi od internauty petrzmax z portalu https://www.thingiverse.com. Uważam je za jedne z najlepszych.

Druk wykonałem na drukarce i3 MEGA Anycubic z użyciem czarnego filamentu PLA. Niektóre z wydrukowanych elementów pomalowałem farbą modelarską Tamiya Enamel X-7 Red Gloss.

Po wyschnięciu farby zmontowałem silnik w całość. Jako, że cylinder gorący nagrzewa się do wysokiej temperatury odseparowałem go od wydrukowanego mocowania. W miejscu styku cylindrów z PLA zamontowałem gumę separującą wykonaną ze starej dętki rowerowej. Dociska ona cylindry jednocześnie niwelując luzy.

A tak prezentuje się gotowy model.

Silnik podczas pracy.

Docelowo chciałbym zasilić małą prądnicę stąd na jednym z kół zamachowych jest widoczny rowek pod koło pasowe. Pracuję nad tym.

Zestawienie materiałów:

Podstawa

1x Sklejka 267x130x18 [mm]

4x Podkładki sylikonowe 10mm

Silnik – elementy drukowane

1x Podpora kół zamachowych

1x Koło zamachowe proste

1x Koło zamachowe pasowe

1x Przeciwwaga lewa

1x Przeciwwaga prawa

1x Podpora cylindrów

1x Mocowanie cylindrów

2x Mocowanie tłoków

2x Dekiel mocowania tłoków

2x Popychacz tłoków

Silnik – elementy pozostałe

2x Strzykawki szklane 10ml

1x Wężyk sylikonowy zbrojony fi 5mm L=~150mm

1x Chłodnica miedziana tłoka zimnego

1x Chłodnica miedziana wężyka sylikonowego

Palnik spirytusowy

1x Złączka do rur

1x Knot

1x Czopuch aluminiowy

1x Uszczelka gumowa

1x Nypel mosiężny

1x Podkładka

1x Nakrętka ślepa

Pozostałe

2x Łożysko kulkowe 604 ZZ 4x12x4mm

4x Łożysko kulkowe 683 ZZ 3x7x3mm

2x Śruba z łbem sześciokątnym M8x25

1x Śruba M4x60 (oś kół zamachowych)

16x Śruba M4x12

8x Śruba z łbem walcowym M3x20

2x Śruba imbusowa M3x20

8x Śruba imbusowa M3x12

2x Śruba imbusowa M3x10

2x Śruba M2x10

2x Nakrętka ślepa M8

16x Nakrętka ślepa M4

14x Nakrętka sześciokątna M3

2x Nakrętka sześciokątna M2

1x Nakrętka samohamowna M4

2x Nakrętka samohamowna M3

2x Podkładka M8

2x Podkładka M4

8x Nakrętka kołpakowa M3

2x Kawałek dętki rowerowej (~30 x 70 mm)

Lakier akrylowy – wg potrzeb.

Razem: 128 części

Dziękuję za uwagę i zapraszam do komentowania. Wszelkie uwagi mile widziane.

Krzychu

  *Pierwsze prototypy zostały wykonane za pomocą odlewów z żywicy epoksydowej RenCast FC 52 wykonanych ręcznie. Pozwolę sobie zrobić o tym osobny artykuł i podzielić się z Wami moimi doświadczeniami i spostrzeżeniami z procesu odlewania żywicą j.w.

Pliki załączone do artykułu: