Hur man gör en Coke Can Stirling Engine

Hur kan du förvandla en av dessa till en liten motor? Vill du lära dig mer? Kolla in dessa bilmotorbilder! Sean Ellis / Photographer's Choice / Getty Images

Om du har några läskburkar och några andra lättillgängliga tillbehör kan du återskapa en av de första kommersiellt genomförbara motorerna som någonsin har gjorts. Även om den är liten i storlek talar en Coke Can Stirling-motor fortfarande till vår kollektiva mekaniska själ när den tuggar och bitar bort på en hylla, roterar ett svänghjul, snurrar några fläktblad eller till och med genererar några watt.

Dess mycket enkelhet framkallar en annan tid. Och oavsett om man betraktar det som ett bevis på koncept, en intressant modell, ett konversationsstycke eller ett stycke kinetisk skulptur, att göra en läsk kan Stirling-motor är ett bra sätt att gå in i det förflutna.

Stirling-motorn var hjärnbarnet till Robert Stirling, som uppfann konceptet 1816. Tanken bakom hans motor var att använda luft för att driva en motor, snarare än den senaste tekniken vid den tiden - ånga.

Det som skiljer Stirlings motor från andra var användningen av en "ekonomizer", vilket förbättrade bränsleekonomin. Detta är nu känt som en regenerator. Mellan 1816 och 1843 förfinade Stirling och hans bror, James, motorns design och effektivitet. I mitten av 1800-talet drev hans motorer stora industrier inklusive gjuterier. Men hans motor, liksom de flesta varmluftsmotorer, var mer lämpad för applikationer med låg effekt. Hans önskan att skapa ett säkrare alternativ till de ofta exploderande ångmotorerna besegrades av behovet av mer kraft för att driva växande industrier.

Det första du bör veta om en Stirling-motor är hur delarna går ihop och hur de fungerar.

Innehåll

1. Tillbehör för att bygga en Coke Can Stirling Engine
2. Förberedelser för att bygga en Coke Can Stirling Engine
3. Montering av en Coke Can Stirling Engine

Ta bort Stirlings regenerator så har du en varmluftsmotor. Hur en varmluftsmotor fungerar är enkelt. Luft blir det som kallas "arbetsvätska." En värmekälla, när det gäller de flesta brusburkar, Stirling-motorer, detta är ett te-ljus, värmer luften och får den att expandera. Luften kyls sedan, vilket gör att den dras samman. Expansionen och sammandragningen av luften, eller arbetsvätskan, är en termodynamisk cykel. Använd nu denna termodynamiska cykel för att flytta en kolv och du har effektivt tillåtit den termodynamiska cykeln att producera användbart mekaniskt arbete. När du fäster en vevaxel på kolven och lägger på ett svänghjul, har du grunderna i en motor.

Gå igenom att bygga en Stirling-motor så lär du dig mer än några lektioner om hembryggteknik. Framför allt är det mycket roligt att bygga en och ger dig en chans att bli kreativ med vad de flesta anser som skräp. Och ser det fungerar tar det till en helt ny nivå.

Låter det enkelt? Det är, men det finns fortfarande ett tag kvar innan motorn byggs. Du behöver fler komponenter, några material och en förståelse för hur de alla passar ihop innan din motor tappar bort.

Här är vad du behöver:

• Tre (3) läskburkar
• En (1) ballong
• Två (2) talade bröstvårtor
• Fyra (4) 5A elektriska terminalblock
• Ståltrådull
• En flaskhatt från en plastflaska
• Ståltråd
• Koppartråd
• Dowel rod
• Elektrisk tråd
• Fisketråd
• Tre (3) kompaktskivor
• Konservöppnare
• Nivåkniv
• Superlim [källa: ScrapToPower.com]

Låt oss ta en rundtur i de komponenter du ska konstruera, se hur de fungerar, vad de gör och hur det passar ihop.

Stirling History

Robert Stirling var inte den första som försökte en luftmotor, men han var den första som skapade en livskraftig kommersiell produkt, och hans motordesign tas i bruk 1818 för att driva en vattenpump vid ett stenbrott.

Ett enkelt te ljus ljus kan ge värmen för en soda kan Stirling motor. Lisa Romerein / The Image Bank / Getty Images

"Du måste tänka som en urmakare", säger Jim Larsen, en lång tid Stirling motorbyggare, författare och utbildare. "Du måste vara uppmärksam på detaljerna. Om du är uppmärksam på detaljerna har du en bättre chans att lyckas."

Huvudkomponenterna i en Stirling-motor är relativt enkla och enkla. Medan vi fokuserar på en sodavattenmotor har motorer byggts med material som sträcker sig från färgburkar till oljetrummar. Larsen sa under en Thanksgiving-utmaning när han besökte svärföräldrarna och byggde en Stirling-motor från diverse hårdvaruhusmaterial, inklusive krukor och kokkärl.

Brusburkar i aluminium erbjuder färdiga, förformade former perfekt för motorerna. De är också lätta att arbeta med och naturligtvis mycket billiga. Och även om de inte är tillräckligt robusta för allvarlig användning, tål de mikrokraften som produceras av de flesta motorplaner.

De tryckkammare är ett kärl som håller den fångna luften eller arbetsvätskan i det stängda systemet. Det är här luften värms upp och kyls under den termodynamiska cykeln. Medan luft- och tryckläckage kan vara bana för många motorer behöver tryckkammaren faktiskt en liten kontrollerad läcka. Utan denna läcka skulle kammaren helt enkelt bli en barometer och bara reagera på förändringar i det barometriska trycket på luften runt den.

Larsen sa att många Stirling-byggare väljer att ändra arbetsvätskan i tryckkammaren från luft till helium, vilket reagerar bättre under den termodynamiska cykeln.

De drivmekanism använder expansion och sammandragning av luften inuti tryckkammaren för att driva en vevaxel. Drivmekanismen kan antingen fästas på motorns sida eller integreras i motorns konstruktion.

För Larsen vevaxel är den mest kritiska delen av motorn, och påverkar alla delar av helheten, från tidtagning, till förskjutning, till svänghjulets hastighet och hela balans. "Det här är en del du vill spendera tid på för att få det rätt," sa Larsen.

De svänghjulet fungerar som mer än indikering på att motorn fungerar. Det fungerar som något av en energilagringsenhet. Ett välbalanserat svänghjul tar energin som skapas under motorns strömslag och lagrar den. När energi behövs för att pressa förskjutaren ner svänghjulet ger sin lagrade energi för att övervinna friktion och andra krafter. Utan ett bra svänghjul skulle förskjutaren helt enkelt höja sig upp till kammaren och stanna där.

Larsen sa att ha ett välbalanserat svänghjul är nyckeln till effektivitet. Om hjulet inte är balanserat måste motorn arbeta hårdare för att flytta det. "Du vill inte att motorn ska göra mer arbete än den måste," sade han.

De förskjutnings i en varmluftsmotor tjänar till att förflytta luften i tryckkammaren. Kom ihåg att motorn inte kan köra utan den termodynamiska cykeln där luft värms upp och kyls, vilket orsakar expansion och sammandragning. Om tryckkammaren helt enkelt uppvärmdes, utan att det finns något i den för att förflytta luften, skulle luften inuti värmas upp och expandera, men tränger aldrig samman.

Med värmekällan i botten använder varmluftsmotorn också kylning i toppen, vanligtvis is eller kallt vatten, för att kyla luften. När luften upphettas expanderar den genom att flytta förflyttningsanordningen till nära toppen av tryckkammaren. Överst på kammaren kyls luften, drar sig samman och förflyttar förskjutaren ner. Allt detta sker med hjälp av drivmekanismen, vevaxeln och svänghjulet.

Förskjutaren är vanligtvis en valsad stålull med en lätt tråd som löper genom mitten. Kommer du ihåg när Larsen talade om att behöva tänka som en klocktillverkare? Det här är en av dessa tider. Förskjutaren måste kunna glida fritt inuti tryckkammaren och samtidigt fylla det mesta. Det måste möjliggöra fritt luftflöde, samtidigt som en del av flödet begränsas. Tanken är att minimera friktion och maximera effektiviteten. Detta tema är konstant under hela konstruktionen av motorn.

De värmelåda är helt enkelt ett stativ som motorn sitter på. Värmekällan placeras under motorn.

Detta verkar som mycket arbete för inte mycket avkastning. Men det finns en konkret känsla när du är klar med motorn, felsöker arbetena för att få den igång och se den puffa på egen hand. För Larsen började hans fascination för mer än ett halvt decennium sedan, medan din kunde börja på så lite som några dagar från och med nu.

Video

För att titta på en soda kan Stirling-motor i aktion, kolla in den här videon och flera andra online.

• Hur Stirling Motorer fungerar
• Hur bilmotorer fungerar
• Hur dieselmotorer fungerar
• Hur tvåtaktsmotorer fungerar
• Så fungerar en glödlampa

källor

• Brown, Buster. "Hur varmluftsmotorer fungerar." Varmluftsmotorer. (29 februari 2012) http://www.hotairengines.com/WorkingDescription/Work.htm
• Redaktörer av Make Magazine; "The Best of Make." O'Reilly Media, Inc. 2007. Pgs. 306-317.
• Larsen, Jim. StirlingBuilder.com. (29 februari 2012) http://www.stirlingbuilder.com/
• Larsen, Jim. Personlig intervju. 2 mars 2012
• Larsen, Jim. "Eleven Stirling Engine Products You Can Build." Självpublicerad, januari 2012. (29 februari 2012)
• Larsen, Jim. "Snabb och enkel omrörningsmotor." Eget förlag. September 2011. (29 februari 2012)
• Trevligt, Karim. "Hur stirlingmotorer fungerar." Com. 4 maj 2001. (29 februari 2012) https: //www..com/stirling-engine.htm
• Purvis, Ben. "Dean Kamen utvecklar ekohybrid som kommer att köras på allt som bränner." Gizmag.com, 28 juni 2009. (1 mars 2012) http://www.gizmag.com/dean-kamen-segway-hybrid-scooter/12096/