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斯特林发动机简单制作教程

一杯咖啡不能化身为一杯汽油,但是它一样可以用来驱动一个发动机,只不过这个发动机有点特别,是用硬纸板做成的小型发动机,当然也不是全部用硬纸板做成,还包括黄金冲件,激光切割的铝片,低摩擦的塑料轴承以及弹性钢丝。来自德国一家叫作Astromedia,以生产硬纸板小发明和。        这个能在一杯热咖啡上就能转起来的发动机,正是斯特林发动机(Stirling engine),由于能源,环境和可持续发展等人类问题的影响,人们开始热衷发展斯特林发动机,由Robert Stirling(罗伯特斯特林)在1816年发明的外燃发动机。前不久我们网络文摘收过一篇文章,讲著名的发明家Dean Kamen(Segway的发明者)也在,投身于他的下一个大项目,就是使用斯特林发动机的交通工具的计划。         斯特林发动机是活塞式热气发动机,在外部加热密封气室,里面的气体(氢气或氦气)膨胀推动活塞做功,膨胀后的气体在冷气室冷却,然后进入下一个流程。同样只要有一定值的温度差存在,都可以形成斯特林发动机,比如上面这个咖啡杯上的斯特林发动机,如果下面是冰块,它也能转起来,而且比里面是热咖啡(或热水)还要持久,一个小时左右。斯特林发动机可以使用多种的燃料,各种可燃气体估计是最佳材料,Dean Kamen还用牛粪来作过燃料。而且排气洁净,还有一个优势相对于内燃机来说,因为没有气体爆炸,所以大大降低了噪音污染。
工具/原料

注意看材料和工具表的要求

方法/步骤
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第一步:材料与工具准备:首先要准备的材料与工具如表1、表2 所示。表1 材料表  名称 规格 数量 备注  试管 18 x 150mm 1支 附橡皮塞  玻璃针筒 10 ml 1 支 作为活塞  铜管 内径约φ2mm 2段  铜棒 φ2mm 1根  光碟片 1片  铅线 约φ1.5mm 1包 曲轴  铁丝 细 固定钢丝绒用  钢丝绒 1包 移气活塞  塑胶软管 φ3 mm 1段  木条 180 x 10 x 8 mm 1支 木条  木板 若干 基座  热熔胶 若干  橡皮筋 2 条 固定试管及针筒  小螺帽 内径约φ1.5mm 若干  小铁钉 约φ1.5mm 若干 轴用  冰棒棍 若干       表二:工具表  名称 数量 备注  剪刀 1  美工刀 1  剪嘴钳 1 制作曲轴  虎钳 1 制作曲轴  线锯 1 切割木板  电钻 1  直尺 1  记号笔 1 做记号  实验室酒精灯 3~5组 亦可用蜡烛代替  工业酒精 2瓶  铁鎚 1 钉制基架  材料图:

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第二步:制作步骤(一)利用手摇钻(或小电钻)将橡皮塞钻出两个孔,一为连通气室用,一为交换器用(二)将钢丝绒以小铁丝绑绕在铜棒上,製成移气活塞。活塞长度约为试管长度的一半。(三)将做好的移气活塞组合上试管。并装上塑胶软管与钻孔的小木块(连结轴用)。(四)将玻璃针筒以热熔胶固定在木条上,并用橡皮筋加强固定。针筒后方黏上钻孔的小木块,以备之后连结轴用。(六)此时可以稍作测试。加热试管前端,拉动移气活塞,看看针筒是否会前后伸缩移动。如没有,则应该检查是否出现漏气现象。(七)在木条前 10mm 钻一φ1.5mm 的孔,接着依下列尺寸,将铅线弯曲制作曲轴,并黏合光碟片。要注意针筒与移气活塞必须有相差90 度的相位角。(八)计算移气活塞的活动长度,在冰棒棍上适当钻孔以符合,将木条与冰棒棍切割钻孔。(九)最后将钻孔完毕的冰棒棍以小铁钉组合上去,即完成本次活动制作。

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第三步:测试与完成  要使自制的Stirling Engine运作,首先在试管下至一酒精灯,待烧热约1分钟,试着转动光碟片即可。如果旋转不够顺利,试着微调相位角度;又或者旋转的连续性(贯性)不够,可在光碟片上夹上小夹子,以增加其惯性转动力量。

注意事项
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1. 气体交换室(试管)的密闭性要高,尽量不要有漏气现象。

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2. 曲轴角度要呈90 度,移气活塞的相位角要比活塞提前90 度。

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3. 移气活塞的铜棒管接合处,要尽量能滑顺,但又不能有大量漏气现象,挑选铜管与铜棒时,公差要配合好。

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4. 曲轴旋转的流畅度是关键,这个部份需要的精密度较高,尽量能以模具或电动工具製作。

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5. 连结曲轴的冰棒棍要尽量平行推动,不要有分向力量减低推动。

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6. 光碟片的目的是要增加其旋转惯性,如惯性不足,可用小夹子夹住光碟片来调整。斯特林发动机

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