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Le stirling et les differents métaux

Discussion dans 'Modélisme' créé par Titou16, 26 Janvier 2014.

  1. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Le stirling et les differents métaux
    Bonjour à tous,

    Vous avez sans doute remarqué, comme moi, qu'on voit pas de Stirling efficaces et utiles, sur ce forum et sur d'autres. Pourtant ils existent. GM atteignait 300 chevaux, Philips 700W avec un 60cc. Donc c'est possible.
    Moi je galère depuis des années sur le sujet. Voici mon dernier né, ci dessous. Comme les autres, et malgré le temps que j'y passe, il est très médiocre. Le seul "amateur" que je connaisse à avoir fabriqué des Stirling "puissants" c'est Andy Ross, dont le plus puissant atteignait 230W ce qui est une puissance respectable pour un stirling d'env 90cc. Il a écrit un livre (Making Stirling Engine). Je me suis basé dessus pour faire celui ci. Et pourtant ça donne rien. Malgré un refroidisseur de 106 cm² pour une cylindrée de 26cc, il ne tourne qu'à 1000 tr/mn. Andy Ross, lui, dépasse les 5000 tr/mn. Alors où est le problème? Je pense qu'il est en parti dans les matériaux utilisé. J'avais fait des essais sur un ancien moteur. j'avais fais trois cylindre chaud identiques mais dans des métaux différents. Un en cuivre, un en acier et un en inox. Le cuivre, ça marchait pas du tout. L'inox, ça marchait un peu. L'acier c'est ça qui marchait le mieux. Andy Ross utilise pourtant l'inox, lui. Y a un truc qui m’échappe. Des suggestions?

    Stirling alpha 26.5 (1).jpeg

    Stirling alpha 26.5 (2).jpeg

    Refresher (air side).jpeg
     
  2. Charly 57

    Charly 57 Compagnon

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    Le stirling et les differents métaux
    Bonjour

    J'ai lu qu'il faut interposer un écran thermique à la base du cylindre chaud pour éviter que la chauffe ne se transmette via le métal. Le titane est un trés mauvais conducteur de chaleur et peut servir à ça.

    Ton refroidisseur à eau, y a t il une pompe pour assurer la circulation? Il me semble que tu aurais à gagner en faisant des ailettes plus épaisses car c'est l'épaisseur du métal qui transporte la chaleur. Avec leur finesse, il est possible que le bout de tes ailettes ne serve pas à grand chose et freine la circulation d'eau. Je ne vois pas comment est forcée la circulation de l'eau au travers des ailettes. Il y a peut être beaucoup à gagner de ce côté.

    Pour le piston chaud, l'inox est préféré car il ne rouille pas. Ses caractéristiques de capacité et de conductibilité thermiques sont très voisines de celles de l'acier.

    Tu peux essayer de monter serré une "calotte" de cuivre au bout chaud de ton cylindre chaud (moins de 1/3 de sa longueur), directement au contact de la flamme. Le cuivre va répartir la chauffe sur toute la périphérie du cylindre.

    Quel type d'étanchéité as tu monté entre tes pistons et tes chemises??
    Je vois une valve, est ce pour le pressuriser ?

    Bon boulot en tout cas ! Bravo
     
  3. moissan

    moissan Compagnon

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    Le stirling et les differents métaux
    le choix des metaux n'est pas le principal

    il faut plutot voir l'architecture generale pour faire un bon cycle thermodynamique

    ton refroidisseur a eau a plutot la place du regenerateur ou economiseur

    il faut un circuit d'eau dans la zone froide mais il faut un regenerateur entre la zone chaude et froide : un truc a ailette completement passif : le gaz qui vient du chaud donne sa chaleur aux ailette avant de passer du coté froid ... quand il sort du coté froid il reprend de la chaleur avant d'aller au coté chaud
     
  4. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Le stirling et les differents métaux
    Le coté du refroidisseur que je montre est le coté air. Le coté eau, je vous le montrerai ce soir. Bien entendu, il y a une pompe pour fair circuler le liquide. Les joints de piston sont des quadring. Le cylindre de chauffed devient rouge et pourtant le moteur reste aux alentour de 60°C. Son architecture est quasiment la meme que celle du v 15 d'Andy Ross qui n'a pas de regenerateur non plus. Ce dernier etant peux efficace sur des petites cylindrée comme celle ci. Le v15 tourne pourtant a 3600 tr/mn a vide.
     
  5. MOTORIX

    MOTORIX Apprenti

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    Le stirling et les differents métaux
    Bonjour Titou Bonjour à tous
    Tout d abord félicitations pour l architecture et la finition de ton moteur ,en ce moment je suis un peu comme toi je "patauge" sur un Alpha un peu différent dont le résultats ne sont vraiment glorieux ....J ai même essayer de faire la prise d air du cylindre chaud à l extrémité de celui-ci (cela ne ma rien apporté)
    Je crois que les joints de pistons quels qu ils soient vont être a proscrire (j ai peur qu avec la chaleur ils deviennent adhérent) mais piston chemise segment sans lubrification ça va être compliqué :mad:
    Encore une dernière :wink: j ai remarqué qu il fallait mettre le carter du moteur a l air libre pour avoir un possible fonctionnement
    Bonne suite et bonne journée. @+++.Henry.
     
  6. epine43

    epine43 Compagnon

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    Le stirling et les differents métaux
    je vais etre réaliste : ton travail est beau, mais si le Stirling reste un amusement c'est qu'il y a des raisons ....me parler de station spatiale ne concerne pas la réalité de la vraie vie....
     
  7. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Le stirling et les differents métaux
    Epine 43 : Ah bon, le stirling est un amusement? Renseigne toi mieux. Un Stirling de 700W pour 60cm3 dans les années 50-60 c'était pourtant loin d'être ridicule. Et ce n'est qu'un exemple parmi des dizaines d'autres.

    Motorix : Moi aussi j'ai essayé de deplacer l'entrée d'air de la zone chaude. La meilleur solution est de la placer le plus proche du carter moteur. C'est aussi les conclusions d'Andy Ross, pour qui d'ailleurs l'architecture en V n'est pas top à cause de ça. Il préférait dans son bouquin, une architecture juxtaposé, qui il est vrai permet de réduire au max les volumes morts. Sur ses moteurs les plus simples, il n'y a pas de joints en effet. Mais sur les plus puissants, qui sont préssurisé il y en a et je me demande bien ce que c'est. Il en parle mais c'est pas clair. Après le mieux, c'est surement, comme sur le Philips, d'avoir un compresseur intégré qui maintien la pression en permanence. Ce qui en plus permet de démarrer sans pressurisation. Déjà, le mien, avec 3 bars je peux plus tourner le volant. Le Philips etait préssurisé à 15 bars. A cette pression, impossible de le faire démarrer avec un lanceur à corde.
     
  8. Pierreg60

    Pierreg60 Compagnon

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    Le stirling et les differents métaux
    j'aime bien l'échangeur qu'on voit sur la dernière photo, mais il va falloir une bonne pression pour faire traverser l'eau la dedans!
     
  9. MOTORIX

    MOTORIX Apprenti

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    Le stirling et les differents métaux
    Hello Titou
    pour le coup il va falloir m enlever un doute ,je pensais que lorsque l on pressurisait un Stirling il fallait pressuriser l ensemble du moteur sinon je ne vois pas comment un tel moteur peut démarrer, j ose à peine imaginer la conception de l ensemble pour résister a de telle pression.Il me semble que le Stirling expérimental qui était monté dans la parabole à Odeillo était pressurisé a 200 Bars (avec de l hélium comme gaz)
    Bonne après -midi .@+++.Henry.
     
  10. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Le stirling et les differents métaux
    Ce n'est pas de l'eau qui passe dans ces ailettes, c'est de l'air, le gaz de travail. Le circuit d'eau passe de l'autre coté. Il st bien evident que de l'eau aurait du mal à passer. La distance entre chaque ailette est de 0,2mm. En tout ça fait une surface d'echange air/metal de 106 cm2.
     
  11. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Le stirling et les differents métaux
    Motorix : Je pensais aussi qu'il fallait préssuriser tout le moteur. Mes premiers préssurisés avaient le carter préssurisé et je pensais cela indispensable. Mais mon dernier alpha, celui là :



    m'a montré que non. Il est préssurisable. Je le lance sans pressu et je le pressurise après. Et sa vitesse augmente. Sa puissance aussi. Je ne peux pas le pressuriser au delà de 2,5 bars car le palier est constitué de résine polyester car il est aussi un générateur à flux axial.



    La resine n'encaisse pas bien l'augmentation de l'effort du à la pressurisation. De plus le piston se cabre et vu la longueur du déplaceur, celui ci vient à toucher le cylindre chaud. Il est donc limité par ces 2 problèmes. C'est dommage car je sens qu'il y a bien mieux à faire. Un embiellage Ross yoke résoudrai le problème. C'est prévu pour un peu plus tard. Pas avant l'hiver prochain probablement.

    Sinon voici le refroidisseur vu de l'autre face. Là c'est le circuit d'eau qui récupère les calories cédées au passage par le gaz de travail aux ailettes.

    Cooler (water side)1.jpeg
     
    Dernière édition par un modérateur: 4 Mai 2015
  12. Pierreg60

    Pierreg60 Compagnon

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    Le stirling et les differents métaux
    Je connais pas trop le principe du stirling, mais est ce que la simplicité de l'échangeur suffit ? sinon il est possible de faire quelque chose de plus performant, juste en utilisant du cuivre par exemple, et une bricole tu à fais tes rainures de 0,2mm comment?
     
  13. moissan

    moissan Compagnon

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    Le stirling et les differents métaux
    cet echangeur est bien : le gaz qui passe dedans sera bien refroidi ... mais entre le piston chaud et cet echangeur froid il manque le regenerateur

    quand le gaz chaud sort du piston chaud si il donne sa chaleur au regenerateur , le gaz froid qui passe ensuite dans le même regenerateur recupere cette chaleur : c'est vraiment important ... sans regenerateur je ne vois pas comment obtenir un bon resultat

    dans un stirling beta le simple jeux entre deplaceur et cylindre peu suffir a servir de regenerateur efficace , mais dans le alpha il n'y a rien si il n'y a pas un vrais regenerateur
     
  14. metal89

    metal89 Ouvrier

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    Le stirling et les differents métaux
    Les stirling entraînés par un moteur produisent du froid et sont utilisés dans des liquéfacteurs de gaz. Il ont un excellent rendement. Il existe donc des applications industrielles.

    Les moteurs Stirling industriels qui ont été développés à une époque utilisaient comme fluide de l'hélium comprimé à 200 bars. La pression est destinée à augmenter la masse volumique du gaz et par suite la puissance massique. L'hélium est un des rare gaz avec l'hydrogène à avoir un bon coefficient de conduction thermique. L'hydrogène n'a pas été retenu car sa molécule est tellement petite qu'elle passe au travers du réseau des molécules de métal et provoque une fragilisation des dits métaux.
    Il se sont révélés plutôt fiables mais très coûteux à fabriquer (tolérance/étanchéité). Le rendement était correct (de mémoire 20%) avec une puissance massique tout à fait raisonnable. Comme il s'agit d'une combustion externe ils sont polycombustible et la combustion peut être extrêmement optimisée. Il sont mal adaptés aux variations brusque de régime ce qui ne les rend pas très attractif pour la traction automobile. La solution qui aurait due être retenue aurait été d'utiliser un alternateur scellé avec des moteurs électriques, mais allez faire comprendre cela à un constructeur automobile! C'est la solution retenue par la NASA.
    La NASA en utilise car l'espace est une source froide à -300°C et la face exposée au soleil peut être très chaude. http://www.youtube.com/watch?v=P1FwrDZKfKk
    Les stirling ont connu un gros succès après la seconde guerre mondiale dans des puissances d'une centaine de watts pour alimenter des postes de radio destinés à la propagande et à l'alphabétisation. Ils fonctionnaient me semble-t-il avec des pressions internes modérées de l'ordre de 20-30 bars.

    Je crains que la fabrication d'unité efficace ne soit pas à la portée de l'amateur à cause des précisions d'usinage et à la métallurgie à mette en oeuvre.
    Je vais regarder si je n'ai pas de la doc qui puisse être utile mais malheureusement la doc utile est très théorique et ne renseigne guère sur industrialisation .

    Patrick
     
  15. Titou16

    Titou16 Ouvrier

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    Le stirling et les differents métaux
    PierreG60 : Usinage à la fraise scie de 0,2mm d'epaisseur (fraichement achetée chez Otelo, de marque Astra, ø25mm). Porte fraise fait maison :

    [​IMG]


    Moissan : Ok, tu as certainement raison. Je vais sans doute faire un essai comme tu dis. Mais le V15 d'Andy Ross avait pourtant exactement cette architecture. juste une chose à propos de la vidéo ci dessous. Le V15 ne fait pas 100W comme le prétend le gars sur la video, mais 6,5W à 2700 Tr/mn dixit Andy Ross lui même. Juste histoire de remettre les choses à leurs places :



    Cependant il tourne très bien est avec relativement peu d'apport de chaleur.

    Pour revenir à mon moteur, voici dans le détail comment il est fait.

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    Dernière édition par un modérateur: 4 Mai 2015
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