Plans moteur stirling

[PParent]

Salut JCMA,

J'ai vu sur le net que les moteurs Stirling (peut-être pas tous) sont réversibles :

1°) Si on leur fourni de la chaleur, ils produisent une énergie mécanique.

2°) Si on les fait tourner dans un sens, ils produisent du froid et dans l'autre sens de la chaleur.

As tu essayé ?

 

[jcma]

Salut PParent,

Ils sont effectivement reversibles, il suffit de les faire tourner en sens contraire qu'en utilisation moteur. Cela correspond a executer le cycle de stirling a l'envers. Des calories vont être retirées depuis le cylindre froid et vont être rejetées par le cylindre chaud.
Si on fait tourner dans le meme sens qu'en fonctionnement normal, on inverse le flux de chaleur, les calories vont être "pompées" par le cylindre chaud et rejetées par le cylindre froid.

Je n'ai pas encore fait d'essais, mais il y a un moment que j'y pense. Il faudrait entrainer le volant avec une courroie et un moteur et isoler le cylindre froid de la temperature ambiante avec une boite de polystyrene par exemple.

Une demo sur youtube. En fonctionnement normal, le moteur entraine un generateur. En alimentant le generateur (Il devient un moteur), on refroidit la partie chaude.

Fonctionnement normal:

@+
Jean-Charles

 

[matmat9]

j'attend avec impatience que vous vous lanciez dans un tel projet sa doit être super sympa a faire un "mini frigo" portable

salutation matmat

 

[MARECHE]

Bonsoir,
Dans les années 60, Phillips avait construit de gros modèles entrainés par des moteurs de 15 chevaux qui refroidissaient assez pour liquéfier 7 à 8 litres d'air ou d'azote par heures.
Salutations

 

[PParent]

Bonjour,

Quel lubrifiant conseillez vous pour les moteurs ?

 

[jcma]

Bonjour,

J'utilise une huile pour machine à coudre qui est tres fluide. Aucune idée de la composition, il n'y a rien de marqué sur le flacon. C'est peut-etre de l'huile de vaseline.

@+
Jean-Charles

 

[Stefane20]

Bonjour
Merci beaucoup a jcma pour les plans des moteurs stirling
J’aimerai beaucoup réaliser le stirling gamma mais en plus gros
J’ai essayer d’ utiliser le dossier excel de calcul mais je me suis perdu
Mon but serai de le réaliser 2 fois plus grand
Est-ce réalisable ?
Merci d’avance

 

[Georges de Villette]

Bien Stefane20 !!!
J'attends la réponse du maitre JCMA !!!
Georges

 

[jcma]

Bonsoir,

Je suppose que tu veux doubler les dimensions, pas les volumes (Si on double les dimensions, les volumes sont multipliés par 8).
Je viens de regarder les plans, c'est faisable. Le diamètre du piston passe à 18mm et celui du deplaceur à 24mm. Les courses seraient de 20mm.
Mais tout ne doit pas être mis à l'échelle, il faut que je regarde plus en détail, surtout pour le cylindre, le volant et le support, respectivement d'un diamètre de 80mm, 100mm et 128mm si on multiplie les dimensions par 2 !.
Le volant et le support pourraient être usinés en acier, plus lourd et plus économique, ce qui permettrait d'en diminuer les dimensions, reste à voir en détail le cylindre.

Le moteur actuel tourne avec un lampe à alcool avec une petite mèche, il faudra peut-être plus de chaleur pour faire tourner celui-ci (Je suppose, mais j'ai un bêta avec un piston de 20mm de diamètre qui tourne bien avec la même lampe).

Veux tu que j'aille plus loin ?. Le modèle 3D étant fait, il est facile de le modifier et de ressortir les plans, il faut juste que je trouve un peu de temps.

@+
Jean-Charles

 

[Stefane20]

merci jcma pour ta réponse
effectivement c est les dimension que j' aimerai doubler.j ai un examen en entreprise a réaliser et j ai réussi a convaincre mon chef pour réaliser un moteur stirling. j'ai pas envie de te faire perdre trop de temps. mais sa m'aiderai beaucoup si tu pourrai m aider à modifier les cotes de ton moteur.
a quoi doit-on faire attention pour la partie du cylindre ?
est-il possible d' augmenter les cotes de parois du deplaceur et du cylindre deplaceur sans perdre en rendement ?

 

[jcma]

Bonsoir,

Ma remarque sur le cylindre froid concernait la géométrie. Je vais voir si je peut réduire le diamètre externe du cylindre, sans interférer avec le reste, (fixations, courses, etc...), 80mm cela me semble énorme. Les ailettes resterons identiques à l'original, cela augmente la surface et permet un meilleur refroidissement.
Pour le deplaceur, une faible épaisseur donne une résistance thermique plus grande, donc un meilleure isolation entre la partie chaude et froide et meilleur rendement. Avec un peu de soin, on arrive a usiner une épaisseur de 2 à 3/10. Sinon, on on peut utiliser de l'inox, bien meilleur que l'aluminium (rapport de 12 environ).

Pour le perte de rendement: en théorie on va multiplier la puissance par 8 (Formule approchée donnée quelque part dans le post : W (en Watts) = 0.015 x P x H x V), mais comme on va augmenter les surfaces en contact (pertes par frottement), elle sera inférieure. L'idéal serait de mettre des roulements en plus, sur les bielles par exemple.

J'essaye de faire un premier jet vendredi soir, tu pourra ainsi voir s'il faut modifier des parties, en fonction de tes moyens d'usinage et des matériaux disponibles.

@+

 

[Stefane20]

Bonjour,

Pour le deplaceur, j’ai la possibilité d’utiliser de l’inox. Le cylindre deplaceur, on le garde en acier ?

Pour diminuer le frottement j’ai des propositions :
Chemise : laiton → bronze.
Balancier : laiton → acier ou alu
1 roulement pour l’axe balancier

Entretoise balancier : laiton → acier ou alu
Bielle piston : laiton → alu avec 2 roulements pour l'axe balancier bielle, et l'axe bielle piston
Bielle balancier : laiton → alu avec 2 roulement pour l'axe balancier bielle, et l'axe maneton
Bielle deplaceur : laiton → bronze sans roulement.

Peut-on améliorer l'assemblage entre la tige deplaceur et le cylindre (acier, alu ↔) en insérant une chemise en bronze ?

Tige deplaceur : 1 roulement pour l’axe bielle tige deplaceur
Manetons : laiton → bronze 1 roulement pour l’axe maneton (2x)
Supports essieu : laiton → alu 1 roulement pour l’essieu 1 et 2

L’encombrement des roulements ne sera pas un problème. J’ai trouvé une entreprise qui fabrique des roulements miniatures. J’ai posté le catalogue en fichier joint.

Est-ce que ces modifications réduiront efficacement les frottements ?

merci encore jcma pour ton aide Voir la pièce jointe roulement miniature.pdf

 

[Stefane20]

Et aussi des paliers lisse avec support en bronze Voir la pièce jointe palier lisse.pdf

 

[Stefane20]

J'ai fait un petit croquis Voir la pièce jointe 0196_001.pdf

 

[jcma]

Bonsoir Stefane20,

Intéressant tes documents, surtout celui des roulements. Cela évite de fouiller sur internet pour retrouver les désignations à chaque fois que l'on recherche des petites tailles.

Pour les matériaux:
Si tu a la possibilité de faire le cylindre du deplaceur en inox c'est mieux, pour la même raison que pour le deplaceur. J'ai remarqué qu'avec une cylindre en inox, le temps de la première chauffe est un peu plus long, mais que me moteur tourne bien mieux ensuite.

Pour le choix, on peut se baser sur les coefficients de frottement (A sec, en statique, plus le chiffre est bas moins il y a de friction).
Fonte - Bronze : 0.22
Acier - Fonte : 0.23
Fonte - Laiton : 0.3
Acier - Laiton : 0.35
Acier - Bronze : 0.4
Aluminium - Bronze : 0.45
Aluminium - Acier : 0.61
Acier - Acier : 0.8
Fonte - Fonte : 0.15
Aluminium - Aluminium : 1.35
Aluminium - Laiton : Non trouvé
Nota: Il est dur de trouver une table complète avec ces coefficients et on trouve des différences suivant les sources. A prendre avec des pincettes.

Les balancier et les entretoises pourraient être en alu, cela fait un gain de poids. Pour les bielles, ta liste est OK.
Pour le croquis, les axes n'ont pas besoin de bagues bronzes. Ils sont solidaires des balanciers et seules les bielles sont articulées. Par contre, la fixation par circlips est une bonne idée.

Comme promis voici le plan provisoire du stirling gamma. Il a été mis à l'échelle 2, sauf certaines parties (Axes, certaines épaisseurs, etc...) et les courses sont correctes. Les cotes sont un peu en vrac, il doit les reorganiser. Je regarde demain pour rentrer un peu plus dans les détails (Bielles à reprendre pour les roulements, piston trop long, etc...) .

EDIT: Plan provisoire supprimé

@+
Jean-Charles

 

[Stefane20]

c'est ok je ferai le cylindre et le deplaceur en inox

tu aurai une amélioration pour l'alésage de la tige deplaceur ?
on pourai mettre une chemise en bronze?

 

[jcma]

Re,

J'ai oublié de repondre à cette question. Oui, c'est egalement une bonne idée.

@+
Jean-Charles

 

[Stefane20]

merci beaucoup

les rainure du cylindre, on les laisse a 2 mm de largeur pour le refroidissement ?

sur tes plans originaux il manque la cote d'épaisseur des balancier. si tu peux y penser avec les modif de demain

merci

bonne fin de soirée

 

[jcma]

Bonsoir,

Voici le plan terminé.
- Roulements 3x8x4 sur toutes les bielles sauf celle du deplaceur qui est en bronze.
- Bague bronze pour la tige du deplaceur
- Roulements sur les deux balancier, pour l'axe central.
- Les matériaux ont étés mis à jour dans la liste du matériel.
- Les courses ont été retouchées, je n'avais pas fait attention au fait que les jeux en fin de course avaient doublé.
- Cylindre froid et volant légèrement plus petits.
- Pour le pied, je n'ai pas réussi à le réduire. A la limite, il serait possible de le faire moins haut.
- Poids complet donné par Inventor : environ 5Kg.

S'il manque des choses ou si tu a besoin d'infos supplémentaires, n'hésite pas.

@+
Jean-Charles

Voir la pièce jointe Stirling Big Gamma.pdf Plan définitif (20/11/2011)

 

[Stefane20]

Bonsoir,
Merci beaucoup jcma, c’est parfait .
Avant de pouvoir commencer à usiner, je dois finir la planification et faire la commande de la matière et des fournitures.
Je posterai des photos

La liste de la première page, c’est possible de l’avoir complète ?

bonne fin de soirée

 

[jcma]

Bonjour à tous,

Je n'avais pas utilisé la fonction exporter vers un PDF correctement , la première page n'avait pas été réorientée. J'ai également raccourci le bâti de 3.5mm et percé le voile du volant.
Le plan modifié est dans le poste précèdent, à la place de l'ancien.

Au cas ou tu ne trouve pas de rond pour le cylindre froid, tu peut partir d'un bloc de base carrée, de la même dimension que le diamètre du cylindre (Voir image).

@+
Jean-Charles

 

[Stefane20]

bonjour,

pour le cylindre froid j'ai du stock d’aluminium de diamètre 65.
Normalement je vais pouvoir commencer à usiner cette semaine.
je posterai des photos de l'avancement

merci beaucoup pour ton aide

bonne journée

 

[Etudiant10]

Bonjour à tous !

Nous sommes étudiants en 2eme année de DUT GMP et dans le cadre de notre "projet", nous étudions un moteur stirling de type Gamma, le but est de le placer sur un ballon d'eau chaude, chauffé par des panneaux solaires, afin de convertir cette énergie thermique (panneaux) en une énergie mécanique (moteur) puis en une énergie électrique par l'intermédiaire d'un générateur placé en sortie de notre moteur.

Nous devons effectuer des calculs thermiques, de puissance et de dimensionnement afin de concevoir un modèle 3D sous SolidWorks, le diamètre de notre ballon étant de 500mm, la base de notre moteur doit donc faire cette dimension... Le reste doit donc être dimensionné en fonction de ceci..

Si certains d'entre vous ont des mise en plans, des calculs, des informations ou des formules pouvant nous aider... N'hésitez pas .

 

[jcma]

Bonsoir,

Un site contenant des documents intéressants est celui de la NASA : http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?Ntx=mode matchallpartial&Ntk=All&N=4294891012&Ntt=stirling. En particulier les "Stirling Engine Design Manual" (Recherche : http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?N=0&Ntk=All&Ntt=stirling engine design manual&Ntx=mode matchall)

Deux autres lectures intéressantes (Mais en anglais et assez théoriques) sont "Ringbom Stirling Engines" et "Mechanical Efficiency of Heat Engines" de James R. Senft. On les trouves sur Amazon.

Une des méthode d'analyse souvent utilisée est celle de Schmidt. Voir les documents pour le solveur Maxima ci joint et sur internet.
Attention, je n'ai pas tout vérifié, je comptais aller plus loin après la lecture (A peine entamée) du deuxième livre cité ci-dessus.

@+
Jean-Charles Voir la pièce jointe Schmidt Stirling.zip

 

[Stefane20]

Bonsoir,

Aujourd'hui, j'ai enfin pu commencer le moteur stirling

usinages des ailettes de refroidissement

Finition intérieur

Chanfrein

 

[Georges de Villette]

Bon démarrage Stefane20 !
On attend la suite !
Georges

 

[Stefane20]

voila la suite

 

[Georges de Villette]

Merci pour les photos !
Ca avance bien !
Georges

 

[laflottepeche]

Bonjour,

Je ne sais pas bien où placer cette question (?). Je la pose toutefois.

Pour mémoire, j'ai fait le premier Stirling bétâ de JCMA .
Il fonctionne merveilleusement bien; j'en avais passé une vidéo en son temps.

-Sachant que des fuites autour du piston, et de la tige du déplaceur sont inéluctables,il y a une donc une perte d'air à chaque tour.
Au retour du piston vers le PM haut, on peut penser qu'il y a moins d'air à comprimer et à dilater, donc une efficacité moindre (étant entendu que l'air entrant par la même voie en sens inverse ne sufffirait sans doute pas, à reconstituer la quantité initiale.
Au bout d'un moment il ne devrait y avoir quasiment que du vide dans le cylindre, une quantité insuffisante d'air à exploiter...pourtant le moteur continue de bien fonctionner!.
Qu'en est-il de cette hypothèse.
Aurais tu une idée là dessus ?

Pour récupérer cette perte d'air, une mise à l'air libre du cylindre en fin de parcours du piston (au PM bas) complèterait immédiatement l'air échappé.
Quelqu'un aurait-il fait l'expérience ?
J'ai très envie de faire cette mise à l'air libre sur mon moteur pour essayer, bien que ce soit un peu délicat puisque 'il faudra passer à travers la chemise d'eau de refroidissement, et je ne voudrais pas endommager de façon défintive mon moteur .

Avant de me lancer dans une telle opération, si elle devait ne pas être absurde, je demandais un avis.
Merci pour m'avoir lu. Ce n'est pas facile à expliquer.
Cordialement.

 

[jcma]

Bonsoir,

En réalité la pression moyenne à l'interieur du moteur a tendance a se rapprocher de la pression ambiante (Ou de la pression de pressurisation, si pressurisation il y a), sauf tres grosse fuite. Ceci pour dire que sur un cycle complet, la pression interieure peut être soit inferieure, soit superieure à la pression externe et que les fuites se font donc soit vers l'interieur, soit vers l'exterieur (Je ne suis pas sur d'être clair).

Voici une courbe PV (Pression Volume) d'un moteur quelconque. La fleche rouge indique le sens de parcours du cycle et la ligne horizontale verte indique la pression moyenne à l'interieur du moteur. Les hachures vertes representent le travail que doit fournir le volant d'inertie. Dans la partie ou est dessinée la fleche, la pression externe est superieure à la pression interne.

Nota:
A l'occasion, je posterais le programme qui m'a servi à tracer cette courbe et qui permet aussi de determiner les volumes necessaires en fonction des temperatures choisies.

@+
Jean-Charles