Stirlingmotortråden! :)

[bearing]

Håller med!
Jag hittade de andra delarna i artikelserien också. Mycket intressant! speciellt tredje delen, tycker jag, eftersom att den visar detaljbilder på motorns delar.

Jörgen Städje's artikelserie om Stirlingmotorn:
Del 1: http://www.idg.se/2.1085/1.260065/stirl ... liv-i-amal
Del 2: http://www.idg.se/2.1085/1.260074/clean ... ade-draget
Del 3: http://www.idg.se/2.1085/1.260089/bioma ... lingmotorn

[Thorped]

Jag är inte speciellt insatt i ämnet men jag hade velat bygga en stirling som är tenn-värmd och alkohol-kyld, värmningen sker lämpligt vis vid förbränning av trä som jag har i oändliga mängder för inga pengar alls. Tenn kan man ju få mycket varmare än vatten under lägre tryck. Kylningen sker bäst vintertid i vanliga kylare för typ bilar? Temperaturskillnad på 4-500grader borde väl ge en rätt vettig verkningsgrad?

Alltså ett mindre kraftverk, hade jag haft tid och ork hade jag gärna byggt nått med en effekt kring 250kW.

[netrunner]

http://www.cleanergy.com/technology/tec ... -timeline/

1995 A new designed engine, the Solo Stirling 161 is realised with the same concept but improved in several details. Power and efficiency are increased, castings improved, the gas cooler is flexible and service easier.

1997 Together with SBP, the Distal 2 project is started using three Solo Stirling 161 in a solar version for new concentrators. A new solar receiver is patented, power output was increased to over 9 kWel.

Intressant, vettig pryl med ett 16år gammalt patent. Då kan man köpa en enhet och börjar masstillverka den i Kina så att man har billiga produkter på hyllan för försäljning lagom till 2015 då patentet går ut.

[bearing]

Fast stirlingmotorn verkar i allmänhet ha både sämre verkningsgrad och sämre effektdensitet än en vanlig fyrtakts bensinmotor. Så om man kör motorn på vanligt handelsbränsle ser jag inte någon vinst med att använda en stirlingmotor, i alla fall inte i dess nuvarande utvecklingsgrad.

När det gäller verkningsgrad så ger den väl bensinmotorn en match. Men klart är att den inte är någon ersättare för bensinmotorn i en bil.

I detta PDF-dokument finns en hel del matnyttigt om beräkning av stirlingmotorer.

Utdrag:
• High potential efficiency (Carnot limit). In practice the best Stirling engines can
have efficiencies of 40% or more. The record for heat input to electrical power
output is held by Stirling Energy Systems for one of their solar dish Stirling
engines, at 31.25% of solar energy converted to grid-level electricity [40].

Tack, ett bra dokument. Du har kanske rätt, stirlingmotorn kan ge bensinmotorn en match. Jag tänkte inte på att många siffror jag sett på stirlingmotorer är bränsle->el, och inte bara själva motorns verkningsgrad. Det finns ju många förluster där emellan. De siffrorna har jag jämfört med de bästa siffrorna jag sett på bensinmotorns verkningsgrad. Om man gör jämförelsen mer rättvis, d.v.s tittar på bränsle->el på ett bensinelverk blir inte siffrorna så imponerande där heller. Små bensinelverk verkar i allmänhet ha <20% verkningsgrad bränsle->el.

Å andra sidan, om vi nu ska göra en rättvis jämförelse, då borde vi ju inte titta på "state of the art"-stirlingmotorer, och jämföra med ett enkelt elverk för några tusenlappar. Enligt tidigare länk gav ett system med V-161 ca 7kW med 25% verkningsgrad bränsle->el, samt tog tillvara på spillvärme för en total verkningsgrad på 78%.

Enligt Test av reservelverk och generella köpråd, förbrukar det bästa bensinelverket 0,5l / kWh, vilket motsvarar 22% verkningsgrad. Detta gäller ett verk med angiven effekt på 2,3kW, och uppmätt effekt på 1,3kW. Om man skulle vattenmantla cylindern och avgasröret, skulle man antagligen kunna ta tillvara på ungefär lika stor andel värme som i Stirling-systmet.

Ifråga om verkningsgrad kan man alltså matcha det dyra stirlingsystmet med ett enkelt bensinelverk.

Dock tror jag att utsläppen är betydligt sämre för bensinmotorn. Det borde man kunna räkna ut från siffrorna i de två bladen. Jag tror dock att det är något fel i siffrorna från elverkstestet:
"
Kolväten + Kväveoxider: 31,4 g/kWh
Kväveoxider: 4 g/kWh
Kolm­onoxid: 540 g/kWh
"
540g kolmonoxid är mer än vikten av bränslet som förbrukades. Visserligen har ju bränslet förenats med luft, så den totala mängden avgaser är ju mer än bränslet. Men siffran verkar ändå orimlig. Kanske ska det stå 540mg/kWh. Då blir jag osäker på ifall de andra siffrorna också ska vara i mg/kWh. Så jag hoppar över jämförelsen av utsläppen.

[säter]

United-Stirling byggde små elverk åt försvaret.
Det kanske går att leta upp data på dessa?

Jag såg ett sådant elverk till salu på blocket tidigare.
Orangemålat, kanske någon civil variant?

[bearing]

I detta PDF-dokument finns en hel del matnyttigt om beräkning av stirlingmotorer.

En sak som förbryllar mig är medeltrycket i stirlingmotorn. Man kan med hjälp av t.ex. Beale-nummer uppskatta effekten som motorn kommer att producera.

Pout = Bn * p * v * f
Där Bn verkar ligga på 0,1 +-90%.

Bn * p borde alltså motsvara BMEP för en bensinmotor. BMEP är medeltrycket som verkar på kolven under ett motorvarv. På en bensinmotor handlar det om kanske 8-12 bar, och är väldigt svårt att höja högre än så utan överladdning. Man behöve r i så fall optimera den akustiska resonansen i insug- och avgasrör för att få bättre gasväxling, vilket kan resultera i kanske 14-15 bar, men sen är det stopp. Med överladdning är det enklare. Vid 1bar övertryck fördubblas medeltrycket, och så vidare. Överladdning förutsätter att pumpen som överladdar klarar att fylla motorn varje varv den roterar.

Det som förbryllar mig är att på stirlingmotorn verkar det så enkelt att höja effekten. Man behöver, verkar det som, bara höja det statiska trycket i motorn.

Säg att man köper en sån där liten leksaksmotor i mässing. Den ger effekten 1W. Sedan ställer man motorn i en tryckluftstank på 10bar. Då får man 10W? sedan ställer man den i en kraftigare tank, och pumpar upp till 200bar. Då ger motorn (mycket förenklat, såklart) 200W?
Gasen kan bytas till helium för bättre prestanda. Utöver detta ger högre tryck allmänt högre verkningsgrad. Totalt ger ändringarna kanske en fördubbling, eller tredubbling t.o.m, av effekten. Motorn går från 1W till 600W?

[säter]

Det som förbryllar mig är att på stirlingmotorn verkar det så enkelt att höja effekten. Man behöver, verkar det som, bara höga det statiska trycket i motorn.

Det stämmer bra.
På många motorer, tex. V-161, reglerar man effekten under drift genom ändra förladdningstrycket.
Motorn har en inbyggd kompressor som pumpar till och från en separat gasbehållare.

[Nerre]

Det handlar väl om att med högre tryck så får man in fler gasmolekyler i motorn och det gör att expansionen/kontraktionen av gasen blir kraftigare?

[bearing]

Ja, jag börjar förstå nu.

p = T * n * R / V

Om man dubblar det statiska trycket (d.v.s även substansmängden i det här sammanhanget), då kommer ju varje temperaturförändring innebära en dubbelt så stor tryckförändring i cylindern, och därmed dubbel kraft. Enkelt egentligen, men det har tagit emot att förstå det här.

Bensinmotorn får ju också 200ggr högre effekt om den körs inuti tryckluftstanken. Skillnaden är att den förbrukar luften. Stirlingmotorn förbrukar inte sin arbetsgas.

[Walle]

Jag låg och funderade på nåt jag såg på nätet när jag skulle sova (vilket jag förövrigt inte lyckades så bra med, sova alltså), en udda konfiguration för en beta-motor, som kanske skulle medföra att man inte måste ha 90° förskjutning mellan kraftkolven och displacerkolven. Det skulle innebära att kraftkolven inte behöver ett genomgående hål för displacerkolven, de skulle röra sig i fas med varandra istället. Fast jag undrar om det skulle funka... Men det är alltid kul att fundera och diskutera.

Tanken bygger på att man kyler (eller värmer) på två ställen. En bild säger mer än tusen ord, som man säger.

Vad tror ni, skulle det funka? Jag tvivlar, eftersom displacerkolven behöver lämna utrymme för gasen att flöda fram och tillbaka så kommer väl gasen alltid att värmas av den heta delen. Jag undrar om den inte skulle fastna i ett mellanläge?

IMG_1652.JPG

[Gizmo]

United-Stirling byggde små elverk åt försvaret.
Det kanske går att leta upp data på dessa?
Jag såg ett sådant elverk till salu på blocket tidigare.
Orangemålat, kanske någon civil variant?

Jomenvisst. Ett V160 D (diesel) Stirlingverk gjort av United-Stirling i Linköping, förmodligen det du såg på blocket, köptes av en person som har dokumenterat det:
här finns mer info.

Specifications:
Engine type: 2-cylinder V-type, 90degree
Swept volume: 160cc (9.76 cu.in)
Cylinder bore: 68mm (2.68 in.)
Stroke: 44mm (1.73 in.)
Power (max): 15KW (20hp)@3600rpm
Weight:100Kg (220lbs) (for engine only)
The generator unit weight ca 400Kg

Med 15kW tillverkad el-effekt och 500kg vikt är det ju inte direkt litet utan mer industriellt. Noterar att det har en stor heliumtub inbyggt.
Apropå gasen som är inuti. Helium är ju lite dyrbart. Undrar hur mycket sämre det blir med kväve eller kanske Ammonium?

NASA satsar på stirlingmotorer för rymden, det säger åtminstone mig något om att man litar på konstruktionen, och tänker att den är extremt hållbar. Anledningen är att man har ont om den sorts plutonium som annars driver termo-generatorer med värme i sonder, och ersätter med radioaktivt material som inte ger ifrån sig lika mycket värme, varefter man behöver ta vara på energin som bildas bättre. Generatorn i sig är inte så stor, ganska överkomligt ändå.

Mer info på tuben NASA Stirling Converter Demonstration

Typen som används i konstuktionen:
(Liten edit: Enligt videon har konstruktionen 55% effektivitet! Oj!)

stirling.gif

[dagrende]

Den här frikolvsmotorn är väldigt elegant!
Volvo testade en sådan i en el-version av C30 för att ladda batterierna. Den kan gå under optimala förhållanden så länge batterierna behöver laddas och stanna däremellan. Minns inte vad de eldade med. Ett problem i en bil är kylningen av den kalla sidan. Där har båtar en fördel.

[bellasoda]

Jag låg och funderade på nåt jag såg på nätet när jag skulle sova (vilket jag förövrigt inte lyckades så bra med, sova alltså), en udda konfiguration för en beta-motor, som kanske skulle medföra att man inte måste ha 90° förskjutning mellan kraftkolven och displacerkolven. Det skulle innebära att kraftkolven inte behöver ett genomgående hål för displacerkolven, de skulle röra sig i fas med varandra istället. Fast jag undrar om det skulle funka... Men det är alltid kul att fundera och diskutera.

Tanken bygger på att man kyler (eller värmer) på två ställen. En bild säger mer än tusen ord, som man säger.

Vad tror ni, skulle det funka? Jag tvivlar, eftersom displacerkolven behöver lämna utrymme för gasen att flöda fram och tillbaka så kommer väl gasen alltid att värmas av den heta delen. Jag undrar om den inte skulle fastna i ett mellanläge?

IMG_1652.JPG

En stirlingmotor baseras på carnotcykeln. Den består av 4 delar, där gasen ändrar temperatur, volym och tryck på 4 olika sätt, och summan av integralen i ett pV-diagram blir positiv och genererar alltså ett arbete som går att utnyttja.

I ditt exempel så har du två delar på din cykel, 'fram' och 'tillbaka'. Den kurvan i ett pV-diagram kan inte omsluta en positiv area, utan blir bara en linje med noll i arbete ut, och enbart friktionsförluster.

Prova googla carnot cykel, men i huvudsak gäller delarna så här:
1. Gasen värms upp och trycket ökar, däremot hålls volymen (relativt) konstant
2. Volymen ökar men eftersom gasen fortfarande värms så minskar inte trycket så mycket.
3. Gasen kyls, men volymen hålls konstant, trycket minskar.
4. Volymen minskar men eftersom gasen fortfarande kyls så ökar inte trycket så mycket.

Stirlingmotorn utnyttjar när tryck-kolven vänder, för då hålls volymen ganska konstant under en relativt lång tid. Hänger du med?

[Gizmo]

Hittade en riktigt intressant rapport med kommentarer och räkneexempel:
Rapport SGC080 mikrovärmekraftverk med Stirlingmotor av Tomas Nilsson, Lunds tekniska högskola 1997.
Intressant förslag att ersätta värmepannor med små mikrokraftvärmeverk.

[Walle]

En stirlingmotor baseras på carnotcykeln. Den består av 4 delar, där gasen ändrar temperatur, volym och tryck på 4 olika sätt, och summan av integralen i ett pV-diagram blir positiv och genererar alltså ett arbete som går att utnyttja.

I ditt exempel så har du två delar på din cykel, 'fram' och 'tillbaka'. Den kurvan i ett pV-diagram kan inte omsluta en positiv area, utan blir bara en linje med noll i arbete ut, och enbart friktionsförluster.

Prova googla carnot cykel, men i huvudsak gäller delarna så här:
1. Gasen värms upp och trycket ökar, däremot hålls volymen (relativt) konstant
2. Volymen ökar men eftersom gasen fortfarande värms så minskar inte trycket så mycket.
3. Gasen kyls, men volymen hålls konstant, trycket minskar.
4. Volymen minskar men eftersom gasen fortfarande kyls så ökar inte trycket så mycket.

Stirlingmotorn utnyttjar när tryck-kolven vänder, för då hålls volymen ganska konstant under en relativt lång tid. Hänger du med?

Ja, nu när jag är i lite mer vaket tillstånd än tidigt imorse så var det "relativt" uppenbart. Men jag gillade din förklaring, kan nog erkänna att jag inte riktigt förstått hur en stirlingmotor funkar rent termodynamiskt förrän nu.

Jag hittade sidan jag råkade snubbla över, där idén kommer från: http://davesplanet.net/davesplanet/doub ... ng-engine/

Tidigt imorse såg jag också att han skrivit om det på ett stirlingmotorforum som jag reggade mig på för ett par dagar sen:
http://stirlingengineforum.com/viewtopi ... bf271c9ed5
Mitt svar var väl kanske inte det mest genomtänkta, men då hade jag som sagt inte sovit på 24 timmar heller