MOTEUR STIRLING par JPA

Bonjour à tous,

J'ai quelques soucis pour publier des photos, les miennes dépassant les 300ko réglementaires, j'espère régler ça avec l'aide de Kbio. La construction de mon moteur a débuté en 2003 suite à l'achat d'un ouvrage sur les moteurs Stirling équipant les modèles réduits de bateau. Ce livre acheté à la bibliothèque des sciences et techniques de Munich est malheureusement rédigé dans la langue de Goethe et n'est donc pas compréhensible au commun des mortels. Après de nombreux essais et tâtonnement j'ai réussi à faire marcher une première version que j'ai baptisée MAC 01 (pour Moteur à Air Chaud n°1). Cette première version (voir photo n°1) était chauffée à l'aide d'une flamme nue (pas de foyer) et des tirants fixaient la partie chaude au bâti. Ces tirants ont été supprimés par la suite sur les conseils judicieux de Rudy Memin (pont thermique entre partie chaude et froide nuisant au fonctionnement). La photo n°2 nous montre l'ensemble des pièces constituant le moteur et la photo n°3 montre un montage partiel où l'on voit le piston de déplacement à l'air libre. Ce moteur se contentait de tourner bêtement étant bien incapable d'entraîner quoique ce soit. Suite au prochain numéro après envoi des photos.





Photo du montage partiel du moteur MAC 01, montrant le piston de déplacement à l'air libre. Ce piston est constitué d'un cylindre en aluminium fermé aux deux extrémités et fixé au bout d'une tige actionnée par un renvoi solidaire de l'arbre manivelle (vilebrequin). Un jeu d'environ 1mm existe entre ce piston et la chemise constituée de trois parties : Une partie "chaude" en laiton, une partie intermédiaire en inox et une partie "froide" en aluminium. Ces deux dernières parties sont incluses dans un tube de cuivre. Une circulation d'eau se fait entre le tube de cuivre et la partie froide en alu.
La fonction du piston de déplacement est de pousser le fluide intermédiaire (de l'air dans le cas du MAC 01) alternativement une fois vers la partie chaude, une fois vers la partie froide.
Lorsque l'air est poussé vers la partie chaude celui-ci monte en pression et repousse le piston de travail (cylindre vertical en inox), lorsque l'air est poussé vers la partie froide il se contracte et aspire le piston de travail vers le haut.




Tableau d'ensemble des pièces constitutives du moteur MAC 01


Photo du montage partiel du moteur MAC 01, montrant le piston de déplacement à l'air libre. Ce piston est constitué d'un cylindre en aluminium fermé aux deux extrémités et fixé au bout d'une tige actionnée par un renvoi solidaire de l'arbre manivelle (vilebrequin). Un jeu d'environ 1mm existe entre ce piston et la chemise constituée de trois parties : Une partie "chaude" en laiton, une partie intermédiaire en inox et une partie "froide" en aluminium. Ces deux dernières parties sont incluses dans un tube de cuivre. Une circulation d'eau se fait entre le tube de cuivre et la partie froide en alu.
La fonction du piston de déplacement est de pousser le fluide intermédiaire (de l'air dans le cas du MAC 01) alternativement une fois vers la partie chaude, une fois vers la partie froide.
Lorsque l'air est poussé vers la partie chaude celui-ci monte en pression et repousse le piston de travail (cylindre vertical en inox), lorsque l'air est poussé vers la partie froide il se contracte et aspire le piston de travail vers le haut.

Salut!
Voilà enfin la fameuse machine et son mode d'emploi.
Et tu as usiné tout ça dans ton antre!!!
Pas simple à mettre en œuvre.
Mais c'est beau, c'est vrai.
Cordialement!

En fait les différentes pièces du bâti et la culasse ont été fraisées chez un copain qui m'a prêté sa fraiseuse et son tour d'atelier. J'ai fait la finition d'ébauches et certaines pièces comme le piston de travail et le palier principal sur mon petit tour de modéliste. L'arbre manivelle est monté sur un roulement de tête enregistreuse de magnétoscope : une merveille de précision.

Notre ami Jacky a l'air impatient de se lancer dans le Stirling,
A son attention et à ceux que cela pourrait intéresser, voici donc les plans du moteur qui ont servi de base pour motoriser ma chaloupe Filochard. Tout d'abord je dois préciser que j'ai commencé par multiplier toutes les cotes par 1.5 car le moteur proposé me paraissait un peu petit. Ensuite au fur et à mesure des essais je me suis quelque peu écarté du modèle proposé qui est réfrigéré à l'air pour adopter une réfrigération à l'eau, beaucoup plus efficace.

voici la suite pour compléter la série de plans, ainsi que la nomenclature :

Je continue avec le compte-rendu de l'évolution de mon moteur

Et pour finir encore un peu de lecture .....

bonjour à tous,
merci JPA, je vais tenter de visualiser tout çà en détail mais à lire le compte rendu des différents essais , j'ai l'impression que c'est pas le plus simple pour débuter !
en tout cas tu as du mérite d'avoir obtenu ce résultat.
cordialement
jacky

Salut Jacky,
Ce modèle m'avait plu car je l'avais trouvé plutôt "élégant". Je peux te fournir les plans d'un moteur beaucoup plus simple à réaliser mais beaucoup moins esthétique (à mon goût). Il fait plus "plomberie" que "mécanique", malgré tout capable de fournir une bonne puissance et facile à mettre au point.

bonjour à tous,
puissant  et facile à mettre au point voilà qui me parait sage !
je t'envoie un MP
merci pour ton aide
cordialement
jacky

bonjour à tous,
avant de me lancer dans la fabrication de mon premier stirling  j'essaie de bien comprendre les essais successifs  de notre ami JPA  qui à eu la gentillesse de nous fournir les plans concernant ce MAC01 .
beaucoup de questions se posent à moi ,je vais essayer de ne pas tout mélanger en abordant par étapes les différents points.
il semble que  le fonctionnement de la version décrite par le plan d'origine soit très limitée , en particulier le mode de refroidissement à air .
le passage en refroidissement liquide n'est pas très clair pour moi , tu décris une pompe à membrane et un passage d'eau  "entre le tube cuivre et la partie froide en alu "
peux tu apporter des précision sur cette pompe (plan éventuel) et le circuit de refroidissement ?
cordialement
jacky

Bonsoir jacky, bonsoir à tous,
Dans un premier temps j'avais réalisé le refroidissement de la partie froide du cylindre de déplacement à l'aide d'une pompe de circulation (de type pompe d'essuie-glace) alimentée en 12V. Cette pompe prenait une énergie bien supérieure à la puissance que pouvait produire le moteur Stirling, ce qui était une aberration sur le plan mécanique, mais m'avait permis d'autre part de faire des avancées sur d'autres secteurs de la mise au point de ce moteur. Le but était évidemment d'avoir un moteur entièrement autonome. Je me suis donc tourné vers le refroidissement par air. J'ai donc construit un refroidisseur à ailettes pour dissiper la chaleur du moteur. Ce refroidisseur, à la différence de la pièce n°5 du plan Heckert, n'était pas taillée dans la masse d'un rondin de laiton, mais constituée de lamelles de cuivre enfilées sur un cylindre d'alu. Ce système bien qu'efficace, car ne prélevant aucune énergie mécanique, maintenait une température de l'ordre de 70 à 80°C à la partie froide. Dans un premier temps le cuivre prenait une belle couleur jaune paille pour devenir bleu après un certain temps de fonctionnement.



L'idéal pour abaisser la température de la partie froide était évidemment de réfrigérer à l'eau ce qui est tout à fait naturel pour un moteur de bateau. En réfléchissant à la manière de faire circuler l'eau de la manière la plus économique qui soit en énergie, j'ai pensé à une pompe à membrane actionnée par la variation de pression d'air qui se produit à l'intérieur du système à chaque cycle. C'est le même système qui amène l'essence de la nourrice au carburateur d'un moteur hors-bord. J'avais en stock des pompes à débit variable actionnées par des moteurs 24V, j'ai gardé le corps de l'une d'elles en mettant une membrane taillée dans un bout de toile à Zodiac. Les clapets ont également été modifié, taillé dans la même toile à Zodiac pour être plus souples, afin d'avoir une réponse plus rapide. Au final la température de refroidissement a été abaissée à 40/45°C et le moteur est plus performant malgré le prélèvement d'énergie nécessaire au fonctionnement de la pompe ! Mais ce genre de pompe est tout à fait facile à réaliser de tout pièce.

On voit sur la photo le cylindre de cuivre, celui-ci est enfilé sur le cylindre en alu qui constitue la partie froide du cylindre déplaceur. Deux bagues en Téflon le positionne de manière concentrique (diamètre du tube cuivre ext 40, int 38, diamètre extérieur tube alu 32, diamètre intérieur 30). L'entrée qui correspond au refoulement de la pompe à membrane (en plastique gris) se fait par en dessous et la sortie par le dessus. Le tuyau d'aspiration de la pompe est à gauche près du brûleur, la petite durite qui vient du corps du moteur transmet la pression à la membrane

bonjour à tous,
merci JPA, c'est très astucieux et je vais m'inspirer de  ton idée .
depuis quelques jours je progresse dans la compréhension globale de l'ensemble et plutôt que de refaire exactement ce que tu as fait je voudrai conserver le modèle résultant de tes mises au point en modifiant simplement les assemblages en fonction des matériaux en ma possession.
à ce sujet tu parles de la suppression des 3 tirants de fixation du cylindre dé placeur pour éviter le transfert de calories , comment as tu résolu ce problème ?
les photos sont vraiment un plus pour la compréhension, encore merci.
cordialement
jacky

Bonjour,
  un p'tit mot en passant, pour vous dire que je suis ce poste avec intérêt.  non pas pour une réalisation, mais pour la technique.
bonne continuation, et
     Graine au vent  

comme je suis du genre pénible, j'ajoute 2 nouvelles question à propos du volume des cylindres.
dans quelle catégorie peut on classer ce moteur  alpha  ou gamma  ?
les alésages sont les mêmes mais les courses des pistons semblent différentes est il important d'avoir rigoureusement le même volume d'air déplacé d'un cylindre à l'autre dans le cas présent ?
cordialement
jacky

Bonjour à tous,
Pour répondre à Jacky, le moteur Heckert dont j'ai publié les plans est un moteur de type "gamma", c'est à dire qu'il possède deux cylindres à la fonction bien distincte : Un cylindre de déplacement (ou déplaceur), chargé de transférer l'air un coup vers le chaud (ce qui provoque une montée en pression), un coup vers le froid (ce qui provoque une chute de pression) et un cylindre de travail qui convertit ces variations de pression en énergie mécanique. Ces deux cylindres sont mis en communication par deux lumières qui traversent la culasse et la pièce de support vertical avant.
Au départ et en suivant les proportions du plan Heckert, la cylindrée du déplaceur était de 14.8 cm3 (diamètre piston = 28 mm et course de 24 mm) et cylindrée de travail 14.13 cm3 (alésage 30, course 20). Les deux cylindrées étaient donc pratiquement identiques.
J'ai refait le cylindre de travail, qui me posait des problèmes, avec ce que j'avais sous la main c'est à dire un tube en cupro-nickel de 30x26. Du coup la cylindrée de travail est passée à 10.6 cm3. Ce qui donne pratiquement "cylindrée déplaceur = 1.5 fois cylindrée de travail". C'est la proportion du moteur Kruse. Le moteur marche très bien comme cela donc je considère que c'est une bonne proportion.

Concernant la première question "comment as-tu fait pour supprimer les tirants de liaison ?" : Le cylindre déplaceur est constitué de trois parties, la partie chaude est en laiton (pas d'inox mauvais conducteur, pas de cuivre laissant un dépôt noir en chauffant), la partie intermédiaire est en inox (pour isoler thermiquement la partie chaude de la partie froide) et une partie froide en alu chemisée par un tube de cuivre pour assurer la circulation de l'eau. Au départ toutes ces parties s'emboîtaient l'une dans l'autre, avec des joints entre chaque, le tout étant maintenu par quatre tirants de fixation.
Suite aux conseils d'expert de Rudy Mémin, rencontré à un rassemblement de vaporistes, j'ai supprimé ces tirants qui communiquaient une bonne partie de la chaleur du brûleur directement au bâti en alu du moteur.
La fixation de la partie chaude en laiton à la partie intermédiaire se fait à l'aide d'une bride et d'une contre bride qui prennent en sandwich les collets de ces deux pièces. Les six boulons de serrage servent en même temps à fixer le foyer en tôle d'inox. L'étanchéité est assuré par de la pâte haute température servant à réparer les échappements de voiture.
La fixation de la partie intermédiaire en inox à la partie froide en alu se fait par simple emboîtage serré garni de produit d'étanchéité "Loctite".
Un collet et une bride carrée percée de quatre trous servent à la fixation de l'ensemble sur le bâti.

bonjour à tous,
merci JPA pour ces précisions , tu as même anticipé la question que je m'apprêtais à poster à propos de la partie en contact direct avec la chauffe.
je pensais que le cuivre était plus approprié grâce à sa conductibilité thermique mais tes essais semblent démontrer un inconvénient à prendre en compte.
tu as pris le parti de chauffer au gaz mais à ton avis le bruleur à alcool est il insuffisant ou simplement inadapté à ton bateau ?
cordialement
jacky

Quand on chauffe du cuivre, au delà d'une certaine température, il se forme à la surface une pellicule d'oxyde noire. Cette pellicule est facilement détachable et se promène ensuite librement à l'intérieur du moteur pour obstruer les conduits étroits et provoquer des coincements entre les pièces mobiles (piston, tiges, etc.). Le laiton a des propriétés de conductibilité thermique très proche sans produire de pellicule.

Choix du brûleur : il existe deux types de brûleur à alcool. 1) le brûleur type "lampe à souder", Le réservoir est mis sous pression, on chauffe le bec du brûleur, quand c'est bien chaud on ouvre le robinet et normalement on obtient une belle flamme bleue. Sauf que ......si on rate l'allumage c'est une giclée d'alcool qui se répand dans le fond de la cale, il n'y a plus qu'à appeler les pompiers.
2) Le brûleur à mèche : beaucoup plus "sécurit" que l'autre, la puissance de chauffe dépend essentiellement de la surface de la (ou des) mèches. Le principal problème réside dans le contrôle de la puissance de la flamme et dans la position du réservoir qui ne doit pas être plus haut que la mèche, sous peine d'inonder la cale d'alcool.

Avec le gaz on peut placer le tank n'importe où sur le bateau et on peut facilement contrôler la puissance de la flamme pour peu que l'on dispose de suffisamment de pression. Cette pression dépend de la température extérieure et du débit au brûleur. Je suis en train de mettre au point un tank à double paroi qui sera réchauffé par l'eau de refroidissement du moteur (voir "tank à gaz" dans "modélisme bateau à vapeur").

Hello!
Je rejoins tout à fait ce que dit JPA, concernant le bruleur à alcool.
Je n'aime pas ! Ni dans le contrôle : ça bave!
Ni dans l'usage!: on ne peut pas réguler la pression de la chaudière.
Sans parler de l'allumage.
Ça ne veut pas dire que tout est à jeter, non plus!


Ci-dessous une petite vidéo de notre ami Milles qui nous explique l'allumage de ses bruleurs.
Bien cordialement.

bonjour à tous,
la vidéo semble désactivée !
cordialement
jacky

Tiens Jacky

https://www.youtube.com/watch?v=sGHssh7J7QU

Bonjour à tous
3 questions sur ce brûleur
- que se passe -il en cas d'extinction ?
- je ne vois pas de régulateur de chauffe, cet ensemble est-il pilotable ?
-peut-on rajouter de l'alcool en cours de marche , comme avec un foyer charbon ?

bonjour à tous,
JPA, tu fais remarquer que lorsque tu as envisager d'utiliser ce moteur pour ta chaloupe tu as  augmenté sa taille qui te semblait trop juste.
faut il comprendre que la cylindrée a été multipliée par 1.5 et ci c'est le cas je suppose que certaines côte ne peuvent respectées ce calcul.
pour essayer d'être plus clair je prends pour exemple l'espace entre le cylindre dé placeur et le tube de travail peut il être augmenté dans cette proportion de 1.5  ?
de même pour les espaces morts en fond de course  ?
cordialement
jacky

Hello!


Ce que j'en pense:

que se passe -il en cas d'extinction
Rien! Le bruleur étant alimenté par imprégnation de la mèche, ça ne doit pas couler, malgré la pression générée par la chaleur transmise.
Donc coté sécurité, c'est un moindre mal.

je ne vois pas de régulateur de chauffe, cet ensemble est-il pilotable ?
Il y a juste un pointeau pour régler le débit d'alcool gazeux. Ce n'est pas pilotable dans l'état actuel.
Mais je sais que tu as une idée à ce sujet, et que Rookie va  adorer mettre dans "Le Carnet de Bobino"!
Affamés comme nous le sommes, on attend ta réponse dans un nouveau sujet.

peut-on rajouter de l'alcool en cours de marche
On peut tout faire sur ce Forum!
Malgré tout, c'est pas recommandé si on a de la moustache. Et même si on n'en a pas. Moi, je ne le ferais pas!

Mais je ne sais pas si on ne sort pas du sujet Stirling en déviant vers bruleur à alcool.! A toi de nous dire JPA!

Bien cordialement.