MOTEUR STIRLING par JPA

bonjour à tous,

JPA ,dans un message précédent tu estimes la température dans le foyer proche de 700° mais est il  possible d'avoir une estimation de la température atteinte par le piston déplaceur en fonctionnement ?

merci à tous
cordialement
jacky

JPA a écrit:J'ai meulé les lumières de communication entre partie froide et cylindre de travail, côté partie froide, en forme de haricot plus ou moins conique afin de faciliter le passage de l'air lorsque le piston déplaceur arrive en fin de course côté partie froide. Les performances du moteur s'en sont trouvées nettement améliorées.

Je suis bien d'accord il faut soigner l'aérodynamisme, l'air se déplace vite dans un moteur rapide...
Jacky, je pense qu'il s'agit de degrés K. une flamme de lampe à alcool bien abritée ne devrait pas dépasser 270°C il me semble. pour le coté froid sans mesure je ne sais pas, dépend bien sur des moteurs.

merci François-Marie, il me semble que JPA a adopté un système de chauffe beaucoup plus puissant et je me pose des questions sur la tenue en température du déplaceur  en alu de faible épaisseur.

je n'avais pas pensé au problème d'aérodynamisme , il  est peut être souhaitable de polir également toutes les surfaces internes en contact  avec l'air ?

cordialement
jacky

Bonjour à tous,

Je joins une partie de l'article de "model engineer" de 1980, où le professeur Chaddock (ça ne s'invente pas !) explique à M. Collins concepteur et constructeur du moteur Stirling "the whippet", quelles sont les températures que l'on pourrait trouver sur un moteur Stirling. M. Collins est vainqueur d'un concours où il a présenté le moteur ayant la plus grande puissance (3 W continu) pour le poids minimum.



Traduction de la partie encadrée :

" Malheureusement, nous devons commencer avec deux données inconnues, les températures d'air moyennes. Le professeur Chaddock a estimé T1 = 746 K (473°C) et T2 = 373 K (100°C) pour mon moteur, conjointement observation et raisonnement confirment que ces valeurs doivent coller à peu de chose près à la réalité. Les téméraires qui font marcher leur machine au gaz et chauffe jusqu'au rouge medium peuvent facilement ajouter 100°C à T1, alors que l'expérience montre qu'un brûleur à alcool de type à mèche donne une température dans le foyer de l'ordre de 500 K à 550 K (soit 227°C à 277°C). Le choix de 373 K (100°C) pour la température moyenne T2 est donné pour une réfrigération à l'eau raisonnablement efficace; pour une réfrigération à l'air cette température peut augmenter dans une large proportion."

Explications :

T1 correspond à la température maximum de l'air (partie chaude)
T2 correspond à la température minimum de l'air (partie froide)
Le professeur Chaddock estime une température de 573°C pour une chauffe au gaz, 227°C  à 277°C pour une chauffe à l'alcool, les 473°C étant obtenus par la chauffe d'une résistance électrique, ceci afin d'avoir un moyen de chauffe standard pour sélectionner les moteurs participant au concours.
Les 100°C correspondent à la température de l'eau bouillant à la pression atmosphérique, aucune pompe n'assurant la circulation, celle-ci se faisant par thermosiphon.
Sur mon moteur la circulation de l'eau se fait à l'aide d'une pompe à membrane qui me permet de prélever un minimum de puissance tout en faisant tomber la température de T2 à 30 ou 40°C. Le résultat est positif malgré le prélèvement de puissance.
Sur l'étape précédente de l'évolution de mon moteur, j'avais un foyer en inox de très petite dimension autorisant une chauffe plus réduite que celle que j'obtiens actuellement. La température lue à la surface était de 400°C. On peut raisonnablement penser que la température au niveau de la tête chaude était comprise entre 500°C et 600°C. J'utilise actuellement un foyer dont le calorifugeage fait 10 mm d'épaisseur avec un taux de chauffe nettement supérieur, je pense donc ne pas être très loin de la vérité en annonçant 700°C. La couleur de la tête chaude en laiton est alors un rouge vif très clair.

Concernant les inquiétudes au niveau de la tenue du piston déplaceur, sa température est beaucoup plus faible du fait qu'il est soumis alternativement à T1 puis à T2. A titre d'exemple, sur un moteur Diesel, la température des gaz d'échappement est beaucoup plus forte à l'entrée du turbo (600°C) qu'à la sortie de chaque cylindre pris individuellement (400/450°C). Toutefois je ne pense pas que le piston déplaceur tienne longtemps si le côté chaud est juste emboîté avec un peu de frein filet. Sur le "whippet" de M. Collins le déplaceur est en inox très fin, le fond "chaud" est brasé et le fond "froid" est fixé à l'aide d'une résine type Araldite.

Conclusion :

Il n'y a pas de mystère, si l'on veut de la puissance il faut chauffer dru. On n'obtient pas des Watts avec une bougie chauffe-plat. Deux solutions : soit augmenter la quantité de chaleur apporté au moteur (la plus facile à réaliser et la plus efficace) soit augmenter le rendement (en gardant le même taux de chauffe, convertir plus de chaleur en travail). Une troisième voie consiste à faire les deux.

bonjour à tous,
JPA , je reviens sur la pompe de refroidissement à membrane peux tu détailler la prise de pression sur le moteur , à quel niveau exactement ?
en voyant la sortie refoulement de la pompe il semble que l'eau soit poussée vers le haut pour traverser la zone de refroidissement cette disposition  n' entraine t 'elle pas un effort plus important que l'inverse ' entrée par le haut , la gravité facilitant la circulation naturelle.
cordialement
jacky

bonjour à tous,
j'imagine que tu as étudier très  sérieusement la partie foyer pour optimiser la chauffe et ce qui m'étonne  un peu c'est l'alignement du bruleur  avec le conduit de cheminée, je vais peut être dire une grosse bétise mais un désaxement ne permettrait il pas d'augmenter légèrement la température autour du tube de chauffe ,il existe aussi des accessoires permettant de mieux répartir la chauffe sur le pourtour d'un tube.

exemple




cordialement
jacky

bonjour à tous,
Pour répondre à Jacky, j'envoie ce petit croquis qui situe le mamelon de prise de pression sur la pièce n°2 (support avant), mais on le voit très bien sur les photos avec la durite silicone qui va sur la plaque avant (en aluminium) de la pompe de circulation.



Le schéma suivant correspond au circuit d'eau de réfrigération. On voit que le point le plus haut du circuit est à 135 mm de la ligne de flottaison et que la sortie de coque se trouve à 20 mm au dessus de la flottaison.
Si l'on ramène cela en pression, sachant qu'un bar (soit 100 000 Pascals) équivaut à 10 mètres de hauteur d'eau, 1 mm = 0.0001 bar ou 100 Pascals.
Lorsque le circuit est vide, il faut amener l'eau à 135 mm de haut soit une pression de 0.0135 bar ou 1350 Pascals
Lorsque le circuit est plein le siphon est amorcé et la pression à vaincre correspond alors à la hauteur de la sortie d'eau à la coque, soit 20 mm, c'est à dire à une pression de 0.0020 bar ou 200 Pascals.
C'est aussi pour cette raison que le réfrigérant comporte un volume d'eau le plus faible possible  car le temps mis pour débiter à 200 Pascals est beaucoup plus court.
La disposition du circuit (entrée par le bas du réfrigérant et sortie par le haut) permet à l'air de s'échapper plus facilement, pour un meilleur échange, va dans le sens naturel de la convection et permet de créer facilement l'effet de siphon.

ERRATUM : Pascal doit se retourner dans sa tombe : 1 mm d'eau = 10 Pascals et non pas 100 comme j'ai écris par erreur. Il vrai que ces valeurs sont tellement faibles qu'on finit par s'y perdre avec tous ces "0" après la virgule.

Pour répondre à l'histoire du brûleur, ceux que nous montre Jacky sont fait pour souder à l'étain des tuyaux de cuivre n'excédant pas plus de 12 à 14 mm de diamètre, ils ont d'autre par un pouvoir de chauffe très insuffisant et ne conviennent pas pour chauffer un tube de 32 extérieur. Le brûleur du moteur est un brûleur de lampe à souder de 105 ou 110 g/heure. En le positionnant en dessous du cylindre déplaceur la flamme se réparti de chaque côté et la distance entre bec de brûleur et partie à chauffer est calculée pour que le dard vienne lécher la partie chaude (et non pas l'inverse : la chaude qui vient lécher le ...). J'ai adapté ce brûleur avec un coude pour des histoires d'encombrement. Dans la dernière version j'ai mis deux brûleurs mais l'expérience montre qu'un seul est largement suffisant.

bonjour à tous,
ce qu'il y a de bien avec JPA c'est qu'on pose une question et on a non seulement  la réponse par l'explication mais aussi le plan c'est pas beau çà , mâtin quel forum !
je note qu'il faut prendre garde à ne pas inverser la théorie du dard le circuit d'eau n'aurait plus la même utilité...
pour la chauffe je ne savais pas que ces bruleurs étaient limités en performances, il est intéressant également d'apprendre que  de doubler le bruleur n'apporte pas d'amélioration notable.
merci
cordialement
jacky

bonjour à tous,

quel est l’utilité de ce levier en bois à droite en bas de la photo dans le prolongement d'un axe passant sous le tank ?



cordialement
jacky

Un frein de prony je dirais, avec une vis de réglage pour serrer sur l'arbre de sortie et mesurer la puissance...

Eh oui, Zéphyrin,
Bien vu, La molette et le ressort permettent de serrer plus ou moins l'axe de sortie du moteur. J'ai piqué une épingle à boule à exactement 100 mm de l'axe moteur. La boule de l'épingle appuie sur un pèse-lettre électronique, ce qui me permet d'en déduire le couple du moteur.
Ci-joint une photo d'ensemble.

ces petites balances sont vraiment super. Je ne vois pas le compte tours !

sur une belle nappe blanche bien repassée, je ne sais pas si j'oserais...

et une petite vidéo de cette merveille en fonctionnement  c'est possible ?
cordialement
jacky

Bonjour à tous les fans de Stirling,
Quelques images du frein de Prony qui m'a permis de mesurer le couple du moteur. Une première version a été réalisée avec un bras en balsa mais le bois est trop mou et après quelques essais l'élément était complètement déformé et inutilisable. Deuxième version avec un bois plus dur (ayou), meilleure tenue dans le temps. J'avais choisi le balsa pour avoir le moins d'inertie possible mais c'est un bois trop mou et qui ne reprend pas sa forme après écrasement. J'avais lesté le bras en balsa avec un fil de soudure à l'étain pour équilibrer le poids du dispositif à ressort, en fait c'est inutile avec le pèse-lettre électronique car il suffit de faire la tare avec l'arbre moteur débrayé. L'appareil se cale à zéro avec le poids du bras et seule toute force supplémentaire est prise en compte. Le disque qui est solidaire de l'axe en rotation comporte une pastille réfléchissante qui permet l'utilisation d'un compte tours à émission, plus fiable que les compte-tours qui marchent par occultation de la lumière.

1ère version


Ensemnble des pièces constitutives


Version avec disque tachymétrique


2ème version bras en ayou


Vue de l'arrière


Vues de l'avant


Tachymètre à émission


Tachymètre à occultation


Désolé pour la vidéo, je ne suis pas encore capable de faire ça mais je ne doute pas d'y arriver un jour avec les conseils avisés de mon ami Kbio !

bonjour à tous,
je ne comprends pas bien la mesure de couple , il semble que l'arbre sur lequel est monté le bras en bois n'est pas dans l'axe du vilebrequin moteur mais plutôt à la sortie de l'inverseur de sens de rotation ?
cordialement
jacky

C'est exact, la mesure du couple se fait sur la sortie de l'inverseur, c'est pour cela aussi que la mesure de vitesse se fait également sur cette même sortie. Cela permet d'avoir une idée de la puissance disponible sur la ligne d'arbre d'hélice, seule valeur vraiment intéressante à connaître. A quoi sert de connaître la puissance du moteur si l'inverseur bouffe la moitié de cette puissance ? Avant les derniers perfectionnements apportés au moteur, les valeurs relevées à la sortie de l'inverseur étaient de : couple = 8 g/100 mm (je vous laisse le soin de convertir en N.m) et vitesse 800 t/minute ce qui donne une puissance de 0.64 W. Cette puissance est égale à la puissance développée par le moteur lui-même, moins la puissance absorbée par l'inverseur, la pompe de circulation, les frottements divers, la viscosité de l'huile, etc.
Je n'ai pas encore fait de relevés après avoir équipé le tank à gaz d'une circulation d'eau et le frein électromagnétique en position débrayée mais je devrais obtenir une meilleure puissance.

merci JPA ,
tiens nous au courant des prochains résultats, c'est vraiment très instructif
cordialement
jacky

J'ai eu beaucoup de difficultés à mesurer la vitesse avec ces deux instruments !
J'ai perdu le papier collant miroir pour le tachymètre par réflexion, et je ne trouve pas de bon substitut, les mesures ne sont plus du tout fiables.
Je trouve finalement que le petit modèle de tachymètre à occultation marche très bien, à travers le volant par ex, mais il lui faut beaucoup de lumière, je mets une lampe de poche de l'autre côté.

Salut Zéphyrin
J'ai eu beaucoup de difficulté avec le petit modèle avec la lumière du jour, surtout en plein soleil et avec le 50 Hz en lumière artificielle qui perturbe pas mal. L'autre modèle marche bien dans toutes les conditions d'éclairage, je peux t'envoyer un peu d'autocollant réfléchissant si tu n'en a plus, j'ai du stock.

Hello!

je peux t'envoyer un peu d'autocollant réfléchissant

Tu peux en trouver sur un motard de la Gendarmerie.
Enfin, sur son gilet. C'est là que ça réfléchit le mieux.
Cordialement.

Zéphyrin a écrit:J'ai eu beaucoup de difficultés à mesurer la vitesse avec ces deux instruments !
J'ai perdu le papier collant miroir pour le tachymètre par réflexion, et je ne trouve pas de bon substitut, les mesures ne sont plus du tout fiables.
 

Bonjour,

Pour le papier réfléchissant tu vas dans un magasin qui vend des casques de moto ils vendent pour 1 ou 2 € les bandelettes réfléchissantes obligatoires .

Scyllias

je suis bien d'accord que le petit tachymètre est très sensible aux lumières parasites, avec une lampe fluo par ex, il donne précisément 3000 rpm ! mais avec une petite lampe de poche en face, plus de problèmes!
pour l'autre tachymètre à laser, j'ai vraiment essayé une tapée de produits réfléchissants, (sauf ceux des gendarmes, j'hésite à en demander...) et seul l'autocollant d'origine marchait entre mes mains!
un conseil, rangez-le soigneusement !
JPA merci de ta proposition, mais je vois qu'il y en a chez Conrad, il faut que j'attende la prochaine commande, pour cause de prix mini d'une commande, je déteste cette pratique.
0.64 watt dispo sur l'arbre de sortie, c'est super ! avec mon moteur fizgig (d'après le plan de Mick Collins) avec une dynamo de vélo et des résistances je sors autour de 0.1 watt à 700 rpm !!

Bonjour à tous,
Avant-hier petite navigation avec Kbio et sont "croquignol" à Jugon les Lacs. J'avais travaillé sur le moteur Stirling du "filochard" (pompe de circulation et rapport de réduction de l'inverseur) et je voulais voir le résultat de ces travaux. Déception à la mise à l'eau, le moteur est très anémique, qu'à cela ne tienne j'ouvre la chauffe pour lui donner un peu plus de vigueur. Malheureusement l'effet escompté n'a pas lieu et au retour à la berge je coupe la chauffe. Au lieu de continuer à tourner comme d'habitude et de ralentir progressivement jusqu'à l'arrêt total, le moteur stoppe brutalement, complètement bloqué, impossible de tourner le volant à la main !!!!
De retour à l'atelier, autopsie de la bestiole : le piston de déplacement est complètement grippé. J'arrive à l'extraire avec difficulté et là, surprise !!!!!







Explication : pour accéder à la pompe de circulation j'ai été obligé de démonter le cylindre de déplacement. Le remontage a été fait à la va-vite et le piston déplaceur (en alu) n'a pas été recentré avec suffisamment de soin, il s'est retrouvé en contact avec la paroi de la partie chaude (en laiton) et à aussitôt fondu vu la température. Le prochain piston déplaceur sera fabriqué en acier et muni de diaphragmes à l'intérieur.

Salutatous

Ben dit donc, ça à vraiment chauffé pour le mettre dans cet état !!!

Bon courage pour la réalisation du futur piston

A+
Patrick