Ćwiczenie nr 34

Silnik Stirlinga

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

1

Ćwiczenie nr 34

Imię, nazwisko:
1.

2.

3.

Temat:

Silnik Stirlinga

Data wykonania:


Data złożenia:

Elementy układu:

1. Silnik Stirlinga z palnikiem gazowym
2. Zestaw przewodów
3. Trzy multimetry
4. Przyrządy pomiarowe

1. Zapoznaj się z układem pomiarowym. Sprawdź, czy na stanowisku są wszystkie elementy
układu:
- Silnik Stirlinga z palnikiem gazowym,
- Butla z gazem (propan – butan),
- Pirometr,
- Multimetr x3,
- Przewody pomiarowe,
- Stoper,
- Dioda,
- Tachometr.

2. Przygotuj tabelę pomiarową zgodnie ze wzorem zamieszczonym w załączniku do ćwiczenia.

3. Zapoznaj się z działaniem aparatury pomiarowej:
a) Pirometr. Przed przystąpieniem do pomiaru ustaw wartość emisyjności na ε = 0,95.
b) Tachometr. Zadbaj o stabilne położenie w trakcie pomiaru.

4. Do generatora elektrycznego podłącz układ pomiarowy, w celu przeprowadzenia pomiaru
napięcia z wykorzystaniem multimetru.
a) Przygotuj dodatkowy układ pomiarowy który zostanie wykorzystany do pomiaru mocy
pobieranej z generatora przez odbiornik (będzie wykorzystany w punkcie 7.d)

5. Sprawdź szczelność połączenia butli z palnikiem na opaskach zaciskowych.

6. Poproś prowadzącego o sprawdzenie zarówno układów pomiarowych dla generatora jak
i połączenia butli z palnikiem.

7. Rozpocznij wykonanie ćwiczenia:
a) Zmierz przy pomocy pirometru temperaturę cylindra gorącego (T1) i zimnego (T2) i zanotuj jako
pierwszy punkt pomiarowy w tabeli.
b) Zapal palnik, po czym mierz temperaturę T1 i T2 co ok. 10 sekund, aż do momentu
wystartowania silnika. W celu uruchomienia silnika należy co kilkanaście sekund poruszać kołem
zamachowym. Odnotuj czas, po jakim silnik rozpoczął pracę.

Uwaga! Palnik gazowy może być używany jedynie w obecności prowadzącego! Należy najpierw
odkręcić zawór znajdujący się przy palniku, a w dalszej kolejności bezpośrednio przy butli – zawór
ten służy do regulacji płomienia.

Ćwiczenie nr 34

Silnik Stirlinga

Wydział Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

2

c) Wykonaj 5 pomiarów temperatury T1 i T2, oraz napięcia na generatorze i prędkości obrotowej
koła zamachowego silnika, w odstępie 30 sekund.
d) Przełącz układ pomiarowy na przygotowany w punkcie 4.a). Odnotuj wskazania multimetrów.
Wykonaj 5 pomiarów natężenia prądu, napięcia, temperatury T1 i T2 oraz prędkości obrotowej koła
zamachowego, analogicznie do punktu c).
e) Zakręć gaz (zawór przy butli, następnie zawór przy palniku), notuj temperaturę T1 i T2 w
odstępach 5-sekundowych, odnotuj czas, po jakim silnik się zatrzyma.
f) Odczekaj do czasu wychłodzenia obu cylindrów do temperatury początkowej (możesz
wykorzystać wentylator).
e) Ściągnij pasek klinowy.
g) Uruchom silnik, odczekaj do momentu uzyskania temperatury T1 równej temperaturze
osiągniętej w ostatnim punkcie pomiarowym w podpunkcie d).

Uwaga! Pamiętaj, aby najpierw poprosić o pomoc prowadzącego! Przy pracy bez obciążenia mogą
występować duże drgania konstrukcji, na której znajduje się silnik!

h) Przeprowadź pomiary analogicznie do podpunktu e).
f) Zmierz wymiary geometryczne silnika i generatora, istotne z punktu widzenia przeniesienia
momentu obrotowego na wał generatora.

8. Rozłącz układ pomiarowy i zbierz wykorzystaną aparaturę pomiarową. Poproś prowadzącego o
sprawdzenie zaworów przy butli.

9. Opracowane wyników
a) Opisać cykl pracy silnika Stirlinga na podstawie przeprowadzonych pomiarów (zamieścić
schemat wykorzystanego urządzenia i odpowiednio go opisując wykorzystać do realizacji
niniejszego punktu).
b) Obliczyć sprawność cyklu termodynamicznego dla poszczególnych serii pomiarów
przeprowadzonych przy dołączonym generatorze i bez obciążenia.
c) Zestawić odpowiedź elektryczną układu w zależności od:
c.1) różnicy temperatury cylindra gorącego i zimnego,
c.2) prędkości obrotowej koła zamachowego silnika.
d) Na podstawie podpunktu c.2) i wykonanych pomiarów, oblicz prędkość obrotową generatora w
każdym punkcie pomiarowym.
e) Przenalizuj i skomentuj wpływ konfiguracji geometrycznej układu cylindrów i źródła ciepła na
dynamikę zmian sprawności konwersji energii w przypadku badanego silnika.
f) Przeanalizuj i skomentuj wpływ zastosowania obciążenia na pracę silnika.
g) Opisz wpływ zastosowanego odbiornika na parametry wyjściowe generatora.

10. Pamiętaj o opracowaniu wniosków uwzględniających opis zjawisk zaobserwowanych w czasie
wszystkich wykonanych pomiarów.


Tab.1. Wielkości zmierzone

L.p.

T1 [°C]

T2 [°C]

ΔT [K]

t [s]

n

[1/min.]

U [V]

I [A]