Stirling no- piston

[Stranamore]

Ciao a tutti. Personalmente non vedo grossi problemi nella lubrificazione. I motori stellari, alla fine della loro carriera, erano dei veri muli. Quelli americani, e parliamo di motori da caccia da combattimento, molto caricati in termini di cimento termomeccanico, avevano intervalli di manutenzione di 2000 ore. Per paragone il motore a 12 cilindri a V del Messersmhit 109 a cilindri invertiti, orgoglio tecnologico tedesco, doveva essere revisionato ogni 50 h. Il merlin dello spitfire era in mezzo. Ma gli stellari inglesi con distribuzione a fodero erano ancora più affidabili degli americani.
Questo per dire che il problema delle revisioni all'epoca erano più le valvole che il manovellismo. Le punterie idrauliche erano di la da venire e le valvole andavano registrate periodicamente pena la rottura catastrofica.
Per quanto riguarda i fluidi concordo con DinoDF, nessun fluido non pericoloso supera i 350° di temperatura di esercizio. Per andare oltre o si usa una miscela di sali fusi o si usa un metallo liquido. Ma non sono alla portata dell'obbista.
Però, e qui concordo con rampa, questo motore avrebbe rendimento meccanico molto alto. Due soli cuscinetti di banco per tutti i cilindri. Un unico grande cuscinetto di biella con una serie di piccoli cuscinetti per le bielle secondarie. Vibrazioni quasi zero, con le alterne che formano un vettore rotante equilibrabile con un unico contrappeso sull'albero motore.
Quando i cilindri sono molti non c'è nessuna altra configurazione che meccanicamente rende di più.
Questo, accoppiato al fatto che l'alfa ha un buon rendimento, potrebbe dare seguito ad un motore interessante anche con Tmax di 350°, alla portata dell'olio diatermico. Senza contare che magari si potrebbe pensare ad alettare per bene l'esterno del cilindro e a far percorrere ai gas caldi un percorso a zig zag. Il raffreddamento forzatamente ad acqua, perchè quello che da il rendimento è il tapporto tra Tmax e Tmin, e se la Tmax è bassa proporzionalmente è ancora più importante tenere al minimo la Tmin.

[Stranamore]

PS. Non potendo allineare molte bielle sullo stesso bottone di manovella la soluzione biella-madre e bielle-figlie si rivela l'unica alternativa praticabile.
Però questa soluzione introduce una asimmetria nel movimento dei cilindri collegati alle bielle-figlie che si trovano ad avere una traiettoria diversa dalle leggi del manovellismo classico, e perfino corse diverse tra loro. In pratica ogni cilindro ha una cilindrata diversa.
Questo, se in un motore a combustione interna pone solo problemi di rapporto di compressione, non gravi per il rendimento in quanto si trattava sempre di motori fortemente sovralimentati, in uno stirling introduce problemi gravi di volumi morti in quanto non spazzati dal pistone.
La cosa non è risolvibile se non con un ruotismo planetario che orienti sempre nello stesso verso la testa di biella. La soluzione è nota ed è stata usata in passato negli stellari. Uno solo in verità ma che funzionava benissimo, ma è stata poi abbandonata a favore della semplicità. Quando si parla di certe potenze, e per un aereonautico la concentrazione di potenza è tutto, la semplicità è l'unica via percorribile.

[Stranamore]

Ultima considerazione ma importante. Il doppio anello freddo caldo non è praticabile, non così vicini. Il trasporto parassita di calore inficierebbe troppo il rendimento.

[rampa]

continuiamo...

E dopo aver incassato un placet e mezzo, con un po' più di coraggio invio uno schema (disegnato prima di quello del post #176) che mostra come si fa talvolta ad esagerare.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1265795353

Sulla necessità dell'isolamento totale non si transige, i vari anelli devono essere termicamente indipendenti e questo si può facilmente ottenere con diversi materiali coibentanti facilmente reperibili in commercio.

Rispondendo a Dino che obiettava sulla difficoltà di contenimento dei liquidi, mando un altro schema, ricordando che tali liquidi non sono in pressione e che basta un coperchio imbullonato sui bordi delle due pentole cave messe in orizzontale, per ottenere una buona tenuta.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1265795499


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[rampa]

bielle

Non so se sia un soluzione tecnicamente praticabile, ma pensavo di sostituire le bielle metalliche tradizionali con delle bielle composite in metallo ed elastomero, come indicato dallo schema.

Bisogna che le barrette di metallo, necessarie per avere una tenuta in spinta, siano immerse in un elastomero siliconico termo resistente assieme a delle fibre longitudinali che garantiscano una tenuta in trazione.

Cosi fatta la biella figlia si muoverebbe con una lieve curvatura, come indicato nel disegno dalla linea nera e non in modo rigido come sarebbe se si usassero le bielle tradizionali con cuscinetti.

Il vantaggio sarebbe quello di eliminare del tutto gli otto cuscinetti e di ottenere una maggiore stabilità del cuscinetto della biella madre, dato che si creerebbero delle tensioni elastiche opposte al bordo dello stesso che annullerebbero ogni instabilità rotatoria.

Più lungo sarà il segmento composito, minore è l'angolo di escursione. Nel disegno postato al 176 si calcola un'escursione di 17°. Ma con progettazione diversa si può arrivare ai 10-12°.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1265802616


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[Stranamore]

Le bielle flessibili non le vedo proprio. Non per la costruzione in compositi, sia chiaro. Honda ha mostrato al mondo bielle in composito penso 15 anni addietro, e un illustre luminare come Giacomo Augusto Pignone ha pubblicamente scritto nel suo libro sui motori come si fa a lavorare le fibre di carbonio a trazione su un pezzo che fondamentalmente lavora a compressione. Ma per il fatto che un oggetto fortemente allungato o è flessibile o lavora a compressione. Tutte e due le cose non le può fare.
L'unico altro esempio notevole di utilizzo di cuscinetti elastomerici che mi viene in mente sono quelli alla base delle pale dei rotori elicotteristici. Però li lavorano a trazione. La forza centrifuga dovuta alla rotazione delle pale li tiene tesi, ma la loro flessibilità permette di variare l'incidenza delle stesse per il comando ciclico e collettivo.

[rampa]

bielle flessibili

Le bielle flessibili non le vedo proprio...

Non insisto, ma voglio ricordare che le forze in gioco per ogni biella in questo caso sono molto, molto inferiori di quelle dei MCI. Assolutamente non paragonabili.

Un compromesso utile potrebbe darlo una biella tutta metallica, lunga e rigida ma articolata con elastomero solo nelle due estremità.
Una lunghezza sufficiente consentirebbe un'escursione bassa.

[Stranamore]

TEcnicamente si. Ma il carico di flessione dell'eleastomero te lo ritroveresti come spinta laterale sul pistone, e pagheresti in attrito l'eliminazione dei cuscinetti.

[rampa]

Vero. Concordo.
Spinta laterale anomala sullo stelo e aumento di attrito.

[DinoDF]

Rispondendo a Dino che obiettava sulla difficoltà di contenimento dei liquidi, mando un altro schema, ricordando che tali liquidi non sono in pressione e che basta un coperchio imbullonato sui bordi delle due pentole cave messe in orizzontale, per ottenere una buona tenuta.

Scusa ma non ho capito, io non dico che sia difficile contenere un liquido, dico che è pericoloso utilizzare un liquido ad alta temperatura (500-600°C); non è difficile spostare un liquido da una sorgente di calore ad un utilizzatore, è pericoloso, in caso di rottura della pompa o di un tubo avresti un liquido arroventato che scorre senza controllo, ricordo che alla Tissen per la rottura di un tubo si è verificata una catastrofe e lì erano in un ambiente professionale con figure professionali...

Sono felice che i problemi ai motori stellari siano risolvibili, perché questo mi porta a riesumare il mio progetto di motore stirling beta tre cilindri a stella

[rampa]

liquidi

E' necessario che il liquido caldo non sia infiammabile.
L'olio diatermico, in caso di fuga non è completamente sicuro.
Farò qualche ricerca sui liquidi siliconici.

Mi pare di intuire che l'architettura dei motori stellari Stirling sia meno complessa per l'alfa che non per il beta e gamma, comunque sarei curioso di approfondire l'argomento.

PS: 3D interessante ?

[DinoDF]

La mia idea per un motore stellare stirlin gamma è di disporre i cilindri di potenza a stella mentre i cilindri con i dislocatori vanno posti affiancati sotto la stella.
Spero si sia capito come intendo altrimenti faccio uno schizzo.

[rampa]

Alfa e gli altri: pro e contro

La mia idea per un motore stellare Stirling gamma è di disporre i cilindri di potenza a stella mentre i cilindri con i dislocatori vanno posti affiancati sotto la stella.
Spero si sia capito come intendo altrimenti faccio uno schizzo.

Penso che in entrambi i casi (alfa e gli altri) lo sviluppo sia in orizzontale.

Con l'alfa è più facile contenere le dimensioni orizzontali (leggi corsa del pistone), perchè non esiste nessun trasporto parassita di calore tra i due cilindri.

Negli altri se si vuole ridurre le dimensioni si deve ridurre la corsa del dislocatore con grave rischio di trasporto parassita sulle pareti laterali, che in tal caso bisognerebbe fossero fatte di materiale refrattario.
Anzi i cilindri andrebbero "scavati" dentro un anello di materiale refrattario a cui andrebbe applicata all'esterno la parte calda metallica (con tubetti, alettature ecc.) e all'interno la parte fredda con la meccanica di movimento, molto più facile da fare per le tenute che non sull'alfa. Una cosa composita quindi.
Altrimenti si raddrizzano i cilindri e si va sul piatto oscillante, ma è tutta un'altra cosa.

Nell'alfa a stella invece tutto è metallico e l'isolamento è molto più semplice, ma gli rimane sul groppone la meccanica del pistone caldo.

Sto provando a progettare la meccanica centrale dall'alfa a stella...'na miriade di pezzi... !!!

[DinoDF]

Credo che prima di passare alla progettazione dei singoli pezzi si debba valutare bene il progetto nella sua totalità, mi spiego è inutile passare a disegnare un albero a gomiti o le bielle, molto meglio prendere pezzi commerciali ed adattarli, almeno per i prototipi, questo abbatte i costi e migliora i risultati, cementare un albero o rettificare in tolleranza una sede non è un operazione alla portata di un hobbista senza esperienza e magari con machine utensili da supermercato... poi se tu hai a disposizione un intera officina meccanica di precisione tanto meglio!
Certamente che un alpha ha dei vantaggi, ma a mio parere ha anche un enorme svantaggio dato dall'alta differenza di temperatura richiesta tra cilindro caldo e freddo per il funzionamento ottimale.
Per quanto riguarda le dimensioni non vedo un problema irrisolvibile, in un altro thread si parla di un motore da 0.9x4.5m (circa 4metri quadri ) che a mio giudizio è assurdo per un motore da appena 2.5Kw elettrici! fosse da 25 capirei ma 2.5 non ha senso! penso che si possa stare tranquillamente entro il metro cubo, escluso il bruciatore ecc., per un motore da 5Kw elettrici, stimo questo perché l'St05 tedesco ha un pistone da 80mm di alesaggio per 75 di corsa ed il dislocatore da 96mm di alesaggio e produce 0.5Kw elettrici
Sono felice che ci sia nuovamente fermento in questa sezione del forum
Buona domenica
Dino

[rampa]

Disegnare... progettare...

Credo che prima di passare alla progettazione dei singoli pezzi si debba valutare bene il progetto nella sua totalità...
...
Sono felice che ci sia nuovamente fermento in questa sezione del forum
Buona domenica
Dino

Buona domenica altrettanto.

Hai ragione da vendere ! Ho sbagliato a scrivere "progettare", dovevo scrivere "disegnare". E i disegni mi servono per far vedere al commerciante cosa mi serve, se ce l'ha... e per spiegarmi meglio nel forum...
Concordo: Bisogna partire dall'albero motore, dalla sua corsa e su questo va costruito il resto. I cuscinetti per fortuna sono di quasi tutte le misure.

L'alfa mi intriga nella sua forma doppia, forse una novità. Comunque vedremo.

[SE-POL]

L'obiezione dello sfasamento diverso (90° e 270°) me l'ero posta anch'io, ma poi l'ho scartata per una semplice considerazione. Il volano dello Stirling può girare sia in un verso che nell'altro e pertanto uno sfasamento di 90° che permette il corretto funzionamento con il volano che gira ad esempio in senso orario, diventa uno sfasamento di 270° con lo stesso volano che gira in senso antiorario.

Stranamore ha ragione quando dice che lo sfasamento è diverso (90° e 270°) però non ha visto una cosa: il pistone caldo del ciclo superiore è al punto morto superiore, mentre per il ciclo inferiore il pistone è al punto morto inferiore cioè 180° di differenza quindi lo sfasamento del ciclo inferiore è sempre di 90° perchè 270-180=90.
Io sono andato più avanti partendo da questa configurazione, per capire il concetto devi avere in testa la dinamica P-V di due cicli sfasati di 180°, se ti interessa dimmi che te ne pare.
http://www.energeticambiente.it/moto...tipo-alfa.html
Ciao SE-POL.

[rampa]

Scrivevo questo:
"L'obiezione dello sfasamento diverso (90° e 270°) me l'ero posta anch'io, ma poi l'ho scartata per una semplice considerazione. Il volano dello Stirling può girare sia in un verso che nell'altro e pertanto uno sfasamento di 90° che permette il corretto funzionamento con il volano che gira ad esempio in senso orario, diventa uno sfasamento di 270° con lo stesso volano che gira in senso antiorario."
Sbagliavo completamente, ma poi mi sono corretto col post 167.

Nello Stirling alfa doppio ci sono due cicli alfa sfasati tra loro di mezzo giro, ma lo sfasamento dei due pistoni per ogni ciclo rimane uguale a 90°.
Un discorso è lo sfasamento dei due cicli tra loro e un altro discorso è lo sfasamento dei due pistoni per ogni ciclo.

Per il resto, leggerò con attenzione la discussione indicata. Ciao.

[SE-POL]

Hai ragione non avevo letto bene il post.
Per quell'idea che ho avuto, io sono partito dal principio che con l'alfa doppio basta che si muova un pistone perchè venga trascinato l'altro pistone, questo avviene con un movimento perfettamente lineare se non c'è differenza di temperatura e l'attrito è teoricamente nullo. Quindi ho pensato che un pistone non deve necessariamente essere collegato all'albero motore e ho cominciato a pensare a cosa succede se il pistone caldo è completamente libero e si immette calore nel cilindro caldo, il principio è che il pistone caldo è mosso o come dire comandato solo dalle pressioni che si generano nei due cicli (il grande vantaggio è che nella parte calda non abbiamo più bisogno di aste e guarnizioni). Ciao.

[rampa]

Alfa free piston...

Affronto il problema da un punto di vista leggermente diverso da quello degli altri interlocutori di quella discussione.
Posto questo disegno per spiegarmi meglio.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1266235729

Abbiamo due alfa, A e B.
Nel disegno, alzando il pistone freddo, si abbassa quello caldo, ma per effetto del riscaldamento e dell'espansione del gas in A, il pistone caldo si abbassa di più di quanto si alza il pistone freddo. Nell'alfa A si compie un lavoro di espansione volumetrica.
Nell'alfa B avviene paro paro la contrazione fredda del gas, che non si oppone all'espansione dell'alfa A, anzi.
Fin qui tutto bene.
Ma se il lavoro speso per movimentare il pistone freddo non mi viene in qualche modo restituito "con gli interessi", non faccio altro che far muovere sù e giù il pistone caldo, di più senz'altro, ma inutilmente ...

Con questa configurazione cioè, noto solamente che il pistone caldo amplifica infruttuosamente in senso opposto il movimento del pistone freddo.
E' necessario che questa amplificazione di movimento venga in qualche modo raccolta.
Ci vuole un altro stelo sul pistone caldo. Sennò è come bastonare l'aria

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[rampa]

divertimento grafico

Posto un risultato grafico che rappresenta la base di ancoraggio delle bielle sullo snodo dell'albero motore.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1266247662


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[SE-POL]

Posto un risultato grafico che rappresenta la base di ancoraggio delle bielle sullo snodo dell'albero motore.

Bel lavoro, ma hai valutato che avrà un'oscillazione perchè è libero di ruotare sui perni delle bielle, e può ruotare sullo snodo dell'albero (intendi il perno dell'albero a gomiti?) fino a che non si toccano e appoggiano le teste delle bielle? Si potrebbero fare le teste delle bielle a cuneo per limitare l'angolo di movimento.
Per rispondere al tuo post precedente devo dare una spiegazione molto particolareggiata e mi ci vorrà un pò di tempo. Ciao SE-POL.

[rampa]

... ma hai valutato che avrà un'oscillazione perchè è libero di ruotare sui perni delle bielle, e può ruotare sullo snodo dell'albero (intendi il perno dell'albero a gomiti?) fino a che non si toccano e appoggiano le teste delle bielle? ...

Questo non deve avvenire, e c'è modo di impedire che avvenga, ma ne parlerò dopo...

Oggi ho simulato graficamente gli alfa-doppi a stella, per valutarne le misure.
Tutto dipende dalla corsa del pistone e dalla lunghezza dello stelo del pistone e della biella.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1266348519

Mettendo una corsa di 10 cm, gli steli pistone di 17.5, le biella di 15 cm e una base di snodo bielle (quella postata ieri) di 10 cm, risulta una larghezza massima di 90 cm. Con l'isolamento arriviamo al metro secco.
La simulazione grafica è molto realistica e anche precisa, se fatta in un certo modo. Risulta un'escursione massima delle bielle sullo snodo multiplo di circa 19-20°.
L'altezza dei due anelli arriverebbe a 50 cm. Una torre tripla arriva ad un metro e mezzo.

Megalomania....


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[Stranamore]

Ragazzi il brainstorming va bene, ma non quando diventa perdita di tempo.
Io mi spendo per scrivervi dei consigli pratici ma voi non li leggete neanche.
Di sicuro è colpa mia. Evidentemente non so esprimermi. MA se rileggete il post 182 troverete la spiegazione di come si fanno le bielle in uno stellare.
La riepilogo ed amplifico. LA soluzione principe è la biella madre-biellette. Una biella classica con un grande occhiello per il perno di biella che riporta degli occhielli più piccoli per i cuscinetti delle bielle figlie. Solo la biella madre però compie la traiettoria precisa. Tutte le altre fanno cose un po diverse ma non troppo.
L'altra, che equipara le corse e le leggi di moto di tutte le bielle che sono tutte "Figlie" (la testa di biella corrisponderebbe al 3D di rampa), prevede un ruotismo epicicloidale di opportuno rapporto di trasmissione che trasmette il moto dall'albero motore alla grande testa di biella tale che la sua direzione rimanga fissa nello spazio nonostante la rotazione. Non aggiungo altro. E' una roba complicata anche se meccanicamente elegante.
Non ci sono altre soluzioni a me note. E di libri sui motori, anche storici, ne ho letti.
Senza il vincolo alla rotazione della testa di biella non sta in piedi niente.

[rampa]

brainstorming e ruotismo epicicloidale

Provo ad avanzare questa proposta...
Ed è una soluzione che, se regge, non è nemmeno la definitiva...

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1266444345

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[SE-POL]

Ed è una soluzione che, se regge, non è nemmeno la definitiva...

Scusami penso di capire come funziona, ma non riesco a capire qual'è il vantaggio di questa soluzione. Ciao.

[rampa]

Vantaggio

Scusami penso di capire come funziona, ma non riesco a capire qual'è il vantaggio di questa soluzione. Ciao.

... che la testa di biella non gira su se stessa.

[SE-POL]

... che la testa di biella non gira su se stessa.

Adesso ho capito! sono quattro parallelogrammi e i lati devono rimanere paralleli. Ciao.

[rampa]

parallelogrammi

Adesso ho capito! sono quattro parallelogrammi e i lati devono rimanere paralleli. Ciao.

...e ne basterebbe uno solo...

[rampa]

migliore e più elegante

Questa soluzione sarebbe molto migliore e più elegante, è vero...
Non la vedo impossibile, però...

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1266504166


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[Stranamore]

I parallelogrammi non impediscono la rotazione. Essendo articolati arriverebbero ad incastrare una bielle contro l'altra. L'ultima soluzione invece non riesco a capirla dal disegno. E' una applicazione simile al ruotismo epicicloidale di cui parlavo io? Cioè un sistema di trasmissione del moto di opportuno rapporto di trasmissione che mantenga l'occhio di biella orientato sempre nella sessa direzione?