Opis merytoryczny projektu Opomiarowanie silnika

Opis merytoryczny projektu Opomiarowanie silnika Stirlinga.
Celem projektu jest budowa i opomiarowanie silnika realizującego obieg
termodynamiczny zbliżony do obiegu Stirlinga. Projekt jest realizowany przy współpracy
Koła Naukowego Energetyków.
Pierwszym etapem naszych działań było zapoznanie wykonawców z obecnym stanem
wiedzy dotyczącym silników Stirlinga oraz ze stopniem zaawansowania prac w bieżącym
projekcie. Wykonawcy zostali podzieleni na grupy zadaniowe, aby usprawnić przebieg
planowanych prac. Zdecydowano się na modyfikację dwucylindrowego silnika z motocykla
Ural o pojemności skokowej 750ccm, było to rozwiązanie tańsze i łatwiejsze niż samodzielne
projektowanie i wytwarzanie poszczególnych komponentów, natomiast efekty powinny być
porównywalne.
Wykonano obliczenia termodynamiczne bazując na teoretycznym obiegu Strlinga, aby
zmodyfikować i poprawić dotychczasowy projekt. Szczególnie ważnymi parametrami były:
ilość gazu roboczego, maksymalne i minimalne wartości ciśnienia i temperatury, praca, ciepło
i moc silnika, ciepło odebrane przez regenerator. Otrzymane parametry były wartościami
wyjściowymi do obliczeń wytrzymałościowych, przeprowadzonych przez kolejną grupę
zadaniową.
Grupa zajmująca się projektowaniem wykonała model w programie 3D posiadanych
przez nas części, komponentów zakupionych oraz zaprojektowała dodatkowe części, które
zostały wykonane na zamówienie przez firmy zewnętrzne oraz przez studentów. Pracę tej
grupy można podzielić na następujące etapy:
1) zaprojektowanie elementów silnika, które musiały być wykonane na nowo w celu
przystosowania go do pracy jako silnik Stirlinga tj. głowice cylindra gorącego i zimnego;
2) zaprojektowanie dodatkowych elementów niezbędnych do pracy wg nowego obiegu tj.
nagrzewnicy, regeneratora;
3) przeprowadzenie analizy wytrzymałościowej modyfikowanych oraz nowych podzespołów
Metodą Elementów Skończonych;
4) zaplanowanie rozmieszczenia poszczególnych podzespołów oraz zaproponowanie metody
łączenia elementów;
5) przeprojektowanie wału oraz wyrównoważenie silnika wymagane przez zmiany
wykorbienia wału napędowego;
6)
zaprojektowanie
stanowiska
badawczego
gwarantującego
bezpieczeństwo
przeprowadzanych badań oraz stabilność silnika (minimalizacja drgań całego zespołu) ;
7) wykonanie dokumentacji technicznej pozwalającej na wykonanie zaprojektowanych
elementów.
Rysunek 1. Projekt stanowiska.
Wykonano projekt systemu sterowania i opomiarowania silnika. Ma on na celu
sterowanie zapłonem palnika, obciążeniem generatora oraz rozrusznikiem. Ponadto zadaniem
tego układu jest akwizycja danych pomiarowych (temperatury, ciśnienia, natężenia prądu itp.)
oraz obliczanie niektórych wartości wynikowych (np. momentu obrotowego). Docelowo cały
układ ma być sterowany z komputera PC, jako środowisko badawcze wybrane zostało
LabVIEW z uwagi na dużą powszechność w tego typu przedsięwzięciach oraz mnogość
dostępnych bibliotek umożliwiających połączenia z komponentami. Umożliwia ono także
stworzenie przyjaznych użytkownikowi aplikacji graficznych do sterowania i wizualizacji
zbieranych danych.
Kolejnym etapem prac było złożenie silnika zgodnie z wykonanym projektem.
Rysunek 2. Wykonanie części zgodnie z projektem.
Na podstawie projektu studenci naszego wydziału z realizowali następujące prace
zaliczeniowe: praca przejściowa inżynierska Mateusza Kalinowskiego Projekt hamowni
silnika Stirlinga, praca przejściowa magisterska autorstwa Marcina Kaliszewskiego pt.
Obliczenia termodynamiczne powstającego silnika Stirlinga na podstawie silnika z motocykla
Ural K750 oraz projekt integrujący Silnik Stirlinga, którego autorami są Maciej Rudziński,
Jakub Czajkowski, Tomasz Górski. Opiekunem powstałych prac jest dr inż. Dominik
Głowacki. Projekt był kontynuacją działań podjętych w ramach wykonywania pracy
przejściowej inżynierskiej Budowa silnika Stirlinga (Michalina Gruszecka, Aleksandra
Mikołajczak, Piotr Rusiniak), przygotowywanej pod kierunkiem dra inż. Andrzeja Grzebielca.
Do wykonania pozostało opomiarowanie silnika i analiza jego osiągów. Realizacja
tych zadań pozwoli uzyskać charakterystyki zbudowanego silnika i wykorzystać go jako
stanowisko laboratoryjne na naszym wydziale, co znacząco zwiększy wartość dydaktyczną
projektu.
W tej fazie projektu należy zakupić niezbędne czujniki (termopary, ciśnieniomierze,
przepływomierze itd.) oraz sterowniki, zainstalować je w istniejącym urządzeniu a następnie
udoskonalić system sterowania i akwizycji danych. Uzyskane rezultaty zostaną poddane
wnikliwej analizie.