Перейти к публикации

Изменен п. 12 раздела "Другие ограничения", просьба ознакомиться. Расшифровка и пояснения - тут

Наш учитель

Вопросы проектирования тепловых двигателей с внешним нагревом

Рекомендованные сообщения

2 часа назад, Паровичкофф сказал:

У чисто реактивной турбины как  у "Герона" эта скорость должна быть близка к скорости истечения, тогда потеря с выходной скоростью будет минимальна

Очевидно для понижения окружной скорости Герона следует применять сопло с минимально возможной скоростью   истечения пара, то есть  надо уйти от традиционной формы сопла Лаваля, которые как известно имеют форму тела вращения , например конуса, Специально обращаю внимание на простой факт - если  движущая сила в ракетном двигателе возникает от давления рабочего  тела  на его  внутреннею поверхность, значит она  зависит в том числе и от площади  на которую оказывается давление.  влияние других факторов опускаем , что из этого следует ? Ответ, можно вообразить два ракетных двигателя , с равными углами раструбов сопел, с равными объемами сопла , с равной степенью расширения , но с  НЕ  равной  площадью внутренней поверхности сопел,. Например одно сопло в виде классического конуса,   другое в виде пирамиды с основанием прямоугольник, все одинаково кроме площади на которую давит газ или пар, прямоугольное будет иметь большую площадь контакта с газом, естественно  и тяга двигателей  , скорость истечения газа  и КПД будут сильно отличаться ,  то тесть форма имеет значение, а именно плоское сопло будет более эффективным на малых скоростях ,а  круглое на более высоких.

Вывод для уменьшения рабочей  скорости вращения   турбины Герна ее следует делать  из двух сильно "сплющенных до прямоугольного  сечения"  и вытянутых сопел Лаваля ,намотанных  плоской спиралью на полый вал.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
19 часов назад, Наш учитель сказал:

сопло с минимально возможной скоростью   истечения пара

Опять двадцать пять.:dash1: При минимально возможной скорости параметры пара будут низкими и соответственно низким КПД цикла. Постарайтесь осмыслить картину более целостно, со всех сторон, учитывая наивозможно большее количество факторов... одновременно. И тогда придёт понимание вопроса о турбине Герона. Это же просто как обычный Тришкин кафтан...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
16 часов назад, Паровичкофф сказал:

При минимально возможной скорости параметры пара будут низкими и соответственно низким КПД цикла.

Весь тот пост был  о геометрии сопла и ни слова о параметрах пара , думаю вы не будете отрицать, что форма сопла влияет на КПД , например для старта ракеты предпочтительней одна форма, для полета в атмосфере другая, в космосе третья .

Два слова к пониманию доступности постройки  турбины Герона ,  вы критикуете ее за высокие обороты, а на скоко они высоки, если известно, что у НК-12  6200 об/мин, у бензопилы до 15000 об/мин, , в ТРД  для моделей самолетов от 25-120 000 об*мин, то есть  при диаметре колеса  8 см  500 м/с окружной скорости,  причем   умельцы строят их  в гаражах ,   и какой вывод напрашивается ? - он очевиден, построить Герон  на  25000-60000 об/мин   проще , доступней, дешевле, чем  ТРД , особо если его собирать на валу из двух штампованных половинок,(примерно как мыльница), при этом  его малый размер делает весьма малыми утечки пара. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

 

7 часов назад, Наш учитель сказал:

Весь тот пост был  о геометрии сопла и ни слова о параметрах пара , думаю вы не будете отрицать, что форма сопла влияет на КПД 

Влияет конечно. И самой оптимальной для сверхзвукового потока является именно сопло Лаваля, форма которого вычисляется из уравнений газодинамики. 

7 часов назад, Наш учитель сказал:

при диаметре колеса  8 см  500 м/с окружной скорости

Прекрасно, значит современные стали держат не 200, как я думал, а 500м/с окружной скорости. Оптимальная окружная скорость жестко привязана к скорости входящей струи, как мы выяснили, которая в свою очередь задает начальные параметры рабочего тела через теплоперепад и конечные параметры. Окружная скорость 500м/с означает теплоперепад на турбине Герона 125КДж, а для турбины Лаваля  500КДж. Вывод сделайте сами. А вывод таков. Чтобы догнать турбину Лаваля, турбина Герона должна крутиться вдвое быстрее и иметь окружную скорость 1000м/с, а это чревато.... Или надо делать у турбины Герона 4 ступени, что начисто сметает всю её простоту. Тишкин кафтан, в общем. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
1 час назад, Паровичкофф сказал:

должна крутиться вдвое быстрее и иметь окружную скорость 1000м/с

А может все же  Герон это особый случай и требования к окружной скорости лопаточной турбины на него не распространяются ? ...  если  он вращается то на пар находящийся в спиралевидном сопле действует центробежная сила или нет, е асли действует то    давит на наружную  стенку сопла, а поскольку геометрия плоской спирали не допускает возможности провести перпендикуляр от линии спирали к центру, то это  давление проходит  мимо его и создает крутящий момент в направлении вращения .  Таким образом в  Героне  общий момент вращения  создают  две силы, одна реактивная другая центробежная, и в принципе  он мог бы  эффективно  работать и на  меньших скоростях. Кстати в газовых ультрацентрифугах скорости порядка 600 м/с 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
50 минут назад, Наш учитель сказал:

А может все же  Герон это особый случай и требования к окружной скорости лопаточной турбины на него не распространяются ? ...  если  он вращается то на пар находящийся в спиралевидном сопле действует центробежная сила или нет, е асли действует то    давит на наружную  стенку сопла

Если это "Герон", то это типичная стопроцентно реактивная турбина и все требования сохраняются. А если это особая хитрая турбина со спиральными каналами, на которые действует центробежная сила со стороны потока, то это уже не Герон, тут Вам и карты в руки. Составьте математическую модель такого потока и посчитайте что там будет. Может быть спиральная безлопаточная турбина с которой Вы начали данный раунд и есть то самое?....

Изменено пользователем Паровичкофф

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

  невозможно представить  Герон без влияния центробежной  силы ,  и ее следует использовать, примерно как  на нижнем  фото.  Сама технология изготовления Герона  может быть очень простой, на токарном  без переустановки выточили вал с диском  и полкой  (по типу двутавра как на рис №3),   расточили  в нем центральный канал, затем просверлили  два отверстия по радиусу , приварили к полке прямоугольные сопла, и все   паровая часть готова,  конечно на валу придется как то смонтировать ротор генератора и поставить два подшипника, но это все на порядки проще одного лопаточного колеса. И о размерах,  в связи с ожидаемыми высокими оборотами  возможен отрыв сопел с последующим разрушением Герона , а  в установке много воды и пара под давлением  (вот за это не люблю паровые машины) поэтому  надо ограничится общим диаметром  Герона в 6-8 см, а мощность все равно будет выше киловатта

На нижнем фото на рис №2 для наглядности изображен  как бы  "распрямленное-развернутое  " сопло  с эпюрами давления пара на боковые стенки, .

На рис № 3  продольное сечение, в котором  радиальные каналы для пара попали по ошибке в  сечение .

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
3 часа назад, Наш учитель сказал:

невозможно представить  Герон без влияния центробежной  силы

И без кориолисовой силы тоже, она прижмёт пар в другую сторону :)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
17 часов назад, romka10.06 сказал:

И без кориолисовой силы тоже, она прижмёт пар в другую сторону :

Как то вы упрекнули меня в не знании законов физики и геометрии, с физикой согласен, а геометрия как оказалась в вашем  списке.?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

...  из практической геометрии .. думается привычная всем геометрия сопла ракетных двигателей первой ступени в будущем может оказаться не самой  оптимальной , то есть  привычная форма конуса прямого или  с выпуклыми стенками, неважно  , суть одна, это есть тело вращения с площадью внутренней поверхности (та на которую давят продукты горения и от давления которых ракета летит) меньше , чем  например у пирамиды в основании которой лежит квадрат , или лучше равносторонний треугольник. Иными словами - если  иметь два сопла одно коническое, а другое пирамидальное, с равными   объемами , равным углом у  вершины  ,равной кратностью расширения , причем в обоих соплах одинаковое рабочее давление,  все одинаково  кроме площади боковых поверхностей  , так  в пирамиде данная площадь будет больше и суммарная сила давления  газов на ее стенки будет выше , как следствие ракетный двигатель с пирамидальным соплом будет иметь  большую тягу чем двигатель с классическим  коническим солом, по крайней мере в момент старта и в начале подъема.

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Ракета летит не потому что газы на что-то там давят (тем более на стенки сопла...), а потому что существует закон сохранения импульса, и если некая масса отброшена с некоей скоростью, то тот, кто(что) отбросил эту массу получает толчок в противоположную сторону. И геометрия сопла соответственно не берется просто так, из геометрических соображений, а вычисляется по законам газодинамики, чтобы придать потоку газа наиболее возможную скорость, что и определяет силу тяги. Эти скорость и масса газа и геометрия сопла и увязаны через газодинамику ракетного двигателя, куда входят и давление с температурой в КС. А вообще-то весь этот разговор пустой.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
19 часов назад, Паровичкофф сказал:

А вообще-то весь этот разговор пусто

Однако хоть и умозрительно, но логично , правда  ни я, ни вы не будем проверять как оно на самом деле.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
20 часов назад, Паровичкофф сказал:

геометрия сопла соответственно не берется просто так, из геометрических соображений, а вычисляется по законам газодинамики,

А интересно,  что главнее законы газодинамики или логика геометрии ?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Говоря о Героне нельзя не вспомнить о французском  вертолете Sud-Ouest S.O.1221 Djinn   с реактивным (компрессорным) приводом несущего винта,  к 1960 году  было построено 178 машин, некоторые летают  до сих пор,   привод винта осуществляется при помощи сжатого воздуха подаваемого турбокомпрессором к соплам  на  концах полых лопастей винта

характеристики вертолета

Максимальный взлётный вес : 800 кг.

Силовая установка: 1 турбокомпрессор Turbomeca Palouste IV, мощность 179 кВт (240 л.с.)

Максимальная скорость: 130 км/ч.

Продолжительность полета: 2 часа 15 минут

....а. ну чем не Герон? Если бы лопасти вертолета сделать саблевидными, то КПД  преобразования энергии сжатого воздуха во вращение винта (в нашем случае пара) повысится. 

 

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

И вот еще нашелся снимок из музея конца лопасти  данного реактивного вертолета, мы видим  совсем небольшое сопло

image.thumb.png.5079dde6cc2482847e79a558d237730c.png

image.thumb.png.828bf27d5739f1abc4030887850d78ab.png

а вот сам  двигатель с турбокомпрессором и  трубой для подачи сжатого воздуха в лопасти

image.thumb.png.7a0054a1f3d371306eb027a875a1b904.png

Правда идея привода лопастей в вертолетах по принципу Герона Алексанрийского  в дальнейшем не прижилась в авиации , но она доказывает , что  сама реактивная турбина Герона вполне жизнеспособна  , кто бы там чего не говорил . Кстати если  вместо воздуха от турбокомпрессора в лопасти подавать пар ( на стенде), то реактивная тяга в соплах была бы больше.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

У лопастей есть два маленьких нюанса.

Во-первых, большая окружная скорость из-за диаметра. Скорость вертолётов вон ограничена именно выходом конца попутной лопасти на сверхзвук.

Во-вторых, именно что "при помощи сжатого воздуха". Лопасть толкает не сразу сжатый пар или горячие продукты сгорания, но рабочее тело, у которого скорость истечения уже разменяна на массовый расход и тягу. В некоторых вариантах на концах лопастей стояли даже не реактивные двигатели, а маленькие винты.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
1 час назад, John Jack сказал:

Во-первых, большая окружная скорость из-за диаметра.

Да  диаметр  винта вертолета  был 11 м ,обороты не известны ,  а  при диаметре Герона скажем в 10 см и окружной скорости 330 м/с   будет 63 000 об /мин , сегодня это не так много , хотя можно представить паровой Герон  диаметром два метра,  тогда   будет  3000 об/мин   Если возможно сделать винт  к вертолету с окружной скоростью 330м/с ,то почему нельзя  просто трубу с такой же скоростью крутить ?

 

1 час назад, John Jack сказал:

Лопасть толкает не сразу сжатый пар или горячие продукты сгорания, но рабочее тело, у которого скорость истечения уже разменяна на массовый расход и тягу

.Все верно , на концах лопастей видим сопла  в которых  расширяется сжатый воздух и создает реактивную силу-тягу , если воздух поменять на пар то будет только лучше, так как кратность расширения рабочего тела , в нашем случае пара, будет выше и  удельный импульс у пара выше чем у воздуха.

Если присмотреться к снимкам то привычного сопла Лавоя и не видно , или оно очень миниатюрное.  ах если  бы  удосужились его сделать побольше, но там задачи были иные - вертолетные.

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
14 часов назад, Наш учитель сказал:

Герон  диаметром два метра,  тогда   будет  3000 об/мин

И так прикинем ... на двух опорах вращается полый горизонтальный вал , с  одного конца подается  пар, на другом конце шкив с ремнем для понижения оборотов (с 4500 до 3000) и   привода генератора . посередине  две саблевидно изогнутые в плоскости вращения трубы  длинной по 1 м , тогда  окружная скорость Герона  будет 6.28 м х 4500 об =  28 260 м/с или  471 м/с , а в генераторе 3000 об или  50 герц..  Каким  будет   реальный  КПД  можно только гадать , но  французы своим вертолетом  в 1957 г  всем критикам Герона  положили факт на лицо.   а   КПД привода генератора при помощи пара   будет существенно выше  чем у привода лопастей вертолета (у французов по любому было  больше 10% ) сжатым воздухом,   Если бы это было не так, то вертолеты с реактивным приводом не летали !!! кому интересно может попробовать посчитать КПД  реактивного  привода в том вертолете

Вот так  просто и доступно  можно снимать десятки и даже сотни киловатт  на  дешевой  примитивной установке  ,сжигая древесные отходы. 

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

И так  отметим, двухметровый Герон с генератором  проще и доступнее чем  самый ,самый примитивный паровой поршневой мотор без генератора, не говоря о лопаточных турбинах.  В стационарном исполнении возможно  получит КПД  в  7 %,то есть на уровне паровозов  начала прошлого века с аналогичными параметрами пара, это не рекорд , но и не мало , как может показаться с первого взгляда  , если учесть , что топливо  может быть почти дармовым, с затратами только на его сбор и транспортировку (древесных отходов) к месту сжигания. . Кстати в АШ-62 от  Ан-2  КПД  всего 20 %  .а например .известный ученый Тимофеев  из  Петербургского  университета путей сообщения считает . что  КПД в паровозе можно  поднять до 17.5% и даже выше и  будет почти как у кукурузника.

Если задаться сравнением  возможной  генерации эл.энергии   малой мощности   паровых  и  в стирлинга,  то несмотря на высокий КПД последних  у них по мимо известных недостатков есть те, о которых не упоминают.   

1 Стиролинги могут экономично работать только с компактными источниками тепла , размером буквально как его рабочий цилиндр или не многим больше. Поэтому их лучше греть чем то  малогабаритным  и при том  очень горячим ,например  солнечным рефлектором,  газовой горелкой  , изотопами.  .Осуществлять нагрев от сжигания твердого топлива невыгодно в силу большого  размерам топки и как следствие  большой ее поверхности ,  ,то есть площадь нагрева стенок топки  получается избыточной для сильно  ограниченного  объема рабочего тела стиролинга.

2. Следующий недостаток является следствием первого , для сокращения мертвого объема источник тепла нужно приближать к стирлингу вплотную , в идеале греть саму головку цилиндра. это так же весьма неудобно, конструкторам приходится громоздить один агрегат на другой, а  в паровых машинах  все агрегаты могут устанавливаться достаточно далеко друг от друга 

Вывод - постройку ,  получение  эл.энергии от  сжигание малокалорийного топлива  проще  и выгодней осуществлять на паровых  машинах в которых нет тех ограничений по размерам топки , объему рабочего тела воды-пара,   расстоянию между  агрегатами.

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Оставим турбину Герона  любителям пара и вернемся к стирлингам, попалась любопытная информация о  микро  дизелях   на  метаноле с   водородом, (смесь воспламеняется при сжатия.) размером  5 х 15 х 3 мм, мощность  11,2 ватта при  50 000 об/мин. так вот в нем  плоский цилиндр и поршень , сделали в британцы, даже снимок  представили на фоне линейки

image.thumb.png.f578fe8a66ec5662c0cb292dced9413a.png

image.thumb.png.ef411bd66738141544cabb905535d63b.png

конечно нет смысла самодельщику делать миллиметровый  стирлинг, но сама идея сделать его плоским заслуживает внимания. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

А какие есть плюсы у плоского ?

1 плоские детали можно притирать на плоском и шабрить, обойтись без токарной обработки

2 можно попробовать делать детали из стекла , керамики, керамогранита  графит,а , каких то минералов.

3  можно сделать квадратный вытеснитель на высокую температуру без смазки

По смазке , известный спец по трибологии Рыбников Ю.С  говорит, что трение имеет электрическую природу, где  смазка выполняет роль диэлектрика , поэтому логично делать трущиеся поверхности из твердых диэлектриков  (как например сапфир в часах или  стрелка компаса).   еще он заявляет, что площадь трущихся поверхностей имеет значение , чего бы нам не вещали  ученые , то есть не все то правда , что  понаписали  всякие  писатели  учебников  для школ и вузов,  они нам просто врут. Кстати еще в средние века для  уменьшения площади соприкосновения  снаряда о свол некоторые оружейники делали пряме нарезы , в итоге  сила трения так же уменьшалась и пуля летела быстрее, если сейчас в танковых гладкоствольных пушках сделать прямые нарезы эффект будет тот же. Если  склеить  огнеупорным клеем  из кусков  похожих на керамогранитную плитку  легкий квадратный поршень вытеснителя  да  засунуть его в  квадратный "цилиндр" из того же материала  ,то как бы мы не притирали поверхности  площадь  трущихся деталей  будет очень мала и сила трения без смазки не превысит критических значений. 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Похоже  наметился уход от стирлингов к циклу Калины (применяют в геотермальных установках) там аммиачный раствор кипит и  96;% аммиак крутит турбину,  очевидно она там является самым слабым звеном всей установки , что собственно и мешает их широкому распространению, пока только  Дженерал Электрик  делает подобное., естественно  самоделкины не справятся. но однако интересно , возможно ли как то соединить Стирлинга  с Калиной , ведь   1 л воды при О °С  растворяет 1176 объемов аммиака , при 20 °С — 702 объема. ,а при 100*С  весь аммиак выходит из раствора и мог бы давить на поршень

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
10.12.2019 в 18:40, Наш учитель сказал:

возможно ли как то соединить Стирлинга  с Калиной , ведь  

Не, лучше соединить изобретателя Александра Калину  с Героном Александрийским  , то есть в  цикле Калины применить Герон вместо лопаточной турбины , это  сильно удешевить установку и сделать ее доступней. А потом можно добавить к первым двум Александрам  третьего Александра, инженера   Александра Яйли  с  его монотермической установкой 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.


×