Перейти к содержанию
Наш учитель

Вопросы проектирования тепловых двигателей с внешним нагревом

Рекомендуемые сообщения

В 19.10.2022 в 22:11, Наш учитель сказал:

Все стирлинги да эриксоны (однако как они там любят называть своим именем  все подряд ) тепловые двигатели могут быть  и другими например  атмосферный  двигатель

Есть такое слово в этой букве. Это (слегка недоделанный) двигатель Мэнсона, как раз с одним поршнем и окнами-клапанами. Не хватает лишь второго объёма под поршнем для сжатия холодного воздуха перед нагревом. А то в нарисованном на картинке цикл сработает лишь один раз, за отсутствием способа удалить из цилиндра отработавшее нагретое.

3 часа назад, EvilSpirit сказал:

Этого не требуется, поскольку газ, попавший в нагреватель, нагреется от сжатия и стенок котла раньше, чем поршень перекроет окно. 

Вот на этом невысказанном предположении и держится весь хрупкий механизм. Для хорошего КПД цикла нагревать надо уже горячее, не теряя вложенной при сжатии энергии. А для хорошей удельной мощности лучше греть холодное, чтобы вложить в него побольше энергии. Небесплатной, из топлива, зато прямо сейчас. Теплообмен очень сильно зависит от абсолютных размеров цилиндра. Вот небольшому(лол) дизелю нужны подогрев и запальные свечи, а действительно большим машинам в цилиндр наоборот вставляли развитые холодильники сжимаемой смеси или брызгали воду напрямую, чтобы не загоралась раньше времени.

Но вообще у газов с теплопроводностью плохо, так что сразу при впуске ничего ещё не нагреется. Тот ещё двигатель Эриксона работал именно так: впуск воздуха в горячий цилиндр, сжатие, и тут же рабочее расширение. За время нахождения поршня около мёртвой точки воздух как раз успевал прогреться.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
11 часов назад, Наш учитель сказал:

хотя можно отобразить  циклы  сжатия- расширения  и другими способами.

Ну вот Вы со мной общаетесь на русском, и я в ответ общаюсь на русском, а не выдуманном мной же языке, правильно? Чтобы понимать друг друга, надо общаться на общепринятом языке, используя общепринятые понятия. А если хотите что-то изобретать самостоятельно, без возможности поделиться идеей, без необходимости быть понятым - можете изобретать свои диаграммы.

11 часов назад, Наш учитель сказал:

данный двигатель  как бы   аналогия дизельного свайного копра

В дизельном двигателе добавка энергии существенная, в Вашем случае - ничтожная величина. Объем котла у вас является мертвым объемом, а нагревается лишь та часть, которая заходит в котел за счет сжатия, а так как у вас в котле уже нагретое до высшей температуры рабочее тело, то оно нагревается сверх этого. 

11 часов назад, Наш учитель сказал:

и  дизель ( в макросостоянии) не хочет заводится без нагрева

Это связано со свойствами топлива - оно самовоспламеняется при определенной температуре, а здесь нет воспламенения - Вы хотите засунуть воздух из плохо продутого цилиндра в теплообменник, в котором уже воздух, нагретый до максимальной температуры. 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
8 часов назад, John Jack сказал:

Это (слегка недоделанный) двигатель Мэнсона

 

Двигатель Мэнсона

Пожалуй, одним из самых простых поршневых двигателей с внешним подводом теплоты (кратко - ДВПТ) является двигатель Мэнсона, содержащий всего 3 подвижные детали: маховик, шатун и поршень-вытеснитель-золотник. Двигатель Мэнсона принципом работы похож на двигатель Стирлинга. Газообразное рабочее тело то нагревается, создавая давление большее, чем атмосферное, то охлаждается, при этом давление становится ниже атмосферного, а значит работа совершается при ходе поршня в обе стороны. Атмосфера частично выполняет роль холодильника, так как в конце цикла нагревания рабочее тело под избыточным давлением покидает цилиндр, позволяя двигателю начать цикл охлаждения, в конце которого вакуум "разряжается" за счет восполнения количества вещества рабочего тела атмосферным воздухом. Среднее рабочее давление для простоты равно атмосферному, но наверняка можно придумать способ сделать замкнутый цикл с повышением среднего давления. Как и в случае с двигателем Стирлинга, возможна регенерация теплоты (проще всего по конструкции сделать регенеративный вытеснитель). Двигатель Мэнсона, обладает скромными характеристиками, так как процессы нагрева и охлаждения происходят при изменении объема, а не изохорно, как у двигателя Стирлинга, тем самым уменьшается площадь PV диаграммы для одинакового рабочего объема. Возможным способом улучшения КПД двигателя, работающего по открытому циклу, является регенеративное использование выхлопа рабочего тела в качестве окислителя для сжигания топлива (воздушный экономайзер). Это не требует дополнительных теплообменников, так как рабочим телом обычно является атмосферный воздух.

image.thumb.png.c8dca98dba35048b064dfa7beda7d505.png

Отличие тут в том, что объем нагревателя-котла - вытеснимый, а значит, что мы не сжимаем рабочее тело в горячий котел, а в охлаждаемое пространство. Хоть это и не совсем полностью так, но хотя бы. Тут можно говорить, что этот двигатель похож на двухтактный - раз у него есть выпуск в НМТ. 

8 часов назад, John Jack сказал:

Для хорошего КПД цикла нагревать надо уже горячее

А сжимать уже охлажденное, чего не происходит.

8 часов назад, John Jack сказал:

Но вообще у газов с теплопроводностью плохо, так что сразу при впуске ничего ещё не нагреется

Впрочем, это компенсируется низкой теплоемкостью газа. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
В 20.10.2022 в 22:37, John Jack сказал:

Для хорошего КПД цикла нагревать надо уже горячее, не теряя вложенной при сжатии энергии. А для хорошей удельной мощности лучше греть холодное, чтобы вложить в него побольше энергии

Горячее греть неэффективно , перепад температур нужен,

В 21.10.2022 в 07:24, EvilSpirit сказал:

в Вашем случае - ничтожная величина. ..., а так как у вас в котле уже нагретое до высшей температуры рабочее тело, то оно нагревается сверх этого. 

безусловно наз находящийся в  трубке нагревателя имеет температур ее стенок, но до начала цикла сжатия его там мало  так как в это время давление  его минимальное  иными словами   низкая плотность  (молей мало) , а когда  поршень затолкает  в нагреватель некоторое количество холодного газа  и запрет его его там вот тогда  будет  резкий скачек  давления.  

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
10 минут назад, Наш учитель сказал:

Горячее греть неэффективно , перепад температур нужен,

Что и требовалось доказать! Вот, Вы уже близки к познанию причины невозможности постройки двигателя по циклу Стирлинга!

 

10 минут назад, Наш учитель сказал:

будет  резкий скачек  давления.

Не будет. Будет небольшое повышение давления, поскольку газ, уплотняясь внутри змеевика, в тот момент будет не только нагреваться от сжатия, но и нагреваться от стенок. А повышение давления будет вызвано задержкой в передаче теплоты от стенок к газу.. Короче, сравните с реальным "скачком давления", например, в альфа-Стирлинге, где газ изохорно передается из холодного цилиндра в горячий через нагреватель... Это не сравнится со скачком давления при внутреннем сгорании, но тем не менее.. Это гораздо более эффективный способ. Но, как указано выше, сложно построить двигатель Стирлинга именно по причине сложности подвода теплоты при отсутствии разницы температур, а именно это предлагается сделать при изотермическом расширении. Оно возможно только ступенчато - многоцилиндровость с промежуточным перегревом, либо турбина с промежуточным перегревом. Сложно, дорого. А машинки, которые демонстрируют, якобы, цикл Стирлинга - работают немного по другому циклу, что-то между циклом Отто  и циклом Брайтона. 

Изменено пользователем EvilSpirit

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
В 21.10.2022 в 07:24, EvilSpirit сказал:

, надо общаться на общепринятом языке, используя общепринятые понятия.

Все двигатели работают при условии нарушения симметрии  действующих внутри них сил   либо непрерывных  например в  турбине  либо  прерывных до и после какого то момента времени , например в ДВС , и  эту  симметрию неплохо отображать на графиках циклов их работы , для наглядности , это помогает , мне например  ...

В 21.10.2022 в 07:24, EvilSpirit сказал:

Объем котла у вас является мертвым объемом, а нагревается лишь та часть, которая заходит в котел за счет сжатия, а так как у вас в котле уже нагретое до высшей температуры рабочее тело, то оно нагревается сверх этого. 

Мертвым объемом   в    чистом  понимании  принято считать  объем газа не участвующий в циклах нагрева  и охлаждения , а тут такого  газа  как бы и нет нет , он постоянно перемешивается .В трубке "котле"   до начала цикла сжатия   газа  мало , в связи с высокой его  температурой и давление в это время минимальное   поэтому у газа  низкая плотность  (молей мало) , а когда  поршень затолкает  в нагреватель некоторое количество холодного газа  и запрет его его там вот тогда  будет  резкий скачек  давления.  

В 21.10.2022 в 07:24, EvilSpirit сказал:

Это связано со свойствами топлива - оно самовоспламеняется при определенной температуре, а здесь нет воспламенения - Вы хотите засунуть воздух из плохо продутого цилиндра в теплообменник, в котором уже воздух, нагретый до максимальной температуры

Что бы начался процесс горения  требуется  выполнение  главного условия, молекула кислорода должна  приблизится к молекуле топлива на   минимальное расстояние  и только потом  они вступят в реакцию  окисления, а молекулы имеют свойство отталкиваться  поэтому , что бы сблизиться (столкнуться) требуется  начальная  скорость , а ее   на морозе  мало,  всего 380м/с поэтому  двигатель не заводится , кстати те кто жег костер при  -50*С занет как он лениво горит.

Еще раз зачем вск это пишу, просто нагрев газа сжатием в дизеле  это дитя, по сравнению с теплопереносом от горячего тела или от  хим реакции., ну не может поршень ускорить молекулы с  380м/с до 500м/с

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
1 минуту назад, Наш учитель сказал:

Все двигатели работают при условии нарушения симметрии  действующих внутри них сил   либо непрерывных  например в  турбине  либо  прерывных до и после какого то момента времени , например в ДВС , и  эту  симметрию неплохо отображать на графиках циклов их работы , для наглядности , это помогает , мне например  ...

Это прекрасно видно на PV.

2 минуты назад, Наш учитель сказал:

Мертвым объемом   в    чистом  понимании  принято считать  объем газа не участвующий в циклах нагрева  и охлаждения , а тут такого  газа  как бы и нет нет

Есть. Уже нагретый объем газа внутри котла участвует в цикле работы двигателя, но не участвует в нагреве и охлаждении. Он все время находится внутри змеевика, и он все время нагрет до температуры нагревателя. То, что там что-то к нему подмешивается - это не важно, поскольку в результате все равно есть объем котла, который все время содержит газ при одинаковой температуре. В случае расширения - это даже хорошо, это есть искомая изотермичность, но в случае сжатия - это есть плохо, поскольку это увеличивает работу сжатия. А полезная работа - суть разница между работой сжатия и работой расширения. Для эффективности работу сжатия надо уменьшать, а работу расширения - увеличивать. 

7 минут назад, Наш учитель сказал:

Еще раз зачем вск это пишу, просто нагрев газа сжатием в дизеле  это дитя, по сравнению с теплопереносом от горячего тела или от  хим реакции., ну не может поршень ускорить молекулы с  380м/с до 500м/с

Вот именно, что дитя. В контексте хим реакции сгорания топлива в объеме. А в контексте теплопереноса от стенок (на полщади поверхности) - это совсем даже не дитя. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
9 минут назад, EvilSpirit сказал:

 Для эффективности работу сжатия надо уменьшать, а работу расширения - увеличивать. 

Нуда  холодный газ толкали ,толкали и  затолкали в змеевик и заперли. Он по любому будет нагреваться, но  с временной задержкой  накапливая при этом энергию , которой может быть не так уж мало , если  мы возьмем водород то у него теплоемкость в 6 раз выше чем у воздуха, а если  под давлением 10атм , то теплоемкость  единицы объема увеличится 60 раз по сравнению с атмосферным воздухом.

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
5 минут назад, Наш учитель сказал:

Нуда  холодный газ толкали ,толкали и  затолкали в змеевик и заперли.

Да зачем его там запирать, он уже будет почти полностью нагретым к моменту запирания, а если не будет то лучше всего вытеснить его полностью в котел. А вредная подушка под поршнем, образующаяся после запирания, вообще увеличит температуру запуска двигателя до небес.

 

5 минут назад, Наш учитель сказал:

мы возьмем водород то у него теплоемкость в 6 раз выше чем у воздуха, а если  под давлением 10атм , то теплоемкость  единицы объема увеличится 60 раз по сравнению с атмосферным воздухом.

Так и воздух надо брать под давлением. Такие двигатели без предварительного давления вообще больше похожи на игрушки. 

Изменено пользователем EvilSpirit

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
В 24.10.2022 в 10:43, EvilSpirit сказал:

Да зачем его там запирать, он уже будет почти полностью нагретым к моменту запирания

Да можно и не запирать, как то  год или два назад не помню где написал, что можно взять 4 тактный двигатель от мотоблока  снять с него карбюратор вывернуть свечу, а на ее место  ввернуть  глухой  змеевик  в виде плоской спирали которую потом   греть, а  впускной и выпускной клапан будет обеспечивать  вентиляцию  воздуха в цилиндре,  но  в данном варианте  небольшой ход поршня  плюс недостатки свойственные КШМ  и поэтому неясно  будет ли вообще работать переделанный  4 тактник , а в рассматриваемом выше примере  двигатель свободнопоршневой  с большим ходом, а вообще теория не рассматривает подобные двигатели (нет аналогов)  и можно только гадать как они могут работать.

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
44 минуты назад, Наш учитель сказал:

недостатки свойственные КШМ

*Выдуманные недостатки.

47 минут назад, Наш учитель сказал:

что можно взять 4 тактный двигатель от мотоблока  снять с него карбюратор вывернуть свечу, а на ее место  ввернуть  глухой  змеевик  в виде плоской спирали которую потом   греть,

Вот это уже выглядит как простое объяснение. И как более интересный вариант, хотя бы потому, что есть нормальная продувка цилиндра и закачка охладжденного свежего воздуха

 

47 минут назад, Наш учитель сказал:

но  в данном варианте  небольшой ход поршня

Где там будет большая разница давления, для которой необходима большая степень расширения? Я думаю, что тут необходимо больше продолженное расширение, то есть неодинаковые объемы сжатия и расширения. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
3 часа назад, EvilSpirit сказал:

Где там будет большая разница давления, для которой необходима большая степень расширения? Я думаю, что тут необходимо больше продолженное расширение, то есть неодинаковые объемы сжатия и расширения. 

Тут эксперимент нужен  , взять например  Адижанский дизель   Т-62-1 (  цилиндр у него 120мм,  ход поршня 160 мм,1200об/мин)  вывернуть у него форсунку и ввернуть змеевик и посмотреть, , .

Что бы судить как быстро будет нагреваться воздух в змеевике  можно прикинуть  скорость теплообмена по формуле  Q=λ/H*(tS)(T2-T1),  где  t — время теплопередачи, S — площадь контактируемой поверхности, Н — толщина слоя материала, через который проходит тепло, Т1 и Т2 — температуры тел, которые обмениваются температурами.  λ/H наверное теплопроводность материалов (если честно то не знаю ни когда по ней не считал),  но думаю  раз  процесс    длящийся  то  должен существовать   оптимальный период  частоты вращения  двигателя   соответствующий  конкретной  скорости нагрева воздуха в змеевике.

 

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
15 минут назад, Наш учитель сказал:

то  должен существовать   оптимальный период  частоты вращения  двигателя   соответствующий  конкретной  скорости нагрева воздуха в змеевике.

Именно так, если двигатель запустится, он сам выберет оптимальную частоту. Только пустое это. Выдающихся результатов не следует ждать. Гораздо эффективнее будет запустить двигатель по циклу Брайтона, и мощность можно выжать хорошую. Изохорный процесс нагревания - это только для ДВС, для двигателей с внешним подводом теплоты изобарный процесс подвода теплоты позволяет строить двигатели с хорошими экономическими и мощностными характеристиками. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
56 минут назад, EvilSpirit сказал:

Гораздо эффективнее будет запустить двигатель по циклу Брайтона

image.thumb.png.d38bbc9e2b579661c40606a733c5122c.png

Одноцилиндровый двигатель, работающий по циклу что-то вроде Брайтона.

Двигатель состоит из котла-нагревателя, ресивера(емкости)-охладителя(интеркулера) и расширительно-компрессорной машины.

Машина состоит из газораспределительного механизма, цилиндра, поршня и КШМ. 

Газораспределительный механизм представлен 3 клапанами:

1. Клапан впуска-выпуска свежего/отработавшего рабочего тела из атмосферы / в атмосферу. 

2. Второй Клапан впуска горячего рабочего тела

3. Третий Клапан самодействующий для загрузки сжатого рабочего тела в ресивер.

Принцип действия (примерно 5 тактов)

1. Зарядка. Клапан впуска-выпуска, сообщающийся с атмосферой, открывается, поршень движется вниз, забирая порцию свежего воздуха из атмосферы.

2. Сжатие. Клапан впуска-выпуска закрывается, поршень движется вверх, адиабатически сжимая рабочее тело внутри цилиндра, после достижения давления для открывания автоматического клапана, происходит вытеснение-сжатие рабочего тела внутрь охлаждаемого объема ресивера. На выходе из ресивера стоит еще один автоматический клапан-редуктор, регулирующий давление в котле. Давление в ресивере немного превышает давление в котле. 

3. Впуск. Открывается впускной клапан, сообщающийся с выходом из котла, отчего автоматический клапан ресивера закрывается, поскольку давление в котле чуть меньше, чем давление в ресивере. Поршень движется вниз под действием давления в котле, происходит совершение работы за счет изобарного расширения рабочего тела.

4. Расширение. Пока поршень движется вниз, закрывается впускной клапан, например, на 50% хода поршня (происходит отсечка впуска). Далее поршень движется под действием силы и расширение рабочего тела происходит адиабатически. Когда поршень достигает нижней мертвой точки, открывается клапан, сообщающийся с атмосферой.

5. Поршень движется вверх, выпуск происходит в атмосферу. Ожидается, что двигатель будет находится в движении или обдуваться вентилятором, поэтому отработавшее рабочее тело будет удалено из области впуско-выпускного отверстия до начала фазы номер 1.

Индикаторная диаграмма

image.thumb.png.97e73f5fbfbf519c4572eb1876f744d7.png

 

Изменено пользователем EvilSpirit

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
1 час назад, EvilSpirit сказал:

Одноцилиндровый двигатель, работающий по циклу что-то вроде Брайтона.

Неплохо, работать будет, цикл Брайтона как он есть. Есть в основном нюансы. Ради удельной мощности в таком моторе сжимаемый воздух хорошо бы охлаждать, здесь же он греется об горячий цилиндр. Но с другой стороны это регенерация, улучшает теоретический КПД. Расширительный цилиндр желательно делать в полтора-два раза больше компрессорного, но это может быть скомпенсировано общими потерями при сжатии.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
30 минут назад, John Jack сказал:

Ради удельной мощности в таком моторе сжимаемый воздух хорошо бы охлаждать, здесь же он греется об горячий цилиндр

Ну я просто поставил задачу - разработать Брайтона на один цилиндр. Спортивный интерес.

30 минут назад, John Jack сказал:

Расширительный цилиндр желательно делать в полтора-два раза больше компрессорного, но это может быть скомпенсировано общими потерями при сжатии.

Да, лучше использовать разные цилиндры. И замкнутый рабочий цикл с предварительным давлением. И пару стадий на сжатие и расширение с промежуточным охлаждением и догревом. И рекуперационный теплообменник. Тогда удастся приблизиться к циклу Эриксона. Впрочем, мне кажется, что нормально реализованный Брайтон будет бодро крутиться даже на одном цилиндре. 

Изменено пользователем EvilSpirit

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
В 26.10.2022 в 14:25, EvilSpirit сказал:
В 26.10.2022 в 14:03, Наш учитель сказал:

то  должен существовать   оптимальный период  частоты вращения  двигателя   соответствующий  конкретной  скорости нагрева воздуха в змеевике.

Именно так, если двигатель запустится, он сам выберет оптимальную частоту. Только пустое это. Выдающихся результатов не следует ждать.

Время одного оборота  данного теплового  двигателя можно сделать   равным или даже меньше времени нагрева  воздуха в трубке нагревателя "змеевике",  Если взять двухтактный двигатель ,например от бензопилы или триммера,  снять с него карбюратор , на место свечи ввернуть  змеевик и начать его греть,  да  эл.пускачем    крутить, то можно  достичь  нужных оборотов  на которых двигатель  заработает. .,

  Конкретное значение оптимального периода вращения   двигателя зависит  от  объема  цилиндра , размеров и объема змеевика, и  его температуры .  но  экспериментальным путем можно  определить оптимальную  частоту вращения, Двигатели от бензопил могут работать  развивать до 14000об/мин   или 233 об/сек . что означает , что оборот длится всего  0.0043сек и  при этом половина  данного  времени тратится на ход поршня вверх ,то есть на сжатие , делим пополам  получаем  0.0021 сек , за такой коротки промежуток времени воздух в змеевике явно не успеет нагреться до температуры его стенок. (например  до 540*С,) поэтому реальные обороты будут ниже,  но по любому  выше чем  в любом  известном стирлинге или эриксоне.

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
2 минуты назад, Наш учитель сказал:

Время одного оборота  данного теплового  двигателя можно сделать   равным или даже меньше времени нагрева  воздуха в трубке нагревателя "змеевике", 

А смысл? Чем больше оборотов, тем больше мощность снимается с одного и того же объема. Зачем двигатель, у которого есть искусственное ограничение? Если чисто теоретически... то да, с практической точки зрения есть более совершенные варианты. 

5 минут назад, Наш учитель сказал:

явно не успеет нагреться до температуры его стенок., поэтому реальные обороты будут ниже  но явно выше чем  в любом  известном стирлинге

Все правильно, подозреваю, это примерно 100-500 оборотов, если опять же, такой двигатель вообще запустится.

Изменено пользователем EvilSpirit

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
3 минуты назад, EvilSpirit сказал:

А смысл? Чем больше оборотов, тем больше мощность снимается с одного и того же объема. Зачем двигатель, у которого есть искусственное ограничение?

Задача не в том , что бы ограничить максимальные обороты, а том как  определить оптимальные и  поддерживать ,не допустить их падения.,  и вообще непонятно как  в данном случае их можно регулировать.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
13 минут назад, Наш учитель сказал:

что бы ограничить максимальные обороты,

Именно в том, что максимальные обороты заданы термодинамически, а не механически, как у других двигателей и кроется проблема. Не нужно рассматривать двигатель, у которого заранее ограничена возможность в передаче большого количества тепла. Изучите другие циклы, а потом на основе этих циклов или их комбинаций можно проектировать очень много теоретически-хороших двигателей с внешним подводом теплоты. Не зацикливайтесь на том, что изобрели, научитесь изобретать на ходу, каждый день. Я, например, изобретаю по одному новому двигателю в две недели примерно. Может, один в месяц. Записываю. Через пару месяцев возвращаюсь к конструкции, чтобы понять, где я был не прав... Так что предлагаю оставить уже этот вариант и отправиться на изобретение других. 

Изменено пользователем EvilSpirit

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Конечно  переделанный  двухтактник  надо смазывать , на просторах интернета нашлась информация по  уплотнительным графитовым кольцам 

"Имеется  опыт использования графитовых уплотнений  . В роторно-поршневом двигателе (РПД) ККМ-502 фирмы NSU (ФРГ) уплотнения ротора было выполнено из материала на угольно-графитовой основе. Двигатель имел мощность 50 л.с. при 6000 об./мин........
По интенсивности износа, то усилия прижатия колец например равный усилию  прижатия щеток электрических машин, и опыт эксплуатации графитовых щеток электрических машин  свидетельствует, что ресурс работы такого уплотнения будет исчисляться тысячами часов.
 Графитосвинцовые заготовки АГ-1500-С05  для использования при сухом трении по сталям и хромовому покрытию. Рекомендуемый материал контртела - чугун, сталь, хромовое покрытие; предельно допустимое удельное давление 20-25 кгс/см2; предельно допустимая скорость 25 м/с. Допустимая рабочая температура при эксплуатации изделий из указанных материалов в окислительной, восстановительной и нейтральной средах составляет 300°C.  отсюда  можно  пытаться делать поршневые кольца из графита, работающие при высокой температуре, и надеяться на достижение ресурса в несколько тысяч часов." 

Все сказанное относится к ДВС , а наш вариант ближе к компрессору в котором  требования к материалу колец не такие высокие.

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Под Рождество попустило измыслить  как усовершенствовать тот  тепловой двигатель о  котором писал в конце прошлого года  В  нем и в   самом деле была какая то сомнительность ,  типа поршень заталкивает воздух в глухой змеевик где воздух нагревается и, давление его поднимается , затем воздух тем же путем возвращается в цилиндр и толкает поршень, какая то хрень самому не нравилось, зато теперь все иначе просто и логично 

И так начинаем , на  снимке изображена схема свободнопоршневого теплового двигателя  с внешним нагревом, предполагается , что к  поршню  (в виде катушки)  в принципе    можно приделать линейный эл.генератор

Двигатель состоит из

1 поршень в виде катушки, шток и на нем два диска , верхний и нижний

2 компрессионные кольца  в дисках

3 цилиндр

4  трубчатый нагреватель  воздуха

5 пунктиром выделена зона где  происходит нагрев трубчатого нагревателя 

6 стрелки обозначают направления движения воздуха при опускании поршня

7  геометрический объем между верхним и нижним дисками поршня -  V2   

8 геометрический объем всего цилиндра -V1

9 геометрический объем трубчатого нагревателя воздуха - V3

Буквами А. B.D  обозначены  размеры , все данные размеры равны между собой  ,  расстояние между дисками поршня равно диаметру,оним словом все размеры равны.

Левый рисунок изображает  положение поршня в  ВМТ , как мы видим поршень  находится на некотором  расстоянии  (высоте) над цилиндром

Средний рисунок изображает некое среднее положение поршня при его  движении вниз

Правый рисунок изображает положение поршня в НМТ

 

001.thumb.JPG.bb2870468f0709b12a6cbcd15ff5c5bb.JPG

Рабочий цикл двигателя происходит следующим образом

Поршень  п.1 поднимают (по направляющим которые  не указаны на рисунке) далее он под собственным весом падает   в цилиндр п.3  (примерно как в копре для забивки свай)  где  начинается сжимание   воздуха,

Когда нижний диск поршня проходит верхнее отверстие в стенке цилиндра в  трубчатом нагревателе п.4  начинается движение воздуха по стрелам п.6, таким образом нижний диск работает как вытеснитель  (примерно как в стирлинге),

После достижение  поршнем НМТ  движение воздуха по трубчатому нагревателю п. 4  прекращается 

За все время движения поршня вниз  происходит  геометрическое сжатие  воздуха  , примерно в интервале 30-45%,(это зависит от объема трубчатого нагреватель п.4)  и одновременный его нагрев в трубах нагревателя, . в результате чего давление воздуха возрастает и поршень начинает движение вверх. При движении поршня вверх  воздух расширяется, причем нижний диск поршня  опять работает в роли вытеснителя прогоняя расширяющиеся  воздух по трубчатому нагревателю  , но в обратном направлении (на рисунке не изображено) тем самым замедляется падения давления воздуха. (это должно положительно влиять на литровую мощность). Набрав скорость поршень вылетает вверх  из цилиндра и поднимается на некоторую высоту по направляющим которые  не указаны. В верхней части поршня на штоке имеется линейный "ротор" (на рисунке не изображен) ,а на направляющих имеются обмотки "статора", в итоге получается некий стационарный генератор .

Можно  попытаться как то грубо прикинуть его эффективность  и  мощность

Предположим , что  температура в нагревателе  около  600* С ,или 873*К а температура  воздуха  на улице 0*С , или 273*К  это означает  температура рабочего тела и как следствие его давление  отличается  в 3.19 раза   , при этом еще имело место  геометрическое сжатие  в 1.3 раза  значит  можно перемножить  и получить   3.19х1.3=4.14 атм,  округлим до 4 атм  тогда  перепад давлений наружного   атмосферного воздуха  и  внутреннего нагретого может быть порядка  4-1=3 атм , что не так уж мало учитываю простоту двигателя это неплохо

Естественно  цилиндр должен иметь охлаждение боковых стенок водой, литровую мощность прикидывать надо отдельно.

Кстати  не знаю к какому типу тепловых машин отнести данный  двигатель , похож на Эриксона ,но клапанов нет, а стирлин не должен быть атмосферным.

 

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Попробую как то  прикинуть мощность  , Скажем  если сделать  цилиндр и куска водопроводной чугунной трубы Д-100мм ,(там толщина стенок7.5-9мм) длинной 200мм ,(   можно применить готовые компрессионные кольца) ,тогда объем цилиндра будет  1570см 3, округлим  до 1500см3, объем трубчатого нагревателя  примем  500см3, геометрическую степень сжатия 1.3,  воздух нагреваем  до 820*К (550*С), на улице 273*К ,( 0*С) разница в три раза, значит пиковое давление будет  1.3 х 3 = 4 атм, а относительно  атмосферное давление улицы 4 - 1 =3 атм , это максимум  возможный рабочее  давлений действующий на поршень. Сведем все  все в одну таблицу

общий  объем цилиндра 1500 см3

диаметр поршня 10см  ,

площадь  поршня 78см2

ход поршня 0.2м 

объем  трубчатого нагревателя  500см3

степень сжатия 1.3

температура нагрева воздуха  820*К (550*С)

температура окружающего воздуха  273*К ,( 0*С)

максимальное рабочее давление 3 атм

И так  поршень   падает  и попадает в цилиндр, где начинается сжатие воздуха при этом расходуется энергия  на  сжатие воздуха  , так как  у нас степень  сжатия всего 1.3  поэтому  затраты на сжатие  принимает 30%

Весь  объем  воздуха цилиндра , все 1500см3, проходит через трубу(бы) нагревателя  причем туда и обратно  , два раза,  нагревается до  550*С, давление растет  и поршень выталкивается из цилиндра,. Предположим , что на выхлопе воздух расширится-охладится до 270*С, температура  станет примерно как у дыма из печной трубы.. Если при и давлении  воздуха 3 аттм  в НМТ на поршень  будет давить сила  3 атм х 78см2=234 кг , то среднее давление  будет  в два раза меньше 117 кг, умножим на ход поршня 0.2 м получится 23.4 кг/м. Теперь надо определится с частотой  работы двигателя  однозначно она будет  невелика , возьмем   1 колебание в  секунду  как   в дизельном молоте копре для забивки свай , значит   23.4 кг/м в сек ,, а лошадиная сила равна 75 кг/с, и как  было упомянуто выше  на сжатие  расходуется 30% энергии  то у нас  остается 16.4 кг/м в сек   или  0.21 л/с или  162 Вт .

Эта энергия на поршне , а на  выходе из линейного генератора (будем оптимистами ) 100Вт , ,тогда в результате  грубых прикидок литровая мощность  66 Вт , конечно это  очень мало , ну  так   "оборотов" всего 60об/мин,  хотя было  би интересным посмотреть на  реальной   модели (без генератора)  частоту  колебаний.

 

 

 

 

 

 

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)

Думается можно сделать демонстрационную  модель данного двигателя  и на ней  определить некоторые параметры  , примерно как на схеме

 

001.JPG 

1  цилиндр в виде стакана

2  шток 

3  поршень в виде катушки (образован  нижним и верхним дисками )

4  пружина  (верхняя)

5   гайка

6  трубчатый нагреватель

7  буферная пружина (нижняя)

Двигатель стоит на подставке  (на рисунке не изображена)

Для пуска поднимаем поршень п.3   и тем самым  сжимаем  пружину п.4 , затем  его отпускаем , поршень ускоряемый пружиной и скользит вниз по штоку  п.2   попадает в цилиндр п.1 , двигается в нем  попутно сжимая  воздух,  После прохода  нижним диском поршня  верхнего отверстия трубчатого  ,  нагревателя  п.6 , воздух из под поршня устремляется в нагреватель и далее уже горячий попадает  в пространство   между нижним и верхним дисками   поршня. Давление  воздуха поднимается и выталкивает поршень  из цилиндра попутно сжимая  верхнюю пружину. далее цикл повторяется автоматически  .Предполагается , что трение происходит только между штоком п.2 и  поршнем п. 3 зазор между поршнем и цилиндром минимальный , но трения не возникает. Принцип работы двигателя  аналогичен тому, что был описан ранее, за исключением применения пружины. Применение пружины позволяет резко поднять частоту колебаний  поршня.

 

 

Изменено пользователем Наш учитель

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Период колебаний поршня  можно прикинуть по аналогии  формулы  маятника на пружине , где надо извлечь квадратный корень  из  частного  делением массы  поршня на жесткость пружины и потом  результат  умноженное на 2 пи. Как видно из формулы чем  жестче пружина и  чем меньше вес поршня тем  меньше период  и как следствие больше частота колебаний.. Трудно предугадывать, но  по любому  частота может оказаться досточно высокой , десятки колебаний в секунду  или несколько тысяч в минуту.. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти

  • Последние посетители   0 пользователей онлайн

    Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.