Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[JohnDoe]

Наверное я просмотрел информацию о искровом зажигании в книге. 

Заглянул, освежил, действительно, речь идёт о дизельных СПГГ(что неудивительно, ведь речь о судовых установках). Прошу пардону. :-[
Но где-то, что-то попадалось. Найду - выложу. Ну, а не найду.... 🙂
Кстати, вот подумалось. В связи с тем, что в СПГГ КШМ нет, то можно соляру подавать через карбюратор, как в бензинке. Т.е. ТНВД и пр. не нужны! Достигла смесь Т самовоспламенения - воспламенилась, сделала работу. Красота. 😉

 

[Владимир Александрович]

Существуют покрытия типа "Термалкоат", "Изоллат" и им подобные.

     Есть еще "Астратек" (сайт www.astratek.ru ), но с покрытиями вопрос не простой. Нужны соответствущие характеристики по температуре и длительной стойкости в условиях динамических нагрузок. То есть эти покрытия должны пройти полноценные испытания на применение в лонжероне лопасти. Рабочие температуры до 200 градусов явно маловаты.

в предложенной Вами схеме можно попытаться реализовать золотниковое гильзовое газораспределение.

     Как Вы себе это представляете, Алексей Геннадьевич?
   

 

[Владимир Александрович]

Эжектор+атм.воздух снизят Т газов и увеличат тягу. Канал потребуется "толще". 

Эжектор здесь не пойдет. Газовый поток после СПГГ идет к концевому соплу с полным давление около 4атм и Т около 500 градусов. При этом давлении удается пропустить нужный расход газа для создания требуемой тяги.

В связи с тем, что в СПГГ КШМ нет, то можно соляру подавать через карбюратор, как в бензинке. Т.е. ТНВД и пр. не нужны! Достигла смесь Т самовоспламенения - воспламенилась, сделала работу. Красота.

     Карбюрирование - значит выброс при двухтактном цикле значительной части топлива в выхлопную систему. Это приемлемо, если предусмотрено дожигание (форсаж) за СПГГ. Однако такой режим из-за неэффективности условий сгорания используется только для кратковременного увеличениря мощности установки или там, где расход топлива не является ограничивающим фактором. Форсаж, увеличивающий мощность силовой установки с СПГГ на 50% требует увеличения расхода топлива примерно на 20%..
      Можно было бы впрыскивать топливо при низком давлении сразу после закрытия клапанов (окон), но будет все-таки некоторый разброс в моменте воспламенения топлива в конце сжатия. Этот разбос не опасен для СПГГ, т.к. переменный ход поршней - одно из его свойств

 

[JohnDoe]

Эжектор здесь не пойдет. Газовый поток после СПГГ идет к концевому соплу с полным давление около 4атм и Т около 500 градусов. При этом давлении удается пропустить нужный расход газа для создания требуемой тяги.

Ну тогда можно часть воздуха из компрессорной части с нужным давлением подмешивать в выхлоп. У нас же, в данном варианте, СПГГ работает лишь как генератор газа и компрессор. Т.е. действовать аналогично ГТД. 😉
ЗЫ. Или преобразовать давление в скорость сужающимся соплом а потом эжектор. Давление перед выходным соплом на конце лопасти создадут цетробежная сила + разворот потока на 90 гр. Нет?

Можно было бы впрыскивать топливо при низком давлении сразу после закрытия клапанов (окон), но будет все-таки некоторый разброс в моменте воспламенения топлива в конце сжатия. Этот разбос не опасен для СПГГ, т.к. переменный ход поршней - одно из его свойств

Вот и я про тож. И ТНВД не нужен, а это одна из наиболее дорогостоящих систем в дизелях, ЕМНИП. Можно обойтись низконапорным впрыском. Сурьёзный плюс.

 

[Владимир Александрович]

Ну тогда можно часть воздуха из компрессорной части с нужным давлением подмешивать в выхлоп.

    Газовая мощность потока сразу упадет. Этот способ иногда как раз и используется для регулирования по режиму.

Или преобразовать давление в скорость сужающимся соплом а потом эжектор. Давление перед выходным соплом на конце лопасти создадут центробежная сила + разворот потока на 90 гр. 

      От скорости потока зависят потери полного давления в канале в квадратичной зависимости. Поэтому скорость в канале нельзя выбирать очень большой. С другой стороны, очень маленькая скорость не позволит пропустить нужную массу газа через постоянное сечение. Существуют оптимальные значения. Они в интервале 80-100 м/с. При этих скоростях центробежное поджатие потока на радиусе лопасти как раз и компенсирует в основном потери от трения газа о стенки канала.
     А разгонять поток до скоростей 450-500м.с и получать с него максимальную тягу нужно только на срезе концевого сопла.
     Параметры течения газа по каналу и на срезе сопла, потери на прямых участках и на поворотах достаточно легко рассчитываются. Алгоритмы расчета есть в литературе по газовой динамике в разделе "Течение газа по каналам". 

 

[JohnDoe]

Газовая мощность потока сразу упадет. Этот способ иногда как раз и используется для регулирования по режиму.

А это как "подойти к снаряду". Можно, например, сработать"лишнюю" температуру в турбокомпрессоре, воздух, им нагнетаемый с выхода компрессора снмчала направить на охлаждение цилиндров СПГГ, т.е. в теле цилиндра/ов СПГГ устроить воздушные каналы(этакая "водянка" воздушного охлаждения ;D), а затем уже смешать с выхлопом и в лопасть. Либо не смешивать выхлоп с этим подогретым воздухом, а отобрать у выхлопных газов тепло в теплообменнике, а воздух в лопасть(у Бехли такая схема есть, но с ГТД). При "регулированию по режиму" воздух из компрессорной части/ресивера СПГГ подавать не в выхлоп, а смешивать в создухом на выходе из компрессора.

От скорости потока зависят потери полного давления в канале в квадратичной зависимости.

Это я знаю, но снижение температуры может позволить применить одну чтуку, давно вертящуюся в моей буйной голове: покрыть/нанести на внутреннюю поверхность канала антифрикционное покрытие, тефлон, например, это снизит потери. Кстати, мой первый пост на данном форуме как раз и касался нанесения тефлона на лопасти винтов. Давно хочу проверить как себя поведёт крыло самолёта/вертолётная лопасть/крылчатка ТКР/етц. если её обработать ПФТ-спреем(есть такие, которые образуют плёнку, а не просто порошок распыляют) или оклеить тефлоновым скотчем. Хоть на модельке, да всё никак не соберусь.

При этих скоростях центробежное поджатие потока на радиусе лопасти как раз и компенсирует в основном потери от трения газа о стенки канала.

Угу, "изоэнропия". 😉

Алгоритмы расчета есть в литературе по газовой динамике в разделе "Течение газа по каналам". 

"Глагол" для меня пока что доступнее "цифири". Ну туп я, учусь ещё. 🙁

 

[А.Г.К]

покрыть/нанести на внутреннюю поверхность канала антифрикционное покрытие, тефлон,

И потравить окружающих фтористым водородом.

Как Вы себе это представляете, Алексей Геннадьевич?

Немножко "разгребусь" и нарисую картинку.

 

[JohnDoe]

И потравить окружающих фтористым водородом

... как Вас травят мильоны этих самых окружающих тем же самым, жаря по утрам яичницу, на тефалевских сковородках... 😉

 

[Андрей Миллер]

в СПГГ КШМ нет, то можно соляру подавать через карбюратор, как в бензинке.

Бедный КШМ  :-/, он и соляре мешает :-?

 

[JohnDoe]

Бедный КШМ, он и соляре мешает

БСМ, кстати, тоже. 😉 В СПГГ если воспламенение произойдёт "раньше положенного" ничего страшного не произойдёт, просто рабочий ход будет меньше. В КШМ/БСМ - загнёт шатуны и пр. петрушка.
ИМХУ.

 

[Владимир Александрович]

Можно, например, сработать"лишнюю" температуру в турбокомпрессоре, воздух, им нагнетаемый с выхода компрессора снмчала направить на охлаждение цилиндров СПГГ, т.е. в теле цилиндра/ов СПГГ устроить воздушные каналы

          К сожалению, такой способ ничего не даст. Сжатый воздух сам нагревается до приличный температур (150-170 градусов) и он при малом теплоперепаде не сможет снять требуемое тепло от стенок цилиндра. Это понятно даже без расчетов.

Либо не смешивать выхлоп с этим подогретым воздухом, а отобрать у выхлопных газов тепло в теплообменнике, а воздух в лопасть(у Бехли такая схема есть, но с ГТД).

     Юрий Георгиевич Бехли исследовал несколько разных схем. В том числе и упомянутую Вами, Вячеслав. Он анализировал эти схемы применительно к полноразмерным вертолетам. Для ранцевого (индивидуального) вертолета дополнительный компрессор+теплообменник неприемлемы по росту массы. Да и выйгрыша по общему КПД приводной системы они практически не дают.
     Но мы здесь рассматриваем силовые установки с СПГГ в общем контексте для любых применений.  Например малоразмерная комбинация "модули СПГГ+Турбина+вентилятор" рождает высокоэкономичный турбопоршневой вентиляторный маршевый авиадвигатель для летательных аппаратов бизнес-класса.
      По стоимости он в 12-15 раз ниже, чем серийные ДТРД.   

 

[Андрей Миллер]

По стоимости он в 12-15 раз ниже, чем серийные ДТРД. 

Это приговор всему направлению! ;D
Высшая мера! 😡

 

[JohnDoe]

Сжатый воздух сам нагревается до приличный температур (150-170 градусов) и он при малом теплоперепаде не сможет снять требуемое тепло от стенок цилиндра

Температура воздуха зависит от степени повышения даления и от КПД компрессора, если не лезть в сильно большие ПИк, вполне может прокатить, хоть перепад температур и будет невелик, зато кол-во воздуха будет огромным, по сравнению с "обычным" обдувом. но это так, размышлизмы(впрочем как и другие мои мессаджи) 😉

Да и выйгрыша по общему КПД приводной системы они практически не дают.

Да как сказать. КПД воздушного цикла на 7% выше, чем с выхлопными газами(показатель адиабаты у воздуха 1,4 , а у ВГ - 1,33). Коэффициент возврата работы установки с теплообменником может превышать еденицу(у Ю. Г. Бехли об этом упомянуто). 😉

Например малоразмерная комбинация "модули СПГГ+Турбина+вентилятор" рождает высокоэкономичный турбопоршневой вентиляторный маршевый авиадвигатель для летательных аппаратов бизнес-класса.

Согласен вполне, тем паче что я не великий спец.

 

[Владимир Александрович]

Температура воздуха зависит от степени повышения даления и от КПД компрессора, если не лезть в сильно большие ПИк, вполне может прокатить, хоть перепад температур и будет невелик, зато кол-во воздуха будет огромным, по сравнению с "обычным" обдувом.

   Мы рискуем перейти к ничем не обоснованной полемике, Вячеслав. В СПГГ выбор П[sub]к[/sub] компрессора жестко связан с балансом работ всех полостей. Вся располагаемая работа рабочего цилиндра должна поглощаться потребной работой компрессорных полостей и работой трения. Баланс работ наступает при П[sub]к[/sub]=5-:-6. При этом диаметр компрессорного поршня будет в 2,4-:-2,8 раза больше диаметра поршня рабочего цилиндра. Огромного количества воздуха здесь нет. Суммарный коэффициент избытка воздуха проходящего через полости СПГГ колеблется от 4 до 5,5. Гильзы рабочих цилиндров СПГГ в подавляющем числе случаев имеют жидкостное охлаждение. И это правильно.

 

[JohnDoe]

Мы рискуем перейти к ничем не обоснованной полемике, Вячеслав.

ОК, постараемся сего избежать.

Баланс работ наступет при Пк=5-:-6.

Эта величина довольно близка по значению к оптимальной для малых ГТД, согласно литературе.

Суммарный коэффициент избытка воздуха проходящего через полости СПГГ колеблется от 4 до 5,5.

Елси весь он может быть отдан в выхлоп, то это тоже, вполне в рамках малых, относительно "холодных" ГТД. Можно получить невысокую суммарную Т выхлопа.

Гильзы рабочих цилиндров СПГГ в подавляющем числе случаев имеют жидкостное охлаждение. И это правильно.

Ну и на здоровье. 😉 Хотя в некоторых случаях воздушник предпочтительней для авиаприменения, но это уже вопрос "религиозных предпочтений".
Всё, ессно, ИМХУ.

 

[А.Г.К]

Тут мне вчера попалась информация по работам американцев в области газовых турбин малой мощности, т.е. в районе 100 л.с. Информацию к сожалению не сохранил. Смысл их работы в понижении расхода топлива до уровня бензинок  ну и как обычно, отработка керамических колёс.

 

[Владимир Александрович]

Тут мне вчера попалась информация по работам американцев в области газовых турбин малой мощности, т.е. в районе 100 л.с. 

    Выражая свое личное мнение, скажу, что делать маломощный СПГГ для работы на турбинку малой мощности с оборотами 100-200 тысяч об/мин оправдано лишь для специальных случаев применения.
    Я занимался расчетами и пректированием СПГГ малой мощности (50-80л.с.) исключительно для их применения в реактивно-компрессорном приводе несущего винта индивидуального (ранцевого) вертолета. Роль турбины и редуктора выполнял в нем сам несущий винт, как сегнерово колесо.
    В общем случае для разных направлений применения СПГГ начинает хорошо конкурировать с другими типами СУ начиная примерно с мощности 200л.с. в одном модуле. Особенно это касается схемы, представленной здесь по авторскому мзобретению.

    До сих пор мы обсуждали СПГГ симметричных уравновешенных схем, где две одинаковые цилиндропоршневые группы (ЦПГ) движутся в противофазе и тем самым уравновешивают силы инерции друг друга. Для возврата ЦПГ к ВМТ используются буферные полости, запасающие энергию обратного хода как воздушные пружины. На обратном ходе ЦПГ сначала разгоняются, приобретая кинетическую энергию за счет потенциальной энергии буферной полости, а затем возвращают ее объему воздуха (или смеси) в рабочем цилиндре, помогая поршню достичь ВМТ. Отсюда понятно, что силы инерции играют в СПГГ ответственную роль. И если в больших СПГГ масса ЦПГГ высока и она отлично выполняет свою функцию перенесения энергии на конечный участок хода поршня, то с уменьшением абсолютных размеров СПГГ эта функция ослабевает, т.к. площади поршней изменяются пропорционально квадрату диаметра, а объем деталей пропорционально кубу размеров. Это значит, что если ничего не предпринимать, то масса приходящаяся на 1см[sup]2[/sup] площади поршня будет падать и с определенной размерности ЦПГ просто не сможет дойти до ВМТ на обратном ходе. Чтобы этого не произошло, с уменьшением размеров СПГГ искуственно увеличивают массу поршней и деталей движения. 
     А что делать, если вам нужен очень легкий СПГГ для авиационного применения или вообще просто легкий. Для этого существует класс неуравновешенных СПГГ, в конструкции которых нет буферных полостей.   

 

[JohnDoe]

Для этого существует класс неуравновешенных СПГГ, в конструкции которых нет буферных полостей.

Это типа рядника с поршнями в противофазе, где общий подпоршневой объём и выполняет ф-цию буфера? И реечный или другой механизм синхронизации туда тоже без проблемм прилаживается. 😉

 

[Владимир Александрович]

Это типа рядника с поршнями в противофазе, где общий подпоршневой объём и выполняет ф-цию буфера?

    Нет, Вячеслав, общий подпоршневой объем разве может выполнять функцию буфера, если он общий, а положение поршней в противофазе?
    Односекционный неуравновешенный безнаддувный двухтактный СПГГ с искровым зажиганием изображен на рисунке снизу.
     Такты сжатия и расширения между левым и правым цилиндром чередуются, а компрессорный поршень просто всасывает и сжимает воздух с двух сторон, подавая его в систему к потребителю.
      Вместо поршня может устанавливаться линейный генератор тока, питающий через выпрямитель сеть.
      Запуск воздушный.
      По такой схеме на базе ЦПГ от двухтактного двигателя был выполнен один из болгарских эксепериментальных СПГГ с диаметром цилиндра, если мне не изменяет память 52мм и ходом 40мм.
      Во время экспериментов на высоких режимах степень сжатия доходила до 50 и никакой детонации при этом не наблюдалось.
       Движение ЦПГ здесь не уравновешено, поэтому требовалось закрепление СПГГ на демпфирующих подушках.
       Испытания проводились как в качестве компрессора, так и в качестве генератора постоянного тока с линейным генератором.
       Поскольку цилиндры не наддуваются сжимаемым в компрессоре воздухом, мощность СПГГ ограничена, но и в таком исполнении агрегат прост и полезен для применения.

        Алексей Геннадьевич - это тот самый пример СПГГ с искровым зажиганием, о котором я упоминал. Только там поршни крепились к штоку жестко без пальцев. В материале были и снятые на стенде графики характеристик. Может еще найду.

 

[georgii-2]

...А что делать, если вам нужен очень легкий СПГГ для авиационного применения или вообще просто легкий. Для этого существует класс неуравновешенных СПГГ, в конструкции которых нет буферных полостей... 

Владимир Александрович, а как быть с этим? Куда уж меньше!

Где-то встречал видео поршневого
реактивного двигателя. Там он на карте был установлен. По горизонтали ездит вполне резво.
Какова тяга, не знаю.

(http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1303571449/28#28
Ответ#6)

И вообще непонятно, почему куда-то теряется запасённая энергия более лёгкого поршня? Она ведь должна превращаться в более высокую скорость поршня и всё. Причём, скорость не очень-то и растёт при уменьшении массы поршня, зависимость-то квадратичная.

Как уже отмечал в соседней ветке: здесь непахано...
Такое впечатление, что как и в других направлениях, конструкторы топчутся по наезженной колее...

Неужели не видно, что изменяя расстояние между впускными и выпускными окнами, их сечение и расстояние от них до буферной зоны мы получаем достижение как продолженного расширения, так и совмещение функций генератора газа и компрессора?