Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[georgii-2]

Для каких целей? Куда можно поставить эту раскаленную трубу? 

При детонационном горении совсем другой расклад, нет?

 

[JohnDoe]

Прежде чем делать, нужно просчитать весь тепловой цикл. По результатам будет видно, созрела идея для воплощения в металле или надо думать как улучшить низкие параметры, выявленные расчетом. 

Бесспорно, только для расчётов нужно знать характеристики девайса, а их нет. 🙁 Пока есть лишь отрывочные сведения, большей частью подчерпнутые из штудирования форума "компрексоводов". Но даже этих скудных сведений уже  хватает для некоторых выводов. Например, на холостых (850 об/мин) данный нагнетатель выдаёт 0,1-0,2 бар избытка, на 3500 об/мин - 0,95 бар(срабатывает вакуумник).Т.е. массовый расход у него на номинале примерно 0,2-0,25 кг/сек. Это соотносится с подобными значениями ЦБ нагнетателей/турбин, значит возможно создание микро-ГТД(по аналогии).
Соотношение приводного редуктора 1 к 4, т.е. обороты компрессора в несколько раз меньше, чем у тех же ЦБ-нагнетателей/ТКР(до 100 тыс и выше) той же размерности/производительности, это означает значительно больший ресурс(у многих подшипники начинают шуметь на 350-400 тыс. км.), учитывая наличие керамических, несмазываемых подшипников может получиться узел-"миллионник".
Сама идеология данного нагнетателя предполагает бОльшую экономичность по сравнению с простыми ГТД(а-ля ТКР), и вполне может сравниться с ГТД с теплообменником, т.к. ротор являет собой дополнительно ещё и теплообменник регенераторного типа(вспомните, что я Вам писал на почту 😉)
Возможны несколько вариантов реализации такого ГТД, например сгорание может протекать во внешней КС, а может и непосредственно в каналах ротора. Также есть резервы по уменьшению габаритов, массы, конструкции и пр. Но всё это лучше конечно рассматривать имея на руках как можно более полную информацию, тот же график расхода от оборотов, давление/температура и пр.

 

[Владимир Александрович]

При детонационном горении совсем другой расклад, нет? 

      Другой. Там в процессе добиваются высокого сжатия смеси и высокого КПД цикла за счет этого. Сам цикл еще недостаточно изучен и плохо управляем. Здесь эти вопросы не решить - это точно. Надо выбирать что-то более реальное, доказанное, проверенное. Изучить как слеует и пытаться внести свое.
    Кстати, может кто не знает, рекомендую совершенно открытую авиационную библиотеку электронных книг по ссылке http://airspot.ru/library/dvigateli?page=3 
    Можно спокойно скачивать любую выбранную книгу по всем направлениям создания авиационной техники, в том числе и по авиадвигателям.
    Иметь у себя такие книги никогда не помешает и убережет от повторения того, что уже давно создано и работает. 
      
   

 

[georgii-2]

Другой. Там в процессе добиваются высокого сжатия смеси и высокого КПД цикла за счет этого. Сам цикл еще недостаточно изучен и плохо управляем. Здесь эти вопросы не решить - это точно. Надо выбирать что-то более реальное, доказанное, проверенное. Изучить как слеует и пытаться внести свое.

Вот про то и говорю, тут не изучено, там не проверено, только жопы просиживали.

 

[georgii-2]

Михал Иваныч, с электрической частью, думаю, теперь разобрались. С формой торцов сердечников повнимательнее только подойти.
А насчёт зажигания не заморачивайтесь, здесь только компрессионное выживет и оправдает себя.
С впрыском тоже простые решения себя оправдают.

 

[JohnDoe]

Сам цикл еще недостаточно изучен и плохо управляем.

Вот как раз в компрекс-схеме(в варианте горения внутри ротора) и возможно добиться управляемого детонационного горения, т.к. это зависит во многом от частоты, т.е. длины трубы. С приводом от отдельного эл.мотора весьма малой мощности(мощность расходуется только на вращение ротора, процессы горения/сжатия и пр. протекают в осевом направлении и не оказывают сколько-нибудь существенного влияния на вращение ротора)+датчик положения/оборотов+датчик/датчики детонации(автомобильный)+относительно несложный/дешёвый ЭБУ. В идеале требуется обеспечить горение во фронте волны давления. Эффективность будет - кошмар! В лучшем смысле этого слова. ;D

 

[Владимир Александрович]

Например, на холостых (850 об/мин) данный нагнетатель выдаёт 0,1-0,2 бар избытка, на 3500 об/мин - 0,95 бар(срабатывает вакуумник).

      Но это очень маленькие давления для цикла ГТД. И 1,95 бар мало. Полезная площадь на диаграмме P-V будет узенькой и небольшой по величине.
       Вспомогательные ГТД начали делать со степенью сжатия в ЦК от 3. При этом расход топлива получается около 1,2 кг/кг  ч. Там это допускалось, потому что после запуска основных двигателей она выключалась. Для маршевой установки такие цифры расхода топлива слишком высоки.

Сама идеология данного нагнетателя предполагает бОльшую экономичность по сравнению с простыми ГТД(а-ля ТКР)

    За счет чего?

.....и вполне может сравниться с ГТД с теплообменником, т.к. ротор являет собой дополнительно ещё и теплообменник регенераторного типа

      Ничего подобного, Вячеслав. Регенерация, т.е. передача тепла от уходящего газа рабочему телу, должна производится после его сжатия в узле сжатия (компрессоре), иначе передача тепла во время сжатия воздуха приведет к увеличению работы сжатия, причем очень большому увеличению. Вы сами написали о том, что японцы отказались от этих агрегатов в том числе и по причине нагрева проходящего через них воздуха, подвергаемого сжатию.

 

[JohnDoe]

Но это очень маленькие давления для цикла ГТД. И 1,95 бар мало. Полезная площадь на диаграмме P-V будет узенькой и небольшой по величине. 

Модельные ГТД строятся на базе серийных комплектующих автомобильных ТКР. Дорабатывается проточная часть, вал, добавляется КС, но рабочие колёса компрессора и турбины используются вполне серийные. при этом добиваются ПИк 3-4. Расход топлива тоже не столь кошмарен, как Вы пишите. У меня дома есть отчёт по исследованию модельных ГТД малой тяги. На вскидку, что-то около 400 гр. Что втрое меньше Вами заявленного. Могу посмотреть, но только завтра(сегодня я на сутках).

Вы сами написали о том, что японцы отказались от этих агрегатов в том числе и по причине нагрева проходящего через них воздуха, подвергаемого сжатию.

Это очень плохо для наддува(увеличивается отрицательная работа сжатия в цилиндре), но не столь кошмарно для ГТД, т.к. это тепло частично возвращается в цикл на стадии горения, либо на стадии расширения(в варианте с чисто воздушной турбиной).
ИМХУ.

 

[Владимир Александрович]

Расход топлива тоже не столь кошмарен, как Вы пишите. У меня дома есть отчёт по исследованию модельных ГТД малой тяги. На вскидку, что-то около 400 гр. Что втрое меньше Вами заявленного.

       Да, надо посмотреть. Интересно, чем обеспечен удельный расход ниже, чем у маршевого вертолетного ГТД-350, который считается прожорливым даже при наличиии ряда осевых ступеней компрессора и одной центробежной.

Это очень плохо для наддува(увеличивается отрицательная работа сжатия в цилиндре), но не столь кошмарно для ГТД, т.к. это тепло частично возвращается в цикл на стадии горения

      Кошмарно или не кошмарно, но нагрев воздуха в процессе сжатия - это прямые потери, которые сказываются тем сильнее, чем выше конечное давление сжатия. Об этом можно прочитать в литературе по компрессорам, где разъясняется почему многоступенчатое сжатие выгоднее одноступенчатого и почему выгодно и, где это возможно, нужно охлаждать сжатый воздух, между ступенями.

 

 

[JohnDoe]

Да, надо посмотреть. Интересно, чем обеспечен удельный расход ниже, чем у маршевого вертолетного ГТД-350, который считается прожорливым даже при наличиии ряда осевых ступеней компрессора и одной центробежной.

Вот уж не знаю. "За что купил, за то продал". По памяти с моделистких форумов 1,5 л пластиковой бутылки из под "Кока-Колы" хватает на 15 мин полёта модели с ГТД тягой под 10 кг, это примерно 6-8 л.с. Т.е. 4,8 кг керосина за час, или 0,6 кг на л.с. в час.

Кошмарно или не кошмарно, но нагрев воздуха в процессе сжатия - это прямые потери, которые сказываются тем сильнее, чем выше конечное давление сжатия. Об этом можно прочитать в литературе по компрессорам, где разъясняется почему многоступенчатое сжатие выгоднее одноступенчатого и почему выгодно и, где это возможно, нужно охлаждать сжатый воздух, между ступенями.

Это мне известно, но тут возможны разные нюансы. Нужно очень внимательно рассматривать процессы. Нагрев-то идёт в основном не в стадии сжатия, а в стадии впуска-выпуска. Т.к. граница контакта пламени с воздухом относительно невелика, площадь контакта воздуха со стенками канала больше, а стенки, с которыми контактирует свежий воздух в процессе сжатия будут холоднее, чем на впуске(во время впуска воздух наоборот, отбирает тепло от стенок. Тут же впуск происходит с одного конца, а горение - с противоположного). Дополнительно можно поменять геометрию ротора, чтобы снизить/усилить эти процессы, а также некоторые другие(потери от трения газа о стенки, например).

 

[henryk]

например сгорание может протекать во внешней КС,

http://rotor-motor.ru/page13-1.htm

=dietonacionnyj motor Isajeva=znakomy?

 

[JohnDoe]

=dietonacionnyj motor Isajeva=znakomy?

Знаком, более того, общался с Игорем по скайпу и даже помогал с анимацией его "схемы А". Также высказал ему свои предложеня по продолженному расширению и пр. У него детонация пока только планируется, подождём реализации, благо человек потихоньку работает с железками. Его сайт в избранном, регуляно заглядываю, общаюсь. 🙂

@ Владимир Александрович
Нашел статью у себя на буке(спасибо Жоржу), признаю - погорячился я насчёт расхода 🙁 В табличке был указан минутный, а не часовой расход. Да и как корректно превести тягу в ньютонах в л.с. я не знаю. Может формула какая есть? А так ГТД с тягой 88Н(макс), ПИк 2,8(макс), расход 250 гр. керосина(Jet-А1) в мин.

 

[Владимир Александрович]

В табличке был указан минутный, а не часовой расход. Да и как корректно превести тягу в ньютонах в л.с. я не знаю. Может формула какая есть? А так ГТД с тягой 88Н(макс), ПИк 2,8(макс), расход 250 гр. керосина(Jet-А1) в мин. 

      Простой формулы для перевода тяги в лошадинные силы нет. Для этого необходим расчетный алгоритм, где учитывается ряд параметров (Р,Т и др.) и их взаимовлияние. Для ориентировки можно придерживаться оценочных соотношений  применительно к типу ГТД:
     - для ТРД (один контур) 1кг тяги создается примерно затратой 2л.с. (или 1л.с. создает 0,5 кг тяги),
     - для ДТРД (два контура) добавляется сильное влияние степени двухконтурности. При прочих равных условиях изменение степени двухконтурности от 1 до 10 уменьшает затраты на создание 1 кг тяги примерно с 1,6л.с. до 1,1л.с. (или 1л.с. создает 0,6-0,9кг тяги),
     - для ТВД (два контура. Второй контур открытый) 1 кг тяги создается затратой примерно 0,9-1,0 л.с.(или 1л.с. создает 1,1-1,0 кг тяги),
     - для вертолетного ГТД+НВ (тоже два контура) 1 кг тяги создается затратой 0,14-0,17л.с.(или 1л.с. создает 6-7 кг тяги).
     Для Вашего примера данных:
     - расход топлива в час 15кг,
     - тяга 9кг (88Н),
     - удельный расход по тяге 15/9=1,67кг/кг тяги ч,
     - это ТРД, значит примерно 1кг тяги соответствует затратам мощности в 2л.с.,
     - удельный расход по мощности 15/18=0,84 кг/л.с. ч

      Это большие расходы, что резко сужает сферу применения таких двигателей.

 

[JohnDoe]

Это большие расходы, что резко сужает сферу применения таких двигателей. 

Спасибо за примерные цифры. Чего-то подобное где-то читал.
Что до расхода, то он неудивителен, т.к. 1,8 бар избытка это сильно мало, теоритический КПД лишь 25%, но это "классический" микро-ТРД, у которого затраты на привод компрессора съедают от 50% и больше. В предлагаемой мной схеме сии затраты могут быть существенно ниже. Опять же, добится детонационного горения(горения во фронте ударной волны) в ней существенно проще, хотя бы из-за бОльшей начальной температуры смеси(из-за подогрева от стенок).

 

[slav]

JohnDoe 🙂   , вот по памяти рисую U - колено [highlight]генератора газов без поршней[/highlight]! В колене предполагается резонанс и излишняя энергия выносится с потоком газов через выхлопные патрубки на турбину!   😉

 

[Kimon]

- для вертолетного ГТД+НВ ([highlight]тоже два контура[/highlight]) 1 кг тяги создается затратой 0,14-0,17л.с.(или 1л.с. создает 6-7 кг тяги).

...а если стоит на аппарате электродвигатель, это тоже "[highlight]двухконтурность[/highlight]"? 🙂
Если нет - то растолкуйте нам, понятия двух контурности, пожалуйста. И не забудьте пояснить различия между СУ, в свете "[highlight]контурности[/highlight]".

 

[JohnDoe]

В колене предполагается резонанс и излишняя энергия выносится с потоком газов через выхлопные патрубки на турбину!   😉 

Спасибо, интересно. Как я понял это должно работать как маятник, т.е. когда из верхнего ствола идёт истечение, то в нижнем происходит впуск? Или оба ствола работают в паре? Последнее не очень логично, ИМХУ, т.к. в этом случае КС не будет продуваться= двиг работать не будет. В таком случае только попеременная работа. Тогда это, по-сути, "обычный" U-образный бесклапанник заточенный под "двойное действие". Кстати, можно схемку переиначить, просто присобачив на впуске "обычного, вторую КС, аналогичную первой. А впускные клапаны оставить только по одному на колено, связав их штоком, так, чтобы когда один открывалется, то другой закрывается. А если ещё  "дудку" сделать раздвижной(телескопические горизонтальные участки) а-ля "тромбон", то можно регулировать мощность/частоту/етц. 😉

Владимир Александрович & All Завтра попробую изобразить своё видение процессов происходящих в моей схеме а-ля "сомпрекс внутреннего сгорания". 🙂

 

[Владимир Александрович]

В предлагаемой мной схеме сии затраты могут быть существенно ниже. Опять же, добиться детонационного горения(горения во фронте ударной волны) в ней существенно проще, хотя бы из-за бОльшей начальной температуры смеси(из-за подогрева от стенок). 

     С этими утверждениями я согласится не могу. Детонационного горения как такового практически нет (время мизерное), есть детонационный взрыв и условиями для него являются замкнутый объем и закритическая степень сжатия. Начальная температура перед сжатием будет только сдвигать границу детонационного взрыва, если будут выполнены первые два условия.
      В конструкции, которую защищаете Вы замкнутого пространства нет, только волновые эффекты с небольшой степенью повышения давления.   
    

 

[Владимир Александрович]

...а если стоит на аппарате электродвигатель, это тоже "двухконтурность"? 

     С чего Вы взяли? Понятие двухконтурности применяется только к ГТД, где есть разные газовоздушные потоки. Оно объясняет один из параметров влияния. В общем же случае все сводится к соотношению между располагаемой мощностью и тягой, которую можно получить, распределяя эту мощность на количество отбрасываемого воздуха. Тип источника мощности может быть любой - электродвигатель, поршневой ДВС, РПД, ГТД, но закон остается один - чем на большую массу воздуха будет распределена располагаемая мощность, тем большую величину тяги можно снять с единицы мощности.   
        В этом смысле самым выгодным преобразователем мощности является крыло планера, где тягой является подъемная сила, получаемая за счет отбрасывания потока в каждую единицу времени с очень маленькой вертикальной скоростью, но зато на большом размахе. Затрачиваемая мощность при этом минимальна. И небольшого восходящего потока уже достаточно, чтобы планер пошел на высоту.
      

 

[georgii-2]

С этими утверждениями я согласится не могу. Детонационного горения как такового практически нет (время мизерное), есть детонационный взрыв и условиями для него являются замкнутый объем и закритическая степень сжатия.

Отто в первых образцах замучила детонация при весьма умеренной СС. Пришлось интуитивно уменьшать.
Вакуумные бомбы на спирту вообще имеют и открытый объём и никакое сжатие. Тут, относительно топлива, "чем хуже тем лучше".