Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[Владимир Александрович]

Подскажите, какие конкретно материалы использованы?

     Эта ссылка на сайт есть в самом материале пристегнутого файла поста №141. Там текст с картинками.
   

 

[А.Г.К]

Владимир Александрович, сегодня нарисовал упрощённую схему турбовинтового двигателя малой мощности. Естественно профили турбин показаны условно. Ну это опять, мысли вслух, т.е. без какого либо продолжения. Лето, жарко, "крыша едет" и т.д и т.п.

 

[georgii-2]

Увы, так и не нашёл ссылку. Помню, что вместе с автором картинка была и именно 30 000 цифра.
Штельцер упоминается ещё здесь:
http://zhurnalko.net/=sam/junyj-tehnik/1998-06--num70
http://zhurnalko.net/=sam/junyj-tehnik/1998-06--num71
только речь идёт уже о 18 000.
Тем не менее понятно куда надо двигаться.
Когда-то прочитал, что есть авиамодельные двигатели даже с 22 000 т.об/мин. И это с КШМ!
Значит без него 25 000 вполне достижимы и это как раз и будет примерно на порядок больше, чем у обычных тихоходных с примерно 2 500 т. об/мин.

 

[Владимир Александрович]

сегодня нарисовал упрощённую схему турбовинтового двигателя малой мощности.

       Алексей Геннадьевич, у меня по рисунку целый ряд принципиальных вопросов, но поскольку продолжения не намечается и "Лето, жарко, "крыша едет" и т.д и т.п.", то лучше не обсуждать тогда эту схему.
     Вообще я предполагал, что речь пойдет о турбинном узле для маломощного СПГГ, где будет показано, что при малых расходах турбина тоже может быть эффективной и с высоким КПД.
 

 

[Владимир Александрович]

Увы, так и не нашёл ссылку.

     Георгий, Вы наверное имели ввиду эту модель (на картинке внизу) по ссылке:
http://arkan.people.zr.ru/2010/10/novyj-tip-dvs-eto-vam-ne-fenechka/
Думаю, что частота 20000ц/мин СПЭ, указанная в статье относится к масштабу аваимодельных двигателей. Вероятно опыты производились на базе их ЦПГ.
Чтобы правильно ориентироваться в числе возможных циклов СПГГ, СПД, СПЭ приравнивайте их к  двигателям с КШМ с приблизительно равными диаметром и ходом поршня. Большой ошибки не будет.
Чем больше диаметр цилиндра и ход поршня, тем меньше возможное максимальное число рабочих циклов.
Кривая зависимости имеет квадратичный вид.
 

 

[georgii-2]

Нет, не то. То ли американец, то ли немец был на картинке.
Не могу вспомнить что набрал в гугле, просто в сети болтался, на СПГГ ничего не даёт.
Про Бларигана слышал, дико смотреть на его линейный генератор и схему движка. Его бы к нашим физикам в контакте, натыкали бы носом  🙂. Хотя, обратите внимание, у него подпоршневая продувка как у cloud, вот оттуда и частота циклов.

Чем больше диаметр цилиндра и ход поршня, тем меньше возможное максимальное число рабочих циклов.

Всё таки считаю, что количество циклов зависит прежде всего от веса поршней и при иной схеме продувки, позволяющей уменьшить массу поршней примерно на порядок и больше, как раз и получится совсем другая литровая мощность.
Без резкого качественного скачка, никакой перспективы в этом направлении нечего и ждать.

 

[Владимир Александрович]

Всё таки считаю, что количество циклов зависит прежде всего от веса поршней и при иной схеме продувки, позволяющей уменьшить массу поршней примерно на порядок и больше, как раз и получится совсем другая литровая мощность.

     Георгий, когда речь ведется о диаметре и ходе поршня, то как раз и подразумевают под этим закономерность изменения массы возвратно-поступательно движущихся частей (поршни рабочего цилиндра+шток+компрессорные поршни).
     Схема продувки может повлиять на достижимый максимум частоты циклов, когда она улучшает наполнение, но только в том случае если фактор массы деталей движения еще не стал ограничивающим раньше.

 

[georgii-2]

Вообще я предполагал, что речь пойдет о турбинном узле для маломощного СПГГ, где будет показано, что при малых расходах турбина тоже может быть эффективной и с высоким КПД.

У Максима Хайрема были центростремительные паровые турбины, кажется конструкции Тесла (для его летательного аппарата). На газетной фотографии Максим держит в руках турбину и подпись - 200 лошадок в шапке. По другим источникам такая турбина отлично "слизывает" энергию даже от слабого давления. Тут, думаю, есть смысл копать.

 

[Владимир Александрович]

Тут, думаю, есть смысл копать. 

       Современные центростремительные турбины для непрерывного газового потока совершенны, обладают высоким КПД, малыми удельными габаритами. Их теория хорошо разработана. Они широко применяются в авиации, особенно во вспомогательных силовых установках (например ВСУ ТА-6, ТА-8 и другие) с расходами газа 1,0-3,0 кг/с.
      У единичного маломощного модуля СПГГ расходы газа 0,15-0,30кг/с и здесь центростремительная турбина получается очень малых размеров, как в малолитражных автомобильных агрегатах турбонаддува. Отсюда и обороты за сотню тысяч, пониженный КПД и т.п.
      Здесь объемная поршневая расширительная машина становится выгоднее, чем турбина.
 

 

[georgii-2]

Схема продувки может повлиять на достижимый максимум частоты циклов, когда она улучшает наполнение, но только в том случае если фактор массы деталей движения еще не стал ограничивающим раньше.

Речь идет о той схеме, которая позволяет уменьшить вес поршней.

 

[georgii-2]

У единичного маломощного модуля СПГГ расходы газа 0,15-0,30кг/с и здесь центростремительная турбина получается очень малых размеров, как в малолитражных автомобильных агрегатах турбонаддува. 

О том и речь, надо делать  на другие обороты для улучшения кпд. Если, конечно ставить цель обойтись без ОРМ. Там уже Отто погорел.

 

[Владимир Александрович]

Речь идет о той схеме, которая позволяет уменьшить вес поршней.

        В диссертации Герасимова Д.В., которую нам предоставил для ознакомления Юрий Александрович, на стр.83 Рис.4.5 как раз и анализируется влияние изменения массы, диаметра и хода поршней при одинаковом рабочем объеме.
        Растет масса - падает максимальное число циклов. Уменьшаем ход и увеличиваем пропорционально диаметр цилиндра (V=const, m[sub]п[/sub]=const) - максимальное число циклов растет.
        При этом обнаруживается, что чем легче поршень, тем выше минимальное число частоты циклов на которых СПГГ может устойчиво работать. В прототипе диссертации минимум - 6000ц/мин. Это много. Чтобы запустить такой СПГГ, надо обеспечить пусковой импульс движения поршней со скоростью не ниже этой частоты. О роли сил инерции в СПГГ я писал ранее.
        Из сказанного ясно, что надо искать для СПГГ не самую малую массу деталей движения, а оптимальную с точки зрения получения нужного частотного диапазона от минимальной возможной, до максимальной рабочей.
   

 

[georgii-2]

Из сказанного ясно, что надо искать для СПГГ не самую малую массу деталей движения, а оптимальную с точки зрения получения нужного частотного диапазона от минимальной возможной, до максимальной рабочей.

Анализировалась схема рис.4.1. на стр.76. т.е. с громадным продувочным поршнем, кучей клапанов
и соответствующими условиями продувки (стр.83).
Естественно, для обеспечения работы с той СЖ, что указана в таблице и требуется полученная частота циклов.
Где сказано, что при меньшей СЖ двигатель не может работать?
Для запуска, естественно, надо обеспечить работу и на меньших частотах и СЖ.
Основную часть времени, хоть в авиации, хоть в гибридах, хоть в БелАЗах (при большом количестве), СПГГ придётся работать на средней и максимальной
мощности. Где же тут препятствие для снижения веса?

Колея, однако, крепко держит... 🙂

 

[georgii-2]

Да простят меня модераторы за флуд, но выскажу что накипело по поводу пресловутой "колеи" конструкторов.
Многие из нас, в том числе и конструкторы, меняли роторы в трамблёрах. Вчера только менял одному салаге. Так вот, сотню лет толщина изолятора в роторе между ползунком и валом трамблёра, так и держится около двух милиметров!
Это уже не колея - чума!

 

[Владимир Александрович]

Где сказано, что при меньшей СЖ двигатель не может работать?

      Это говорится в методиках расчета СПГГ. С уменьшением располагаемой работы рабочего цилиндра (при снижении степени сжатия) для сохранения баланса работ по полостям, должна уменьшаться потребная работа компрессорных полостей, например выпуском части сжатого воздуха в атмосферу (что не экономично) или другим способом.
     Если этого не предусмотреть в системе управления СПГГ, он попросту заглохнет еще не опустившись до низких частот циклов.

Для запуска, естественно, надо обеспечить работу и на меньших частотах и СЖ.

  Вот именно.... Система управления СПГГ должна быть с интеллектом, который на современном этапе уже может обеспечить управляющая электроника.

 

[А.Г.К]

лучше не обсуждать тогда эту схему

Владимир Александрович, эта картинка просто набросок, там вопросов на порядок больше чем ответов. А вот ваша последняя схема СПГГ так и просится в качестве генератора газов для вихревой турбины. В категории малых мощностей может оказаться неплохой вариант. КПД вихревой турбины не более 40%, пока. Суммарный КПД может быть на уровне обычной бензинки, а это уже неплохо. Следующее, температура генерируемых газов позволит использовать в качестве материала обычную нержавейку, а это удешевление. Максимальная частота вращения не выше 10000 об/мин, обычно 3000....6000. Вихревое колесо срабатывает большие перепады давлений, поэтому подобные турбины используются газовиками на ГРП. Сейчас размещу картинки с двумя типами колёс.

 

[А.Г.К]

Картинки взял с соседней ветки где обсуждался КАС.

 

[Владимир Александрович]

Вихревое колесо срабатывает большие перепады давлений, поэтому подобные турбины используются газовиками на ГРП.

        Честно говоря, картинки вихревых турбин меня озадачили,т.к. форма противоречит законам газовой динамики.  Ковшовые профили расположены радиально. Если высоконапорный газ подается вдоль образующей ковшового профиля, то силы от изменения импульса количенства движения будут направлены вдоль оси вала и крутящий момент тогда равен 0. В то время как возникающие силы на колесе, должны располагаться в плоскости вращения по касательной к окружности. Чем большая составляющая сил приходится на плоскость вращения в направлении касательной к окружности, тем выше КПД турбины.
   Даже обычная активная турбина, где возможны несколько возвратных спиральных заходов скоростного газа в межлопаточный ковш и та реализует КПД 0,6-0,7.
   Что-то здесь не так. Может изображения турбин неправильные.
   Надо еще посмотреть как устроен сопловой аппарат и какие треугольники скоростей на входе и выходе строят для вихревых турбин их авторы или расчетчики. Тогда многое прояснится.
   Пока вид колес не позволяет мне сделать однозначные выводы.
 

 

[А.Г.К]

 Пока вид колес не позволяет мне сделать однозначные выводы.

С литературой сложно, мало её. У меня есть по вихревым компрессорам но она в бумажном виде. Подбиру материал скину вам. Эти турбины работают несколько по иному.

 

[georgii-2]

georgii-2 писал(а) Вчера :: 06:05:40:
Где сказано, что при меньшей СЖ двигатель не может работать?
Это говорится в методиках расчета СПГГ. С уменьшением располагаемой работы рабочего цилиндра (при снижении степени сжатия) для сохранения баланса работ по полостям, должна уменьшаться потребная работа компрессорных полостей, например выпуском части сжатого воздуха в атмосферу (что не экономично) или другим способом. 

Эти методики не вообще для СПГГ, а именно для тех самых "узкоколейных" схем с громадными компрессорными поршнями.
Схеме того же Бларигана до Фенимора Купера какая СЖ, хоть на цикл Ленуара её переделывай.

georgii-2 писал(а) Вчера :: 06:05:40:
Для запуска, естественно, надо обеспечить работу и на меньших частотах и СЖ.
Вот именно.... Система управления СПГГ должна быть с интеллектом, который на современном этапе уже может обеспечить управляющая электроника.

Не обязательно, давным-давно есть решения попроще, однако тот же Блариган тоже торчит в колее и неизвестно когда выйдет.