Двигатель с внешним подводом теплоты

[Kanonier]

Двигатель Стирлинга на базе ПОРШНЕВЫХ (с возвратно –поступательным движением РТ) никогда не сможет конкурировать с двс.
Да он применяется в определенной области –на подводных лодках. Это определено соответственными особенностями

1. Внешнее сгорание. Большая автономность в погруженном состоянии-скрытность.

2. «Тихий» процесс, отсутствие «взрывной» реакции горения, присущей ДВС. Отсюда и меньшая (шум) заметность ПЛ.

3. Относительная экологичность.

Да, удельные характеристики тоже уступают ДВС, причем в основном дополнительным оборудованием (нагреватель, холодильник).

Заявленные КПД 70% для цикла Стирлинга, для двигателей построенных на базе поршневых НЕДОСТИЖИМО (он всегда будет меньше ДВС, до 20--25 %).

И главное проклятие –зависимость от мертвых (постоянных - неизменяемых)объемов. Увеличение объемов теплообменников, это улучшение теплообмена, но для поршневых (с возвратно –поступательным движением РТ), это не возможно. Тогда и изменяемые объемы (расширение , сжатие) будут небольшими (мертвый объем должен быть 0,5 переменного). Также, с увеличением частоты (а это мощность) уменьшается время теплообмена в маленьких теплообменниках, и КПД проваливается. И хитрят ребята, когда данные скидывают -на малых оборотах там и около 50% может быть, а на номинальных и 20% не будет.

 

[Stak]

Заявленные КПД 70% для цикла Стирлинга, для двигателей построенных на базе поршневых НЕДОСТИЖИМО (он всегда будет меньше ДВС, до 20--25 %).

А кто 70% обещал?
и вроде как в реальных установках (подводные лодки со стирлингами уже давно относительно массово строят) что-то около 40% КПД на практике достигнуто.

 

[Kanonier]

А кто 70% обещал?

Откройте любую информацию о цикле, и первое, что мелькнет, это возможно достижимый КПД цикла-70%. Так, что обещает термодинамика (с соответствующими условиями), которые поршень не в состоянии выполнить НИКОГДА (со своим квазициклом Стирлинга).

что-то около 40% КПД на практике достигнуто.

хитрят ребята, когда данные скидывают -на малых оборотах там и около 50% может быть,

Да, и откуда такие данные? Слишком уж информация секретная про современные ВНСУ для ПЛ. (если "оттуда", то тогда я ничего не утверждал-на всякий случай).
.

 

[Kanonier]

🤐🤐

 

[Барада]

А кто 70% обещал?
и вроде как в реальных установках (подводные лодки со стирлингами уже давно относительно массово строят) что-то около 40% КПД на практике достигнуто.

ну вы на КПД передачи КШМ-то умножайте эти цифры - на 0,4
тогда больше на правду похоже будет.

А то так, не ровен час, и до 100 процентов дойдем ;-)

 

[Kanonier]

ну вы на КПД передачи КШМ-то умножайте эти цифры - на 0,4

Если про мехКПД, КШМ со всеми насосными - то 0,8-0,85. И умножайте на индикаторный. Но цикл должен соответствовать классике (а не эллипсы).

 

[Stak]

Да, и откуда такие данные? Слишком уж информация секретная про современные ВНСУ для ПЛ. (если "оттуда", то тогда я ничего не утверждал-на всякий случай).
.

В литературе. про буржуйские лодки со стирлингами - пишут про 40%
на какой мощности - хз, но вообще для судовых двигателей - принято указывать на номинале, т.к. иначе хрен посчитаешь необходимый расход топлива.

 

[Барада]

Если про мехКПД, КШМ со всеми насосными - то 0,8-0,85. И умножайте на индикаторный. Но цикл должен соответствовать классике (а не эллипсы).

нет.
насосные и механические обычно учитывают.
А КПД преобразования на КШМ - нет.

 

[Kanonier]

Для любого ДВПТ всегда проблема низкий коэффициэнт преобразования тепла (предварительное сжатие небольшое, и температура РТ значительно ниже).

К примеру при коэфф. преобразования -0,1-10% , , и КПД регенератора 0,9 (90%) тогда возврат в цикл-0,81(81%), и нам необходимо в последующем только добавлять 19% тепла, из которых только 10% уйдет в работу. Что соответствует КПД слегка более 50%.

А, если мы изначально отберем 20% тепла в полезную работу. Тогда возвращаем в цикл 72%, и нам надо добавить 28%. Из которых 20 уйдет в работу. Что соответствует КПД-71%.

Не кидайте в меня камни, это грубая прикидка дающая представление о важности как можно больше в цикле отбирать тепла в работу.

 

[Kanonier]

А КПД преобразования на КШМ - нет.

Индикаторная диаграммы позволяет определить силу действующую на механизм преобразования (зная ср.инд. давления и площадь главного элемента преобразования), работу и мощность цикла (от привязки по времени с открытой характеристики).
А далее разложение сил. А там и потери, что и учитываются.
Или у вас где то ДЖИН сидит, и будет неимоверно подталкивать (крутить) движок?

 

[Kanonier]

Тепловые движки «любят» длинный по времени процессы (как и все остальные тепловые тоже, но с внешним подводом-особенно). Надо выжать из тепло из цикла максимально, но на это нужно время. Правда, это в большей мере касается адиабатных. Не адиабатные тоже не против этого правила, но у них время работает и в противоположную сторону-увеличиваются потери в стенку- и тут естественно нужен компромисс.

А, что происходит с поршневым (возвратно-поступательное движение РТ)? В следствии зависимости от мертвых объемов, переменные не могут быть большими (и мощность надо гнать большим количеством цилиндров-похожее в бензинках).

А вот, в представленном роторном (не зависящем от мертвых объемов) можно последовательно посылать в рабочую полость (объемом к примеру10 зарядов РТ как для поршневого), и они будут прибывать там по времени -первый в 10 дольше; - последний как в поршневом. А это значит, большее время позволит, более полно отдать энергию РТ в цикл. (А еще если и отсечка на 7 заряде). А больший холодильник или нагреватель, тоже лучший теплообмен. А вот регенератор, тут подход отдельный (позднее).

Поршневому данное не позволительно. Нового тут нет, отсюда отсюда однонаправленное поступательное движение РТ в роторном преобразователе, позволяет более полно использовать энергию РТ.

Возражения есть?

 

[Kanonier]

Также у поршневых идет потеря в связи с поджатием РТ. Газ не жидкость, он сжимаем. Это своего рода пружина. Уже приводил пример- резинка с подвешенной гайкой которую опускаем и подымаем. При малой частоте (медленно опускаем и подымаем) амплитуда гайки повторяет амплитуду руки. А чем выше частота, тем меньше амплитуда гайки. А на определенной частоте-гайка замирает.

Гайка аналог массы РТ, и отсюда с повышением частоты (количества рабочих тактов), при возвратно поступательном движение, происходит массопотеря в переменных объемах (РТ (в нужном количестве) не поспевает оказаться в соответствующих переменных объемах). А уменьшение массы РТ в процессах ведет к падению КПД.

Это вторая сторона зависимости от мертвых объемов. И тут получается, что в поршневых поднять мощность путем увеличения единичного объема рабочих полостей (цилиндров) чревато потерей КПД (значит ограниченно), но и за счет частоты (количество рабочих тактов) сильно не получится (тут еще и время теплообмена уменьшится, что тоже минус).

У роторных с последовательным однонаправленным движением РТ таких проблем вообще нет.

В установившемся режиме, через каждый активный модуль (с изменяемым объемом) проходит одинаковое количество РТ не зависимо от оборотов. Да и здесь будут потери связанные с уменьшением времени теплообмена (но они могут быть кратно меньше -помогает независимость от мертвых объемов).

 

[Иванов]

Ради интереса, попробовал отрисовать бесшатунную механику на подшипниках для такого Стрлинга, на ход 85 мм. Валы 25мм, подшипники эксцентрика и КВ - игольчатые 25х32х25, подшипники штока - набраны из роликов 3х13.8. Эксцентрик из двух одинаковых частей на штифтах 8х25, коленвал со съёмной щекой.
Модуль зуба 2.5мм, больше при таком ходе не впихнуть.
Посмотреть вложение 589605
В принципе, можно даже и напечатать - но не понятно, как в напечатанном греть рабочее тело(

А чем не устроила, приводимая Вами, схема с внутренним зацеплением?

Здесь, внутренняя шестерня обкатывается по внешней ( с внутренним зубом ). Соотношение диаметров, строго, 1/2. Водило шестерни соединяет центры зубчатых колёс и строго равно ( по центрам осей ) радиусу большого зубчатого колеса ( по делительной окружности ). Масса технологических и эксплуатационных проблем, но... красивая кинематика.

 

[Stanislavz]

Масса технологических и эксплуатационных проблем, но... красивая кинематика.

Считал, рисовал думал. Все закончилось на этой шестерне с внутренними зубами.

 

[Stak]

А чем не устроила, приводимая Вами, схема с внутренним зацеплением?

Посмотреть вложение 589897
Здесь, внутренняя шестерня обкатывается по внешней ( с внутренним зубом ). Соотношение диаметров, строго, 1/2. Водило шестерни соединяет центры зубчатых колёс и строго равно ( по центрам осей ) радиусу большого зубчатого колеса ( по делительной окружности ). Масса технологических и эксплуатационных проблем, но... красивая кинематика.

А это она и есть. В слегка иной реализации - малые шестерни на спаренных эксцентриках с двух сторон, большие - на корпусе.

 

[Kanonier]

А чем не устроила, приводимая Вами, схема с внутренним зацеплением?

Поршни, и возвратно поступательное.
Похожая схема у меня (причем авторская), выдвижение но при вращающимся роторе (его вращение и есть привод выдвижения лопаток). Ну и здесь нет значительной силы действующей на зубья. Да прижимная сила повышает силу трения (там свои способы ее уменьшения), но в направлении выдвижения нагрузки минимальные.

 

[Stak]

Считал, рисовал думал. Все закончилось на этой шестерне с внутренними зубами.

А вы Х-образную схему рассматривали? Кажется, в ней есть плюс для Стирлинга в том, что работа расширения газа в одном цилиндре - напрямую сжимает газ в противолежашем, без закачки этой мощности в маховик и обратно. А через зубчатую пару - отводится только полезная мощность, на генератор.

 

[Stanislavz]

Кажется, в ней есть плюс для Стирлинга в том, что работа расширения газа в одном цилиндре - напрямую сжимает газ в противолежашем, без закачки этой мощности в маховик и обратно.

Да, считал сразу. Потом закинул когда математику освоил. Ьакже это имеет и алфа гамма. И привод росса.

Тут как Виктор Закомолдин сказал сделать дс можно. Но сделать дешевый дс генератор ощутимой мощности. То есть не игрушку - вот это задание сложнее.
Над этим и работаем.

 

[Stak]

Да, считал сразу. Потом закинул когда математику освоил. Ьакже это имеет и алфа гамма. И привод росса.

Тут как Виктор Закомолдин сказал сделать дс можно. Но сделать дешевый дс генератор ощутимой мощности. То есть не игрушку - вот это задание сложнее.
Над этим и работаем.

Я имею в виду, что недостатки БШМ с зубчатым зацеплением (малая нагрузочная способность из малого кол-ва и модуля зубьев) в такой схеме не проявляются - т. к. основные силы идут напрямую, а не через накопление и отбор энергии в маховике.
А плюсы, в виде отсутствия боковых сил на поршне - сохраняются.
т. е., возможно получить высокий ресурс поршневых и штоковых уплотнений.
При этом, зубчатая пара и подшипники мехаческой части, фактически, нагружены только тормозным моментом от генератора (а не газовыми силами) , что явно положительно отразится на их ресурсе.
Конечно, есть и минусы в виде увеличенного числа точек нагрева - но они относительно легко преодолимы кольцевой компоновкой камеры сгорания.
Возможность применения термодинамической схемы альфа-гамма (ступенчатый поршень-вытеснитель, три рабочих объёма, двустороннее действие поршня) - при этом сохраняются

 

[Kanonier]

Еще один момент, который способствует потерям КПД у поршневых вариантов.

Это нагрев РТ при движение его к холодильнику. Нагрев при такте расширения-это естественно и понятно. Но какого хрена греть РТ при такте вытеснения и сжатия. Это раздражало и Уокера. Вот еще одно проклятие схемы с возвратно поступательным движением РТ.

У роторного, с последовательным однонаправленным движением РТ, Нагрев идет перед тактом расширения (рабочий такт), а затем отработанное (охлажденное) РТ отправляется в рекуператор (регенератор). Это естественно и логически, и понятное дело повышает КПД.

Схема при однонаправленном движения и сквозного прохождения РТ через модули, показаны были и ранее. Это Цвауэр, Чащинов, Нисковских. Отличия в модулях вытеснения, сжатия и преобразования.