Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
Видимо такая книжка, что она может валяться, видимо грош ей цена. 
Вполне себе приличная книжка, а "валяется" на винте ноута, в электронном виде(щаз со стороннего компа пишу, т.к. ноут не имеет доступа к инету - я в отпуске)

Объемный КПД лопаточного компрессора на малых мощностях ничтожен, он не может быть выше 57%, тогда как аналогичный КПД поршневой машины порядка 85- 87%.
Приведите, плиз, пример поршевого нагнетателя для авто, хучь пузотёрки, хучь для КАМАЗа. А там мощности не сильно высоки, для КАМАЗа ~ 10 кВт на сторону(там два ТКРа, на каждый ряд)
 

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
Еще есть система Гипербар
Я б в этой системе дополнительный воздух ещё прогнал бы через ГБЦ, для утилизации(хотя бы частичной) тепла из системы охлаждения.

Есть еще системы из ...  две турбины,первая свободная, а вторая приводная.
Это вы о турбокомпаундах типа ТвинТурбо и TSI фолксовской? В курсе, спасибо.

Для утилизации тепла подходят и винтовые расширительные машины "Лисхольма"
Ну, это Ваша епархия. :) РВД, все пироги. ;)

ЗЫ. Кстати, предложенный мной "гибридный" наддув заменяет систему ТвинТурбо. Вместо двух нагнетателей(приводного и турбо) остаётся лишь один с эл.приводом, турбина работает на генератор прямого привода. На малых оборотах нагнетатель питается либо от буферного накопителя/аккумулятора либо от штатного генератора ДВС. Для автогибридов так вообще - самое оно.
ИМХУ.
 

МаГент

Я люблю самолеты!
Откуда
киров
СПГГ, устройства, которые "умерли" не в силу отсутствия преимуществ, а пой лишь причине, что система регулирования и управления не может отслеживать и тем более управлять свободно-движущимися поршнями в купе со свободно движущейся турбиной,  и прочими узлами, которые можно завязать хоть в узел, хоть растянуть на ниточке в один ряд. Слишком много переменных. ...
Это абсолютно верно. Управлять ими как-то неудобно. Но учитывая прогресс в системах управления электронного типа, эта задача сильно упрощается. А имея несколько относительно маломощных СПГГ в одной установке, ненужные можно просто выключать. Да и не так много задач в приводной технике, которые требуют диапазон регулирования более 50%.
 

МаГент

Я люблю самолеты!
Откуда
киров
КПД поршневых компрессоров(даже двойного действия) был указан не более 0,5, тогда как лопаточные машины имеют КПД значительно больший(0,6-0,8 для ЦБ). Это же подтвержденно и практикой - поршневых нагнетателей в нынешней практике практически нет(только на относительно малопроизводительных применениях их ещё можно встретить), тогда как ЦБ-нагнетатели(приводные механические и турбо) сплошь и рядом. С ГТД сравнение не совсем корректное, т.к. там всё определяет рабочий процесс.
По-сути, моё предложение это модернизированная установка, в которой юзался в качестве газогенератора РЛД Лутца, только турбинная и компрессорные части механически разобщены. 
В этой книге скорее всего речь шла о обычных КШМ поршневых компрессорах. СПГГ имеет существенно иные параметры. По сути у нас речь идет о выборе между ГТД и обычным вальным ДВС. В диапазоне свыше 500кВт ГТД более конкурентен. Ниже в основном используют КШмДВС. И проблема (как я понимаю) в том, что на малых диаметрах турбокомпрессоры неэффективны. Они не могут обеспечить нужную для эффективного сжигания топлива степень сжатия. Поэтому вместо них в ГТД вкрячивают СПГГ и такой гибрид уже справляется получше. Другое дело, если вы при помощи агрегата турбонаддува предлагаете утилизировать энергию газов после турбины. Но это надо рассчитывать с калькулятором, мне кажется так не получится.
Насчет СПГГРЛД - пока мои расчеты (возможно неверные) показывают его бОльшую эффективность по сравнению с линейным СПГГ. Но я так и не понял цель разобщенной компрессорной части в вашем предложении.
 

МаГент

Я люблю самолеты!
Откуда
киров
мех.КПД двухступенчатого СПГГ будет всяко ниже мех.КПД ЦБ нагнетателя. Опять же смазка, охлаждение и пр. в СПГГ пролемнее, чем в лопаточном компрессоре.
Думаю, нужно прояснить о каком КПД мы говорим. Полагаю, что нужно сравнивать КПД от "топлива до вала" или "от топлива до газа", но в обоих случаях одинаково (о чем говорил на прошлой странице Владимир Александрович). Тогда все встает на свои места.
 

RVD

От поршня к гипо-зпитрохоидам всех видов..
Заблокирован
... Вместо двух нагнетателей(приводного и турбо) остаётся лишь один с эл.приводом, турбина работает на генератор прямого привода. 

ИМХУ.

Тоже неплохо, хотя сия схема не Ваша, на западе она уже лет 10 не меньше прилаживается к ДВС, а то и все 12.

... Я б в этой системе дополнительный воздух ещё прогнал бы через ГБЦ, для утилизации(хотя бы частичной) тепла из системы охлаждения.

Не получится, температура и там и там примерно одинаковая.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
СПГГ, устройства, которые "умерли" не в силу отсутствия преимуществ, а пой лишь причине, что система регулирования и управления не может отслеживать и тем более управлять свободно-движущимися поршнями
А зачем управлять? Для СПДК/СПДГН лучше пуск-стоп в зависимости от давления в ресивере/гидроаккумуляторе или частотное регулирование: например повторюсь: Chiron, http://www.innas.com/CFPE.html
Правда конструкция должна быть соответствующая
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
А в СПГГ агрегатированным с турбиной этого разве не происходит? Если среднее давление перед турбиной будет больше 2-2,5 бар(а оно таки в СПГГ будет выше) потребуется двух и более ступенчатая турбина. Есть такие в природе за недорого?
      Есть такие за недорого - это ступень центростремительной турбины. В обсуждаемом диапазоне мощностей ее применению нет альтернативы. Нужно степень расширения 3, 5, 8, 10, она все это вам предоставит с хорошим КПД и остаточной энергии для выброса в атмосферу практически не оставит.

А использование "гибридного" наддува даёт, кроме недостатка в виде двойного преобразования энергии, массу преймуществ.
    Большинство из перечисленных преимуществ в СПГГ реализуются "по умолчанию", в том числе бездроссельное регулирование мощности. Ну зачем "пятое колесо телеге". Все изученные схемы СПГГ хорошо оптимизированы по компоновке и составу агрегатов. Остается выбрать лучшую под свою задачу и с ней конкретно работать.
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Насколько я понимаю при размерах и мощностях порядка 100кВт турбокомпрессоры менее эффективны по КПД чем поршневые машины. Отчасти поэтому компрессорную часть в ГТД и предложено заменить на СПГГ.
    Абсолютно точно.

Это неизбежно снижает общий кпд, поскольку выгоднее получать сжатый газ (воздух) от СПГГ, а не от колеса компрессора. 
   В этом та самая изюминка оптимального выбора типа под установки небольших мощностей.
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
В ней КПД поршневых компрессоров(даже двойного действия) был указан не более 0,5, тогда как лопаточные машины имеют КПД значительно больший(0,6-0,8 для ЦБ). 
    Приведенные цифры не являются типичными. Сюда надо прикреплять еще информацию об основных элементах конструкции и габаритах.  КПД поршневых компрессоров, например, очень сильно зависит от конструкции всасывающих и нагнетательных клапанов.
Чем меньше потери в них, чем больше проходное сечение и чем меньше их мертвый объем, тем выше КПД компрессора. В первых СПГГ КПД поршневых ступеней был 0,7-0,8. Потом 0,8-0,9. Сейчас уже есть прямоточные клапаны, обеспечивающие КПД компрессорных ступеней СПГГ 0,90-0,94, а это уже не хуже современных высокоэффективных осевых турбин. 
     Осевой компрессор небольших габаритов и расхода стараются вообще не делать. Он имеет совсем плохие параметры. Благодаря простоте прижился малогабаритный
центробежный компрессор, но и у него хорошим считается КПД 0,75.

Это бааальшой вопрос, т.к. мех.КПД двухступенчатого СПГГ будет всяко ниже мех.КПД ЦБ нагнетателя. 
   Почему же ниже? Две ступени сжатия при одном поршне. В одной ступени можно в пределе иметь Пк=9. Ограничивается опасностью воспламенения паров масла. Однако, оказалось,что выгодно разбить на две ступени сжатия даже Пк=5,5, т.к. такой прием уменьшает долю мертвых пространств, увеличивает производительность полостей, снижает конечную температуру сжатого воздуха и увеличивает КПД компрессора. 
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Это абсолютно верно. Управлять ими как-то неудобно. Но учитывая прогресс в системах управления электронного типа, эта задача сильно упрощается. А имея несколько относительно маломощных СПГГ в одной установке, ненужные можно просто выключать. Да и не так много задач в приводной технике, которые требуют диапазон регулирования более 50%. 
         Ход рассуждений я бы назвал уже вполне зрелым. Как говорят врачи - поставить правильный диагноз, значит уже наполовину вылечить пациента.
      Безусловно, на новом витке технического прогресса, накопленный задел по СПГГ, СПДК может перейти в новое качество и подарить людям все свои преимущества в послушной работе.
 
 

МаГент

Я люблю самолеты!
Откуда
киров
за недорого - это ступень центростремительной турбины.
Если можно, поподробнее пожалуйста, какие именно ступени центростремительной турбины вы имеете в виду? От автотурбонаддувных агрегатов?
Еще один вопрос, вы упомянули, что требует решения вопрос создания устройств управления. Не уточните, что именно требуется?
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Другое дело, если вы при помощи агрегата турбонаддува предлагаете утилизировать энергию газов после турбины.
   Вот именно, утилизация теплосодержания газа возможна после силовой турбины. Только в СПГГ после турбины уже практически ничего не остается, потому-что это турбина полного расширения. Зимой, при определенных условиях, на выхлопе может даже наблюдаться снег, ввиду достижения отрицательных температур.
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Если можно, поподробнее пожалуйста, какие именно ступени центростремительной турбины вы имеете в виду? От автотурбонаддувных агрегатов?
    Да, применяемые в автотурбонаддувных агрегатах турбины по типу являются центростремительными. Это значит, что поток газа в них подводится к периферии и идет к центру, искривляясь к центральной оси.

Еще один вопрос, вы упомянули, что требует решения вопрос создания устройств управления. Не уточните, что именно требуется? 
        Поскольку в СПГГ нет равномерно вращающегося вала, а скорость поршня постоянно меняется по ходу (сначала нарастает до максимума, а потом уменьшается до 0) нет возможности использования механического привода для впрыскивающего топливного насоса. Применяется аккумуляторный впрыск. В уравновешенных схемах для установки момента впрыска топлива используют механический сигнал (кулачек) от синхронизирующего механизма.  Массивные агрегаты в таком исполнении вполне надежно работают, в том числе на переменных режимах. Легкие малоразмерные СПГГ чаще делаются по неуравновешенной схеме с комбинированным циклом - малые режимы - искровое зажигание, высокие - компрессионное. У неуравновешенных СПГГ синхронизирующего механизма нет, но чтобы вовремя подать искру в КС надо знать точный момент прихода поршня в ВМТ. Сама ВМТ изменяется, т.к. изменяется величина полного хода поршня по режимам. Датчики должны постоянно генерировать сигналы в процессор о положении поршня, положении ВМТ и давлении в цилиндре, чтобы он выдавал команду на срабатывание свечи, а потом с некоторого режима отключал свечу, когда уже надежно работает компрессионное зажигание. Ну и в обратном порядке при снижении режима.
    Кроме того процессор через управляющий орган должен постоянно поддерживать производительность компрессора требуемую для данного режима и подачи топлива с учетом изменения наружных условий и нагрузки за СПГГ (на турбине).
    При изменении режима РУДом, процессор должен изменить настройки применительно к новому режиму. Подобные алгоритмы программ регулирования давно разработаны и используются в авиационных ГТД. Сначала они были реализованы механическими и гидравлическими элементами в насосах-регуляторах типа НР, а в последние десятилетия в электронных вариантах топливной автоматики с полной ответственностью.
    Для СПГГ таких агрегатов еще не делали.
 

МаГент

Я люблю самолеты!
Откуда
киров
Датчики должны постоянно генерировать сигналы в процессор о положении поршня, положении ВМТ и давлении в цилиндре, чтобы он выдавал команду на срабатывание свечи, а потом с некоторого режима отключал свечу, когда уже надежно работает компрессионное зажигание. Ну и в обратном порядке при снижении режима.
В общем и целом понятно, примерно так я себе это и представлял. В реализации этой задачи я вижу 3 основных противоречия, требующие организационного разрешения.
1. вид, тип и принцип преобразования датчиков. (проблема сигналов)
2. математическая модель СПГГ, без которой невозможно формирование управляющих воздействий. (проблема воздействий)
3. интеграция знаний (компетенций) теплотехнических, физизико-механических, механо-электронных, программно-алгоритмических. (проблема компетенций)
В каждой из этих проблем есть стык знаний различных областей наук. Скажем электронщик может знать технические параметры датчиков, но он не представляет условия работы в СПГГ. И наоборот машинист может представлять условия внутри СПГГ (при чем весьма неточно), но совершенно не понимает как работает и генерирует сигналы электроника. Это самое простое, а таких стыков будут десятки. В силу ряда особенностей моей биографии я как раз работал в смешанных коллективах интегратором, поэтому представляю весь диапазон таких проблем. Для их решения нужны 2-3 дружественно настроенных гения, или много лет работы сотенного коллектива. Но честно говоря именно такую проблему мы сейчас и решаем для своего электроРЛД. ;)
 

МаГент

Я люблю самолеты!
Откуда
киров
Собственно ничего особо страшного в этих трех проблемах нет. Если мы вспомним контроллер обычного ДВС, то у него тоже около 10 различных датчиков. Но он может работать без них всех за исключением 1 датчика положения коленвала. И сам датчик весьма не сложен, но предполагает процедуру вычисления (предсказания) точного положения. Что-то в этом же духе следует предусмотреть и для СПГГ. Не измерение положения поршня, а предсказание по некоторым сигналам.
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
Поскольку в СПГГ нет равномерно вращающегося вала, а скорость поршня постоянно меняется по ходу (сначала нарастает до максимума, а потом уменьшается до 0) нет возможности использования механического привода для впрыскивающего топливного насоса. Применяется аккумуляторный впрыск. В уравновешенных схемах для установки момента впрыска топлива используют механический сигнал (кулачек) от синхронизирующего механизма.Массивные агрегаты в таком исполнении вполне надежно работают, в том числе на переменных режимах. Легкие малоразмерные СПГГ чаще делаются по неуравновешенной схеме с комбинированным циклом - малые режимы - искровое зажигание, высокие - компрессионное. У неуравновешенных СПГГ синхронизирующего механизма нет, но чтобы вовремя подать искру в КС надо знать точный момент прихода поршня в ВМТ. Сама ВМТ изменяется, т.к. изменяется величина полного хода поршня по режимам. Датчики должны постоянно генерировать сигналы в процессор о положении поршня, положении ВМТ и давлении в цилиндре, чтобы он выдавал команду на срабатывание свечи, а потом с некоторого режима отключал свечу, когда уже надежно работает компрессионное зажигание. Ну и в обратном порядке при снижении режима.
   Пардон что встреваю, меня скорее не СПГГ интересуют, но: а если поменьше датчиков: впрыск топлива (распыленный бензин, газ) немного после закрытия окон, при низком давлении, большом коэффициенте избытка воздуха 5...6, на холодную сдетонирует при большой степени сжатия, далее по мере прогрева степень сжатия будет уменьшаться может до 10-12, ну и ладно КПД сильно не упадет, главное чтобы поршень не нагрелся выше температуры воспламенения топлива, но вроде не должен, специально охлаждать такой двигатель не надо, хотя эта концепция скорее для СПДК, в СПГГ средние температуры в цилиндре сгорания повыше...
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Для их решения нужны 2-3 дружественно настроенных гения, или много лет работы сотенного коллектива.
Я согласен, что 2-3 дружных гения в своих областях могут заменить сотенный коллектив и выдать внушительный результат. Только без финансирования это будет хорошая разработка на бумаге, электронном носителе и в техническом отчете, плюс макетный действующий образец. С другой стороны наработанный капитал может стать убедительным доказательством низких рисков для потенциальных спонсоров. Но РЛД крайне слабое звено в вашей задумке. Если бы можно было возродить двигатель Уварова.... Там хотя бы работоспособность была подтверждена. Может быть в приложении к сегодняшнему уровню развития техники и материалов что-то и вышло бы. СПГГ с турбиной, работающей на генератор с постоянной частотой по сравнению с РЛД намного проще. Значит есть еще один конкурент.
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
хотя эта концепция скорее для СПДК, в СПГГ средние температуры в цилиндре сгорания повыше...
       Малоразмерный бензиновый неуравновешенный СПДК так и работает. Топливо карбюрируется или впрыскивается в момент закрытия окон. Фокус в том что на высоких режимах 4000 циклов и выше кинетическая энергия поршня настолько возрастает, что степень сжатия с ростом цикличности продолжает расти, конечное давление сжатия достигает 50 атм (при 1 атм в момент закрытия окон). При этом самой детонации и, тем более, ее последствий не наблюдается. Так происходило на болгарском опытном неуравновешенном СПДК с dц=44мм и S=40мм. Компрессорный поршень гнал в систему чистый сжатый воздух.
 

МаГент

Я люблю самолеты!
Откуда
киров
Но РЛД крайне слабое звено в вашей задумке.
Не могли бы вы немного поподробнее развить вашу мысль? На мой взгляд по ряду параметров это наилучший вариант ДВС
, но я могу что-то не знать...
Если бы можно было возродить двигатель Уварова.... 
Может кто-то из заинтересованных форумчан кто поближе сможет фотографии сделать, или копии с документов...
Фокус в том что на высоких режимах 4000 циклов и выше кинетическая энергия поршня настолько возрастает, что степень сжатия с ростом цикличности продолжает расти, конечное давление сжатия достигает 50 атм 
Насколько я понимаю, степень сжатия в конечном счете определяется балансом энергии, которая сообщается поршню при сгорании РС и отбирается у него при сжатии воздуха. Видимо система настроена так, что при росте нагрузки и частоты колебаний у поршня остается немного больше энергии, чем при "низком " режиме. Но ничто не мешает настроить "низкий" режим на такие же высокие значения СС.
 
Вверх