Двигатель с внешним подводом теплоты

[Kanonier]

Вы наверное мечтаете что не будет мертвых объемов,

Ну как можно давать оценку, и сразу категоричные выводы, когда вы нехрена не поняли. Спросите объясню.

Не о чем я не мечтаю. Я утверждаю, что теоретически представленная система может иметь огромные (относительно естественно) мертвые объемы без потерь КПД.
Как раз это и есть


Для двигателей Стирлинга высокий кпд и эффективность определяются основным критерием - качество теплообмена. Но для улучшения удельных характеристик, предпочтительно работать на высоких оборотах (т.е. увеличивать частоту тактов). А с увеличением частоты время теплообмена кратно уменьшается, и также (что существенно) уменьшается масса РТ участвующая в теплообмене.

Простой (даже примитивный) пример - подвесим гайку к резинке и, на весу, начнем, держа за другой конец, дергать. Чем выше частота данного возвратно-поступательного движения, тем меньше будет амплитуда перемещения гайки, вплоть (на определенной частоте) до полной неподвижности. А когда нет перемещения массы - нет работы. И чем длиннее резинка (мертвый объем), тем на меньшей частоте будет неподвижность гайки.

И приходится идти на вынужденный компромисс ухудшая теплообмен. уменьшаем мертвые объемы.

А у нас наоборот. Огромные теплообменники как раз и обеспечивают значительно лучший теплообмен.

Я понимаю оторваться от стереотипа тяжело.

 

[miharus]

Ну как можно давать оценку, и сразу категоричные выводы, когда вы нехрена не поняли. Спросите объясню.

Не о чем я не мечтаю. Я утверждаю, что теоретически представленная система может иметь огромные (относительно естественно) мертвые объемы без потерь КПД.
Как раз это и есть


Для двигателей Стирлинга высокий кпд и эффективность определяются основным критерием - качество теплообмена. Но для улучшения удельных характеристик, предпочтительно работать на высоких оборотах (т.е. увеличивать частоту тактов). А с увеличением частоты время теплообмена кратно уменьшается, и также (что существенно) уменьшается масса РТ участвующая в теплообмене.

Простой (даже примитивный) пример - подвесим гайку к резинке и, на весу, начнем, держа за другой конец, дергать. Чем выше частота данного возвратно-поступательного движения, тем меньше будет амплитуда перемещения гайки, вплоть (на определенной частоте) до полной неподвижности. А когда нет перемещения массы - нет работы. И чем длиннее резинка (мертвый объем), тем на меньшей частоте будет неподвижность гайки.

И приходится идти на вынужденный компромисс ухудшая теплообмен. уменьшаем мертвые объемы.

А у нас наоборот. Огромные теплообменники как раз и обеспечивают значительно лучший теплообмен.

Я понимаю оторваться от стереотипа тяжело.

Дойдет через ноги, путь у Вас долгий.

 

[Kanonier]

Дойдет через ноги, путь у Вас долгий.

Ну спасибо на добром слове. Неисповедимы пути Господни.
А вам совет, стирлинги не ваше.

 

[miharus]

Та схемка которую Вы нацарапали у меня была года четыре назад с другими объёмными роторными машинами(типа Тверского). Циклом Стирлинга здесь и не пахнет, не понял почему Вам этот автор понравился(аппарат другой, цикл другой). Для меня эта тема не перспективна, обычно свои идеи я закапываю сам, не позорясь.
Переключился.
Мне больше нравится цикл Карно и динамические машины с изотермическим сжатием/расширением (ротор+2подшипника; статор; теплообменники). Получается.

 

[Kanonier]

Та схемка которую Вы нацарапали у меня была года четыре назад с другими объёмными роторными машинами(типа Тверского).

Да Тверского, Нискавских, Цвауэра -это однонаправленные схемы (у Уокера термин - однопоточные).
Роторные схемы обеспечивают большую длительность цикла, меньшую зависимость от мертвых объемов. И главное нет тупости поршневых машин, когда после такта расширения, РТ опять нагревается и отправляется в холодильник через регенератор.

Но там нет непрерывности. И как только она появляется уходят куча проблем.

Вот принцип действия . На штанге три поршня в разновеликих цилиндрах. Пусть справа (от большого поршня) осуществляется нагрев. За счет разницы площадей поршней, результирующая сила начнет перемещать поршни влево, с левой стороны происходит сжатие (там меньшее давление холодная полость). Естественно переток тепла через материал поршней, штанги и цилиндра исключается. Так появляется полезная работа.
Теперь это все загоните в тор -зациклить, и добавить еще цилиндры для вытеснения (надо чуток напрячь воображение). И наблюдать круговорот. Естественно условие- при подходе к цилиндру другого диаметра. и поршень соответственно меняет диаметр. Главная идея - одна и таже масса РТ находится (и проходит зоны нагрева и охлаждения) в переменных объемах.
Ну как то так. Это конструкция только для понимания принципа.

 

[KarnoKul]

1. Непрерывность потока рабочего тела может привести лишь к увеличению удельной и общей мощности, но на КПД никак не влияет (ИМХО).
2. Отсутствие клапанов и переключателей газового потока, по сути, компенсируется необходимостью дополнительной функции у машины объёмного вытеснения, осуществляющей за них эти операции, реализуемых особенностями конструкции машины, на которые ВЫ и обращали внимание.
3. Из уровня техники известны способы работы тепловых машин, в которых изменение физического состояния или химического состава рабочего тела позволяет заметно повысить эффективность работы устройств. Так применение в качестве рабочих тел в газотурбинных установках замкнутого цикла газовых систем (например, N2O4, Al2C2, СН4+CO2 и другие), в которых в результате обратимых химических реакций, сопровождающихся тепловым эффектом, газовая постоянная увеличивается перед турбиной и уменьшается перед компрессором до первоначальной величины, позволяет повысить КПД почти вдвое. (Приведенные газовые смеси обладают свойством обратимой диссоциации-рекомбинации с поглощением и выделением тепла.):

АС №166202 от 01.01.1964г. https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=166202&TypeFile=html

АС №213039 от 12.03.1968г. https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=213039&TypeFile=html

Недостатком этих способов является сложность создания условий по давлению и температуре для осуществления процесса самодиссоциации рабочего тела, особенно в поршневых машинах.

 

[Kanonier]

1. Непрерывность потока рабочего тела может привести лишь к увеличению удельной и общей мощности, но на КПД никак не влияет

На удельные определяющим является среднее давление (до 20 МПа). Да, роторные машины позволяют иметь большие рабочие объемы. есть такое.
А для КПД определяющим является качество теплообмена. При прочих равных (как для поршневых, так и для роторных). таких как выбор РТ, материал теплообменников и т.д, качество теплообменников определяет временем теплообмена. А это в прямой зависимости от (скажем вообщем) величины теплообменников (т.е. мертвых объемов). А мертвые объемы для поршневых при больших оборотах "убивают" КПД (причины уже озвучил, да и вам они известны).
А непрерывность позволяет уйти от зависимости (теоретически совсем, хотя злоупотреблять не стоит). Имея огромные теплообменники будем иметь качественный теплообмен, отсюда высокий КПД (даже при значительных оборотах).
Есть, еще качество (даже без учета непрерывности) -однонаправленность (тут уже любая роторная машина). Это позволяет не греть РТ при окончании рабочего такта, что характерно для поршневых машин. Согласитесь маразм, отправляем РТ в регенератор (такт вытеснения, после рабочего хода), а от туда в холодильник. И при этом греем РТ (это даже Уокера возмущало). Т.е. для представленного варианта и здесь прирост КПД.

компенсируется необходимостью дополнительной функции у машины

Да.
Первое - способностью ВУ выдвигать две лопатки в одну функциональную полость. (у машины Ванкеля это присутствует -там вершины граней)).
Второе- выполнение участка в функциональной полости между впускными выпускным окном, позволяющего на противоположных концах его разместить эти лопатки (вершины граней).
Больше ничего не надо.

в которых изменение физического состояния или химического состава рабочего тела позволяет заметно повысить эффективность работы устройств.

У Уокера есть варианты. и с двухкомпонентными рабочими телами, одно из которых изменяет фазовое состояние. По его заверениям эффективность в 1,5 -2 раза.

 

[KarnoKul]

Да Тверского, Нискавских, Цвауэра -это однонаправленные схемы (у Уокера термин - однопоточные).
Роторные схемы обеспечивают большую длительность цикла, меньшую зависимость от мертвых объемов. И главное нет тупости поршневых машин, когда после такта расширения, РТ опять нагревается и отправляется в холодильник через регенератор.

Но там нет непрерывности. И как только она появляется уходят куча проблем.

По вопросу диссоциации-рекомбинации в поршневых машинах интересно почитать и это:
ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ С БЕСКЛАПАННЫМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2576077&TypeFile=html ;
и ещё это:
ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПЛАЗМЕННО-ВИХРЕВОЙ КАМЕРОЙ

https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=151391&TypeFile=html

Возможно ли такое в роторных машинах объёмного вытеснения???

 

[Kanonier]

Возможно ли такое в роторных машинах объёмного вытеснения???

Так сходу не скажу. Честно говоря переварить информацию сложно. Вы бы идею изложили бы более сжато. показав принцип, на чем базируется повышение эффективности.

 

[RVD]

Возможно ли такое в роторных машинах объёмного вытеснения???

Если бы человечество могло воссоздать в железе образы таких вот изобретателей, то мы бы уже давно съехали в каменный век.

 

[Varan]

На удельные определяющим является среднее давление (до 20 МПа)

хотелось бы поподробнее узнать как при таком давлении лопаточки выдвигаться будут и какую силу надо приложить чтобы их с места сдвинуть и как долго они так ерзать смогут

 

[RVD]

У Уокера есть варианты. и с двухкомпонентными рабочими телами, одно из которых изменяет фазовое состояние. По его заверениям эффективность в 1,5 -2 раза.

Если бы вы почитали издание "Знание" от 1976 года К.Ю. Чирикова - "Необычные двигатели", то на 48 странице нашли бы, что в еще более лохматые годы сотрудниками института Ядерной энергетики АН БССР были получены а.с. №166202, 213039, 213042, 201434 ( И.И. Ковтун, Б.С. Стечкин, А..Н. Наумов, С.Л. Косматов), на изменение рабочих свойств в газах и в смесях, на предмет получения обратимых химических реакций, не подпадающих под теорему Карно. Там утверждается, что термический КПД турбины может быть увеличен второе, если при нагреве рабочее тело будет диссоциировать, а при охлаждении рекомбинировать. Такими телами могут быть: газообразная сера, йод, окислы азота, кобальт, треххлористый алюминий. Я в свое время изучил данный вопрос, и пришел к выводу, что да, такое возможно, однако оказалось, что все эти вещества чрезвычайно активны в химическом плане, и им не может противостоять никакой теплообменник.

 

[Kanonier]

хотелось бы поподробнее узнать как при таком давлении лопаточки выдвигаться

Ну во первых 20 МПа это среднее давление цикла (это для того. чтобы образно как в ДВС. среднее эффективное будет 4 -5 МПа), А перепад давлений до 10 МПа. И такая накачка присуща для поршневых 4-235 Филипс (Уокер). Ребята имея вытесняемый объем 0, 22 л, на 3000 об/мин. что бы было 160 кВт. и КПД 30 %.
1. В предлагаемом варианте используемое давление будет как минимум вдвое меньше, а то и еще меньше. Роторные машины позволяют иметь на порядок больший объем, при небольших габаритах. (Кстати очень важное преимущество). Т.е. не гнать удельные оборотами и давлением.
2. Далее при вылете лопатки 2/3 пути выдвижения происходит при равном давлении (зона окон, там нерабочая зона полость расширена и лопатка с элементами уплотнения не касается полости -и потерь на трения тоже. кстати) ) перед и за лопаткой.
3. Употребление углепластика и сухой смазки. Для этого нужно бескислородное РТ и Рекуператор (там нет насадок и сечение относительно велико.
4. Хотим иметь мощный с удельными- используем машину Ванкеля.

 

[Kanonier]

Я в свое время изучил данный вопрос, и пришел к выводу, что да, такое возможно, однако оказалось, что все эти вещества чрезвычайно активны в химическом плане, и им не может противостоять никакой теплообменник.

Скорее всего вы правы. Уокер сам то не очень уверено предлагает такой вариант. Типа. пробуйте. а я за последствия не отвечаю.

Главное в предлагаемой идее. что возможно уйти от зависимости от мертвых объемов, что на порядок улучшит теплообмен с огромными (относительно естественно) теплообменниками.

Еще одно качество. возможность создания больших объемов.
К примеру в варианте с неподвижным кривошипом. тут вращается только ротор. при вылете лопатки 5 см. (естественно это мах. вылет ее высоте до 10 см), ее высоте до 10 см( в зоне расширения) т.е. площадь S - 50 см 3, радиус ротора будет около 30 -33 см. (по средней линии окружность около метра. 1/2 рабочая зона (между окнами) -т.е. 50 см . Отсюда объем рабочей полости в пределах 2,5 л-2.2 .

Упомянутый 4-235 Филипс имеет примерную площадь поршня и 0, 22л .т.е в 10 раз меньше. А это значит при одном и том же количестве рабочих ходов (3000 об/м -это 12000 р.х/м)
у нас такт в 10 раз дольше.
обороты в 5 раз меньше (600 об/м- у них 4-х цилиндровый 4 рабочих тактов на оборот, у нас 2).

Т.е. порция (),22 л филипского , будет у роторного в 10 дольше в такте. Для для данного типа двигателей, где время действительно деньги, лучше не придумаешь.
А теперь к этому добавим еще охеренные теплообменники. Ну и . что еще надо.

 

[Varan]

так вы 20МПа умножьте на площадь лопатки и силу то найдите (и если 20МПа среднее то максимальное то явно еще больше будет), а потом подберите требуемую толщину этой лопатки из углепластика которое такую нагрузку выдержит при консольном нагружении и реакции в опорах найдите которые будет силу трения создавать, а так чего воздух то сотрясать

 

[Kanonier]

(и если 20МПа среднее то максимальное то явно еще больше будет),

Вы, че? Где в Стирлингах такие перепады?. Вы хотя бы. на диаграмму цикла посмотрите. При таком (20 Мпа) среднем.минимальное будет 10 Мпа.
А лопатка при выдвижении в 5 см. Только 1,5 см будет выдвигаться при рабочем давлении.

 

[Varan]

оригинально, среднее давление цикла 20 МПа, а максимальное где то 5, чудеса в решете
ну вы тогда хотя бы терминологию правильную используйте- посмотрите что понимается под средним давление цикла то, а так непонятно что написали отсебятину какую то, которую мы должны еще и расшифровывать

 

[Kanonier]

оригинально, среднее давление цикла 20 МПа, а максимальное где то 5,

Я конечно дико извиняюсь, но где вы такое у меня увидели?

Среднее эффективное давление (лучше среднее индикаторное, мех.КПД не учитываем) величина относительная (избыточное) система при СИД в 0,05МПа (0,5 атм) может работать.
А среднее давление цикла -абсолютная. И если оно 20 МПа, то тогда мах. Р будет до 30 МПа, при мин.Р в 10 МПа. (зависит от соотношения объемов и температуры, поэтому для стирлингов такое соотношение -как правило)
А Рi будет 1/3 от мах. т.е.10 МПа. -но это на малых оборотах. когда нет явного эффекта сжатия РТ)
Но поршневые имеют удивительное качество - терять массу с оборотами (почему я уже объяснял). И уже на 3000 об/м в теплообмене будет участвовать более чем 2,5 раза меньше массы (условно скажем заряда). Индикаторная диаграмма итак далека от идеализированной -элипс. который с частотой сжимается как шагренева кожа.
При этом. что интересно КПД (относительный) даже возрастет. Это потому как зависит от времени теплообмена. а за один и тот же промежуток времени. при тех же теплообменниках нагреть меньшую массу можно качественней с меньшими потерями. Но это относительный (к заряду) рост КПД, а так с частотой (время сокращается), он резко падает.
Это и снижает Рi до 4 Мпа. А двигатель Филипс-700 кг. И ребята не могли не сделать его меньше 200 кобыл. Вот и "вдули по полной"

В представленном варианте (в установившемся режиме) нет потерь массы. Система саморегулируемая , и если где то перекос, идет сразу восстановление баланса.
А это значит индикаторная диаграмма почти соответствует идеализированной, причем и на высоких оборотах . А огромные теплообменники поддерживают качество теплообмена и практически не снижая КПД.
Образно. нахрен нам такое высокое среднее давление цикла (20 Мпа). Уменьшаем в 2,5 раза получаем 8 МПа, и тогда при разности давления между переменными объемами до 4 МПа (это мах. давление которое преподает на лопатку).
И это при Pi -4 Мпа.

Что при объеме 2,5 л и частоте 10 об/сек -20 раб.ходов/сек. (600 об/м) позволяет иметь мощность до 200 кВт.
Вот и все.

 

[RVD]

Я конечно дико извиняюсь ...Образно. нахрен нам такое

Вот так-бы коротко всегда, и по существу.

 

[Kanonier]

Вот так-бы коротко всегда, и по существу.

Это я еще под Филипс подстраивался, а так среднее до 4 Мпа и больше не надо. Рi до 2 МПа. Если больше, то на базе машины Ванкеля.