• Если у вас не получилось войти, инструкция для пользователей находится тут. Если вы ее прочитаете, узнаете куда написать если "ничего не получается!". Не бойтесь, мы вас не бросим в беде.

    Если коротко, пароль старый. Если пароль забыли, а почту помните, воспользуйтесь функцией восстановления пароля (она работает!).

    Вопросы, замечания и пожелания можно оставлять в специально созданной ветке, где вам обязательно ответят!

Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Уважаемые коллеги!

      По инициативе участников форума открываем новую тему, которая здесь практически не звучала, если не считать отдельных порывов.
       Последнее время заметен возросший интерес к силовым установкам, содержащим агрегаты, работающие по принципу свободных поршней, непосредственно передающих механическую работу потребителю.
        Терминология названий еще до конца не устоялась.
        Чаще всего такие силовые агрегаты назывались и называются:
СПГГ - свободнопоршневой генератор газа;
БГГ - безвальный генератор газа;
СПД - свободнопоршневой двигатель;
СПК - свободно-поршневой компрессор;
СПДК - свободно-поршневой дизель-компрессор.
         Встречются и другие названия/

     Эти типы установок начали исследоваться с 20-х годов прошлого столетия. Наиболее активный участок теоретических, практических и экспериментальных работ пришелся на конец 30-х - начало 60-х годов. В них отметились своими успехами Франция, Германия, Англия, Советский Союз.
     Создавались установки для тепловозов, кораблей, автомобилей, электростанций и даже предлагались проекты для самолетов и вертолетов.  В тот период на достигнутом техническом уровне не удалось решить часть проблем, которые высветила практика. Сегодня с быстрым развитием управляющей электроники шансы на получение эффективных и совершенных конструкций резко возросли и мы уже наблюдаем оживление интереса к возможностям этого типа установок на новом техническом уровне.

    Предлагается представлять и обсуждать свои новые взгляды, свои находки и конструктивные решения на пользу тем, кто задумает воплотить эти решения в работающих конструкциях.

     "Новое - хорошо забытое старое" здесь тоже уместно, потому что одна из целей нашего общения - пополнение знаний и развитие конструкторской логики при создании сложных систем.

      
      Желаю успехов всем участникам.    
 

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
Последнее время заметен возросший интерес к силовым установкам, содержащим агрегаты, работающие по принципу свободных поршней, [highlight]непосредственно передающих механическую работу потребителю[/highlight].
Выделенная фраза неверна, ИМХУ, т.к. наоборот, непосредственной передачи мех.энергии потребителю в СПГГ и пр. нет, по меньшей мере в двигательных установках. Поршня лишь обеспечивают условия для процесса горения. "Носителем энергии" является генерируемый газ, который срабатывается на турбине или другом устойстве. Непосредственная передача имеет место лишь в компрессорах.
В файловом архиве форума мной выложенна книга по СПГГ "Силовые установки со СПГГ. Елистратов, Колюко, Томилин". Есть ещё пара диссеров и авторефератов посвящённых теме создания линейных эл.генераторов на основе СПГГ(найду, выложу). В них также можно сказать происходит прямое преобразование энергии горения топлива/движения поршней в электрическую. Это одно из наиболее перспективных направлений, ИМХУ. Т.к. линейный генератор, как и всякая другая электрическая машина, обратим. Т.е. может выполнять функции как генератора, так и двигателя(в данном случае - линейного). Это позволяет избавиться от основных недостатков СПГГ - трудности регулирования мощности и запуска.
Ну и наконец, "кто о чём, а вшивый о бане" - на основе известной Вам моей идеи получается замечательный СПГГ, а уж линейный генератор спасает её от кучи проблемм, а КПД обещает быть мегакрутым ;)
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Поршня лишь обеспечивают условия для процесса горения. "Носителем энергии" является генерируемый газ, который срабатывается на турбине или другом устойстве. 
    Вячеслав!
    Методологически следует различать внутренних и внешних потребителей энергии. Когда мы говорим об особенностях СПГГ, то подчеркиваем его главное отличие - в нем отсутствует КШМ, т.е. энергия поступательного движения поршня не преобразуется в энергию вращательного движения и далее обратно из вращательного движения в поступательное движение внутреннего потребителя (поршня компрессора, плунжера, сердечника). Указанные внутренние потребители сразу напрямую получают эту энергию от поршня и производят свою функционалную работу. КШМ для этих целей оказывается лишним. Внутренний потребитель по балансу работ должен полностью поглощать энергию, развиваемую поршнем на рабочем ходе. А вот энергия газов покидающих СПГГ и создает ту избыточную полезную мощность, которая и потребляется внешним потребителем, создающим внешнюю полезную (газовую) мощность, например на турбине или в расширительной машине.   

В них также можно сказать происходит прямое преобразование энергии горения топлива/движения поршней в электрическую. 
     Вот и здесь возвратно-поступательно двигающийся сердечник - прямой внутренний потребитель и сразу один из основных элементов создания электрической мощности для внешнего потребителя. Отличие в том, что здесь энергия рабочего цилиндра не тратится на наддув от компрессорных поршней. Хотя может быть и такой комбинированный вариант.
   
 

А.Г.К

Я люблю строить самолеты!
Химики на базе СПГГ создают импульсные химические реакторы. Тема интересная и достаточно сложная. 2-х тактный двигатель, основа СПГГ, отличается простотой конструкции и крайне сложной газодинамикой. "Вырожденный" случай СПГГ ствольные артиллерийские системы и стрелковое оружие. Вообщем работы не початый край.
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Химики на базе СПГГ создают импульсные химические реакторы. 
        Алексей Геннадьевич, камеру сгорания и СПГГ, и обычного двигателя иногда называют реактором. Химики, наверное схигают там что-нибудь другое?

       Возвращаясь к теме важно сказать, что существует много разных схем СПГГ (здесь и далее имеем ввиду все названия установок)
        Чаще других реализовывалась схема с внутренними компрессорными полостями Б и наружными буферными С. Из компрессорных полостей Б сжатый воздух нагнетался в рессиверную полость Д. Далее через впускные окна он попадал в рабочий цилиндр А и после цикла расширения устремлялся в выхлопные окна и выпускной газовод. Компрессорная полость Б имела впускные 4 и нагнетательные 3 автоматические клапаны. Движение ступенчатых поршней 1 синхронизировалось реечным механизмом 2.

        Полезно рассмотреть преимущества и недостатки этой схемы.
   
 

Вложения

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
Полезно рассмотреть преимущества и недостатки этой схемы.
Из недостатков: наличие реечного механизма - требуется смазка, доп.мех.потери; в буферных ёмкостях "Б" могут возникать разные по величине давления из-за разности износа уплотнений или огрехов изготовления, например; то же относится и к компрессорным ёмкостям "С"(при этом возникают разные по величине нагрузки на рейки/шестерню); Этого можно избежать, если соединить буферные ёмкости "Б" соединительным каналом, то же касается и компрессорных ёмкостей "С", при этом наргузки на реечный механизм минимальны, а в некоторых случаях от него можно вообще отказаться(тогда будет "честный" свободно-поршневик).
Из достоинств:
Наличие... реечного механизма! ;) Т.к. если вместе с вышеприведёнными изменениями посадить на шестерню электрогенератор. то получим компактный и мощный генераторный агрегат импульсного тока с приличным суммарным двигатель-электрическим КПД. Плюс можно будет запускаться от генератора(это ж обратимая эл.машина). В некоторых случаях можно отказаться от буферных ёмкостей "С" - на обратном ходе(сжатие) использовать генератор как эл.двигатель, современная электроника такие кульбиты вполне обеспечит. Хоть завтра. Заодно решиться проблемма работы СПГГ на малых нагрузках. Или снабдив шестерню/генератор спиральной пружиной(как в эл.будильнике "Слава" ;))
ИМХУ. :)
 

А.Г.К

Я люблю строить самолеты!
камеру сгорания и СПГГ, и обычного двигателя иногда называют реактором
Оно так и есть. По своей сути ДВС является импульсным термохимическим реактором. И по этому. Если хочешь получить хорошие рабочие параметры и "экологию" занимайся химией горения. Например надо изучать теорию цепных химических реакций Зельдовича.
 

А.Г.К

Я люблю строить самолеты!
наличие реечного механизма - требуется смазка, доп.мех.потери; в буферных ёмкостях "Б" могут возникать разные по величине давления из-за разности износа уплотнений или огрехов изготовления
Реечный механизм как раз и устраняет разность скоростей движения. Кроме реечного существует ведь и рычажный. Вариантов много, вот кто это только будет делать, особенно в нашей "либероидной" стране. Тут, дай Бог, окончательно не скатиться к каменным топорам. Государству инновационная деятельность по боку, а у частников задача иная, они делают деньги. Вообщем частника понять можно, нафига ему заморочки. Мы даже не в капитализме, мы в феодализме. Сделали эдакое сальто-мортале, назад прогнувшись, перед Западом. Перелетели капитализм и приземлились в феодализме, да не удачно, мордой об асфальт, только сопли кровавые полетели. Всё это лирика.
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
      Для двух узлов СПГГ, работающих в противофазе, наличие синхронизирующего механизма – техническая необходимость. Реечный более компактен и технологичен, чем рычажный.
      Уравнительные трубы для буферных полостей применяются. Они же часто служат для подачи пускового воздуха в буферные полости при запуске.
       Уравнительные трубы для компрессорных полостей предусматривать не нужно, т.к. выравнивающим элементом является сам ресивер. В период соединения его объема с компрессорными полостями при открытых нагнетательных клапанах, давление в противолежащих компрессорных полостях выравнивается.

      Главное преимущество СПГГ с внутренними компрессорными полостями (наиболее известен серийный СПГГ -  GS-34) – относительная конструктивная простота.
Кроме того:
- схема имеет минимальное количество поверхностей трения;
- для подпитки и режимного изменения начального давления в буферных полостях достаточно давления воздуха, достигаемого в ресиверном объеме, т.е. не требуется дополнительный компрессор.
      Среди основных недостатков:
- повышенная потребная цикловая работа буферных полостей, т.к. ее должно хватать для цикла сжатия в компрессорных полостях и в рабочем цилиндре одновременно;
- из-за несовпадения фаз сжатия в компрессорных полостях с фазой продувки рабочего цилиндра, неизбежно нагнетание сжатого воздуха в ресивер замкнутого объема, что приводит к повышенным потерям внутренней энергии и дополнительному расходу топлива. Уровень потерь зависит от относительного объема ресивера.

      Существуют схемы СПГГ с внешними компрессорными полостями. Они могут быть совмещены или разделены с буферной полостью.
      В совмещенном варианте получаются очень большие диаметральные габариты СПГГ и высокое конечное давление на буферном участке, т.к. только на части рабочего хода накапливается энергия для обратного движения блока поршней. Другая (начальная) часть хода реализует компрессорную функцию.
      В раздельном варианте появляется дополнительные внешние цилиндры с поршнями, играющие роль буферов повышенного начального давления. Для их подпитки и регулирования уже требуется дополнительный компрессор. Схема существенно усложняется. У фирмы Зульцер был СПГГ, где буферы повышенного давления преобразовывались в дополнительные рабочие цилиндры со своими камерами сгорания и форсунками. Агрегат становился еще более сложным. Пропуски вспышек во внешних цилиндрах могли создавать высокие нагрузки на синхронизирующий механизм.
      Если компрессорные полости организованы по обе стороны компрессорного поршня их потребный диаметр снижается в 1,4 раза. СПГГ получается ужатым по диаметру, но удлиненным в продольном направлении, что не всегда приемлемо.

      О том, как можно сгладить некоторые недостатки перечисленных схем, в следующем сообщении.
 

А.Г.К

Я люблю строить самолеты!
Владимир Александрович, информация интересная. Вам не попадалась информация о СПГГ с искровым зажиганием.
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Вам не попадалась информация о СПГГ с искровым зажиганием. 
       Такая информация у меня была в бумажном виде как Отчет (примерно1988г) об испытаниях болгарского малоразмерного неуравновешенного СПГГ. Да вот беда, после переезда не могу найти в своем архиве. Позже я о нем раскажу по памяти.

О том, как можно сгладить некоторые недостатки перечисленных схем, в следующем сообщении.
Продолжение:
______________________________________________________________________

Многие недостатки описанных схем СПГГ можно устранить или сгладить, если использовать изобретение, суть которого изображена на рисунке внизу. В нем реализуется прямоточное (последовательное) движение потока воздуха к рабочему цилиндру.
     В этой схеме ресивер отсутствует. Он не нужен. При прямом ходе поршней рабочего цилиндра воздух засасывается в компрессорную полость Б через всасывающие клапаны 3. При обратном ходе поршней воздух в полости Б сжимается и через нагнетательные клапаны 4 попадает в буферно-компрессорную полость С.
      При следующем прямом ходе поршней воздух в полости С сжимается и вблизи положения поршней в НМТ через впускные клапаны (или окна) рабочего цилиндра продувает и заполняет его. С началом обратного движения поршней продувочные клапаны (или окна) закрываются, а оставшейся работы буферно-компрессорной полости С достаточно для приведения блока поршней в ВМТ, воспламенения и начала прямого движения поршней в новом цикле.
     Компрессорная полость Б в этой схеме является первой ступенью сжатия. Полость С - второй.
     Разделение давления наддува на две ступени сжатия повышает объемный КПД полости Б, уменьшает рабочую температуру автоматических нагнетательных клапанов, устраняет необходимость в регулировании буферных полостей по режимам работы СПГГ. Разделение работы сжатия воздуха на две ступени (слева и справа от поршня) уменьшает, также, потребную работу буферной полости для обеспечения обратного хода, что является очень существенным фактором.
     Регулирование давления в полости С происходит автоматически вслед за изменением производительности полостей Б. Не требуются и уравнительная труба, т.к. выравнивание давлений в полости С происходит в период открытия продувочных клапанов в рабочем цилиндре.
    Для управления работой СПГГ, кроме управления расходом топлива, достаточно одним из известных способов регулировать производительность компрессорных полостей Б. Самый неэкономичный из них – дросселирование на входе (как в ДВС с КШМ). Самый экономичный - изменение мертвого пространства в каждой полости Б.

     В таком виде СПГГ уравновешенных симметричных схем получаются наиболее простыми и с хорошими удельно массовыми параметрами.
 

Вложения

georgii-2

ЗРИ В КОРЕНЬ !!!
Писал как-то, в теме "Делаю биратативнай...?", что пытался в детстве с другом слепить
вертолёт с реактивными лопастями. Источником газа выбрали СПГГ расположенный на роторе. Наивно конечно,
но и сегодня интересно, было что-то стоящее в той схеме? Питание хотели впрыскивать постоянно,
близко к камере сгорания впрыском от бачка от паяльной лампы :). Запуск от свечи,
потом работа от компрессии - нахальные были :). Хотели слепить всё на базе деталей от мопеда.
Хотели ещё добиться, чтобы ход поршня был намного меньше диаметра, т.е. петлевая продувка
фактически была бы как продольная.
Так сказать информация к размышлению...
 

Вложения

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
пытался в детстве с другом слепить вертолёт с реактивными лопастями. Источником газа выбрали СПГГ на роторе.
        В начле 90-х я потратил достаточно много сил и времени, чтобы с научной точки зрения доказать в МАИ  наиболее высокую эффективность такой силовой установки с СПГГ при ее использовании в ранцевых (индивидуальных) вертолетах.
        Так что Ваши юношеские творческие порывы били в точку.
        Для полноразмерных вертолетов эта схема проигрывает. Небольшие преимущества проявляются при полетах продолжительностью до 2-х часов.
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Там ещё запасец есть для дожигания топлива. Без натурных движков неизвестно пока, что он даст. 
       Верно, можно дожигать и форсировать тягу концевых сопел. И это все считается, но энергетическая эффективность дожигания из-за малых давлений низкая. Присутствие "кометного хвоста" пламени по концам лопастей недопустимо, да и шум будет невыносим. В малоразмерном аппарате делать дожигание нет никакого смысла. Вполне хватает штатной мощности СПГГ и газа с умеренными параметрами на выходе.
 

georgii-2

ЗРИ В КОРЕНЬ !!!
Тогда, думалось поставить свечу накаливания перед входом в лопасть в выхлопную трубу для дожигания. Да и для обычного применения такая схема СПГГ гораздо компактнее и легче, а главное, как тогда думалось, она позволит здорово увеличить количество тактов в минуту за счёт облегчения поршней.
Кроме того, в этой схеме СПГГ частично работает как поршневой компрессор, т.е. общее давление должно быть вроде выше чем по обычной схеме.
Но это, конечно, были всё мои предположения...
 

Владимир Александрович

Дорогу осилит идущий!
Откуда
Москва
Тогда, думалось поставить свечу накаливания перед входом в лопасть в выхлопную трубу для дожигания. 
      Температура газов на выхлопе СПГГ итак достигает 500 градусов С. Это требует специального проектирования лонжерона лопасти и подбора материала для канала.
       Дожигание топлива, попадающего в выхлопной канал при продувке карбюрированным потоком могло бы быть только на конце лопасти.
 

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
Владимир Александрович, информация интересная. Вам не попадалась информация о СПГГ с искровым зажиганием. 
А в книжке из Ответа #1 разве их нет?
Температура газов на выхлопе СПГГ итак достигает 500 градусов С. Это требует специального проектирования лонжерона лопасти и подбора материала для канала.
Эжектор+атм.воздух снизят Т газов и увеличат тягу. Канал потребуется "толще".
 

А.Г.К

Я люблю строить самолеты!
      Температура газов на выхлопе СПГГ итак достигает 500 градусов С. Это требует специального проектирования лонжерона лопасти и подбора материала для канала.
У меня где-то валяется, в бумажном виде, информация о реактивном приводе лопастей. В настоящее время вопрос о теплоизоляции лонжерона решается. Существуют покрытия типа "Термалкоат", "Изоллат" и им подобные. На Украине отработаны конструкции центробежных реактивных турбин типа "колеса Герона". СПГГ, в принципе, должен работать на синтетическом смесевом топливе на основе КАС и этилового спирта. Температура продуктов сгорания будет умеренной что позволит снизить требования к материалу турбины и обойтись простой аустенитной сталью, то бишь нержавейкой. По позже нарисую схему такой установки. Владимир Александрович, в предложенной Вами схеме можно попытаться реализовать золотниковое гильзовое газораспределение.
Наверное я просмотрел информацию о искровом зажигании в книге.
 
Вверх