Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[georgii-2]

Это из интернета? Тогда у меня тоже где-то валяется сия подборка.

Нет, это было очень давно.

(Страницы 499-507) существуют кольца с кольцевыми выборками, но в ДВС оные не ставятся "т.к. это увеличивает опасность закоксовывания колец из-за проникновения продуктов сгорания в зазор между кольцом и стенкой 

Просто присутствовал при разговоре главного, снабженца и моториста - моторист который раз просил больше не привозить эти кольца, снабженец - беру что дают, а главный - всё, их больше не будет, не тот чугуний на заводе использовали, заказ сняли.
Для компрессоров этой проблемы нет, а вот износ проверить не мешало бы на практике.

 

[JohnDoe]

не тот чугуний на заводе использовали, заказ сняли.

Ну не знаю. Орлова я читал, а вот Вашего главного нет, хотя вполне возможно, что и так. 🙂

Для компрессоров этой проблемы нет, а вот износ проверить не мешало бы на практике.

А что, разве компрессоры смазываемые?  :-?

 

[georgii-2]

А что, разве компрессоры смазываемые? 

Большинство, да. Попадались, кстати, и с капроновыми колечками.
В этом СПГГ, по видимому, придётся делать колечки из пластика типа фторопласта, чтобы обойтись без смазки. Возможно с добавлением графита итп. На концах П-образного профиля башмачки сходящиеся внутрь. Возможно с перегородками внутри полого кольца. Возможно с входными и выходыми прорезями из таких "окон" профиля. Т.е. кольцо на воздушной подушке  🙂. Сделав соответствующий профиль на обратной стороне кольца или в канавке поршня мы получим кольцо и поршень на обоюдной воздушной подушке  🙂.

 

[JohnDoe]

Большинство, да. Попадались, кстати, и с капроновыми колечками.

На невысоких температурах пластики(текстолит, фторопласт и пр.) вполне себе работают. Но все они имеют повышенный коэфф.трения без смазки. Даже тефлон/фторопласт. Хотя тому в определённых условиях может хватить атмосферной влаги.

Большинство, да. Попадались, кстати, и с капроновыми колечками.
В этом СПГГ, по видимому, придётся делать колечки из пластика типа фторопласта, чтобы обойтись без смазки. Возможно с добавлением графита итп

В пластмассу графит запихать трудновато будет - упадёт прочность и пр. Можно медно/силикатнографитовые композиты попробовать.
Ещё одна мысль - использовать меднографит или тефлон и в покрытии гильзы/цилиндра компрессора, тут же нет боковых/прижимающих сил. 😉

 

[georgii-2]

В пластмассу графит запихать трудновато будет - упадёт прочность и пр.

Была когда-то статья в ИР за 66 г. "Безизносный шарнир".
Дедушка впихивал в пластик графит и кучу другого.
В своё время заливал подобной смесью на основе эпоксидки втулки стиральных машинок и однажды помпу чехословацкого погрузчика. Машинки до сих пор работают (годков десять, не меньше), погрузчик через два года спёрли, дальнейшая судьба неизвестна  🙂. Кроме того, для сохранения прочности, стоит армировать пластик волокном.

 

[JohnDoe]

Машинки до сих пор работают (годков десять, не меньше), 

У меня без всяких заливок Вятка-Катюща трудиться уже тринадцатый год. И весьма интенсивно(два "бандита" поставляют ей кучу работы). Комплектация - заводская, до винтика. Тьфу-тьфу-тьфу, ни одной поломки. Вообще. Ещё раз тьфу-тьфу-тьфу. Но это неважно. 🙂 Вариантов реализации - тьма. Нужно считать/проверять.
Меня тут другой вопрос вдруг посетил. Владимир Александрович, как Вы мне писали рабочая температура газов перед турбиной дизельного СПГГ составляет 800-900К, но это типичная температура выхлопа КАМАЗовского дизеля на которой трудится его ТКР! При том, что в СПГГ в несколько раз больше переизбыток воздуха "разбавляющего" выхлоп. Означает ли это, что температура выхлопных газов СПГГ на выходе из цилиндра существенно выше, чем у того же КАМАЗа? Налицо недоиспользование энергии газов на стадии расширения в цилиндре. отсюда и более низкий КПД СПГГ по сравнению с КШМовским ДВС, ИМХУ. Могут быть тут резервы?

 

[Владимир Александрович]

Владимир Александрович, как Вы мне писали рабочая температура газов перед турбиной дизельного СПГГ составляет 800-900К, но это типичная температура выхлопа КАМАЗовского дизеля на которой трудится его ТКР! При том, что в СПГГ в несколько раз больше переизбыток воздуха "разбавляющего" выхлоп. Означает ли это, что температура выхлопных газов СПГГ на выходе из цилиндра существенно выше, чем у того же КАМАЗа? 

      В СПГГ на выхлопе температуры соответствуют температурам двухтактного дизеля с высокой степенью наддува. Дальше, когда в ресивере выхлопные газы смешиваются с прошедшим через цилиндр раньше продувочным воздухом, температура смешанного газа становится ниже.
    Конкретные температуры зависят от параметров процесса, заложенных в установку. Например, один из вариантов, который был у меня в разработке, имел на номинальном режиме в одноступенчатом компрессоре Пк=5,6, что соответствовало давлению начала сжатия в рабочем цилиндре 4,4атм. Степень сжатия в рабочем цилиндре была выбран 10,5. В результате после выхлопа и выравнивания давлений и температур в выхлопном коллекторе давление газа составляло 4,0атм, а температура 790К (507[sup]0[/sup]С). Такие параметры были нужны для подачи газа в лопасть, чтобы не произошло нарушения ее прочности. В СПГГ 1МП120 заложены значительно более высокие параметры выхлопного газа, чтобы получить более высокий общий КПД установки (50-54%) и мощность. У них расчитаны давления в выхлопном коллекторе 17-25атм, а температуры 1023-1073К (750-800[sup]0[/sup]С). В материалах фирмы "Экип" и в статьях П.П. Петова и др. есть очень важный график зависимости индикаторного и адиабатного КПД установки от давления в выхлопном коллекторе, многое поясняющий. Его было бы полезно здесь обсудить. Он дает системное восприятие границ совершенства СПГГ.

Налицо недоиспользование энергии газов на стадии расширения в цилиндре. отсюда и более низкий КПД СПГГ по сравнению с КШМовским ДВС, ИМХУ. Могут быть тут резервы? 

     В СПГГ заложены очень большие резервы форсирования. Ведь в отличие от вальных ДВС, в СПГГ нет ограничений по давлению сгорания. Авторы ссылаются на сведения, согласно которым в СПГГ уже получены рабочие давления сгорания 450атм. В то время как, в дизелях с КШМ сейчас максимум 140атм. В отдаленной перспективе еще только собираются (пока не представляя за счет чего) достигнуть давления сгорания 250атм.
     Используя преимущество СПГГ по давлениям сгорания можно, создав одну типовую конструкции, модифицировать ее для самых разных сфер применения. Что и сделали авторы СПГГ 1МП120.
    
      

 

[georgii-2]

Тоже вопрос.
Владимир Александрович, в описании болгарского СПГГ упоминается СС порядка 50, причём без детонации.
Существует критический объём при котором детонация не возникает или здесь что-то другое?

 

[JohnDoe]

Существует, критический объём при котором детонация не возникает или здесь что-то другое?

Ну, детонация присуща в основном бензиновым ДВС, дизеля этим страдают в меньшей степени, ИМХУ. Можно даже с натяжкой сказать, что дизель фактически "детонационный" двигаель, т.к. в отличии от зажигалок в нём присутсвует многоочаговое горение(по меньшей мере на второй стадии процесса) и оное ессно протекает более быстро, отчасти из-за этого дизеля работают жёсче. Для возникновения детонации мало одной степени сжатия/высокого давления, необходимо совпадение нескольких факторов, причём каких и в каком "букете" никто толком не знает, ИМХУ. Есть несколько теорий/гипотез с кучей доводов/фактов их как подтверждающих, так и опровергающих(бродим в общем впотьмах). Одна из таких бяк - остаточные газы в цилиндре(Маздовцы вон, снизили их кол-во вполовину и вуаля - зажигалка с СС 14). Как я понимаю(ещё одна гипотеза 😉) из-за того, что кроме подогрева заряда в их составе всякие пероксиды и прочие взрывоопасные штуки могут оставаться от предыдущего такта, а это - инициаторы детонации. В СПГГ с этим полный порядок - цилиндр продувается как ни у кого, за исключением ГТД, но там и запертого объёма нет, всё "горит в трубе". 🙂

 

[Владимир Александрович]

в описании болгарского СПГГ упоминается СС порядка 50, причём без детонации. Существует критический объём при котором детонация не возникает или здесь что-то другое? 

        О критических объемах нигде не упоминается. Скорее здесь надо иметь ввиду следующее:
        СПГГ это ДВС с переменной степенью сжатия без ограничения по давлению сгорания. Болгарский образец был малоразмерным и безнаддувным. На низких частотах степень сжатия не выходила за обычные пределы, гарантирующие отсутствие детонации. С ростом числа циклов, росла степень сжатия и уменьшалось время цикла. Наступление детонации внешне никак себя не проявляло, так как движение поршневой группы является свободным, а взрывной детонационный рост давления в КС приводит к тому, что поршневая группа резче чем обычно тормозится и останавливается для обратного хода.
        В вальном ДВС на малых и средних частотах, при наличии условий для возникновения детонации, взрывной всплеск давления происходит до прихода поршня в ВМТ, но он не останавливается, а продолжает двигаться к ВМТ в силу жестких связей КШМ с другим цилиндрами и маховиком. Происходит удар, как по жесткой наковальне, разрушающий двигатель.
         В болгарском СПГГ практически проявился и еще один момент - автоматическое отключение зажигания с ростом степени сжатия. На малых и средних частотах он работал по бензиновому циклу с искровым зажиганием. С дальнейшим ростом частоты потребное пробойное напряжение воздушного промежутка свечи, из-за роста плотности сжатой смеси, возрастает настолько, что свеча отключается и воспламенение смеси происходит только за счет нагрева при сжатии, т.е. по дизельному принципу. При снижении режима свеча опять включалась в работу.      

 

[georgii-2]

Детонацию нельзя не услышать. По видимому у них её действительно не было.

 

[slav]

\\\\и воспламенение смеси происходит только за счет нагрева при сжатии, т.е. по дизельному принципу. \\\.      

Может [highlight]не дизельный,а калильный принцип[/highlight],свечка то поди к тому же недолго живёть??!    ;D

 

[Владимир Александрович]

Детонацию нельзя не услышать. По видимому у них её действительно не было. 

    Трудно утверждать. Меня же там небыло. Знаю. что характерный стук слышен в ДВС с КШМ. В СПГГ, как я уже отмечал, нет жесткой обратной связи через механизм преобразования движения, поэтому нет и "звонкого" удара.

Может не дизельный,а калильный принцип

      Да, имеем и калильное зажигание. Оно занимает промежуточное положение между искровым и воспламенением от сжатия. Когда степень сжатия доходит до 50 трудно объяснять способ воспламенения только калильным зажиганием. Дизельный принцип присутствует.
     Свечи для таких установок нужны с контактами из специальных материалов. Обычные свечи долго не проживут. Здесь Вы правы.

 

[georgii-2]

...Знаю. что характерный стук слышен в ДВС с КШМ. В СПГГ, как я уже отмечал, нет жесткой обратной связи через механизм преобразования движения, поэтому нет и "звонкого" удара.

Ей богу, ударной волне до Фенимора Купера есть у препятствия сзади жёсткая связь или нет. Звякает всё во что она ударит с соответствующим звуком. Всё равно что и молотком или с капсюлем под молотком. Звук точно идёт с головки.
То ли в шестидесятых, то ли в семидесятых одному известному изобретателю предложили уменьшить вес мотора ЗИД (дачного). Убедившись, что толку особого с этого не будет, он предложил свой, уже проверенный, вариант с воспламенением от сжатия, раза в два меньше и дешевле.
Конец истории стандартный, но то, что в его двигателе проблема детонации отсутствовала запомнилось. Всё было изложено в ИР, номер, увы, не помню.
Главное, что при небольших объёмах возможность появления детонации снижается, вот что запомнил с той статьи.

 

[JohnDoe]

В СПГГ заложены очень большие резервы форсирования.

Это несомненно, но я имелввиду другое:
Известно что в двухтактниках, скажем так, "истинный" рабочий ход меньше(и "истинная" степень расширения), чем  четырёх тактниках при прочих равных (объём, диаметр цилиндра и пр.) потому как в 2-тактном выпускные клапана/окна открываются на 2/3 хода поршня против 3/4 у 4-тактных. Во многом из-за этого мощность условно одинаковых 2-тактника и 4-тактника различается не 2 раза, как теоритически должна бы. Необходимость более раннего открытия выпусных клапанов/окон в 2-тактнике связанна с больими проблемами очистки цилиндра, тут поршень не помогает выталкивать газы на выпуске (хотя, на самом деле помогает, в случае с наличием подпоршневого компрессора, т.к. это фактически двигатель двойного действия 😉). Но В СПГГ куча воздуха, которым продувается цилиндр! Может имеет смысл рассмотреть вариант с более поздним открытием выпуск в 2-тактном СПГГ? Это может привести и к увеличению расхода воздуха через двигатель/турбину - а это выше мощность(ибо мощность турбин определяется, чуть ли не исключительно, именно расходом воздуха).
ИМХУ.

 

[Владимир Александрович]

Звякает всё во что она ударит с соответствующим звуком. Всё равно что и молотком или с капсюлем под молотком.

Может авторы болгарского СПГГ этого не знали, но в отчете ясно было написано - проявлений детонации при работе установки на всех исследованных режимах не наблюдалось. Если бы были слышны ударные звуки, они об этом обязательно бы написали. Их просто небыло.

Главное, что при небольших объёмах возможность появления детонации снижается, вот что запомнил с той статьи. 

Это правда, с уменьшением абсолютных размеров КС детонация начинается с более высоких значений степени сжатия. У гоночных мотоциклетных 4-х тактных моторов с диаметром цилиндра 44мм на нагрузочных режимах (т.е. с полным открытием дросселя) безопасная степень сжатия достигает 15, но там большую роль играет и высокая частота холостого хода, т.к. газораспределительная система двигателя оптимизирована под высокие обороты максимального режима.
     Как видите масштабный фактор в вальных ДВС тоже имеет свои границы. СПГГ их игнорирует.

 

[Владимир Александрович]

В СПГГ куча воздуха, которым продувается цилиндр! Может имеет смысл рассмотреть вариант с более поздним открытием выпуск в 2-тактном СПГГ? Это может привести и к увеличению расхода воздуха через двигатель/турбину 

     Вячеслав, более позднее открытие выпускных окон в 2-х тактном СПГГ означает уменьшение их время-сечения, что снижает пропускную способность цилиндра по продувке. Это первое.
     Второе. На самом деле высоту продувочных и выпускных окон в СПГГ находят с учетом пределов регулирования его режимов работы. Не забываем, что в СПГГ переменный ход поршней. И с уменьшением режима происходит уменьшение рабочего хода поршней (в зависимости от схемы, с разной интенсивностью) и сдвиг его границ к центру установки. При этом поршни рабочего цилиндра все больше и больше перекрывают впускные и выпускные окна. В какой-то момент окна остаются настолько перекрыты в НМТ, что процесс выпуска и продувки рабочего цилиндра нарушается и СПГГ останавливается. Чтобы оттянуть этот момент, высоту выпускных окон в СПГГ назначают с размером до 40% от полного хода поршневой группы. Предпринимаются меры и к регулировочного характеристик, задающих такую коррекцию работ полостей, чтобы она замедляла процесс уменьшения хода. В СПГГ GS-34 с этой целью стабилизатор степени сжатия уменьшал среднее давления в буферной полости. В СПГГ 1МП120 скорее всего регулируется начальное давление в буфере высокого давления. В их информации нигде этот момент не оговаривается, но регулирование обязательно должно иметь место, иначе агрегат получится фактически однорежимным или с малым диапазоном режимов. Для авиационной установки последний результат вообще неприемлем.
      Именно из-за сложностей регулирования СПГГ в свое время не смогли пробить себе широкую дорогу на транспорте. Сейчас для этого имеются все технические возможности.

 

[georgii-2]

Как видите масштабный фактор в вальных ДВС тоже имеет свои границы. СПГГ их игнорирует. 

Увы, это и вся информация, не за что зацепиться.

 

[JohnDoe]

Вячеслав, более позднее открытие выпускных окон в 2-х тактном СПГГ означает уменьшение их время-сечения, что снижает пропускную способность цилиндра по продувке.

Но при этом давление продувочного воздуха будет выше. "Это первое". 😉

Не забываем, что в СПГГ переменный ход поршней. И с уменьшением режима происходит уменьшение рабочего хода поршней (в зависимости от схемы с разной интенсивностью) и сдвиг его границ к центру установки.

Безусловно, но можно ведь использовать и другой механизм газораспределения: золотниковый, гильзовый, шторковый, те же клапана с приводом от синхронизатора присобачив к нему изменение фаз. Это сложнее/тяжелее/дороже окон, но ведь возможно? Системы сии уже отработаны на вальниках, может выигрышь перевесит минусы? Опять же для многосекционных/"многоцилиндровых" СПГГ можно применить многократно педалируемый мною способ пропуска циклов. В СПГГ его реализация может оказаться проще - тут минимум вращающихся частей = меньше будут вибрации(из-за которых пока всё у вальников стоит) и полностью отсутсвует проблемма неравномерности крутящего момента.

 

[Владимир Александрович]

Но при этом давление продувочного воздуха будет выше.

      На каком основании? При расчете работы полостей должны быть сбалансированы. Большее давление означает большую работу сжатия. Значит должна подрасти и работа рабочего цилиндра. Компрессорной полости больше негде взять добавочную энергию. Общий баланс должен соблюдаться и поддерживаться системой управления. Здесь нет вращательного движения вала с маховиком, сглаживающим все факторы+ и факторы-.

можно ведь использовать и другой механизм газораспределения:

Конечно можно. Например, впускные клапаны в поршнях и выпускные электромагнитные или механические в центре. Варианты "задача-решение" есть. Их много в СПГГ, еще нашим внукам хватит.  Мне наиболее интересно авиационное направление развития СПГГ. С этих позиций я в основном и оцениваю совершенство тех или иных предложений. Для тепловоза или корабля будут несколько иные критерии.