Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[JohnDoe]

Здесь нет вращательного движения вала с маховиком, сглаживающим все факторы+ и факторы-.

Мммм, согласен почти. "Почти" потому как выпуск начинается всё ж не в момент равновесия давлений, а раньше, ИМХУ. Если ход будет больше(выпуск позже), то, соответсвенно будет либо выше давление в компрессоре, либо кол-во воздуха должно быть больше(по балансу работ), нет? Высота/пропускная способность окон станет меньше? Ну дык можно не весь воздух гнать через цилиндр, часть ттравить в обход, например в коллектор. Сброс воздуха в коллектор, кстати, может нивелировать ухудшение продувки цилиндра за счёт эжекции(как в струйных насосах). Подобные примеры имеются(для ТКР).

Для тепловоза или корабля будут несколько иные критерии.

Для авиаприменения способ пропуска циклов подходит вполне, ИМХУ. Самое весёлое, что практически всё решается управляющей электроникой, програмно, т.е. без увеличения массы/габаритов и пр. 😉

 

[georgii-2]

Именно из-за сложностей регулирования СПГГ в свое время не смогли пробить себе широкую дорогу на транспорте. Сейчас для этого имеются все технические возможности. 

Как уже упоминал slav, про калильное, температура калильного зажигания позволит регулировать степень сжатия в больших пределах и должна облегчить запуск.

 

[JohnDoe]

Как уже упоминал slav, про калильное, температура калильного зажигания позволит регулировать степень сжатия в больших пределах и должна облегчить запуск.

В связи с отквоченным пришла в голову мысль регулировать СПГГ теплоотводом! Т.е. присобачить в головке или в компрессоре охладитель с малым временем реакции (тепловую трубу, термоэлемент и пр.). Нужно снизить мощность - включаем теплоотвод, повысить - отключаем. прмежуточные значения можно получать импульсным режимом работы(частотой переключений). До кучи к регулировке калилки. 😉 Так, "для подумать".

 

[Владимир Александрович]

Мммм, согласен почти. "Почти" потому как выпуск начинается всё ж не в момент равновесия давлений, а раньше, ИМХУ.

    Соотношения работ на элементарных участках движения поршневой группы тоже очень важно. Оно влияет на величину движущей силы, создающей определенные скорость и ускорения, характерные для каждого участка. Блок поршней, говоря математическим языком, интегрирует силы по ходу поршня и в итоге получаем определенное значение работы в каждой полости, а регулирование осуществляем за счет воздействие на величину работы в буферной полости. В двухступенчатом компрессоре можно регулировать работу первой ступени компрессора, а результаты регулировки сразу будут влиять на работу второй ступени компрессора, где есть еще функция буфера, и.е. будет меняться одновременно и работа буфера.   
      Действительно, в целях регулирования можно на переменных режимах СПГГ перепускать часть воздуха минуя рабочий цилиндр, но исследования, проведенные уже очень давно, показали, что у этого способа ограниченные возможности. Наиболее эффективно для регулирования переменных режимов использовать один из способов изменения производительности компрессора.

Для авиаприменения способ пропуска циклов подходит вполне, 

    Вячеслав, Вы имеете ввиду кратковременное удержание блоков поршней в положении НМТ?

 

[Владимир Александрович]

температура калильного зажигания позволит регулировать степень сжатия в больших пределах 

     Извини, Георгий, мне эта фраза непонятна. Как при помощи калильного зажигания можно регулировать степень сжатия, да еще в больших пределах? Это чье открытие?
   

 

[Владимир Александрович]

пришла в голову мысль регулировать СПГГ теплоотводом! 

    Зачем так сложно? Достаточно научиться в режиме реального времени точно управлять балансом работ полостей. Быстродействие управляющей электроники это позволяет. Существуют малоинерционные датчики давления и температуры. Сегодня электронная автоматика (по простому - контролер), построенная на принципе полной ответственности, обеспечит все нужные характеристики при эксплуатационных параметрах внешней среды на земле и в воздухе на всех высотах применения.
   
   

 

[georgii-2]

...Как при помощи калильного зажигания можно регулировать степень сжатия, да еще в больших пределах? Это чье открытие? 

"Керосинкам" с калильным уже, наверное, за сто перевалило.
В детстве свой СПГГ так и планировали, спиралькой запускать.
Свёл немного поршни, нагрел свечу, пустил бензин и жди когда жахнет  🙂. Реостатом убавил нагрев, воспламенение произойдёт позже, при бОльшей степени сжатия. Так тогда думалось.

 

[JohnDoe]

Вячеслав, Вы имеете ввиду кратковременное удержание блоков поршней в положении НМТ?

Ну, это скорее способ аналогичный отключению цилиндров в ДВС, а не циклов. Можно конечно и так, но я предлагал другое. Отключать не цилиндры а циклы, т.е. всё работает как обычно, но некоторые рабочие циклы пропускаются, т.е. в цилиндр не подаётся топливо/искра. Скажем из двух рабочих ходов топливо подаётся лишь в один, второй - холостой. Тогда будем иметь 50% мощности(в реальности - меньше). Нужно больше? Пропускаем 1 из 3 РХ и т.д. Таким образом можно регулировать мощность, требуется датчик положения поршня/поршней и ЭБУ с программой(при впрысковом варианте, с карбюратором много сложнее. хотя и возможно). В вальниках такое делали(украинская идея, кстати), но там всё упёрлось в неравномерность крюмомента и в вибрации(хотя есть способ сие победить, для некоторых применений хотя бы). Данная метода позволит расширить диапазон регулирования СПГГ, ведь тут как раз и происходит изменение работы компрессора, т.с. "автоматом". 😉

Существуют малоинерционные датчики давления и температуры.

Ну да, тензорные(пьезокерамика)

 

[Владимир Александрович]

        Ранее я отмечал, что очень полезно рассмотреть график, приведенный в материалах фирмы ЭКИП о СПД (СПГГ)
        На графике обозначены:
"черный треугольничек" - точка номинального режима СПГГ GS-34.
P1 , … , P4 – точки перехода с двигательного режима на генераторный. Pq[sub]1[/sub] - давление в выхлопном канале перед турбиной или объемной расширительной машиной (ОРМ).

Зависимости индикаторного КПД (n[sub]i[/sub]):
1 – дизеля с переменной степенью сжатия при pmax = 45 МПа, 2 - pmax = 25 МПа, 3 - pmax = 14 МПа,
4 – дизеля с фиксированной степенью сжатия при pmax = 14 МПа.

Зависимости адиабатного КПД (n[sub]a[/sub]) СУ, работающей в генераторном режиме (определяется как отношение работы адиабатного расширения продуктов сгорания к теплоте, внесенной с топливом):
5 – СПГГ типа ОР-95 (тепловоз ГТ-01) при pmax = 14 МПа,
6,7 и 8 - современных СПД при pmax = 14 МПа, 25 МПа и 45 МПа соответственно.

       Индикаторный КПД здесь характеризует совершенство внутреннего преобразования энергии в СПГГ, а адиабатный при совершении внешней работы.
       Раньше СПГГ рассчитывались так, чтобы КПД внутреннего преобразования было близко к КПД внешнего преобразования. Об этом свидетельствуют точка "черный треугольник", характерная для широко известного СПГГ  GS-34 и отечественного тепловозного СПГГ ОР-95.
        Сегодня стало понятно, что надо рассчитывать параметры СПГГ так, чтобы приоритет был за адиабатным КПД внешнего преобразования. Для этого при наличии турбинного привода или ОРМ надо стремится к повышению давления в выхлопном канале перед турбиной Pq[sub]1[/sub]. И делать это можно даже за счет снижения индикаторного КПД рабочего цилиндра, т.е. за счет некоторого снижения его степени сжатия. Или не снижать степень сжатия, а увеличивать максимальное давление сгорания вплоть до 450МПа, которое сегодня уже достигнуто. Тогда в широком диапазоне режимов адиабатный КПД установки буде лежать выше 50-55%.
          Такая перспектива форсирования недоступна ни одному типу поршневых двигателей. И это серьезный козырь к тому, чтобы в этом направлении шло развитие перспективных силовых установок.
         

 

[Владимир Александрович]

Отключать не цилиндры а циклы, т.е. всё работает как обычно, но некоторые рабочие циклы пропускаются, т.е. в цилиндр не подаётся топливо/искра.

    Такие номера, Вячеслав, в СПГГ не проходят. Пропуск даже одного цикла означает остановку СПГГ. Здесь ведь нет инерционных вращающихся масс, которые могут провернуть вал на несколько оборотов. Блоки поршней разгоняются и тормозятся каждый цикл. Если исчезает движущая сила, немедленно нарушается баланс и все заканчивается несколькими холостыми колебаниями с уменьшающейся амплитудой.

 

[Владимир Александрович]

Реостатом убавил нагрев, воспламенение произойдёт позже, при бОльшей степени сжатия.

   Но данный способ не является методом регулирования степени сжатия. Скорее он достоин называться методом регулирования момента воспламенения. Хотя в реальных двигателях так никто не поступает.
 

 

[JohnDoe]

Пропуск даже одного цикла означает остановку СПГГ.

Тогда СПГГ для авиаприменения не самый лучший вариант, т.к. в вальниках пропуск вспышки не приведёт к сим фатальным последствиям. А пропуск вспышки/впрыска топлива может произойти как за здрасте(и происходит). но почему-то мне слабо верится в эту жуть с СПГГ. Опять же, эти неприятности можно преодолеть, если такая возможность будет предусмотреннаещё на этапе проектирования. ИМХУ. Например:

все заканчивается несколькими холостыми колебаниями с уменьшающейся амплитудой. 

Если величина этих колебаний будет попадать в рабочий диапазон ходов, то пропуск цикла становится возможным. Если из компрессорной полости цилиндра, который намечается пропустить ограничить выпуск воздуха, то  тогда его жнергии хватит чтобы совершить полноценный такт схатия, а на такте расширения наоборот - воздух выпускать, ну и т.д.
Просто конструкция такого СПГГ должна учитывать такой режим его работы.
ИМХУ.

 

[Владимир Александрович]

Просто конструкция такого СПГГ должна учитывать такой режим его работы.

    Можно уверенно утверждать, что пропуск циклов на авиационном СПГГ никогда использоваться не будет. Методы регулирования, о которых было написано в сообщениях выше с использованием управляющей электроники полной ответственности дает очень надежные результаты.
      В данный момент актуальна задача оптимизации выбираемой схемы СПГГ, компоновки и конструкции основных узлов с тем, чтобы добиться получения минимальной массы, компактности и большого ресурса.
      Например не все знают, что одним из ограничивающих факторов в СПГГ являются автоматические всасывающие и нагнетательные клапаны. Их конструкция в большинстве случаев не позволяет поднять частоту циклов выше 3500. И это тот случай, где можно попробовать свои силы. 

 

[JohnDoe]

Например не все знают, что одним из ограничивающих факторов в СПГГ являются автоматические всасывающие и нагнетательные клапаны. Их конструкция в большинстве случаев не позволяет поднять частоту циклов выше 3500. И это тот случай, где можно попробовать свои силы.

Если вспомнить о реечном или ином синхронизаторе, то вполне можно попытаться использовать золотники или ещё что. Автоматика останется на месте, но её можно будет корректировать. Ну и электроклапана со счетов я бы нее сбрасывал, только привод им сделать не "катушка-стержень", а пьезо/электрострикционный(есть материалы, увеличивающие свою длину при приложении эл.тока в 1000 раз!) Быстродействие таких клапанов может на порядки превысить ныненшние эл.клапаны. Вопрос в способности этих материалов выдержать большие инеционные нагрузки.

 

[JohnDoe]

Можно уверенно утверждать, что пропуск циклов на авиационном СПГГ никогда использоваться не будет. 

Я бы поспорил, но не буду, т.к. нет у меня ни кульмана, ни завода, ни людей способных сие расчитать, а то бы попробовал. Чисто из интереса. 😉

 

[Владимир Александрович]

есть материалы, увеличивающие свою длину при приложении эл.тока в 1000 раз!

      Есть источник этой информации. Я про такие материалы что-то не слышал. Их бы сразу стали широко применять.

 

[georgii-2]

Но данный способ не является методом регулирования степени сжатия. Скорее он достоин называться методом регулирования момента воспламенения. Хотя в реальных двигателях так никто не поступает.

Владимир Александрович, ей-богу! Это же явно не технический аргумент  🙂 (с детства не знаю что отвечать на фразу - "Так никто не делает"  😀).
Раньше смесь зажглась - меньше СС и мощность, и наоборот.
Плюс упрощение запуска.
Само собой должна быть какая-то координация с подачей топлива, но это уже детали.

 

[JohnDoe]

Есть источник этой информации. Я про такие материалы что-то не слышал. Их бы сразу стали широко применять. 

Врезалась в память заметка и "Науки и Жизнь", можно попробовать пошерстить подшивку, но не обещаю. Заметка была маленькая и не о собственно материале, он упомянут вскользь. Но величина запомнилась(сразу подумал тогда о чём-то подобном).

 

[Владимир Александрович]

Заметка была маленькая и не о собственно материале, он упомянут вскользь. Но величина запомнилась

Скорее всего там делались всего лишь предположения на реализацию эффекта или нули были не справа, а слева.
    Но это все заявки на принудительный привод клапанов. Ценность автоматических клапанов для СПГГ в том, что они каждый цикл вместе с силой упругости пластин решают алгебраическое уравнение, решением которого является точка на рабочем ходе поршня, где клапан открывается и пропускает через себя воздух. Поэтому они и называются автоматическими - самоприспосабливающимися к режиму работы СПГГ. 
       Следовательно, задача состоит в том,чтобы отстроить автоматические клапаны от резонансных частот. Отодвинуть эти частоты за пределы максимальных рабочих режимов.

 

[JohnDoe]

Скорее всего там делались всего лишь предположения на реализацию эффекта или нули были не справа, а слева.

Возможно. Закрались подозрения, что возможно это была относительная цифра типа "удлинение выше в 1000 раз чем у...".

Следовательно, задача состоит в том,чтобы отстроить автоматические клапаны от резонансных частот. Отодвинуть эти частоты за пределы максимальных рабочих режимов. 

Вообще-то обычно делают как раз наоборот - отстраивают систему так, чтобы резонанс наступал ДО выхода ситемы на рабочие режимы. Т.е. клапан, например, должен иметь резонансную частоту НИЖЕ частоты на холостом ходу. Тогда ограничений по максимуму уже нет, либо они существенно отодвигаются.