Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[Владимир Александрович]

а как быть с этим? Куда уж меньше!

       Это хороший пример реактивного СППГ, только ставить такие двигатели на наземный транспорт крайне не рационально. И дело здесь даже не в грохоте, который он создает.
      Реактивный принцип движения имеет приемлемый КПД при крейсерских скоростях сопоставимых со скоростью истечения струи из сопла. Оптимально скорость движения должна быть равна половине скорости истечения газов. Например, скорость истечения струи 500м/с - скорость движения 250 м/с (900км/ч), 400м/с  -  скорость движения 200м/с (720км/ч), а это скорости реактивных самолетов.
       Поэтому такой двигатель больше подходит для малоразмерной крылатой ракеты большой дальности с трансзвуковой скоростью полета.

        Что касается конструкции СПГГ, изображенного на фото, она мне представляется такой:
Двухсторонний рабочий цилиндр в центре. Наружные цилиндры меньшего диаметра компрессорные и одновременно пусковые. В рабочем цилиндре выхлопные и впускные окна общие для левой и правой рабочей полости. Для запуска сжатый воздух попеременно подается в компрессорные цилиндры, а после запуска они переключаются на подкачку пускового баллона. После зарядки балона компрессорные цилиндры работают как воздушные пружины или остаются открытыми, чтобы не выделять лишнее тепло и не создавать дополнительное сопротивление.

         Неуравновешенный СПГГ, работающий на сопло, может быть сделан и по схеме приведенной ниже.   Эта схема лучше приспособлена для групповой работы, например 4-х секций. В такой группе пневматическим стабилизатором фаз легко задать такие условия движения секций, при которых вся установка будет полностью уравновешена без механического синхронизатора. Для этого достаточно попарно и ассиметрично соединить компрессорные полости между собой.
    В итоге получится уже достаточно мощный и очень экономичный реактивный двигатель прямой тяги.
     Компоновка сопла имеет варианты как в продольном, так и в поперечном направлении.
     Протяженные каналы выхлопа будут способствовать снижению пульсаций давления газового потока и на срезе сопла звук будет более ровным с характерным свистом.
   

 

[georgii-2]

Это хороший пример реактивного СППГ, только ставить такие двигатели на наземный транспорт крайне не рационально. И дело здесь даже не в грохоте, который он создает. 

Само собой нерационально. Главное, что малоразмерные, маломощные движки возможны. Причём даже чисто компрессионные как на авиамоделях. Само собой к ним напрашивается турбокомпрессор, особенно к той схеме которую я привёл в ответе #11. Плюс эл.мотор-генератор на валу турбокомпрессора. Плюс работа такого СПГГ в режиме не только газогенератора, но и компрессора для снижения температуры на турбине. Это позволит применять уже готовые турбокомпрессоры. Стоит подумать и о линейном генераторе, особенно с вариантом продолженного расширения.
А за неуравновешенные СПГГ боюсь побьют, ой побьют, особенно авиаторы  ;D.

Кстати, приведённое фото из журнала Mechanix Illustrated; February, 1969, а заметка называется "The Amazing New Lightweight Turbine Engine".
Почему турбина, чёрт его знает?

 

[Владимир Александрович]

А за неуравновешенные СПГГ боюсь побьют, ой побьют, особенно авиаторы 

     Я же описал 4-х секционный уравновешенный вариант. К тому же сам всю профессиональную жизнь связан с авиацией  ;D.

Почему турбина, чёрт его знает?

     Скорее всего переводить надо не "турбинный", а "реактивный" двигатель.
Никакой турбины там нет.

 

[ura]

добрый день всем! спешу выложить одну из работ по спгг. там в цвете иллюстрации. 🙂 однако размер - 4МБ. сейчас разберусь куда ее можно..

 

[ura]

Алексей Геннадьевич, это было бы гениально- с золотниковым газораспределением! пожалуйста, выложите мысли!

 

[ura]

вот, выложил в файловом архиве материал-комбинированная энергоустановка со свободно-движущимися поршнями
Сегодня :: 20:02:12. извините, пока не разобрался как на это ссылку сделать.

 

[ura]

и вот из реализованных СПД( по крайней мере они говорят, что реализован)

 

[Владимир Александрович]

и вот из реализованных СПД( по крайней мере они говорят, что реализован) 

     Такими примерами как раз и интересуется Алексей Геннадьевич. В этом ваши интересы полностью совпали.
      Меня в этом примере, правда, несколько смущают выдающиеся параметры по мощности при двух безнаддувных цилиндрах и скорости гидрожидкости при частоте 100 циклов в секунду. Мне кажется разрушающие кавитационные явления неизбежны. Может там какие-то технические хитрости?

      Вторую ссылку на материал с цветными илюстрациями пока не видим. Если Вы ее уже поместили куда-то на сайт в Интернете, то достаточно привести здесь адрес сайта.

 

[JohnDoe]

Вторую ссылку на материал с цветными илюстрациями пока не видим.

Это видимо вот это: http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabbB/YaBB.pl?num=1342126932

 

[JohnDoe]

Нет, Вячеслав, общий подпоршневой объем разве может выполнять функцию буфера, если он общий, а положение поршней в противофазе?

Почему нет? Один поршень, опускаясь сжимает воздух в подпоршневом пространстве, это возросшее давление выталкиевает второй поршень к ВМТ. У каждого поршня своя компрессорная часть. Поршни синхронизированны тем же реечным/рычажным механизмом или коромыслом. Получится уравновешенный двухцилиндровый СПГГ. Для небольших мощностей почему бы и не па? 😉

 

[Владимир Александрович]

Это видимо вот это: http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabbB/YaBB.pl?num=1342126932

     Да, похоже этот материал имел ввиду Юрий Александрович. Проспект этой фирмы с похожим материалом, но применительно к авиации у меня есть. Алексей Геннадьевич тоже прислал в своей подборке.
    Если у фирмы есть источники нормального финансирования, то они бесспорные кандидаты на успех. Проекты закручены очень солидно. Опытных образцов, вероятно, еще нет, иначе бы показали. Значит ищут заказы с возможностью инвестирования в заказанный продукт.
     От всей души желаю ребятам удачи.


   

 

[А.Г.К]

пожалуйста, выложите мысли!

Извините конечно, пока времени нахожу урывками, запарка. Отозвали из отпуска. Немного освобожусь и выложу. Надо всё хорошо прорисовать чтобы лишний раз не пинали.

 

[Владимир Александрович]

Почему нет? Один поршень, опускаясь сжимает воздух в подпоршневом пространстве, это возросшее давление выталкивает второй поршень к ВМТ. 

      Вячеслав, ну сам пораскинь своим государственным....  Ты полагаешь, что один поршень, двигаясь вниз, будет выталкивать соседний вверх, но так бы происходило, если воздух вел себя как несжимаемая жидкость. И называлось бы это уже не буфер, а гидротолкатель.
    Воздух сжимаем. И даже если ты зарядишь общий "буферный" объем достаточно высоким давлением, разлад в нагружении поршней будет большим, а в присутствии синхронизирующего механизма перекос нагрузки пойдет на него, причем почти такой же, как и в отсутствии общей "буферной" полости. Об этом сразу говорят величины ускорений, которые испытывают поршни в начальный момент движения от ВМТ и НМТ. 
    Кроме того буферная полость обеспечивает определенную характеристику - быстро возрастающее к НМТ давление. Чем оно выше, тем с большим ускорением начинается обратный ход поршня. Если давление будет мало изменяться по ходу, поршень очень вяло буде начинать движение в обратном направлении.  Понятно, что такое решение никто не удовлетворит.

 

[georgii-2]

Я же описал 4-х секционный
уравновешенный
вариант. К тому же сам всю профессиональную жизнь связан с авиацией 

Эт хорошо, плохо что результатов маловато. Всё та же наезженная колея. Обратите внимание,
даже ДВС Гуськова и Улибина, без бокового давления поршней, рассчитывался на небывалые обороты.
Нынешние же СПГГ, по приведённым только что ссылкам ura, увы, тоже торчат в той же колее.

Раз уж Вы связаны именно с авиацией, находимся мы на сайте экспериментальной авиации, давайте
прикинем что есть подходящего от СПГГ для хотя бы лёгкой авиации. Хотя думаю, что и авиация
потяжелее тоже в накладе от СПГГ не должна остаться.

Вопрос что лучше, один бааалшой или много маленьких (например четыре) пока отставим 🙂.

Как заставить малыш СПГГ поработать на более-менее лёгкий ероплан?
Допустим мы наладили работу движка на смешанном режиме газогенератора и компрессора для
снижения температуры перед турбиной. Дальше, в качестве турбины естественно, только реактивный винт.
Само собой небольшого диаметра, соответствующего размерам летательного аппарата. Поэтому многолопастной
и в кольце или туннеле, т.е. импеллер.
Что это даёт?
Сопла лопастей уже почти или полностью без "дна" или "торца", как удобнее, скошенные по потоку. Дном, теперь, служит туннель.
Кроме того, винт здесь уже не только реактивный, но и частично активный т.к. у сопла есть "упор"
в виде части дуги туннеля спроецированной на срез сопла. Ну и, поскольку, винт теперь как бы "надувной",
это должно облегчить его конструкцию (предположение).
Импеллером же создаётся обдув для охлаждения и конечно не грех будет от него же организовать
воздухозабор для двигателя.

Такой вариант интересен кому нибудь?

P.S.
Обратите внимание, возможен и обратный вариант - "надувной" туннель с соплами "дующими" на концы лопастей  🙂.

 

[Владимир Александрович]

давайте прикинем что есть подходящего от СПГГ для хотя бы лёгкой авиации. Хотя думаю, что и авиация потяжелее тоже в накладе от СПГГ не должна остаться.

      Давайте прикинем.

Вопрос что лучше, один бааалшой или много маленьких (например четыре) пока отставим

      Тут и обсуждать особо нечего. Модулей СПГГ должно быть настолько много, насколько позволяет скомпоновать на себе летательный аппарат. С уменьшением абсолютных размеров СПГГ его удельная масса существенно снижается.

Как заставить малыш СПГГ поработать на более-менее лёгкий ероплан?

       К модулям СПГГ прибавится блок турбины или блок расширительной машины с приводом на воздушный винт.
Если сведения о свободно-поршневых мотогидронасосах окажутся достоверными, то этот вариант с приводом на гидромотор может оказаться не хуже первых двух.

Допустим мы наладили работу движка на смешанном режиме газогенератора и компрессора для
снижения температуры перед турбиной. 

      Любой СПГГ работает в смешанном режиме. Как и в обычном двухтактнике, значительная часть сжатого в компрессорных полостях воздуха продувая цилиндр уходит в выхлопной коллектор, где затем смешивается с выпускными газами, понижая их температуру. Как раз после этого их температура и снижается примерно до 500[sup]0[/sup].

Дальше, в качестве турбины естественно, только реактивный винт. 

    Для маршевого винта ни в коем случае. Реактивный (не турбинный) привод требует вдвое большей мощности на получение одного и того же значения тяги. Коэффициент полезного действия у него при преобразовании энергии 0,40-0,45.
   Реактивный винт годится только для легкого индивидуального (ранцевого) вертолета, где это свойство практически полностью компенсируется снижением потребной массы конструкции и запаса топлива на полет.

Кроме того, винт здесь уже не только реактивный, но и частично активный т.к. у сопла есть "упор" 

     Это не так. Сопло реализует принцип реактивного движения в классическом виде. При этом внутренние стенки испытывают нагрузку от сил давления во всех направлениях. Общая формула тяги сопла учитывает не только скорость истечения струи, но и давление на срезе сопла при неполном расширении газа.

Ну и, поскольку, винт теперь как бы "надувной", это должно облегчить его конструкцию (предположение).

  Если Вы имеете ввиду центробежное поджатие потока в канале, то прибавка почти полностью съедается потерей давления потоке от сопротивления трения газа о стенки канала.

конечно не грех будет от него же организовать воздухозабор для двигателя

     Мало того, что воздух с периферии лопастей винта не пойдет к центру (не даст центробежная сила), но  свободного сечения в лопасти просто не окажется, если по нему идет подача газа к концевому соплу.

Такой вариант интересен кому нибудь? 

    Получается, описанный Вами вариант с реактивным винтом применительно к самолету никак не проходит.
     При применении СПГГ в самолете или полноразмерном вертолете теплосодержание его газового пока, иначе говоря газовая мощность, должны срабатываться на турбине (если расходы газа достаточно большие), или в расширительной машине (если расходы маленькие). Далее передача мощности на обычный воздушный винт с согласованием оборотов в редукторе. Объемная расширительная машина лучше тем, что может передавать мощность на винт напрямую без редуктора. Такой проект 6-ти цилиндровой звездообразной расширительной машины, спроектированной в МАИ, я видел на ветке, посвященной созданию паровых самолетов.






    
   

 

[Владимир Александрович]

Надо всё хорошо прорисовать.... 

   Мы подождем, Алексей Геннадьевич. Жизненные интересы прежде всего. Надеюсь ничего страшного на работе не случилось?

 

[ura]

Если сведения о свободно-поршневых мотогидронасосах окажутся достоверными, то этот вариант с приводом на гидромотор может оказаться не хуже первых двух.

добрый день всем! достоверно могу сказать, что на нынешний момент существуют гидромоторы, изготовленные даже не из облегченных материалов, а из стали и бронзы, имеющие диаметр 150 мм и вес 8.5 кг, при мощности 30 кВт и 3000 об\мин. и их еще можно значительно облегчить- просто никто не задавался целью.

 

[georgii-2]

Тут и обсуждать особо нечего. Модулей СПГГ должно быть настолько много, насколько позволяет скомпоновать на себе летательный аппарат. С уменьшением абсолютных размеров СПГГ его удельная масса существенно снижается.

Согласен, более того вполне возможно, что для малых мощностей будет иметь смысл перейти к размерностям двигателей авиамоделей, тех самых, японских, что имеют обороты за 15 тыс.

К модулям СПГГ прибавится блок турбины или блок расширительной машины с приводом на воздушный винт.
Если сведения о свободно-поршневых мотогидронасосах окажутся достоверными, то этот вариант с приводом на гидромотор может оказаться не хуже первых двух.

Редуктор к турбине наверняка съест бОльшую часть экономии  массы. С гидравликой на больших частотах появится проблема гидроударов и кавитации.

Любой СПГГ работает в смешанном режиме. Как и в обычном двухтактнике, значительная часть сжатого в компрессорных полостях воздуха продувая цилиндр уходит в выхлопной коллектор, где затем смешивается с выпускными газами, понижая их температуру. Как раз после этого их температура и снижается примерно до 5000.

Речь идет о таком режиме и устройстве СПГГ, где гораздо бОльшая мощность тратится на компрессорную работу и соответственное снижение температуры выхлопа.

Для маршевого винта ни в коем случае. Реактивный (не турбинный) привод требует вдвое большей мощности на получение одного и того же значения тяги. Коэффициент полезного действия у него при преобразовании энергии 0,40-0,45...

Это не так. Сопло реализует принцип реактивного движения в классическом виде. При этом внутренние стенки испытывают нагрузку от сил давления во всех направлениях. Общая формула тяги сопла учитывает не только скорость истечения струи, но и давление на срезе сопла при неполном расширении газа. 

Господь с Вами, любое препятствие перед соплом увеличивает силу реакции. В данном случае перед соплом находится часть дуги туннеля. Это уже практически турбина.

Мало того, что воздух с периферии лопастей винта не пойдет к центру (не даст центробежная сила), носвободного сечения в лопасти просто не окажется, если по нему идет подача газа к концевому соплу.

Возможно Вы не поняли, речь идёт об использовании части потока воздуха от винта, как для охлаждения, так и для наддува.

Получается, описанный Вами вариант с реактивным винтом применительно к самолету никак не проходит. 

Пока, увы, всё же колея...

Объемная расширительная машина лучше тем, что может передавать мощность на винт напрямую без редуктора.

Ходьба по кругу (СПГГ и расширительная машина), обычный ДВС делает то же самое.

 

[JohnDoe]

Вячеслав, ну сам пораскинь своим [highlight]государственным[/highlight].... 

;D С остальным согласен(предлагать заполнить подпоршневой объём маслом не буду 😉)

Давайте прикинем.

Я вот тоже, решил немного "посалфеточить" 🙂 К примеру, раб.объём цилиндра б/п "Урал" - 110 кубов. Берём схему из поста #38, только спаренную(для уравновешенности), с расчётом, что оная будет использоваться в компрессорном варианте, т.е. газы и сжатый воздух пойдут в силовую/свободную турбину. Известно, что КАМАЗовский ТКР-7(ГТД на его основе) способен дать примерно 6-8 кВт на номинальном режиме, за вычетом мощности потраченной "на себя", а это примерно 50% от ПОЛНОЙ мощности (т.е. можно получить на валу турбины около 20 кВт!), известно также, что массовый расход воздуха при этом у него - 0,2 кг./сек. За один условный "оборот"(цикл от ВМТ до ВМТ) нашего СПГГ через него пройдёт 110*4=440 см3 воздуха, или 0,00044 м3. Учитывая, что СПГГ работает в "компресорном" варианте, можно увеличить сию цифру минимум вдвое= 0,00088 м3. Плотность воздуха 1,2 кг/м3, т.е. массовый расход СПГГ за "оборот"/цикл = 0,001056 кг. Поделив 0,2 кг/сек на полученную цифру получим кол-во "оборотов"/циклов в сек. Получим около 200 об/сек. или 12000 об/мин. что вдвое превышает штатные 6500 "Урала". 🙁 Следовательно, либо требуется увеличить вдвое кол-во секций - до 4-х(как В.И. и предлагал ранее 😉) либо вдвое уменьшить среднюю скорость поршней, т.е. взять за основу более короткоходную ЦПГ! Этот момент наиболее интересен. Т.е. СПГГ нужно делать как можно более короткоходным с точки зрения мех.потерь и форсировки по оборотам! Но это же может привести к росту потерь в стенки рабочих цилиндров. Но это же приведёт к лучшему охлаждению сжимаемого газа= снижение отрицательной работы, и т.д. Кто что думает?

 

[georgii-2]

...Получим около 200 об/сек. или 12000 об/мин. что вдвое превышает штатные 6500 "Урала". Печаль 

А что Вы так боитесь повышенных "оборотов"? В этом и есть главное преимущество СПГГ, именно за счёт этого и происходит улучшение удельных характеристик. Другое дело, что окна надо будет делать по другому, в соответствии с новыми условиями.
Ну и как "вытащить" эти 20 квт с турбины, вот вопрос?
Генератором куда ни шло, а вот редуктором - геморрой, особенно для наших самодельщиков.
Есть, правда волновые редукторы, но в гаражных условиях это не поднять.