Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[Владимир Александрович]

     

По СПДГ Хирон открыть с переводом в Гугле по адресу:  http://www.innas.com/Chiron.html
Там по названиям разделов справа можно посмотреть более подробно, в том числе и применение на автомобиле.
Привожу в машинном переводе с небольшой правкой только две позиции с рисунками.

К первому изображению:
Свободнопоршневой двигатель Хирон представляет собой интегрированное сочетание двигателя внутреннего сгорания и гидравлического насоса. В его основе прямое соединение двигателя внутреннего сгорания и гидравлического поршня. Поршень не подключен к механизму преобразования движения, но может свободно перемещаться в пределах ограничений цилиндров. В этом случае энергия процесса сгорания непосредственно преобразуется в гидравлическую энергию. По сравнению с обычным ДВС, сочетание насоса и двигателя внутреннего сгорания уменьшает количество деталей примерно на 40%.

Ко второму изображению:
Цикл начинается с положения поршня в нижней мертвой точке: крайняя вправо. Электронное управление открывает клапан регулировки частоты. Это увеличивает давление в пусковом цилиндре, перемещая поршень-плунжер влево. Одновременно, воздух сжимается в камере сгорания цилиндра и гидрожидкость засасывается в гидроцилиндр.
Когда поршень-плунжер подходит в верхней мертвой точке впрыскивается и воспламеняется топливо. Расширяющиеся газы заставляют двигаться поршень в направлении нижней мертвой точки. Гидрожидкость нагнетается из полости высокого давления.
Сгоревшие газы заменяются на свежий воздух в процессе продувки цилиндра. В нижней мертвой точке свободный поршень будет ждать, пока электронное управление даст новый стартовый сигнал на клапан управления частотой.

 

[KV1237542]

Ввел в заблуждение: хирон - журнал приводная техника
№ 3 - 2002 год
По - моему хороший образец: уменьшить размеры, увеличить частоту, облегчить конструкцию...

 

[Владимир Александрович]

   

По - моему хороший образец: уменьшить размеры, увеличить частоту, облегчить конструкцию... 

     Действительно, оригинальная силовая установка. Задействована управляющая электроника. Двигатель может совершать рабочие циклы с задержками и остановками, если энергии гидроаккумулятора еще хватает. Паровозный пусковой момент на колесах, которые при тормозном замедлении вращения отдают энергию рекуперации в гидроаккумулятор вплоть до полной остановки. Такого уровня рекуперации не добьешься в мотор-генераторах.
     Для лучшей уравновешенности надо бы все-таки два независимо работающих цилиндра с воздушным синхронизатором фаз. Неуравновешенность меньше и домой доехать можно на половинке, если откажет вторая.
     На мой взгляд такая система очень подходит для городского автомобиля, где в обилии режимы разгона и торможения. Вопрос только - будет ли возможно обеспечить достаточное охлаждение гидрожидкости?
     Авторы привели схему ходовой части с агрегатами. Смотри ниже.
   
     Пояснения к картинке (Перевод машинный с поправками)
     Hydrid является гидравлической гибридной трансмиссией для автотранспортных средств. В этой новой концепции полная механическая коробка передач в автомобиле заменена полной гидростатической трансмиссией, что позволяет иметь рекуперацию энергии и эффективную работы системы.
     Концепция требует очень эффективных гидростатических насосов, электродвигателей и трансформаторов, которые были разработаны только в последнее время.
     Моделирование, проведенное  немецким институтом жидкости, систем питания и управления (МФСА) в университете Аахена доказало, что средний расход топлива составляет 3,1 литра на 100 км (или 77 MPG) и возможен для средних (1450 кг) легковых автомобилей.

 

[EX-62]

Молоты дизельные сваебойные,тоже свободно-поршневые ... 🙁

Р.S. Я тоже делаю СПГГ-роторный,но авиационный🙂
Владимир Александрович,если озвучит параметры газа ваших СПГГ,буду благодарен.
Узнал только: Р-4ат.и t-500-800 С*

 

[Владимир Александрович]

Я тоже делаю СПГГ-роторный,но авиационный

Поясните, пожалуйста, эту взаимоисключающую комбинацию

Владимир Александрович,если озвучит параметры газа ваших СПГГ,буду благодарен.

       Приведу пример параметров СПГГ из серии "Циклон", предназначенного для индивидуального ранцевого вертолета:
Максимальная газовая мощность     38,4 кВт
Максимальное число циклов            6000 ц/мин
Объем рабочего цилиндра               268 куб. см
Удельный расход топлива                0,27 кг/кВт.ч
Среднее эффективное давление       1,43 МПа
Массовая подача газа в систему       0,17 кг/с
Температура подаваемого газа         670 К
Давление подаваемого газа              0,4 МПа
Эффективный КПД  СПГГ                  0,43
Сухая масса СПГГ                             10,48 кг

 

[slav]

\\\\      Приведу пример параметров СПГГ из серии "Циклон", предназначенного для индивидуального ранцевого вертолета:
Максимальная газовая мощность     38,4 кВт
Максимальное число циклов            6000 ц/мин
Объем рабочего цилиндра               268 куб. см
Удельный расход топлива                0,27 кг/кВт.ч
Среднее эффективное давление       1,43 МПа
Массовая подача газа в систему       0,17 кг/с
Температура подаваемого газа         670 К
Давление подаваемого газа              0,4 МПа
Эффективный КПД  СПГГ                  0,43
Сухая масса СПГГ                             10,48 кг

Так с такими данными десантник в полной экипировке как шмель носиться будет ?!    🙂

 

[JohnDoe]

Поясните, пожалуйста, эту взаимоисключающую комбинацию

Посмотрите в двигательном разделе ветку "Делаю биротативный"

Приведу пример параметров СПГГ из серии "Циклон", предназначенного для индивидуального ранцевого вертолета:
Максимальная газовая мощность     38,4 кВт
Максимальное число циклов            6000 ц/мин
Объем рабочего цилиндра               268 куб. см
Удельный расход топлива                0,27 кг/кВт.ч
Среднее эффективное давление       1,43 МПа
Массовая подача газа в систему       0,17 кг/с
Температура подаваемого газа         670 К
Давление подаваемого газа              0,4 МПа
Эффективный КПД  СПГГ                  0,43
Сухая масса СПГГ                             10,48 кг

Параметры выходного газа предполагают сверхкритический режим(если газ непосредсвенно срабатывается на сопле). Это неэффективно, ИМХУ, да и массовый расход мал, тяга будет килограмм 8 максимум. Лучше использовать его для привода  турбокомпрессора для "холодного" РП, правда и его турбину придётся городить минимум 2-ступенчатой, в силу тех же выходных параметров. Может лучше снизить давление на выходе вдвое и увеличить массовый расход? Это будет лучше, ИМХУ.

 

[EX-62]

Владимир Александрович,спосибо!
Да,есть разные газогенераторы,я сам именувал свой двигател так,потому что есть газовыя выходна мощност и свободно вращаются поршен (треуголны).Если подклучит компресор к двигателю,можна форсируется до 80кв.(если не разлитется,так считали ребята).Можно сказат ,только которые зделал,весь-6.5кг,другое на бумаги. Я не двигателисть! Этот для ранцегова вертолета.

 

[Владимир Александрович]

Так с такими данными десантник в полной экипировке как шмель носиться будет?! 

      Примерно так, но не совсем. Я уже отмечал как-то, что реактивный привод несущего винта требует мощность примерно в два раза больше, чем для механического привода. Это связано с тем, что общий КПД системы с учетом потерь в каналах составляет 0,4-0,45, а у механического привода 0,78-0,84. Поэтому из 38,4 кВт мощности СПГГ на полезную работу несущего винта останется 38,4х0,425= 16,3кВт (22л.с.), т.е. запас мощности небольшой и будут ограничения по массе десантника.
       Несмотря на это ранцевый реактивно-компрессорный вертолет эффективен за счет высокого эффективного КПД (0,43) СПГГ.  Общий КПД всего аппарата будет 0,43х0,425=0,183. Это выше чем у индивидуального вертолета с механическим приводом и двухтактным двигателем. У него общий КПД 0,15-0,17  и масса аппарата выше, что также повышает километровый расход.
       Добавьте сюда наличие редуктора, муфт, трансмиссии, хвостового винта, хвостовой балки и станет понятно почему игра стоит свеч.

 

[Владимир Александрович]

Параметры выходного газа предполагают сверхкритический режим(если газ непосредсвенно срабатывается на сопле). Это неэффективно, ИМХУ, да и массовый расход мал, тяга будет килограмм 8 максимум.

     Ничего не теряется. Сопло может быть дозвуковым или с косым срезом. Первое рассчитывается на максимальный расход  при скорости звука. Оставшееся не сработанным давление, умноженное на площадь сопла, создает дополнительную силу, которая прибавляется к импульсу тяги. Сопло с косым срезом позволяет получить свехзвуковую скорость истечения. Тяга на рабочих окружных скоростях концов лопастей для данного примера 90-100 Н.
      Если давление подаваемого газа снизить, потребуется увеличить его расход. Каналы в лопасти не могут пропускать большие расходы.   

 

[Владимир Александрович]

...я сам именовал свой двигатель так, потому что есть газовая выходная мощность и свободно вращающийся поршень (треуголный).

    Теперь мне все понятно. Эту картинку и другие к ней я видел в Интернете.
     Я должен сказать, что сразу бросилась в глаза непропорциональность размера ротора и компрессорных колес, в которые встроен ротор. Они разной мощности. Кроме того, чтобы получить давление воздуха на выходе 0,35-0,40 МПа, обороты крыльчатки надо обеспечить 30000-35000об/мин и даже более. Значит между ней и треугольным ротором надо ставить мультипликатор. С его появлением на пилота от установки будет действовать очень приличный реактивный момент (любое преобразование оборотов, как и в рычаге, требует точки опоры). 

 

[KV1237542]

Владимир Александрович, хотелось бы узнать ваше мнение по поводу следующей концепции:

1 Применение: СПДК - адиабатное сжатие воздуха до 4-10 атм -  ресивер(силикон + кевлар? + функции энергопоглощения при аварии) - адиабатное расширение в нескольких плоских пневмодвигателях типа (Ди Пиетро?) по размаху крыла (самолет) / механическая мышца (махолет) типа Matis (силикон + кевлар?) но не Фесто! + СПД -утилизатор оставшегося давления, чтобы не сбрасывать в атмосферу если расширение было не полным(на такое давление и температуру может быть легким и компактным) давление в ресивере квазипостоянное подерживается периодическим пуском-стопом СПДК от датчика давления

2 Конструкция СПДК: неуравновешенный, масса поршня около 0,1кг, скорость мах - 20-25м/с, максимальная степень сжатия не более 16, без смазки (кольца из силицированного графита, есть же компрессоры и насосы без смазки), без охлаждения (коэффициент избытка воздуха 5-7), без глушителя (температура выхлопных газов до 200С и давление ниже критического), впрыск топлива где-то в середине хода поршня за счет давления в цилиндре, пусть детонирует само по типу НСCI в СПД - этому способу сгорания самое место!

Сам СПДК - сравнительно тонкостенная труба из нержавеющей стали: слева (примем поршень D=H=1) полость ДВС, длина=1
далее окна, длина = 0,5, продувка скорее петлевая, далее полость компрессора длина =3(зависит от давления в ресивере), все в 1 диаметре трубы с 1 поршнем

3. Работа: вспышка - ход до окон (на обоих окнах по обратному клапану, они же дефлекторы продувочной струи, температура газов позволяет, выхлоп разгоняется по выпускному тракту, и набрав скорость по инерции подсасывает часть продувочного воздуха, далее поршень движется вниз и подсасывает продувочный воздух в
(и охлаждает цилиндр) из впускного окна, пока поршень сжимает воздух в компрессорной части.
Компрессор сжимает воздух до нужной степени сжатия и проталкивает часть в ресивер через обратный клапан, оставшаяся часть толкает поршень обратно но может быть отделена обратным капаном как в Хироне (клапан работает как окно/либо как обратный клапан. Оставшаяся часть воздуха стравливается через дроссель для оставновки поршня (точно у стенки остановить не удасться). Т.о сначала воздух нагнетается в "мертвое пространство", отделенное управляемым обратным клапаном, и затем далее в ресивер через обычный клапан. Для запуска двигателя достаточно проверить давление и покачать плость мертвого пространства автомобильным насосом (если степень сжатия компрессора=3)
При обратном ходе лишний воздух стравливается через выпускной тракт (охлаждая заодно его и клапаны) до закрытия окон, затем начинается сжатие.
Литровая мощность конечно невелика, но и конструкция может быть очень легкой при частоте 3000-6000 цикл/мин.

Прошу не пинать сильно... Написано сумбурно, схему быстро приложить быстро не могу, писать к сожалению могу только на работе, урывками, + еще не освоился с форумом. Но! За каждой бредовой мыслью есть кое-какая литература, ссылки, расчеты, и, в общем ничего кардинально нового нет лишь компиляция некоторых чужих идей.

 

[JohnDoe]

В.А., есть идея, как обчно "контурная" - сделать регулировку мощности гильзовым рапределением. Т.е. подвизная гильза, с "дырками" клапанов в кмпресорнгоц части. Дальше всй как обычно - управление мощностью временм/периодом открытия клапанов/окон. Частота должнв снизиться в 2 раза(для дух-тактнмка). Игорь из Беларуси на Вас выходил?

 

[Владимир Александрович]

хотелось бы узнать ваше мнение по поводу следующей концепции:

1. Применение СПДК: По первой позиции сложно сказать свое мнение, потому-что представлено как на пальцах. К тому же я не сторонник махолетов - считаю их тупиковым направлением даже для поднятия массы одного человека. Природа сама поставила границу машущему полету. От быстрого роста инерционных нагрузок на машущие узлы и детали с ростом массы никуда не деться. Это надо четко себе представлять.

2. Конструкция СПДК: Кольца из силицированного графита Вы можете попробовать применить в компрессорной полости, но в рабочем цилиндре это не получится, тем более при степени сжатия в нем 16.
СПДК не боится детонации, т.к. поршни находятся в свободном движении и не связаны с кинематикой инерционного вращательного движения. Момент воспламенения означает резкое замедление и прекращение движения поршня в прямом направлении и переход к движению в обратном. Я уже приводил в пример болгарский малоразмерный неуравновешенный СПДК, у которого при испытаниях степень сжатия в безнаддувном рабочем цилиндре достигала 50, при этом никаких внешних проявлений детонации не наблюдалось.

3. Работа: Двухтактный двигатель может работать без продувочного насоса за счет инерции уходящих выхлопных газов (как в ПуВРД). Такие исследования проводились до 1940года Орлиным и практически доказали такую возможность. Для этого требуется выполнить определенные конструктивные мероприятия.
Использовать же для охлаждения продувочный воздух нежелательно. Этим вы существенно повысите  температуру перед началом сжатия и потеряете заметную часть мощности.
Описанный процесс сжатия с обратными клапанами частично повторяет обычный процесс сжатия в компрессоре. Только обратные клапаны называются в нем нагнетательными. Расширение воздуха из мертвого объема компрессора - это частичный возврат работы цикла, затраченной на сжатие и терять ее нельзя. В Хироне торможение поршня на обратном ходе гидравлическое. Проблем с возможным ударом там нет. В неуравновешенной схеме ударов и вовсе нет. Противоположные рабочие полости цилиндров не дают поршням достигнуть свода крышек при любых режимах.

А вообще желательно сопровождать свои важные или принципиальные мысли эскизами. Тогда легче достигнуть взаимопонимания.

 

[Владимир Александрович]

....делать регулировку мощности гильзовым распределением. Т.е. подвижная гильза, с "дырками" клапанов в компрессорной части.

       Это в СПГГ было реализовано для регулирования производительности компрессорных полостей. Только гильзы не двигались, а было несколько концентрических наборов отверстий по ходу поршня. Чем меньше нужна была производительность компрессора для данного режима, тем больше рядов отверстий приоткрывались и изменяли момент начала сжатия в компрессоре.

Игорь из Беларуси на Вас выходил? 

     Да, выходил по скайпу два раза. Довольно долго общались. Я ответил на все вопросы, которые его интересовали. 

 

[KV1237542]

Спасибо!

Из вашего ответа понял что не все понятно изложил

Вообще хотелось пойти таким путем: пропускать через двигатель максимальное количество воздуха при большом избытке и убрать высокие температуры и желательно давления, а значит максимально упростить двигатель...

Попробую выложить эскиз и кое-какие ссылки ит.д.

Насчет охлаждения и продувки: просто объем продувочного воздуха больше объема рабочей полости раза в 3, а охлаждение? ну постольку-поскольку...,
коэффицпент избытка воздуха если 5-7 все-таки средняя температура цикла должна быть небольшой? и степень повышения давления тоже?

Есть компрессоры без смазки, однако там скорости пониже, но давление больше (фторсодержащие композиции)

А графито-свинец или что-то похожее на щетки коллектора должно выдержать 20-30м/с... или считаете разрушиться из-за хрупкости? Можно скомбинировать с чем-то...

"Расширение воздуха из мертвого объема компрессора - это частичный возврат работы цикла, затраченной на сжатие и терять ее нельзя." Все-таки я не удачно выразился... При остановке объем мертвого простанства остается за обратным клапаном и при пуске клапан открывается... При работе клапан вообще все время открыт и не мешает.
Дросселируется только та часть которая не прошла через клапан, чтобы точно остановить поршень при остановке двигателя у стенки перед клапаном за которым осталось т.н. "Мертвое пространство"

А что думаете по поводу давления на выпуске ниже критического и отказа от глушителя ?

Попробую потихоньку выложить эскиз и кое-какие ссылки ит.д.

 

[Владимир Александрович]

А что думаете по поводу давления на выпуске ниже критического и отказа от глушителя ?

          Создавайте ДВС сверхвысокой степени сжатия (40-50) и на выхлопе глушитель будет не нужен, если газ дальше не используется как рабочее тело. Если же газ после выхлопа используется как рабочее тело с определенной энергией, то пульсации сглаживаются в газоводе и в ресивере. Специальное профилирование каналов имеют эффективность сходную с глушителем.

 

[KV1237542]

Доброго времени суток. Выкладываю схему СПДК. Автокад 2006 Расчеты делались ориентировочные. Хотелось достичь максимальной простоты (без охлаждения, смазки, с простым пуском). Условно принята степень сжатия Е=12 для двигателя.
Мощность компрессора 10 КВт Для компрессора необходимая Е = 3 (не знаю что сдетонирует гарантированно А-76, 92 ?).

Отдельно готов обсудить/изложить
Пока оформлял схему уже появились другие мысли...

 

[KV1237542]

Отдельно готов обсудить/изложить

схему питания и варианты смазки поршня

 

[Владимир Александрович]

Выкладываю схему СПДК. Автокад 2006 

   Нет возможности смотреть файл. Лучше перевести его в картинку одного из типов файлов, доступных для просмотра, разместив прямо в поле сообщений. Тогда и поговорим.