Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[KV1237542]

Скопировал в ексель - RAR

 

[Андрей Миллер]

Создавайте ДВС сверхвысокой степени сжатия (40-50) и на выхлопе глушитель будет не нужен, 

Мечты мечты, где Ваша сладость! ;D
Владимир Александрович, всем уже сказали, что это - деза!

 

[Владимир Александрович]

Скопировал в ексель - RAR

     Посмотрел. Есть вопросы. Для начала сформулируйте цели и Ваши ожидания от принятых решений. Насколько я понял, Вам нужен компрессор для подачи сжатого воздуха потребителям.
Почему выбрали неуравновешенную схему?
Петлевая продувка рабочего цилиндра в таком виде не работает.
Когда поршень уйдет вправо, продувочный воздух пойдет напрямую к выхлопным окнам.

 

[Владимир Александрович]

Владимир Александрович, всем уже сказали, что это - деза! 

   Что зависимость падения давления и температуры выхлопа от увеличения степени сжатия цилиндра уже отменили?

 

[KV1237542]

Посмотрел. Есть вопросы.

Уже спасибо. Извиняюсь за схему, не помню всех обозначений

Для начала сформулируйте цели и Ваши ожидания от принятых решений. Насколько я понял, Вам нужен компрессор для подачи сжатого воздуха потребителям.

Адиабатный компрессор Е=3 P=4.65 атм, температура на выходе не более 150-180 С для последующего адиабатного расширения в пневмодвигателях. 
Хотелось создать максимально простой легкий ДВС, с высокой частотой циклов, без смазки без охлаждения без зажигания без глушителя, с максимально простой системой питания, возможностью быстрого многократного пуска-стопа (нравиться идея Хирон) без больших потерь, пусть где в ущерб КПД
Основная идея - пропускать через двигатель мах воздуха как в ГТД, избегать экстремальных температур и давлений, тогда сам корпус двигателя - тонкостенная труба
Поэтому полость компрессора и ДВС в одной трубе но полость компрессора длиннее. Впрыск топлива с коэффициентом избытка не меньше 6 наверное, желательно чтобы детонировало при Е=12...16 но можно и больше, конечно на горячую-холодную по-разному...

Петлевая продувка рабочего цилиндра в таком виде не работает. Когда поршень уйдет вправо, продувочный воздух пойдет напрямую к выхлопным окнам.

просто на схеме не показывал, конечно необходим наклон каналов и/или какие-то дефлекторы на впуске, но за счет лишней длины цилиндра можно кроме продувки за счет выхлопа еще всосать через впускной клапан еще доп воздух, перемешать с ОГ и затем выпустить через выпускной клапан лишнее, это еще снизит температуру полости ДВС, длин/диаметр выпускного тракта то же не расчитывал пока, по этому поводу читал: "Кондрашов 2-х такт карб ДВС М 1990"

Почему выбрали неуравновешенную схему?

Исключительно для простоты, но хотелось бы еще повысить чатоту до 6000 цикл (у меня пока где-то 3000) и снизить массу поршня ещё но врядли получиться при этой схеме
Ну не знаю: по-вашему если поршень - 0,38 кг а  все остальное вместе 3,5-4кг?

Сброшу кое-что по поводу бессмазочного уплотнения
Если поставить 4 графитовых комплекта по 4 сегмента то все вместе будет работать отчасти как лабиринтное уплотнение ввиду неизбежных зазоров между сегментми и нагрузка от давления будет распределена более равномерно.

 

[KV1237542]

Еще

 

[KV1237542]

Еще

 

[Андрей Миллер]

зависимость падения давления и температуры выхлопа от увеличения степени сжатия цилиндра уже отменили?

Не отменили, падение Т ОГ при росте СС - вещь известная, но не до такой же степени! Глушитель все равно нужен...

 

[Владимир Александрович]

Уходят праздники, возвращаются будни и с ними текущие дела.

KV1237542 (как зовут не знаю), Ваш материал прочитал, с некоторыми идеями Вадима Георгиевича Некрасова  знаком.
Я бы не стал возлагать сразу больших надежд на графитовые уплотнительные кольца в том виде, в котором они описаны в статье. Предпосылки к их применению для организации скоростных уплотнений сухого трения, согласен есть, но этот вопрос нельзя решить только на уровне констатации положительных свойств графитосодержащих материалов.  Тут требуется проведение достаточно большого объем исследований в опытных установках на хорошей экспериментальной базе, что естественно не под силу одному даже хорошему специалисту. Можно сразу сказать, что подпружиненные графитовые полукольца не годятся как компрессионные. Сама пружина в кольцевом ручье поршня создаст мертвый объем соизмеримый с объемом камеры сгорания. Поэтому принцип упругого кольца с одним замком, плотно сидящим в канавке, обязательно должен быть сохранен, а для этого надо создавать новый упругий металлографитовый композит. Сегодня стало возможным создавать новые материалы с нужными свойствами, но это уровень мощных лабораторий.   

Хотелось создать максимально простой легкий ДВС, с высокой частотой циклов, без смазки без охлаждения без зажигания без глушителя, с максимально простой системой питания, возможностью быстрого многократного пуска-стопа (нравиться идея Хирон) без больших потерь, пусть где в ущерб КПД

     Задача о самом простом часто обрастает новыми неизвестными. Казалось бы, что может  быть еще проще СПГГ с одним цилиндром, в котором в обе стороны с большой скоростью летает болванка поршня. Но почему-то нет их в эксплуатации даже в качестве автономных компрессоров.  Потому что слабой стороной всех типов ДВС со свободным поршнем является запуск и управление по режимам. А для одноцилиндрового варианта еще и обеспечение смазки и отвода тепла от поршня, который не имеет даже синхронизирующего механизма, чтобы через него организовать циркуляцию масла.
  Вращательного движения и маховика нет, поэтому для запуска и управления таким СПГГ обязательно понадобится отдельная управляющая система на базе управляющей электроники. Если автор силен в этой области, то успех придет непременно.

 

[Андрей Миллер]

обязательно понадобится отдельная управляющая система на базе управляющей электроники. Если автор силен в этой области, то успех придет непременно. 

Что то даже в странах с "силиконовой долиной" под боком, и с немерянными финансами успехов в этой области не видно... 🙁

 

[Владимир Александрович]

Что то даже в странах с "силиконовой долиной" под боком, и с немерянными финансами успехов в этой области не видно... 

        Там похоже не ставили себе такую задачу. С позиций теории автоматики она решаема и математический аппарат используемый при этом не относится к категории очень сложных. Практически в электронной технике реализованы задачи управления в сотни и даже в тысячи раз более сложные. Не занимались этой темой вот и все.
       В данном случае я хотел сказать, что если автор владеет технологиями электронных систем управления, даже теми, которые используются в контролерах ДВС, то он может уверенно браться за дело.

 

[KV1237542]

Владимир Александрович, спасибо за достаточно подробный ответ, зовут меня Валерий.
С вашего разрешения будет время задам еще 2-3 вопроса

 

[KV1237542]

    Владимир Александрович
хотелось бы узнать ваше мнение
1 По самовоспламенению топлив в реальности при такой конструкции (в зависимости от Е) больше интересует бензин 76, 92 пропан-бутан и метан, при избытке воздуха 6 и впрыске сразу после закрытия окон.
2 

А для одноцилиндрового варианта еще и обеспечение смазки и отвода тепла от поршня, который не имеет даже синхронизирующего механизма, чтобы через него организовать циркуляцию масла.

по распределению температур ДВС при такой конструкции без специальных мер по охлаждению если (теоретически Едвс=12) максимальная температура цикла 937 С, конца сжатия - 483 С   Все-таки степень повышения температуры - давления всего где-то 1,6, коэффициент избытка воздуха точно не считал но явно больше 6, + через полость ДВС при такой конструкции продувается в 3 раза больше воздуха чем остается для рабочего цикла. Ведь существующие 2-х тактные карбюраторные двигатели с воздушным охлаждением пропускают через себя гораздо меньше воздуха...
Средняя температура газов в течение
цикла по грубым моим прикидкам 150С, учитывая время продувки

Предпосылки к их применению для организации скоростных уплотнений сухого трения, согласен есть

И в СПДК им самое место - сразу высокаю скорость при 1 такте, нет боковых сил и не надо еще смазывать коленвал внизу, где одним графитом не обойдешься...

Поэтому принцип упругого кольца с одним замком, плотно сидящим в канавке, обязательно должен быть сохранен

Да а в кольце делать паз и туда вклеивать? графитовые пластины или как предлагал Некрасов...

В данном случае я хотел сказать, что если автор владеет технологиями электронных систем управления, даже теми, которые используются в контролерах ДВС, то он может уверенно браться за дело.

Двигатель однорежимный запускется - остановаливается при изменении давления в ресивере на +/- 10...15%
По мере роста нагрузки ДВС работает все больше - вплоть до непрерывной работы
Пусковой ресивер - небольшой и не перепускает воздух в основное если давление в нем минимальное...
В электронике не силен - чесно, но согласен что не нужно чего-то сильно навороченного

Там похоже не ставили себе такую задачу. С позиций теории автоматики она решаема и математический аппарат используемый при этом не относится к категории очень сложных. Практически в электронной технике реализованы задачи управления в сотни и даже в тысячи раз более сложные. Не занимались этой темой вот и все.

как и с тем что многого нет в мире потому что туда не бросают деньги а не потому что не нужно или не возможно...
Еще варианты по смазке 1 - на прогар впрыск в микродозах
                                          2 - уплотнение из фторсодржащего композита + смазка впрыском дистиллированной воды/охлаждение (существующие безсмазочные компрессоры работают на скоростях 5-7м/с МАХ без специальной смазки)
                                          3 - лабиринтное уплотнение поршня а графитовые вставки обеспечивают необходимый зазор
                                           4 - совсем - экстремально - лабиринтное уплотнение + газостатический подвес поршня питание через клапан в стороне обращенной к компрессору, рестриктор - резьбовая щель (стакан в порщне) Несущая способность газостатического подшипника в данном случае в десятки раз будет превышать массу поршня (Константинеску "Газовая смазка) но вот для уплотнения эксцентриситет нужен мнньше а для подшипника - больше И ПРОБЛЕМА С ГРАДИЕНТОМ ТЕМПЕРАТУР И ЛИНЕЙНЫМ РАСШИРЕНИМ

Да есть вариант с 2 поршнями и синхронизатором есть свои + но немного другая схемя продувки
пока не рисовал

 

[Владимир Александрович]

хотелось бы узнать ваше мнение
1 По самовоспламенению топлив в реальности при такой конструкции (в зависимости от Е) больше интересует бензин 76, 92 пропан-бутан и метан, при избытке воздуха 6 и впрыске сразу после закрытия окон.

       Валерий, при таких вводных данных лучше всего использовать опыт рабочего процесса компрессионных калильных двигателей. При степени сжатия около 10 состав топлива придется формировать по этим данным:
http://www.rcdesign.ru/articles/engines/fuel
http://www.evstr.narod.ru/Page1.11/fuel.htm
http://www.evstr.narod.ru/Page1.1/fuel.htm
Для указанных Вами сортов топлива степень сжатия 12 недостаточна для устойчивого самовоспламенения. Да и в СПДК фактически при работе они будут выше, если  цилиндр не наддувается. СПДК тем и хорош, что не боится детонации, т.к. нет жесткой кинематики. И ТНВД ему не нужен. В нем нет необходимости точно воспроизводить момент воспламенения смеси. Чуть раньше, чуть позже - поршень и там, и там отзовется торможением и сменой направления движения. Поэтому здесь степень сжатия не просто задается, а обеспечивается потребной инерционной массой свободного поршня. Чем меньше размерность СПДК, тем выше должна быть относительная масса поршня, иначе ему просто не хватит инерционной энергии, чтобы достигнуть нужной Вам степени сжатия на данном режиме и воспламенить смесь. Ниже границы воспламенения СПДК просто остановится - это и будет его минимальный режим работы.

Ведь существующие 2-х тактные карбюраторные двигатели с воздушным охлаждением пропускают через себя гораздо меньше воздуха... Средняя температура газов в течение цикла по грубым моим прикидкам 150С, учитывая время продувки

      При большом коэффициенте избытка воздуха да, теплонапряженность цикла будет значительно ниже обычных ДВС, но простейшее оребрение камеры сгорания все равно потребуется. При высоких степенях сжатия, которые обоснованы выше, теплообмен интенсифицируется и тепло надо отводить, иначе перегрева не избежать. Даже в обычных поршневых компрессорах оребрение предусматривается и расчет Вам это покажет.

Да а в кольце делать паз и туда вклеивать графитовые пластины

  Этот вариант, на мой взгляд, заслуживает внимания. Его полезно развивать. Сохраняется надежная упругость кольца, графит в зоне трения и мертвое пространство такое же, как у обычных колец. Высота кольца будет повышенной - это недостаток.

Двигатель однорежимный запускется - остановаливается при изменении давления в ресивере на +/- 10...15%

    Это, безусловно, облегчает задачу.

варианты по смазке

    Вариант 2 в применении к цилиндру ДВС мне не известен. Ничего обнадеживающего не попадалось.
    Вариант 3 и 4 то же самое.
    В отсутствии бокового давления, как мне кажется, может хорошо себя показать точная и совершенно гладкая (полированная, но с редким кольцевыми бороздками)  цилиндрическая поверхность поршня, изготовленная с минимальным зазором по цилиндру из того же материала, что и гильза с учетом градиента температурных деформаций по сечениям. Поверхность обрабатывается дисульфидом молибдена.
    Хорошо бы проверить такое решение в работе.  

 

[KV1237542]

ля указанных Вами сортов топлива степень сжатия 12 недостаточна для устойчивого самовоспламенения. Да и в СПДК фактически при работе они будут выше, еслицилиндр не наддувается. СПДК тем и хорош, что не боится детонации, т.к. нет жесткой кинематики. И ТНВД ему не нужен. В нем нет необходимости точно воспроизводить момент воспламенения смеси. Чуть раньше, чуть позже - поршень и там, и там отзовется торможением и сменой направления движения. Поэтому здесь степень сжатия не просто задается, а обеспечивается потребной инерционной массой свободного поршня. Чем меньше размерность СПДК, тем выше должна быть относительная масса поршня, иначе ему просто не хватит инерционной энергии, чтобы достигнуть нужной Вам степени сжатия на данном режиме и воспламенить смесь. Ниже границы воспламенения СПДК просто остановится - это и будет его минимальный режим работы.

Полностью согласен. Е=12 прикидка для работы при прогретой до 200С???? головке цилиндра на холодную явно нужно больше...
специально топливо подбирать не практично хотелось практически знать при каких мин Е сдетонирует бензин 76,92 пропан-бутан и метан в при такой конструкции и моем "внешнем" смесеобразовании, документы которые удалось скачать по теме не коррелируют с данными по реальным бензиновым ДВС

 

[KV1237542]

При большом коэффициенте избытка воздуха да, теплонапряженность цикла будет значительно ниже обычных ДВС, но простейшее оребрение камеры сгорания все равно потребуется. При высоких степенях сжатия, которые обоснованы выше, теплообмен интенсифицируется и тепло надо отводить, иначе перегрева не избежать. Даже в обычных поршневых компрессорах оребрение предусматривается и расчет Вам это покажет.

Да, пример с компрессором убедительный, (головка должна быть алюминиевая, оребренная) можете посоветовать упрощенные методики где глянуть и/или аналоги а то я видел только данные по 2-х тактн карб ДВС (Кондрашев)

Этот вариант, на мой взгляд, заслуживает внимания. Его полезно развивать. Сохраняется надежная упругость кольца, графит в зоне трения и мертвое пространство такое же, как у обычных колец. Высота кольца будет повышенной - это недостаток. 

цилиндрическая поверхность поршня, изготовленная с минимальным зазором по цилиндру из того же материала, что и гильза с учетом градиента температурных деформаций по сечениям. Поверхность обрабатывается дисульфидом молибдена. 

Да значит либо это либо это, про вариант с дисульфитом молибдена читал как вариант для стирлинга-СПД не то Ридер не то Уокер 2 хор. книги

 

[KV1237542]

Маловато знаю про дисульфид молибдена

 

[KV1237542]

     Владимир Александрович, все-таки хотелось бы узнать Ваше мнение, при какой степени сжатия "на холодную" при объеме 500-1000см3, частота 3000-5000цикл/мин гарантировано компрессионное воспламенение
1 дизтоплива
2 А-76
3 пропан-бутан
4 метан
По имеющимся у  меня данным как-то очень неопределенно получается...

 

[Владимир Александрович]

при какой степени сжатия "на холодную" при объеме 500-1000см3, частота 3000-5000цикл/мин гарантировано компрессионное воспламенение 

Валерий, для дизтоплива при рабочем процессе без наддува требуется степень сжатия 16-17 (верхняя граница указанного Вами объема 1000см[sup]3[/sup]) и 21-23 (нижняя граница 500см[sup]3[/sup]). Пропан-бутан и метан примерно также, хотя однозначно утверждать не могу. Особенности рабочего процесса на газе глубоко не изучал. Надо поработать с первоисточниками.
Бензин А-76 обладает более высокой чем солярка температурой самовоспламенения. Поэтому указанные интервалы степеней сжатия надо поднять на одну-две единицы.
Поскольку мы говорим о свободнопоршневых тепловых машинах, где степень сжатия переменна, в том числе и в момент запуска холодного двигателя, то по существу надо говорить о мощности пускового импульса. Чем он выше, тем надежнее запуск холодного газогенератора.
На бензине нормально будет работать только наддувный СПГГ, где общая степень сжатия воздуха  достигает 30 и выше. Там эффективно сгорают все виды жидких и газообразных топлив. Лишь бы топливная аппаратура не портилась.

 

[KV1237542]

Спасибо за ответ

Валерий, для дизтоплива при рабочем процессе без наддува требуется степень сжатия 16-17 (верхняя граница указанного Вами объема 1000см3) и 21-23 (нижняя граница 500см3). Пропан-бутан и метан примерно также, хотя однозначно утверждать не могу. 

         То есть я правильно Вас понимаю: заранее впрыснутое, после закрытия окон, при степени сжатия около 2-3  распыленное дизтопливо (коэффициент избытка более 6) при объеме 500см3, частота 3000-5000 цикл/мин гарантированно воспламениться на холодном двигателе при Е=21-23 и пропан-бутан-метан примерно также?

Газ хуже воспламеняется но газовой фазе не надо испаряться и более гомогенная сместь...?

То есть все-таки надо ориентироваться на Е=30...?

Извиняюсь если назойлив, но трудно найти данные.