Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[Владимир Александрович]

То есть я правильно Вас понимаю: заранее впрыснутое, после закрытия окон, при степени сжатия около 2-3распыленное 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?

       Да, правильно. Только в расчет надо принимать значение понятий "холодный двигатель" и "окружающая температура внешней среды". Если под "холодным двигателем" понимать полностью остывший после последней работы газогенератор,то температура окружающей среды будет оказывать сильное влияние на надежность запуска. До определенной величины отрицательных температур надежный запуск останется возможным. Ниже потребуется предварительный подогрев узлов агрегата и его топливной системы.  Вне зависимости от степени сжатия цилиндра будет загустевать и замерзать солярка в подающих магистралях и в баке. Частично проблему решит зимняя солярка.  На дальнем севере зимой один раз заведенный дизель вообще не выключают и все его тепло полезно используется. Я к тому, что надо учитывать рубеж, который Вы сами ставите своему детищу.

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

       Совершенно верно.А для этого в СПДК, чем ниже окружающая температура, тем мощнее должен быть импульс запуска. Это единственный способ управления конечным давлением в камере сгорания рабочего цилиндра.

Извиняюсь если назойлив, но трудно найти данные.

Валерий, мы здесь, чтобы общаться с пользой для каждого ищущего и целеустремленного в своих моторных делах человека. Тут многие помогают друг другу и своими находками редкой и точной информации обогащают наш опыт. Это становится естественным состоянием души.

 

[KV1237542]

   Спасибо за поддержку! Видимо придется принять степень сжатия более 30 - усилить поршень и отказаться от неуравновешенной схемы она в моем случае для легкого СПДК требует очень легкого поршня (расчитывал - все на пределе по весу) и перейти к схеме с реечным? синхронизатором и 2-х ступенчатым поршнем: + сокращение хода поршня в 3 раза, + более свободное проектирование поршней, возможность навески какого-никакого электрогенератора?, возврат поршней в крайние положение легкой пружиной (работают же в клапанах...) Продувка получается своеобразная - нарисую схему.
   Питание - лучше тогда скорее газ - беззолен, не замерзает, и хорошо смешивается с воздухом.
    Если не тайна как решена проблема смазки и синхронизации в Вашем СПД? Навешивается ли какое то электрооборудование?

 

[Владимир Александрович]

Видимо придется принять степень сжатия более 30 - усилить поршень и отказаться от неуравновешенной схемы она в моем случае для легкого СПДК требует очень легкого поршня (расчитывал - все на пределе по весу) 

       Валерий, если цель - малоразмерный свободно-поршневой дизель компрессор, то оптимальным вариантом по простоте и надежности будет неуравновешенная схема со ступенчатым поршнем. Не нужно будет специально утяжелять блок поршней, не нужен синхронизирующий механизм. Существенно упрощается вся конструкция. Компрессорная ступень двухсторонняя в одном цилиндре. Запуск через компрессорные полости большого диаметра. Соответственно начальное давление пускового воздуха меньше пропорционально отношению площадей компрессорного поршня и поршня рабочего цилиндра.

возврат поршней в крайние положение легкой пружиной (работают же в клапанах...)

   Такое решение не применялось. Оно не работоспособно для СПДК.

Продувка получается своеобразная - нарисую схему. 

   Дождемся рисунка.

Питание - лучше тогда скорее газ - беззолен, не замерзает, и хорошо смешивается с воздухом.

    Ничего не имею против.

Если не тайна как решена проблема смазки и синхронизации в Вашем СПД? Навешивается ли какое то электрооборудование? 

    Я занимаюсь авиационным направлением использования СПГГ. В частности созданием источника газовой мощности для реактивного привода несущего винта ранцевого индивидуального вертолета. Здесь СПГГ очень выгодны. В моей последней разработке используются две неуравновешенные секции, работающие раздельно на общий газовый канал. Пневматический синхронизатор фаз их работы сводит вибрации к минимуму. Смазка колец через внутреннюю полость двухстороннего ступенчатого поршня. Электрооборудования на СПГГ никакого нет. Небольшой маломощный генератор предусматривается на валу несущего винта.




      

 

[KV1237542]

Валерий, если цель - малоразмерный свободно-поршневой дизель компрессор, то оптимальным вариантом по простоте и надежности будет неуравновешенная схема со ступенчатым поршнем

Согласен, но вибрации? думал делать 2 секции с легкими поршнями Е=12-16 и наращивать количество при необходимости, но раз Е=30 и более то поршни тяжелеют

Я занимаюсь авиационным направлением использования СПГГ.

Мне тоже нужен легкий СПДК я пришел к нему 3-4 года назад как к единственно возможному варианту для малоразмерного складного ранцевого ЛА.

Не нужно будет специально утяжелять блок поршней, не нужен синхронизирующий механизм

     В чем принципиальная разница (по энергетическому балансу на мои 10КВТ поршни довольно легкие получаются): нужно снижать скорость для нормальной работы синхронизатора по сравнению с неуравновешенной схемой при той же длине хода 1-го поршня?; 50-100гц и ход 100мм не потянет? коленвалы ДВС работают и на более высокой частоте...
хотя сам синхронизатор может быть довольно легким)

Пневматический синхронизатор фаз их работы сводит вибрации к минимуму.

Что-то видел в книге "Кошкин..." по-моему...Можно ли глянуть Ваш

возврат поршней в крайние положение легкой пружиной (работают же в клапанах...) 

?

Такое решение не применялось. Оно не работоспособно для СПДК.

Если в моей схеме после закрытия клапана К5.1. и открытия дросселя К8 на поршень не действуют никакие силы кроме веса и он довольно легкий, ну навскидку 0,7кг то почему бы слабенькой, малонагруженной, легкой  пружине, которая находиться вне рабочих полостей, усилие которой практически мало по сравнению с газовыми силами при работе СПДК не подтянуть за 1-2 сек поршень в ВМТ, преодолевая сопротивление дросселя К8, ход пружины около 100мм

Возможно вопросы не совсем компетентны и решения дикие но я самоучка в данной области. 🙂

Мне кажется что в-общем концепция: увеличение коэфф избытка воздуха - отказ от смазки - отказ от специального охлаждения - отказ от глушителя - облегчение корпуса СПДК имеет перспективу.
Как следствие - нельзя применить обычную продувку - большие потери...

 

[KV1237542]

Если пневмосинхронизатор в моем случае подходит и он легче механики то это возможно вариант

 

[KV1237542]

Нашел схему синхронизатора в Кошкин...  Прикрепляю схему уравновешенного СПДК (половина)

 

[KV1237542]

Смазка колец через внутреннюю полость двухстороннего ступенчатого поршня

На прогар?

 

[Владимир Александрович]

Согласен, но вибрации? 

    Можно же поставить две секции на одной оси несущей рамы и развести фазы пневматическим синхронизатором. Произойдет компенсация вибрации с разбросом точности работы синхронизатора.

Мне тоже нужен легкий СПДК я пришел к нему 3-4 года назад как к единственно возможному варианту для малоразмерного складного ранцевого ЛА.

      Это становится интересно. Данный факт мне пришлось доказывать в своей научной работе.

В чем принципиальная разница (по энергетическому балансу на мои 10КВТ поршни довольно легкие получаются):

      Валерий, Вам многое станет понятнее, если глубже поработаете с теорией СПГГ у того же В. К. Кошкина. В кривошипном двигателе КВ ведет поршни через шатуны энергией маховика, когда в цилиндре нет положительной работы. В СПГГ и СПДК нет маховика с его энергией вращательного движения и механизма ее передачи. Вернуть поршень в ВМТ в симметричном свободно-поршневом двигателе помогает энергия, запасенная в буферном объеме - отдельной полости или совмещенной с полостью компрессора. Однако, когда поршень движется к ВМТ элементарная работа сжатия в цилиндре растет с каждым см хода, а в буферном объеме падает. Где-то на середине хода поршня сумарные силы с двух сторон ступенчатого поршня выравниваются и двигаться дальше к ВМТ блок поршня может только за счет инерции. Это условие и определяет минимально возможную цикличность СПДК и СПГГ.
    В больших агрегатах проблемы нет. Там поршни настолько тяжелы, что их инерции хватает держать минимальные 900-1000 циклов в минуту. В маленьких агрегатах, за счет масштабного фактора, поршни относительно легкие и чтобы агрегат заработал, надо дать импульс запуска, эквивалентный 4000-5000 тысячам циклов в минуту.
Здесь на ветке где-то в районе 10 страницы один из участников дал ссылку на материал диссертациии Герасимова Б.П. "Анализ и синтез свободнопоршневых механизмов энергоустановок летательных аппаратов". Самара 2001. Там много материала как раз по Вашей размерности. Почитайте.   




 

 

[Владимир Александрович]

Прикрепляю схему уравновешенного СПДК (половина) 

      Я посмотрел, но не нашел буферного объема. Что возвращает поршни к ВМТ?
    Металлические пружины для возвращения поршней в НМТ - я против. Разводить перед запуском до фиксаторов можно даже вручную через рейки синхронизирующего механизма
   

 

[Владимир Александрович]

На прогар? 

   Да, на прогар. Циркуляционную систему смазки там, где все внутренние полости рабочие, организовать очень трудно, хотя и возможно. Теряется важное качество СПГГ и СПДК - относительная простота.

 

[KV1237542]

Валерий, Вам многое станет понятнее, если глубже поработаете с теорией СПГГ у того же В. К. Кошкина

Да стоит пересмотреть...
   Но я име в виду: еси синхроизатор егкий при равных прочих есть и какие-то принципиаьные ограничения у уравновешенного механически СПД по сравнению с 2 поовинками и пневмосинхронизатором...в р-не 4000-6000 циков

В СПГГ и СПДК нет маховика с его энергией вращательного движения и механизма ее передачи. Вернуть поршень в ВМТ в симметричном свободно-поршневом двигателе помогает энергия, запасенная в буферном объеме - отдельной полости или совмещенной с полостью компрессора. Однако, когда поршень движется к ВМТ элементарная работа сжатия в цилиндре растет с каждым см хода, а в буферном объеме падает. Где-то на середине хода поршня сумарные силы с двух сторон ступенчатого поршня выравниваются и двигаться дальше к ВМТ блок поршня может только за счет инерции. Это условие и определяет минимально возможную цикличность СПДК и СПГГ.

Да я таким оразом и расчитыва параметры. В 1 схеме за счет оьшой дины хода есть возможность сдеать очень егкий поршень даже чересчур... трудно такой сдеать хотя ыо ы здорово

Металлические пружины для возвращения поршней в НМТ - я против

Все-же оективно еси выожу расчет...?Мне нужно егкое простое многократное вкючение-ыкючение

 Я посмотрел, но не нашел буферного объема. Что возвращает поршни к ВМТ?

Да тот же принцип что в 1 схеме.("мертвое пространство. отдеенное капанами 2 раз не рисова) тоько а анс там достигается за счет увеичения хода в компрессоре а во 2 схеме ступенька увеичивает оем при том же ходе

Да, на прогар. Циркуляционную систему смазки там, где все внутренние полости рабочие, организовать очень трудно, хотя и возможно. Теряется важное качество СПГГ и СПДК - относительная простота.

Возможно еси взять какой-ниудь супер Ф увис и прыскать на прогар дистиированную воду то до 20 м\с поучиться тоже...

Здесь на ветке где-то в районе 10 страницы один из участников дал ссылку на материал диссертациии Герасимова Б.П. "Анализ и синтез свободнопоршневых механизмов энергоустановок летательных аппаратов". Самара 2001. Там много материала как раз по Вашей размерности. Почитайте.   

Скача надо посмотреть вниматеьнее еще раз...
Спасио. Кавиатура дома уитая 🙁

 

[Владимир Александрович]

Клавиатуру поменять бы, а то некоторые слова на догадках.

по сравнению с 2 поовинками и пневмосинхронизатором...в р-не 4000-6000 циков

    Валерий, пневмосинхронизатор и пневматический синхронизатор фаз, это разные устройства. Пневматический синхронизатор фаз (работает как челночный клапан, сравнивающий давление по своим торцам) постоянно сравнивает конечное давление в противоположных компрессорных полостях и выравнивает его перепуском, если возникает разница конечных давлений. Частота циклов двух секций СПГГ при этом сближаются и вибрация минимизируется.
       В уравновешенном  СПГГ, СПДК реечный механизм синхронизации хорошо работает с любой практической частотой, хоть до 8000, но буферная полость таких частот в малоразмерном агрегате не обеспечивает - малы начальные ускорения. В высокоцикличном СПГГ/СПДК вместо буфера надо ставить отдельные торцевые рабочие цилиндры сгорания. Тогда агрегат и цикличность обеспечит и уравновешен будет полностью.

Мне нужно егкое простое многократное вкючение-ыкючение

  Самой простой будет неуравновешенная схема. Там и вибрацию можно полезно использовать. Например для работы впрыскового топливного насоса, насоса для охлаждающей жидкости и масляных насосов. И приводов отдельных к ним делать не надо.


 

 

[KV1237542]

Владимир Александрович, не могли бы пояснить подробнее:

В уравновешенномСПГГ, СПДК реечный механизм синхронизации хорошо работает с любой практической частотой, хоть до 8000, но буферная полость таких частот в малоразмерном агрегате не обеспечивает - малы начальные ускорения. В высокоцикличном СПГГ/СПДК вместо буфера надо ставить отдельные торцевые рабочие цилиндры сгорания. Тогда агрегат и цикличность обеспечит и уравновешен будет полностью. 

Какие пределы по частоте-массе, и  если буфер с более высоким давлением?
Я рисовал 2 диаграммы, накладывал, считал баланс энергии...Что-то не совсем понимаю: Я так понимаю - вся энергия не ушедшая из буфера на начальное сжатие воздуха в ДВС уходит в кинетическую энергию поршня и дальше - (поршень легче - скорость больше...квадратично) но энергия то остается - уменьшиться частота но ее должно хватить на сжатие если буфер завапас столько сколько нужно, естественно без учета трения
Какая принципиальная разница между буфером и вторым ДВС?

Вы выкладывали здесь... с 141 графический метод определения числа циклов...можно последующие листы?

У себя нашел кучу ошибок, похоже Вы правы возможно скорее нужен ступенчатый поршень

У Вас масло содержиться в поршне и выдавливается за счет сил инерции?

Интересно Ваше мнение по вопросу: какая политропа реально будет и давление при пуске Е=30 частоте 5000-6000 цикл/мин, нужно ли делать небольшую сферу(камеру сгорания) для уменьшения теплоотдачи в поршне-головке
и насколько снизиться на горячую степень сжатия...

Какие пределы соотношений масс поршней и корпуса СПД видите Вы, с синхронизатором фаз и без, и особенно применительно к ранцевому ЛА и в диапазоне 4000-6000цикл/мин

 

[Владимир Александрович]

Владимир Александрович, не могли бы пояснить подробнее:

Какие пределы по частоте-массе, и если буфер с более высоким давлением?

Валерий, чтобы буфер поддерживал высокую частоту циклов нужно повышать степень сжатия в нем. Чем больше степень сжатия в буфере, тем больше максимально возможная частота циклов СПГГ/СПДК. Но в пределе степень сжатия в конце концов начнет приближаться к степени сжатия в рабочем цилиндре, где сгорает топливо. Вот и получается, что самая высокая цикличность в таком СПГГ/СПДК, в котором  внешние торцевые буферные полости заменены на дополнительные рабочие цилиндры сгорания. На виде сбоку такой агрегат смотрится как две совмещенные неуравновешенные секции, объединенные синхронизирующим механизмом. По такой схеме строила некоторые свои агрегаты фирма Зульцер.

В книге В.К.Кошкина 1963 года издания на стр.181 есть графики Фиг.101 поясняющие работу буферных полостей при разных степенях сжатия в них.
Пределы по массе и частоте зависят от конкретной схемы и конструкции. Надо считать.

А схема авиационного СПГГ на стр.5 (сообщение 143) здесь  http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1341849766/120
вас не привлекает?

 

[Владимир Александрович]

Какая принципиальная разница между буфером и вторым ДВС? 

Принципиальная разница в величине пика давления в ВМТ. В буфере пик давления в ВМТ в 2, 2-3 раза выше давления перед началом сжатия в нем, а двигательная полость со сгоранием топлива имеет моторную степень сжатия+пик давления сгорания. Соответственно начальное ускорение обратного движения очень высоко и соответствует ускорениям в вальных кривошипных двигателях. И здесь даже очень легкий поршень наберет достаточно кинетической энергии, чтобы перевести ее в потенциальную энергию сжатия к ВМТ в центре СПГГ/СПДК.

 

[Владимир Александрович]

Вы выкладывали здесь... с 141 графический метод определения числа циклов...можно последующие листы? 

Стр.142-145

 

[Владимир Александрович]

Стр.146-149

 

[Владимир Александрович]

Стр.150-153

 

[Владимир Александрович]

У Вас масло содержиться в поршне и выдавливается за счет сил инерции?

    Да, конечно.

Интересно Ваше мнение по вопросу: какая политропа реально будет и давление при пуске Е=30 частоте 5000-6000 цикл/мин, нужно ли делать небольшую сферу(камеру сгорания) для уменьшения теплоотдачи в поршне-головке и насколько снизиться на горячую степень сжатия... 

    Сколько вопросов сразу....
Параметры политропы сходны с политропой дизельного цикла с высоким наддувом.
Давление при пуске зависит от того, в какую полость Вы его подаете. Причем пусковая порция должна попадать в полость сразу, а не по тонкой трубочке. Тогда пусковое давление может остаться в пределах 7-10 атмосфер.
Сферу в КС делать не нужно. Она не оказывает ощутимого влияния на процесс в СПГГ. Такие оценки проводились Асеевым для двигателей с ПДП. Да и масштаб двигателя у Вас мал. Перед первым запуском возможно даже нагревать цилиндр придется.

Какие пределы соотношений масс поршней и корпуса СПД видите Вы, с синхронизатором фаз и без, и особенно применительно к ранцевому ЛА и в диапазоне 4000-6000цикл/мин 

Уравновешенная схема мощностью 45кВт в металле у меня вышла около 11,2 кг. Каждый ступенчатый поршень примерно 1кг с небольшим перевесом.
Вариант из двух неуравновешенных секций, который у меня в эскизах сейчас - не изготавливался. По расчету масса одной секции 4,6 кг. Две секции - 9,2 кг. Масса двухстороннего ступенчатого поршня 0,62 кг.
Первый вариант проектировался на 6000ц/мин максимальной частоты. Второй должен выйти на 7500 ц/мин. И мощность общая побольше - 54 кВт.   Но это только расчетные данные, к сожалению.
Еще не известно, как на таких частотах будут работать пластинчатые клапаны. Тоже вот проблема.
Как ни крути, а без серьезной экспериментальной и производственной базы можно только повторять хорошо отработанные изделия с небольшими усовершенствованиями.
Все по настоящему новое - это затраты, затраты и затраты. 


 

 

[KV1237542]

ОГРОМНОЕ СПАСИБО. ПЕРЕСМОТРЮ ВНИМАТЕЛЬНО ОТПИШУСЬ ПОДРОБНЕЕ