Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[Владимир Александрович]

Владимир Александрович сказал, что это вредно. Я с этим мнение не совсем согласен. Он ссылается на нарушение баланса по поршням.

     Геннадий, вы неправильно поняли мысль. Речь не идет о сокращении рабочего хода с ростом потерянного хода. В рабочем цилиндре идет полноценное сжатие и полноценное расширение. Большая доля потеряного хода помогает в СПГГ расширить диапазон режимов работы. Можно даже не считать время-сечение окон. Задал 40% и общую ширину окон примерно с половину периметра сечения цилиндра и все режимы свыше 30% будут обеспечены.

Поскольку наддув горячего около 2,

  Начальный надув в рабочем цилиндре СПГГ для соотношения площадей компрессорного и рабочего поршней равного 6 будет 4,2-4,6 атм. При этом наступит баланс работ между полостями. Для начального давления в рабочем цилиндре 2 атм потребное отношение названых площадей будет около 13. При этом новом значении наступит новый баланс работ по полостям.

Продукты сгорания топлива (газ) дают еще кое-что и получается 2 к 3. Итого 4 + 6 нормальных объемов горячего цилиндра газа. 

   Прикидка неверна в принципе по изложенным выше соображениям.

Для того, чтобы не перекачивать лишнюю энергию, можно укоротить РХ путем более раннего открытия выпускных клапанов. Очевидно, что при этом выхлоп получается более горячим, но зато разбавляющий воздух будет более холодным. 

       Это заблуждение. Понятие раннего открытия выхлопных клапанов или ранний выхлоп предполагает, что ход сжатия больше хода расширения. Если обе хода равны - степень сжатия равна степени расширения и никакого раннего выхлопа нет. Если бы даже он был, то это немедленно уменьшило бы работу рабочего цилиндра. За этим событием сразу уменьшилась бы производительность компрессорных полостей и давление наддува. Для восстановления равновесия топливная автоматика должна увеличить подачу топлива и температура отходящих в турбину газов возрастет. Повысится и удельный расход топлива. Общий КПД установки снизится, т.к. та же самая мощность будет достигаться сжиганием большего количества топлива.
    


 

 

[МаГент]

Посмотрим рисунок - что-то обязательно должно проясниться.

ОК

я уже имею мнение и отрицательно отношусь СПРЛДГГ

Это очень хорошо. Будет легче замечать проблемы, которые я склонен возможно преуменьшать. Кроме того я не буду обращаться к вам с просьбами по РЛД. Все вопросы будут про режим СПГГ. А получится это в РЛД или нет, это будет моей заботой.

Полагаю что ТКР-7

Спасибо.

Начальный надув в рабочем цилиндре СПГГ для соотношения площадей компрессорного и рабочего поршней равного 6 будет 4,2-4,6 атм. При этом наступит баланс работ между полостями.

Понятно. Значит мои исходные предпосылки были не верны.

Это заблуждение.  Если бы даже он был, то это немедленно уменьшило бы работу рабочего цилиндра. За этим событием сразу уменьшилась бы производительность компрессорных полостей и давление наддува. Для восстановления равновесия топливная автоматика должна увеличить подачу топлива и температура отходящих в турбину газов возрастет.Повысится и удельный расход топлива. Общий КПД установки снизится, т.к. та же самая мощность будет достигаться сжиганием большего количества топлива. 

Замечательно. Именно для уменьшения механической работы я и говорю о раннем выхлопе. Ведь в нашем (рлд) компрессорном цилиндре намного меньше воздуха, чем в СПГГ. Поэтому его и сжать легче. Зато больше энергии остается в выхлопе. она и поступает в ресивер напрямую. Тогда сделаем перерасчет. В спгг за 1 ход генерируется 6+4+4 цилиндров нормального газа. всего 14. Из них 4 наддувных, то есть уже из ресивера. значит новых всего осталось 10 Из них 4 топливных. Соотношение 4 к 6 = 2 к 3
В безнаддувном РЛд за 1 такт генерируется 3 цилиндра газа. В те же 3.3 раза меньше.  Но соотношение топлива к воздуху 1 к 2. Конечно это грубовато, но принцип ясен. И наш расчет показал, что на 3 порции газа лСПГГ расходует 2 порции топлива, а РЛД 1,5. Ваше утверждение не подтверждается.

 

[Владимир Александрович]

А получится это в РЛД или нет, это будет моей заботой. 

       Геннадий, Вы проявляете способности дипломата.

Именно для уменьшения механической работы я и говорю о раннем выхлопе. 

     Опять ранний выхлоп??? Нет его в цилиндрах с окнами. Я же объяснил почему - прямой и обратный ход одинаковы.

В спгг за 1 ход генерируется 6+4+4 цилиндров нормального газа. всего 14. Из них 4 наддувных, то есть уже из ресивера. значит новых всего осталось 10 Из них 4 топливных. Соотношение 4 к 6 = 2 к 3

     Совершенно ошибочные рассуждения. Если уж не хотите считать изменение плотности при изменении давления и температуры, прикидывайте объем всех компрессорных полостей в м[sup]3[/sup], умножайте его на плотность воздуха при стандартных атмосферных условиях (1,225 кг/м[sup]3[/sup]), умножайте  на коэффициент наполнения компрессорных полостей (например, 0,90), умножайте на объемный КПД компрессорных полостей (можно принять 0,85) и умножайте на число циклов  в секунду (не в минуту). Тогда получите расход воздуха (газа) через установку в кг/с. Добавкой секундной массы расхода топлива можно пренебречь.


 

 

[МаГент]

Нет его в цилиндрах с окнами. Я же объяснил почему - прямой и обратный ход одинаковы.

О раннем выхлопе я говорю с самого начала применительно к РЛД. А дипломатия - это следствие опыта работы в разнородных коллективах. Но ничего плохого в этом не вижу. Даже дипломатично я говорю правду.

Если уж не хотите считать изменение плотности при изменении давления и температуры, прикидывайте объем всех компрессорных полостей в м3, умножайте его на плотность воздуха ...

В данном случае я привожу сравнительные расчеты. Они конечно упрощены, но степень и характер упрощения одинаковы для обоих случаев. Поэтому я считаю, что их результатам можно доверять. По крайней мере качественно.

 

[МаГент]

Вот типа эскиз 8 поршневого РЛДк с 1м горячим цилиндром и с 2мя холодными (компрессорными). Как и обещал сделано от руки... 😉
Поэтому же принципу можно увеличивать количество (соотношение) поршней до любого.

 

[KV1237542]

Можно даже не считать время-сечение окон. Задал 40% и общую ширину окон примерно с половину периметра сечения цилиндра и все режимы свыше 30% будут обеспечены. 

  Вот спасибо за реплику, а то я прикидывал-просчитывал но решил меньше 40% от хода на всякий... не считать, для частоты 100гц, значит достаточно?
Наверное, в любом случае, даже для нерегулируемого СПД, делать меньше 30% не стоит (для высоких частот)
  Владимир Александрович, а в ваших конструкциях сколько?, если не секрет

 

[Владимир Александрович]

Вот типа эскиз 8 поршневого РЛДк с 1м горячим цилиндром и с 2мя холодными (компрессорными). 

        Но где Ваш комментарий по возможности компоновки рабочих и компрессорных полостей в одной секции? Именно об этом варианте я говорил, что такая компоновка не получается.
      Данный рисунок переделан из рисунка с поста №890. Там шесть поршней здесь 8. Я так понял - секции Вы называете цилиндрами и горячие цилиндры компонуете с нужным количеством холодных. Хотите, чтобы это работало как свободно-поршневая машина, но тогда только для достижения баланса полостей между собой Вам нужно один горячий цилиндр (секцию) механически через "качели" соединить с 6 холодными цилиндрами. Теперь представьте все это нагромождение в металле и поймете, что это с технической точки зрения просто неприемлемо.  Линейный СПГГ в разы проще, компактнее и надежнее.
    "Бубликовая" (или торообразная) компоновка свободно-поршневой машины перспектив не имеет. В ней нет рациональности по многим  позициям.
 

 

[Владимир Александрович]

Вот спасибо за реплику, а то я прикидывал-просчитывал но решил меньше 40% от хода на всякий... не считать, для частоты 100гц, значит достаточно?

      Да, для частоты 100ГЦ достаточно при общей ширине окон в половину периметра сечения цилиндра.

Владимир Александрович, а в ваших конструкциях сколько?

    По расчету время-сечения получалось 36-38% для частоты 100Гц.

 

 

[МаГент]

чтобы это работало как свободно-поршневая машина, но тогда только для достижения баланса полостей между собой Вам нужно один горячий цилиндр (секцию) механически через "качели" соединить с 6 холодными цилиндрами. Теперь представьте все это

Хорошо, по крайней мере мы с Вами согласны в том, что в одной машине РЛД МОЖНО совместить 6 площадей холодных поршней и 1 горячий если будет необходимо. Теперь давайте вспомним, что в лСПГГ рабочий поршень наддут до 4-5. Это соотношение и заставляет увеличивать компрессорный поршень в 6 раз к рабочему. С одной стороны это повышает массовую эффективность машины (и то с большим вопросом, т.к. наддув берется из ресивера), с другой увеличивает требования к прочности материалов. Из предыдущих выкладок становится видно, что если применять безнаддувный рабочий цилиндр, то соотношение размеров горячего к холодному становится 1/1. Для получения той же производительности нужно увеличить объем рабочего цилиндра в 3 раза, и уменьшить холодный в 2 раза. таким образом общий объем машины не изменяется. В итоге мы можем получить спРЛДгг равный по производительности СПГГ и по габаритам и массе близкий к нему, работающий в 4тактном режиме с 2мя РХ за 1 период качания лопастей (т.е. РХ в обе стороны хода поршня). Это на мой взгляд достаточный аргумент для более внимательного отношения к нему.

 

[Владимир Александрович]

Из предыдущих выкладок становится видно, что если применять безнаддувный рабочий цилиндр, то соотношение размеров горячего к холодному становится 1/1. 

    Такой вывод принципиально не верен. Вы же стремитесь сделать свободно-поршневой вариант, а в нем должно выполняться условие по балансу работ между рабочими полостями. Уменьшая соотношение площадей до 1/1, вы тем самым гарантировано его нарушаете. Даже в безнаддувном отечественном СПДК 1ДК при диаметре цилиндра сгорания 90мм, диаметр компрессорного был 210мм, т.е. соотношение диаметров, при котором наступает баланс работ, равно 2,33.
     В соотношении диаметров 1/1 сразу появляется непоглащаемый избыток полезной работы цилиндра сгорания. Чтобы его использовать остается один выход - передавать этот избыток полезной работы на выходной вал турбины через преобразующий механизм с редуктором и далее потребителю. Получится, что турбина  частично будет срабатывать теплосодержание выхлопных газов рабочего цилиндра, превращая его в полезную работу для потребителя, а другую часть просто передавать туда же.

Для получения той же производительности нужно увеличить объем рабочего цилиндра в 3 раза, и уменьшить холодный в 2 раза. таким образом общий объем машины не изменяется. 

    Не нужно! Причины изложены выше.
   

 

[МаГент]

Даже в безнаддувном отечественном СПДК 1ДК при диаметре цилиндра сгорания 90мм, диаметр компрессорного был 210мм, т.е. соотношение диаметров, при котором наступает баланс работ, равно 2,33. 

Спасибо за информацию. Это важно. Думаю очевидно, что этот баланс будет зависеть в том числе и от теплотворной способности (энергии) топлива. Давайте прикинем баланс для пропана. (именно для него я и собираюсь конструировать РЛД) Для меня принципиальна именно свободно-поршневая схема. Никаких МГГ.
К сожалению не знаком с кинематической схемой 1ДК, без этого окончательный вывод нельзя делать.

 

[Владимир Александрович]

К сожалению не знаком с кинематической схемой 1ДК, без этого окончательный вывод нельзя делать. 

     Здесь на 30-й странице ветки в постах №880-883 из книги Пульманова я помещал информацию о нем, таблицу данных по отечественным СПДК и рисунки продольного и поперечного разрезов 1ДК. Наверняка Вы их смотрели.
 

 

[МаГент]

и рисунки продольного и поперечного разрезов 1ДК. Наверняка Вы их смотрели.

Верно, смотрел. Но видимо моя квалификация не позволяет ясно представить по этому рисунку схему потоков мощности и масс газа. Может в той инструкции есть именно поясняющая принцип схема? Собственно я склоняюсь к равным поршням, как у Лутца. Пропан дает меньшую энергию, и всегда можно уменьшить количество подаваемого топлива, чтобы сравнять баланс. Можно бы конечно сделать как у меня на рис в посте 1028, но есть вероятность столкнуться с отрицательным балансом энергии, и полной неработоспособностью. Хотя в этом случае можно понизить давление в ресивере. Ну и конечно в принципе остается вариант раннего выхлопа (это для 1/1 по поршням).

 

[Владимир Александрович]

Может в той инструкции есть именно поясняющая принцип схема?

     Принцип работы СПДК отличается от принципа работы СПГГ только тем, что сжатый в компрессорных полостях воздух не пропускается через рабочий цилиндр сгорания, а сразу идет потребителю. Рабочий цилиндр продувается как в обычном двухтакнике от отдельной продувочной полости (обычно противоположная сторона поршня компрессора, уменьшенная по площади кольцевым тронком) и работает в безнаддувном режиме.

Собственно я склоняюсь к равным поршням, как у Лутца. Пропан дает меньшую энергию, и всегда можно уменьшить количество подаваемого топлива, чтобы сравнять баланс. 

     Этим Вы нарушите закон сохранения энергии. Вам же нужна заданная мощность, а для ее получения независимо от теплотворной способности и вида топлива требуется одинаковое количество тепла в Джоулях. Теплотворная способность у пропана меньше, значит для получения заданной мощности потребуется больше пропана, чем, например, солярки. От этого никуда не уйти. Баланс работ достигается именно теми методами, которые мы уже обсудили выше.

Ну и конечно в принципе остается вариант раннего выхлопа (это для 1/1 по поршням). 

    Он не остается. Его просто нет. В цилиндрах с продувочными окнами не может быть раннего выхлопа. Повторяю еще и еще раз - в нем действительный ход сжатия совпадает с ходом расширения. Ранний выпуск возможен при клапанном газораспределении, когда открытие выпускного клапана механизм производит значительно раньше, чем поршень дойдет до НМТ.


   

 

[МаГент]

Рабочий цилиндр продувается как в обычном двухтакнике от отдельной продувочной полости (обычно противоположная сторона поршня компрессора, уменьшенная по площади кольцевым тронком) и работает в безнаддувном режиме.

Понятно. Важно еще понять куда идет выхлоп.

Теплотворная способность у пропана меньше, значит для получения заданной мощности потребуется больше пропана, чем, например, солярки. От этого никуда не уйти.

Именно об этом и я. Если на соляре соотношение площадей (а значит и энергий) 2.3, то на пропане оно составит примерно 1.7 Или даже 1.3 Это уже ближе к 1.

нет. В цилиндрах с продувочными окнами не может быть раннего выхлопа. Повторяю еще и еще раз - в нем действительный ход сжатия совпадает с ходом расширения. Ранний выпуск возможен при клапанном газораспределении, когда открытие выпускного клапана механизм производит значительно раньше, чем поршень дойдет до НМТ. 

Владимир Александрович, мне кажется Вы забываете, что в РЛД реализован именно такой режим. За впуск отвечает одно окно, за выпуск другое, и камера цилиндра проходит их каждый раз последовательно. Ничто не мешает немного сдвинуть окно выпуска немного ближе к ВМТ, и тем организовать ранний выхлоп при равных ходах от НМТ до ВМТ и обратно.

 

[Владимир Александрович]

Понятно. Важно еще понять куда идет выхлоп. 

      В СПДК выхлоп газа просто в атмосферу через глушитель. Турбина уже не фигурирует. Можно, конечно, пустить горячие газы в воздушно-газовый теплообменник,  и передать часть тепла сжатому воздуху, а потом дополнительно подогретый воздух пустить уже на турбину, но это уже нагромождение. Для использования турбины делают именно СПГГ со смешением потоков холодного (продувочного) и горячего потоков с близкими давлениями. Эта схема оптимальна, поэтому она и реализовывалась практически.

Если на соляре соотношение площадей (а значит и энергий) 2.3, то на пропане оно составит примерно 1.7 Или даже 1.3 Это уже ближе к 1. 

     Почему Вы решили, что заменив вид топлива имеете право менять соотношение площадей? Я про закон сохранения энергии зачем толкую. Мощность должна остаться неизменной и равной той, которую Вы назначаете. Тогда будьте добры сохраните и мощность рабочего цилиндра, а мощность пропорциональна количеству внесенного тепла в цикл. Оно тоже должно сохраниться. Если единица массы нового топлива выделяет при сгорании меньше тепла, то для сохранения мощности рабочего цилиндра что нужно делать? Надо подавать в цикл больше этого топлива, ровно настолько, чтобы мощность рабочего цилиндра осталась неизменной.

За впуск отвечает одно окно, за выпуск другое, и камера цилиндра проходит их каждый раз последовательно. Ничто не мешает немного сдвинуть окно выпуска немного ближе к ВМТ, и тем организовать ранний выхлоп при равных ходах от НМТ до ВМТ и обратно. 

          Я говорил про цилиндр СПГГ. Но и в РЛД простой сдвиг окон по окружности недостаточен. Еще должно быть учтено согласованное положение лопастей. Они же движутся по окружности (переносное движение) и одновременно сходятся и расходятся между собой (относительное движение). На том азимуте, где лопасти сойдутся к минимальному объему между ними, и будет положение ВМТ. Только относительно этого азимута Вы можете сдвигать окна в ту или иную сторону. Теперь представьте, что азимут положения ВМТ лежит строго посередине между соседними парами окон. Вы сдвинули выхлопное окно ближе к азимуту ВМТ надеясь сделать ранний выпуск. При проворачивании РЛД выхлопное окно открылось раньше. Но что происходит дальше - газ вышел. а новая порция смеси вошла. Азимут НМТ пройден и мы ждем начала такта сжатия. Однако он не начнется пока вторая лопасть в своем относительном движении к первой лопасти не перекроет кромку следующего выхлопного окна. Вы же их все сдвинули. В итоге получится, что Вы не ранний выхлоп реализовали, а сдвигом выхлопных окон только увеличили долю потерянного хода. Все! 

 

[МаГент]

Для использования турбины делают именно СПГГ со смешением потоков холодного (продувочного) и горячего потоков с близкими давлениями. Эта схема оптимальна, поэтому она и реализовывалась практически.

Именно поэтому я и считаю правильным направлять выхлоп в ресивер и затем в турбину. Поэтому и интересовался этим вопросом по приведенному Вами СПК. Следовательно приведенное Вами соотношение поршней 2.33 сделано без учета энергии выхлопа, которую можно включить в оборот. Тогда и соотношение площадей вероятно поменяется.

Почему Вы решили, что заменив вид топлива имеете право менять соотношение площадей? Я про закон сохранения энергии зачем толкую. Мощность должна остаться неизменной и равной той, которую Вы назначаете. Тогда будьте добры сохраните и мощность рабочего цилиндра, а мощность пропорциональна количеству внесенного тепла в цикл. Оно тоже должно сохраниться. Если единица массы нового топлива выделяет при сгорании меньше тепла, то для сохранения мощности рабочего цилиндра что нужно делать? Надо подавать в цикл больше этого топлива, ровно настолько, чтобы мощность рабочего цилиндра осталась неизменной.

Опять же именно об этом я и говорю. Положим для соляры баланс наступает при соотношении площадей 1/2. Но ведь рабочий цилиндр рассчитывается для оптимального режима сгорания РС, в т.ч. по количеству воздуха. В него бесполезно вкачивать дополнительное топливо, оно не сгорит, потому, что воздуха столько, сколько есть (надо для оптимального сгорания соляры). Отсюда 2 варианта. Если нужен цилиндр той же производительности, но при более "холодном" топливе, то его надо увеличивать, чтобы получить больше воздуха, чтобы сжечь больше топлива (как вы и говорили). Или уменьшить нагрузку, оставив тот же цилиндр. Значит в любом случае изменится СООТНОШЕНИЕ рабочего и компрессорного поршней. Что я и утверждал выше.

Теперь представьте, что азимут положения ВМТ лежит строго посередине между соседними парами окон. Вы сдвинули выхлопное окно ближе к азимуту ВМТ надеясь сделать ранний выпуск. При проворачивании РЛД выхлопное окно открылось раньше... 

В РЛД нет такой зависимости положения ВМТ. Она строго должна находиться под точкой впрыска/зажигания. Есть средства это контролировать и добиваться. Поэтому и ранний выхлоп вполне возможен.

 

[Владимир Александрович]

Тогда и соотношение площадей вероятно поменяется.

    Соотношение площадей не изменится, потому что описанные  манипуляции Вы предусматриваете уже за генератором сжатого воздуха СПДК. Так как в СПДК давление сжатого воздуха в несколько раз выше давления выхлопного газа из рабочего цилиндра, то остаточное тепло от него сжатому воздуху можно частично передать только через воздушно-газовый теплообменник.  Такой путь не рационален по сравнению с СПГГ.

Значит в любом случае изменится СООТНОШЕНИЕ рабочего и компрессорного поршней. Что я и утверждал выше.

      Соотношение площадей и диаметры цилиндров все-равно не изменятся. Рабочий процесс сгорания в СПГГ идет при больших коэффициентах избытка воздуха, достигающих на номинальном режиме 2,5, а на прмежуточных режимах еще больше. Это значит, что в цилиндре присутствует как минимум в 2,5 раза больше воздуха, чем нужно для полного сгорания максимальной цикловой подачи топлива. Не случайно СПГГ называют многотопливными установками. В них полностью сгорает любое жидкое и газообразное топливо при сохранении и мощности, и размеров рабочих полостей. Изменяется только комплектация и настройки топливной аппаратуры.

Она строго должна находиться под точкой впрыска/зажигания. 

    Она там и находится.

Есть средства это контролировать и добиваться. Поэтому и ранний выхлоп вполне возможен. 

     Вот это аргумент для подтверждения. Я же настаиваю, что в цилиндрах с окнами хоть линейных, хоть круговых сдвиг выхлопных окон в сторону ВМТ приводит лишь к увеличению доли потерянного хода. Никакого раннего выхлопа здесь нет. Понятно, что очень хочется, чтобы он был, но его при рассмотренных условиях не будет. Можете сделать картонную модель с лопастями и переместить их по кругу с относительным взаимным движением. Надеюсь картина прояснится.  

 

[МаГент]

Рабочий процесс сгорания в СПГГ идет при больших коэффициентах избытка воздуха, достигающих на номинальном режиме 2,5, а на прмежуточных режимах еще больше.

Это важная информация. Если это справедливо для СПК, приведенного Вами, придется посмотреть повнимательнее.

сдвиг выхлопных окон в сторону ВМТ приводит лишь к увеличению доли потерянного хода.

Это справедливо (как и понятие потерянного хода) для ДВУХтактных двигателей. РЛД, же работает в ЧЕТЫРЕХтактном режиме. Поэтому здесь и можно говорить о раннем выхлопе.

 

[Владимир Александрович]

Это справедливо (как и понятие потерянного хода) для ДВУХтактных двигателей. РЛД, же работает в ЧЕТЫРЕХтактном режиме. Поэтому здесь и можно говорить о раннем выхлопе. 

        Такность в вопросе о потерянном ходе или раннем выхлопе вообще не причем. Она никак на них не влияет.