Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.

[Владимир Александрович]

Обычная горелка в сто раз проще и эффективнее. 

    БРИГ, надо бы подучиться. Это никогда не поздно.
 

 

[slav]

Не пробовали подумать над вариантом малоразмерного уравновешенного МГГ оппозитной схемы

  Эта схема сверхпривлекательна,учитывая простоту запуска в том числе!  :IMHO

 

[Бриг]

[ В СПГГ функция компрессора и камеры сгорания отделены от функции расширительной машины. Между ними только газодинамическая связь. В ряде случаев такое решение имеет преимущества перед ДВС.

Не фига подобного: Пока газ дойдет до лопаток(или поршня) расширительной машины , он:1 - остынет,2 - спружинит. Газ - это не вода = сжимается!
СПГГ для отопления ещё сойдет, но горелка проще и надежнее: чиркнул спичкой =  уже загудела.  😀
Я везде и всюду обрывал мечтателей простым вопросом: если ЭТО Вы считаете Нобелевским открытием, так почему ЭТО никто никогда практически не использует??? ДВСы - штампуют миллионами, Турбины = сотнями тысяч в год, а СПГГ и даром никому не нужен! Тоже самое и про Стирлинги с их хваленым КПД и про другие экзотические патенты(в общем то - бестолковые).
А не используют, потому что = дорого и бестолково. Не практично. Пара экземпляров от хоббистов - не в счет.

 

[nik2222]

ага,поршневика нам мало,еще и турбину,и наверно еще и редуктор-целесообразность этого трудно будет обосновать 

Ничего удивительного, если изучить вопрос глубже. В ДВС функции компрессора, камеры сгорания и расширительной машины совмещены в одном агрегате и полезная работа сразу идет на вал. В СПГГ функция компрессора и камеры сгорания отделены от функции расширительной машины. Между ними только газодинамическая связь. В ряде случаев такое решение имеет преимущества перед ДВС.
Роль расширительной машины может выполнять: тяговое реактивное сопло, концевые сопла несущего винта вертолета, поршневая расширительная машина, газовая турбина. Каждая комбинация имеет оптимальные компоновочные решения в определенном мощностном ряде и в этом их ценность.

ну про турбины известно,их питерцы выпускают,но более полмегаватта,для кораблей.а ведь и меньше пытались,но не получилось по причине отсутствия расширительной машины.ее как раз и не смогли,а хотелось,очень.а сппг отработан до совершенства,серийный,что его обсуждать?

 

[Владимир Александрович]

Пока газ дойдет до лопаток(или поршня) расширительной машины , он:1 - остынет,2 - спружинит. Газ - это не вода = сжимается! 

    БРИГ, извини, но сказанное настолько не корректно звучит, что даже призыв обратится к истокам знаний тепловых машин и процессов, происходящих в них, будет безнадежным. Нельзя на умозрительных заключениях получить реального результата. Не чувствуется даже, что за последнее время что-то серьезное прочитал по теме.   

 

[KV1237542]

С первого пускового импульса все равно СПГГ врядли запустится. 

Желательно с первого! Легкий многократный запуск. Но я так понимаю что на горячую пуски с интервалом несколько секунд будут без проблем.

ВСЕ ТАКИ ГЛАВНАЯ ПРИЧИНА ТРУДНОСТЕЙ ПЕРВОГО ПУСКА - скорее теплоотдача в стенки ?

Да КС получается в виде щели, но раз петлевая продувка, значит надо делать полусферическую форму днища поршня и свода

То же не технологично возможно синхронизатор + уравновешенная схем тогда лучше да и площадь поверхности КС менше в 2 раза почти.

Вот наверное неплохое решение: пусковой ресивер небольших размеров за ночь остыл он наполнялся адиабатно воздухом при давлении 5 атм включаем там подогрев - поднимаем давление и температуру. Тратим немного на продувку цилиндра воздухом с Т=150...200 С и тут же запуск. При дальнейшей работе воздух в ресивере и так остается теплым да и СПД прогреется и можно уже не продувать из ресивера?

Можно и калильную свечу в цилиндр конечно но она с первого раза гарантирует ли запуск?

Не пробовали подумать над вариантом малоразмерного уравновешенного МГГ оппозитной схемы.

Вес больше. Один коленвал чего стоит. И мне нужно температура до 150...200 С на выходе и давление не меньше 4...5 атм. Чтобы  ОРМ из чего угодно делать и без смазки.

 

[KV1237542]

    Еще 1 пока чисто теоретическая идея: Если избыток воздуха большой 5-6 то мах температура цикла не выше 1300...1500 С
а средняя много меньше можно сделать жаровые накладки на плоские поршни из кварцевого стекла 5...10мм за ними алюминий 0,5мм - и далее стальной поршень. Нагрузки стремящиеся оторвать накладку в СПД отсутствуют. А такай конструкция тепловые потери здорово снизит.

 

[Владимир Александрович]

ВСЕ ТАКИ ГЛАВНАЯ ПРИЧИНА ТРУДНОСТЕЙ ПЕРВОГО ПУСКА - скорее теплоотдача в стенки ?

    Совершенно верно!

Можно и калильную свечу в цилиндр конечно но она с первого раза гарантирует ли запуск?

   Нет не гарантирует. Пропуски воспламенения также возможны при холодной камере.

можно сделать жаровые накладки на плоские поршни из кварцевого стекла 5...10мм за ними алюминий 0,5мм - и далее стальной поршень. 

Я, к сожалению, не знаю насколько успешно кварцевое стекло способно служить накладкой. Не встречал таких данных. Возможны ли сколы и чем его крепить к донышку поршня? Жаростойкая сталь тоже может служить преградой вместе с уменьшением площади контакта прилегающей к поршню поверхности. Другое дело стоит ли вводить такое усложнение конструкции в малоразмерном СПГГ.  После запуска он прогреется и дальше повторные пуски должны быть легкими.


   

 

[Бульдог Бронсович Дизеленко]

Запуск можно облегчить впрыском цетана, нитрометана или эфира, а можно подогревом впускного воздуха, скажем, горелкой.

Еще заботит следующее: при неуравновешенной схеме - петлевая продувка D/H = 1/1 к примеру без учета окон - камера сгорания похожа на блин,учитывая планируемую пусковую степень сжатия 30 и далее при работе может 10...15, а рабочий объем мал - 230см3 но велик соблазн не связываться с синхронизатором.

Да КС получается в виде щели, но раз петлевая продувка, значит надо делать полусферическую форму днища поршня и свода, чтобы не было удара даже при степени сжатия 35. С первого пускового импульса все равно СПГГ врядли запустится. Система запуска (я Вам уже как-то писал об этом) должна давать группу последовательных импульсов. Тогда запуск, особенно холодного СПГГ, будет более надежным.
То же самое требуется и для малоразмерной уравновешенной схемы.
Не пробовали подумать над вариантом малоразмерного уравновешенного МГГ оппозитной схемы. Он такой же как обычный оппозитный ДВС только поршни ступенчатые как в СПГГ. Синхронно сходятся и расходятся. Есть вращающийся вал для агрегатов ДВС, но вся полезная работа расходуется на повышение энергосодержание выхлопного рабочего газа. Здесь практически нет никаких проблем с изготовлением. Даже серийные детали и корпус можно использовать от мотоциклов "Урал" или "Днепр".

Такой МГГ - ни рыба, ни кастрюля. Из-за ограничений на давление сгорания, накладываемых коленвалом и шатунами с их низкой прочностью и высоким трением, проигрываем либо в удельной мощности, либо в ресурсе, либо в экономичности.


Так как моё предложение на этот счёт Владимир Александрович забраковал, полагаю, что я опять путано изъяснился.

Попытка вторая, с грубой схемой в довеске:

Не лучше ли, используя лёгкий СПГГ неуравновешенной схемы, с КС по торцам, добавить с обеих сторон одного штока шестерёнки  (на маляве - синие) и рейки (в моём предложении рейки заодно со штоком, но это так, для наглядности и скорости малевания, лучше, наверное, отдельно?), шестерёнки синхронизировать друг с другом (не показано), на одну посадить муфту сцепления (красная), связывающую её вал с маховиком (сиреневый).


Нужна инерция для работы на малых частотах - сцепляем, маховик вращается попеременно в обе стороны.

Хотим малую инерцию, высоких частот и неограниченных давления сгорания, наддува и, таким образом, экономичности и высокой удельной мощности, этого всего требующих -
при повышении газа расцепляем маховик и валы шестерёнок, шестерёнки и их валы вращаются в обе стороны попеременно, но благодаря малому весу и диаметру инерцию увеличивают мало.

Выигрываем:

Стабильность работы на частотах малого газа, доступных лишь МГГ. Маховик для этого нужен меньшего веса, чем на кривошипно-шатунном МГГ, так как там каждый такт системы - полоборота маховика в лучшем случае, а с рейками - несколько, на соответствующей скорости.

Экономичность и удельную мощность, доступные лишь СПГГ, тем более, что маховик у нас легче, чем на МГГ, а на полном газу доступны и давление сжатия (и сгорания), И! частота работы лёгкого СПГГ.

Дикси.

 

[KV1237542]

Попытка вторая, с грубой схемой в довеске: [/quote

Почему бы нет... но
меня лично по ряду причин эта схема не привлекает

Кстати если уж что-то навесили на СПД - то мне кажется лучше навешивать на синхронизатор уравновешенной схемы

 

[Бульдог Бронсович Дизеленко]

Преимущества - в том, что каждый такт рабочий, т.е. по сравнению с уравновешеннойсхемой сильно можно снизить массу поршня для одних и тех же степеней сжатия.
А если боимся зуда, можно уравновесить таким же блоком СПГГ и соединить через синхронизатор, благо шестерня на валу для него и так уже есть.
Если не устраивает петлевая продувка, то можно малой кровью продольную, как здесь:

http://www.forum.jawaold.su/viewtopic.php?t=14998&postdays=0&postorder=asc&start=0

Ну, или как у Штельцера, если это более знакомо 🙂

 

[Владимир Александрович]

Нужна инерция для работы на малых частотах - сцепляем, маховик вращается попеременно в обе стороны.

     В малоразмерном СПГГ, который должен быть простым по конструкции, пришивать еще маховичный механизм с соединительной муфтой считаю нерациональным.   
       Проблему можно решить регулированием характеристики буферных полостей, а именно изменением начального давления в воздушном буфере и степени сжатия в нем. На высоких уровнях цикличности начальное давление наименьшее, а степень сжатия 5-6. По мере снижения уровня цикличности в сторону малого газа степень сжатия буфера должна уменьшаться, а начальное давление расти. Это приведет к тому, что на малых режимах где инерционности поршневой группы не хватает, недостающую энергию для сжатия рабочей смеси в рабочем цилиндре и доведения поршня до ВМТ, придаст сила от давления воздуха в буфере. Это будет очень приличная сила. Ведь диаметр буферной полости,  как и компрессорной больше диаметра рабочего цилиндра в 2,5-2,7 раза. Дело за регулировочным устройством, которое использует для регулировки буферной полости потенциал ресивера.

 

[Бульдог Бронсович Дизеленко]

Нужна инерция для работы на малых частотах - сцепляем, маховик вращается попеременно в обе стороны.

     В малоразмерном СПГГ, который должен быть простым по конструкции, пришивать еще маховичный механизм с соединительной муфтой считаю нерациональным.   

А почему, собственно? Малоразмерный МГГ же Вы не считаете нерациональным, а его вес (картер, коленвал, шатуны, подшипники, более массивный маховик) определённо выше, а сложность (по крайней мере изготовления) минимум та же.
Или я недооцениваю вес и сложность муфты? Можно уточнить?

       Проблему можно решить регулированием характеристики буферных полостей, а именно изменением начального давления в воздушном буфере и степени сжатия в нем. На высоких уровнях цикличности начальное давление наименьшее, а степень сжатия 5-6. По мере снижения уровня цикличности в сторону малого газа степень сжатия буфера должна уменьшаться, а начальное давление расти. Это приведет к тому, что на малых режимах где инерционности поршневой группы не хватает, недостающую энергию для сжатия рабочей смеси в рабочем цилиндре и доведения поршня до ВМТ, придаст сила от давления воздуха в буфере. Это будет очень приличная сила. Ведь диаметр буферной полости,  как и компрессорной больше диаметра рабочего цилиндра в 2,5-2,7 раза. Дело за регулировочным устройством, которое использует для регулировки буферной полости потенциал ресивера.

А тут вопрос, правильно ли я понял.
Если нам на малой (ниже 3000 ц/мин) цикличности не хватает инерции для такта сжатия всего лишь в рабочем цилиндре даже неуравновешенного СПГГ с КС по торцам (мы же всё ещё о нём?), то как же мы сожмём ещё и воздух в буферах высокого (повышенного, по Вашему рецепту) давления?
За счёт сведения на нет потерянного хода по впускным (и желательно ведь, ещё и по выпускным) окнам, чтобы буфер успел накопить энергию, пока в другом рабочем цилиндре ещё есть давление и инерция нам ещё не так нужна?

 

[slav]

на малых режимах где инерционности поршневой группы не хватает, недостающую энергию для сжатия рабочей смеси в рабочем цилиндре и доведения поршня до ВМТ, придаст сила от давления воздуха в буфере

Но это возможно только при специальной турбине,когда скажем в ней параллельно несколько ступеней и на малом режиме часть турбин отключается при помощи запорных клапанов??!  :-?

 

[Владимир Александрович]

Или я недооцениваю вес и сложность муфты? Можно уточнить?

  В общем-то Вы правильно уловили момент. И в весовом и в функциональном отношении боковой маховик с муфтой проигрывают тому же  малоразмерному МГГ. У МГГ вал и шатуны разгружены от моментов, выводимых к потребителю. Распор шатунов в ВМТ устраняется большим эксцентриситетом между пальцами ступенчатых поршней и КВ.
Механизм не будет тяжелым. Есть полная синхронизация и вращательное движение для агрегатов. Надежность механизма не вызывает сомнений.
К стати, в установках покрупнее переменный эксцентриситет можно использовать для изменения степени сжатия путем поперечного смещения посадочной базы цилиндров относительно картера. Минимальный эксцентриситет "на низах" - степень сжатия самая высокая, и максимальный "на верхах" - степень сжатия самая низкая. Достигается хорошее согласование переменных режимов.

Если нам на малой (ниже 3000 ц/мин) цикличности не хватает инерции для такта сжатия всего лишь в рабочем цилиндре даже неуравновешенного СПГГ с КС по торцам (мы же всё ещё о нём?), то как же мы сожмём ещё и воздух в буферах высокого (повышенного, по Вашему рецепту) давления? 

То, что я написал касается симметричной уравновешенной схемы. Для неуравновешенной схемы достаточно ввести регулирование производительностью компрессорных полостей. Есть несколько способов. Среди них: задержка закрытия впускных клапанов - сжатие порции воздуха начинается позже по ходу поршня; изменение объема вредного пространства компрессорных полостей - подключаются дополнительные объемы или сдвигается торцевая стенка; ставится дроссельная заслонка во впускном канале - последний способ самый простой, но и самый неэкономичный.
С регулированием производительности компрессорных полостей, согласованным с подачей топлива в рабочий цилиндр, достигаются самые низкие частоты устойчивой работы СПГГ.

 

[Владимир Александрович]

Но
это возможно только при специальной турбине

   Не согласен. Давление в ресивере связано с давлением перед турбиной и потому способно благотоворно влиять на процесс регулирования всей установки.

 

[slav]

 Не согласен. Давление в ресивере связано с давлением перед турбиной и потому способно 

Вообще то подумал про этот 😉 -  http://www.reaa.ru/yabbfiles/Attachments/mgg.jpg

 

[Владимир Александрович]

Вообще то подумал про этот

   Это газогенератор, но он поставляет рабочий газ в расширительную машину. Газовая турбина является одним из типов расширительных машин. Нагрузка, снимаемая с нее, влияет на рабочий процесс СПГГ и поэтому учитывается в системе управления.

 

[Бульдог Бронсович Дизеленко]

Или я недооцениваю вес и сложность муфты? Можно уточнить?

  В общем-то Вы правильно уловили момент. И в весовом и в функциональном отношении боковой маховик с муфтой проигрывают тому же  малоразмерному МГГ. У МГГ вал и шатуны разгружены от моментов, выводимых к потребителю. Распор шатунов в ВМТ устраняется большим эксцентриситетом между пальцами ступенчатых поршней и КВ.
Механизм не будет тяжелым. Есть полная синхронизация и вращательное движение для агрегатов. Надежность механизма не вызывает сомнений.
К стати, в установках покрупнее переменный эксцентриситет можно использовать для изменения степени сжатия путем поперечного смещения посадочной базы цилиндров относительно картера. Минимальный эксцентриситет "на низах" - степень сжатия самая высокая, и максимальный "на верхах" - степень сжатия самая низкая. Достигается хорошее согласование переменных режимов.

Дико извентиляюсь. Проглядел в Вашем сообщении момент про ступенчатые поршни, подумал про "классический" МГГ = ДВС + приводной компрессор, и меня понесло, как быка на красну тряповку.
Согласен безусловно, если использовать ступенчатые поршни для компресии во время рабочего хода, и отводить коленвалам и шатунам роль лишь синхронизаторную, а маховику - накопительную на низах даже без сцепления, то можно добиться приемлемых результатов.

А какая роль урало-днепровским поршням отводится в Вашем предложении, компрессорных или дизельных (сохраняя шатуны и коленвалы и их подшипники стоковыми)?

То, что я написал касается симметричной уравновешенной схемы. Для неуравновешенной схемы достаточно ввести регулирование производительностью компрессорных полостей. Есть несколько способов. Среди них: задержка закрытия впускных клапанов - сжатие порции воздуха начинается позже по ходу поршня; изменение объема вредного пространства компрессорных полостей - подключаются дополнительные объемы или сдвигается торцевая стенка; ставится дроссельная заслонка во впускном канале - последний способ самый простой, но и самый неэкономичный.
С регулированием производительности компрессорных полостей, согласованным с подачей топлива в рабочий цилиндр, достигаются самые низкие частоты устойчивой работы СПГГ.

При низовой цикличности около половины, а мощности, соответственно, около четверти от нормы, верно? Это, наверное, всё ещё приемлемо для наземного транспорта.

Тогда нагло задам следующий вопрос: Сколько ступеней было бы оптимально иметь в компрессорной части СПГГ? При двух (против одной) КПД растёт, а увеличивать их количество далее было бы рациональным?

 

[Владимир Александрович]

А какая роль урало-днепровским поршням отводится в Вашем предложении, компрессорных или дизельных

  Сами поршни, конечно, надо делать другие - ступенчатые. Соответственно и гильзы для рабочего цилиндра и компрессорного с большим диаметром. Все остальное постараться массово использовать для опытного образца. Цыкл, разумеется, станет двухтактным дизельным с высокой степенью наддува. На глаз делать ничего нельзя. Это двигатель. Должны быть расчеты и конструкторская проработка узлов с выпуском чертежей.

Сколько ступеней было бы оптимально иметь в компрессорной части СПГГ? При двух (против одной) КПД растёт, а увеличивать их количество далее было бы рациональным? 

Если рабочий газ предназначается для турбины транспортного средства, то достаточно одной ступени сжатия в компрессорной полости и второй ступени сжатия непосредственно в рабочем цилиндре. При балансе работ на выходе получится газ с температурой около 500[sup]0[/sup]С и давлением 4-4,5 атм. С такими параметрами он и пойдет на турбину. Правда турбина получится маленькой и высокооборотной, как в агрегатах турбонаддува. Это проблема. Из-за нее турбину заменяют поршневой расширительной машиной.  Это осложняет создание установки. Оптимальную комбинацию узлов и деталей создать очень не просто. Работа подсилу узким специалистам и любителю за нее браться не нужно.