Элементарная теория и расчет стирлинга

Вот одно из решений.

Итак двигатель запускается. прогревается до рабочей температуры. все зазоры выбираются.
Лопатка (рабочая) в ДВС - 1, 2 см. достаточно поставить 2 апекса, для внешнего и лопатка тоньше 0,7 см и хватит одного. лопатка имеет значительную площадь трения(как выше показано). в поршневом, в  КШМ по линии. Сила действующая в направлении выдвижения незначительная. а нам еще помогает центробежная сила -выдвинуть. а сила газов задвинуть (на передней грани лопатки каналы. для подвода рабочего тела - иначе действительно разряжение не позволит ее выдвинуть). Про трение позднее.

Шток в уплотнен во втулке. а втулка в гнезде  спицы. И то и другое имеет возможность "играть". Внутреннее пространство ротора может иметь постоянное избыточное давление. не создающее никаких проблем.

А теперь сравним. Машина расширения.
D ротора 16 см. вылет лопатки -3,5 см. высота лопатки - 6 см. отсюда объем одной полости - 0,18 л.
Ограничение линейной скорости - 15 м/с. значит допустимо более 25 об/с. - 1500 об/мин.
за оборот - 9 рабочих хода. или 225 за сек.
Ре-1 Мпа (10 атм)- среднее эффективное давление. термин из ДВС . давление силы выполняющую полезную работу.

Тогда мощность будет - 40 Квт.  
Размеры машины - "кастрюлька" диаметром 25 см. и высотой 12 см.

chenia1 пишет:Итак двигатель запускается. прогревается до рабочей температуры. все зазоры выбираются.

Слишком просто. Зазоры не везде одинаково выбираются. В таком двигателе слишком велик градиент температур+ различные материалы имеют разный коэффициент расширения. Просчитать а тем более изготовить детали с учетом всех этих условий практически невозможно. Опять же ДВС прогреть кое как можно, а вот Стирлинг прогревается значительно дольше. Так что насчет зазоров я бы не загадывал.

ПС: вообще мне все это напоминает детский сад "я в тебя попал - а у меня броня - а у меня режим Бога...". Не серьезно это все. Вы бы хоть какой-то микро экспериментальный вариант разработали. Измерили бы возможную степень сжатия ( реальную). Это только бумага все вытерпит.

Слишком просто. Зазоры не везде одинаково выбираются. В таком двигателе слишком велик градиент температур+ различные материалы имеют разный коэффициент расширения. Просчитать а тем более изготовить детали с учетом всех этих условий практически невозможно. Опять же ДВС прогреть кое как можно, а вот Стирлинг прогревается значительно дольше. Так что насчет зазоров я бы не загадывал..[/quote]

Вы че прикалываетесь? Это ДВС (Ванкель) корпус имеет локальный нагрев и это там градиент. И нормально работает. А у нас секция в теплой части с однородным тепловым полем или другая секция в холодной. А лопатка имеет апексы и компрессионные скобы и выдвижение ее строго согласованно с углом поворота ротора (как у Ванкеля), и при снятых элементах уплотнения не дотрагивается до стенок полости. Вы просто представте Ванкель , где вместо вершин граней (вместе с ротором), выдвигается торец лопатки и успокойтесь.

chenia1 пишет:
Вы че прикалываетесь? Это ДВС (Ванкель) корпус имеет локальный нагрев и это там градиент. И нормально работает. А у нас секция в теплой части с однородным тепловым полем или другая секция в холодной. А лопатка имеет апексы и компрессионные скобы и выдвижение ее строго согласованно с углом поворота ротора (как у Ванкеля), и при снятых элементах уплотнения не дотрагивается до стенок полости. Вы просто представте Ванкель , где вместо вершин граней (вместе с ротором), выдвигается торец лопатки и успокойтесь.

Это вы прикалываетесь мне кажется (ну или я сильно ошибаюсь ). Посмотрите на геометрию камер сгорания Ванкеля. Там эксцентрик на валу и две пересекающихся окружности, а значит радиус скругления камеры сгорания совпадает с радиусом скругления "лопатки". Там площадь контакта уплотнителя можно выбрать любую. В вашем случае эксцентрика нет, пятно контакта будет меньше миллиметра.

ПС: вот вам ссылка http://vankel.narod.ru/principle.html
и цитата в конце:
"На пути создания встали значительные технические трудности, такие, например, как:
отработка качественного рабочего процесса в камере неблагоприятной формы;
обеспечение герметичности уплотнения рабочих объемов;
отработка конструкции корпусных деталей, обеспечивающих работу без коробления в условиях неравномерного их нагрева."
Или вы считаете окружающих идиотами а себя одного Дартаньяном?

free_V_V пишет:

chenia1 пишет:
Вы че прикалываетесь? Это ДВС (Ванкель) корпус имеет локальный нагрев и это там градиент. И нормально работает. А у нас секция в теплой части с однородным тепловым полем или другая секция в холодной. А лопатка имеет апексы и компрессионные скобы и выдвижение ее строго согласованно с углом поворота ротора (как у Ванкеля), и при снятых элементах уплотнения не дотрагивается до стенок полости. Вы просто представте Ванкель , где вместо вершин граней (вместе с ротором), выдвигается торец лопатки и успокойтесь.

Это вы прикалываетесь мне кажется (ну или я сильно ошибаюсь ). Посмотрите на геометрию камер сгорания Ванкеля. Там эксцентрик на валу и две пересекающихся окружности, а значит радиус скругления камеры сгорания совпадает с радиусом скругления "лопатки". Там площадь контакта уплотнителя можно выбрать любую. В вашем случае эксцентрика нет, пятно контакта будет меньше миллиметра.

ПС: вот вам ссылка http://vankel.narod.ru/principle.html
и цитата в конце:
"На пути создания встали значительные технические трудности, такие, например, как:
отработка качественного рабочего процесса в камере неблагоприятной формы;
обеспечение герметичности уплотнения рабочих объемов;
отработка конструкции корпусных деталей, обеспечивающих работу без коробления в условиях неравномерного их нагрева."
Или вы считаете окружающих идиотами а себя одного Дартаньяном?

С каких пор эпихондра стала окружностью, даже двойной пересекающей - тут профиль сложнее, но дело даже не в этом. Апекс никогда не имел площади контакта, только линию. Это уплотнение на проворот, а не сжимаемость - растяжение. как компрессионное кольцо поршневого - вот тут площадь. Спасает привод(как и представленной машине) и профильные стенки полости НЕ являются направляющими, как в поршневом (тронк).

А по второй части - так проблемы то решили, двигатель существует.

Привод ВУ обеспечивает прогнозируемый зазор, когда можно выбрать и тепловое расширение и рассчитать силы упругости элементов уплотнения. В некоторых предлагаемых конструкциях лопатка выдвигается за счет пружин или центробежной силы, что абсолютно не приемлемо и ставит данную конструкцию в разряд неработоспособных сразу, без дальнейшего рассмотрения.
Хотя в шиберных насосах (ГРУ) такое применимо. Но там среда другая (купается в масле) и выдвижение лопаток незначительное, да и масса их небольшая.

Ну и ВУ  ( основные элементы - кривошипы их зубчатые колеса, шатуны и коромысло) один для всех секций (они насажены на вал  друг на друга), вал ротора это труба через который проходит вал ВУ.  И "поэтажно" через вырезы расположенны рычаги ВУ. А далее я думаю понятно.

Уплотнение самой лопатки - так это не поршня в традиционных двигателях, где над поршневым и под поршневым пространством огромная разность давления. А у нас даже отсечки нет, и давление за лопаткой (толкающее) незначительно больше давления перед лопаткой (выталкиваемое). А апексы в Ванкеле и не такое выдерживают.

Короче никаких особых (непреодолимых проблем) с расширительной машиной нет.

chenia1 пишет:
Короче никаких особых (непреодолимых проблем) с расширительной машиной нет.

И где же эти двигатели, установленные повсеместно, как более лучшие чем поршневые?

ПС: остальные ваши высказывания я даже обсуждать не буду. Вы бы определились сами - то ли вы хотите степень сжатия выше чем у поршневых, то ли у вас разница давлений мала и величина контакта не важна.

free_V_V пишет:

chenia1 пишет:
Короче никаких особых (непреодолимых проблем) с расширительной машиной нет.

И где же эти двигатели, установленные повсеместно, как более лучшие чем поршневые?

ПС: остальные ваши высказывания я даже обсуждать не буду. Вы бы определились сами - то ли вы хотите степень сжатия выше чем у поршневых, то ли у вас разница давлений мала и величина контакта не важна.

Они существуют. И где надо наплевать на экологию и экономичность ради удельной эффективности они употребляются. а насчет -  что Ванкели лучше я не говорил. Разговор был о уплотнениях и компенсации теплового расширения, которые по той же схеме будут работать и в нашем случае (нового в этом ничего нет).

У вас раздвоение личности. Если вы о ДВС (не тема нашей ветки), так там в рабочую лопатку можно вставить  2-3 апекса, которые (1 или 2 последних) последовательно отключаются по прохождению нисходящего участка профиля полости - просто не достают(но там тогда уже и давление упало).

А для двигателя внешнего сгорания для паровика с отсечкой разница давления за и после лопатки меньше , чем максимальное у ДВС и значительно(не путайте со средним эффективным давлением), а для Стирлинга вообще незначительна. Вот на что я указывал. а для сравнения какая разница давления у альфа- модификации. Особенно в "горячем" цилиндре и через поршень в картере. Вот тут проблемы с уплотнениями.

И пора уже (как говорит современная молодежь) раздупляться.

Чё то чем дальше в лес тем толще партизаны
Народ, а почему ни кто не обсуждает, двигатели которые работали раньше
ведь они по настоящему работали и в сети есть модели и чертежи например


почти киловаттный аппарат.

chenia1 пишет:
И пора уже (как говорит современная молодежь) раздупляться.

Ну, удачи вам в дуплении! Надеюсь вам ваше дупление заменит законы физики.

ПС: когда надоест раздупляться, займитесь изучением физики, хотя бы школьного курса.

free_V_V пишет:

chenia1 пишет:
И пора уже (как говорит современная молодежь) раздупляться.

Ну, удачи вам в дуплении! Надеюсь вам ваше дупление заменит законы физики.

ПС: когда надоест раздупляться, займитесь изучением физики, хотя бы школьного курса.

Я так и знал, машина расширения не вызовет возражений! (отдельные одаренные которые путаются в терминологии и далеки от понимания рабочего процесса, не в счет).

Теперь перейдем к двигателю в целом.

Полезная работа двигателя будет
A = Pср. h (V2 –V1) – P ср.c(V3 – V4) – Aпр.
где, Pср. h - среднее давление в горячем отделе
P ср.c - среднее давление в холодном отделе
Pср. h = P ср.c *(T2 ) / (T1 ) ,
где T1 - температура (K) холодильника ( в отделе C), T2 – температура (K) нагревателя (в отделе H)
A сопр. – работа сил механического, газодинамического и др. сопративления
Схема предполагает более точного соответствия процесса по циклу Стирлинга.

Привет старым знакомым! Некоторым прапорщикам, смазывавшим пистолеты подсолнечным маслом, (с трудом потом разбирались    ) натирал детали графитом и запрещал вообще смазывать. Здесь цикл замкнутый, графит вполне подойдет.
Сделана ли модель, хотя бы пластмассовая?

georgii пишет:Привет старым знакомым! Некоторым прапорщикам, смазывавшим пистолеты подсолнечным маслом, (с трудом потом разбирались    )  натирал детали графитом и запрещал вообще смазывать. Здесь цикл замкнутый, графит вполне подойдет.
Сделана ли модель, хотя бы пластмассовая?

Приветствую georgii ! Кстати использовал вашу идею (картинку узнали?). Модельку не сделал, как то все руки не доходят. Графит не пойдет из-за регенераторов (забьет). хотя есть идея без насадок - массопередача (ну тут только предположения).

Далее по теме.

Итак у двигателя два интересных качества. однонаправленность и параллелизм.

В следствии выше указанных двух качеств, длительность теплообмена, при прочих равных можно увеличить 8-16 раз.
А это значит для повышение удельных показателей, нет необходимости использовать в качестве рабочего тела вещество с большим коэффициентом передачи тепла (водород и гелий), и перейти к более доступным и дешевым (воздух, азот и т.д.).
И при этом:

во-первых нет необходимости иметь столь дико высокое среднее давление (20Мпа) для увеличения плотности рабочего тела, можно почти на порядок меньше (3-2,5 Мпа), что ведет к меньшим сложностям в организации уплотнений.

Во-вторых отсутствие проблем присущих водороду таких как проницаемость, образование металлогидридов на контактирующих с ним элементах двигателя.
Отсюда, значительно меньшие требования к материалам изготовления двигателя, теплообменников и трубопроводов.

Ну,графиту там всего ничего надо будет.
А демонстрационную модель надо делать.
Что-то из металла, что-то из пластика.
Только выбрать размер поудобней для изготовителя.
Картинку-то и увидел, вспомнил дела минувших дней   .
Сам сейчас на пенсии, выживаем-доживаем потихоньку.
Жаль, ничего никому наше не нужно.
Рад вот здесь за Игоря, хоть какую-то нишу, хоть и игрушечную нашел.
Но опять же, у него больше проблема выживания, чем прогресса, увы.

Поясню, чем выигрывает однонаправленность.
Представим рабочее тело, как пружину, при перетаскивании ее из одного объема в другой,  происходит «поджатие», и только потом перемещение ее в другой объем. Чем больше пружина (т.е. паразитный объем), тем больше абсолютная величина «сжатия». И отсюда при значительной длине пружины (паразитного объема) и высокой частоте смены направлений пружина (рабочее тело) будет неподвижна (крайний случай, а так падает КПД). Это очень примитивный пример (все немного сложнее),- но суть раскрывает.
В нашем случае ( в устоявшемся режиме) выбирается «поджатие», и паразитные объемы не имеют того пагубного влияния. А увеличивая теплообменники мы увеличиваем время теплообмена, но и при этом увеличиваем и его скорость (площадь теплообмена ведь больше).
Как писал Уокер –«  Стремление к обеспечению минимально возможного мертвого объема не должно быть самоцелью, так как может привести к недо¬статочной поверхности теплообменников с последующим ухудше¬нием их эффективности. Кроме того, уменьшение мертвого объема связано с чрезмерным увеличением гидравлического сопротивления вследствие роста перепада давления, что вызывает снижение эффек¬тивной мощности и КПД двигателя.»

Итак, мы получаем возможность использовать в качестве рабочего тела воздух (азот – почти тоже самое), доступнейший газ в природе, не ухудшая удельные характеристики.

Водород (ну и гелий) выбирался  в первую очередь для повышение удельных характеристик -увеличением оборотов, значит уменьшением времени для теплообмена.. Такое мог обеспечить только водород (даже у гелия коэфф.тепллопередачи вдвое хуже). В нашем случае использование водорода теряет смысл.- большую частоту которую может дать водород не обеспечивает уже механика, а до этого предела хватает теплопередачи азота.

Думаю, что радиусы механизмов холодного и горячего объемов должы быть должны быть разными.
Иначе машина неработоспособна.

И, как уже говорил ранее, неплохо было бы подумать о водяном паре в качестве рабочего тела для мощных установок. В этом случае Т пара в холодильнике, конечно должна быть выше 100 грд. Зато из-за бОльшей разности Т пара и охлаждающего вохдуха, теплообмен увеличится, а холдильник будет компактнее.

georgii пишет:Думаю, что радиусы механизмов холодного и горячего  объемов должы быть должны быть разными.
Иначе машина неработоспособна.

V4 = V1 - меньший объем, V2 = V3 - больший объем (я уже в тексте отмечал).
НЕ обязательно радиусом, можно высотой лопатки (цилиндр секции будет ниже), ну а если уменьшить длину соответственных рычагов ВУ- лопатки будут меньше выдвигаться ( тоже объем меньше, но радиус ротора не меняется).

georgii пишет:И, как уже говорил ранее, неплохо было бы подумать о водяном паре в качестве рабочего тела для мощных установок. В этом случае Т пара в холодильнике, конечно должна быть выше 100 грд. Зато из-за бОльшей разности Т пара и охлаждающего вохдуха, теплообмен увеличится, а холдильник будет компактнее.

Однозначно! Эффективность в 1,5 - 2 раза (по Уокеру), но об этом потом.

chenia1 пишет:

georgii пишет:И, как уже говорил ранее, неплохо было бы подумать о водяном паре в качестве рабочего тела для мощных установок. В этом случае Т пара в холодильнике, конечно должна быть выше 100 грд. Зато из-за бОльшей разности Т пара и охлаждающего вохдуха, теплообмен увеличится, а холдильник будет компактнее.

Однозначно! Эффективность в 1,5 - 2 раза (по Уокеру), но об этом потом.

Да ну? Вот явно вы что то покуриваете, плюс к не знанию физики. Вода при разном давлении имеет разные точки кипения, а у вас давление при нагревании меняется.

Да ну? Вот явно вы что то покуриваете, плюс к не знанию физики. Вода при разном давлении имеет разные точки кипения, а у вас давление при нагревании меняется.[/quote]

Почитайте Уокера "Двигатель Стирлинга" - двухкомпонентное рабочее тело. Тогда и вы закурите (самокрутку из учебника физики за 8-й класс).

Итак, если мы можем позволить увеличить время теплообмена (более чем на порядок), тогда вместо водорода используем азот. (коэффициент теплопередачи у водорода в 7 раз выше). Отсюда, вместо водорода с давлением в 15-20 Мпа, имеем азот под давлением 1-1,3 Мпа (плотность и теплоемкость, в таком случае, этих рабочих тел примерно одинакова).

У водорода, правда несколько лучше коэффициент газодинамического сопротивления (Этот термин у Уокера -гидравлическое сопротивление, у Ридера - аэродинамическое), но заменой мы снимаем кучу проблем (в первую очередь уплотнения ну и далее).
Более того имея большие теплообменники можно выбросить несколько секций (тогда и механический КПД резко улучшится).

Ну примерно так



или даже так

chenia1 пишет:
Почитайте Уокера "Двигатель Стирлинга" - двухкомпонентное рабочее тело. Тогда и вы закурите (самокрутку из учебника физики за 8-й класс).

Прочитал. Там указывается, что расчеты идеализированные. Ни одной практической установки не создано. Прошло уже 40 лет с момента публикации и никаких практических реализаций нет ( в том числе, потому что давление в системе резко меняется, а значит постоянно меняется температура парообразования и конденсации).

Там все расчеты идеализированные. Поэтому максимальный практический кпд и не превысил нигде 32 проц.