Альфа-стирлинг под давлением, почему не работает.

alex_koa пишет:
А что, если увеличить диаметр рабочего поршня либо его ход при том же диаметре?

Согласен, как вариант тоже надо проверить, тут всё может быть, тема не изучена, всё нужно проходить руками. Этот движок курочить мне жалко, на нем и так уже живого места не осталось, пусть работает как есть, будет как демонстрационная модель.

Увеличение раб.поршня тоже не поможет. Потому как при рабочем ходе я согласен будем иметь хорошее падение давления и как следствие лучшее охлождение всётаки адиабатические процессы не кто не отменял,но при сжатии большая площадь всё равно убьёт весь прирост. Тут наверное правильнее было бы уменьшить диамет но увеличить рабочий ход именно рабочего,но и это не спасёт. Фишка в том что альфе на каждом такте нужна докачка, именно из за сжатия перед расширением рабочего тела. Кто нибудь видел низкотемпературную альфу? Кстат киньте плиз ссылочку на видюху именно альфы под давлением,ато тырнет у меня дохлый сам неделю искать буду.

Феликс пишет:Увеличение раб.поршня тоже не поможет. Потому как при рабочем ходе я согласен будем иметь хорошее падение давления и как следствие лучшее охлождение всётаки адиабатические процессы не кто не отменял,но при сжатии большая площадь всё равно убьёт весь прирост. Тут наверное правильнее было бы уменьшить диамет но увеличить рабочий ход именно рабочего,но и это не спасёт. Фишка в том что альфе на каждом такте нужна докачка, именно из за сжатия перед расширением рабочего тела. Кто нибудь видел низкотемпературную альфу? Кстат киньте плиз ссылочку на видюху именно альфы под давлением,ато тырнет у меня дохлый сам неделю искать буду.

Не согласен, должно помочь, вопрос только в том, насколько его нужно увеличить. А не все ли равно, увеличивать рабочий ход или диаметр? В случае увеличения рабочего хода мы будем иметь большее сопротивление сжатию из-за увеличения длины кривошипа, а в случае увеличения диаметра поршня при том же ходу сопротивление сжатию увеличивается из-за увеличения площади поршня. По-моему, в двигателе проще изготовить и поменять пару цилиндр-поршень, чем коленвал. Кстати, короткий ход не обязательно значит меньшую мощность. Докачка нужна при повышенном давлении из-за потерь рабочего тела, но не факт, что на каждом такте. Если картер герметичный, то потерь нет и докачка тоже не нужна (разве что совсем небольшая). Если есть возможность производить на каждом такте маленькую докачку - почему бы и нет?

При высоком давлении утечки неизбежны и большие. Дело в том что при очень маленьких зазорах в паре поршень гильза они у вас очень быстро заклинят при нагреве. Молчу о моторесурсе. Отсюда вывод нужно увеличивать зазор и заливать масло в картер,но при таком раскладе вам нужно выравнивать давление на каждом такте.

Утечка происходит в картер и если он герметичен, то со временем устанавливается состояние равновесия давлений цилиндр/картер и докачка нужна только за счет потерь через уплотнения. Если же картер недостаточно герметичен, или из него выходит вал, утечка возможна через уплотнение вала, то докачка нужна.

Вы просто не верно меня поняли. У меня есть движок работающий под давлением,просто в железе он реализован иначе и это уже не совсем стирлинг.Потому не сразу дотумкал. Дело в том что альфа на атмосфере и альфа под давлением работают по разному. Под давлением утечки грубо говоря по барабану и когда альфа предназначенная работать под давлением работает на атмосфере она теряет в мощности. Многие не верно представляют работу. У альфы холодный только номинально называют рабочим. Правильнее его называть компрессионным. Горячий совершает большую полезную работу. Смотрим на чертёж в первом посту Игоря. Если кто не в курсе коленвал мысленно нужно проварачивать против часовой стрелки. Так вот когда горячий проходит вмт и в него начинает попадать воздух то рабочее тело начинает расширятся и уже начинается РАБОЧИЙ ход. Дальше его подхватывает холодный и тоже совершает полезную работу но только пока горячий не подошёл в нмт,то есть половину своего рабочего хода. Дальше идёт НЕ РАБОЧИЙ ход а охлаждение и сжатие. Именно в этот момент открывается перепускной клапан и сбрасывает излишнее давление в картер. Открытый он до того момента как горячий из нмт доходит до вмт а холодный дополовины дошёл вверх. Дальше холодный закрывает клапан но давление уже уравновешенно и он перекачивает воздух под давлением равным давлению в системе в целом в горячий для расширения рабочего хода и далее по сценарию.Поэтому накачивают их в картер. На атмосфернике всё происходит несколько иначе.

Феликс пишет:Так вот когда горячий проходит вмт и в него начинает попадать воздух то рабочее тело начинает расширятся и уже начинается РАБОЧИЙ ход. Дальше его подхватывает холодный и тоже совершает полезную работу но только пока горячий не подошёл в нмт,то есть половину своего рабочего хода. Дальше идёт НЕ РАБОЧИЙ ход а охлаждение и сжатие. Именно в этот момент открывается перепускной клапан и сбрасывает излишнее давление в картер. Открытый он до того момента как горячий из нмт доходит до вмт а холодный дополовины дошёл вверх. Дальше холодный закрывает клапан но давление уже уравновешенно и он перекачивает воздух под давлением равным давлению в системе в целом в горячий для расширения рабочего хода и далее по сценарию.Поэтому накачивают их в картер. На атмосфернике всё происходит несколько иначе.

Если при расширении рабочего тела существует излишнее давление, то это значит, что либо выбран неправильный температурный режим (горячий цилиндр нагревается более, чем нужно для данного типа двигателя), либо неправильно соотношение обьемов горячего/холодного цилиндров (обьем горячего цилиндра значительно больше, чем нужно для данного теплового режима). Выпуск излишнего давления в картер и его подсос оттуда решение интересное, но тогда это уже не совсем стирлинг, а, скорее, похоже на двигатель Эриксона. Он, правда, сбрасывал рабочее тело в атмосферу через регенерирующую медную сетку, но не исключал возможность и замкнутого цикла.

Не претендую на истину, но вот диаграмма работы моей теоретической альфы. Зависимости давления в системе от угла повторота вала.

Угол 0 соответствует нижней мертвой точке поршня сжатия, когда объем зоны сжатия максимальный.



В зоне сжатия давление понижено и по идее давление окружающей атмосферы должно быть выше давления в объеме двигателя и таким образом совершать работу, толкая поршень.

Повышая давление в активной зоне выше атмосферного, вы теряете полезную работу цикла сжатия. При чем вдвойне и пропорционально "передуву" зоны. Теперь для сжатия надо будет расходовать энергию

ИМХО, повышать давление нужно синхронно с давлением окружающией среды. Тогда будет работать по моему, т.к. давление внутри должно прыгать выше и ниже атмосферного, выполняя работу по сдвигу поршней.

Зона повышенного относительно окружающей среды давления выталкивает поршень, совершая работу.
Зона пониженного относительно окружающей среды давления вталкивает поршень, совершая работу.

У вас получается внутри давление относительно окружающей среды будет всегда повышено.

Многократно всё обдумав и перечитав теорию, теперь склоняюсь к такому варианту причины остановки двигателя при поднятии давления:
думаю зазоры между поршнем и гильзой не при чем, т.е. они конечно уменьшают мощность двигателя(если большие) очень сильно, я у себя добился очень хорошей подгонки и компрессии, но положение этим не улучшил. Главной причиной остановки двигателя при накачке, считаю крайне примитивное охлаждение. Радиатор у меня воздушный и не эффективный по внутреннему сечению, что негативно сказывается на охлаждении рабочего тела при поднятии давления.

Если на атмосферном давлении этот радиатор ещё успевает худо-бедно охлаждать рабочее тело, и двигатель может работать минут 15-20 до полной остановки от перегрева, то при уплотнении воздуха(на 2-3 атмосферы), радиатор уже не справляется со своей задачей, и получается , что рабочему поршню приходится после рабочего цикла сжимать на порядок более гарячий воздух, что делать соответственно труднее, вот поэтому двигатель и захлёбывается.

На следующей модели я планирую сделать водяное охлаждение, обязательно поставлю регенератор(что уменьшит нагрузку на радиатор) и сделаю многощелевой радиатор, с большой площадью контакта для рабочего тела. Надеюсь все эти меры, пусть и в определённых пределах, но решат проблему.

Может быть проблема чисто теоретическая? В моем наброске расчета идеального Стирлинга увеличение начального давления при неизменном перепаде давления и температур приводит к увеличению работы, но к уменьшению КПД. Если подводимая теплота остается неизменной, то, очевидно, что увеличение давления приведет к уменьшению работы и остановке двигателя когда производимая им работа станет равной "собственным нуждам". На начальном этапе подводимая теплота может расти быстрее чем снижается КПД из-за особенностей процессов теплообмена. Отсюда и увеличение оборотов при небольшой накачке с последующим снижением и остановом при последующем росте давления.

vx пишет:Может быть проблема чисто теоретическая? В моем наброске расчета идеального Стирлинга увеличение начального давления при неизменном перепаде давления и температур приводит к увеличению работы, но к уменьшению КПД. Если подводимая теплота остается неизменной, то, очевидно, что увеличение давления приведет к уменьшению работы и остановке двигателя когда производимая им работа станет равной "собственным нуждам". На начальном этапе подводимая теплота может расти быстрее чем снижается КПД из-за особенностей процессов теплообмена. Отсюда и увеличение оборотов при небольшой накачке с последующим снижением и остановом при последующем росте давления.

Полностью согласен с этим обоснованием, в моей модели весьма примитивный нагреватель, с малой площадью контакта, поэтому сложно эффективно повысить подвод тепла. Надеюсь все эти недостатки устранить на следующей более совершенной версии двигателя.

Admin_Игорь пишет:Многократно всё обдумав и перечитав теорию, теперь склоняюсь к такому варианту причины остановки двигателя при поднятии давления:
думаю зазоры между поршнем и гильзой не при чем, т.е. они конечно уменьшают мощность двигателя(если большие) очень сильно, я у себя добился очень хорошей подгонки и компрессии, но положение этим не улучшил. Главной причиной остановки двигателя при накачке, считаю крайне примитивное охлаждение. Радиатор у меня воздушный и не эффективный по внутреннему сечению, что негативно сказывается на охлаждении рабочего тела при поднятии давления.

Если на атмосферном давлении этот радиатор ещё успевает худо-бедно охлаждать рабочее тело, и двигатель может работать минут 15-20 до полной остановки от перегрева, то при уплотнении воздуха(на 2-3 атмосферы), радиатор уже не справляется со своей задачей, и получается , что рабочему поршню приходится после рабочего цикла сжимать на порядок более гарячий воздух, что делать соответственно труднее, вот поэтому двигатель и захлёбывается.

На следующей модели я планирую сделать водяное охлаждение, обязательно поставлю регенератор(что уменьшит нагрузку на радиатор) и сделаю многощелевой радиатор, с большой площадью контакта для рабочего тела. Надеюсь все эти меры, пусть и в определённых пределах, но решат проблему.

Все же рекомендую Вам следующую модель сделать удобной в сборке/разборке и замене унифицированных деталей, чтобы на ней можно было бы обкатать разные варианты работы, т. е., своего рода конструктор и с ней делать лабораторные опыты с измерением мощности и установлением тех или иных закономерностей.

Еще одно предположение. Если охладитель не успевает охладить рабочее тело, то установка регенератора должна хотя бы частично улучшить ситуацию, так как регенератор должен частично охлаждать рабочее тело, после чего его же (рабочее тело) должен доохлаждать охладитель.

alex_koa пишет:Еще одно предположение. Если охладитель не успевает охладить рабочее тело, то установка регенератора должна хотя бы частично улучшить ситуацию, так как регенератор должен частично охлаждать рабочее тело, после чего его же (рабочее тело) должен доохлаждать охладитель.

Совершенно верно, это я и собираюсь уже осуществить, плюс простую разборку двигателя, сейчас работаю над компьютерной моделью

Начал интересоваться Стирлингами не так давно, но позвольте и мне поучаствовать в дискусии.

Главный принцып Стирлинга - это разница давлений теплого и холодного воздуха (в нашем случае). Мы нагревая горячий цылиндр можем достичь пиковой температуры (условно 600 гр. ц.) в то же время холодный остаеться под воздействеем комнатных или атмосферных температур. Постепенно воздух из горячего цылиндра нагревает холодный разница температур падает соответственно падает и можность.

Подавать давление в картер в корни не правильно так как вы уравниваете давления внутри рабочей зоны и соответственно изнутри ее. Теряеться сам принцып (разность давлений). Нагнетать нужно в рабочую зону лучше всего через регенератор. Увеличивая давления рабочей зоны увеличеться и мощность. Соответственно надо поработать над герметичностью цылиндров. Так как Вы же сами сказали что новый (меньше зазоров) работал лучше. Зазор в 1 мм ето много, можно попробывать ставить кольца как в ДВС.

Ну и еще видел много схем с использованием в альфа стирлингах дополнительного "Рабочнго цылиндра" к холодному цылиндру.

Читал про немецкий серийный двигатель. Там написано, что в картере давление должно быть средним (для равновесия системы), между максимальным (горячем) и минимальном (холодном) рабочем теле. Т.е. давление увеличивает массу газа ( переносимую энергию) и повышает мощность. На мой взгляд, герметичный картер прежде всего защищает от утечки рабочего тела ( газа) через цилиндропоршневую группу при увеличении давления. При охлаждении рабочего тела, газ из картера всасывается сквозь щели поршня обратно в рабочую зону.

Вы не пробывали замерять меняется ли давление в картере в ходе одного цикла ? мне кажется объём картера у вас постоянно изменяется и энергия тратится на создание то давления , то разрежения относительно среднего давления в картере , вы уже писали что подключив балон с дополнительным объёмом к картеру увеличили время работы , кок раз потому что относительный перепад в давлении уменьшился , если моё предположение верно то , ситуацию может исправить сблокирование со вторым двигателем работающим в противофазе , что бы объём картера не менялся.

voral777 пишет:Вы не пробывали замерять меняется ли давление в картере в ходе одного цикла ? мне кажется объём картера у вас постоянно изменяется и энергия тратится на создание то давления , то разрежения относительно среднего давления в картере , вы уже писали что подключив балон с дополнительным объёмом к картеру увеличили время работы , кок раз потому что относительный перепад в давлении уменьшился , если моё предположение верно то , ситуацию может исправить сблокирование со вторым двигателем работающим в противофазе , что бы объём картера не менялся.

Совершенно верно , я тоже думаю что такое решение было бы идеально правильным, надеюсь когданибудь попробую собрать именно такую спарку, потому что эта модель уже давно продана как учебное пособие.

Вообще я посмотрел что существуют схемы серийных одноцилиндровых двигателей.... Мне кажется вам нужно было прикинуть на сколько максимально возрастает давление в картере в ходе одного цикла от начального давления , а потом посчитать на сколько возрастает давление в рабочей полости , если в картере перепад давления выше чем в рабочей полости , то такой двигатель всю энергию потратит при первом же ходе , если меньше то сможет работать в одноцилиндровом варианте.

voral777 пишет: мне кажется объём картера у вас постоянно изменяется и энергия тратится на создание то давления , то разрежения относительно среднего давления в картере.

У Вас тут ошибка в рассуждениях.
Действительно, на сжатие газа в картере расходуется энергия. Но эта энергия никуда не девается, а запасается во внутренней энергии сжатого газа. При расширении газ картера отдает всю запасенную энергию обратно поршню.
Никаких потерь энергии за цикл не происходит, независимо от среднего давления в картере.

Teoretic прочитайте мой второй пост , во первых энергии может элементарно не хватать на совершение даже одного цикла , во вторых колебания в картере не обязательно прямо противоположны колебаниям давлений в рабочей полости , поэтому они могут постоянно поглощать энергию....

По-моему, два двигателя в противофазе с общим картером все же должны работать более плавно за счет меньшего колебания давления в картере и за счет двух тактов расширения рабочего тела за один оборот вала. И в одноцилиндровом двигателе энергия сжатия газа в картере никуда не девается, но все же на эту процедуру необходимо затратить некоторое количество энергии, которое может быть далеко не лишним для данного двигателя. Итого, для такого двигателя нужен маховик больше, чтобы преодолеть это сжатие и может понадобиться большее усилие при запуске и работа его будет менее плавной, чем варианта двух ДС в противофазе. Вам знакома работа двигателя автомобиля, когда в нем не работает один из четырех цилиндров? Мощность не та, вибрация больше, больше расход топлива. Полной аналогии здесь нет, но все же чем-то похоже.

voral777 пишет:Teoretic прочитайте мой второй пост , во первых энергии может элементарно не хватать на совершение даже одного цикла , во вторых колебания в картере не обязательно прямо противоположны колебаниям давлений в рабочей полости , поэтому они могут постоянно поглощать энергию....

Конечно я прочитал всю тему.
Да, энергии может не хватить на один такт сжатия, но для этого и нужен маховик, который запасает гораздо больше энергии, чем вырабатывается за цикл.
Во-вторых, никакие колебания давления в картере не могут поглощать энергии, поскольку картер не совершает работы, кроме как возвращая запасенную энергию поршню во время обратного хода (принцип тот же самый, как, например, при сжатии-растяжении пружины: сколько энергии затратили, столько обратно и вернулось).

Причину остановки двигателя Игоря при повышении давления заочно, конечно, не определить. Но в первую очередь я бы обратил внимание на интенсивность охлаждения (при повышении мощности надо пропорционально улучшать и охлаждение, да он и сам это видит), тут очень бы помог термодатчик в холодном цилиндре; во-вторых, возрастают потери на трение как при перекачке газа, так и в механике двигателя. Мне кажется, двигатель высокого давления требует гораздо более точной обработки деталей и выбора материалов для трущихся поверхностей, и самой тщательной общей балансировки.

Мое ИМХО, читая первые сообщения Игоря сразу возникла идея именно увеличить ход поршня или его диаметр, просто объем раз эдак в 4-5 ровно на столько на сколько подняли давление, как собственно и сказал alex_koa сообщением отв Пт Янв 13, 2012 7:11 pm.

Игорь охлаждал его льдом не помогло.
Давление в цилиндре, в картере, в атмосферу не менялось тоже отметили, значит не утечки, не перегрев, не могли все испортить.
Только не верные физические параметры, отношение вытеснителя, перепуска, рабочей зоны. То есть под 5 атм. нужно делать новый стирлинг под это давление.

Что-то не так. В реальных стирлингах, например на подлодках, меняют мощность быстрым изменением давления. Т.е. прекрасно работает при любых давлениях.
Больше давление - больше плотность - больше скорость теплообмена.