Первый пост темы: Toxik Post: #198909 От:05.09.2009 (14:02) Вариант парового стирлинга. Полностью рабочий. Впрочем, это уже совсем не стирлинг, и цикл совсем не Карно, так что давайте назовем его Двигателем Белова, т.е. меня, а то все остальное по именам изобретателей, даже обидно...
Итак - цилиндр, трубка, и как на стирлинге - есть горячий и холодный концы, зато поршень только ОДИН, что делает двигатель куда проще. Работать может он так же на любом градиенте температур и от любого источника тепла, (холода). В отличии же от традиционных паровых двигателей - рабочая жидкость НЕ РАСХОДУЕТСЯ, если не считать потерь между цилиндром и поршнем. Впрочем, на стирлингах эта проблема легко решается точностью изготовления.
Принцип работы: Допустим, поршень сейчас в нижней мертвой точке. Нагреваем нижний конец цилиндра, жидкость (вода) закипает, пар толкает поршень вверх. Объем цилиндра увеличивается, температура понижается, кроме того, поршень съезжает на охлажденную часть цилиндра, пар конденсируется, давление падает, поршень втягивается назад, цикл повторяется заново. На схеме изображен традиционный кривошипно-шатунный механизм, но он нафиг не нужен - двигатель прекрасно работает и без этого "лишнего" механизма, что очень удобно для создания линейных генераторов (магнит, двигаемый поршнем по катушке).
Кроме простоты, у движка есть еще одно, ОЧЕНЬ БОЛЬШОЕ, особенно для альтернативной энергетики преимущество - для работы ему нужен гораздо меньший темпертурный градиент, чем стирлингу.
Идеальный газ, температура холодильника - 373 К, нагревателя - 473 К (100 и 200 по цельсию) - при постоянном объеме давление пропорционально температуре, допустим, было - 1 атм, стало - 1.27 атмосферы, итого - 0.27 атмосферы разницы, не лишко, ведь именно она и толкает поршня в Стирлинге. В моем двигателе картина лучше - если жидкость - вода, то давление при 373 К - та же 1 атмосфера, а вот при 473 - уже около 17 атмосфер, т.е. полезная разность давлений - около 16 атм, на 2 порядка больше, чем если бы был просто газ. Да, в стирлингах газ применяют сжатый, потому и циферка разности давлений будет повыше, но если вместо воды применить сжиженный газ, который УЖЕ находится при приличном давлении, то эта разность вырастет еще больше. Та же вода - если за при 200 градусах - давление пара около 17 атм, то при 300 - уже 300 атм!!! - опять при сравнении со стирлингом мой двигатель в выигрыше, и еще больше.
Поэтому, кроме работы на на всем, что горит, можно заставить двигатель давать электричество, например, за счет разности температур на земле/под землей, использовать энергию Солнца, сконцентрированную параболическим зеркалом и т.д. И все это - без высшей математики, берешь, и делаешь, сделал - и работает.
Самый простой способ убедиться в работоспособности этого двигателя - взять пробирку, подобрать (я точил из алюминьки) поршенек, входящий в нее с минимальным зазором, налить на дно около 1 мл воды, вставить поршенек и подержать над пламенем. Вместо того, чтобы просто вылететь - поршень ачинает дергаться туда-сюда (амплитуда зависит от массы), по мере прогревания пробирки поднимаясь таки вверх. Но если сделать нормальный холодильник - поршенек будет дергаться на одном месте, соединяй его с магнитом, магнит в катушку - и радуйся АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ.
Сделал и угробил действующую модель. На воде - прекрасно работала, заправил изобутаном (газ для зажигалок), сунул нагреватель в кипяток - поршень так шибануло, что шатун погнуло и от коленвала оторвало. Сейчас буду делать что-нибудь посерьезнее, тут с временем проблемы. Ну и на конкурс русских инноваций этот проект отправил - посмотрим, нужна ли родине халявная мощность...
Toxik Пост: 202428 От 01.Oct.2009 (15:25)
Сделал и угробил действующую модель. На воде - прекрасно работала, заправил изобутаном (газ для зажигалок), сунул нагреватель в кипяток - поршень так шибануло, что шатун погнуло и от коленвала оторвало. Сейчас буду делать что-нибудь посерьезнее, тут с временем проблемы. Ну и на конкурс русских инноваций этот проект отправил - посмотрим, нужна ли родине халявная мощность...
А удалось снять хоть приблизительные параметры? Мощность оценить? Хоть пальцами😎 Из чего была модель сделана?Диаметр поршня?Шумность моторчика?
Цилиндр был - латунная трубка, внутренним диаметром 19 мм. Толщина стенок - 1.5 мм. Единственная переделка - заглушил один конец, да сделал проточку до толщины в 0.5 мм для уменьшения теплопроводности между холодной и горячей частью. Поршень - точил алюминиевый шпенек, обмотанный для герметизации лентой ФУМ.
Охлаждение - трубка большего диаметра (внутренний 25 мм), одевал на цилиндр, герметизировал нитками и силиконовым герметиком. Были впаяны 2 трубочки для прокачки воды из-под крана. Коленвал - от старого электролобзика, ход, если не ошибаюсь, 28 мм. шатун - самодельный пришлось делать, иначе фиг поставишь этот коленвал.
На воде - грел от газовой конфорки, температуру и давление - не померять, но "на ощупь" (по сравнению с разными эл. двигателями) ватт 150-200 было. После того, как залил вместо воды изобутана - вал провернуть можно было только пасатижами. Поршень выбило, когде отпустил в кипяток горячий конец цилиндра, чтоб заработал - нужно было провернуть коленвал, но этого я сделать не успел. (возможно, успел бы - так и не поломало движок). Больше - никаких данных тоже получить не смог. Нужно переделывать все серьезно, и с запасом прочности.
На давление количество газа никак не влияет. А клапан - его ж сделать надо, а когда все кроме клапана готово, на воде работало уже и хоца испытать во всей красе - тут не до клапана 😀
Количество газа будет влиять на затраченную энергию. Формулы попозже выложу. Хотя- затраты на нагрев газа до точки кипения+затраты на испарение+зависимость менделеева-клапейрона (при расширении нагретого газа).
Кллапан можно было взять готовый от сантехнической группы безопасности. Выпускаются на 3 и 6 атм. Минимальные переделки для изменения давления, стандартный подвод.
SVV , да в том то и дело - затраты на доведение жидкого газа до температуры кипения - малы. Самого газа мало. Считай, это - прогрев двигателя.
Уравнение Менделеева-Клапейрона для системы пар/жидкость вообще не применимо!!! Это - для идеального газа.
PV=m/M R*T - вот уравнение. Фишка пары газ/жидкость в том, что меняется параметр m. Я могу увеличить объем при постоянной температуре, испарится чуток жидкости, и давление останется постоянным.
Зато, зависимость от температуры - очень большая. Чуток понижаю температуру, и тут же снижается и масса m, давление сильно падает (выше показано, что от объема здесь мало что зависит).
Если есть кучка формул, ты, конечно, выкладывай. Особо меня интересует система, в которой одна часть холоднее другой - какая общая температура пара в ней установится?
SVV Пост: 200076 От 14.Sep.2009 (10:06)
Из всех доступных имеет самую низкую темперетуру кипения 56 градусов, и низкую энергию парообразования. Вода-2200, ацетон-500.(все грубо).
Хлороформ не подходит? Он не горючий. Температура кипения 61,3 град. Цельсия, зато теплота парообразования всего 279 кДж/кг. Этиловый спирт 78,33/840, пентан 36,1/360.
Правда, хлороформ лучше не перегревать. До 250 градусов он будет работать в присутствии стабилизатора (1% этилового спирта), выше - разлагается на фосген или хлор (зависит от количества воды, присутствующей в парах).
ЗЫ. У CO2критическая температура 31 градус, критическое давление что-то окого 9 мПа.
ЗЗЫ. Кстати, проблема всех подобных моделей - малый коэффициент расширения нагретой фазы вещества. Именно поэтому, я так понял, обратились к фазовому переходу жидкость-газ. Почему бы не переделать головку любого маломощного движка внутреннего сгорания под внешний нагрев? И подавать в цилинтр через обчный карбюратор смесь пара и мелких брызг рабочего тела? Выхлоп направлять в холодильник, затем обратно в карбюратор, разделяя по пути газову и жидкую фазы. Жидкая фаза будет подсасываться при всасывании смеси в цилиндр на первом такте.
Радиатор и холодильник охлаждать присоединённым к валу вентилятором, головку цилиндра греть солнцем, присобачить управляемые светоотражающие шторки, чтобы не перегреть рабочее тело и не пустить вразнос движок. Для увеличения эффективности можно поставить турбинку дла нагнетания смеси в карбюратор, которая будет вращаться вылопом. Внутренняя конструкция головы цилиндра конечно же должна иметь несколько иную конструкцию, чем у классического ДВС (и я уже вижу, как она будет выглядеть изнутри). Для компенсации неплохо иметь присоединённую ёмкость с жидкой фазой, куда сливается конденсат из радиатора охлаждения. Из плюсов мы получаем хорошую герметизацию между поршнем и цилиндром, а также достаточно высокий коэффициент сжатия (ниже, чем в ДВС и выше, чем в Стирлинге). Теперь осталось найти в Киеве толкового токаря и слесаря в одном лице, чтобы заказать головку. А движок для авиамоделей лежит, готовенький к употреблению - купил когда-то ещё во времена СССР за 16 рублей (самашедшие на то время деньги).
Colorist Сам почитай, сколько всяких сложностей, не нужных, к тому же. Что касается подходит/не подходит - любая летучая жидкость подходит, и выбирается из условий работы двигателя. Если принудительный подвод тепла, и нагрев выше 100 градусов - вода прекрасно потянет, ты на теплоту парообразования не смотри - там из одного грамма воды пара по объему гораздо побольше выйдет, чем хлороформа или пентана, так что тут - не выиграешь. А если работать будет, отбирая тепло у земли - тут СО2 - самый рев.
Проблемы малой степени расширения нет - именно ее я и решил, добавив в цилиндр жидкости. Здесь газ не расширяется, а ПРИБАВЛЯЕТСЯ, при этом давление не падало бы, не будь "холодного" участка.
Посмотри на уравнение в моем предыдущем посте - PV=m/M R*T
Одной и той же температуре соответствует одно и то же давление. Увеличу объем - из жидкости испарится соответствующее количество газа, уменьшу - сконденсируется.
Зато, чуток прибавлю температуру - резко возрастет масса, давление изменится на изрядную величину.
Что касается двигателя, описанног тобой - это сколько ж запчастей, настроек, да и прочего гемора - и все будет ломаться... А главное - зачем? Меня батя так учил: чем меньше деталей, тем надежнее.
Да, верно. Но подкачку в виде турбинки можно и не ставить, переделанная голова - деталь неподвижная и не намного сложнее, чем стандартная головка ДВС. Остальное - детальки от любой компьютерной платы с тепловыми трубками. В остальном моторчик пойдёт без переделки. Т.е. стандартная серия двухтактного мотора. Кстати, подвижных деталей в нём ровно столько же, сколько в ДВС. А вот свечи зажигания нету... 😏
Значит так. Представим, что в цилиндре находится и переходит в пар от 0 градусов цельсия 1кг. воды. Для этого необходимо затратить энергию Q=mc(t2-t1)+mr. Где:
m=1кг.-масса воды
c=4200Дж/кг.0С-удельная теплоемкость воды
r=2250000Дж/кг-удельная теплота парообразования
t1=0 градусов цельсия
t2=100 градусов цельсия
Q=1*4200(100-0)+1*2250000=2670кДж
Для ацетона эта цифра равна 647кДж. Теперь мы имеем в цилиндре килограмм пара. Но мы испарили 56 молей воды или 17 молей ацетона. Следовательно объем водяных паров составляет (согласно первому следствию из закона Авогадро) 1255 литров воды или 381литр ацетона. Энергии мы затратили на воду в 4,1 раза больше, но и объем паров получили в 3,3 раза больше.
Идем дальше. Уважаемый Токсик раскритиковал меня за попытку применения уравнения Менделеева-Клапейрона (хотя буквально через пост сам на него и сослался 😀 ). Оно для идеального газа, но чем еще можно связать интересующие нас параметры? Получается связка массы, молярной массы, температуры и давления и объема.
Кто дальше посчитает? А то я гостей все выходные развлекал 😀 , что-то думается со скрипом 😀 .
Собственно, самая непонятная часть расчетов - расчет тепловой трубки, т.е. цилиндра, у которого один конец, скажем, 100 градусов, а другой - 200 градусов. Единственное, что нашел - это то, что считать нужно по самой "холодной" точке. Т.е. пар будет там конденсироваться, давление в более "горячей" части станет больше, вытеснит "горячий" пар в "холодную" часть, и так - пока давление не упадет. В данном случае, для воды и при 100 градусах - до 1 атмосферы. Ну, а когда открыта только "горячая" часть цилиндра - давление при 200 С будет 17 атм. Итого - 16 атм. разницы, но это - для 100 и 200 градусов, а если брать 200 и 300 - будет 17 и 300 атм!!! правда, для этого и тепловой поток придется увеличить до соответствующей мощности.
Так что рабочее тело нужно подбарить исходя из рабочей температуры движка и холодильника. Здесь лучше всего различные углеводороды и их смеси - можно подобрать практически для любого температурного режима. Понятно, что для движка, работающего на холоде - нужно использовать СО2, или даже более трудносжижаемый газ, а для повышенных температур - жидкости. вода, ацетон и т.д.
Колористу.
Все данные при н.у.Могу сбросить если лень искать.
Да рассматривал я вариант с вакуумированной системой с водой, даже цилиндр придумал рабочий с мембраной для такой системы. На предыдущих страницх эскиз есть. И отказываться от идеи не собираюсь. Хочу теорию просчитать хотя бы примерно. И делать рабочую модель от чего то отталкиваясь.Если просто от фонаря монтировать, времени кучу можно потерять и средств.Тем более собираюсь энергию снимать с мизерной дельты в 10-20 градусов. Не сложно просчитать варианты с разными рабочими телами и предварительными давлениями. Но нужна методика. Вот выкладываю вам посмотреть свежим взглядом, ошибки поискать.
Токсику.
А цифры обоснуйте, пожалуйста. И каким образом организовать фазовый переход в диапазоне 200-300 градусов? Давление повышать?
Фазовый переход - очень просто: принудительно греть горячую часть, а холодная - остывает (воздушное, или водяное охлаждение).
Один из главных плюсов этого движка - самонастраивоемость. он полюбому будет работать, если только... Если только будет справляться теплоотвод, и не рванет, или клапан не сработает. Усиливаю нагрев - усиливается и перепад давлений, возрастает мощность (и поток тепловой), сильнее нагревается холодильник, и теплоотвод становится лучше - движок продолжает работать, но с большей мощностью. Поэтому - и нужно подбирать рабочее тело для данной температуры, чтоб давление было такое, какое нужно. Чем меньше перепад температур, и вообще температура - тем больше должно быть начальное давление.
Вообще - двигатель, нарисованный в 1-м посте не лучший. Поршень "клинит" в верхней мертвой точке - для запуска двигатель нужно провернуть, что достаточно трудно. Поэтому - нужно либо движки собирать с несколькими цилиндрами, либо делать сразу 2 модель - двигатель-генератор. Там решено сразу несколько проблем, в том числе - герметизация и легкий запуск. А поскольку двигающаяся деталь всего одна, и система полностью герметична - надежности будет предостаточно. И энергия сразу самая удобная - электричество.
Вот выкладываю вам посмотреть свежим взглядом, ошибки поискать.
Ну, работать то будет, только вот мощность очень сильно зависит от размеров, и размеры эти - вряд ли кого-нибудь устроят. Ну, выделится литр пара на метровом колесе - момент - 5 н/м, обороты - мизерные, мощности то никакой... А чтоб увеличить мощность - только увеличивать размеры колеса, ну и подогрев - тоже.
От двигателя ведь не только работоспособность требуется, но и целесообразность. Почему на электромобили не ставят солнечные батареи, размером с футбольное поле? Вот и с этим двигателем - то же самое.
Как думаете, если в шприц набрать немного воды, заткнуть носик и резко увеличить объем.
-Что произойдет с температурой в зоне образования парового пузыря?
-Что произойдет с температурой воды?
-Если в момент расширения в паровую зону вкинуть каплю горячей воды, то можно ли достичь такого режима, чтобы энергия на подогрев капли воды была меньше прироста потенциальной энергии достигнутого разрежения при той же работе, затраченной на расширение?
Стенки шприца для лучшего теплообмена с окр.средой должны быть металлическими и снабжены ребрами снаружи для лучшего теплообмена.
-Что произойдет с температурой в зоне образования парового пузыря?
-Что произойдет с температурой воды?
Уменьшится.
-Если в момент расширения в паровую зону вкинуть каплю горячей воды, то можно ли достичь такого режима, чтобы энергия на подогрев капли воды была меньше прироста потенциальной энергии достигнутого разрежения при той же работе, затраченной на расширение?
Нет. Энергии будут равны, что ни делай. Если где-то появляется СЕ, так нужно хотя-бы ответить на вопрос "откуда???"
Паровой (т.е. 2-фазный) стирлинг мне как-то не попадался, я сам придумал таковой, и мне кажется, что он оказался чуть лучше того, что вы обсуждаете.
Как уже говорили, паровой цикл позволяет резко поднять давление, т.е. удельную мощность стирлинга. КПД от этого не шибко вырастет (может быть и не упадёт), он в основном зависит от разности температур нагревателя и охладителя. Рекуперация играет в паровой машине гораздо меньшую роль, чем в газофазном стирлинге. Одним словом, достойный объект для исследований.
Я предлагаю вам доработать конструкцию, приведенную на рисунке зачинщика обсуждения. Необходимо сделать перепуск рабочего тела в верхней и нижней мертвой точке. Итак - принцип работы:
В цилиндре должно находиться отмеренное количество жидкости; если переборщить, то весь двигатель просто рванёт, как это обычно происходило с паровиками до Роберта Стирлинга и даже после него.
В промежуточном положении поршня кипящая жидкость увеличивает давление, рабочий поршень совершает рабочее движение. В охладителе пар конденсируется, создавая разрежение над поршнем.
В верхней мертвой точке пар пропускается в зону охлаждения и давление падает. Движение пара не даёт конденсату стекать в зону нагрева.
Поршень движется вниз и сжимает небольшое количество пара. Ему для этого требуется гораздо меньше работы, чем выделилось при рабочем ходе.
В нижней мёртвой точке жидкость протекает в зону нагрева и вскипает.
Дальше всё повторяется.
Должен сказать, что на этом принципе лучше сделать 2-поршневой мотор, почти традиционный. Один поршень будет рабочим, а второй (вытеснитель) - изменять объёмы горячей и холодной зон. Конечно, эти объёмы имеют разную величину (в десятки или сотни раз различную). К двигателю необходимо добавить автомат, который должен отводить лишнюю жидкость при превышении давления выше некого предела и добавлять её при падении давления ниже некой нормы. Передача тепла в кипящую жидкость в сотни раз эффективнее передачи тепла между стенкой и газом. Давление - тоже больше. Может, на этом принципе удастся создать нечто работоспособное.
Для любителей Стирлингов - есть модель теплового двигателя, который можно собрать практически "на коленке". И работать он начнёт от температурной разницы в пару градусов - только на преодоление трения на старте. И даже при такой минимальной разнице он может быть достаточно мощным, если это учтено в его конструкции и обеспечен достаточный "объём" подаваемой энергии.
MSN Пост: 282974 От 05.Jan.2011 (16:25)
может немного не в тему, но кто не знает, знакомьтесь: [ссылка]
Ну, так это для меня уже - не новость. Только немцы сделали котёл со стирлингом, который реально произвести только имея в наличии очень серьёзную технологическую базу, а я предлагаю двигатель, который можно изготовить в любой колхозной мастерской с уровнем технологии начала 20-го века и при этом получить эффективность и надёжность.
Хотя, в прочем - как хотите... .
Я эскизы дал, а дальше - личное дело каждого. Кому интересно только по-свистеть - тупит, кто ленив - дождётся, пока я выложу расчётные материалы, кому надо уже сейчас - может начинать считать и делать.
А я уже считаю, т.к. уже есть четыре проекта, где без моего теплового двигателя - делать нечего, а с ним - как будто оковы упали.
_________________ "Наука - это то, чего быть не может. То что может быть - это уже технический прогресс" (П.Л. Капица)
"Делай, что должно и будь, что будет.."
Toxik |
Post:202428 - Date: 01.10.09(14:25)
