Сейчас начали вспоминать двигатель Стирлинга. Дескать у него и экономичность и экологичность, да и вообще — название красивое.
Давайте, что ли, и мы вспомним, чтобы расставить хотя бы часть точек над «i»…
Двигатель Стирлинга был изобретен в 1816 году преподобным Робертом Стирлингом.
Главная цель изобретения — удалить несовершенные машины с угольных шахт, где они откачивали воду. Классические машины требуют парового котла, который по тем временам часто взрывался и Стирлинг поставил задачу — изобрести машину без высокого давления. Ему это удалось.
Рассмотрим классический стирлинг бета-типа, он самый простой.
На схеме красным обозначена часть, которая нагревается от внешнего источника (приятно, что любого), синим цветом — часть, охлаждаемая воздухом, радиатор.
Любой стирлинг работает именно на этой разнице температур.
В нижней части под нижним поршнем воздух нагревается и от этого расширяется — и толкает поршень вверх.
В процессе подъема воздух просачивается между поршнем и стенками в верхнюю полость, где радиатор его охлаждает. При этом воздух сверху сжимается из-за охлаждения и опять идет вниз, чтобы начать новый такт.
Двигатель стирлинга работает именно на том, что воздух в одном месте конструкции разогревается и расширяется, а в другом охлаждается и сжимается. Естественно, вариаций такой схемы — вагон и маленькая тележка.
Рабочее тело — воздух в цилиндрах и это рабочее тело не расходуется. Стирлинг не впускает ничего снаружи и ничего в атмосферу не выпускает. А так, как внутри цилиндров не происходит вспышки или детонации, а давление слабое — то работает он почти бесшумно (IMHO, это основное преимущество стирлинга). А бесшумность и низкие обороты дают фантастическую долговечность. Ну прямо одни плюсы в конструкции! Ну что ж, идем дальше.
Мы показали самый простой стирлинг, без регенератора и со щелями вокруг поршня, нам он вряд ли пригоден. У него совсем низкая мощность и не ахти какое КПД.
Давайте посмотрим на стирлинг с регенератором. Регенератор — это на картинке такая штуковина слева, через которую идет газ.
По теории регенератор — это полость, заполненная каким-либо «пористым материалом». На практике там внутри могут быть просто металлические ребра или даже проволока, свернутая в катушку. Регенератор не должен слишком хорошо проводить тепло. Он должен остужать горячий газ, когда он проходит через него и нагревать холодный газ, когда тот возвращается через регенератор.
Без него не будет ни мощности, ни КПД. И его расчет — это первый квест, который достанется попаданцу. То есть расчета и не будет (потому что попаданец не сможет получить входные данные), будет многомесячный подбор количества витков или ребер.
Но это только цветочки. За ними идут ягодки.
Дело в том, что машина Стирлинга подозрительно напоминает машину Ньюкомба с орошением холодной водой цилиндра. Отличия есть — во времена Стирлинга смогли сделать такие точные детали, как поршень с цилиндром, ну то есть чтобы в щель между ними палец не пролазил. Поэтому если вы решили построить двигатель стирлинга до классического паровика — будьте готовы решать проблемы, описанные в статье борьба за точность. Но помните — та точность подгонки деталей, которая годилась для паровика, не годится для стирлинга. Потому что кривой паровик все равно выпустит пар и пойдет за следующей порцией, а стирлинг ничего в атмосферу выпускать не должен.
Однако, именно на поле точности у попаданца есть шансы построить стирлинг.
Дело в том, что поршни первых паровиков были очень большого диаметра, около метра. Со стирлингом такая штука не получится и цилиндр стирлинга будет куда меньшего диаметра и, соответственно, точность обеспечить много-много проще.
Почему же цилиндр поршня будет меньше?
А потому, что теплопередача стирлинга идет через стенки цилиндра. И нагревают именно стенки, ожидая, что тепло передастся газу.
Однако, так получилось, что наш мир трехмерен, и если мы возьмем емкость и линейно увеличим ее размеры, то ее объем вырастет в третьей степени, а ее поверхность — только во второй. То есть при увеличении размеров объем растет гораздо быстрее, чем площадь поверхности. Именно поэтому ванна остывает куда медленнее, чем чайник. В случае со стирлингом это ведет к тому, что газ внутри цилиндра начинает прогреваться куда медленнее и количество оборотов падает катастрофически. При этом введение всяких ребер не даст нужного эффекта, потому что в системе образуется газ, собранный в «складках местности», который не участвует в работе.
Ну хорошо, будем строить небольшой стирлинг. А почему, собственно, первые паровики строили такими большими? Зачем требовался цилиндр в 70 см диаметра? Тут вопрос с том, что давление в котле первых паровых машин было очень мало и чтобы обеспечить мощность, приходилось делать поршни большой площади. Понятно, что такой путь для стирлинга закрыт.
Конечно, есть второй путь — повышение давления. Именно по этому пути пошло развитие паровых машин.
Как на эту тему в стирлинге? Да так же, как со всем остальным. Повышение давления требует повышения температуры. А резкое повышение температуры требует использование специальных жаропрочных сталей, с которыми сейчас экспериментируют. Ведь теплопередача идет через металл и наружную сторону приходится раскалять до белого каления. Но были ли доступны такие стали во времена до технологической революции? Ответ найдете сами.
Я не говорю, что со стирлинга нельзя снять неплохую мощность, сейчас это удалось. При использовании водорода, электрического нагрева и давления 200 атмосфер. Проще сразу реактивный двигатель строить.
Итак, с мощностью у стирлинга не вышло. А как с другими параметрами?
Давайте посмотрим на количество оборотов за минуту. Вы у какого-нибудь стирлинга видели регулятор оборотов? Нет?
А потому, что он не нужен. Стирлинг нельзя раскочегарить до сотен оборотов в минуту (я не беру водородный высокого давления), более того — у стирлинга вообще очень узкий диапазон оборотов, заданных конструкцией. Быстрее крутится он не будет — теплопередача в металле тормозит, а меньше оборотов можно добиться только уменьшением нагрева — то есть уменьшением давления в цилиндре — то есть уменьшением мощности — вплоть до полной остановки. Это я к тому, что если вы решили поставить стирлинг на авто, то потребуется коробка передач и сцепление. Конечно, при той копеечной мощности можно замутить вариатор, как на скутерах.. В 18 веке, ага.
Сейчас количество оборотов регулируется введением дополнительной буферной емкости для газа, но представьте «простоту» этой конструкции! Ведь вся проблема не сделать саму емкость и даже не вентиль к ней. Она должна подключаться и отключаться в определенном такта работы, то есть вентиль должен быть механически связан с маховиком.
И одна из главных проблем стирлинга — обороты будут низкими. И что мы будем делать с низкими оборотами?
Можно поставить повышающий редуктор. Мы не будем вспоминать о сложность этой задачи до эпохи паровых машин.
Вопрос в другом — такой редуктор заметно снижает крутящий момент, поэтому если вы хотите сделать что-то типа гоночного автомобиля, то он не разгонится, воздух помешает.
Итак, куда можно поставить стирлинг?
На паровоз? Не хватит крутящего момента сдвинуть с места состав. А если и построить легкую мотодрезину, то как регулировать ее скорость? Втыкать буферную газовую емкость? А место на дрезине будет? Стирлинг вообще отличается удивительно большой материалоемкостью даже среди двигателей внешнего сгорания, а тут еще и дополнительные устройства.
На автомобиль? А попаданец сможет построить вариатор до появления резьбового соединения и соответствующих токарных станков? Я очень хочу увидеть этот девайс!
На пароход? Кому нужен винт, что будет вращаться с мощностью в три лошадиные силы и скоростью меньше ста оборотов в минуту? Конечно, эти обороты — как раз обороты вращения гребного колеса, но гребное колесо — это рычаг, и чтобы его провернуть требуется немалый крутящий момент, даже поболее чем у винта. Конечно, можно построить гребное колесо сантиметров 60 в диаметре, но опять-таки очень хочу это увидеть!
На водяной насос? Да! Это его место! Там не надо ни высокой мощности, ни больших оборотов. Более того — необходимо очень долго держать постоянные обороты, а стирлинг в разнос не пойдет никогда. Самое оно!
И напомню — насосы нужны не только на шахтах. Насос, к примеру, работает в классическом холодильнике..
На электростанцию? Можно попробовать. С одной стороны — постоянные обороты. Если правильно подойти, то можно построить линейный генератор, который будет выдавать переменный ток заданной частоты. Стирлинг умеет держать обороты! Но с другой стороны — малая мощность. То есть если вам нужно электричество питать электролампочку и рентгеновский аппарат, ну и плюс зарядить мобилку — годится. А если требуется получать карбид кальция или алюминий — забудьте.
Крутить токарный станок? Да, годится. Только надо не забывать на каждый станок поставить свой стирлинг, ну и без редукторов тут не обойтись. Но если станок получился — на нем можно делать требуемые детали и повышать эффективность.
КПД стирлинга получается порядка 15-18%. Он не настолько высок, как следовало бы ожидать из-за того, что теплопередача идет черех стенку.
Как для паровика, это много.
Однако, использовать его можно только там, где нужно маломощный двигатель (маломощный, но не малоразмерный!). То есть там, где бы сейчас поставили электродвигатель.
В двигателе Стирлинга много подводных камней. Вот как выглядит реализация кинематической схемы, показанной выше.
И это — самая эффективная схема. Я сомневаюсь, что попаданец будет возиться с двумя валами, скорее всего обойдется классическим кривошипом и маховиком. Соосность будет хуже и достаточно быстро стирлинг начнет выпускать воздух, но разве это кого-то остановит?
Остальные схемы я приводить не буду — они сложнее. Хотя если вся технологическая база уже работает (читай «паровые машины в расцвете»), то и другие модели можно построить, стирлинги реально проще паровиков. И много безопасней. И поэтому дешевле. Вот только паровик стирлингу не заменить…
Все таки забыл сказать главное его преимущество технически построить его в разы легче чем паровик.!!! Потому что малые давления при невысокой температуре, позволяют добится герметичности с банальным сальником из пеньковой веревки смазанной жиром. И второе внедрение Стирлинга, создает новую область производства, производство двигательных механизмов поршневого типа — отсюда уже легче внедрять и сами паровики. Ну и небудем передергивать, речь изначально велась именно об простейщих Стирлингах, не будем поминать в суе современные разработки, что стирлингов, что паровиков.
Я как раз упомянул. Но толку с этой простоты? Жестяную кружку сделать проще чем паровик, но кружка паровика не заменит. И стирлинг сделать проще и он паровика не заменит тоже.
У простого стирлинга есть только два применения. 🙂
1 В качестве демонстрационной игрушки.
2 В качестве насоса, где нужно просто хоть как бы качать и важна относительная надежность.
Стирлинг нельзя делать высокооборотным, стирлинг меееедленный скорость теплообмена невелика, а рабочий газ должен успевать получать свою теплоту, что между прочим не так и просто сквозь стенки то…А решение хоть частичное этой проблемы, это усложнение двигателя и значительное.
Нормальный регенератор сделать не получиться — его и сейчас не могут сделать нормальный — или он имеет большое сопротивление газовому потоку, или с теплообменом проблема.
Современные стирлинги, это с большинстве случаев — холодильники с специфических применениях. А двигатели для транспорта будут посложнее ДВС. Тут и большое давление рабочего газа, да и газ отнюдь не воздух.
Стирлинг конкурировал с первыми паровиками, потому что у тех КПД хорошо если был один процент.
И не надо смотреть на модельные схемы. Между ними и реальным двигателем разница такая же как и в ДВС. Он ведь совсем не такой как на картинках показывающих принцип его работы. Он на порядки сложнее.
Нет его можно конечно сделать, но при наличии технологии которая позволит его сделать более менее эффективным, для большинства применений будет легче сделать ДВС, или тот же паровик.
Щелкните по моему имени)
Прежде чем выкладывать подобное, рекомендую немного посчитать. А заодно выяснить почему атмосферные паровые машины работали МЕДЛЕННО.
Вы пытаетесь запрячь в одну упряжку черепаху и гепарда.
Я знаю почему они работали медленно, поэтому учел все недостатки.
Можно построить такой двигатель.
http://www.valentinru.ru/index/dvigatel-vneshnego-sgoranija/0-7
Агрегат занятный но бесперспективный.
Вы поочередно греете и охлаждаете стенки каждого цилиндра. Вы бесполезно тратите на это тепло которое потом столь же бесполезно отдается холодильнику. Подумайте сами, какая масса у этих цилиндров-поршней в сравнении с массой газа внутри. Это соотношение (добавим сюда и разницу в теплоемкости) можете сразу вычитать из КПД.
А поскольку цилиндр массой в 100 грамм вряд-ли вместит в себя более 1 грамма газа то МАКСИМАЛЬНЫЙ КПД вашей установки не может превысить 1%.
Это не считая теплового кпд, механических потерь и прочих радостей. т.е. реально речь пойдет о сотых долях процента.
Стирлинг в отличии от вашего агрегата, греет и охлаждает ТОЛЬКО рабочее тело. Ну и плюс регенератор.
Ну и наконец, ваше устройство весьма сложно технически, так что для попаданца бесполезно в принципе.
Как демонстратор дарового двигателя нечто подобное можно использовать, заменив цилиндры/поршни на сосуды с мембраной на горловинах. и расположив колесо таким образом чтобы в нижней точке эти сосуды касались воды.
Греть цилиндры сильно не надо, кроме того, не все секреты я раскрываю, там еще предусмотрен перепуск газов.
Рабочее тело находится в цилиндре, чтобы нагреть рабочее тело нужно нагреть цилиндр. Так что цилиндр вы греете ровно на те же градусы что и рабочее тело (а вернее больше, поскольку термодинамику пока не отменили).
Далее, слово «сильно» тут не имеет ни малейшего смысла. Нагреть нужно ровно настолько чтобы газ расширился на величину движения штока.
Но основная беда не в температуре, а в теплоемкости газа и цилиндра. Теплоемкость цилиндра многократно превышает теплоемкость того объема газа который в нем находится.
//Смею заметить, что в тепловой машине, работающей по циклу Карно, холодильнику тепло не отдается бесполезно.
Или вы неверно понимаете принцип Карно или не осознали то что я вам написал.
Цикл Карно учитывает тепло переносимое РАБОЧИМ ТЕЛОМ. т.е. если вы нагрели воздух, сняли работу с его расширения, а потом отдали его тепло холодильнику это вовсе не бесполезная передача тепла. Но если вы параллельно с этим процессом грели стенки цилиндра, то тепло потраченное на их нагрев работы не совершит. И отдав это тепло холодильнику вы тоже работы не совершите. Т.е. эта часть процесса теплопередачи в цикле Карно не участвовала и была бесполезной тратой энергии нагревателя.
Эта беда была в атмосфениках, и решил проблему Уатт, придумав конденсатор. Он разнес горячий цилиндр и холодный, снизив потери на бесполезный нагрев конструкции и тем самым в разы поднял кпд (с сотых долей процента до десятых).
//Тем более, что, так как цилиндры постоянно двигаются, теплота отбирается естественным путем.
Это никоим образом не влияет на кпд, эффективность и прочие параметры.
Если эти цилиндры охлаждаются воздухом то процесс будет ОЧЕНЬ медленным.
Рекомендую посчитать тепловые процессы в вашей модели на конкретном примере (ну там диаметр цилиндров 10 см, высота, объем, толщина стенок, материал и т.д.) думаю столкнувшись с реальностью вы осознаете НАСКОЛЬКО мизерную удельную мощность имеет ваш двигатель и насколько низок его КПД.
//Я удивляюсь, почему Вам так не нравится вакуум?
Кто сказал что он мне не нравится? В ваших схемах его нет даже близко. Есть незначительный перепад давления от изменения температуры газа. А я представляю скорость его образования при тепловых процессах.
Нагреть мы можем быстро (взрывом), а вот охлаждать… Только теплопередачей от газа к радиатору (что крайне невыгодно и медленно). В Стирлинге для этого есть регенератор, это огромный по площади радиатор через который газ прокачивается. А у вас- банальные стенки цилиндра.
>Или вы неверно понимаете принцип Карно или не осознали то что я вам написал.
Цикл Карно учитывает тепло переносимое РАБОЧИМ ТЕЛОМ. т.е. если вы нагрели воздух, сняли работу с его расширения, а потом отдали его тепло холодильнику это вовсе не бесполезная передача тепла. Но если вы параллельно с этим процессом грели стенки цилиндра, то тепло потраченное на их нагрев работы не совершит. И отдав это тепло холодильнику вы тоже работы не совершите. Т.е. эта часть процесса теплопередачи в цикле Карно не участвовала и была бесполезной тратой энергии нагревателя.
Вы не понимаете цикла Карно. Вы нагрели газ, он расширился, Вы сняли работу этого расширения. Он уже остыл в результате снятия его работы. А теперь Вы оставшееся тело отдаёте холодильнику. Работу газ при этом не совершает, наоборот, работа по сжатию теперь будет совершена над ним поршнем. И именно отсюда растут «ноги» у теоретического к.п.д.
С этим я согласен. Здесь главное то, как преобразуется поступательное движение во вращательное. А вместо цилиндров можно установить, например, биметаллические пластины.
Вот только обратное утверждал совсем другой юзверь.
//Вы не понимаете цикла Карно.
Просто неточно выразился.
Имел в виду что цикл Карно описывает все преобразования ТОЛЬКО с рабочим телом. Нагрев/охлаждение конструкции двигателя в него никак не входят.
Мне кажется, что Вы не очень внимательно прочитали описание. Там написано, что объем камеры охладителя в несколько раз больше объема рабочего цилиндра. В данной конструкции объем больше в 4-5 раз.Кроме того, в камере установлены теплообменники, это показано на чертеже. Если охладить горячий газ, который имеет температуру, допустим, 700 гр.С до 100 гр.С, то образуется вакуум примерно 0,5 атм., а это равносильно давлению на поршень 5 атм.
После рабочего такта вакуумного двигателя в камере сохраняется низкое давление, поэтому перепуск горячих газов происходит сравнительно быстро и почти без потерь тепла.
Сейчас я удалил адрес своего сайта
// то образуется вакуум примерно 0,5 атм., а это равносильно давлению на поршень 5 атм.
чего чего?????
Разряжение в 0.5 атм это и есть давление на поршень 0.5 атм со стороны атмосферы. И не более. Полный вакуум в цилиндре это давление в 1 атмосферу на поршень, собственно это давление как раз атмосфера и оказывает.
И никаких чудес.
Если у вас был низкий вакуум в полости и вы сумели откачать до сверхвысокого вакуума давление на поршень практически не изменится. Оно будет все та же 1 атмосфера.
//Кроме того, в камере установлены теплообменники, это показано на чертеже.
Да ну? и где же? у вас там кроме кинематики вообще ничего не показано, даже нагревателя и холодильника нет, да и все описание в 2 строчки.
Если вы не заметили, я писал про ваш двигатель внешнего сгорания, а не про гибридную тепловую машину.
А я пишу про гибридную машину:-) Если над поршнем появляется сильное разряжение давления, то про земную атмосферу нужно забыть. Атмосфера это единица измерения. Разницу давлений над поршнем и под ним можно измерять разными единицами измерения. В данном случае давление оказывает конечно атмосфера, но не с силой давления в одну атмосферу.
В двигателе внешнего сгорания, конечно, в месте нагревателя стенки цилиндра нужно выполнить очень тонкими.
Да, подсчитал я неправильно, в объеме вакуумной камеры равном 5-ти объемам цилиндра, нужно создать разряжение давления 0,1 атм, тогда давление на поршень снизу будет 5 атм. Если объем камеры будет равен объему цилиндра, то нужно будет создать там вакуум 0,5. атм.
Извините, не 0,1, а 0,9 атм. 🙂
Главное, что я усвоил, это то, что при нагревании газы расширяются, а при охлаждении сжимаются. Если над поршнем создать давление, то он будет двигаться вниз, а если над ним будет вакуум, то он будет двигаться вверх:-)
ValentinRu Вы пытаетесь занять нишу очень популярного здесь Виктора)
Видимо, Виктор очень занятный человек, нужно познакомиться:-)
Скажу честно, что в учебник физики не заглядывал уже лет 50, однако, в МГТУ им. Баумана мои изобретения, которые касаются гибридных двигателей, нравятся. У меня есть еще изобретения, в которых используется гидравлика, так они получили дипломы ФИПС.
Вру, недавно читал про паровые машины Т.Ньюкомена и Д. Уатта, двигатели Отто и Дизеля, поэтому и решил, что без применения обратного термодинамического процесса обойтись не удастся. А на формулы я внимания не обращаю, в них ничего не понимаю уже давно.
//Видимо, Виктор очень занятный человек, нужно познакомиться:-)
Скажем так, при всей толерантности Краза некоторые сообщения Виктора заменены на краткий синопсис «очередной бессвязный бред». но уровень бредовости сильно отличается от сообщения к сообщению, поэтому его полностью не банят.
Ниже есть пара вполне адекватных сообщений от Виктора… ну по его шкале адекватности…
//Скажу честно, что в учебник физики не заглядывал уже лет 50
В таком случае крайне рекомендую. Наблюдаются такие занятные пробелы что я принял вас за школьника примерно 6-7 класса, не выше.
Полное непонимание откуда вообще берется давление, что это такое, странные идеи по поводу разряжения в несколько атмосфер…
//А на формулы я внимания не обращаю, в них ничего не понимаю уже давно.
фейспалм.
займитесь чем либо гуманитарным…
У вас странное понятие о давлении. Явно в школе прогуляли уроки. А так же похоже есть непонимание понятий работа и сила.
Давление это сила на площадь.
Давление никак не зависит от объема.
СИЛА приложенная к поршню будет зависить от величины давления и площади поршня. Чем больше площадь тем больше сила. Но давление при этом останется одно и то же.
//Если над поршнем появляется сильное разряжение давления, то про земную атмосферу нужно забыть.
Вы в корне не понимаете откуда берется сила в при работе с разницей давлений.
На поршень с двух сторон действует газ. С одной стороны это газ связанный с атмосферой и он воздействует с силой 1 атм (ну или 100 килопаскаль), а с другой стороны действует давление от вашего разряженного газа. Например 50 киллопаскаль (т.е. пол атмосферы).
Так вот СИЛА действующая на поршень будет равна разнице этих давлений умноженной на площадь поршня.
Ну а рабочее давление действующее на поршень будет равно просто разнице этих давлений.
И вот тут то и начинается главная беда атмосферных машин.
В нормальной паровой машине вы можете накачать десятки атмосфер и получить значительное усилие при вменяемом размере поршня. А вот в атмосферной ваше давление — МАКСИМУМ одна атмосфера. Вы манипулируете величиной разряжения, которое может быть от единицы (никакого разряжения) до нуля (абсолютный вакуум). Т.е. как бы вы не корячились но ваше рабочее давление будет от нуля до единицы (при абсолютном вакууме).
Ну и теперь по вашей гибридной машине…
Давление в камере сгорания автомобиля многие десятки атмосфер. т.е. перемножаем давление на площадь поршня получаем ту силу которая его движет.
в вашей охладительной камере давд\ление хорошо если 0.5 атмосферы (а скорее 0.9). Умножаем площадь поршня на эту цифру и понимаем что дополнительное усилие не стоит затраченных трудов. И увеличить площадь поршня особо не получится, поскольку его рабочий объем должен как то коррелировать с рабочим объемом «горячего» цилиндра.
Странно, я всю жизнь считал, что сила давления зависит от объема. В паровой машине Ньюкомена не было дополнительной вакуумной камеры, поэтому ее и назвали атмосферной машиной. Нельзя было в маленьком объеме создать достаточно сильное разряжение. Вакуума хватало только на один ход поршня, а в моей машине при охлаждении газов до 100 гр. разряжения давления хватит на 5 ходов. Я считаю так, что на сосуд с воздухом действует давление в одну атм. со всех сторон. Если откачать один объем воздуха из сосуда, то на его стенки снаружи будет давить уже 2 атм., если откачать 3 объема, то 3 атм и т. д., пока сосуд ни сплющится. Давление будет возрастать в каждой точке стенки сосуда, поэтому и на поршень атмосфера будет давить сильнее и сильнее с уменьшением давления в камере.
Не так, если откачать 1 объем воздуха, то давление на стенки станет 1 атм, если 2 объема, то 2 атм и т. д.
Комментарий с ночи ждет проверки, я ухожу с этого сайта:-(
Зарегистрируйтесь нормально, вы меняете почты и сайты и вордпресс каждый раз за нового пользователя вас считает.
//Если откачать один объем воздуха из сосуда, то на его стенки снаружи будет давить уже 2 атм.
Как я и говорил, вы просто не понимаете смысла давления.
Давление атмосферы не меняется от того что вы что то делаете внутри сосуда. Оно как было величиной в 1 атмосферу так и осталось.
Если откачать из сосуда весь воздух (т.е. один объем) избыточное давление на стенки сосуда станет в 1 атмосферу. Тут все верно.
Вот только второй, третий и т.д. объемы откачать не получится, вы и так уже ВСЕ откачали на первой фазе.
Если вы откачаете не весь воздух то и избыточное давление будет не 1 атмосфера, а меньше. Будете откачивать еще — избыточное давление станет расти и достигнет максимума когда вы откачаете ВЕСЬ воздух. Как легко догадаться максимум это та самая одна атмосфера 🙂
// В паровой машине Ньюкомена не было дополнительной вакуумной камеры, поэтому ее и назвали атмосферной машиной.
Нет. Атмосферной ее называют потому что источником избыточного давления является атмосфера 🙂
А где именно создается разряжение, в камере или в цилиндре значения не имеет.
Вакуумная камера (конденсатор Уатта) нужна для снижения бессмысленных теплопотерь, чтобы не греть и охлаждать цилиндр на каждом такте, на мощность машины это почти не влияет, только на КПД. (на самом деле на мощность тоже влияет, просто за счет того что такты можно чаще совершать, а во на усилие на поршне- влияние нулевое).
Всего одна атм., а какая сила!!! Я здесь видел опыт, который засняли на видеокамеру. Выкачивали воздух из железнодорожной цистерны, в какой-то момент ее смяло. Я и подумал, а если бы над нами была не одна, а десять атм?:-(
Странно, если откачивать воздух из сосода, давление одной атм. на его стенки ставится сильнее и сильнее.
// Я и подумал, а если бы над нами была не одна, а десять атм?:-(
Это вам на Юпитер. Там давление и в сотни атмосфер бывает.
//Странно, если откачивать воздух из сосода, давление одной атм. на его стенки ставится сильнее и сильнее.
Ну так одна атмосфера это довольно много 100 килопаскаль. т.е. на каждый метр поверхности давит 10 тонн.
Так что при откачке воздуха в цистерне на ее поверхность (многие метры квадратные) давит сила в сотни и тысячи тонн.
Я давно уже ничего не изобретаю, ищу молодых людей, которым, можно передать свои изобретения, поэтому и сайт решил создать. Сейчас рисую «вечный клапан» для бачка унитаза, в котором вода удерживается за счет воздушной пробки. Полностью исключается возможность утечки, и нет трущихся деталей (телезрителям очень понравился). А то, что я иногда здесь пишу всякую ерунду, то это шутки.
Смею заметить, что в тепловой машине, работающей по циклу Карно, холодильнику тепло не отдается бесполезно. Тем более, что, так как цилиндры постоянно двигаются, теплота отбирается естественным путем.
Я удивляюсь, почему Вам так не нравится вакуум?
Не меняю я ничего
Тем не менее у всех после первого одобренного коммента можно писать свободно, а у вас требует одобрения каждый раз.
Вот это и мне кажется странным. Нужно посмотреть настройки безопасности.
Все ясно это Chrom виноват:-)
Нет не он((
С настройками безопасности тоже все нормально.
Извините, я неправильно выразил свою мысль, откачать один объем, это значит, что сделать разряжение вдвое больше. Спасибо! Вы мне открыли глаза. Я раньше считал, что давление на поршень зависит только от разности давлений над поршнем и под поршнем. И почему-то думал, что можно создать такую разность, что на поршень будет воздействовать давление даже в сотню атм.
Попробую зарегистрироваться под другим именем ,например, Valentin.Ru, может быть комментарии не будут долго ждать проверки.
Под новым именем и с новой почтой зарегистрироваться пока не получается, на почте нет письма.
А давление атмосферы такое сильное, что поршень из шприца с закрытым отверстием вытащить рукой почти невозможно.
А если продвинуть поршень на некоторое расстояние, а потом отпустить, он почему-то очень быстро возвращается в исходную точку.
На этом сайте общаться невозможно, комментарии ожидают проверки слишком долго:-(
А вы ссылки уберите и комментарии будут вставляться мгновенно 🙂
А если использовать для откачки воды паровой насос Севери? Конечно, опять же — опасность взрыва котла, малая производительность, жрет много топлива, требует персонала, который будет управлять кранами… Но для насоса Севери не нужно делать точно подогнанных цилиндра с поршнем, достаточно сделать несколько ручных кранов. Но такой насос будет очень опасен для использования, так что использовать его вряд ли хорошая идея…
Проще построить такой двигатель.
Ну и кстати Почему не привели альфа схему Стирлинга, она же самая банальная из всех? Ну и при внедрении стирлинга в качестве насосов на английских шахтах было еще одно преимущество, он имел более высокое КПД. Почему я говорю, что это простая вещь — я еще застал времена когда у бабушки в деревне они стояли на дальних участках, их юзали для полива в жару, только они назывались дровяными насосами, солидол, чтоб обновить высохший сальник и в путь. Вы много видели паровых машин, сохранивших работоспособность за пол века под открытым небом? Жалко нельзя их сфоткать, пропали в 90-е, то ли на металолом охотники скомунярили, либо фермеры утащили в свои хозяйства.
Альфа-схема, ИМХО, сложнее в постойке. Хотя там кривошип классический.
А вот про долговечность упомянуть забыл, сейчас исправлю.
Никто и не говорит, что Стирлинг может заменить паровик… Стирлинг ценен, тем, что позволяет показать, что можно создать двигатель не на воздухе и воде, и не на животно-физической силе. Простая и полезная вещь, которая показывает, что идея постройки механизмов имеет ценность. Почему просто понятно, почему полезно? Про шахты понятно, но есть еще один сразу же явный объект применения, Стирлинг — это помимо всего и печка, печку вы и так будете топить, но кроме того, эта печка вам еще и воды из колодца накачает в цех, где вода нужна для технологических процессов, тем же красильщикам, дубильщикам. (может мы о разных альфа схемах говорим, в вики альфа-схема это с двумя цилиндрами, холодным и горячим, в простейшем варианте V- образной конфигурации, у него самое плохое КПД, а так он банален),
ну и цитата. «Мощность этих двигателей была небольшая — от 0,185 до 3,7 кВт (от 0,25 до 5 л. с), но строились также и более мощные.
Возможно, что наиболее интересным был двигатель, построенный Эриксоном в 1853 г. для морского судна. Двигатель имел четыре цилиндра и при диаметре поршней 4,27 м, ходе 1,52 м, частоте вращения 9 об/мин развивал мощность около 220 кВт (300 л. с). Двигатель был установлен на корабле «Эриксон», впоследствии опрокинутом штормом в нью-йоркском порту.
Примечательно то, что расход топлива на единицу мощности этого двигателя был меньше, чем у судового «паровика» того времени, а рабочее давление в цилиндрах — ниже чем давление в банке с кока-колой! Т.е. двигатель физически не мог взорваться. «
Вы хотите показать возможность? Ну так вспомним турбину из чайника — и пофиг что ее показал еще древний грек, если реализовать движок не получалось!
И, несомненно, хорошо что удалось сделать судовой двигатель на стирлинга к середине 19-го века, после 40 лет усовершенстований. Вопрос в том, что построено было пара кораблей. Почему так мало? Пацаны не знали? Или после ходовых испытаний схватились за голову?
Стирлинг — нишевое решение. И если в своей нише он король горы, то из соседней его выкидывают со свистом.
И да — кроме всего прочего стирлинг позволяет отапливать помещение.
А схема альфа-стирлинга — та самая, с двумя цилиндрами и их развалом под 90 град.
Можно и ее вспомнить, но смысла не вижу — критические недостатки у всех стирлингов одни и те же.
>Вы хотите показать возможность? Ну так вспомним турбину из чайника — и пофиг что ее показал еще древний грек, если реализовать движок не получалось!
Это Вы про Герона? Сначала повторите остальные его достижения из современных материалов и современным оборудованием, но в одиночку, а потом обсуждайте его древность.
Не путайте паровую машину Ньюкомена с двигателем Стирлинга.
ИМХО, стирлинг вполне годится для производства электроэнергии. Маленькую мощность можно компенсировать большим количеством двигателей. Преимущество перед классическим паровиком — постоянные обороты и высокий КПД. Преимущество перед турбиной — проще построить.
Да, можно. Но к стирлингу цепляют линейный электрогенератор, это не лучший вариант, но возможный.
То есть там вообще оборотов нет — используется линейно-поступательное движение.
Но как только появились паровые турбины — они сразу же встали на электростанции. Просто потому, что сразу гнали сотни киловатт. И мощность электростанции так же наращивалось большим количеством агрегатов.
Если нам нужно реально много электроэнергии (дуговая плавка, выплавка алюминия, производство карбида и т.д) то сколько нужно стирлингов? Тысяча? Две? Как их обслуживать и как коммутировать? Там будет такой менингит, что плюнут и на алюминий и на сталь.
Я все-таки не понял. От чего зависит мощность Стирлинга? Если нам априори недоступно высокое давление рабочего тела и водород. Разница температур? Длина рабочего хода? Диаметр цилиндров? (я туплю, но что поделать…)
Потом про уплотнение. Бета-стирлинг выгоднее в том плане, что можно обойтись всего одним узлом в которм надо обеспечить герметичность — рабочим цилиндром в холодной зоне. (В схеме с альфа-стирлингом таких цилиндров два.) Это дает нам возможность пользоваться примитивными методами? Как же все таки уплотнить?
Узко-нишевое предназначение стирлинга не причина сбрасывать его со счетов. Как известно из истории именно нужды водоотлива стали стимулом в разработке паровиков. И владельцы угольных шахт оказались первым покупателем на рынке, оплатившим Уатту и НИОКР и производство да ещё и дав прибыль. Очевидно что можно нахлобучить Уатта намного раньше конца 18 века и при этом выдать продукт проще и надежнее чем парвые паровые машины.
>> Бета-стирлинг выгоднее в том плане, что можно обойтись всего одним узлом в которм надо обеспечить герметичность — рабочим цилиндром в холодной зоне. (В схеме с альфа-стирлингом таких цилиндров два.) Это дает нам возможность пользоваться примитивными методами? Как же все таки уплотнить?
В бете надо герметизировать щель между рабочим поршнем и цилиндром и щель между рабочим поршнем и штоком вытесняющего цилиндра.
Те же две детали на герметизацию, но более сложный кривошип.
>> Узко-нишевое предназначение стирлинга не причина сбрасывать его со счетов. Как известно из истории именно нужды водоотлива стали стимулом в разработке паровиков. И владельцы угольных шахт оказались первым покупателем на рынке, оплатившим Уатту и НИОКР и производство да ещё и дав прибыль. Очевидно что можно нахлобучить Уатта намного раньше конца 18 века и при этом выдать продукт проще и надежнее чем парвые паровые машины.
Мое сравнение ранних Стирлинга с ранними паровиками ниже в комментах.
Кстати — то, что стирлинги могут вытеснить паровики на выкачке воды, может дать огромный отрицательный эффект.
Классическая паровая машина перестанет совершенствоваться и всякие паровозы-пароходы будут отложены в дальний ящик.
Надо бы это в статью дописать…
Наш попаданец раскрутив бизнес на стирлингах сможет вложиться в паровики. А остальные пусть идут совершенствовать стирлинг. Можно даже патенты подарить 🙂
Я обожаю пароходы 🙂
+1 о чем я и говорю…
>> Отдельно обращаю внимание — воздух просачивается между поршнем и стенками. Какой крутящий момент дает сия конструкция можете представить сами.
Воздух проходит через щель вокруг нижнего, вытеснительного цилиндра. А этот цилиндр не снимает мощность. Снимает верхний, рабочий поршень, а он как раз герметичен.
>> Альфа-схема, ИМХО, сложнее в постойке. Хотя там кривошип классический.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Alpha_Stirling.gif
Что именно там сложнее?
Защитники Стирлинга забывают упомянуть что ранние двигатели ломались часто — для эффективной работы с хорошим выходом нужна большая разница температур и тогдашние материалы не выдерживали:
>> The need for Stirling engines to run at very high temperatures to maximize power and efficiency exposed limitations in the materials of the day, and the few engines that were built in those early years suffered unacceptably frequent failures (albeit with far less disastrous consequences than a boiler explosion[32]) — for example, the Dundee foundry engine was replaced by a steam engine after three hot cylinder failures in four years.
Хорошо бы разобраться с удельной мощностью ранних Стирлингов. Тут http://www.sunpowerinc.com/library/pdf/publications/Doc0016.pdf
дают порядка полутонны на л.с. И это на температурах, на которых с тогдашними материалами часты поломки!
Первые паровики имеют сравнимую удельную мощность — у ранних порядка 1 л.с. на тонну. Но при этом они делались на технологиях середины-конца 18 века, а стерлинги — середины-конца 19го.
В общем на тех материалах лучше строить атмосферный паровик — сложность одинаковая(котел под давлением не нужен).
Если стерлинг гонять на высоких температурах — то атмосферник при сравнимой мощности и худшим КПД надежнее.
Если гонять на малых — то атмосферник и экономичнее и мощнее при равной надежности.
В общем выжить на тогдашних технологиях Стирлинг может если запчасти дешевы(малореально), а уголь дорог. В узкий промежуток времени когда выгодны атмосферные паровики, а что-то получше технологий еще нет.
P.S. оффтоп
Из вики:
>> However, due to hydrogen absorption, and given the high diffusion rate associated with this low molecular weight gas, particularly at high temperatures, H2 will leak through the solid metal of the heater.
Вау… Я правильно понял? Утечка водорода прямо сквозь металл?
>>Что именно там сложнее?
Там два цилиндра вместо одного.
На самом деле это вопрос технологий — что проще сделать цилиндр или сложный кривошип. Мне кажется, что цилиндр и поэтому альфа-стирлинг мне показался сложным.
С другой стороны — в бета-стирлинге из-за очень больших тепловых нагрузок на цилиндр, возможно что лучше ставить альфу. Тут однозначно не скажешь.
>>Утечка водорода прямо сквозь металл?
Я вспоминал диффузию водорода в вакуумные приборы через стенки. Почему бы не быть обратному процессу?
В принципе к сложности альфы можно добавить еще то, что одно уплотнение цилиндра работает в горячей среде.
Насчёт экономичности атмосферника: нет, это не так.
Возможно пригодится
First Approximation of the power of a Stirling Engine (kinematic or free piston)
Power = (Beale.number) x (pressure(mean)) x (Volume Exp) x (frequency)
Watts = 0.116 x Pascals(10E-6) x (Cm^3) x (Hz)
Ну вы какие то долбанутые на голову….. Какой водород? какие высокие давления? Герметичность первых Стирлиногов давал сальник из простой пеньковой веревки пропитанной жиром, ребят почитайте историю, когда стали применять поршневой насос? Правильно — с древности и в средние века достаточно распространен. То есть их делали, Стирлинг — это посути модификация поршневого насоса, сделать его легко. Вы прежде чем строить паровик постройте, что то простое и маломошное, но зато гарантированно рабочее, люди и инвесторы к вам потянутся….. По поводу альфа и бета Стирлингов, альфа инжинерно проще и ее идея легко воплотима, но имеет один существенный недостаток, ее можно построить только как демонстрационную модель, чтобы дальше делать бету или гамму. В альфе требуется уплотнение поршня на рабочем цилиндре, а значит там будет прогорать сальник. Бета и гамма тоже имеют два уплотнителя, но они ХОлодные — значит простые и надежные.
Если говорить о моделях, то атмосферный паровик с впрыском холодной воды в цилиндр будет едва ли не попроще Стирлинга.
У Стирлинга узкая ниша — там где нужны маломощные двигатели, с минимальными требованиями к обслуживанию. В 19 веке в такой нише он окупался. Окупится ли трата металла и труда в более жестких попаданческих условиях…
Впрыск, это еще один дополнительный механизм… ну и главное в паровике — это проблема котла. и самое главное, кпд простого стирлинга — в два раза выше паровых машин того времени. Топливо вещь дорогая. Ну и так, для себя наберите в поиске паровик своими руками и стирлинг, стирлингов сделанных на коленке куча, паровиков нет. А с материалами в той эпохе будет еще хуже.
Собствено вся буча напоминает холливарз про пулю ноймана и Минье против унитарного патрона. Да унитарный патрон и капсуль это круче некуда, но для этого нужна промышленность и технологии и время, а Минье и Нойман позволяют на готовом получить преимущество причем почти мгновенно.
Еще один момент не отмеченный в статье, Стирлинг придумал очень простую вещь економайзер регенератор, который и повысил скорость и кпд двигателя, классический стирлинг, это стирлинг бета, с обычным кривошипом, и внешним регенератором. Что такое регенератор, это куча металической проволоки и стружки засунутая в трубу по центру перетекания горячего и холодного воздуха, которая ускоряет процесс охлаждения воздуха.
>> Впрыск, это еще один дополнительный механизм… ну и главное в паровике — это проблема котла.
Механизм, мягко говоря несложный. А про котел — читайте внимательно. АТМОСФЕРНЫЙ паровик в запитывается паром без давления. Пар конденсируется и создает отридцательное давление, на котором все и работает.
>> кпд простого стирлинга — в два раза выше паровых машин того времени. Топливо вещь дорогая.
Угу. На большом перепаде температур. На котором машина из материалов середины 19 века ломается за год. Топливо недешево, но такая специфическая металлообработка как хороший цилиндр стоит еще дороже. А на небольшом перепаде температуры преимущества по КПД нет.
Стирлинг работает на малом перепаде температур!!!! Про цилиндр — стоит столько же как и цилиндр для поршневого насоса. Или ты докажешь, что поршневых насосов никто не делал до паровиков?
Ну вот еще раз посмотри как выглядит простой стирлинг первые 30 секунд видео (потом начинаются современные вариации которые нас не интересуют)
http://www.youtube.com/watch?v=_2v4apxKijM
>> Стирлинг работает на малом перепаде температур!!!!
Объясняю — чем меньше разность температур тем меньше КПД и мощность. И если у первых Стирлингов, работающих на предельной разности, удельная мощность была 2 л.с. на тонну, то какой она станет на разности в сотню градусов и при точностях и качестве попаданческих материалов и думать не хочется.
Такая шустрая штучка произведет больше впечатления чем ленивый Стирлинг
http://www.youtube.com/watch?v=31FpWfQZSzQ
http://www.youtube.com/watch?v=Ax0rvgpPMRs
Очень сложная вещь?
И наконец. Можно привести реальную промышленную модель 19го века, и сравнение ее характеристик с паровиком того же времени?
Сорри описка выше, альфе требуется уплотнение на горячем цилиндре.
М-да спор весьма забавный, однако не помешает взглянуть на паровой двигатель и двигатель стирлинга в свете реальной истории.
Паровик — сложность устройства и грандиозная мощность, опасность в эксплуатации, низкий кпд, потребность в массе высококвалифицированного (и физически крепкого!) персонала.
Стирлинг — сложность устройства (и понимания принципов его работы) низкая мощность, относительно высокий кпд и простота использования (дрова может подкладывать и столетний дед/бабка) а также грандиозный ресурс.
Ну, грандиозный ресурс можно сразу записать в минус — если вещь не ломается, не нужно ее чинить или заменять новой ;)…
Кстати, был ведь момент, когда паровик и стирлинг использовались совместно: в паровозы вода заливалась из водонапорной башни, а вот чтобы накачать воду в башню использовали стирлинг…
На самом деле у стирлинга нет в устройстве ничего сложного, самое сложное в нем — это то, что принцип его работы не является чем то сверхочевидным, то на каких принципах он работает многие и сейчас представляют как некую диковину. В этом смысле паровик вещь сверхочевидная — кастрюля кипит, крышка дребезжит, вот бы эту крышку заставить работать. Ну а по поводу, того, что Стирлинг отобьет охоту внедрять паровики — скорее наоборот, он этому поспособствует. Как уже отметил, идея того, что можно заставить работать пар сама по себе банальна, главная проблема, что сложно исполнима технически, в этом смысле пример того, что механика работает и может приносить деньги только подтолкнет инвесторов к поиску новых преимуществ и новых форм.
>> грандиозный ресурс
Вообще говоря высокий ресурс Стирлинга не вытекает из особенностей конструкции. Он происходит от низкой мощности.
ЛЮБОЙ паровой или ДВС будет иметь такой-же ресурс при работе на таких низких оборотах. А ресурс Стирлинга, когда его все таки удается вывести на сравнимые обороты становиться таким же как и у обычных движков.
Просто у паровиков и ДВСов подбирают оптимальную с точки зрения окупаемости мощность, а у Стирлинга ее фиг повысишь и хочешь-нехочешь — получается большой ресурс.
Нет. Ресурс вытекает из принципа действия.
Любой ДВС имеет ударное сжигание топлива (дизель — вообще детонацию). Даже классический паровик при впуске-выпуске пара дает ощутимый удар, слишком резок перепад давления.
То есть конструкция классический двигателей подвергается ударным нагрузкам, все равно что молотком лупить, а при высоких оборотах — очень жесткие вибрации.
В двигателе Стирлинга — только кривошип дает раскачку, у него ведь нагрузки знакопеременные.
Но вы правильно сказали — из-за низких оборотов и они невелики.
>> Любой ДВС имеет ударное сжигание топлива (дизель — вообще детонацию). Даже классический паровик при впуске-выпуске пара дает ощутимый удар, слишком резок перепад давления.
Если снизить обороты то и паровик и ДВС может работать десятилетия. Сжигание бензина цилиндр насквозь не прожигает и не растрескивает. Основной износ — трение деталей друг об друга.
Абсолютный предел ресурса у Стирлинга выше, но на практике основная проблема ресурса — в краткосрочном плане это уплотнения, в долгосрочном износ металла. Эти проблемы являются общими для любого движка. И как только Стирлинг раскручивают до приемлемых скоростей — он требует ремонта через тысячи часов работы, так же как и обычные движки.
Если снизить обороты, то паровику будет много легче. А вот ДВС все равно будет чувствовать удар при вспыхивании смеси. И этот удар передается на движущие сочленения со всеми вытекающими.
Автору статьи предлагаю послать любопытствующих качать литературу по вопросу:
======
Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания (двигатели Стирлинга) 1976 Автор: Мышинский Э.Л., Рыжков-Дудонов М.А.
http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=4003729
======
Двигатели Стирлинга / STIRLING ENGINES 1985 Автор: Уокер Г.
http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=3993476
======
Двигатели Стирлинга 1977 под ред. Круглов М.Г.
http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=3993475
Вам не кажется, что двигатели стирлинга конца 1970-х годов будут несколько отличаться от двигателей стирлинга, которые можно построить в конце 1770-х годов, ну вот просто потому, что даже резьбовое соединение еще недоступно?
P.S. За книги все равно спасибо.
Я не сомневаюсь 🙂 Но кругозор то надо расширять.
А что думаете на счёт обратного цикла Стирлинга? Будет работать как холодильник, или лишь как самый посредственный?
http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/vixrevoj-xolodilnik/#comment-7511
Попаданческий стирлинг не будет, да и зачем? Разве, что вы фараон и у вас куча бесплатных рабов которые его будут крутить, чтобы вы прохладились.
Стирлинг( для водяного насоса и небольшого генератора) вполне жизнеспособный тип двигателя для попаданца,который в своей жизни построил хотя бы несколько действующих моделей двигателя Стирлинга.
Вот еще пример простейшего водяного насоса(не водяной насос со Стирлингом конечно, но может тоже не будет лишним попаданцу которому некуда торопиться)_http://www.fermer.ru/files/forum/2011/04/115398/1pex.jpg
Ну да, для узких ниш стирлинг — лучше не придумаешь. Но только для узких ниш.
Все тепловые двигателя работают по одной схеме, то есть прежде получают рабочее тело (давление). Стирлинг из этих самый безопасный потому, что для работы использует физ. сво. газа. Если в паровом котле воду заменить на ВОЗДУХ, то эффект будет ЛУЧШЕ чем у СТИРЛИНГА потому, что котел является генератором, аккумулятором рабочего тела, простая схема отбора мощности и управления и исполнительные механизмы конструктивно простые и дешевые, компактные, легкие. Производительность котла будет определять питающий воздухом пневмонасос. Эффективность будет выше, ведь нагреватель можно установить внутри котла или для этого можно использовать прямое горение топлива, так как воздух подается в котел.
«Если в паровом котле воду заменить на ВОЗДУХ, то эффект будет ЛУЧШЕ чем у СТИРЛИНГА» — конечно, хуже. Уже даже только по термодинамике.
Насчёт «низких оборотов» — это, очевидно, ошибка, следующая из небольшого знакомства со стирлингами.
Вообще говоря, можно сделать машинку и на 100000 оборотов в минуту (около 60000 делали), вопрос лишь зачем?
«Низкие обороты» стирлинга — это чисто историческая его особенность: просто на тот момент нужны были низкооборотные машины.
Точно так же и со сложными кинематическими схемами — никакие сложные рычажные системы не являются необходимостью.
Более того, простой акустический стирлинг для насоса не содержит движущихся частей вообще (кроме перекачиваемой жидкости, конечно).
У стирлинга по сравнению с паровиком есть лишь один недостаток — малая удельная мощность (из чего следуют ещё и высокая трудо- материало- ёмкость и цена). Этот недостаток кроет все остальные преимущетсва, но если для какого-то в конкретном местовремени это несещественно или паровик создать невозможно, то да — все плюсы стирлинга встают в полный рост.
Ещё раз подчеркну: нужно разделять теоретический принципп, цикл и конкретные реализации (исторические примеры стирлингов не являются единственно возможными, более того — они не являются и оптимальными на данном уровне технологий).
Для паровиков ограничения были/есть чисто технологические, их конструкция в нашей реальности в каждый момент времени очень быстро приближалась к оптимальной для каждого конкретного уровня технологии, вычерпывая «дельту», на которой может сыграть попаданец.
Но вот имея нынешние знания попаданец можtn делать стирлинги ГОРАЗДО круче при той же технологии, чем это имело место быть.
>> Для паровиков ограничения были/есть чисто технологические, их конструкция в нашей реальности в каждый момент времени очень быстро приближалась к оптимальной для каждого конкретного уровня технологии, вычерпывая «дельту», на которой может сыграть попаданец.
>> Но вот имея нынешние знания попаданец можtn делать стирлинги ГОРАЗДО круче при той же технологии, чем это имело место быть.
Механизм парралельного хода — не было математики и все пользовались несовершенным парралелограммом Уатта. Попаданцу улучшить паровую машину весьма возможно.
В паросиловой установке паровой котел надо заменить на котел внутреннего сгорания — будет лучше Стирлинга. Такая энергоустановка может работать и от внешнего источника, выложил в интернете, его каждый может собрать.
Сами соберите. 🙂
а гиде выложил то??
Господа, я от вас угораю…
Проще Стирлинга двигателя нет! А первый такой двигатель изобрёл Геродот у которого не было патента на этот принцип работы. Мощности хватало открывать и закрывать двери храма!!! Относительно парового двигателя и пароходов, паровозов . Вы хоть в курсе что на всех!!! ЖД станциях обязательно были водокачки для пополнения воды в котлах. И основной геморрой был не в приводе, а именно в котлах!!! Кстати, сходите в ка- тельную и посмотрите на ту массу приборов и механизмов, что требуются для работы парового котла. А Стирлингу это не надо. Пароход хорошо, только весь трюм будет занимать уголь о перевозить ничего нельзя. Поэтому практически до 1940 года (+-) ПАРУС был основным двигателем в море. Дёшево и очень доходно. Паровоз и пароход имеют КПД мизерное — Стирлинг потребляет в 3! раза меньше топлива при одинаковой работе (исторический факт). Паровоз конечно загнул ибо металл на рельсы и сейчас дорогая штука.
ИТОГИ.
Стирлинг — это всё, а паровик требует технологии на порядок выше.
ЗЫ.Поэтому попаданец должен создать штангенциркуль, получить на него патент и организовать массовое производство. Стричь с этого бабло. Пусть организует выпуск вольтового столба, производство магнитов и искрового и дугового передатчиков. Электротехника это не только хобби, но и технология электролиза. Золочение, серебрение, меднение бабло лопатой и в наше время. Алюминий в проммасштабах только электроспособом, чистые металлы — всё через электролиз.
Стирлинг с фокусом солнечного тепла — на орбите, Стирлинг на АПЛ — это уже есть, а вот паровик или двиг с внутренним сгоранием это проблемы. Кислород для сгорания топлива. А микрокриогенная техника? Жидкие газы в небольших количествах — очень актуально.Стирлинг вне конкуренции везде, где не страдают диареей, а умеют считать экономический эффект. Ремонт и обслуживание, о производстве на технологической основе молчу, это такой геморрой!
И ещё одна цифра ОДНА водяная мельница заменяет 15 лошадей, но только в конкретном месте. Стирлинг может заменить где угодно и 5 лошадей мощности не предел. )))
Согласен со всем, кроме последней строчки. Стирлинг не заменяет 5 лошадей, а одну лошадь заменят два стирлинга. Или четыре — смотря в какую эпоху их строить. Но все равно будет в два раза медленнее. 😀
А в остальном — да, все верно. Только то, что я написал выше, убивает стирлинг как таковой.
О термоакустических стирлингах: http://physicstoys.narod.ru/page/Termoakystik/termoakystik1.html
Уважаемый автор, а можно вопрос не совсем по теме, но где-то около того ?
Допустим, у нас имеется мир с уровнем технологий в области металлургии, металлообработки и т.п. примерно на уровне конца XIX — начала XX века, с большим опытом с паросиловыми установками, но — с запасами нефти на планете не сложилось, имеются только уголь, сланцы и т.п. топливо, всё — только твёрдое. Да и его не слишком много, точнее месторождения расположены как-то, ну, неудобно — на крайних северах, там, в океане на шельфе и т.п. И собственно говоря уже назревает не то чтобы сам энергетический кризис, но во всяком случае полупанические настроения вокруг самой проблемы, а-ля наши 1970-е годы.
Т.е. выходит что ДВС у нас — разве что на светильном газе (насколько понимаю, двигатели на угольной пыли, за пределы редкой экзотики не вышли из-за абразивного износа).
Задачу рассмотрим сугубо прикладную — безопасный (относительно паровой машины), достаточно компактный (опять же, относительно паросиловой КМУ), экономичный (главное !), тихоходный и умеренно мощный (не больше 1-2 тыс. л.с., хотя в принципе хватит и нескольких сотен лошадиков на вал) двигатель для тихоходных коммерческих грузовых судов, вероятно со вспомогательными парусами (или даже как вспомогательный двигатель для океанских парусников — тут и вовсе мощность может быть смешной по судовым меркам).
То есть, по сути, альтернатива нашему дизелю уровня начала XX века, но способная работать на твёрдом топливе.
Из описанных в статье проблем, допустим, что: жаростойкие стали, в т.ч. сложнолегированные, у нас имеются в количестве и ассортименте; металлобработка сделать уплотнения вполне позволяет; с высокими давлениями (порядка 150-200 атм) знакомы и работать умеем очень хорошо (большой опыт с пневматическими приводами высокого давления); лёгкие газы получаем промышленно (хотя если возможно хотелось бы ограничиться двигателями горячего воздуха, исключительно из соображений простоты и безопасности); проблема невозможности регулирования оборотов (хотя таковая возможность, в принципе, была реализована на уровне техники 1930-х годов) решается уже отработанной на этапе развития паротурбоходов электротрансмиссией (двигатель работает на генератор, а гребёт уже электродвигатель — такая схема широко используется на флоте начиная с Первой мировой войны).
Вопрос в чём: что, с Вашей т.з., более вероятно — что начнут в промышленном масштабе гидрогенизировать уголь и сланцы в синтетический аналог нефтяного топлива для ДВС (ну, или сжижать блау-газ с той же целью, но тут уже проблема хранения и транспортировки) — или развивать стирлинги на имеющемся твёрдом топливе (вероятно, в виде некой пылевой фракции, вдуваемой через форсунку) — и есть ли вероятность последнего, существенно отличающаяся от нуля, вообще. Как с точки зрения технической и экономической эффективности (военные-то ясное дело получат то, что даёт лучшие характеристики, не посчитавшись с затратами, а вот в гражданской технике…), так и с точки зрения самой вероятности появления ДВС традиционного для нас типа в мире с таким скудным выбором промышленно доступных топлив.
Вообще, хочу сказать большое спасибо за статью; после литературы вроде вышеупомянутой книги 1976 года с подробным описанием преимуществ стирлинга у меня возникло несколько видимо розовоочковое вИдение вероятности его применения в описанной выше ситуации (сложилось впечатление, что развитию стирлингов в аналогичный период истории помешало только наличие нефтяного топлива, позволившее перейти сразу на ДВС), а вот эта статья уже немного охладила пыл.
По поводу дизеля на твердом топливе.
Когда сам Дизель изобретал движок, то двигатель на угольной пыли — это было одной из основных целей. Однако, его до сих пор не построено и у меня есть подозрения, что не построят вовсе. Угольная пыль в цилиндрах работала не хуже наждака и решить это невозможно. Кстати — и зола от угольной пыли оказалась тоже достаточно абразивной.
Тут скорее построят газовую турбину на угольной пыли, там нет трущихся деталей. Хотя как выводить оттуда золу, я плохо представляю, в любом случае дымить будет знатно.
интересно почему «непошли» ДВС с газогенратором? как никак первый сделанный двигатель внутреннего сгорания работал на светильном газе. да и 4-х тактик Отто тоже был газовым.
Почему не пошёл Tablet PC в 2002-м и прямо-таки ажиотажно пошёл iPad в 2010-м?
Ну, тут причина совсем другая…
Для чего используется айпад? 80-90% времени сидеть в инете, смотреть видео…
в 2002 инет был еще весьма беден, постоянное подключение откуда угодно было крайне дорогой и малораспространенной вещью. ТаблетПС был больше рассчитан на работу чем на развлечение, что резко сокращало и без того узкий сегмент…
Плюс распространение компов 10 лет назад не сравнить с современным.
т.е. если присмотреться то при внешней схожести продуктов мы имеем очень разные вещи вышедшие в очень разных условиях.
Для успеха Айпада нужно было десятилетие использования смартфонов, социальных сетей, ютуба, привычка огромного числа людей постоянно иметь при себе сложную электронную игрушку и ориентироваться на нее в развлечениях. На такой сформированный рынок можно выбрасывать устройство назначение которого вполне понятно и желанно почти каждому.
iPad является «расширенным»/’расплющенным’ ( и разреламированным ) iPod/iPhone.
а первые ДВС были как раз на газу. те ситуация как если бы iPad «непошел».
я уж молчу о двигателя универсального применения с «кастомер-ориентированной» фигней для «потребления контента»
я уж молчу о неправомерности сравнения двигателя универсального применения с «кастомер-ориентированной» фигней для «потребления контента»
На момент когда ДВСы был на газу ни о какой массовости и речи не шло.
Это сейчас газовое оборудование широко распространено и безопасно, а в конце 19 века работа с газом в баллонах это сродни работы атомного реактора. Никогда не знаешь когда и что взлетит на воздух.
Так что ДВС пошли в жизнь когда стали заправляться нормальным жидким топливом, которое может залить в бак любой пользователь, а не только специально обученный человек.
Кстати, в перечне причин того что Айпад пошел а Таблетка нет забыл упомянуть еще одну- ЭйплСторе. Магазин ПО который позволяет в 3 клика поставить себе любой понравившейся программный продукт. С которым может справится даже ребенок.
Наличие этого магазина немедленно снизило порог требований к пользователю и дало широкий рынок для айфонов и айпадов.
Собственно повсеместное наличие жидкого топлива и распространенность керосиновых лавок дало возможность распространять автомобили.
Без инфраструктуры такой девайс остался бы вундервафлей…
вы правы когда говорите о транспортрых ДВС. но я то о ДВС вообще. газовое освещение (и отопление и готовка) в городах уже были _до_ ДВС. и именно поэтому первые ДВС были на газе.
Причин масса. Начиная с неудобства топлива- твердое топливо хоть и дешево, но его трудно подкидывать в топку, регулировать горение, избавляться от золы и т.д.
При жидком топливе вы можете час еле ехать а потом вдруг нажать газ и поднять мощность мотора в разы, с газогенератором ехать медленно- значит ваш генератор еле горит (иначе газов будет многовато и куда их девать?) выжав газ вы быстро потратите запас уже выработанного газа и движок захлебнется — генератор попросту не успеет выйти на новый режим.
Короче говоря газогенератор отлично подойдет для стационарного мотора с равномерной нагрузкой, но вот для автомобиля он применим только с огромными ограничениями.
выжав газ вы быстро потратите запас уже выработанного газа
Нет. Газогенераторы вполне себе способны подстраиваться под нагрузки двигателя. Чем сильнее разрежение на входе в смеситель, тем больше газа создает генератор. Это как раз не проблема. Проблем других куча, и они сработали все вместе — с чем-то одним можно было бы мириться, но со всем вместе? Когда из земли бьют фонтаны нефти, только успевай перерабатывай? Главными проблемами были следующие:
1. ДВС с газогенератором надо разжигать, это минут 10-15 перед поездкой. Это то, что убило паровые двигатели для автомобилей. Ехать надо всегда прям ща, а не когда оно раскочегарится.
2. Газогенератор надо заправлять твердым топливом, это дофига тяжелой физической работы. Крайне некомфортно для достаточно обеспеченного владельца машины, а женщинам так и вообще… и содержать кучу мускулистых негров на каждой заправке тоже дорого.
3. ДВС с газогенератором имеет худшее соотношение мощности к массе по сравнению с жидким топливом. Это критично для машин легче пары тонн, т.е. для большинства автопарка.
Абразивность угольной пыли ерунда. Вернее неприятно тоже, но основная беда с ней, она взрывоопасна. Имейте в виду Дизель использовал именно пыль. Не крошку, мелкую-мелкую, а именно пыль. О взрывах и пожарах на мельницах не слышали? События одного порядка, только пыль у нас угольная — это не мука, гораздо хуже. Уж Дизель и мочил (не в смысле писал!) свою пыль, по дороге к движку, и бубен у якутов купил. Ничё не помогало. Взрывалась проклятая от вибрации, а главное не там где надо. Рудольф ещё тот везунчик был. Минимум два взрыва в не посредственной близости к объекту пережил. Только поэтому солярка. Уголь был и доступнее и дешевле, с абразивностью смирились бы (и боролись немножко) но…. Решили, что лучше химикам отработать крекинг процесс. И стало всем дизельное счастье.
Рано или поздно забацают производство жидких топлив. Но до этого будут пышным цветом цвести паровики. Ну и для стирлингов место найдется — простой движок для бытовой техники например. Основной профит мне кажется будет у турбин.
Госпланирования будет больше — топливные заводы стоят дорого, долго окупаются, требуют хайтека.
У комплекса «завод по синтезу жидкого топлива + ДВС» будет проблемы старта типа «курица или яйцо». Такие комплексы, как мы знаем из нашей истории, появляются с огромными трудностями (достаточно посмотреть на уже почти десяток провалившихся попыток «запустить» электромобили или водородную инфраструктуру для авто).
Поэтому жидкое топливо будет очень дорого и использоваться там, где за ценой не постоят (авиация, военные).
Но ДВС работает и на газе. Метан получать куда проще.
Что касается стирлингов, не надо так сильно впечатляться статьёй kraz’a, он много выдумал и недостаточно разбирается в вопросе 🙂 Он увлёкся недостатками каких-то конкретных, виденых им в сети конструкций.
Стирлинг при прочих равных сложнее и дороже дизеля, да, это — реальные недостатки. И этой разницы в нашем мире оказалось достаточно, чтобы умереть.
Но эти РЕАЛЬНЫЕ недостатки стирлинга в мире твёрдых топлив несущественны. Высокотехнологичный стирлинг в серии не настолько дороже дизеля, чтоб в мире топлива дизель бы имел шансы.
Кроме того, существует ещё несколько чисто электрохимических технологий, которые в нашем мире по разным (понятным) причинам не пошли, а в «мире только твёрдого топлива» могли бы использоваться на ура.
Водородная энергетика суть сон разума, а электромобили как раз одно время были довольно распространены, но ДВС их вытеснил т.к. тупо лучше.
В реальном мире ДВС «стартанули» за счёт того, что жидкие топлива уже использовались для освещения (керосиновые лампы) и в котлах паротурбинных установок. Возможно, в «мире без нефти» начало технологической истории будет похожим на нашу, вплоть до середины 19 века. А вот в этой точке назревает интересная развилка: жидкое топливо удобно для транспорта тем, что не нужно возить с собой негорючую часть топлива, то, что в конце уходит в шлак. Остаётся выбор: спирты, растительные масла, либо синтетическое топливо. Что-то мне подсказывает, что синтетике нет альтернативы и ещё не факт, что такой вариант не приведёт к более интенсивному развитию цивилизации.
Стесняюсь спросить, а почему не применять табун стирлингов для большой мощности?
А почему не применяют табун мопедных моторчиков на дальнобойных грузовиках?
Главный недостаток газогенераторного двигателя — осмоление трубопроводов. Генераторный газ от смол легко очистить в условиях стационарного завода (конденсаторы с ловушками, работающие попарно резеврв- работа, и чистящиеся бригадой специально обученных людей), но нелегко в автомобиле. Во-первых, трубы малого диаметра, во-вторых, содержать бригаду чистильщиков можно только в крупном гараже, да и девать эту смолу куда-то надо (а она канцерогенна). Плюс к тому плохо дело со стандартизацией твердого топлива (опять же, в ТЭЦ на угле сделать это проще, чем в гараже — крупнее партии угля). С дровами вообще швах, неодинаковая влажность, порода, фракция…
По поводу мира твердого топлива — ЮАР благодаря эмбарго жила в таком мире несколько десятков лет, делая из угля жидкое топливо по методу Фишера-Тропша. Были, конечно, недостатки, к примеру, не всякое топливо легко сделать из угля, из нефти проще сделать разный ассортимент, но жить вполне было можно.
//Плюс к тому плохо дело со стандартизацией твердого топлива //
Вот те раз!? А, что пелеты уже отменили? Как минимум треть ТЕЦ в Европе на пелетах работает. И ничего, стандарты не подводят. Даже хуже, на брикетах, пелеты это для капризных котлов частного сектора.
Я где-то читал, что самые совершенные автомобили паровики заводились-закипали за 90 секунд — летом. А ведь была такая тема у двс как прогрев до оптимальной температуры…
Это про паровые автомобили Добля. Конкретно — модель Е. Шикарная вещь. Один из последних живых и ездящих есть в коллекции Джея Лено http://www.youtube.com/watch?v=rUg_ukBwsyo
У него же есть более сложный, но в чём-то превосходящий паромобиль Уайта — http://www.youtube.com/watch?v=Lf8miprLH60
Уайт ничем не превосходит Добля. Флейш-бойлеры в то время были модной темой, так что неудивительно что оба изобретателя их использовали. А вот бегать крутить краники и поджигать все ручками — жуткий геморрой. У Добля же была уже свеча зажигания и машина в эксплуатации была не сложнее бензиновой. Но увы, слишком дорого и сложно в производстве по сравнению с ДВС.
Кстати Форд в свое время всерьез обдумывал вопрос паровой двигатель vs ДВС для своей массовой модели и предпочел ДВС, как более дешевую и технологичную конструкцию.
Знатоки, прошу покритиковать конструкцию ДВнешС с заменой рабочего тела (воздуха):
https://yadi.sk/i/QYrGxtt8cvVTP
Левый цилиндр — рабочий, в камере сгорания топлива, правый — вспомогательный.
Для улучшения теплообмена воздух сжимается во вспомогательном цилиндре до 6-8 атм., что вполне достижимо.
При движении поршневой группы справа налево (верхний рисунок) происходит сжатие холодного воздуха. При достижении поршнями русла перетока сжатый воздух через отверстие в левом поршне, через отверстие в штоке, через отверстие в правом цилиндре поступает в проточку и затем равномерно в зазор между горячим цилиндром и поршнем. Из-за малых зазоров теплообмен происходит быстро, при этом давление в системе возрастает.
К примеру:
наружный воздух при 300К и давлении 8 атм. нагревается до 180 град.С или 450К. Давление повышается до 12 атм. Происходит рабочий ход расширения. При снижении давления до 3-2,5 атм. воздух через выпускное окно поступает в камеру сгорания, создавая принудительный наддув.
При дальнейшем движении поршневой группы во вспомогательном цилиндре возникает разряжение, которое засасывает порцию смазки через калиброванное отверстие, затем поступает новая порция холодного воздуха. Смазка разбрызгивается по всем стенкам и штоку. При сжатии смазка первой (потом уже сжатый воздух) по каналу между цилиндрами поступает в рабочий цилиндр и по проточке размазывается по всей поверхности. При расширении остатки смазки через выхлопное окно попадают в камеру сгорания, где и сгорают.
Может быть лучше окажется вариант с увеличенным в полтора раза диаметром рабочего цилиндра по сравнению с вспомогательным — поверхность теплообмена будет больше.
Grue, вы? Если нет, то интересно узнать откуда вы, любители извращений с внешним рабочим телом в Стирлинге, беретесь?
1. Сначала мы тратим энергию на сжатие воздуха от 1 до 8, потом получаем ее при его расширении от 12 до 3. Нетрудно прикинуть что сальдо будет не очень большим 🙁
2. Это еще ничего. Но приглядимся к процессу перемещения воздуха между холодным и горячим цилиндром.
Для начала забудем про теплообмен. Если вы просто впустите литр воздуха под давлением 8 атм, в литровую емкость, вы потеряете половину совершенной работу за счет бесполезного падения давления. Можно переместить воздух без потерь если поршни работают в противофазе, но тут этого нет. Вы потеряете половину работы сжатия и с учетом пункта 1 энергобаланс станет отрицательным.
3. Воздух у вас быстро нагревается при впуске? Т.е. его давление будет сразу возрастать до 12. Ну и с чего он полезет из емкости с давлением 8 в емкость в давлением 12? При быстром нагреве он банально не будет работать. При медленном у вас будет извращенный и сильно ухудшенный стирлинг.
Что значит «с внешним рабочим телом»?
С подсосом доп воздуха. Обычно то стирлинг раб телом не обменивается с окр средой.
Grue, вы?
Неа. Не вижу смысла в подобных конструкциях — требования по точности как для ДВС, а это значит можно идти проторенным путем, избегая известных граблей.
А сделать что-то кардинально лучшее, чем существующее — ну нахрен, с этим сразу в КБ Фольксвагена…
1. Да. И что? У паровоза вся теплота парообразования пропадает…
2.>>Если вы просто впустите литр воздуха под давлением 8 атм, в литровую емкость, вы потеряете половину совершенной работу за счет бесполезного падения давления. <>Можно переместить воздух без потерь если поршни работают в противофазе, но тут этого нет. <>Ну и с чего он полезет из емкости с давлением 8 в емкость в давлением 12?<<
Вообще то, давление будет одинаковым в обоих цилиндрах 🙂 пока открыт перепускной канал.
А воздух из холодного в горячий перегоняется вращающимся коленвалом.
Спасибо
Sorry, не освоился со скриптами 🙁
2.>>Если вы просто впустите литр воздуха под давлением 8 атм, в литровую емкость, вы потеряете половину совершенной работу за счет бесполезного падения давления. <>Можно переместить воздух без потерь если поршни работают в противофазе, но тут этого нет. <>Ну и с чего он полезет из емкости с давлением 8 в емкость в давлением 12?<<
Вообще то, давление будет одинаковым в обоих цилиндрах 🙂 пока открыт перепускной канал.
А воздух из холодного в горячий перегоняется вращающимся коленвалом.
Спасибо
>> Вообще то, давление будет одинаковым в обоих цилиндрах 🙂 пока открыт перепускной канал.
Не совсем, давление выравнивается не мгновенно. Не суть. Мой пойнт в том что нагрев должен идти после перемещения рабтела в рабочий цилиндр. Если оно будет нагреваться в процессе то никакого роста давления не будет.
Что-то не так делаю..
2. **Если вы просто впустите литр воздуха под давлением 8 атм, в литровую емкость, вы потеряете половину совершенной работу за счет бесполезного падения давления.**
А можно расчетом фаз и конечных объемов передать , к примеру, 0,9 части рабочего тела.
**Можно переместить воздух без потерь если поршни работают в противофазе, но тут этого нет**
Такой вариант будет эффективнее, но на порядок сложнее конструктивно.
> нагрев должен идти после перемещения рабтела в рабочий цилиндр. Если оно будет нагреваться в процессе то никакого роста давления не будет
Не понял… Из холодного цилиндра порция воздуха переходит в горячий под действием внешней силы(коленвал вращается) Минимальный объем системы всех каналов и обоих цилиндров рассчитан так, что в левой мертвой точке достигается степень сжатия х8.
Без нагрева в этом случае будем иметь 8 атм.
С нагревом получим 12.
Что не так?
Я неточно выразился. Ничто не мешает получить вам давление сжатием газа. Но чтобы он мог совершить работу надо чтобы он нагревался после того как он будет помещен в замкнутый объем.
Постройте индикаторные диаграммы для обоих цилиндров по давлению и температуре и все увидите. Ну или хотя бы изобразите начальное-конечное(0 и 100%) положения цилиндра при впуске воздуха в рабочий цилиндр и разогреве с предполагаемыми давлениями-объемом-температурой газа в цилиндрах и два промежуточных, на 33 и 66%.
У вас я так понял в конце — 0 литров воздуха в всп. цилиндре, х литров в рабочем с темп 450К и давлением 12, в начале во вспомогательном 1 атм, 8х литров воздуха комн температуры, в рабочем 1 атм, 450К — при этом на закачку воздуха вам надо потратить меньше энергии чем можно получить от расширения газа. Пару промежуточных состояний посчитайте. В процессе уловите о чем я.
Идея украдена у Геродота, вроде. И воспроизведена в новых технологических условиях. Сегодня идея развита ещё дальше, но… значение двигателя в свете холодного ядерного синтеза. Беспроводной энергетики и прочих движетелях на энергетике ионосферы — просто каменный век. Надо Генератор Тесла в виде Алексаендрийского столпа на Дворцовой площади рассматривать.
Почему забыли калоризаторный двигатель: работает на всем что горит: даже на угольной пыли , в изготовлении простой раз его смогли сделать на заре СССР в тракторе » Запорожец»
На заре СССР =/= простой. Зажигалки например делали в кустарных условиях примерно в тоже время. Только попаданцу такую зажигалку без бензина и пирафорного сплава не повторить.
Хотя точных требований к ДВС не скажу 🙁 Почему-то даже данные по паровикам проще найти чем по двсам.
Почему забыли калоризаторный двигатель
Никто не забывал, это вы поленились поискать по сайту. Калоризаторный двигатель, он же полудизель, он же hot bulb engine давно обсасывался тут, про него есть отдельная статья.
Добрый день, ищу специалиста по дв -лям Стирлинга для изготовления эл. генератора на 12 кВт, Нужен главный специалист. Адрес для связи negafoto@mail.ru
https://pp.vk.me/c614828/v614828361/2775/bn9zRG_YNv0.jpg
Попалась такая вот чудная схема Стирлинга. С водяными поршнями
Мощность будет конечно смешная, но простота зашкаливает. Изготовить можно хоть в древней греции По сути нужен котел, 3 бочки, труба, и пара колес.
Поршни то там обычные.
Там — да, но вообще водяные поршни — вполне интересны для ранних что паровиков что стирлингов. Именно для ранних, когда зазоры по сантиметру.
А то, Гемпфри для стационарного мне кажется самое то. Тут по моему обсуждали http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/forum/index_html_mingleforumaction_viewtopic_t_75.html
Несовсем 🙂 , тут вообще поршней нет, тут перевернутый цилиндр опущен в воду (которая налита в банку), поверхность воды и играет роль поршня.
Разумеется сам цилиндр может быть вставлен в емкость с любым зазором, хоть горшок в пруд.
В принципе в эту систему можно еще регенератор добавить, бочку с металлическим мусором или гранитным щебнем в разрыв трубы.
И противовесы к цилиндрам, а то силенок у Стирлинга не хватит чтоб провернуть самого себя.
Но КПД и мощность все равно будут смехотворные, воду нагреть выше 100 градусов не выйдет, холодильник летом 20-25 градусов, т.е. перепад всего 75 градусов. Крутить может и будет для насоса на шахту сгодится, а вот еще куда-то не применить.
А, понял принцип. Ну да, как демонстратор технологии тепловых машин — красиво.
>> Крутить может и будет для насоса на шахту сгодится
Там еще и тепло цилиндра будет теряться в воду. Так что даже на шахту не пойдет.
Тепло цилиндра? Он же опущен в воду которую мы греем…
А вторая пара цилиндр сосуд это холодильник.
Насос тут нужно отдельно подключать 🙂
Но все равно, демонстратор а не машина, сделать легко да толку мало.
А, разглядел внимательнее, действительно водяной поршень.
Конкретно эта схема — действительно только для демонстрашки, но варианты возможны :). Обсуждали и паровиках тоже, ЕМПНИ.
Хотел спросить. А Стирлингу сильно нужна герметичность? Вроде, в простейшем случае там и внутри и снаружи воздух. Будет чуть-чуть подтравливать — не беда. Вроде, где-то на этом сайте слышал, что попадание воздуха в цилиндр у паравика — большая проблема. Особенно у пароатмосферных движков (воздух не конденсируется).
Есть разные типы Стирлинга, половине требуется герметичность, половине она вообще побоку. И проблем с точностью тоже нет, начиная с 13-го века, К этому времени освоено производство насосных помп и возникает технология высверливания пушечных стволов, пришедшая из производства помп.
>> попадание воздуха в цилиндр у паравика — большая проблема. Особенно у пароатмосферных движков (воздух не конденсируется).
Там сначала цилиндр просто продувался паром — в каждом цикле подавалось немного больше чем объем цилиндра, потом приспособили насосы, но это уже по-моему Уатт.
Ну тогда вопрос, если проблема стирлинга в необходимости использовать небольшие размеры цилиндров из-за плохого теплообмена большей части газа, то может ли такое изобретение решить эту проблему — http://zayvka2016131416.blogspot.ru/ ? Там автором предлагается «создавать принудительную конвекцию внутри рабочего тела, путем применения дополнительных устройств или изменений конструкции существующих узлов тепловой машины, результатом которых является создание принудительной конвекции в рабочем теле».
Если упрощенно, то разместить внутри Стирлинга вентиляторы (например на вытеснителе). Плоские, занимающие небольшое пространство, чтобы не слишком препятствовать вытеснению рабочего тела. Да, потребуется дополнительная энергия на привод вентиляторов, но она, по идее, не слишком велика, по сравнению с достигаемым эффектом. И то, что немного рабочего тела останется не вытесненным из одной области в другую, тоже вроде бы не так критично. А вихревые потоки газа явно должны улучшить теплообмен в несколько раз. И размер цилиндра можно увеличивать почти бесконечно (в разумных пределах). И скорость протекания циклов, тоже увеличится (увеличение оборотов).
Или я что-то не учел, а автор ошибается в оценке эффективности такого решения?
Хм. почему то в изначальной статье упущено самое важное.
1.КПД стирлинга приближается у идеальному — (Т2-Т1)/Т2 это, наменуточку ВЫШЕ даже теоретического КПД турбин (и без геммороя с турбинными лопатками). Ну а ДВС с его пределом в 25%(четырехтактник) 30%(дизель) нервно курит в сторонке.
2. Основной источник такого КПД — регенератор возвращающий тепло назад в процесс — даже паровик тройного расширения это тепло банально выбрасывал. Увы — большая часть неудач постройки стирлингов похоже связана именно с регенераторами.
Второй источник КПД — температуры горячего цилиндра, да — теплообмен через стенки, НО — это не нагруженная часть — их можно делать вообще из керамики, а просто толстыми. Вытеснителю опять же плевать на нагрев. Сам же рабочий поршень движется во вполне комфортных температурах (в отличии от ДВС у которых для достижения того же КПД поршни и цилиндры нужно делать из рубина или платины)
3. Насчет подключаемого объема газа для регулирования оборотов — сильно. Но почему забыли о упомянуть возможности управлять оборотами путем сдвига фазу вытеснителя? Это куда как проще реализуемый вариант. Как и повышение(снижение) давления в системе или впрыск в газовую смесь воды(аммиака, спирта и т.д.) — тоже дает форсаж мощности или оборотов.
ох… хочется послать учить физику и инженерное дело.
1. Кпд ТЕОРИТИЧЕСКИ у стирлинга может быть высоким. Реальность излишне жестока к нему, потому как если раскалить до красна метал то он потечет, следовательно температура нагревателя для стирлинга всегда меньше 400 градусов (при этой температуре сталь уже начинает теряеть прочность).
Таким образом в формуле КПД у нас температура нагревателя от температуры охладителя отличается всего на 300-350 градусов.
//даже паровик тройного расширения это тепло банально выбрасывал.
Тут не совсем верно. расширяясь пар, как и любой газ, охлажадется. Так что выхлоп паровой машины тройного расширения достаточно холодный. А охлаждаясь в конденсаторе он еще и создает разрежение которое так же повышает КПД.
// это не нагруженная часть — их можно делать вообще из керамики
Это с чего ж она не нагруженная? Или у вас в стирлинге давление равно атмосферному? Боюсь тогда удельная мощность вашего агрегата заставит паровую машину выглядеть венцом творения.
// а просто толстыми
Идем учить теплопроводность и посмотрев в формлу теплопередачи резко осознаем что чем толще стенка тем хуже она проводит тепло. т.е. с толстыми стенками цилиндра ваш стирлинг будет иметь смехотворную мощность и КПД. т.е. огонь разогрев внешние стенки цилиндра будет дальше гореть без всякой пользы, а вот от внутренних стенок будет отводится ровно то колличество тепла которое пройдет сквозь эту толщину.
Накрутили…
// если раскалить до красна метал то он потечет
Температура плавления железа 1500 С. До 1100 оно вполне сохраняет статическую прочность.
(и не напомните — сколько там температура газов в цилиндре ДВС?)
Но давайте возьмем вполне «рабочую» температуру в 600 С 1- 100/600= 83% КПД (!!!)
И даже давайте возьмем Ваши 1-100/400= 75% (!!!) да за такой КПД (пуст даже теоретический) УДАВИТСЯ не только турбина, но и топливный элемент с редкоземельными катализаторами :))))))))
Просто осознайте эту цифру…
//Это с чего ж она не нагруженная? Или у вас в стирлинге давление равно атмосферному? Боюсь тогда удельная мощность вашего агрегата заставит паровую машину выглядеть венцом творения.
Это фигура речи. Скажем так — нагрузка которую испытывает корпус ТРД и лопатки турбин несопоставимы. Вот последние — те действительно «нагружены».
//А охлаждаясь в конденсаторе он еще и создает разрежение которое так же повышает КПД.
Ага а потом нужно приложить кучу энергии и потратить куч пара на то чтобы запихуть холодную воду обратно в находящийся под давлением котел.
«эжектор» его конструкция и КПД — нет не слышали…
// Идем учить теплопроводность и посмотрев в формлу теплопередачи резко осознаем что чем толще стенка тем хуже она проводит тепло
Идем учить, да и заодно — вспоминать теплопроводность того же чугуна/железа и сколько градусов потеряется на стенке толщиной в дюйм. Или вы стенку из кирпича строить собираетесь?
Да и огонь разогревший внешнюю стенку ничего не мешает «притушить» так чтобы не горел бесполезно а восполнял ровно столько сколько отводится от внутренней стенки — верно?
// До 1100 оно вполне сохраняет статическую прочность.
Нет.
/// До 1100 оно вполне сохраняет статическую прочность.
//Нет.
http://konspekta.net/studopediaorg/baza1/198654120183.files/image1414.jpg
Не напомните — 50 МПа это сколько будет атмосфер?
Если кто то поучится читать график то поймет что при нагреве до 600 градусов прочность упала вдвое!
// Если кто то поучится читать график
Давайте будем немного повежливей к людям которые еще не проявляли повышенную упертость и шапкозакидательство?
Приношу свои извинения, это я после Якутского коня еще не остыл.
Но все же приводить график, на котором ясно видно что прочность падает в разы и говорить что это мелочи…
Ну дык он график прочитал и сказал что даже на больших температурах напряжения в 500 атм выдерживаются. А то что этого для движка недостаточно это не так очевидно.
// 50 МПа это сколько будет атмосфер?
500 атмосфер. Во-первых не надо путать давление на стенки цилиндра и напряжения в стенках — последние больше. Напряжения при динамических взаимодействиях поршня и стенок еще больше.
Ресурс от запаса прочности зависит экспоненциально — усталость металла, плюс при увеличении температуры усталостные эффекты усиливаются.
На 1000 градусов двигатель из обычной стали 18 века у вас проработает циклов 10.
Вот например статья про высокотемпературные двигатели стирлинга из современных жаропрочных сталей — https://www.nmri.go.jp/eng/khirata/list/ecoboy/lowtemp.pdf. Там нагреватель работает на 700 С.
А откуда там большие напряжения и уж тем более — динамическое взаимодействие с поршнем?
С горячим цилиндром вообще никто не взаимодействует (разве что в альфа-стирлинге) — его даже вытеснитель не касается.
К тому же видимо по привычке берут нагрузки на цилиндр для ДВС а тото при любой температуре должен выдерживать детонацию, да и стандартный режим работы (скорость нарастания и спада давления) у него близкие критическим — из-за короткого хода поршня и работе на расширение.
Стирлинг же работает на сжатии (форма в данном случае играет) да и ход поршня у него не просто длинный — практически неограниченный. Так что по давлению можно брать двойной запас от максимального при этой температуре ( а у нас и вовсе выходит больше десяти-двадцати кратного — Вы ж всерьез не считаете что попаданцу удастся поднять давление выше 30 бар? а оно ему надо?)
К тому же есть и другие варианты упрощения конструкции — сходу без претензии — корпус горячего цилиндра делаем из корунда (корундовые формы для варки тигельных сталей уже вовсю применяются) и в корпус вмуровываем стальные (для прочности)ребра/шипы теплообменников в медной (для лучшего теплопереноса) рубашке. И залить места контакта медью.
Ребра частью наружу частью во внутрь — будут переносить тепло, а сам корпус могдно греть достаточно сильно.
// А откуда там большие напряжения
Вот и объясните филлипсовцам и прочим что они все дураки. Только в формулу кпд кельвины подставить не забудьте.
// из корунда … вмуровываем … залить места контакта медью
Слишком сложно чтобы работать. Ну и ребра внутри = свободный объем == потеря мощности.
Это да. с Кельвинами лопухнкулся по полной, прошу прощения, но и так там циферки выходят весьма интересные.
http://icarbio.ru/articles/termicheskij-kpd.html
циферки то интересные, но термический КПД это максимум. реальность намного печальней.
Для ДВС Т1=2000 градусов цельсия!
Для Стирлинга, как уже указывалось выше Т1=700.
с Т2 все веселее, для Стирлинга охлаждаемого водой это вполне может быть 5-30 градусов цельсия (или 100, если мощность большая)
А вот для ДВС это 200-600 градусов.
итого:
http://www.domolov.ru/kalkulyator-raschyota-kpd-cikla-stirlinga-karno.html
КПД (термический) для идеального ДВС — 78% а Стирлинга- 70%.
Но к практике эти цифры не имеют почти никакого отношения!
Реальный КПД для дизеля с турбонаддувом порядка 50-55%. Похоже это максимум который можно выжать из ДВС.
У стирлингов реальный КПД бывает около 30% но есть уникальные экземпляры с КПД в 49%.
т.е. почти равный счет.
Так что никаких волшебных цифр у стирлинга нету 🙁
Обычно на сайтах альтернативщиков норовят сравнить или реальный КПД ДВСа с теоритическим термическим КПД Стирлинга (огого! 30 против 70!) или средний КПД (около 30%) с рекордным для Стирлинга (49%) Или резко занижают температуру холодильника. Стирлинг охлаждаемый жидким азотом будет показывать просто рекордные значения КПД (если не включать сюда энергию потраченную на сжижение азота).
При этом как то забывается что все эти рекордные значения бывают у рекордных конструкций с водородом или гелием под давлением в 100 атмосфер.
Для движков которые может изготовить попаданец КПД хорошо если 10% превысит… Это будет настоящий прорыв.
Ей богу, уж если копать в область нестандартных движков то турбина Тесла и коловратник Тверского по эффективности и простоте производства перекрывают все остальные модели вместе взятые.
http://engineering-ru.livejournal.com/459538.html
Случайно сегодня наткнулся. Сама статейка средняя. Но в каментах подробно разобраны проблемы со сталью в Стирлингах.
//Температура плавления железа 1500 С. До 1100 оно вполне сохраняет статическую прочность.
Интересно а зачем кузнецы греют сталь до красна (600-900 градусов)? Если прочность остается такой же как была у холодной, зачем им это надо?
А если вы взглянете на диаграмму железа-углерода (понимаю, что в школе этого не изучают, но чтоб спорить на технические темы нужно хоть что то знать)
http://kvadromash.ru/wp-content/uploads/2014/04/Diagramma-zhelezo-uglerod.-Otpusk.gif
то увидите что отпуск стали начинается ой как рано… 400-600 градусов это уже достаточно серьезные структурные изменения, а 700 градусов это уже полное размягчение.
//Но давайте возьмем вполне «рабочую» температуру в 600 С 1- 100/600= 83% КПД (!!!)
//И даже давайте возьмем Ваши 1-100/400= 75% (!!!)
Это что за бред? В школу, учиться быстро!
Прежде чем браться за формулы хотяб почитали учебник физики, что ли. Температура хоть нагревателя хоть холодильника береться в КЕЛЬВИНАХ!
//Это фигура речи. Скажем так — нагрузка которую испытывает корпус ТРД и лопатки турбин несопоставимы.
Крайне неудачная фигура. Корпус стирлинга находится под давлением. и чем совершенние конструкция тем выше это давление. НАпомню что паровые котлы разрывало на раз при куда меньших нагрузках и температуре поверхности.
//Ага а потом нужно приложить кучу энергии и потратить куч пара на то чтобы запихуть холодную воду обратно в находящийся под давлением котел.
Прежде чем говорить такое советую посчитать 🙂 особенно с учетом фазового перехода воды. т.е. сколько грамм пара нужно потратить чтоб запихнуть в котел килограмм воды 🙂
//сколько градусов потеряется на стенке толщиной в дюйм.
Дюйм? Этого вполне достаточно чтобы одна сторона была раскалена до красна (600), а вторая была холодней градусов на 200-300 🙂
// а восполнял ровно столько сколько отводится от внутренней стенки — верно?
Абсолютно. Что означает что вы просто снижаете мощность вашей установки увеличивая толщину стенки. Сделали стенку вдвое толще, количество тепла которое сковзь нее проходит в единицу времени вдвое меньше, следовательно нужно огонь притушить тоже вдвое (приблизительно). Понятно?
// Дюйм? Этого вполне достаточно чтобы одна сторона была раскалена до красна (600), а вторая была холодней градусов на 200-300
При перепаде в 300 градусов и толщине в дюйм через стенку будет идти 600 кВт на м2. Урежте осетра.
Всех приветствую. Года три назад попадалась очень интересная книга, где были собраны и проанализированы разнообразные примеры жидкопоршневых устройств — двигателей, насосов и т.д.. Попытался найти её снова — не смог. Буду очень благодарен, если кто-нибудь даст ссылку или какие наводки на эту книгу. Как я помню, книга относительно старенькая, переведённая. Спасибо.
Ерунда все это, я предлагаю применять обратный термодинамический процесс.
http://www.valentinru.ru/index/gibridnaja_teplovaja_mashina/0-5
>Проще сразу реактивный двигатель строить.
Реактивный чёрт его знает, а ракетный по факту действительно проще. Твердотопливный. С ним даже китайцы задолго до паровика и двигателя Стирлинга справились. Только он получился одноразовый, но для начала и такой сойдёт.
>А попаданец сможет построить вариатор до появления резьбового соединения и соответствующих токарных станков? Я очень хочу увидеть этот девайс!
Ага, мне его тоже покажите. А также того униксоида, который его сделает.
>Конечно, можно построить гребное колесо сантиметров 60 в диаметре, но опять-таки очень хочу это увидеть!
Ну такое колесо — как раз не проблема, можно даже меньше. Проблема — большой пароход с колесом от развекательного недоразумения с приводом от педалей, вращаемых одним человеком.
>На электростанцию? Можно попробовать. С одной стороны — постоянные обороты. Если правильно подойти, то можно построить линейный генератор, который будет выдавать переменный ток заданной частоты. Стирлинг умеет держать обороты!
не так точно. Отклонение частоты в полГерца в любую сторону из пятидесяти — уже катастрофа.
>КПД стирлинга получается порядка 15-18%. Он не настолько высок, как следовало бы ожидать из-за того, что теплопередача идет черех стенку.
Вы теоретический то считали для идеальной машины с перепадом 80 градусов? 25%. А при таком перепаде можно уже паровик делать. А на жидкостях, которые кипят получше, и при градусах сорока перепада. Теоретический 22%. Ниша стирлинга проистекает из его всеядности, значит перепад ещё меньше. Градусов 20 может быть? Ну %8 тогда теоретический, даже чуть меньше. Так сколько там у стирлинга? 18? Да это в его нише офигенно много! А всё, что работает с большими перепадами, можно делать проще.
>то и другие модели можно построить, стирлинги реально проще паровиков.
Сложнее вообще то. Так как даже кандидатская по техническим наукам ну ни как не помогает понять его цикл. А паровик понятен четырёхлетнему ребёнку. Но если запороть цикл, то точность исполнения деталей уже не спасёт.
Почитал я вас тут, повеселился местами.
ИМХО стирлинги бета типа самые оптимальные по ряду причин.
Так называемый rhombic drive (приведён в статье на последнем рисунке) не то чтобы сильно сложен в изготовлении на самом деле, но при этом может быть полностью динамически сбалансирован, что означает полное отсутствие вибрации и возможность разгона до тысяч оборотов в минуту, а значит и высокую удельную мощность.
Если есть возможность лить чугун, то сделать токарный станок, который даст необходимую точность не очень сложно. Муторно только. Мощность стирлинга легко наращивается в некоторых пределах просто повышением давления воздуха в цилиндре. Подшипники не сильно нужны- можно обойтись принудительно смазываемыми бронзовыми втулками. Оребрение регенератора и прочих частей можно настрогать обычным долбёжным станком, который по сути есть крейцкопфный механизм с резцом. Это тоже заметно повышает КПД стирлинга. Итого в принципе собрав блок бета-стирлинг+маслонасос(хоть плунжерный)+компрессор поддува картера можно получить порядка пары киловатт с 500 кубового движка, а то и побольше.
При 4 атмосферах 10-кубовый стирлинг выжимает порядка 60Вт механической мощности на валу, с генератора около 20 будет сниматься. А дуть можно и нужно гораздо сильнее, как минимум до 25 атмосфер можно спокойно давление поднимать ни о чём не парясь.
Уплотнения в идеале конечно фторопласт. Но притёртые по гладким валам бронзовые или чугунные втулки с набивочным сальником (промасленная конопляная верёвка) вполне позволят работать на 25 атмосферах при наличии компрессора для поддержания давления (даже на литровый двигатель хватит однопоршневого 50-кубового одноступенчатого компрессора поддува)
Для условий мира только с твёрдым топливом и развитой промышленностью уровня начала ХХ века можно спокойно организовать производство двигателей с лабиринтными уплотнениями и мощным наддувом водородом (атмосфер до 100-200) или гелием (правда для его добычи придётся раскурить криопроизводство, но при наличии дутых водородом стирлингов атмосферу можно будет сжижать и без заморочек с турбодетандерами, хотя и не настолько эффективно)
А вот при наличии производства гелия уже можно производить вполне зачотные моторы для транспорта. В общем то Филипс в 70-х экспериментировали и даже сделали вполне рабочий катер на стирлинге в 40лс мощностью и при этом габаритами не отличающийся от ДВС того времени аналогичной мощности. И там было реализовано и управление оборотами.
Бета стирлинги нишевое решения для насосов и криогенки, для других применений есть двигатель тверского. Для генератора и высоких оборотов Турбина Тесла. После Болиндер.
Современный стирлинг попаднцу не сделать лт слова никак.
Тут по ссылке много интересного видоса по теме самодельный стирлингов.
Стирлинг для попаданца — рокет сайенс. Я вот тут, сейчас, даже при наличии производства и станков — пробовал даже спроектировать стирлинг с целью утилизировать тепло с гаражной печки. Его уходит в трубу много, при неоптимальном топливе, ну и хоть пару сотен ватт хотел. Ознакомился — нифига то это не просто. Мало того, что ромбический кривошипный механизм просчитать — та еще задачка, его изготовить нифига не просто даже на промпредприятии, так еще для эффективности в новых стирлингах используются вещества, которые попаданцу, да и мне получить не так то просто. А получив — еще и сохранить надо. Водород под давлением 200 атм явно к DIY не относится, фреоны тоже. Про аммиак тут статья была, попаданцу его так просто не получить, да и щас не получить в гараже, при доступности промышленности. Видео на ютубе — делают мужики, американцы например, и снаружи это просто как благодать — закинул дрова в печку, вот уже и двигатель шуршит, вот тебе и электричество. В тех же роликах рассказывается о микронных допусках, аццких давлениях, и десятке двигателей, которые автор сделал до того — и выкинул, потому что хреново работали. Видя такие труды, я бы не стал попаданцу вообще советовать Стирлинга. Паровик куда ни шло. Я делал стирлинг и из банок от чипсов спринглз, этот ролик тоже есть на ютубе, но там вообще демо образец, он хоть и работает, но кпд у него 0.1%, а у паровика на той же свечке он будет все 4-8% в кустарном режиме.
Нафиг водород и всё, что его юзает? Вам что утечек охота? А к.п.д. не критичен, когда вообще нет альтернативы. Паровой машиной с замкнутым контуром на фреоне, или амиаке Вы движок Стирлинга на слегка прохладном солнечном коллекторе даже сейчас заменять точно не будете. А попаданцу такая паровая машина вообще не «светит». Так что вопрос здесь в поиске такой ниши, чтоб ни по-настоящему горячий солнечный коллектор, ни дрова, ни уголь, ни мускульная энергия были не доступны, потребная мощность — низкой, требовалась работа в любой день, независимо от ветра и допускались масса и габариты как у русской печи. Найдёте — флаг в руки, барабан на шею и лик самого Стирлинга вместо герба, я не найду точно.
flame licking engine https://en.wikipedia.org/wiki/File:KURBEL-4_Vakuum-Motor_Funktion.gif
https://books.google.com.au/books?id=KpYoAQAAIAAJ&q=flame-licker+engine&dq=flame-licker+engine&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwi-lIGS6oriAhVZWisKHa1nD5AQ6AEIKjAA
такие делались в 1900ом с 4х фунтовым маховиком, больше ничего не известно
? // The effciency of vacuum engines is less then 5%.
http://www.modelenginemaker.com/index.php?topic=6120.0
? 1823: Samuel Brown patented the first internal combustion engine to be applied industrially, the gas vacuum engine. The design used atmospheric pressure, and was demonstrated in a carriage and a boat, and in 1830 commercially to pump water to the upper level of the Croydon Canal.
In patents dated 4 December 1823 and 22 April 1826,[4] Brown proposed to fill a closed chamber with a gas flame, and so expel the air; then he condensed the flame by injecting water, and operated an air engine by exhausting into the partial vacuum so obtained.
In June 1830 a new pumping engine was installed on Croydon Common which was the first commercial installation of Samuel Brown’s gas vacuum engine, and quite probably the first commercial internal combustion engine in the world. The economics of the gas engine were interesting as the gas it consumed was made by turning coal into coke. The value of the resulting coke and coal tar by-products of making the gas substantially exceeded the cost of the coal, ground rent, repairs etc, so the gas vacuum engine made a profit of over £100 a year before considering the useful work it was doing.
https://en.wikipedia.org/wiki/Samuel_Brown_(engineer)
Забавно что в книгах о истории ДВС его не вспоминают.
У меня есть несколько вопросов:
1: будет ли работать альфа стирлинг если в холодный цилиндр встроить клапан(но так, чтобы он не мешал ходу поршня) и при помощи насоса сделать в цилиндре давление в несколько атмосфер.
2: сальник из промасленной веревки хорош для паровика, а в стирлинге он обуглится за несколько дней работы, есть ли ему замена, чтобы «дёшево и сердито»?
2. Сальник из промасленной кожи.
1. Вообще так и делается обычно. Повышается давление во всей системе что повышает удельную мощность. Но конкретно у классической альфы ничего не выйдет кривошип тупо заклинит в нижней точке, поскольку оба цилиндра будут жать на него со всей силы. Можно наверное сделать герметичный картер объемом намного больше объема цилиндров и сделать там такое же давление, тогда работать будет. Это снизит требования к уплотнителям, т.е. останется всего одно уплотнение, на выходе оси.
2.Хм, а зачем сальник размещать в нагреваемой зоне? Опять же для схемы с герметичным картером достаточно обычных металлических колец. Абсолютная герметичность там ни к чему. Ну а сальник на выходе оси коленвала можно и из веревки делать 🙂
Какие формулы пригодятся для расчёта парового двигателя и его частей?
Формула давления, немного геометрии, сопромат и логика 🙂
Еще физика: КПД, энергия, мощность, частота вращения, тепловые расчеты, энергия сгорания, парообразования, теплоемкость.
Но по большому счету чтобы сделать простую паровую машину достаточно простой механики. Мощность все равно будет далека от расчетной. потом можно итерационным процесом повысить абсолютную и удельную мощности, КПД…
можно ли использовать поршни из бакелита для Стирлинга?
логичный ответ- в зависимости от того что и насколько вы собираетесь греть.
Ведь стирлинг может работать и от тепла руки 🙂
Или от холодной воды омывающей холодильник 🙂
Разумеется с КПД в доли процента.
Но если собираетесь греть до нескольких сотен градусов то понятно что горячий газ таки достигнет вашего поршня, а термостойкость бакелита 150-200.
С другой стороны, в некоторых конструкциях стирлинга поршень находится в холодной части цилиндра, так что тепловая нагрузка на него невелика.
В конце концов в термоакустическом варианте поршень вообще может быть из воды! 🙂
А расскажите о термоакустическом стирлинге
А загуглить? Простейший девайс, разумеется плохомасштабируемый. Никакой кинематики, никаких сложных устройств. Просто трубка(пробирка)+регенератор(металлические опилки или моток проволки) плюс пара клапанов и вода в роли поршня. ну и трубы для этой воды, поскольку инерция движения жидкости используется в процессе для сжатия /перемещения воздуха.
Можно использовать как насос для воды.
влияет ли на работу Стирлинга однородность состава газа в нём?
Если в стирлинге заменить атмосферный воздух азотом, то КПД возрастёт?
Разные газы обладают разной теплопрооводностью. Замена на газ с большей теплопроводностью в первую очередь увеличит удельную мощность, хотя понизив мощность можно несколько увеличить кпд.
Но замена на азот практически бесполезна. Теплопроводность в основном зависит от молярной массы. Средняя масса воздуха — 29, азота — 28, так что и теплопроводность отличается на проценты. Вот замена на водород имеет смысл.
Я считаю, что использовать азот имеет смысл. В воздухе около 20% кислорода. Стирлинг работает на большой разнице температур, из-за чего часть кислорода соединяется с металлом, образуя окислы, которые плохо проводят тепло. К тому же, стирлинг должен быть герметичен, воздух не должен поступать в него. Кислород, окисляя металл, больше не участвует в цикле, мощность падает. Конечно, в первые дни работы это не будет заметно, но потом это снизит мощность. Если газ в цилиндре можно заменить, просто собрав и разобрав установку, то для замены цилиндра надо выполнить множество технологических операций. Азот инертен, он не будет реагировать с металлом, следовательно, цилиндр проживет дольше.
Окисление то произойдет…. по большей частью смазкой, а не металлом. Но связанный кислород даст небольшое разрежение и в ваш двигатель просто подсосет немного окружающего воздуха. Который на 70% азот. Пару таких циклов (речь идет о микрограммах-граммах кислорода) и у вас таки образуется атмосфера 99.9% азота внутри цилиндра.
После остывания /нагрева двигателя часть газов разумеется вытечет /засосется через неплотные соединения и в двигатель снова попадет кислород.
Короче если вы не обеспечите 100% герметичность (что маловероятно) то воздухообмен будет иметь место и все усилия по замене воздуха азотом бессмысленны.
Вы уточните где и в каких условиях вы хотите Стирлинг создать? Потому как в современном гараже это одно а во времена Ивана Грозного немного другое.
У меня появилась идея, как увеличить мощность стирлинга(возможно, бредовая). Чтобы повысить мощность, можно пойти по трём путям увеличить разность температур между холодильником и нагревателем, увеличение давления в рабочем объёме, применение газов с малой полярной массой. Добиться большой разности температур нам не позволит качество металлов, газы с малой полярной массой нам недоступны. Остаётся увеличивать давление, но замучаешься делать клапан на поршне, для того, чтобы нагнетать воздух из клмпрессора. Предлагаю использовать соли, частично разлагающиеся на газы при высоких температурах(например, селитра). Помещаем немного соли на дно цилиндра, герметизируем поршень сальником(кто-то писал, что сальник из верёвки может выдержать давление до 25 атмосфер, но нам хватит и меньшего давления). Постепенно нагреваем цилиндр, разлагаем соль.
На самом деле при гама-Стърлинг /картина-2/ движение порошня разходится с идеальном цикл Карно /намного/. Из за етого гама-Стърлин КПД намного хуже чем ожидется.
Если соединит два двигателя вета-Стърлинг /картина 1/ а колеса с зубами подключатся друк к друго, то два нагнетателных порошня можно соединить /сделать из один детайл/. Соединить два нагнетателных порошня, то два вета-Стърлинг двигателя можно закапсуловат в одном тело, ето хорошая предпосилка для достижение больших атмосфер-давление из за чего можно повисить как КПД так и удаленная мощность.