Форум

Типа новой статьи, хотя на статью наверное не потянет.

Итак, главная проблема попаданца -- сложность изготовления двигателей: паровой упирается в сложность изготовления хоть сколько-нибудь производительного котла, ДВС в точность изготовления цилиндров. А можно ли это как-то обойти?

На мой взгляд можно. Вспоминаем такое устройство, как насос Гемфри. Оно появилось очень поздно, к концу 19 века, и предназначалось для перекачки миллионов кубометров воды. Однако в том виде, в котором этот насос был изобретен, попаданцу он не годится -- нужен весьма точный расчет всей системы, чтобы резонанс обеспечивал компрессию, да и система зажигания нужна. И увы, к тому времени насос Гемфри не мог соревноваться с весьма совершенными паровыми машинами, КПД у стационарных компаундных машин куда выше.

Но нужна ли компрессия попаданцу? А зачем? Вот первый двигатель Ленуара великолепно работал вообще без компрессии -- и имел приличный КПД по сравнению с Уаттом и тем более Ньюкоменом, что-то порядка 5%. Но двигатель Ленуара -- это опять цилиндр, уплотнения, перегрев...

Итак, машина. Стационарная. Делается газогенератор. На этой теме останавливаться не буду, острить "атомный реактор на схеме условно не показан" не надо, т.к. простейший газогенератор это просто плотно закрываемый сверху колодец из кирпичей с колосником снизу, различных конструкций вагон и маленькая тележка, для изготовления газогенератора не требуется ни высокой точности, ни высоких технологий. Достаточно разжечь внизу огонь, плотно закупорить снизу поддувало, закрыть сверху крышку и потихоньку вдувать воздух (можно с паром) в зону горения, на выходе будет генераторный газ, вполне себе горючий.

Затем выкапываются два бассейна рядом на разной высоте, на перепаде между ними делается водяное колесо. Эта задача решаема опять же еще технологиями Древнего Рима.

Далее, насос. Он представляет собой U-образную трубу, нижней частью погруженную в воду. Одно из плечей короче, , заглушено и находится полностью под водой. Трубу можно изготовить клепанием из кусков металла, больших нагрузок она не испытывает. В верхней части заглушенной части имеется входной обратный клапан, впускающий воду (и выпускающий воздух/газ из этой ветки). Клапан притираем к гнезду с абразивчиком, тоже не высокие технологии. Кроме того, в цилиндр входят три патрубка, на которых тоже есть по притертому маленькому обратному клапану. Другое плечо U-трубы выше и выходит в верхний бассейн, над уровнем воды.

От водяного колеса идет привод на "распредвал". Под ним небольшие меха, а так же рычаг нажатия на выпускной клапан, они все находятся на линии и нажимаются по очереди выступами "распредвале".

Цикл работы:

1. Открывается выпускной клапан. Газы выбулькиваются из цилиндра и он заполняется водой.
2. Закрывается выпускной клапан

Параллельно с этими двумя действиями два меха вдыхают -- воздушный и газовый. Воздушный втягивает в себя воздух, газовый втягивает газ из газогенератора (газ придется пробулькивать через воду, чтобы охладить и очистить, чтобы не испортить газовый мех).

3. Два меха вдувают воздух и газ в рабочий отсек. Давление в отсеке затыкает обратные клапана всех патрубков.
4. Маленький мех вдыхает огонь из пилотного огонька
5. Маленький мех вдувает его в цилиндр. Там все детонирует и выплевывает порцию воды в верхний бассейн
6. GOTO 1.

Вот собственно говоря и все. При этом нет главной проблемы двигателя Ленуара -- жестокого перегрева. Десяток тонн воды в обоих водоемах обеспечат нормальное охлаждение. Не нужно возиться с таймингом зажигания, когда захотим, тогда зажжем смесь. Длиной хода меха мы легко регулируем соотношение топлива и воздуха. Вода будет потихоньку накапливать кислоту из-за контакта огня с ней, поэтому в бассейны надо добавлять известь для ее нейтрализации.

Все изготавливаемо на коленке, в ближайшей кузнице. Хотя без опытного millwright'а я бы пожалуй побоялся бы такую конструкцию в одиночку забабахать -- в изготовлении водяных колес тоже есть свои тонкости...

Цитата kraz May 21, 2014, 22:53
Гм.
Надо разбираться, я как-то мимо Гемфри прошел.
Но куда будет ставится такой движок?

Везде, где нужен двигатель в принципе (ну кроме движущихся устройств, слишком массивно для корабля или повозки). Самая главная и насущная потребность -- откачивание воды из шахт, причем задолго до Ньюкомена. Дутье для производства чугуна и стали, вращение валков прокатного механизма (когда будут отлиты из чугуна валки и все детали), привод той же мельницы (которую можно поставить там, где надо молоть, а не там, где позволяет география -- пригодные для этого места как правило уже заняты другими владельцами).

Ну и прямое его назначение -- накачивание воды, это позволит строить каналы туда, куда надо, а не туда, где есть реки с высоким уровнем.

Но в классическом виде насос Гемфри сложен, он требует расчета и точного тайминга зажигания, это на коленке не сделать. А вот плюнуть на все и сделать его без компрессии можно хоть в Древнем Риме.

Цитата Grue May 22, 2014, 11:56

Ну и прямое его назначение -- накачивание воды, это позволит строить каналы туда, куда надо, а не туда, где есть реки с высоким уровнем.

Но в классическом виде насос Гемфри сложен, он требует расчета и точного тайминга зажигания, это на коленке не сделать. А вот плюнуть на все и сделать его без компрессии можно хоть в Древнем Риме.

А может ну его нафиг эти бассейны и водяные колеса, а оставить только сам двигатель на каком нибудь плавсредстве? Чем не своеобразный водомет ?

Цитата Grue May 23, 2014, 23:48
1. Клапана загрязнятся от забортной воды и движок перестанет работать

В чем принципиальная разница между забортной водой в реке и водой для орошения полей(чаще всего насосы Гемфри применяются именно для орошения-т.е вода далеко не дистиллированная и успешно работают достаточно продолжительное время)? И что мешает разместить камеру сгорания выше уровня воды,как это и сделано в классическом насосе Гемфри ?(в насосе Гемфри, в отличии от двигателя Ленуара поршней которые клинили из-за перегрева нет т.е перегрев не критичен)

Цитата Grue May 23, 2014, 23:48
2. Кпд водомета отвратный

КПД и у самого насоса Гемфри сам по себе не высокий, а совместно с водяным колесом из верхнего поста(КПД которого тоже не 100%)... Т.е. КПД всей связки будет еще ниже. На счет отвратного КПД водомета по сравнению с винтом - то у водометов есть своя ниша, в которой они имеют явное преимущество. Если грубо -для маломерных судов 0т 0 до 20 узлов выгодней винт
,на скоростях от 20 до 60 узлов - выгодней использовать водомет, выше - приводы Арнесона.

Цитата Grue May 23, 2014, 23:48
3. Мощности без компрессии на корабль банально не хватит

Ну откуда такая тяга к гигантомании? 😉 Если плавсредство - то непременно подразумевается как минимум океанский лайнер 😉

Насколько я понял из самого верхнего поста(если что не верно понял-то поправьте) именно и описывался обычный насос Гемфри со схемой подачи светильного газа и воздуха под низким давлением(чуть выше атмосферного) как в двигателе Ленуара и с системой воспламенения смеси как в первом(еще двухтактном а не четырехтактном) двигателе Отто с шиберным клапаном и горелкой.
Естественно, что с повышением степени сжатия горючей смеси КПД и мощность насоса Гемфри увеличатся, но при классической схеме насоса добиться этого проблематично.В начале 80-х эти вопросом занимался Примаков и не безуспешно.
В виде курьеза - если не изменяет память , то пару лет назад группа энтузиастов байдарочников весьма активно обсуждала водомет для байдарки на базе насоса Гемфри.

Еще более простая конструкция:

Делаем водяное колесо (а лучше сразу турбину Пелтона), над ней открытый с одного конца цилиндр. Все это погружено в бассейн с водой. Открываем выпуск, выпускаем остатки продуктов сгорания (большинство газов все равно улетит вниз вместе с водой, но часть должна остаться, их надо выпустить, чтобы они не воспламенили новую смесь), цилиндр заполняется водой (и охлаждается заодно). Закрываем выпуск, насосом поочередно вкачиваем в цилиндр X качков воздуха, Y качков газа и потом Z качков из пилотного огня для воспламенения. Идем на начало цикла.

Внизу, на дне бассейна, валяется куча известковых камней, дабы нейтрализовать постоянно образующуюся при контакте продуктов сгорания с водой кислоту, иначе она нахрен разъест весь металл конструкции.

Итого: бассейн (яма в земле, облицованная камнями или досками), цилиндр из железа, геометрия не сильно важна. Поршневой насос из железа, достаточно небольшой, желательно с водяной рубашкой. Трубки. Два клапана. Водяное колесо. Да в общем-то и все.

Самым сложным будут клапана, т.к. их надо будет притереть и подпружинить. Но в принципе все решаемо...

Не выйдет КПД 20%. Тут нет главного фактора насоса Гемфри - компрессии. С точки зрения физики насос Гемфри вообще рядом не лежал! Это двигатель Ленуара почти в чистом виде, только с гидротрансмиссией вместо коряво-сложной механики. КПД двигателя Ленуара около 5%, да еще половину потеряем на гидромоторе, получим те же 2.5%, что и у Уатта, только в разы дешевле, легче и технологичнее.

Двигатель Ленуара в принципе неплох был бы, но вопросы уплотнения поршня и дикий перегрев цилиндра делают его в оригинальном виде бессмысленным, т.к.если технологии позволили решить обе проблемы, то можно и полудизель сразу сварганить, а то и четырехтактный полноценный ДВС. В предлагаемой конструкции же перегрева - главной проблемы Ленуара - точно не будет, как и вопроса с уплотнением, нечего уплотнять, газы давят равномерно на всю поверхность воды.

С насосом Севери все печально, если не сделать хотя бы Уаттовского отдельного конденсационного цилиндра, и все равно там КПД будет ужасен...

>> Не выйдет КПД 20%.

Цифра 20% там берется из достаточно серьезного справочника. Я лично имел в виду именно схему Гемфри, с колебания воды и сжатием смеси.

У Ленуара я так понимаю вообще не было сжатия топливной смеси, а тут есть 🙂 Да и схема проще - меньше места для потерь.

>> С насосом Севери все печально, если не сделать хотя бы Уаттовского отдельного конденсационного цилиндра, и все равно там КПД будет ужасен...

У лучших машин Ньюкомба КПД был всего в 2.5-3 раза меньше Уаттовских, и так как поршень нам не нужен то можно или обложить внутренность емкости деревом или вообще сделать емкость из деревянной бочки(про давление помню, проверял). Тогда потери еще упадут и выйдет близко у Уатту даже без отдельного конденсатора(который потребует насоса для его откачки).

Машина получается примитивнейшей - котел с наиминимальнейшим давлением(Ньюкомб свои первые делал из листов меди снизу и свинца сверху), пара бочек, несколько клапанов и водяное колесо.

>> б) нужны сразу гигантские размеры, т.е. большие капитальные затраты на даже экспериментальную посторойку и

Что это гигантские размеры? Вот товарищ собрал систему
http://www.humphreypump.co.uk/
Из кирпичей/чугуния выйдет побольше но не гигантское.

>> в) систему зажигания (хотя с учетом малой частотой, с которой работает насос Гемфри, можно наверное и электростатическую машину запрячь, она сразу будет давать высокое напряжение для искры -- но опять же, вопрос изготовления высоковольтных изоляторов, одновременно выдерживающих давление в цилиндре... ыыыы).

Это самое сложное, да. Но разницы слодности зажигания межеду ваишей схемой и гемпфри не вижу.

>> а) уметь это все рассчитать, и не на коленке,

Что там расчитывать? Все пляшет от собчтвенной частоты воды в основном колене

>> В насосе Гемфри колеблется здоровенный столб воды и нужно синхронизировать колебания с этой частотой. А тут можно каждый такт делать когда приспичит.

Клапаны открываются разностью давлений. Все управление в Гемпфри это одно ус-во для попеременной блокировки клапанов, один манометр для запуска искры. Насосы не нужны.

>> Вот кстати еще один момент моей схемы -- на стенках будет оставаться вода, а цикл Ленуара дает моментально дохрена тепла, которое будет испарять эту воду со стенок и добавлять расширение этого пара к давлению вниз на столб воды. КПД может и выше оказаться, чем у чисто двигателя Ленуара.

Испарение только уменьшит КПД - оно же ограничено разностью температур холодильника нагревателя. Так что более холодное рабочее тело КПД только понизит.

В общем в схеме в начале треда по сравнению с оригинальной схемой Гемпфри -
- добавились насосы
- уменьшился кпд за счет того что нет компрессии
- уменьшился кпд за счет того что надо разгонять стационарный столб воды. Только часть этой энергии уходит в выплескивание воды в верхнюю емкость, остальное рассеивается в промежутке между циклами. В Гемпфри эта энергия запасается в колебательной системе и потери невелики.