1. Объявления

    Дорогие форумчане!

    Напоминаем, что самый крутой проект за всю историю FORUMHOUSE - конкурс «ДОМ ЗА ГОД» продолжается! В конкурсе может принять участие семья из любого региона России. Выполнять задания можно в любом порядке до 31.10.2017. Следить за стройкой можно в разделе "Истории".

    Скрыть объявление
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10/10 10,00оценок: 1

Двигатель Эриксона

Тема в разделе "Возобновляемые источники электроэнергии", создана пользователем Denis2, 16.06.16.

  1. Denis2
    Регистрация:
    07.10.12
    Сообщения:
    126
    Благодарности:
    14

    Denis2

    Живу здесь

    Denis2

    Живу здесь

    Регистрация:
    07.10.12
    Сообщения:
    126
    Благодарности:
    14
    Адрес:
    Ивантеевка
    Двигатель Эриксона
    Двигатель Эриксона работает за в таком порядке: сжатие, нагрев, расширение, охлаждение воздуха. При охлаждении часть тепла запасается для нагрева следующей порции воздуха. Тепло подводится снаружи через стенки трубок.

    Сжатие и расширение производятся в отдельных поршневых машинах. Картинка здесь

    http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000052/st063.shtml - рис 5-9.

    воздух
     
    Denis2 , 16.06.16
    #1 + Цитировать
  2. Denis2
    Регистрация:
    07.10.12
    Сообщения:
    126
    Благодарности:
    14

    Denis2

    Живу здесь

    Denis2

    Живу здесь

    Регистрация:
    07.10.12
    Сообщения:
    126
    Благодарности:
    14
    Адрес:
    Ивантеевка
    Важно не путать двигатель Эриксона со стирлингами, которыми Эриксон тоже занимался и которые часто называют "Ericsson Engine".

    Немного о преимуществах и недостатках по сравнению со Стирлингами.

    При оптимизации стирлинга его параметры плотно увязаны между собой, в частности, вредное пространство необходимо увеличивать, чтобы снизить гидравлическое сопротивление. Это весьма препятствует разработке хорошего Стирлинга. В Эриксоне пространство теплообменников не является вредным, в этом он проще. Сложнее то, что нельзя сделать "бета" или "гамма" стирлинг, в котором генерация давления за счёт нагрева-охлаждения газа требует минимальных затрат механической энергии. В Эриксоне неэффективность компрессора и экспандера приводят к потерям механической энергии. Возможно поэтому, в криогенной технике, где изучались и Стирлинги, и Эриксоны, машины Стирлинга получили большее развитие. КПД Стирлингов получился выше.

    И к вопросу о том, как разработать Эриксона. Это уже чисто мои теоретические соображения:

    1. Компрессор и экспандер обязательно должны располагаться на одном штоке для минимизации потерь механической энергии.
    2. Клапана и компрессора, и экспандера должны быть управляемыми механически (нельзя делать самодействующие клапана в компрессоре)
    3. Рабочие циклы должны быть рассчитаны так, чтобы не было никаких скачков давления в момент открытия клапанов.
    4. Качество исполнения должно быть на уровне Стирлинга, т. е. утечки через поршни и трение должны быть минимизированы. ДВС и паровая машина менее требовательны к качеству исполнения.
    5. Горячий цилиндр и его клапана должны находиться при температуре горячего газа. Поэтому нужна горячая шапка для расширительного цилиндра, как в Стирлинге. Это позволит уплотнениям стирлинга быть холодными. В двигателестроении не существует технологии, позволяющей горячие уплотнения.
    6. Перепад температур нужно максимизировать. Сделать стирлинг, работающий от тепла руки, возможно, а насчёт Эриксона у меня есть сомнения.
    7. С точки зрения теплотехники, регенератор имеет кпд до 99%, а рекуператор - обычно до 90%. Поэтому предпочтителен регенератор, хотя он и усложняет конструкцию. Эриксон тоже так подумал, когда делал свой пароход.
    8. С точки зрения цикла - оптимальный перепад давления - 1,5 .. 2,5. Если нужно больше, нужно делать несколько ступеней сжатия-расширения с догревом/доохлаждением между ними. С точки зрения теплотехники - это как турбонаддув с интеркулером. Если учесть потери в клапанах, которые я никогда не считал, то может оказаться, что оптимальный перепад давления больше.
    9. Нужно внимательно следить за тем, чтобы перепад давлений по обе стороны поршневого кольца был минимален, т. к. от него зависят утечки и потери на трение. Может быть имеет смысл сделать нечто подобное вытеснительному цилиндру Стирлинга, но сделать больше вредное пространство с холодной стороны, чем с горячей. Тогда будет минимальное число поршневых колец, минимальный перепад давления на них, минимальное усилие на штоке и минимальные утечки/механические потери.

    Вроде всё вспомнил.
     
    Denis2 , 16.06.16
    #2 + Цитировать
  3. Depths
    Регистрация:
    01.06.16
    Сообщения:
    33
    Благодарности:
    1

    Depths

    Участник

    Depths

    Участник

    Регистрация:
    01.06.16
    Сообщения:
    33
    Благодарности:
    1
    Вот придумал простой Эриксон: у альфа-стирлинга убираем холодильник с рекуператором, в нагреватель закачиваем атмосферный воздух, нагрев-расширение, отработанный воздух (ещё тёплый) в топку, которая греет нагреватель.
     
    Depths , 29.06.16
    #3 + Цитировать
  4. Denis2
    Регистрация:
    07.10.12
    Сообщения:
    126
    Благодарности:
    14

    Denis2

    Живу здесь

    Denis2

    Живу здесь

    Регистрация:
    07.10.12
    Сообщения:
    126
    Благодарности:
    14
    Адрес:
    Ивантеевка
    Это всё пустое. В двигателе на горячем воздухе регенератор обязателен. Разве только если он работает по циклу Карно. В противном случае КПД падает ниже плинтуса (скажем, в 3 раза может упасть или в 5). Хотя всё зависит от цели.
     
    Denis2 , 30.06.16
    #4 + Цитировать
  5. SergBkl
    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0

    SergBkl

    Участник

    SergBkl

    Участник

    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0
    А что такое "КПД регенератора"? Насколько мне известно, по отношению к регенератору применяется понятие коэффициент теплопередачи и он не бывает выше 0,5, то есть только половина энергии рабочего тела может быть передана регенератору. Именно поэтому теоретический максимальный КПД Стирлинга где-то 70-80 % от КПД цикла Карно.
     
    SergBkl , 05.08.16
    #5 + Цитировать
  6. olegaa2
    Регистрация:
    14.06.10
    Сообщения:
    6.464
    Благодарности:
    5.098

    olegaa2

    Живу здесь

    olegaa2

    Заблокирован

    Живу здесь

    Регистрация:
    14.06.10
    Сообщения:
    6.464
    Благодарности:
    5.098
    Адрес:
    Пенза
    Так где все эти ваши двигатели? Почему я не вижу их в любом магазине если они так хороши? Один пустой трёп от нечего делать...
     
    olegaa2 , 05.08.16
    #6 + Цитировать
  7. SergBkl
    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0

    SergBkl

    Участник

    SergBkl

    Участник

    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0
    Потому что у них много недостатков, мешающих промышленному применению. Но всех привлекает возможность их работы на любом топливе, поэтому и пытаются чего-нибудь от них добиться. Правда берутся за эту тему люди, часто плохо представляющие работу этих машин. То есть "слышал звон, но не знаю где он". К примеру многие пытаются игнорировать использование регенератора, хотя только благодаря ему можно добиться хороших результатов КПД.
    Кстати о эффективности регенератора - признаю свою ошибку, просто много статей с доказательствами того, что коэффициент теплопередачи не может быть более 0,5 и только редкие упоминания "между делом" о регенераторе из нескольких шайб, с коэффициентом 0,98, причем без указания того, что дают эти "несколько шайб из путанки".
     
    SergBkl , 06.08.16
    #7 + Цитировать
  8. wcreader
    Регистрация:
    19.11.13
    Сообщения:
    6.711
    Благодарности:
    1.161

    wcreader

    Живу здесь

    wcreader

    Живу здесь

    Регистрация:
    19.11.13
    Сообщения:
    6.711
    Благодарности:
    1.161
    Адрес:
    Россия, Ленинградская область
    Ну и где тот регенератор в турбореактивнике типовом самолетном ? Так и без регенератора там кпд порядка 40%. И там тот же цикл - воздух пожали - погрели и сработали в расширилке.
     
    wcreader , 06.08.16
    #8 + Цитировать
  9. SergBkl
    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0

    SergBkl

    Участник

    SergBkl

    Участник

    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0
    При чем тут ТРД, это двигатель внутреннего сгорания, а в них регенератор в принципе не может быть использован (может конечно, но на фиг не нужен). И чем "гордится" ТРД со своими 40% КПД при температуре в 1500-2000 градусов? Дело в том, что максимально возможный КПД теплового двигателя при такой температуре 80-85% и достичь его, в теории, можно только в двигателях внешнего сгорания, типа того же Стирлинга. А это еще одна причина, почему об этих двигателях постоянно вспоминают и пытаются теорию воплотить на практике.
     
    SergBkl , 07.08.16
    #9 + Цитировать
  10. wcreader
    Регистрация:
    19.11.13
    Сообщения:
    6.711
    Благодарности:
    1.161

    wcreader

    Живу здесь

    wcreader

    Живу здесь

    Регистрация:
    19.11.13
    Сообщения:
    6.711
    Благодарности:
    1.161
    Адрес:
    Россия, Ленинградская область
    Так нет разницы где сгорает - главное пожатый воздух греют и он потом работу совершает при расширении. А греют воздух как раз за пределами сжимальной и расширяльной машинок. В отличие от однопоршневого двс - тама и жмут и греют и расширяют в одном цылиндере и от этого имеют часть проблем.
     
    wcreader , 09.08.16
    #10 + Цитировать
  11. SergBkl
    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0

    SergBkl

    Участник

    SergBkl

    Участник

    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0
    Разница большая - в ДВС регенератор без надобности, разве что нагревать новую порцию воздуха перед сжатием. Но в этом нет смысла, это просто приводит к его разрежению и, при том же давлении, создаваемом компрессором, воздуха в камеру сгорания попадет меньше, что приведет к меньшему сгоранию топлива, меньшему давлению после камеры сгорания и уменьшению выполненной работы (топлива тоже будет потрачено меньше, поэтому КПД не упадет, но и не вырастет, а вот мощность снизится). Это почти как ДВС Миллера - в теории его КПД мог бы быть больше чем у простого двигателя Отто, но практически это не работает, так как требуется снимать мощность при большой разнице давления и скорости расширения, а это не реализовать на практике. Поэтому ДВС (и турбинные) и работают, используя только часть работы расширения рабочего тела, до определенного предела, а затем "выбрасывают в трубу" не остывший и недорасширившийся газ. Поэтому их КПД не более 40%.

    С тем же Стирлингом ситуация другая, там давление на поршень почти равномерное, а потому его КПД может расти вместе с температурой и качеством исполнения. А что касается регенератора - там есть изохоры (увеличение/уменьшение давления за счет нагрева при неизменном объеме) и изотермы (одновременно идет нагрев/охлаждение и расширение/ сжатие рабочего тела). В изохорах работа не выполняется, они используются для подъема/сброса давления (то, что в цикле Карно делается по адиабате). Так вот, если использовать тут регенератор, то этот процесс не требует расхода энергии (так же как равные адиабаты). То есть, остывает по изохоре - отдает тепло регенератору, нагревается по изохоре - получает от него. И получается, что потери энергии с регенератором, только в процессе изотермического сжатия, а без регенератора, еще и в процессе изохорного охлаждения, а это в 3 раза (!) увеличивает расход энергии нагревателя при той же мощности двигателя. Так что о более-менее больших КПД без регенератора можно забыть. Но, судя по "поделкам" доморощенных стирлингостроителей, важность регенератора мало кто понимает.

    Что касается Эриксона, то смысла в его совершенствовании я не вижу - за счет большего количества узлов, его КПД всегда будет ниже Стирлинга, а сложность изготовления и габариты - выше.
     
    SergBkl , 10.08.16
    #11 + Цитировать
  12. wcreader
    Регистрация:
    19.11.13
    Сообщения:
    6.711
    Благодарности:
    1.161

    wcreader

    Живу здесь

    wcreader

    Живу здесь

    Регистрация:
    19.11.13
    Сообщения:
    6.711
    Благодарности:
    1.161
    Адрес:
    Россия, Ленинградская область
    Кпд для хозбыт двигателей на самодобываемом или отходном топливе менее важен. Реально мелкие хозбыт двс на дорогом очень промышленом покупном топливе и очень промышлено сделаные имеют кпд около 10% и редко до 20%.
    Поэтому воздухомашинка на месном безплатном мусоре с кпд выше 3..5% это очень круто. А при кпд 1.5% это всего в 2 раза хуже типовой электрогенерилки с зарядкой батареек на бензине для дачников.

    Собственно эриксоообразность на хозбыт мусоре с отдельной топкой давно думается так - герметизируемая топка примерно как в газогенераторе - туда дуть компрессором пожатый воздух с одной стороны и снимать погретые газы с другой стороны на расширение. Когда кпд и ресурс будут лучше пельтье вокруг той же топки с макс кпд около 2..3% - будет уже отлично.
    Реальных проблем в такой схеме минимум две - избыток топлива на поданый кислород (хотя это мож чинится частичной рециркуляцией газа ?) и засирание расширительной машинки пеплом/сажей/смолой. А на фильтре будут мож большие теплопотери и еще хуже кпд. Зато можно сильно упростить конструкцию относительно комбинации газогенератора с двс.
     
    Последнее редактирование: 10.08.16
    wcreader , 10.08.16
    #12 + Цитировать
  13. SergBkl
    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0

    SergBkl

    Участник

    SergBkl

    Участник

    Регистрация:
    05.08.16
    Сообщения:
    24
    Благодарности:
    0
    Ну не знаю, если вопрос стоит о КПД двигателя в 3%, то стоит ли так уж париться о "засирании" сажей - ведь основные потери будут в двигателе. К тому же там слой сажи не бесконечно накапливается, а до определенного предела (остальное отваливается). Это знаю по опыту - в 90-х у родителей газ три года проводили, а центральное отопление отрубили сразу же как только начали вести газ, в итоге три года твердотопливный котел топился дровами/углем. Сажи был миллиметровый слой все время.

    Но почему не беспокоит действительно главная проблема Эриксона (как и альфа-стирлинга) - горячий цилиндр с поршнем? Это ведь не ДВС, где стенки охлаждаются. Здесь и уплотнение трудно сделать из-за большого диапазона расширения и со смазкой беда при температуре выше 200С.

    Ну а вообще, если планировать достичь всего 3% КПД, то тогда это того не стоит - для двигателя 0,5 кВт и выше никакого мусора не хватит и загружать топливо придется каждый час, даже если топка пиролизная. 0,5 Квт/ч = 1800 кДж, если 3%, 1800/0,03=60 МДж, 1 кг хороших сухих дров - 12-15 МДж, итого 4-5 кг, 8-10 литров. Мусор, даже древесный, не будет давать больше 10 МДж (а, скорее всего, гораздо меньше), значит его потребуется не меньше 6 кг.

    И откуда такой пессимизм - КПД 2-3%? Не знаю как Эрикосны, но люди реально делали гамма-стирлинги в гаражных условиях с КПД >10% (правда с мощностью меньше 100 Вт).
     
    SergBkl , 10.08.16
    #13 + Цитировать
  14. wcreader
    Регистрация:
    19.11.13
    Сообщения:
    6.711
    Благодарности:
    1.161

    wcreader

    Живу здесь

    wcreader

    Живу здесь

    Регистрация:
    19.11.13
    Сообщения:
    6.711
    Благодарности:
    1.161
    Адрес:
    Россия, Ленинградская область
    Ну горячий гретый воздух предполагается расширять в чем-нить типа роторной спиральной машинки.
     
    wcreader , 10.08.16
    #14 + Цитировать
  15. msattey
    Регистрация:
    23.02.15
    Сообщения:
    252
    Благодарности:
    50

    msattey

    Живу здесь

    msattey

    Живу здесь

    Регистрация:
    23.02.15
    Сообщения:
    252
    Благодарности:
    50
    Жалко тема сдохла. Попробую чуть-чуть ее оживить. Сейчас очень много говорят о стирлингах, и нахваливают их как могут, но мне вот как-то попался на глаза прайс-лист всевозможных стирлингов от разных производителей и фирм, с указанием мощности технических характеристик и даже КПД каждого двигателя (ну и с ценами конечно, цены надо сказать- ого-го). Так вот- самый крутой КПД был 5,8 процента. И это у движка заводского изготовления, с давлением рабочего тела в 200 атм! Я не спорю- существуют конечно двигатели стирлинга и с КПД за 30 процентов, но они существуют только в рекламных проспектах. Низкий КПД стирлинга обусловлен его принципом работы. А вот у эриксона как раз возможно добиться показателей немыслимых даже для крутейших дизелей. Для начала давайте разберемся что такое тепловой двигатель и чем обусловлен его теоретический КПД. Тепловой двигатель- это двигатель который преобразовывает тепловую энергию в механическую. Идеальный тепловой двигатель- это грубо говоря, устройство которое работает от того что одна его часть нагревается. И все! И нет никакой другой части, которая должна охлаждаться. Двигатель получает тепло и преобразовывает и полностью его в механическую работу. Теоретический КПД такого двигателя- 100 процентов. То есть- эффективность двигателя определяется разницей между количеством подводимого тепла и количеством отводимого. Если тепло преобразовывается все и полностью- ясное дело что отводить уже нечего. Таким образом получается что если в двигателе есть камера, которую нужно охлаждать- большой эффективности от такого двигателя ожидать не стоит. В эриксоне можно с помощью рекуператора добиться того что отвод тепла будет совсем незначительный. Есть у меня идея как можно сделать достаточно примитивный, в плане технологичности изготовления, двигатель. Вот чисто конкретный самопал. С КПД как минимум за 50 процентов. Рабочая разница температур 50 градусов. Давление рабочего тела 10 атм (больше насосом накачать просто нереально. хотя можно поднять и до 15 атм), в качестве рабочего тела- обычный воздух. Ясное дело, что при таких давлениях и температурах получится маломощная но очень громоздкая гармыдра, но мне ее с собой таскать не надо- установил и пусть себе стоит на одном месте. Делать начну аж во второй половине лета, когда немного свободного времени появится. Ну- я надеюсь что оно таки появится. По деньгам должен обойтись недорого
     
    msattey , 08.04.17
    #15 + Цитировать